JP2005338241A - Rocking body, image forming apparatus using the same and method of reducing speckle - Google Patents
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Description
本発明はレーザビーム等のコヒーレント光をスクリーン上に2次元に走査投射してなる画像形成装置において、スクリーン上に観察されるスペックルパターンによって形成画像の画質が低下するのを抑制するため、光源からスクリーンに至る光路中に配置して、レーザの位相を乱し、画像面のスペックルを低減する光学素子に関する。 In an image forming apparatus formed by two-dimensionally scanning and projecting coherent light such as a laser beam on a screen, the present invention suppresses the deterioration of the image quality of the formed image due to the speckle pattern observed on the screen. The present invention relates to an optical element that is disposed in an optical path from a screen to a screen to disturb the phase of a laser and reduce speckles on an image surface.
レーザを用いて画像を形成することの大きな魅力は色域が拡大され、色の飽和度が非常に高いことである。しかしながら、レーザを使用する場合は干渉問題を生じる。レーザは位相間に連続的な関係を有するコヒーレント光であるから、位相パターンはスペックルと呼ばれる特殊な干渉パターンを生じる。スペックルを有する画像は鮮明に見えない。干渉パターンは互いに打ち消しあって雑音(干渉ノイズ)の多いボケた画像を生じるからである。特にカラー画像を表示するため、R(赤)、G(緑)、B(青)の3個のレーザを一緒に用いると、雑音で所望の画像を消失させる状態になる。 The great attraction of forming an image with a laser is that the color gamut is expanded and the color saturation is very high. However, interference problems arise when using lasers. Since the laser is coherent light having a continuous relationship between phases, the phase pattern produces a special interference pattern called speckle. An image having speckles does not look clear. This is because the interference patterns cancel each other out and produce a blurred image with a lot of noise (interference noise). In particular, in order to display a color image, when three lasers of R (red), G (green), and B (blue) are used together, a desired image is lost due to noise.
特許文献1に、スペックルを打ち消すために回転する拡散素子を用いている従来例が示されている。特許文献2では、すりガラス等の拡散素子を用い、それを回転させることにスペックルを低減する装置を設けた画像表示装置について述べている。このスペックル低減手段は、光源とスクリーンとの間に置いた拡散素子により、格段素子上で既にスペックルを発生させ、この拡散素子を高速で回転させ、スクリーン上のスペックルを高速で動かし観察者の眼に時間平均化してスペックルを低減させたものである。また特許文献3には、すりガラスに代えて位相をずらす不規則配列で波長以上の複数パターンを有するマスクを揺動した実施例が示されている。 Patent Document 1 discloses a conventional example in which a diffusion element that rotates to cancel speckles is used. Patent Document 2 describes an image display apparatus using a diffusion element such as ground glass and provided with an apparatus for reducing speckles by rotating the element. This speckle reduction means uses a diffusing element placed between the light source and the screen to generate speckle already on the exceptional element, rotate the diffusing element at high speed, and move the speckle on the screen at high speed for observation. The speckles were reduced by averaging the eyes of the person. Further, Patent Document 3 shows an embodiment in which a mask having a plurality of patterns of wavelengths longer than that in an irregular arrangement in which the phase is shifted instead of ground glass is swung.
特許文献4にはレーザ光源と、空間光変調器の間にレーザビーム内に位置する移動拡散器を含む手段を有する従来例が記載されている。特許文献5にはテレセントリック関係に配置した、一対のフライアイレンズを光軸回りに回転してスペックルノイズを低減する従来例が開示されている。 Patent Document 4 describes a conventional example having means including a laser light source and a moving diffuser located in the laser beam between the spatial light modulators. Patent Document 5 discloses a conventional example in which speckle noise is reduced by rotating a pair of fly-eye lenses around an optical axis arranged in a telecentric relationship.
これら、従来からスペックルを低減する方法をまとめると、
(1)偏光を合成してスペックル除去を行うもの
(2)偏光を、回折光を使って合成するもの
(3)位相板を回転させ、偏光を回転させて除去するもの
(4)スクリーン自体を振動させるもの
に分類できる。
Summarizing these conventional methods for reducing speckle,
(1) Compounding polarized light to remove speckles (2) Combining polarized light using diffracted light (3) Rotating phase plate and rotating polarized light to remove (4) Screen itself Can be classified as those that vibrate.
更に(3)の中に位相板を楔にして回転する方式が実施例として提案されている。
本発明は従来から提案されている、位相板や拡散素子を移動する手段として、モータを動力として回転することに代わり、光透過部材を揺動させるという小型で簡単な方法を提案するものである。 The present invention proposes a small and simple method of oscillating a light transmitting member instead of rotating with a motor as power as a means for moving a phase plate or a diffusing element, which has been proposed conventionally. .
よって本発明は、支持基板と前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、前記可動部に形成される光透過部とを有し、前記可動部を駆動することによって、前記支持基板に相対的に駆動させ、前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体を提供する。 Therefore, the present invention includes a support substrate, a movable portion that is supported by the support substrate in an elastic support portion so as to be able to torsionally vibrate about a torsion axis, and a light transmission portion formed in the movable portion, and the movable portion. By driving the oscillating member, an oscillating body is provided that is driven relative to the support substrate and moves the transmitted light incident on the light transmission surface parallel to the optical axis.
簡単で小型の揺動体を用いることで、レーザビームを2次元に走査してなる画像形成装置において、スクリーン上に観察されるスペックルパターンによる画質の低下を抑制することが出来た。 By using a simple and small oscillating body, an image forming apparatus formed by scanning a laser beam two-dimensionally can suppress deterioration in image quality due to a speckle pattern observed on a screen.
本発明に係る揺動体は、支持基板と前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、前記可動部に形成される光透過部とを有し、前記可動部を駆動することによって、前記支持基板に相対的に駆動させ、前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体である。 An oscillating body according to the present invention includes a support substrate, a movable portion that is supported by the support substrate in an elastic support portion so as to be able to torsionally vibrate about a torsion axis, and a light transmission portion formed in the movable portion, It is an oscillating body that is driven relative to the support substrate by driving the movable part and moves transmitted light incident on the light transmitting surface in parallel with the optical axis.
レーザビームの位相条件を乱し、スペックルを低減するため、平行平面に構成された光透過部材で構成された可動体をレーザビームの入射光軸に対して揺動させ、光透過部材の傾き、厚みと屈折率により決まるレーザビームの射出軸の位置ズレ振動を発生させて、揺動体の動きに同期し、光ビームを左右に振動させる。 In order to disturb the laser beam phase conditions and reduce speckles, the movable body composed of a light transmission member configured in a parallel plane is swung with respect to the incident optical axis of the laser beam, and the light transmission member is tilted. The laser beam emission axis displacement vibration determined by the thickness and the refractive index is generated to oscillate the light beam left and right in synchronization with the movement of the oscillator.
図1aは本発明の原理を示す実施例に関するものである。101は入射するレーザビーム、102は光軸に対して傾いた可動部の断面図である。光軸と可動部の傾きθ、光透過部材である可動部の屈折率n、屈折角δとすると、揺動に伴う光軸のズレ量Lは屈折の法則から、L=T・SINδ・COSθ=T・ASIN(COSθ/n)となる。101’は光透過部材を透過したレーザビームである。光透過部材として無機部材または有機部材又は有機部材と無機部材の複合体を用いる。 FIG. 1a relates to an embodiment illustrating the principle of the present invention. 101 is an incident laser beam, and 102 is a cross-sectional view of the movable portion inclined with respect to the optical axis. Assuming that the inclination θ of the optical axis and the movable part, the refractive index n of the movable part that is a light transmitting member, and the refraction angle δ, the deviation L of the optical axis accompanying the oscillation is L = T · SINδ · COSθ from the law of refraction. = T · ASIN (COSθ / n). Reference numeral 101 'denotes a laser beam transmitted through the light transmitting member. An inorganic member, an organic member, or a composite of an organic member and an inorganic member is used as the light transmitting member.
図1bは可動部103が光散乱の透過部材で構成された実施例である。100は揺動中心を示している。
FIG. 1 b shows an embodiment in which the
図1cは光の透過効率をあげるため、可動部の両表面にマイクロレンズ104を形成し、それぞれの可動部内での焦点距離f1とf2の和が可動部の厚みに等しくなるように選んだ実施例である。
Figure 1c because increasing the transmission efficiency of light, a
図2は実施例1に記載の揺動体を用いた画像形成装置の光学配置を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an optical arrangement of an image forming apparatus using the oscillator described in the first embodiment.
揺動体は光源からスクリーンに至る光路中に配置する。201a、201b、201c、は画像信号により変調したR(赤)、G(緑)、B(青)のレーザ光源、101はレーザビーム、202はコリメータレンズで、レーザビームを略平行にするために配置される。200は揺動体、203は色合成プリズムで、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色のレーザビームを1本に合成するもので有る。
The oscillator is disposed in the optical path from the light source to the screen. 201a, 201b, and 201c are R (red), G (green), and B (blue) laser light sources modulated by image signals, 101 is a laser beam, 202 is a collimator lens, and makes the laser beam substantially parallel. Be placed.
204は集光レンズである。204は水平走査ミラー、205は垂直走査ミラーでレーザビームを2次元に走査し、レーザ光源の変調と互いに同期して画像を形成している。206は2次元走査光学系で、画像歪および湾曲歪みの補正し、集光レンズとあわせて投射光学系を構成している。207は画像を表示するスクリーンを示す。なお、光源からのレーザビームの広がりが無視できるときは、コリメータレンズはなくても良い。また、色合成プリズムの光源側の3箇所に揺動体をそれぞれ配置しても良い。可動部は高速で揺動し、レーザビームを入射光軸に平行に往復走査しスペックルを低減する。
図3aは外力として磁力を用いた実施例である。 FIG. 3a shows an embodiment using magnetic force as an external force.
揺動体300が光透過部材で構成された枠体301と、軸302と可動部303が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。
A
304は固定コアの磁石で軸に直角に一様な磁界を発生している。一様磁界中に置かれた磁力発生部のコイル305は可動部と接合されていて、ローレンツ力により揺動する電磁アクチュエータをなしている。交番磁力を、可動部の慣性モーメントと軸のねじり剛性で決まる固有振動するに一致させて加えることで、可動部は共振状態を引き起こし、わずかな電力での駆動が可能となる。310は光透過部に穴をあけたヨークである。
図3bは外力として磁力を用いた他の実施例である。 FIG. 3b shows another embodiment using magnetic force as an external force.
306は固定コアの磁力発生部で、可動コアに接合された棒磁石307は揺動部の軸302に直角に接合され、電磁アクチュエータをなしている。308は揺動体を支持する支持基板で、309はレーザビームが透過する穴である。棒磁石307はレーザビームの光路を邪魔しない位置に配置される。コイルから交番磁力が発生させられ、揺動体は揺動する。
図4aは外力として、静電力を用いた実施例である。 FIG. 4a shows an embodiment using an electrostatic force as an external force.
揺動体400が光透過部材で構成された枠体401と、軸402と可動部403が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。
A
支持基板404のくぼみに電場発生部の2つの電極405a、405bを軸に対称に配置している。可動部に1つの電極406を支持基板のくぼみの電極に略近接させて配置している。電極406は接地されていて、駆動初期に+又は−のいずれかに確定する。407はレーザビームが透過する穴である。支持基板のくぼみに配置した2つの電場発生部で交互に±の電場が印加される静電アクチュエータをなしている。支持基板の穴は特に設けなくても、光が透過する部材で窓を構成しても、支持基板自体を光透過部材で構成しても良い。電極自体も光透過にすれば、光軸をよける必要はない。
Two
図4bは外力として、静電力を用いた他の実施例である。 FIG. 4 b shows another embodiment using an electrostatic force as an external force.
可動部403に電場発生部の2つの電極408a、408bを軸に対称に配置している。支持基板には1つの電極409を可動部の電極に略対向させて配置している。可動部の2つの電場発生部で交互に±の電場が印加される静電アクチュエータをなしている。レーザビームが透過する穴に光透過の窓を付けた実施例である。また、電極が透明であれば、特にレーザビームをよけて配置する必要はない。
Two
図5は外力として、物質の変形に伴う機械的な力を利用した実施例である。 FIG. 5 shows an embodiment in which a mechanical force accompanying the deformation of a substance is used as an external force.
揺動体500が光透過部材で構成された枠体501と、軸502と可動部503が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。
A
軸部の両面にピエゾ変形素子504aと504bを接合してある。ピエゾ変形素子は電極が構成してあり、印加電圧方向と直角に伸びるタイプを用いた。まら、これをねじり運動に利用するために軸505に対して45°になり、かつ504aと504bの伸びが直交する向きに接合した。本実施例で機械的な力としてピエゾ変形素子を用いたが、熱膨張等の機械的な変形を利用してもよい。
図6は外力として、音響振動的な力を利用した実施例である。 FIG. 6 shows an embodiment using an acoustic vibration force as an external force.
揺動体600が光透過部材で構成された枠体601と、軸602と可動部603が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。
A
可動部に近接して音響スピーカー604aと604bを軸と対称に配置し、2つのスピーカーから位相を(例えば180°)ずらした20kHzの音響を空気を介して可動部に伝え、共振振動を引き起こさせる。605は揺動体と音響スピーカーを支える支持基板である。
The
実施例1〜6では、光透過部材で構成された揺動体として枠体と軸と可動部を一体で構成した例を示している。しかし、一体で構成することは必ずしも必要でない。例えば、揺動部と軸部と枠体を別体でつくり組み立てても良い。また、光透過部材を用いなくても、光透過の窓を設けても良い。 In Examples 1 to 6, an example in which a frame, a shaft, and a movable part are integrally formed as an oscillating body constituted by a light transmitting member is shown. However, it is not always necessary to configure it integrally. For example, the oscillating portion, the shaft portion, and the frame body may be made separately and assembled. Further, a light transmission window may be provided without using a light transmission member.
また、光学素子として、光拡散素子ばかりではなく位相板、パターンが入ったマスク、偏光板を用いても良い。光透過部が平行板でなくても、例えばくさび型の断面を持っていても良い。また駆動力として、他の物理的な力、例えば流体による渦振動を利用してもよい。 Further, not only the light diffusing element but also a phase plate, a mask containing a pattern, and a polarizing plate may be used as the optical element. Even if the light transmission part is not a parallel plate, it may have a wedge-shaped cross section, for example. Further, as a driving force, other physical force, for example, vortex vibration caused by a fluid may be used.
101 レーザビーム
102 可動部
103 可動部
100 揺動中心
104 マイクロレンズ
201a、201b、201c レーザ光源
202 コリメータレンズ
200 揺動体
203 色合成プリズム
204 集光レンズ、水平走査ミラー
205 垂直走査ミラー
206 2次元走査光学系
207 スクリーン
300 揺動体
301 枠体
302 軸
303 可動部
304 磁石
305 コイル
306 コイル
307 棒磁石
308 支持基板
309 穴
400 揺動体
401 枠体
402 軸
403 可動部
404 支持基板
405a、405b 電極
406 電極
407 穴
408a、408b 電極
409 電極
500 揺動体
501 枠体
502 軸
503 可動部
504a、504b ピエゾ変形素子
505 軸
600 揺動体
601 枠体
602 軸
603 可動部
604a、604b 音響スピーカー
605 揺動体
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、
前記可動部に形成される光透過部とを有し、
前記可動部を駆動することによって、
前記支持基板に相対的に駆動させ、
前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体。 A movable part that is supported by the support board in a torsional vibration manner around a torsion axis by an elastic support part;
A light transmission part formed on the movable part,
By driving the movable part,
Driven relative to the support substrate,
An oscillating body that moves transmitted light incident on the light transmitting surface parallel to the optical axis.
前記可動部を駆動するための磁場発生部と
前記可動部に接合された可動コアからなる電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の揺動体。 The oscillator according to any one of claims 1 to 7, wherein the driving means is an electromagnetic actuator including a magnetic field generation unit for driving the movable unit and a movable core joined to the movable unit.
前記可動部を駆動するための固定コアと
前記可動部に接合された磁場発生部からなる電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の揺動体。 The oscillating body according to any one of claims 1 to 7, wherein the driving means is an electromagnetic actuator including a fixed core for driving the movable part and a magnetic field generating part joined to the movable part.
前記可動部を駆動するための電場発生部と
前記可動部に接合された固定電極からなる静電アクチュエータであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の揺動体。 The oscillator according to any one of claims 1 to 7, wherein the driving means is an electrostatic actuator including an electric field generating unit for driving the movable unit and a fixed electrode joined to the movable unit. .
前記可動部を駆動するための固定電極と
前記可動部に接合された電場発生部からなる静電アクチュエータであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の揺動体。 The oscillating body according to claim 1, wherein the driving means is an electrostatic actuator including a fixed electrode for driving the movable part and an electric field generating part joined to the movable part. .
軸のねじり剛性と可動部の慣性モーメントで決まる共振周波数の振動であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の揺動体。 The oscillator according to any one of claims 1 to 12, wherein the frequency of the torsional vibration of the movable part is a vibration having a resonance frequency determined by the torsional rigidity of the shaft and the moment of inertia of the movable part.
軸のねじり剛性と可動部の慣性モーメントで決まる共振周波数に同期する交番力であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の揺動体。 The driving force of the driving means is
The oscillator according to any one of claims 1 to 12, wherein the oscillator is an alternating force synchronized with a resonance frequency determined by a torsional rigidity of a shaft and an inertia moment of a movable part.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |