JP2007286311A - 波面変換装置、および光学装置 - Google Patents
波面変換装置、および光学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007286311A JP2007286311A JP2006112960A JP2006112960A JP2007286311A JP 2007286311 A JP2007286311 A JP 2007286311A JP 2006112960 A JP2006112960 A JP 2006112960A JP 2006112960 A JP2006112960 A JP 2006112960A JP 2007286311 A JP2007286311 A JP 2007286311A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavefront
- wavefront conversion
- light
- unit
- mems element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
【課題】より良好な波面変換光を得ることができる波面変換装置、およびそれを備える光学装置を提供することを課題とする。
【解決手段】波面変換装置10は、MEMS素子12と、移動部13とを備える。MEMS素子12は、配列方向間隙15を介して隣接して配列されるとともに入射光L1に波面変換を与える複数の可動ミラー11、を有する。移動部13は、複数の可動ミラー11の配列方向を含む移動方向D1に、MEMS素子12を移動させる。
【選択図】図1
【解決手段】波面変換装置10は、MEMS素子12と、移動部13とを備える。MEMS素子12は、配列方向間隙15を介して隣接して配列されるとともに入射光L1に波面変換を与える複数の可動ミラー11、を有する。移動部13は、複数の可動ミラー11の配列方向を含む移動方向D1に、MEMS素子12を移動させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、波面変換装置、特に、入射光に波面変換を与える波面変換装置、およびそれを備える光学装置に関する。
プロジェクタ、スチルカメラ、ビデオカメラ、内視鏡、望遠鏡、など、光学系を備える光学装置が知られている。近年、このような光学装置であって、光学系の内部において入射光に波面変換を与える波面変換装置を備えるものが登場している。
例えば、波面変換装置として、可変形状鏡を用い、可変形状鏡の形状を制御することで収差補正や結像面の動きの補正を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。
特開2003−29150号公報
特開2003−302578号公報
例えば、波面変換装置として、可変形状鏡を用い、可変形状鏡の形状を制御することで収差補正や結像面の動きの補正を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1または特許文献2参照)。
上述の従来の提案では、可変形状鏡として連続的な金属薄膜を用い、この金属薄膜に電界を印加して、電磁力により変形させ、入射光の波面変換を行っている。
一方、本願発明者は、波面変換装置として、連続的な金属薄膜を用いるのではなく、格子状の波面変換素子を用いることを提案している。この提案では、例えば、連続的な金属薄膜に替えて、格子状の反射鏡を用い、反射鏡の高低、傾斜を制御することで入射光の波面変換を行う。
しかし、格子状の波面変換素子では、隣接する波面変換素子の間は、それぞれ所定間隔だけ離間している。このため、隣接する波面変換素子の間への入射光は波面変換されず、結果的に出力される波面変換光においては、格子状に波面変換されない領域が存在し、良好な波面変換光を得ることが難しい。例えば、波面変換装置が撮像装置に搭載される場合には、格子状に波面変換されない領域は、ボケ像やゴースト像として撮像される。また、波面変換装置が波面計測装置に搭載される場合には、格子状に波面変換されない領域の波面情報が欠落する。
また、同様の問題は、反射型の波面変換装置を用いる場合だけでなく、透過型の波面変換装置を用いる場合にも同様であり、より良好な波面変換光を得ることができる装置が求められている。
一方、本願発明者は、波面変換装置として、連続的な金属薄膜を用いるのではなく、格子状の波面変換素子を用いることを提案している。この提案では、例えば、連続的な金属薄膜に替えて、格子状の反射鏡を用い、反射鏡の高低、傾斜を制御することで入射光の波面変換を行う。
しかし、格子状の波面変換素子では、隣接する波面変換素子の間は、それぞれ所定間隔だけ離間している。このため、隣接する波面変換素子の間への入射光は波面変換されず、結果的に出力される波面変換光においては、格子状に波面変換されない領域が存在し、良好な波面変換光を得ることが難しい。例えば、波面変換装置が撮像装置に搭載される場合には、格子状に波面変換されない領域は、ボケ像やゴースト像として撮像される。また、波面変換装置が波面計測装置に搭載される場合には、格子状に波面変換されない領域の波面情報が欠落する。
また、同様の問題は、反射型の波面変換装置を用いる場合だけでなく、透過型の波面変換装置を用いる場合にも同様であり、より良好な波面変換光を得ることができる装置が求められている。
そこで本発明は、より良好な波面変換光を得ることができる波面変換装置、およびそれを備える光学装置を提供することを課題とする。
第1の発明としての波面変換装置は、波面変換部と、移動部とを備える。波面変換部は、所定間隙を介して隣接して配列されるとともに入射光に波面変換を与える複数の波面変換素子、を有する。移動部は、複数の波面変換素子の配列方向を含む移動方向に、波面変換部を移動させる。
ここで、波面変換素子とは、例えば、入射光の位相を変換する素子である。また、配列方向とは、例えば、複数の波面変換素子により挟まれる所定間隙の幅方向を意味する。また、移動方向は、例えば、周期的あるいは非周期的に時変するものであり、所定間隙が延びる方向以外の方向への成分を有している。なお、所定間隙を介して隣接して配列される、とは、複数の波面変換素子のそれぞれが離隔して配置されていることを意味する。このため、所定間隙は、それぞれの波面変換素子を分離する隙間により形成されていてもよいし、それぞれの波面変換素子の間に介在する部材により形成されていてもよい。
波面変換部では、複数の波面変換素子により入射光が波面変換される。一方、複数の波面変換素子の間の所定間隙においては、入射光は波面変換されない。しかし、移動部は、移動方向に波面変換部を移動させる。この移動は、複数の波面変換素子の配列方向への移動を含んでいる。このため、入射光のうち波面変換される領域とされない領域とが平均化され、波面変換装置から出射される波面変換光では、波面変換されない領域の影響が軽減される。
ここで、波面変換素子とは、例えば、入射光の位相を変換する素子である。また、配列方向とは、例えば、複数の波面変換素子により挟まれる所定間隙の幅方向を意味する。また、移動方向は、例えば、周期的あるいは非周期的に時変するものであり、所定間隙が延びる方向以外の方向への成分を有している。なお、所定間隙を介して隣接して配列される、とは、複数の波面変換素子のそれぞれが離隔して配置されていることを意味する。このため、所定間隙は、それぞれの波面変換素子を分離する隙間により形成されていてもよいし、それぞれの波面変換素子の間に介在する部材により形成されていてもよい。
波面変換部では、複数の波面変換素子により入射光が波面変換される。一方、複数の波面変換素子の間の所定間隙においては、入射光は波面変換されない。しかし、移動部は、移動方向に波面変換部を移動させる。この移動は、複数の波面変換素子の配列方向への移動を含んでいる。このため、入射光のうち波面変換される領域とされない領域とが平均化され、波面変換装置から出射される波面変換光では、波面変換されない領域の影響が軽減される。
本発明の波面変換装置により、より良好な波面変換光を得ることができる波面変換装置を提供することが可能となる。
第2の発明としての波面変換装置では、複数の波面変換素子は、移動部による移動に応じて駆動され、入射光に対して所定の波面変換を与える。
波面変換素子は、移動部による移動に応じて駆動される。具体的には、波面変換部が移動されても入射光に対する波面変換が所定の波面変換となるように、波面変換部の位置に応じて波面変換素子が駆動される。例えば、波面変換素子が小型の反射鏡で構成され、小型の反射鏡が所定の曲面を形成することにより入射光を反射して波面変換を行う場合には、波面変換部の位置に関わらず、所定の曲面と入射光との位置関係が変わらないように、波面変換素子のそれぞれが駆動される。また、例えば、波面変換素子が透過型の液晶素子などで構成され、波面変換素子が所定のパターンを形成することにより入射光を透過して波面変換を行う場合には、波面変換部の位置に関わらず、所定のパターンと入射光との位置関係が変わらないように、波面変換素子のそれぞれが駆動される。
第3の発明としての波面変換装置では、複数の波面変換素子は、マトリクス状に配列されている。
第2の発明としての波面変換装置では、複数の波面変換素子は、移動部による移動に応じて駆動され、入射光に対して所定の波面変換を与える。
波面変換素子は、移動部による移動に応じて駆動される。具体的には、波面変換部が移動されても入射光に対する波面変換が所定の波面変換となるように、波面変換部の位置に応じて波面変換素子が駆動される。例えば、波面変換素子が小型の反射鏡で構成され、小型の反射鏡が所定の曲面を形成することにより入射光を反射して波面変換を行う場合には、波面変換部の位置に関わらず、所定の曲面と入射光との位置関係が変わらないように、波面変換素子のそれぞれが駆動される。また、例えば、波面変換素子が透過型の液晶素子などで構成され、波面変換素子が所定のパターンを形成することにより入射光を透過して波面変換を行う場合には、波面変換部の位置に関わらず、所定のパターンと入射光との位置関係が変わらないように、波面変換素子のそれぞれが駆動される。
第3の発明としての波面変換装置では、複数の波面変換素子は、マトリクス状に配列されている。
第4の発明としての波面変換装置では、波面変換部は、反射型もしくは透過型のライトバルブである。
第5の発明としての波面変換装置では、移動部は、波面変換部を周期的に移動させる。
ここで、周期的な移動とは、周期的に又は略周期的に波面変換部の位置が変化する移動を意味し、例えば、揺動運動や振動運動などを含む。
第6の発明としての波面変換装置では、移動部による移動方向への移動は、所定間隙の配列方向幅以上の配列方向への移動を含む。
本発明の波面変換装置では、波面変換部は、配列方向に所定間隙の幅以上移動するため、所定間隙のために波面変換されない領域を波面変換された入射光により平均化することが可能となり、波面変換されない領域の影響が軽減される。
第7の発明としての波面変換装置では、入射光は、撮像光学系を介して入射する。
第8の発明としての光学装置は、第1〜第7のいずれかの波面変換装置と、波面変換装置により波面変換された波面変換光を所定時間受光し、所定時間の受光量に応じた値を出力する受光部とを備える。
受光部は、例えば、CCDやCMOSセンサーなどの受光した光を電気信号に変換する撮像素子である。
第5の発明としての波面変換装置では、移動部は、波面変換部を周期的に移動させる。
ここで、周期的な移動とは、周期的に又は略周期的に波面変換部の位置が変化する移動を意味し、例えば、揺動運動や振動運動などを含む。
第6の発明としての波面変換装置では、移動部による移動方向への移動は、所定間隙の配列方向幅以上の配列方向への移動を含む。
本発明の波面変換装置では、波面変換部は、配列方向に所定間隙の幅以上移動するため、所定間隙のために波面変換されない領域を波面変換された入射光により平均化することが可能となり、波面変換されない領域の影響が軽減される。
第7の発明としての波面変換装置では、入射光は、撮像光学系を介して入射する。
第8の発明としての光学装置は、第1〜第7のいずれかの波面変換装置と、波面変換装置により波面変換された波面変換光を所定時間受光し、所定時間の受光量に応じた値を出力する受光部とを備える。
受光部は、例えば、CCDやCMOSセンサーなどの受光した光を電気信号に変換する撮像素子である。
受光部は、所定時間の受光量に応じた値を出力する。このため、波面変換される領域とされない領域とが所定時間にわたって平均化され、受光部が受光する波面変換光では、波面変換されない領域の影響が軽減される。
本発明の光学装置により、より良好な波面変換光を受光する光学装置を提供することが可能となる。
第9の発明としての光学装置では、所定時間は、移動部による波面変換部の移動周期よりも長い。
移動部が周期的に移動する場合には、受光部は、移動周期よりも長い時間にわたって、波面変換される領域とされない領域とを平均化することが可能となる。
本発明の光学装置により、より良好な波面変換光を受光する光学装置を提供することが可能となる。
本発明の光学装置により、より良好な波面変換光を受光する光学装置を提供することが可能となる。
第9の発明としての光学装置では、所定時間は、移動部による波面変換部の移動周期よりも長い。
移動部が周期的に移動する場合には、受光部は、移動周期よりも長い時間にわたって、波面変換される領域とされない領域とを平均化することが可能となる。
本発明の光学装置により、より良好な波面変換光を受光する光学装置を提供することが可能となる。
本発明により、より良好な波面変換光を得ることができる波面変換装置、およびそれを備える光学装置を提供することが可能となる。
(第1実施形態)
〈構成〉
図1に、本発明の第1実施形態としての波面変換装置10を示す。
図1に示す波面変換装置10は、複数の可動ミラー11が配置されるMEMS素子12と、MEMS素子12を移動させる移動部13とを備えている。
MEMS素子12は、電気信号により動作する複数の可動ミラー11を搭載する半導体デバイスである。MEMS素子12は、マトリックス状に複数の可動ミラー11を備えており、個々の可動ミラー11により、入射する光を反射し、波面変換する。それぞれの可動ミラー11は、格子状に形成される配列方向間隙15(垂直方向間隙15a、水平方向間隙15b)を介して隣接して配置されている。
MEMS素子12の可動ミラー11は、制御部16からの制御によりそれぞれ駆動される。図2の可動ミラー11の断面図に示すように、個々の可動ミラー11は、所定範囲の角度および高さの間で、任意の角度および高さに調節可能である。これにより、MEMS素子12は、任意の光学パワーを有する反射鏡として動作することが可能となる。
なお、制御部16(図1参照)からの制御は、例えば、所定の駆動タイミング(後述する周期Tc(図4参照))で制御部16が記憶部17から個々の可動ミラー11の設定(角度および高さに対応する情報)を読み出し、読み出した設定をMEMS素子12に電気信号として出力することにより行われる。これにより、MEMS素子12は、任意に全体の面形状を変化させることが可能となる。なお、記憶部17には、所定の波面変換を実現するための個々の可動ミラー11の設定が、MEMS素子12の位置に応じて記憶されている。
〈構成〉
図1に、本発明の第1実施形態としての波面変換装置10を示す。
図1に示す波面変換装置10は、複数の可動ミラー11が配置されるMEMS素子12と、MEMS素子12を移動させる移動部13とを備えている。
MEMS素子12は、電気信号により動作する複数の可動ミラー11を搭載する半導体デバイスである。MEMS素子12は、マトリックス状に複数の可動ミラー11を備えており、個々の可動ミラー11により、入射する光を反射し、波面変換する。それぞれの可動ミラー11は、格子状に形成される配列方向間隙15(垂直方向間隙15a、水平方向間隙15b)を介して隣接して配置されている。
MEMS素子12の可動ミラー11は、制御部16からの制御によりそれぞれ駆動される。図2の可動ミラー11の断面図に示すように、個々の可動ミラー11は、所定範囲の角度および高さの間で、任意の角度および高さに調節可能である。これにより、MEMS素子12は、任意の光学パワーを有する反射鏡として動作することが可能となる。
なお、制御部16(図1参照)からの制御は、例えば、所定の駆動タイミング(後述する周期Tc(図4参照))で制御部16が記憶部17から個々の可動ミラー11の設定(角度および高さに対応する情報)を読み出し、読み出した設定をMEMS素子12に電気信号として出力することにより行われる。これにより、MEMS素子12は、任意に全体の面形状を変化させることが可能となる。なお、記憶部17には、所定の波面変換を実現するための個々の可動ミラー11の設定が、MEMS素子12の位置に応じて記憶されている。
移動部13(図1参照)は、MEMS素子12の可動ミラー11側とは反対側に係合し、MEMS素子12全体を略円状に並進運動(移動方向D1)させる部材である。移動部13は、圧電素子を用いた圧電アクチュエータにより構成されており、制御部16からの制御により、電圧が印加されることで変位を起こす。移動部13の変位は、移動部13に係合するMEMS素子12に伝達される。これにより、移動部13は、MEMS素子12を移動させる。なお、移動部13の構成は上述のものに限らず、制御部16からの電気信号をMEMS素子12の位置の変化に変換できる機構であればどのような構成であってもよい。例えば、移動部13は、モータと所定のクランク機構とにより構成されているものであってもよい。
移動部13は、後述する周期Tb(図4参照)でMEMS素子12を略円状に並進運動させる。
図3は、この並進運動について詳細に説明する説明図である。図3は、MEMS素子12の可動ミラー11が移動方向D1に移動される並進運動を示している。移動方向D1は、所定半径の円の周方向を向く。上述のように、MEMS素子12に配置される可動ミラー11のそれぞれは、幅G1の垂直方向間隙15aと幅G2の水平方向間隙15bとを介して、マトリクス状に配置されている。なお、ここで垂直方向および水平方向という文言は、可動ミラー11が配置される平面上において可動ミラーの配置方向を説明するために用いた用語であり、MEMS素子12自体の装置における取り付け姿勢を限定するものでは無い。
移動部13は、後述する周期Tb(図4参照)でMEMS素子12を略円状に並進運動させる。
図3は、この並進運動について詳細に説明する説明図である。図3は、MEMS素子12の可動ミラー11が移動方向D1に移動される並進運動を示している。移動方向D1は、所定半径の円の周方向を向く。上述のように、MEMS素子12に配置される可動ミラー11のそれぞれは、幅G1の垂直方向間隙15aと幅G2の水平方向間隙15bとを介して、マトリクス状に配置されている。なお、ここで垂直方向および水平方向という文言は、可動ミラー11が配置される平面上において可動ミラーの配置方向を説明するために用いた用語であり、MEMS素子12自体の装置における取り付け姿勢を限定するものでは無い。
移動方向D1への並進運動は、振幅M11の垂直方向への振動運動と振幅M12の水平方向への振動運動とを合成した運動であり、垂直方向振幅M11は、MEMS素子12の垂直方向間隙15aの幅G1よりも大きく、水平方向振幅M12は、MEMS素子12の水平方向間隙15bの幅G2よりも大きい。これにより、移動方向D1へ並進運動が行われると、並進運動の1周期の間には、所定のタイミングではMEMS素子12の配列方向間隙15が位置する領域に、別のタイミングではMEMS素子12の可動ミラー11が位置することが可能となる。これにより、常に配列方向間隙15が位置するために波面変換を行うことができない領域が無くなる。
〈動作〉
図4を用いて、MEMS素子12により実現される波面変換の周期(変調周期)Taと、移動部13によるMEMS素子12の並進運動の周期Tbと、制御部16による可動ミラー11の駆動周期Tcとの関係を示す。
周期Taは、波面変換の周期を示す。詳しくは、周期Taは、所定の波面変換が行われる期間を意味し、この期間内では、MEMS素子12は、入射光に対して同じ波面変換を行う。すなわち、この期間内では、入射光に対するMEMS素子12の光学的作用は同一である。
〈動作〉
図4を用いて、MEMS素子12により実現される波面変換の周期(変調周期)Taと、移動部13によるMEMS素子12の並進運動の周期Tbと、制御部16による可動ミラー11の駆動周期Tcとの関係を示す。
周期Taは、波面変換の周期を示す。詳しくは、周期Taは、所定の波面変換が行われる期間を意味し、この期間内では、MEMS素子12は、入射光に対して同じ波面変換を行う。すなわち、この期間内では、入射光に対するMEMS素子12の光学的作用は同一である。
周期Tbは、移動部13によるMEMS素子12の並進運動の周期を示す。すなわち、MEMS素子12は、周期Tbで移動方向D1(図1参照)に一周するように駆動される。周期Tbは、周期Taと同じ周期又は周期Taよりも短い周期である。これにより、波面変換の変調周期Taの間に、MEMS素子12は少なくとも一周の並進運動を行うことができる。このため、変調周期Taの間にわたって波面変化されない入射光の領域がなくなる。なお、図4では、Ta=n・Tb(nは自然数)の場合について示しているが、nは自然数に限らず、1以上の実数であってもよい。なお、言うまでもないが、制御部16による移動部13の制御、すなわち、制御部16が移動部13に電圧を印加するタイミングは、周期Tbに対してさらに短い周期で行われる。
周期Tcは、制御部16がMEMS素子12の可動ミラー11の駆動を行う周期を示す。すなわち、制御部16は、記憶部17に記憶された可動ミラー11の設定を周期Tcで読み出し、可動ミラー11を所定の角度および高さに制御する。周期Tcは、周期Tbよりも短い周期である。例えば、周期Tcは、制御部16が移動部13に電圧を印加して駆動する周期と同じ周期であってもよい。この場合、制御部16は、周期Tcで移動部13に電圧を印加してMEMS素子12を移動するとともに、移動部13の位置に応じた可動ミラー11の設定を記憶部17から読み出し、それぞれの可動ミラー11を駆動する。なお、移動部13の位置は、MEMS素子12の位置を検出する位置センサを設けることにより取得されるものであってもよい。しかし、位置センサを設けず、以下の手順によりMEMS素子12の位置に応じて可動ミラー11を駆動してもよい。すなわち、制御部16による移動部13への電圧の印加と制御部16による可動ミラー11の駆動とが同期的に行われる場合には、制御部16は、移動部13への電圧の印加の回数をカウントするとともに、そのカウントに応じて記憶部17に記憶された可動ミラー11の設定を順次読み出し、可動ミラー11を駆動してもよい。
周期Tcは、制御部16がMEMS素子12の可動ミラー11の駆動を行う周期を示す。すなわち、制御部16は、記憶部17に記憶された可動ミラー11の設定を周期Tcで読み出し、可動ミラー11を所定の角度および高さに制御する。周期Tcは、周期Tbよりも短い周期である。例えば、周期Tcは、制御部16が移動部13に電圧を印加して駆動する周期と同じ周期であってもよい。この場合、制御部16は、周期Tcで移動部13に電圧を印加してMEMS素子12を移動するとともに、移動部13の位置に応じた可動ミラー11の設定を記憶部17から読み出し、それぞれの可動ミラー11を駆動する。なお、移動部13の位置は、MEMS素子12の位置を検出する位置センサを設けることにより取得されるものであってもよい。しかし、位置センサを設けず、以下の手順によりMEMS素子12の位置に応じて可動ミラー11を駆動してもよい。すなわち、制御部16による移動部13への電圧の印加と制御部16による可動ミラー11の駆動とが同期的に行われる場合には、制御部16は、移動部13への電圧の印加の回数をカウントするとともに、そのカウントに応じて記憶部17に記憶された可動ミラー11の設定を順次読み出し、可動ミラー11を駆動してもよい。
ここで、周期Tcで読み出される可動ミラー11の設定は、MEMS素子12の移動にかかわらず、入射光に対するMEMS素子12の光学的作用が同一となるような設定である。例えば、MEMS素子12が、それぞれの可動ミラー11の設定により、フレネルレンズのごとく形状は平板状で有りながら、光学的には凸鏡あるいは凹鏡として作用する場合には、MEMS素子12が移動しても、入射光に対しては同一の光学的作用を有する凸鏡あるいは凹鏡として作用するように、MEMS素子12の位置に応じたそれぞれの可動ミラー11の設定が記憶されている。
〈効果〉
図5を用いて、本発明の波面変換装置10の効果について説明する。図5は、光学系の内部に配置されたMEMS素子12の縦方向断面(垂直方向に隣り合う可動ミラー11の断面)を示すとともに、入射光L1の波面変換光としての出射光L2を受光する受光部20における受光波面位相を示している。図5に示すようにそれぞれの可動ミラー11は、垂直方向間隙15a(図1参照)を介して隣接して配置されている。さらに、図5(b)は、図5(a)に示す位置からMEMS素子12が可動ミラー11の配列方向(垂直方向Dv)に沿って移動された場合について示している。
〈効果〉
図5を用いて、本発明の波面変換装置10の効果について説明する。図5は、光学系の内部に配置されたMEMS素子12の縦方向断面(垂直方向に隣り合う可動ミラー11の断面)を示すとともに、入射光L1の波面変換光としての出射光L2を受光する受光部20における受光波面位相を示している。図5に示すようにそれぞれの可動ミラー11は、垂直方向間隙15a(図1参照)を介して隣接して配置されている。さらに、図5(b)は、図5(a)に示す位置からMEMS素子12が可動ミラー11の配列方向(垂直方向Dv)に沿って移動された場合について示している。
なお、受光部20は、例えば、CCDやCMOSセンサーなどの受光した光を電気信号に変換する撮像素子であり、所定期間受光した光量を電気信号として出力する。
図5(a)および図5(b)に示すように、コリメート光としての入射光L1がMEMS素子12に入射すると、入射光L1のうち、可動ミラー11に照射する領域は波面変換され、出射光L2として受光部20に入射する。この時、可動ミラー11の設定により、波面wf1を有する入射光L1は、波面wf2を有する出射光L2に波面変換される。一方、入射光L1のうち、垂直方向間隙15aに照射する領域は波面変換されず、受光部20に入射することができない。具体的には、図5(a)および図5(b)に示すように、垂直方向間隙15aに対応して、出射光L2は、波面変換されない波面欠落部を含むことになる。この結果、図5(a)および図5(b)に示すそれぞれの状態では、受光部20において波面欠落部に対応する領域(以下、非受光領域という。例えば、位置x2〜x3および位置x4〜x5(図5(a)参照)、位置x2’〜x3’および位置x4’〜x5’(図5(b)参照))では受光が行われない。
しかし、移動部13(図1参照)によるMEMS素子12の垂直方向Dvへの移動に伴い、非受光領域は、受光部20上を移動する。さらに、移動部13は、MEMS素子12を垂直方向Dvに振幅M11だけ移動可能である。この振幅M11は、垂直方向間隙15aの幅G1よりも大きい。このため、受光部20では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動の周期Tbの間にわたって受光が行われない領域が無くなる。すなわち、受光部20では、周期Tbにわたって受光した受光量を出力することで(図5(c)参照)、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。すなわち、波面変換装置10により、より良好な波面変換光を受光することが可能となる。
図5(a)および図5(b)に示すように、コリメート光としての入射光L1がMEMS素子12に入射すると、入射光L1のうち、可動ミラー11に照射する領域は波面変換され、出射光L2として受光部20に入射する。この時、可動ミラー11の設定により、波面wf1を有する入射光L1は、波面wf2を有する出射光L2に波面変換される。一方、入射光L1のうち、垂直方向間隙15aに照射する領域は波面変換されず、受光部20に入射することができない。具体的には、図5(a)および図5(b)に示すように、垂直方向間隙15aに対応して、出射光L2は、波面変換されない波面欠落部を含むことになる。この結果、図5(a)および図5(b)に示すそれぞれの状態では、受光部20において波面欠落部に対応する領域(以下、非受光領域という。例えば、位置x2〜x3および位置x4〜x5(図5(a)参照)、位置x2’〜x3’および位置x4’〜x5’(図5(b)参照))では受光が行われない。
しかし、移動部13(図1参照)によるMEMS素子12の垂直方向Dvへの移動に伴い、非受光領域は、受光部20上を移動する。さらに、移動部13は、MEMS素子12を垂直方向Dvに振幅M11だけ移動可能である。この振幅M11は、垂直方向間隙15aの幅G1よりも大きい。このため、受光部20では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動の周期Tbの間にわたって受光が行われない領域が無くなる。すなわち、受光部20では、周期Tbにわたって受光した受光量を出力することで(図5(c)参照)、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。すなわち、波面変換装置10により、より良好な波面変換光を受光することが可能となる。
〈その他〉
(1)
移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、上述のものに限定しない。並進運動は、可動ミラー11の配列方向を含む方向への並進運動であって、可動ミラー11の配列方向間隙の幅を超える配列方向大きさを有する並進運動であればよい。例えば、図6に示すように、並進運動は、可動ミラー11の配列方向(垂直方向および水平方向)への成分を有するような垂直方向および水平方向に対して傾いた方向(移動方向D2)への並進運動であってもよい。この場合、直線的な周期運動(振動運動)の周期Tdに対して、受光部20(図5参照)では、少なくとも周期Tdの半分の期間にわたって受光した受光量を出力すれば、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。
(2)
上記実施形態では、波面変換を行う波面変換部として、反射型の光変調素子であるMEMS素子12を用いたが、反射型の液晶素子を用いても同様の効果が得られる。また、波面変換部として、透過型の光変調素子、例えば、透過型の液晶素子を用いても同様の効果が得られる。
(1)
移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、上述のものに限定しない。並進運動は、可動ミラー11の配列方向を含む方向への並進運動であって、可動ミラー11の配列方向間隙の幅を超える配列方向大きさを有する並進運動であればよい。例えば、図6に示すように、並進運動は、可動ミラー11の配列方向(垂直方向および水平方向)への成分を有するような垂直方向および水平方向に対して傾いた方向(移動方向D2)への並進運動であってもよい。この場合、直線的な周期運動(振動運動)の周期Tdに対して、受光部20(図5参照)では、少なくとも周期Tdの半分の期間にわたって受光した受光量を出力すれば、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。
(2)
上記実施形態では、波面変換を行う波面変換部として、反射型の光変調素子であるMEMS素子12を用いたが、反射型の液晶素子を用いても同様の効果が得られる。また、波面変換部として、透過型の光変調素子、例えば、透過型の液晶素子を用いても同様の効果が得られる。
(3)
上記実施形態では、波面変換を行う波面変換素子(可動ミラー11)がマトリクス状に配列されているとしたが、波面変換素子は、直線状に(1次元に)配列されるものであっても同様の効果が得られる。また、2次元に配列される場合でも、マトリクス状に配列される場合に限らず同様の効果が得られる。例えば、可動ミラー11の形状が図1に示すような矩形の場合だけでなく、その他の多角形形状である場合にも同様の効果が得られる。
また、可動ミラー11の配列方向間隙が一様な幅を有さない場合にも、同様の効果が得られる。この場合には、配列方向間隙の最大幅を超える振幅でMEMS素子12を移動することが好ましい。
(4)
上記実施形態では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、周期的であると説明したが、非周期的な並進運動であってもよい。この場合には、適宜受光部20の受光量を出力するタイミングを調整することで、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。
(5)
上記実施形態では、制御部16は、記憶部17からMEMS素子12の位置に応じた可動ミラー11の設定を順次読み出し、可動ミラー11を駆動する、と説明したが、制御部16による可動ミラー11の駆動は、これに限らない。例えば、記憶部17には、MEMS素子12の所定の基準位置における可動ミラー11の設定が記憶されており、制御部16は、記憶部17からこの設定を読み出すとともに、MEMS素子12の移動位置に応じて読み出した設定を変換し、それぞれの可動ミラー11の駆動を行ってもよい。
上記実施形態では、波面変換を行う波面変換素子(可動ミラー11)がマトリクス状に配列されているとしたが、波面変換素子は、直線状に(1次元に)配列されるものであっても同様の効果が得られる。また、2次元に配列される場合でも、マトリクス状に配列される場合に限らず同様の効果が得られる。例えば、可動ミラー11の形状が図1に示すような矩形の場合だけでなく、その他の多角形形状である場合にも同様の効果が得られる。
また、可動ミラー11の配列方向間隙が一様な幅を有さない場合にも、同様の効果が得られる。この場合には、配列方向間隙の最大幅を超える振幅でMEMS素子12を移動することが好ましい。
(4)
上記実施形態では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、周期的であると説明したが、非周期的な並進運動であってもよい。この場合には、適宜受光部20の受光量を出力するタイミングを調整することで、非受光領域が受光量に与える影響を軽減することが可能となる。
(5)
上記実施形態では、制御部16は、記憶部17からMEMS素子12の位置に応じた可動ミラー11の設定を順次読み出し、可動ミラー11を駆動する、と説明したが、制御部16による可動ミラー11の駆動は、これに限らない。例えば、記憶部17には、MEMS素子12の所定の基準位置における可動ミラー11の設定が記憶されており、制御部16は、記憶部17からこの設定を読み出すとともに、MEMS素子12の移動位置に応じて読み出した設定を変換し、それぞれの可動ミラー11の駆動を行ってもよい。
(6)
上記実施形態では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、可動ミラー11の配列方向を含む方向への並進運動であって、可動ミラー11の配列方向間隙の幅を超える配列方向大きさを有する並進運動であればよい、と説明した。この時、並進運動は、次の大きさを超えないことが好ましい。例えば、並進運動は、MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差を超える振幅で振動運動する場合には、MEMS素子12からはみ出して照射される入射光が存在し、波面変換されない入射光が存在してしまうからである。
なお、光束の一部を波面変換し、他の部分が受光部に到達しなくても構わない場合は、MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以上に振幅してもかまわないが、波面変換を要する光束の一部の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。
また並進運動は、可動ミラー11の配列方向幅以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。可動ミラー11の配列方向幅を超える振幅で配列方向に振動運動する場合には、移動部13などを大型化する必要があり、MEMS素子12の移動量も大きくなるため、波面変換装置10を搭載する装置が大型化してしまうためである。
上記実施形態では、移動部13によるMEMS素子12の並進運動は、可動ミラー11の配列方向を含む方向への並進運動であって、可動ミラー11の配列方向間隙の幅を超える配列方向大きさを有する並進運動であればよい、と説明した。この時、並進運動は、次の大きさを超えないことが好ましい。例えば、並進運動は、MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差を超える振幅で振動運動する場合には、MEMS素子12からはみ出して照射される入射光が存在し、波面変換されない入射光が存在してしまうからである。
なお、光束の一部を波面変換し、他の部分が受光部に到達しなくても構わない場合は、MEMS素子12への入射光の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以上に振幅してもかまわないが、波面変換を要する光束の一部の配列方向幅とMEMS素子12の配列方向幅との差以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。
また並進運動は、可動ミラー11の配列方向幅以下の振幅で配列方向に振動運動することが好ましい。可動ミラー11の配列方向幅を超える振幅で配列方向に振動運動する場合には、移動部13などを大型化する必要があり、MEMS素子12の移動量も大きくなるため、波面変換装置10を搭載する装置が大型化してしまうためである。
また、入射光束はコリメート光に限られず収斂光もしくは発散光であってもよい。
(第2実施形態)
第1実施形態で説明した波面変換装置の適用例について説明する。
第1実施形態で説明した波面変換装置10は、光学系に反射鏡を備える光学装置においいて広く適用することが可能である。
例えば、図7に示すように、撮像光学系22へ入射する入射光L1の波面変換を行い、受光部20において受光する撮像装置25において、波面変換装置10を用いることが可能である。
この場合、波面変換装置10のMEMS素子12の可動ミラー11を駆動することで光学的収差の補正を行いつつ、可動ミラー11の配列方向間隙15が受光部20で受光される撮像に与える影響を軽減し、適切な撮像を得ることが可能となる。
この構成では、図4を用いて説明した変調周期Taは、シャッター速度に相当し、シャッターが開放している間(Ta)に、MEMS素子12は、配列方向間隙15が所定の領域にとどまることの無いように移動される。
また、反射型の波面変換装置10が適用可能な光学装置は撮像装置25に限らず、例えば、プロジェクタなどの投写型表示装置に適用してもよい。
(第2実施形態)
第1実施形態で説明した波面変換装置の適用例について説明する。
第1実施形態で説明した波面変換装置10は、光学系に反射鏡を備える光学装置においいて広く適用することが可能である。
例えば、図7に示すように、撮像光学系22へ入射する入射光L1の波面変換を行い、受光部20において受光する撮像装置25において、波面変換装置10を用いることが可能である。
この場合、波面変換装置10のMEMS素子12の可動ミラー11を駆動することで光学的収差の補正を行いつつ、可動ミラー11の配列方向間隙15が受光部20で受光される撮像に与える影響を軽減し、適切な撮像を得ることが可能となる。
この構成では、図4を用いて説明した変調周期Taは、シャッター速度に相当し、シャッターが開放している間(Ta)に、MEMS素子12は、配列方向間隙15が所定の領域にとどまることの無いように移動される。
また、反射型の波面変換装置10が適用可能な光学装置は撮像装置25に限らず、例えば、プロジェクタなどの投写型表示装置に適用してもよい。
例えば、カラーホイールなどを用いて時分割で各色の色変調を行う投写型表示装置では、図4を用いて説明した変調周期Taは、各色の色変調の周期に相当する。
また、透過型の波面変換装置は、光学系に透過型の光変調素子を備える光学装置においいて広く適用することが可能である。
例えば、図8に示すように撮像光学系22へ入射する入射光L1の波面変換を行い、受光部20において受光する撮像装置26において、透過型液晶素子である波面変換部を有する波面変換装置30を用いることが可能である。
この場合、波面変換装置30は、配列方向間隙としての格子状のブラックマトリクスで区切られた波面変換素子を有する波面変換部と、波面変換部を配列方向に移動する移動部とを備えている。なお、透過型の波面変換装置30では、移動部は、波面変換部の面外に配置される。
この構成では、図4を用いて説明した変調周期Taは、シャッター速度に相当し、シャッターが開放している間(Ta)に、透過型液晶素子である波面変換部は、配列方向間隙が所定の領域にとどまることの無いように移動される。
なお、透過型の波面変換装置30が適用可能な光学装置はこれに限らず、例えば、透過型液晶素子を備えるプロジェクタなどの投写型表示装置に適用してもよい。
また、透過型の波面変換装置は、光学系に透過型の光変調素子を備える光学装置においいて広く適用することが可能である。
例えば、図8に示すように撮像光学系22へ入射する入射光L1の波面変換を行い、受光部20において受光する撮像装置26において、透過型液晶素子である波面変換部を有する波面変換装置30を用いることが可能である。
この場合、波面変換装置30は、配列方向間隙としての格子状のブラックマトリクスで区切られた波面変換素子を有する波面変換部と、波面変換部を配列方向に移動する移動部とを備えている。なお、透過型の波面変換装置30では、移動部は、波面変換部の面外に配置される。
この構成では、図4を用いて説明した変調周期Taは、シャッター速度に相当し、シャッターが開放している間(Ta)に、透過型液晶素子である波面変換部は、配列方向間隙が所定の領域にとどまることの無いように移動される。
なお、透過型の波面変換装置30が適用可能な光学装置はこれに限らず、例えば、透過型液晶素子を備えるプロジェクタなどの投写型表示装置に適用してもよい。
例えば、光源からの光を3色に分離し、各色の光が透過型の波面変換装置30により波面変換されるような構成では、図4を用いて説明した変調周期Taは、変調周期(フレームレートの逆数またはフィールドレートの逆数)に相当する。
また、第1実施形態としての波面変換装置は、波面変換部において所定の計測パターンを変調し、光学系の性能を計測する計測装置においても適用可能である。例えば、特開2005−345288などに記載されるようなレンズの光学面を評価するための装置において、干渉計の光路上に第1実施形態としての波面変換装置を適宜配置することにより、計測機能を向上させることが可能となる。
また、第1実施形態としての波面変換装置は、波面変換部において所定の計測パターンを変調し、光学系の性能を計測する計測装置においても適用可能である。例えば、特開2005−345288などに記載されるようなレンズの光学面を評価するための装置において、干渉計の光路上に第1実施形態としての波面変換装置を適宜配置することにより、計測機能を向上させることが可能となる。
本発明は、より良好な波面変換光を得ることが求められる分野において、波面変換装置や光学装置として有用である。
10 波面変換装置
11 可動ミラー
12 MEMS素子
13 移動部
15 配列方向間隙
D1 移動方向
11 可動ミラー
12 MEMS素子
13 移動部
15 配列方向間隙
D1 移動方向
Claims (9)
- 所定間隙を介して隣接して配列されるとともに入射光に波面変換を与える複数の波面変換素子、を有する波面変換部と、
前記複数の波面変換素子の配列方向を含む移動方向に、前記波面変換部を移動させる移動部と、
を備える、
波面変換装置。 - 前記複数の波面変換素子は、前記移動部による移動に応じて駆動され、前記入射光に対して所定の波面変換を与える、
請求項1に記載の波面変換装置。 - 前記複数の波面変換素子は、マトリクス状に配列されている、
請求項1または2に記載の波面変換装置。 - 前記波面変換部は、反射型もしくは透過型のライトバルブである、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の波面変換装置。 - 前記移動部は、前記波面変換部を周期的に移動させる、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の波面変換装置。 - 前記移動部による前記移動方向への移動は、前記所定間隙の前記配列方向幅以上の前記配列方向への移動を含む、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の波面変換装置。 - 前記入射光は、撮像光学系を介して入射する、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の波面変換装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の波面変換装置と、
前記波面変換装置により波面変換された波面変換光を所定時間受光し、前記所定時間の受光量に応じた値を出力する受光部と、
を備える光学装置。 - 前記所定時間は、前記移動部による前記波面変換部の移動周期よりも長い、
請求項8に記載の光学装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112960A JP2007286311A (ja) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | 波面変換装置、および光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112960A JP2007286311A (ja) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | 波面変換装置、および光学装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007286311A true JP2007286311A (ja) | 2007-11-01 |
Family
ID=38758143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006112960A Pending JP2007286311A (ja) | 2006-04-17 | 2006-04-17 | 波面変換装置、および光学装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007286311A (ja) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05142654A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-11 | Fujitsu General Ltd | 投射型液晶プロジエクタ |
JPH11202179A (ja) * | 1998-01-19 | 1999-07-30 | Ricoh Co Ltd | 微小位置決め装置、該微小位置決め装置を用いた光学素子の光軸合わせ方法、及び、基材 |
JP2002506231A (ja) * | 1998-03-02 | 2002-02-26 | マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット | ステッチング誤差防止用改良型パターン・ジェネレータ |
JP2003262920A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-19 | Seiko Epson Corp | 背面投写型表示装置 |
WO2005031456A1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Hewlett-Packard Development Company L.P. | Method and system for reducing moire in displays |
WO2006120955A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Kuraray Co., Ltd. | 光投射装置及び背面投写型表示装置 |
JP2007199572A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Nikon Corp | 顕微鏡装置 |
-
2006
- 2006-04-17 JP JP2006112960A patent/JP2007286311A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05142654A (ja) * | 1991-11-25 | 1993-06-11 | Fujitsu General Ltd | 投射型液晶プロジエクタ |
JPH11202179A (ja) * | 1998-01-19 | 1999-07-30 | Ricoh Co Ltd | 微小位置決め装置、該微小位置決め装置を用いた光学素子の光軸合わせ方法、及び、基材 |
JP2002506231A (ja) * | 1998-03-02 | 2002-02-26 | マイクロニック レーザー システムズ アクチボラゲット | ステッチング誤差防止用改良型パターン・ジェネレータ |
JP2003262920A (ja) * | 2002-03-07 | 2003-09-19 | Seiko Epson Corp | 背面投写型表示装置 |
WO2005031456A1 (en) * | 2003-09-25 | 2005-04-07 | Hewlett-Packard Development Company L.P. | Method and system for reducing moire in displays |
JP2007507005A (ja) * | 2003-09-25 | 2007-03-22 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. | ディスプレイのモアレを低減する方法及びシステム |
WO2006120955A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Kuraray Co., Ltd. | 光投射装置及び背面投写型表示装置 |
JP2007199572A (ja) * | 2006-01-30 | 2007-08-09 | Nikon Corp | 顕微鏡装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5632473B2 (ja) | 走査振幅を変化させることによる走査型プロジェクタの歪みの補正 | |
EP1950600B1 (en) | Speckle reduction laser and laser display apparatus having the same | |
US8998424B2 (en) | Micro-projection device with anti-speckle imaging mode | |
US20110102748A1 (en) | Optical system and method | |
US20100165297A1 (en) | Laser projector | |
JP5428885B2 (ja) | プロジェクター | |
KR20070053242A (ko) | 이차원 이미지 프로젝션 시스템 | |
US20100118278A1 (en) | Diffuser driving device and projection-type image display apparatus | |
US11106031B2 (en) | Light deflector, optical scanning device, image projection device, and mobile object | |
US20120257267A1 (en) | Scanning device, image display device, and method for controlling image display device | |
US7665853B2 (en) | Arrangement for, and method of, enhancing image projection by holding scan mirror steady during part of mirror drive cycle | |
JP2007140010A (ja) | 画像表示装置 | |
JP2007121538A (ja) | 画像表示装置 | |
JP4264570B2 (ja) | 偏向装置を用いた投影型映像表示装置 | |
KR20080019465A (ko) | 스페클 감소 압전 회절형 광 변조 시스템 및 그 방법 | |
JP5557113B2 (ja) | 画像表示装置 | |
US20070273843A1 (en) | Arrangement for, and method of, increasing brightness of a projected image with drive-assisted flyback | |
JP2000171742A (ja) | 走査光学系及び走査撮像光学系 | |
JP2007286311A (ja) | 波面変換装置、および光学装置 | |
WO2013183156A1 (ja) | 投写型表示装置 | |
JP6134494B2 (ja) | レーザビーム表示装置並びにそのミラー制御方法 | |
JP2005249834A (ja) | 光走査装置及びそれを有する画像表示装置 | |
JP2007206143A (ja) | 投写型表示装置 | |
JP2007121802A (ja) | 画像表示装置及び画像表示方法 | |
KR20060117072A (ko) | 회절형 광변조기를 이용한 배면투사형 디스플레이 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090403 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100309 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100309 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100629 |