JP2008102190A - Scanning type optical device - Google Patents

Scanning type optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2008102190A
JP2008102190A JP2006282603A JP2006282603A JP2008102190A JP 2008102190 A JP2008102190 A JP 2008102190A JP 2006282603 A JP2006282603 A JP 2006282603A JP 2006282603 A JP2006282603 A JP 2006282603A JP 2008102190 A JP2008102190 A JP 2008102190A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electro
optical
optical element
polarization direction
scanning
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.)
Withdrawn
Application number
JP2006282603A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuro Yamazaki
哲朗 山▲崎▼
Masatoshi Yonekubo
政敏 米窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2006282603A priority Critical patent/JP2008102190A/en
Publication of JP2008102190A publication Critical patent/JP2008102190A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scanning type optical device capable of giving a large deviation angle and saving electric power even when a plurality of electro-optical elements are used. <P>SOLUTION: The device includes: a light source device 11 emitting a laser beam; a light scanning unit 20 having a first electro-optical element 21 that allows the laser beam emitting from the light source device 11 to scan in one direction by changing the refractive index distribution corresponding to the intensity of an electric field generated inside and a second electro-optical element 26 that allows the laser beam exiting from the first electro-optical element 21 to scan in a direction different from the first direction; and a polarization direction rotating means 25 which is disposed on an optical path between the first electro-optical element 21 and the second electro-optical element 26 and rotates the polarization direction of the light exiting from the first electro-optical element 21. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、走査型光学装置に関する。   The present invention relates to a scanning optical device.

近年、レーザ光などのビーム状の光を被投射面上でラスタースキャンして画像を表示する走査型画像表示装置が提案されている。この装置では、レーザ光の供給を停止することで完全な黒を表現できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ等に比べて高コントラストの表示が可能である。また、レーザ光を使用した画像表示装置は、レーザ光が単一波長であるために色純度が高い、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい(絞りやすい)等の特性を持つことから、高解像度、高色再現性を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。また、走査型画像表示装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどと異なり、固定された画素を持たないため、画素数という概念がなく、解像度を変換し易いという利点も持っている。   2. Description of the Related Art In recent years, scanning image display apparatuses that display an image by raster scanning beam-like light such as laser light on a projection surface have been proposed. In this apparatus, since the complete black can be expressed by stopping the supply of the laser light, a high contrast display is possible as compared with, for example, a projector using a liquid crystal light valve. In addition, image display devices that use laser light have characteristics such as high color purity because the laser light has a single wavelength and high coherence, so that the beam is easy to shape (easy to squeeze). It is expected as a high-quality display that realizes resolution and high color reproducibility. In addition, unlike a liquid crystal display, a plasma display, or the like, a scanning image display device does not have a fixed pixel, and therefore has an advantage that the resolution is easily converted without the concept of the number of pixels.

走査型画像表示装置で画像を生成するには、ポリゴンミラー、ガルバノミラーなどのスキャナを用いて光を2次元に走査する必要がある。1個のスキャナを水平方向、垂直方向の2方向に振りつつ光を2次元に走査する方法もあるが、その場合、走査系の構成や制御が複雑になるという問題がある。そこで、光を1次元に走査するスキャナを2組用意し、各々に水平走査と垂直走査を受け持たせるようにした走査型画像表示装置が提案されている。従来は、双方のスキャナともにポリゴンミラーやガルバノミラーを使用するのが普通であり、双方のスキャナに回転多面鏡(ポリゴンミラー)を用いた投写装置が下記の特許文献1に開示されている。
特開平1−245780号公報
In order to generate an image with a scanning image display device, it is necessary to scan light two-dimensionally using a scanner such as a polygon mirror or a galvanometer mirror. There is a method of scanning light two-dimensionally while swinging one scanner in two directions, the horizontal direction and the vertical direction, but in this case, there is a problem that the configuration and control of the scanning system become complicated. In view of this, a scanning type image display apparatus has been proposed in which two sets of scanners for scanning light in one dimension are prepared, and each of them has a horizontal scanning and a vertical scanning. Conventionally, both scanners normally use a polygon mirror or a galvanometer mirror, and a projection apparatus using a rotating polygon mirror (polygon mirror) for both scanners is disclosed in Patent Document 1 below.
JP-A-1-245780

しかしながら、特許文献1ではポリゴンミラーを用いた装置が紹介されているが画像フォーマットの高解像度化に伴い、スキャン周波数も高くなってきており、ポリゴンミラーやガルバノミラーでは限界を迎えつつある。そこで、近年、高速側のスキャナにMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用したシステムが発表されている。MEMS技術を利用したスキャナ(以下、単にMEMSスキャナという)とは、シリコン等の半導体材料の微細加工技術を用いて製作するものであり、トーションバネ等で支持したミラーを静電力等により駆動するものである。このスキャナは、静電力とバネの復元力との相互作用でミラーを往復運動させて、光を走査することができる。MEMSスキャナを用いることにより、従来のスキャナに比べて高周波数、大偏角のスキャナを実現することができる。これにより、高解像度の画像を表示することが可能になる。   However, in Patent Document 1, an apparatus using a polygon mirror is introduced. However, as the resolution of an image format is increased, the scanning frequency is also increasing, and the polygon mirror and the galvanometer mirror are reaching their limits. Therefore, in recent years, a system using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology for a high-speed scanner has been announced. A scanner using MEMS technology (hereinafter simply referred to as a MEMS scanner) is manufactured using a microfabrication technology of a semiconductor material such as silicon, and drives a mirror supported by a torsion spring or the like by electrostatic force or the like. It is. This scanner can scan the light by reciprocating the mirror by the interaction between the electrostatic force and the restoring force of the spring. By using the MEMS scanner, it is possible to realize a scanner having a high frequency and a large deflection angle as compared with a conventional scanner. This makes it possible to display a high-resolution image.

ところで、高速のMEMSスキャナを実現するには、ミラーを共振点で往復運動させなければならないため、光利用効率などを考えると、走査線が視聴者から見て左から右へスキャンした後に、次の走査線は右から左にスキャンする(両側スキャン)システムとなる。
一方、画像信号はCRT(Cathode Ray Tube)をベースに規格が決まっているため、左から右へスキャンした後は短い時間で左に戻り、再度右へスキャンする(片側スキャン)システムに合わせたフォーマットとなっている。したがって、MEMSスキャナの場合、一部のデータは入力された信号の順番を反転して表示しなければならないため、信号の制御が複雑になる。
そこで、MEMSスキャン以外の走査手段としては、電気光学(EO:Electro Optic)スキャナが考えられる。EOスキャナとはEO結晶に電圧を加えることにより、その結晶中を透過する光の進行方向を変える素子である。このようにEOスキャナでは、電圧によりスキャン角を制御できるので、CRTと同様に片側スキャンによる描画が可能となる。
By the way, in order to realize a high-speed MEMS scanner, the mirror must be reciprocated at the resonance point. Therefore, considering the light utilization efficiency, the scanning line scans from left to right as viewed from the viewer, and then These scanning lines are scanned from right to left (both sides scanning).
On the other hand, since the standard for image signals is determined based on CRT (Cathode Ray Tube), after scanning from left to right, it returns to the left in a short time and then scans to the right again (one side scan). It has become. Therefore, in the case of the MEMS scanner, since some data must be displayed by reversing the order of the input signals, the signal control becomes complicated.
Therefore, an electro-optic (EO) scanner can be considered as a scanning means other than the MEMS scan. An EO scanner is an element that changes the traveling direction of light transmitted through a crystal by applying a voltage to the EO crystal. As described above, since the scan angle can be controlled by the voltage in the EO scanner, drawing by one-sided scanning can be performed in the same manner as the CRT.

EO結晶には、ポッケルス効果、あるいは、カー効果を有するものがあり、この効果は、入射する光の振動方向に対する依存性があり、特定の振動方向の光に対しては大きな偏角を得ることができるが、特定の振動方向と直交する振動方向の光に対してはそれほど大きな偏角を得ることはできない。したがって、複数のEOスキャナを用いて2次元走査を行う場合、後段に配置されたEO素子に入射する光の振動方向(偏光面)を考慮せずに、前段のEO素子から射出された光をそのまま入射させると、大きな偏角が得られないため、所望の形状(照射される領域のアスペクト比が4:3や16:9など)に光をスキャンすることが困難である。このため、大きな偏角を得るために、EO素子に印加する電圧をEO素子の特性以上に高くする必要が生じ、消費電力の増大を招いてしまう。   Some EO crystals have a Pockels effect or a Kerr effect, and this effect has a dependency on the vibration direction of incident light, and a large declination is obtained for light in a specific vibration direction. However, a large deflection angle cannot be obtained for light in a vibration direction orthogonal to a specific vibration direction. Therefore, when performing two-dimensional scanning using a plurality of EO scanners, the light emitted from the preceding EO element is taken into consideration without considering the vibration direction (polarization plane) of the light incident on the EO element disposed in the subsequent stage. If the light is incident as it is, a large deflection angle cannot be obtained, and it is difficult to scan light in a desired shape (the aspect ratio of the irradiated region is 4: 3, 16: 9, etc.). For this reason, in order to obtain a large deflection angle, it is necessary to make the voltage applied to the EO element higher than the characteristics of the EO element, leading to an increase in power consumption.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数の電気光学素子を用いた場合でも、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能な走査型光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem. Even when a plurality of electro-optical elements are used, a large deviation angle can be obtained and power saving can be achieved. An object of the present invention is to provide a mold optical device.

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の走査型光学装置は、レーザ光を射出する光源装置と、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、前記光源装置から射出されるレーザ光を一方向に走査する第1電気光学素子及び該第1電気光学素子から射出されたレーザ光を前記一方向と異なる方向に走査する第2電気光学素子を有する光走査部と、前記第1電気光学素子と前記第2電気光学素子との間の光路上に設けられ前記第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The scanning optical device of the present invention has a light source device that emits laser light and a laser light emitted from the light source device in one direction by changing a refractive index distribution according to the magnitude of an electric field generated inside. A first electro-optical element that scans; a light scanning unit that includes a second electro-optical element that scans laser light emitted from the first electro-optical element in a direction different from the one direction; the first electro-optical element; And a polarization direction rotating unit provided on an optical path between the second electro-optical element and rotating the polarization direction of the light emitted from the first electro-optical element.

まず、電気光学素子の性質について説明する。
電気光学素子は、電圧が印加されることにより内部に電界が生じ、屈折率分布が電界方向に向かって連続的に増加あるいは減少する。このため、電気光学素子の内部に生じる電界と垂直な方向に進行する光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられ、電気光学素子から射出される。本発明の走査型光学装置では、光源装置から射出され第1電気光学素子に入射した光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられ一方向に走査される。第1電気光学素子から射出された光は、偏光方向回転手段により、偏光面が回転する。そして、偏光面が回転した光は、第2電気光学素子に入射し、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられ他方向に走査される。
First, the properties of the electro-optical element will be described.
In the electro-optic element, an electric field is generated when a voltage is applied, and the refractive index distribution continuously increases or decreases in the direction of the electric field. For this reason, the light traveling in the direction perpendicular to the electric field generated inside the electro-optic element is bent from the low refractive index side to the high side and is emitted from the electro-optic element. In the scanning optical device of the present invention, the light emitted from the light source device and incident on the first electro-optic element is bent from the low refractive index side to the high side and scanned in one direction. The polarization plane of the light emitted from the first electro-optical element is rotated by the polarization direction rotating means. Then, the light whose polarization plane is rotated enters the second electro-optic element, is bent from the low refractive index side to the high side, and is scanned in the other direction.

ここで、偏光方向を考慮しないで、第1電気光学素子から射出された光をそのまま第2電気光学素子に入射させると、第2電気光学素子は第1電気光学素子とは異なる方向に走査することから、第2電気光学素子の最大偏角を得ることができる偏光方向から偏光面がずれてしまい、所望の偏角を得るために必要以上の電圧を印加させる必要が生じる。しかしながら、本発明では、偏光方向回転手段を備えているため、第2電気光学素子の最大偏角を得ることができる偏光方向の光に近づけて、電気光学素子から射出された光を第2電気光学素子に入射させることができる。したがって、第2電気光学素子に同じ電圧を印加したとき、偏光方向を考慮しない場合に比べて大きな偏角を得ることができるため、第2電気光学素子から射出される光の照明領域を所望の形状となるように走査することが容易となる。すなわち、本発明の走査型光学装置は、従来のように大きな偏角を得ようと高い電圧を印加させる必要がないため、第2電気光学素子の印加電圧に対するスキャン角度(走査角度)の効率を向上させることが可能となる。これにより、装置全体として低消費電力化を実現することが可能となる。   Here, when the light emitted from the first electro-optical element is directly incident on the second electro-optical element without considering the polarization direction, the second electro-optical element scans in a direction different from that of the first electro-optical element. For this reason, the plane of polarization deviates from the polarization direction in which the maximum deflection angle of the second electro-optic element can be obtained, and it is necessary to apply a voltage more than necessary to obtain the desired deflection angle. However, in the present invention, since the polarization direction rotating means is provided, the light emitted from the electro-optic element is made closer to the light in the polarization direction capable of obtaining the maximum deflection angle of the second electro-optic element. The light can enter the optical element. Accordingly, when the same voltage is applied to the second electro-optical element, a larger declination can be obtained as compared with the case where the polarization direction is not taken into consideration. Therefore, the illumination area of the light emitted from the second electro-optical element can be set to a desired value. It becomes easy to scan in a shape. That is, the scanning optical device of the present invention does not need to apply a high voltage so as to obtain a large deflection angle as in the prior art. It becomes possible to improve. As a result, it is possible to realize low power consumption for the entire apparatus.

また、前記偏光方向回転手段が、前記第1電気光学素子から射出された光に、前記第1電気光学素子から射出されたレーザ光の偏光方向が前記第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な偏光方向になるような偏光方向に回転させることが好ましい。   Further, the polarization direction rotating means obtains the maximum deviation angle of the second electro-optical element when the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optical element is obtained from the light emitted from the first electro-optical element. It is preferable to rotate in the polarization direction so that the polarization direction becomes possible.

本発明に係る走査型光学装置では、偏光方向回転手段により、第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を、第2電気光学素子の最大偏角を得ることができるような偏光方向に回転される。したがって、所望の偏角を得るために第2電気光学素子に印加する電圧を大きくする必要がない。その結果、第2電気光学素子の性能を最大限に利用することができるため、第2電気光学素子の印加電圧に対するスキャン角度の効率をより向上させることが可能となる。   In the scanning optical device according to the present invention, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optic element is changed to a polarization direction that can obtain the maximum deflection angle of the second electro-optic element by the polarization direction rotating means. It is rotated. Therefore, it is not necessary to increase the voltage applied to the second electro-optical element in order to obtain a desired deflection angle. As a result, since the performance of the second electro-optic element can be utilized to the maximum, the efficiency of the scan angle with respect to the applied voltage of the second electro-optic element can be further improved.

また、本発明の走査型光学装置は、前記偏光方向回転手段が、1/2波長板であることが好ましい。
本発明に係る走査型光学装置では、偏光方向回転手段が1/2波長板であるため、偏光方向を、例えば90度回転させることにより、第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を、第2電気光学素子の最大偏角を得ることができるような偏光方向に回転させることが可能となる。したがって、偏光方向回転手段が1/2波長板であるため、簡易な構成で、精度良く第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を所望の偏光方向に変換することが可能となる。
In the scanning optical device of the present invention, it is preferable that the polarization direction rotating means is a half-wave plate.
In the scanning optical device according to the present invention, since the polarization direction rotating means is a half-wave plate, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optical element is changed by rotating the polarization direction by, for example, 90 degrees. It is possible to rotate the polarization direction so that the maximum deflection angle of the second electro-optic element can be obtained. Therefore, since the polarization direction rotating means is a half-wave plate, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optic element can be accurately converted to a desired polarization direction with a simple configuration.

また、本発明の走査型光学装置は、前記偏光方向回転手段が1/2波長板である代わりに、前記偏光方向回転手段が旋光性を有する物質からなっていても良い。
本発明に係る走査型光学装置では、第1電気光学素子から射出した光は旋光性を有する物質からなる偏光方向回転手段を通過すると、偏光面が回転する。このように、旋光性を有する物質からなる偏光方向回転手段を用いることにより、安価に第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を所望の偏光方向に変換することが可能となる。
In the scanning optical device of the present invention, the polarization direction rotating means may be made of a material having optical activity instead of the polarization direction rotating means being a half-wave plate.
In the scanning optical device according to the present invention, when the light emitted from the first electro-optic element passes through the polarization direction rotating means made of a material having optical rotation, the plane of polarization is rotated. As described above, by using the polarization direction rotating means made of a substance having optical rotation, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optical element can be converted into a desired polarization direction at a low cost.

また、本発明の走査型光学装置は、前記第1電気光学素子と前記第2電気光学素子の走査方向が互いに直交して配置されていることが好ましい。   In the scanning optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the scanning directions of the first electro-optical element and the second electro-optical element are orthogonal to each other.

本発明に係る走査型光学装置では、第1電気光学素子及び第2電気光学素子が直交して配置されているため、第1電気光学素子及び第2電気光学素子のうちいずれか一方を水平走査に用い、他方を垂直走査に用いることができる。したがって、第1,第2電気光学素子から射出されるレーザ光のスキャン範囲をより大きくすることができる。   In the scanning optical device according to the present invention, since the first electro-optical element and the second electro-optical element are arranged orthogonally, one of the first electro-optical element and the second electro-optical element is horizontally scanned. The other can be used for vertical scanning. Therefore, the scan range of the laser light emitted from the first and second electro-optical elements can be further increased.

また、本発明の走査型光学装置は、前前記第1電気光学素子及び第2電気光学素子の電気光学効果が結晶方位依存性を有し、前記偏光方向回転手段が、前記第1電気光学素子から射出された光に、前記第1電気光学素子から射出されたレーザ光の偏光方向が前記第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な前記第2電気光学素子の結晶方位に一致するような偏光方向に回転させることが好ましい。   In the scanning optical device according to the aspect of the invention, the electro-optical effect of the first electro-optical element and the second electro-optical element may have a crystal orientation dependency, and the polarization direction rotating unit may include the first electro-optical element. The polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element matches the crystal orientation of the second electro-optic element capable of obtaining the maximum deflection angle of the second electro-optic element. It is preferable to rotate in such a polarization direction.

本発明に係る走査型光学装置では、偏光方向回転手段により、第1電気光学素子から射出された光に、第1電気光学素子から射出されたレーザ光の偏光方向が第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な第2電気光学素子の結晶方位に一致するような偏光方向に回転される。したがって、第2電気光学素子に入射する光の偏光方向と第2電気光学素子の結晶方位を一致させることで、第2電気光学素子から最大偏角のレーザ光を射出させることが可能となる。   In the scanning optical device according to the present invention, the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element is the maximum of the second electro-optic element, with respect to the light emitted from the first electro-optic element by the polarization direction rotating means. The polarization direction is rotated so as to coincide with the crystal orientation of the second electro-optic element capable of obtaining the declination. Therefore, by matching the polarization direction of the light incident on the second electro-optic element and the crystal orientation of the second electro-optic element, it becomes possible to emit laser light having the maximum deflection angle from the second electro-optic element.

また、本発明の走査型光学装置は、前記電気光学素子がKTa1−xNb3の組成を有することが好ましい。 In the scanning optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the electro-optic element has a composition of KTa 1-x Nb x O 3 .

本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子が、高い誘電率を有する誘電体材料であるKTa1−xNb3(タンタル酸ニオブ酸カリウム)の組成を有する結晶である(以下、KTN結晶と称す)。KTN結晶は、立方晶から正方晶さらに菱面体晶へと温度により結晶系を変える性質を有しており、立方晶においては、大きい2次の電気光学効果を有することが知られている。特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する2次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。したがって、KTa1−xNb3の組成を有する結晶は、他の結晶に比べて屈折率を変化させる際に必要になる印加電圧を低く抑えることが可能となる。これにより、省電力化を実現可能な走査型光学装置を提供することが可能となる。 In the scanning optical device according to the present invention, the electro-optic element is a crystal having a composition of KTa 1-x Nb x O 3 (potassium niobate tantalate), which is a dielectric material having a high dielectric constant (hereinafter, referred to as “crystal”). (Referred to as KTN crystal). KTN crystals have the property of changing the crystal system depending on temperature from cubic to tetragonal to rhombohedral, and it is known that cubic crystals have a large secondary electro-optic effect. In particular, in a region close to the phase transition temperature from cubic to tetragonal, a phenomenon in which the relative permittivity diverges occurs, and the secondary electro-optic effect proportional to the square of the relative permittivity is a very large value. Therefore, the crystal having the composition of KTa 1-x Nb x O 3 can suppress the applied voltage required when changing the refractive index as compared with other crystals. Accordingly, it is possible to provide a scanning optical device that can realize power saving.

以下、図面を参照して、本発明に係る走査型光学装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。   Embodiments of a scanning optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.

[第1実施形態]
走査型光学装置1は、図1に示すように、レーザ光を射出する光源装置(LD:レーザダイオード)11と、光源装置11から射出されたレーザ光を走査する光走査部20とを備えている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the scanning optical device 1 includes a light source device (LD: laser diode) 11 that emits laser light, and an optical scanning unit 20 that scans the laser light emitted from the light source device 11. Yes.

光走査部20は、光源装置11から射出されたレーザ光の光路上に配置された2つの電気光学素子21,26と電気光学素子21,26の間の光路上に配置された1/2波長板25(偏光方向回転手段)とを備えている。ここで、光源装置11に近い側に配置された電気光学素子21を第1電気光学素子とし、光源装置11から遠い側に配置された電気光学素子26を第2電気光学素子とする。
なお、本実施形態で用いられる第1,第2電気光学素子21,26は、電圧の印加方向と入射光の偏光方向とが同じである場合、電気光学素子から最大偏角の光を射出させることが可能な素子である。
The optical scanning unit 20 includes two electro-optic elements 21 and 26 arranged on the optical path of the laser light emitted from the light source device 11 and a half wavelength arranged on the optical path between the electro-optic elements 21 and 26. And a plate 25 (polarization direction rotating means). Here, the electro-optical element 21 disposed on the side closer to the light source device 11 is referred to as a first electro-optical element, and the electro-optical element 26 disposed on the side far from the light source device 11 is referred to as a second electro-optical element.
The first and second electro-optical elements 21 and 26 used in the present embodiment emit light having the maximum deflection angle from the electro-optical element when the voltage application direction and the polarization direction of incident light are the same. It is a possible element.

第1電気光学素子21は、照明領域Kにおいて2方向(垂直方向v、水平方向h)の走査のうち、光源装置11から射出される光を垂直方向(一方向)vに走査する垂直走査用スキャナであり、第2電気光学素子26は、第1電気光学素子21から射出される光を水平方向(一方向と異なる方向)hに走査する水平走査用スキャナである。
なお、ここで言う「水平走査用スキャナ」は、2方向の走査のうち、高速側の走査を担うスキャナであり、「垂直走査用スキャナ」は、低速側の走査を担うスキャナである。
The first electro-optic element 21 is used for vertical scanning that scans light emitted from the light source device 11 in the vertical direction (one direction) v out of scanning in the two directions (vertical direction v and horizontal direction h) in the illumination region K. The second electro-optical element 26 is a scanner for horizontal scanning that scans light emitted from the first electro-optical element 21 in a horizontal direction (a direction different from one direction) h.
The “horizontal scanning scanner” mentioned here is a scanner responsible for high-speed scanning out of two directions, and the “vertical scanning scanner” is a scanner responsible for low-speed scanning.

まず、第1電気光学素子について説明する。
第1電気光学素子21は、図1に示すように、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、光源装置11から射出されるレーザ光を走査するものであり、図1に示すように、第1電極22と、第2電極23と、光学素子24とを備えている。
光学素子24は、電気光学効果を有する誘電体結晶(電気光学結晶)であり、本実施形態ではKTN(タンタル酸ニオブ酸カリウム、KTa1−xNb3)の組成を有する結晶材料で構成されている。また、KTN結晶はカー効果(等方性材料に電場をかけると複屈折性が生じる現象であり、印加電圧により発生した電界の強さの二乗に比例する)を利用した結晶である。
また、光学素子24は、直方体形状であり、光学素子24の上面24aには第1電極22が配置され、下面24bには第2電極23が配置されている。この第1電極22及び第2電極23には、電圧を印加する電源Eが接続されている。また、第1電極22及び第2電極23は、図1に示すように、光学素子24内を進行するレーザ光Lの進行方向の寸法がほぼ同じである。これにより、第1電極22と第2電極23との間の光学素子24に電界が生じるようになっている。例えば、第2電極23より第1電極22に高い電圧が印加されると、第1電極22から第2電極23に向かって(矢印Aに示す方向)電界が生じる。その結果、電気光学結晶の屈折率は第1電極22から第2電極23に向かって高くなる。また、矢印Aは、第1,第2電極22,23の配列方向、すなわち、電圧の印加方向である。
First, the first electro-optical element will be described.
As shown in FIG. 1, the first electro-optic element 21 scans the laser light emitted from the light source device 11 by changing the refractive index distribution according to the magnitude of the electric field generated inside. As shown in FIG. 1, a first electrode 22, a second electrode 23, and an optical element 24 are provided.
The optical element 24 is a dielectric crystal (electro-optic crystal) having an electro-optic effect, and is composed of a crystal material having a composition of KTN (potassium niobate tantalate, KTa 1-x Nb x O 3 ) in this embodiment. Has been. The KTN crystal is a crystal utilizing the Kerr effect (a phenomenon in which birefringence occurs when an electric field is applied to an isotropic material, and is proportional to the square of the strength of an electric field generated by an applied voltage).
The optical element 24 has a rectangular parallelepiped shape, and the first electrode 22 is disposed on the upper surface 24a of the optical element 24, and the second electrode 23 is disposed on the lower surface 24b. A power source E for applying a voltage is connected to the first electrode 22 and the second electrode 23. Further, as shown in FIG. 1, the first electrode 22 and the second electrode 23 have substantially the same size in the traveling direction of the laser light L traveling in the optical element 24. As a result, an electric field is generated in the optical element 24 between the first electrode 22 and the second electrode 23. For example, when a voltage higher than the second electrode 23 is applied to the first electrode 22, an electric field is generated from the first electrode 22 toward the second electrode 23 (in the direction indicated by arrow A). As a result, the refractive index of the electro-optic crystal increases from the first electrode 22 toward the second electrode 23. An arrow A indicates the arrangement direction of the first and second electrodes 22 and 23, that is, the voltage application direction.

また、光学素子24は、図1に示すように、第1電気光学素子21の入射端面21aの第1電極22に近い側からレーザ光を入射させるように配置されている。これにより、本実施形態の第1電気光学素子21は、入射したレーザ光を基準に片側に走査する片側走査を行う。つまり、第1電気光学素子21の屈折率分布により、光学素子24に入射したレーザ光は第2電極23側のみに曲げられるため、光学素子24の第1電極22側からレーザ光を入射させることにより、スキャン範囲を大きく取ることが可能となっている。
また、光源装置11は、矢印で示すように、垂直方向vと平行な直線偏光(以降v偏光とする)のレーザ光を射出するものである。すなわち、第1電気光学素子21の電圧の印加方向Aと、光源装置11から射出されるレーザ光の偏光方向(v偏光)とを合わせることで、第1電気光学素子21から最大偏角の光を射出させることが可能となる。
さらに、光源装置11は、射出されたレーザ光Lが電気光学素子21の入射端面21aに対して垂直に入射するように配置されている。
In addition, as shown in FIG. 1, the optical element 24 is arranged so that laser light is incident from the side of the incident end face 21 a of the first electro-optic element 21 close to the first electrode 22. As a result, the first electro-optic element 21 of the present embodiment performs one-side scanning that scans one side with reference to the incident laser light. That is, because the laser light incident on the optical element 24 is bent only to the second electrode 23 side due to the refractive index distribution of the first electro-optical element 21, the laser light is allowed to enter from the first electrode 22 side of the optical element 24. This makes it possible to increase the scan range.
The light source device 11 emits laser light of linearly polarized light (hereinafter referred to as v-polarized light) parallel to the vertical direction v as indicated by an arrow. That is, by matching the voltage application direction A of the first electro-optic element 21 with the polarization direction (v-polarized light) of the laser light emitted from the light source device 11, the light having the maximum deflection angle from the first electro-optic element 21. Can be injected.
Further, the light source device 11 is disposed so that the emitted laser light L is incident on the incident end face 21 a of the electro-optic element 21 perpendicularly.

次に、第1電気光学素子の動作について説明する。
第1電極22には、電源Eにより例えば+100Vの電圧が印加され、第2電極23には、電源Eにより例えば0Vの電圧が印加される。第1,第2電極22,23に電圧を印加することで、光学素子24には第1電極22から第2電極23に向かって電界が生じる。これにより、光学素子24の屈折率は、第1電極22側が低くなり、第2電極23側に向かって屈折率が徐々に高くなる。これにより、光学素子24の内部に生じる電界方向Aと垂直な方向に進行するレーザ光は屈折する。具体的には、第1電気光学素子21の入射端面21aから入射したレーザ光Lは、光学素子24の屈折率が高い第2電極23側に向かって曲げられる。
Next, the operation of the first electro-optic element will be described.
For example, a voltage of +100 V is applied to the first electrode 22 by the power source E, and a voltage of 0 V, for example, is applied to the second electrode 23 from the power source E. By applying a voltage to the first and second electrodes 22 and 23, an electric field is generated in the optical element 24 from the first electrode 22 toward the second electrode 23. As a result, the refractive index of the optical element 24 decreases on the first electrode 22 side and gradually increases toward the second electrode 23 side. Thereby, the laser beam traveling in the direction perpendicular to the electric field direction A generated inside the optical element 24 is refracted. Specifically, the laser light L incident from the incident end face 21a of the first electro-optic element 21 is bent toward the second electrode 23 side where the refractive index of the optical element 24 is high.

次に、光源装置から射出されるレーザ光の走査について説明する。
第1電極22に印加される電圧の波形は、例えば、図2に示すように、鋸歯状の波形である。この初期値S1(0V)の電圧を第1電極22に印加すると、図1に示すように、光源装置11から射出され光学素子24を進行するレーザ光L1は直進し第1電気光学素子21の射出端面21bから射出される。
Next, scanning of laser light emitted from the light source device will be described.
The waveform of the voltage applied to the first electrode 22 is, for example, a sawtooth waveform as shown in FIG. When the voltage of the initial value S1 (0 V) is applied to the first electrode 22, as shown in FIG. 1, the laser light L1 emitted from the light source device 11 and traveling through the optical element 24 travels straight and travels through the first electro-optic element 21. Injected from the injection end face 21b.

また、第1電極22に印加する電圧値を、図2の電圧の波形に示すように徐々に上げると、光学素子24の屈折率勾配が大きくなる。これにより、第1電極22に印加する電圧を上げ徐々に最大の電圧値S2(+100V)まで上げると、図1に示すように、光源装置11から射出され光学素子24を進行するレーザ光L2は、光学素子24内において印加電圧の上昇とともに徐々に大きく屈折する。これにより、第1電気光学素子21の射出端面21bから射出される光は、スキャン範囲において電界方向Aと同じ方向に走査される。   Further, when the voltage value applied to the first electrode 22 is gradually increased as shown in the voltage waveform of FIG. 2, the refractive index gradient of the optical element 24 increases. As a result, when the voltage applied to the first electrode 22 is increased and gradually increased to the maximum voltage value S2 (+100 V), the laser light L2 emitted from the light source device 11 and traveling through the optical element 24 as shown in FIG. In the optical element 24, the light gradually refracts as the applied voltage increases. Thereby, the light emitted from the emission end face 21 b of the first electro-optic element 21 is scanned in the same direction as the electric field direction A in the scan range.

このように、図2に示す波形の電圧を第1電極22に印加することで、光源装置11から射出されたレーザ光Lは、電気光学素子21によりレーザ光L1からレーザ光L2までのスキャン範囲(走査範囲)内を走査されるようになっている。すなわち、第1電極22に印加する電圧を変化させることで、第1電気光学素子21の射出端面21bから射出されるレーザ光は1次元方向に走査される。
なお、第1電気光学素子21に印加される印加電圧の値である初期値0V,最大電圧値+100Vは一例に過ぎず、第1電気光学素子21から射出される光の偏角の大きさや、光学素子24の厚みによって適宜変更が可能である。
2 is applied to the first electrode 22, the laser light L emitted from the light source device 11 is scanned by the electro-optic element 21 from the laser light L1 to the laser light L2. (Scanning range) is scanned. In other words, by changing the voltage applied to the first electrode 22, the laser light emitted from the emission end face 21 b of the first electro-optic element 21 is scanned in a one-dimensional direction.
Note that the initial value 0 V and the maximum voltage value +100 V, which are values of the applied voltage applied to the first electro-optic element 21, are merely examples, and the magnitude of the deflection angle of the light emitted from the first electro-optic element 21, The thickness can be appropriately changed depending on the thickness of the optical element 24.

1/2波長板25は、図1に示すように、当該1/2波長板25の光学軸(常光と異常光に分かれない方向)Pが、入射するレーザ光の偏光方向(v偏光)と45度の角度をなすように配置されている。このように配置することで、第1電気光学素子21から射出されたレーザ光は、1/2波長板25を通過することで複屈折効果により偏光面が90度回転する。したがって、1/2波長板25を通過した後のレーザ光は、水平方向hと平行な直線偏光(以降h偏光とする)の光となる。   As shown in FIG. 1, the half-wave plate 25 has an optical axis (a direction that is not divided into ordinary light and extraordinary light) P and the polarization direction (v-polarized light) of the incident laser light. They are arranged at an angle of 45 degrees. With this arrangement, the laser light emitted from the first electro-optic element 21 passes through the half-wave plate 25 and the plane of polarization is rotated 90 degrees due to the birefringence effect. Therefore, the laser light after passing through the half-wave plate 25 is linearly polarized light (hereinafter referred to as h-polarized light) parallel to the horizontal direction h.

次に、第2電気光学素子について説明する。
第2電気光学素子26は第1電気光学素子21と同様の構成であり、配置及び大きさのみ異なる。
すなわち、第2電気光学素子26は、第1電気光学素子21と同様に、第1電極27と、第2電極28と、光学素子29とにより構成されている。なお、第2電気光学素子26も第1電気光学素子21と同様に、入射したレーザ光を基準に片側に走査する片側走査となっている。
また、光学素子29の大きさは、第1電気光学素子21から走査されたレーザ光を入射可能な入射端面26aを有する大きさとなっている。
また、第2電極28より第1電極27に高い電圧が印加されると、第1電極27から第2電極28に向かって(矢印Bに示す方向)電界が生じる。その結果、電気光学結晶の屈折率は第1電極22から第2電極23に向かって高くなる。また、矢印Bは、第1,第2電極27,28の配列方向、すなわち、電圧の印加方向である。
Next, the second electro-optical element will be described.
The second electro-optical element 26 has the same configuration as that of the first electro-optical element 21 and differs only in arrangement and size.
That is, the second electro-optical element 26 includes the first electrode 27, the second electrode 28, and the optical element 29, similarly to the first electro-optical element 21. Note that, similarly to the first electro-optic element 21, the second electro-optic element 26 is also a one-side scan that scans one side with reference to the incident laser beam.
Further, the size of the optical element 29 is a size having an incident end face 26a on which the laser beam scanned from the first electro-optic element 21 can be incident.
Further, when a voltage higher than the second electrode 28 is applied to the first electrode 27, an electric field is generated from the first electrode 27 toward the second electrode 28 (in the direction indicated by arrow B). As a result, the refractive index of the electro-optic crystal increases from the first electrode 22 toward the second electrode 23. An arrow B indicates the arrangement direction of the first and second electrodes 27 and 28, that is, the voltage application direction.

KTN結晶は、電圧の印加方向Aとスキャン方向とが略一致するため、第1電気光学素子21が光源装置11から射出されたレーザ光を垂直方向に走査し、第2電気光学素子26が第1電気光学素子21から射出されたレーザ光を水平方向に走査するには、第1電気光学素子21の電圧の印加方向Aと、第2電気光学素子26の電圧の印加方向Bとを略直交させて配置する。具体的には、第2電気光学素子26は、第1電気光学素子21の配置に対して、レーザ光L1の光路を中心に90度回転させた状態で、光源装置11から射出されたレーザ光の光路上に配置されている。これにより、第2電気光学素子26の射出端面26bから射出される光は、スキャン範囲において電界方向Bと同じ方向に走査される。   In the KTN crystal, the voltage application direction A and the scan direction substantially coincide with each other, so the first electro-optical element 21 scans the laser light emitted from the light source device 11 in the vertical direction, and the second electro-optical element 26 To scan the laser light emitted from the first electro-optic element 21 in the horizontal direction, the voltage application direction A of the first electro-optic element 21 and the voltage application direction B of the second electro-optic element 26 are substantially orthogonal. Let them be arranged. Specifically, the second electro-optical element 26 is a laser beam emitted from the light source device 11 in a state in which the second electro-optical element 26 is rotated 90 degrees around the optical path of the laser beam L1 with respect to the arrangement of the first electro-optical element 21. It is arranged on the optical path. Accordingly, the light emitted from the emission end face 26b of the second electro-optic element 26 is scanned in the same direction as the electric field direction B in the scan range.

次に、光源装置11から射出されたレーザ光の走査について説明する。
第1電気光学素子21から射出されたレーザ光L1は、第2電気光学素子26によりレーザ光L1aからレーザ光L1bまでのスキャン範囲(走査範囲)内を走査されるようになっている。同様に、第1電気光学素子21から射出されたレーザ光L2も、第2電気光学素子26によりレーザ光L2aからレーザ光L2bまでのスキャン範囲(走査範囲)内を走査されるようになっている。
Next, scanning of the laser light emitted from the light source device 11 will be described.
The laser light L1 emitted from the first electro-optical element 21 is scanned within the scan range (scanning range) from the laser light L1a to the laser light L1b by the second electro-optical element 26. Similarly, the laser light L2 emitted from the first electro-optical element 21 is also scanned within the scan range (scanning range) from the laser light L2a to the laser light L2b by the second electro-optical element 26. .

ここで、第1電気光学素子21から射出され第2電気光学素子26に向かうv偏光の光は、1/2波長板25によりh偏光の光に変換される。このとき、第2電気光学素子26は、光源装置11から射出されたレーザ光を水平方向に走査させるため、第1電気光学素子21の配置に対して、レーザ光L1の光路を中心に90度回転させた状態で配置されている。これにより、第2電気光学素子26に入射する光の偏光方向は、第2電気光学素子26の電圧の印加方向Bと一致するため、第2電気光学素子26から最大偏角の光を射出させることが可能である。
なお、第2電気光学素子26から射出されるレーザ光の偏角の大きさは、照明領域Kの大きさに応じて、第1,第2電極27,28に印加する電圧や、光学素子29の厚みを変えることで適宜変更が可能となる。
Here, the v-polarized light emitted from the first electro-optical element 21 and traveling toward the second electro-optical element 26 is converted into h-polarized light by the half-wave plate 25. At this time, the second electro-optical element 26 scans the laser light emitted from the light source device 11 in the horizontal direction, and therefore, the second electro-optical element 26 is 90 degrees around the optical path of the laser light L1 with respect to the arrangement of the first electro-optical element 21. It is arranged in a rotated state. As a result, the polarization direction of the light incident on the second electro-optical element 26 coincides with the voltage application direction B of the second electro-optical element 26, and thus the light having the maximum deflection angle is emitted from the second electro-optical element 26. It is possible.
The magnitude of the deflection angle of the laser light emitted from the second electro-optical element 26 depends on the voltage applied to the first and second electrodes 27 and 28 according to the size of the illumination region K, the optical element 29, and the like. The thickness can be changed as appropriate.

本実施形態に係る走査型光学装置1では、1/2波長板25を備えることにより、第1電気光学素子21から射出される光の、偏光方向を回転させることができる。したがって、第2電気光学素子26に入射する光の偏光方向を第2電気光学素子26の電界方向Bに一致させることができるため、第2電気光学素子26は最大偏角の光を第2電気光学素子26から射出させることが可能である。したがって、第2電気光学素子26に印加する電圧に対するスキャン角度(走査角度)の効率を向上させることが可能となる。すなわち、装置全体として低消費電力化を実現することが可能となる。
さらに、第2電気光学素子26の性能を最大限に利用することができるため、大きな偏角で光を射出させることが可能となる。これにより、第1,第2電気光学素子21,26に印加する電圧等を制御することで、照明領域Kを所望の形状にすることが容易になる。
また、第1電気光学素子21においても、入射するレーザ光の偏光方向と第1電気光学素子21の電圧の印加方向Aとが一致しているため、第1電気光学素子21に印加する電圧に対するスキャン角度(走査角度)の効率を向上させることが可能となる。
つまり、本実施形態の走査型光学装置1は、複数の電気光学素子を用いた場合でも、大きな偏角を得ることができるとともに、省電力化を図ることが可能である。
In the scanning optical device 1 according to the present embodiment, by providing the half-wave plate 25, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optical element 21 can be rotated. Accordingly, since the polarization direction of the light incident on the second electro-optical element 26 can be matched with the electric field direction B of the second electro-optical element 26, the second electro-optical element 26 transmits the light having the maximum deflection angle to the second electric optical element 26. The light can be emitted from the optical element 26. Therefore, the efficiency of the scan angle (scan angle) with respect to the voltage applied to the second electro-optical element 26 can be improved. That is, low power consumption can be realized for the entire apparatus.
Furthermore, since the performance of the second electro-optic element 26 can be utilized to the maximum, light can be emitted with a large deflection angle. Thereby, it becomes easy to make the illumination region K into a desired shape by controlling the voltage applied to the first and second electro-optic elements 21 and 26.
Also in the first electro-optic element 21, since the polarization direction of the incident laser light and the voltage application direction A of the first electro-optic element 21 coincide with each other, the voltage applied to the first electro-optic element 21 is The efficiency of the scan angle (scan angle) can be improved.
That is, the scanning optical device 1 of the present embodiment can obtain a large declination even when a plurality of electro-optical elements are used, and can save power.

なお、本実施形態では、第1,第2電気光学素子21,26から射出されるレーザ光を片側のみ走査させたが、レーザ光を両側走査させても良い。この構成では、第1電極22に印加する電圧を正の電圧から負の電圧に変化させることで、第1,第2電気光学素子21,26の入射端面21a,26aの中央から入射したレーザ光を、当該レーザ光を中心に両側に走査することが可能となる。また、どちらか一方の電気光学素子から射出される光を片側走査にし、他方の電気光学素子から射出される光を両側走査させても良い。
さらに、1/2波長板25の光学軸Pを第1電気光学素子21から射出されたレーザ光の偏光方向と45度の角度をなすように配置させたが、第2電気光学素子26の電圧の印加方向に応じて、第1電気光学素子21から射出されたレーザ光の偏光方向と光学軸Pとのなす角を設定すれば良い。
また、1/2波長板25が光軸に垂直な面内で回転可能に配置されていても良い。この構成により、第1電気光学素子21から射出されるレーザ光の偏光方向と第2電気光学素子26の電圧印加方向Bとが90度ずれていない場合でも1/2波長板25を回転させることにより調整することが可能となる。
In the present embodiment, the laser light emitted from the first and second electro-optical elements 21 and 26 is scanned only on one side, but the laser light may be scanned on both sides. In this configuration, by changing the voltage applied to the first electrode 22 from a positive voltage to a negative voltage, laser light incident from the center of the incident end faces 21a and 26a of the first and second electro-optical elements 21 and 26 is obtained. Can be scanned on both sides around the laser beam. Further, the light emitted from one of the electro-optical elements may be scanned on one side, and the light emitted from the other electro-optical element may be scanned on both sides.
Furthermore, although the optical axis P of the half-wave plate 25 is arranged to form an angle of 45 degrees with the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element 21, the voltage of the second electro-optic element 26 is arranged. The angle formed between the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element 21 and the optical axis P may be set in accordance with the application direction of.
Further, the half-wave plate 25 may be disposed so as to be rotatable in a plane perpendicular to the optical axis. With this configuration, even if the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element 21 and the voltage application direction B of the second electro-optic element 26 are not shifted by 90 degrees, the half-wave plate 25 is rotated. It becomes possible to adjust by.

[第1実施形態の変形例]
図1に示す第1実施形態では、偏光方向回転手段として1/2波長板を用いたが、旋光性を有する物質からなっていても良い。具体的には、偏光方向回転手段としては、水晶等の旋光性結晶や液晶素子を用いても良い。また、旋光性は光学活性とも呼ばれており、光学活性な化学物質としては、砂糖、アミノ酸、コレステロール等の物質が挙げられる。この光学活性を有する水溶液に、第1電気光学素子21から射出された光を入射させると、偏光面が回転する。したがって、このような水溶液を偏光方向回転手段として用い、第2電気光学素子26に入射する光の偏光面を第2電気光学素子26の最大偏角を得ることが可能な偏光方向の光に変換することも可能である。
[Modification of First Embodiment]
In the first embodiment shown in FIG. 1, the half-wave plate is used as the polarization direction rotating means, but it may be made of a substance having optical rotation. Specifically, as the polarization direction rotating means, an optical rotatory crystal such as quartz or a liquid crystal element may be used. Optical rotation is also called optical activity, and examples of optically active chemical substances include substances such as sugar, amino acids, and cholesterol. When the light emitted from the first electro-optical element 21 is incident on this aqueous solution having optical activity, the plane of polarization rotates. Therefore, such an aqueous solution is used as the polarization direction rotating means, and the polarization plane of the light incident on the second electro-optical element 26 is converted into light having a polarization direction capable of obtaining the maximum deflection angle of the second electro-optical element 26. It is also possible to do.

[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図3を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係る走査型光学装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る走査型光学装置30では、第1,第2電気光学素子31,36として、LiNbO(ニオブ酸リチウム)を用いる点において第1実施形態と異なる。また、第1,第2電気光学素子31,36の構成及び機能は、第1実施形態の第1,第2電気光学素子21,26と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In each embodiment described below, portions having the same configuration as those of the scanning optical device 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The scanning optical device 30 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that LiNbO 3 (lithium niobate) is used as the first and second electro-optical elements 31 and 36. The configurations and functions of the first and second electro-optical elements 31 and 36 are the same as those of the first and second electro-optical elements 21 and 26 of the first embodiment.

第1電気光学素子31は、図3に示すように、第1電気光学素子21と同様に、第1電極32と、第2電極33と、光学素子34とにより構成されており、第2電気光学素子36は、第1電極37と、第2電極38と、光学素子39とにより構成されている。
また、光学素子34,39は、電気光学効果を有する誘電体結晶(電気光学結晶)であり、本実施形態ではLiNbO(ニオブ酸リチウム:以下、LNと称す)の組成を有する結晶材料で構成されている。
As shown in FIG. 3, the first electro-optic element 31 includes a first electrode 32, a second electrode 33, and an optical element 34, similar to the first electro-optic element 21. The optical element 36 includes a first electrode 37, a second electrode 38, and an optical element 39.
The optical elements 34 and 39 are dielectric crystals (electro-optic crystals) having an electro-optic effect, and in this embodiment, are composed of a crystal material having a composition of LiNbO 3 (lithium niobate: hereinafter referred to as LN). Has been.

第1電気光学素子31は、LN結晶からなるため、第1電気光学素子31の最大偏角を得ることが可能な結晶方位C1が存在する。同様に、第2電気光学素子36も、LN結晶からなるため、第2電気光学素子36の最大偏角を得ることが可能な結晶方位C2が存在する。
ここで、本実施形態で用いられる第1,第2電気光学素子31,36は、電圧の印加方向と光源装置11から射出された光の偏光方向と第1,第2電気光学素子31,36の結晶方位とが同じである場合、第1,第2電気光学素子31,36から最大偏角の光を射出させることが可能な素子である。
したがって、第1電気光学素子31の第1,第2電極32,33は、結晶方位C1に電圧が印加されるように結晶方位C1に沿って配置されており、第2電気光学素子36の第1,第2電極37,38も同様に、結晶方位C2に電圧が印加されるように結晶方位C2に沿って配置されている。
Since the first electro-optic element 31 is made of an LN crystal, there is a crystal orientation C1 that can obtain the maximum deflection angle of the first electro-optic element 31. Similarly, since the second electro-optical element 36 is also made of an LN crystal, there is a crystal orientation C2 that can obtain the maximum deflection angle of the second electro-optical element 36.
Here, the first and second electro-optical elements 31 and 36 used in the present embodiment include the voltage application direction, the polarization direction of the light emitted from the light source device 11, and the first and second electro-optical elements 31 and 36. If the crystal orientation is the same, the first and second electro-optic elements 31 and 36 are elements capable of emitting light having the maximum deflection angle.
Accordingly, the first and second electrodes 32 and 33 of the first electro-optic element 31 are arranged along the crystal orientation C1 so that a voltage is applied to the crystal orientation C1. Similarly, the first and second electrodes 37 and 38 are arranged along the crystal orientation C2 so that a voltage is applied to the crystal orientation C2.

また、LN結晶は、結晶方位C1,C2とスキャン方向とが略一致するため、第1電気光学素子31が光源装置11から射出された光を垂直方向に走査し、第2電気光学素子36が第1電気光学素子31から射出された光を水平方向に走査するには、第1電気光学素子31の結晶方位C1と、第2電気光学素子36の結晶方位C2とを略直交させて配置する。
また、第1電気光学素子31から射出され第2電気光学素子36に向かうv偏光の光は、1/2波長板25によりh偏光の光に変換される。これにより、第2電気光学素子36に入射する光は、第2電気光学素子36の結晶方位C2と一致するため、第2電気光学素子36から最大偏角の光を射出させることが可能となる。
In addition, since the crystal orientations C1 and C2 of the LN crystal substantially coincide with the scan direction, the first electro-optical element 31 scans the light emitted from the light source device 11 in the vertical direction, and the second electro-optical element 36 In order to scan the light emitted from the first electro-optic element 31 in the horizontal direction, the crystal orientation C1 of the first electro-optic element 31 and the crystal orientation C2 of the second electro-optic element 36 are arranged substantially orthogonal to each other. .
Further, the v-polarized light emitted from the first electro-optic element 31 and traveling toward the second electro-optic element 36 is converted into h-polarized light by the half-wave plate 25. As a result, the light incident on the second electro-optical element 36 matches the crystal orientation C2 of the second electro-optical element 36, so that light having the maximum deflection angle can be emitted from the second electro-optical element 36. .

以上より、第1実施形態では、光学素子として等方性であるKTN結晶を用いているため、結晶方位を考慮する必要はなかったが、本実施形態で用いたLN結晶のように、電気光学効果が結晶方位依存性を有する場合、結晶方位を考慮する必要が生じる。そこで、本実施形態のように、第1電気光学素子31から射出された光の偏光方向を変換し、第2電気光学素子36に入射する光の偏光方向を第2電気光学素子36の結晶方位C2に一致させる。これにより、第2電気光学素子36の印加電圧に対するスキャン角度(走査角度)の効率を向上させることが可能となる。   As described above, in the first embodiment, since the isotropic KTN crystal is used as the optical element, it is not necessary to consider the crystal orientation. However, like the LN crystal used in the present embodiment, the electro-optic When the effect has crystal orientation dependency, it is necessary to consider the crystal orientation. Therefore, as in this embodiment, the polarization direction of the light emitted from the first electro-optic element 31 is converted, and the polarization direction of the light incident on the second electro-optic element 36 is changed to the crystal orientation of the second electro-optic element 36. Match C2. Thereby, the efficiency of the scan angle (scan angle) with respect to the applied voltage of the second electro-optical element 36 can be improved.

[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図4を参照して説明する。
第1実施形態では、単色の光源装置を用いた走査型光学装置の例を説明したが、本実施形態に係る走査型光学装置40は、3色の光源装置を用いて、スクリーンに画像を投影させる画像表示装置である。また、本実施形態に用いられる光走査部20は第1,第2実施形態と同様のものである。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, an example of a scanning optical device using a monochromatic light source device has been described. However, the scanning optical device 40 according to this embodiment projects an image on a screen using a three-color light source device. This is an image display device. The optical scanning unit 20 used in the present embodiment is the same as in the first and second embodiments.

本実施形態に係る画像表示装置40は、図4に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置(光源装置)40Rと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置(光源装置)40Gと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置(光源装置)40Bと、クロスダイクロイックプリズム46と、クロスダイクロイックプリズム46から射出されたレーザ光をスクリーン45の垂直方向に走査する第1電気光学素子21と、第1電気光学素子21から射出されたレーザ光をスクリーン45の水平方向に走査する第2電気光学素子26とを備えている。
また、第1電気光学素子21と第2電気光学素子26の間の光路上には1/2波長板25が設けられている。
As shown in FIG. 4, the image display device 40 according to the present embodiment includes a red light source device (light source device) 40R that emits red laser light and a green light source device (light source device) 40G that emits green laser light. A blue light source device (light source device) 40B that emits blue laser light, a cross dichroic prism 46, and the first electro-optical element 21 that scans the laser light emitted from the cross dichroic prism 46 in the vertical direction of the screen 45. And a second electro-optical element 26 that scans the laser light emitted from the first electro-optical element 21 in the horizontal direction of the screen 45.
A half-wave plate 25 is provided on the optical path between the first electro-optic element 21 and the second electro-optic element 26.

次に、以上の構成からなる本実施形態の画像表示装置40を用いて、画像をスクリーン45に投射する方法について説明する。
各光源装置40R,40G,40Bから射出された複数のレーザ光は、クロスダイクロイックプリズム46で合成され電気光学素子21に入射する。第1電気光学素子21に入射したレーザ光は、スクリーン45の垂直方向に走査され、第2電気光学素子26により水平方向に走査されてスクリーン45に投影される。
Next, a method of projecting an image on the screen 45 using the image display device 40 of the present embodiment having the above configuration will be described.
The plurality of laser beams emitted from the light source devices 40R, 40G, and 40B are combined by the cross dichroic prism 46 and enter the electro-optical element 21. The laser light incident on the first electro-optical element 21 is scanned in the vertical direction of the screen 45, scanned in the horizontal direction by the second electro-optical element 26, and projected onto the screen 45.

本実施形態に係る画像表示装置40では、第1実施形態の走査型光学装置1と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の画像表示装置40では、第1,第2電気光学素子21,26から射出されるレーザ光の偏角が大きいため、DCI(Digital Cinema Initiatives)仕様の4k等の解像度に対応可能となる。したがって、画質の劣化を生じさせることなく、画像をより鮮明にスクリーン45に表示させることができる。また、本実施形態の画像表示装置40では、第2電気光学素子26の印加電圧に対するスキャン角度の効率を向上させることができるため、装置全体の低消費電力化を図ることが可能となる。   In the image display device 40 according to the present embodiment, the same effect as that of the scanning optical device 1 of the first embodiment can be obtained. Further, in the image display device 40 of the present embodiment, since the declination of the laser light emitted from the first and second electro-optic elements 21 and 26 is large, the image display device 40 supports resolutions such as 4k of the DCI (Digital Cinema Initiatives) specification. It becomes possible. Therefore, the image can be displayed more clearly on the screen 45 without causing deterioration in image quality. Further, in the image display device 40 of the present embodiment, the efficiency of the scan angle with respect to the voltage applied to the second electro-optic element 26 can be improved, so that the power consumption of the entire device can be reduced.

しかも、第1,第2電気光学素子21,26からなる走査手段は、MEMSスキャナより高速に走査することができるため、本実施形態のように、水平走査及び垂直走査ともに電気光学素子からなる走査手段を用いることにより、高性能な画像表示装置の実現が期待できる。   In addition, since the scanning unit including the first and second electro-optical elements 21 and 26 can perform scanning at a higher speed than the MEMS scanner, both horizontal scanning and vertical scanning are performed using electro-optical elements as in the present embodiment. By using the means, it can be expected to realize a high-performance image display apparatus.

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、光源装置としてv偏光のレーザ光を射出するものを用いたが、h偏光のレーザ光を射出するものを用いても良い。この構成の場合、上記第1電気光学素子及び第2電気光学素子の配置をレーザ光の光路を中心に90度回転させた状態で配置すれば良い。
また、第1,第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な偏光方向が、電圧の印加方向と垂直な方向に振動する方向である場合も、上記第1電気光学素子及び第2電気光学素子の配置をレーザ光の光路を中心に90度回転させた状態で配置すれば良い。
さらに、第2電気光学素子に入射する光の偏光方向を第2電気光学素子の電圧の印加方向に一致させたが、電圧の印加方向に近づけるだけでも、第2電気光学素子に入射する光の偏光方向と第2電気光学素子の電圧の印加方向とが90度ずれている場合に比べて大きな偏角を得ることができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, a light source device that emits v-polarized laser light is used, but a light source device that emits h-polarized laser light may be used. In the case of this configuration, the first electro-optic element and the second electro-optic element may be arranged in a state where the arrangement is rotated 90 degrees around the optical path of the laser beam.
The first electro-optic element and the second electro-optic element can also be used when the polarization direction capable of obtaining the maximum deflection angle of the first and second electro-optic elements is a direction that vibrates in a direction perpendicular to the voltage application direction. What is necessary is just to arrange | position the electro-optical element in the state rotated 90 degree | times centering on the optical path of a laser beam.
Further, although the polarization direction of the light incident on the second electro-optical element is made to coincide with the voltage application direction of the second electro-optical element, the light incident on the second electro-optical element can be simply moved closer to the voltage application direction. A large deflection angle can be obtained as compared with the case where the polarization direction and the voltage application direction of the second electro-optic element are shifted by 90 degrees.

また、垂直走査を行う電気光学素子をレーザ光の光路上の前段に配置したが、水平走査を行う電気光学素子を前段に配置しても良い。
さらに、電気光学素子を2つ用いて説明したが、個数はこれに限るものではない。例えば、第2電気光学素子から射出される光の偏角を大きくしたり、歪みを補正するために、第2電気光学素子の後段側に電気光学素子を設けても良い。
また、第3実施形態では、走査型光学装置として画像表示装置について説明したが、これに限らず、レーザ光を2方向に走査する装置に適用することが可能である。
Further, although the electro-optical element that performs vertical scanning is disposed in the preceding stage on the optical path of the laser light, the electro-optical element that performs horizontal scanning may be disposed in the preceding stage.
Furthermore, although two electro-optical elements have been described, the number is not limited to this. For example, an electro-optic element may be provided on the rear side of the second electro-optic element in order to increase the declination of light emitted from the second electro-optic element or correct the distortion.
In the third embodiment, the image display apparatus is described as the scanning optical apparatus. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an apparatus that scans laser light in two directions.

本発明の第1実施形態に係る走査型光学装置の概略構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a schematic configuration of a scanning optical device according to a first embodiment of the present invention. 図1の電気光学素子の電極に印加する電圧の波形を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a waveform of a voltage applied to an electrode of the electro-optic element in FIG. 1. 本発明の第2実施形態に係る走査型光学装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the scanning optical apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る走査型光学装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the scanning optical apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

C1,C2…結晶方位、1,30,40…走査型光学装置、11…光源装置、20…光走査部、21,31…第1電気光学素子、26,36…第2電気光学素子、25…1/2波長板(偏光方向回転手段)、40R…赤色光源装置(光源装置)、40G…緑色光源装置(光源装置)、40B…青色光源装置(光源装置)   C1, C2 ... crystal orientation, 1, 30, 40 ... scanning optical device, 11 ... light source device, 20 ... optical scanning unit, 21, 31 ... first electro-optic element, 26, 36 ... second electro-optic element, 25 ... 1/2 wavelength plate (polarization direction rotating means), 40R ... red light source device (light source device), 40G ... green light source device (light source device), 40B ... blue light source device (light source device)

Claims (7)

レーザ光を射出する光源装置と、
内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、前記光源装置から射出されるレーザ光を一方向に走査する第1電気光学素子及び該第1電気光学素子から射出されたレーザ光を前記一方向と異なる方向に走査する第2電気光学素子を有する光走査部と、
前記第1電気光学素子と前記第2電気光学素子との間の光路上に設けられ前記第1電気光学素子から射出された光の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段とを備えることを特徴とする走査型光学装置。
A light source device for emitting laser light;
The refractive index distribution changes according to the magnitude of the electric field generated inside, so that the first electro-optic element that scans the laser light emitted from the light source device in one direction and the first electro-optic element emitted from the first electro-optic element An optical scanning unit having a second electro-optic element that scans laser light in a direction different from the one direction;
And a polarization direction rotating means provided on an optical path between the first electro-optical element and the second electro-optical element, and configured to rotate a polarization direction of light emitted from the first electro-optical element. Scanning optical device.
前記偏光方向回転手段が、前記第1電気光学素子から射出された光に、前記第1電気光学素子から射出されたレーザ光の偏光方向が前記第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な偏光方向になるような偏光方向に回転させることを特徴とする請求項1に記載の走査型光学装置。   The polarization direction rotating means obtains the maximum deflection angle of the second electro-optic element when the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element is obtained from the light emitted from the first electro-optic element. The scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the scanning optical apparatus is rotated in a polarization direction such that a possible polarization direction is obtained. 前記偏光方向回転手段が、1/2波長板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の走査型光学装置。   The scanning optical device according to claim 1, wherein the polarization direction rotating unit is a half-wave plate. 前記偏光方向回転手段が、旋光性を有する物質からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の走査型光学装置。   The scanning optical device according to claim 1, wherein the polarization direction rotating unit is made of a material having optical activity. 前記第1電気光学素子と前記第2電気光学素子の走査方向が互いに直交して配置されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の走査型光学装置。   5. The scanning optical device according to claim 1, wherein scanning directions of the first electro-optical element and the second electro-optical element are arranged orthogonal to each other. 6. 前記第1電気光学素子及び第2電気光学素子の電気光学効果が結晶方位依存性を有し、
前記偏光方向回転手段が、前記第1電気光学素子から射出された光に、前記第1電気光学素子から射出されたレーザ光の偏光方向が前記第2電気光学素子の最大偏角を得ることが可能な前記第2電気光学素子の結晶方位に一致するような偏光方向に回転させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の走査型光学装置。
The electro-optic effect of the first electro-optic element and the second electro-optic element has crystal orientation dependence,
The polarization direction rotating means obtains the maximum deflection angle of the second electro-optic element when the polarization direction of the laser light emitted from the first electro-optic element is obtained from the light emitted from the first electro-optic element. 6. The scanning optical device according to claim 1, wherein the scanning optical device is rotated in a polarization direction so as to coincide with a crystal orientation of the possible second electro-optical element. 7.
前記第1電気光学素子及び前記第2電気光学素子がKTa1−xNb3の組成を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の走査型光学装置。 6. The scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the first electro-optical element and the second electro-optical element have a composition of KTa 1-x Nb x O 3. .
JP2006282603A 2006-10-17 2006-10-17 Scanning type optical device Withdrawn JP2008102190A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006282603A JP2008102190A (en) 2006-10-17 2006-10-17 Scanning type optical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006282603A JP2008102190A (en) 2006-10-17 2006-10-17 Scanning type optical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008102190A true JP2008102190A (en) 2008-05-01

Family

ID=39436586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006282603A Withdrawn JP2008102190A (en) 2006-10-17 2006-10-17 Scanning type optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008102190A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009276625A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Synthetic aperture light deflection element
JP2010085916A (en) * 2008-10-02 2010-04-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light deflector
JP2010243874A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Olympus Corp Optical scanner, endoscope device equipped with the same and method of optical scanning
JP2012014119A (en) * 2010-07-05 2012-01-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light deflector
JP2014021271A (en) * 2012-07-18 2014-02-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Scanner device using ktn crystal
JP2014098755A (en) * 2012-11-13 2014-05-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Laser display device
JP2017111262A (en) * 2015-12-15 2017-06-22 日本電信電話株式会社 Optical deflector and control method therefor
JP2018112625A (en) * 2017-01-10 2018-07-19 日本電信電話株式会社 Two-dimensional light deflector
CN109725472A (en) * 2017-10-30 2019-05-07 福州高意通讯有限公司 A kind of OSA of electropical scanning
CN110366699A (en) * 2017-04-20 2019-10-22 松下知识产权经营株式会社 Optical scanning device, optical receiving device and optical detection system

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009276625A (en) * 2008-05-15 2009-11-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Synthetic aperture light deflection element
JP2010085916A (en) * 2008-10-02 2010-04-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light deflector
JP2010243874A (en) * 2009-04-08 2010-10-28 Olympus Corp Optical scanner, endoscope device equipped with the same and method of optical scanning
JP2012014119A (en) * 2010-07-05 2012-01-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Light deflector
JP2014021271A (en) * 2012-07-18 2014-02-03 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Scanner device using ktn crystal
JP2014098755A (en) * 2012-11-13 2014-05-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Laser display device
JP2017111262A (en) * 2015-12-15 2017-06-22 日本電信電話株式会社 Optical deflector and control method therefor
JP2018112625A (en) * 2017-01-10 2018-07-19 日本電信電話株式会社 Two-dimensional light deflector
CN110366699A (en) * 2017-04-20 2019-10-22 松下知识产权经营株式会社 Optical scanning device, optical receiving device and optical detection system
JPWO2018193723A1 (en) * 2017-04-20 2020-02-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Optical scanning device, optical receiving device, and optical detection system
JP7162266B2 (en) 2017-04-20 2022-10-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Optical scanning device, optical receiving device, and optical detection system
US11644540B2 (en) 2017-04-20 2023-05-09 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Optical scanning device, photoreceiver device, and photodetection system
CN110366699B (en) * 2017-04-20 2023-09-22 松下知识产权经营株式会社 Optical scanning device, optical receiving device, and optical detection system
CN109725472A (en) * 2017-10-30 2019-05-07 福州高意通讯有限公司 A kind of OSA of electropical scanning

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008102190A (en) Scanning type optical device
JP4229192B2 (en) Electro-optical element and scanning optical apparatus
US6945652B2 (en) Projection display device
JP4479713B2 (en) Electro-optical element and scanning optical apparatus
US7965439B2 (en) Scanning device and scanning type optical apparatus
US8913314B2 (en) Scanning device, image display device, and method for controlling image display device
US9182600B2 (en) Image display apparatus and head-mounted display
US20060007362A1 (en) Apparatus for and method of scaling a scanning angle and image projection apparatus incorporating the same
RU2503050C1 (en) Video projector
JP4770693B2 (en) Scanning optical device
EP2733516A1 (en) Image display apparatus and head-mounted display
JP2013156466A (en) Laser scanning projector and three-dimensional display system
JP2008287149A (en) Image display device
US9182595B2 (en) Image display devices
JP4710801B2 (en) Scanning optical device
JP4645574B2 (en) Scanning optical device
JP2008107546A (en) Scanning type optical equipment
JP2008064793A (en) Scanning type optical device
JP4735608B2 (en) Image display device
US7564616B2 (en) Electro-optical element and scanning optical apparatus
JP2008116734A (en) Scanning type optical device
JP2008040089A (en) Electro-optical device and scanning optical device
JP2008065036A (en) Scanning type optical device
JP2005202069A (en) Deflection element and image display device using the same
JP2018081216A (en) Head mounted display

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20100105