JP2008102191A - Scanning type optical device - Google Patents

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  • 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 causing a laser beam to scan with high accuracy in a simple configuration. <P>SOLUTION: The device includes: a light source device 11 emitting a laser beam; an electro-optical element 21 that allows the laser beam emitting from the light source device 11 to scan a projection object face by changing the refractive index distribution corresponding to the intensity of an electric field generated inside; and a diameter variable optical system having a condensing element 26 that condenses the laser beam exiting from at least the electro-optical element 21 and has different condensing rates along the electric field direction of the electro-optical element 21, and the optical system varying a beam diameter of the laser beam. <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)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、信号の制御が複雑となる。
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 of the image signal is determined based on CRT (Cathode Ray Tube), after scanning from left to right, it returns to the left in a short time, and the format is adapted to scan again to the right (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.

また、EOスキャナとは、EO結晶に電圧を印加することにより電子が注入され電子分布に偏りが生じる。そのため、カー効果による屈折率変化にも分布が生じ、入射された光が屈折率の高い側に曲がっていくので、光の走査を可能にしている。また、EO結晶内部の屈折率分布の傾きが、電子注入量、つまり、印加電圧によるため、印加電圧を変化させることで、EO結晶から射出される光のスキャン角度を制御することができる。   In the EO scanner, electrons are injected by applying a voltage to the EO crystal, and the electron distribution is biased. For this reason, a distribution also occurs in the refractive index change due to the Kerr effect, and the incident light is bent to the higher refractive index side, thereby enabling light scanning. Further, since the gradient of the refractive index distribution inside the EO crystal depends on the electron injection amount, that is, the applied voltage, the scan angle of light emitted from the EO crystal can be controlled by changing the applied voltage.

しかしながら、EOスキャナ100は、光の屈折を利用したスキャナのため、図7に示すように、所定の電圧を印加した時のEO結晶から射出される光は、屈折率の高い側の方が僅かに屈折率が大きいため、スキャン角が大きくなってしまう。その結果、電圧無印加時におけるEO結晶101から射出される光のビーム径C1に比べて、電圧印加時におけるEO結晶101から射出される光のビーム径C2の方が大きくなってしまう。しかも、印加電圧を上げるほど、EO結晶101から射出される光のスキャン角は大きくなり、ビーム径C3はビーム径C2に比べてさらに大きくなるという問題が生じる。このようなスキャナを表示装置に用いると、被投射面の端に行くほど画素が大きくなってしまう。   However, since the EO scanner 100 is a scanner that utilizes the refraction of light, as shown in FIG. 7, the light emitted from the EO crystal when a predetermined voltage is applied is slightly higher on the higher refractive index side. In addition, since the refractive index is large, the scan angle becomes large. As a result, the beam diameter C2 of the light emitted from the EO crystal 101 when a voltage is applied is larger than the beam diameter C1 of the light emitted from the EO crystal 101 when no voltage is applied. In addition, as the applied voltage is increased, the scan angle of light emitted from the EO crystal 101 becomes larger, and the beam diameter C3 becomes larger than the beam diameter C2. When such a scanner is used for a display device, the pixels become larger toward the end of the projection surface.

例えば、EO結晶としてカー効果を有する結晶を用いた場合、図8に示すように、EO結晶に所定の電圧を印加したときの光束について見てみると、EO結晶101の内部を進行する光の上端102の光線のスキャン角θ1は2.95度であり、中央(光軸)103の光線のスキャン角θ2は5.96度であり、下端104の光線のスキャン角θ3は8.92度である。すなわち、屈折率が高い側(下端104)の光線に向かうに連れてスキャン角が大きくなってしまうため、EO結晶に電圧を印加したときに射出されるレーザ光のビーム径は大きくなってしまう。また、EO結晶としてポッケルス効果を有する結晶を用いた場合、カー効果を有するEO結晶ほどではないが、屈折率が高い側の光のスキャン角が最も大きくなる。その結果、同様に、EO結晶に電圧を印加したときに射出されるレーザ光のビーム径は大きくなってしまう。   For example, when a crystal having a Kerr effect is used as the EO crystal, as shown in FIG. 8, when looking at the luminous flux when a predetermined voltage is applied to the EO crystal, the light traveling inside the EO crystal 101 is reflected. The scan angle θ1 of the light beam at the upper end 102 is 2.95 degrees, the scan angle θ2 of the light beam at the center (optical axis) 103 is 5.96 degrees, and the scan angle θ3 of the light beam at the lower end 104 is 8.92 degrees. is there. That is, since the scan angle increases toward the light beam having the higher refractive index (lower end 104), the beam diameter of the laser light emitted when a voltage is applied to the EO crystal is increased. When a crystal having the Pockels effect is used as the EO crystal, the scan angle of light on the side having a higher refractive index becomes the largest, although not as much as the EO crystal having the Kerr effect. As a result, similarly, the beam diameter of the laser beam emitted when a voltage is applied to the EO crystal is increased.

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、簡易な構成で、高精度なレーザ光の走査を行う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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a scanning optical device capable of scanning a laser beam with high accuracy with a simple configuration.

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被投射面に向かって走査する電気光学素子と、少なくとも前記電気光学素子から射出されたレーザ光を集光させるとともに、前記電気光学素子の電界方向に沿って集光率が異なる集光素子を有し前記レーザ光のビーム径を可変させる径可変光学系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 includes a light source device that emits laser light and a laser light emitted from the light source device by changing a refractive index distribution according to the magnitude of an electric field generated inside. The laser having a condensing element that condenses at least laser light emitted from the electro-optical element and has a condensing rate along an electric field direction of the electro-optical element And a variable diameter optical system that varies the beam diameter of the light.

本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子に電圧を印加することにより内部に電界が生じる。この電界により、電気光学素子の屈折率分布が一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レーザ光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられ、電気光学素子の射出端面から射出される。そして、電気光学素子から射出されたレーザ光は、ビーム径可変光学系を通過する。
このとき、電圧無印加時の電気光学素子を通過し射出されるレーザ光のビーム径と、電圧印加時の電気光学素子を通過し射出されるレーザ光のビーム径とは異なる。また、電気光学素子に印加させる電圧を変化させた時も、印加電圧の値に応じて射出される光のビーム径は異なる。ここで、ビーム径可変光学系の集光素子により、電気光学素子から射出されるレーザ光のビーム径は集光される。すなわち、電気光学素子に電圧が印加され、電気光学素子から射出される光のビーム径が大きくなった場合でも、電気光学素子から射出される光は、電気光学素子の電界方向に沿って集光率の異なる集光素子により集光され、ビーム径が小さくなる。これにより、電気光学素子に電圧を印加しても同じ大きさ(一定の大きさ)のビーム径の光を走査することができるため、高精度なレーザ光の走査を行うことが可能となる。
In the scanning optical device according to the present invention, an electric field is generated inside by applying a voltage to the electro-optical element. By this electric field, the refractive index distribution of the electro-optic element continuously increases or decreases in one direction. For this reason, the laser 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 emitted from the emission end face of the electro-optic element. Then, the laser light emitted from the electro-optical element passes through the beam diameter variable optical system.
At this time, the beam diameter of the laser light emitted through the electro-optical element when no voltage is applied is different from the beam diameter of the laser light emitted through the electro-optical element when the voltage is applied. Also, when the voltage applied to the electro-optic element is changed, the beam diameter of the emitted light varies depending on the value of the applied voltage. Here, the beam diameter of the laser beam emitted from the electro-optical element is condensed by the condensing element of the beam diameter variable optical system. That is, even when a voltage is applied to the electro-optic element and the beam diameter of the light emitted from the electro-optic element is increased, the light emitted from the electro-optic element is condensed along the electric field direction of the electro-optic element. The light is condensed by condensing elements having different rates, and the beam diameter is reduced. As a result, even when a voltage is applied to the electro-optical element, it is possible to scan light having the same beam diameter (a constant size), and thus it is possible to perform highly accurate laser beam scanning.

本発明の走査型光学装置は、前記ビーム径可変光学系は、前記集光素子により、所定の距離での前記レーザ光のビーム径が一定になるようにレーザ光を集光することが好ましい。
本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子から射出されたレーザ光は、ビーム径可変光学系の集光素子により、所定の距離、例えば、スクリーン上でのレーザ光のビーム径が一定になるように集光される。このように、集光素子の光学設計を行うことにより、所定の位置で同じ大きさのビーム径を走査することが可能となる。
In the scanning optical device according to the aspect of the invention, it is preferable that the beam diameter variable optical system condenses the laser light so that the beam diameter of the laser light at a predetermined distance is constant by the condensing element.
In the scanning optical device according to the present invention, the laser light emitted from the electro-optical element is made constant by a condensing element of the beam diameter variable optical system, for example, the beam diameter of the laser light on the screen is constant. It is condensed so that it becomes. In this way, by performing the optical design of the condensing element, it becomes possible to scan the same size beam diameter at a predetermined position.

また、本発明の走査型光学装置は、前記ビーム径可変光学系が前記集光素子により集光されたレーザ光を平行化する平行化手段を備えていることが好ましい。
本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子から射出され集光素子により集光された光は、平行化手段により平行光となる。すなわち、電気光学素子から射出されたレーザ光が投射される被投射面と電気光学素子との距離に関わらず、一定の大きさのビーム径の光を被投射面に向かって走査することができる。
In the scanning optical device according to the present invention, it is preferable that the beam diameter variable optical system includes a collimating unit that collimates the laser beam condensed by the condensing element.
In the scanning optical device according to the present invention, the light emitted from the electro-optical element and condensed by the condensing element becomes parallel light by the collimating means. In other words, light having a constant beam diameter can be scanned toward the projection surface regardless of the distance between the projection surface to which the laser light emitted from the electro-optic element is projected and the electro-optic element. .

また、本発明の走査型光学装置は、前記ビーム径可変光学系を当該ビーム径可変光学系の光軸に対して平行に移動させる移動機構が設けられていることが好ましい。   The scanning optical apparatus of the present invention is preferably provided with a moving mechanism for moving the variable beam diameter optical system in parallel with the optical axis of the variable beam diameter optical system.

本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子と被投射面との距離が変化した場合、ビーム径可変光学系は移動機構によりビーム径可変光学系の光軸に対して平行に移動される。これにより、電気光学素子から射出されたレーザ光は、ビーム径可変光学系により、被投射面においてレーザ光のビーム径が同じになるように集光される。したがって、一定の大きさのビーム径のレーザ光を被投射面に向かって走査することができるため、例えば、本発明の走査型光学装置を画像表示装置として用いた場合、高画質な画像を被投射面に表示させることが可能となる。   In the scanning optical apparatus according to the present invention, when the distance between the electro-optical element and the projection surface changes, the beam diameter variable optical system is moved in parallel with the optical axis of the beam diameter variable optical system by the moving mechanism. . Thereby, the laser light emitted from the electro-optical element is condensed by the beam diameter variable optical system so that the beam diameter of the laser light becomes the same on the projection surface. Therefore, a laser beam having a fixed beam diameter can be scanned toward the projection surface. For example, when the scanning optical device of the present invention is used as an image display device, a high-quality image is received. It can be displayed on the projection surface.

また、本発明の走査型光学装置は、前記ビーム径可変光学系が、前記電気光学素子から射出された光の単位時間あたりの前記被投射面における走査距離が前記電気光学素子から射出されるレーザ光の偏角によらず一定となるようにレーザ光を集光させることが好ましい。   In the scanning optical device according to the aspect of the invention, the variable beam diameter optical system may be configured such that the scanning distance on the projection surface per unit time of the light emitted from the electro-optic element is emitted from the electro-optic element. It is preferable to focus the laser beam so that it is constant regardless of the deflection angle of the light.

本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子から射出された光は、ビーム径可変光学系により、単位時間あたりの被投射面における走査距離が同じになるようになるように走査される。これにより、電気光学素子から射出されたレーザ光は、被投射面上を等速で走査される。このため、本発明では、特に走査型光学装置を画像表示装置として用いた場合、非等速で走査されたときに生じる被投射面における画像の歪みが発生することがない。したがって、高画質な画像を被投射面に表示することが可能となる。   In the scanning optical device according to the present invention, the light emitted from the electro-optical element is scanned by the beam diameter variable optical system so that the scanning distance on the projection surface per unit time becomes the same. Thereby, the laser light emitted from the electro-optical element is scanned at a constant speed on the projection surface. Therefore, in the present invention, particularly when a scanning optical device is used as an image display device, image distortion on the projection surface that occurs when scanning at a non-constant speed does not occur. Therefore, a high quality image can be displayed on the projection surface.

また、本発明の走査型光学装置は、前記電気光学素子が水平走査を行うことを特徴と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-optical element performs horizontal scanning.

本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子が水平走査を行い、垂直走査として例えば、安価なガルバノミラー等を用いることにより、安価かつ高性能な走査型光学装置を実現することができる。
なお、ここで言う「水平走査」とは、2方向の走査のうち、高速側の走査であり、垂直走査とは低速側の走査である。
In the scanning optical device according to the present invention, an inexpensive and high-performance scanning optical device can be realized by using an electro-optic element for horizontal scanning and using, for example, an inexpensive galvanometer mirror as vertical scanning.
Here, “horizontal scanning” refers to high-speed scanning in two directions, and vertical scanning refers to low-speed scanning.

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、図1に示すように、光源装置11から射出されたレーザ光が入射する電気光学素子21と、電気光学素子21の射出端面21bから射出された光が入射されるビーム径可変光学系25とを備えている。
まず、電気光学素子の構成について説明する。
電気光学素子21は、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。
As shown in FIG. 1, the optical scanning unit 20 includes an electro-optic element 21 to which the laser beam emitted from the light source device 11 is incident and a beam diameter to which the light emitted from the emission end face 21 b of the electro-optic element 21 is incident. And a variable optical system 25.
First, the configuration of the electro-optic element will be described.
The 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. The electrode 22, the second electrode 23, and the optical element 24 are provided.

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P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。
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 the arrow P). As a result, the refractive index of the electro-optic crystal increases from the first electrode 22 toward the second electrode 23.

また、光学素子24は、図1に示すように、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、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。
さらに、電気光学素子21は、光源装置11から射出されたレーザ光Lが入射端面21aに対して垂直に入射するように配置されている。
Further, as shown in FIG. 1, the optical element 24 is arranged so that laser light is incident from the side near the first electrode 22 of the incident end face 21 a of the electro-optical element 21. As a result, the 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 on the second electrode 23 side due to the refractive index distribution of the electro-optical element 21, by making the laser light incident from the first electrode 22 side of the optical element 24, The scan range can be increased.
Further, the electro-optical element 21 is arranged so that the laser light L emitted from the light source device 11 is incident on the incident end face 21a perpendicularly.

次に、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、図1に示すように、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Pと垂直な方向に進行するレーザ光は、偏向する。具体的には、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 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, as shown in FIG. 1, 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 P generated inside the optical element 24 is deflected. Specifically, the laser light L incident from the incident end face 21a of the 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L0は直進し電気光学素子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 L0 emitted from the light source device 11 and traveling through the optical element 24 travels straight, and the emission end face of the electro-optic element 21 Injected from 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L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、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Pと同じ方向に走査される。
なお、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、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。
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 L 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 electro-optic element 21 is scanned in the same direction as the electric field direction P in the scan range.
Note that the initial value 0 V and the maximum voltage value +100 V, which are values of the applied voltage applied to the electro-optical element 21, are merely examples, and the magnitude of the deflection angle of the light emitted from the electro-optical element 21 and the optical element 24 It can be appropriately changed depending on the thickness.

次に、ビーム径可変光学系について図1を参照して説明する。
なお、図1は、電気光学素子21から射出されスクリーン(被投射面)15に向かう光の光路図を分かり易く説明するために、電圧無印加時と、ある特定の電圧が印加されたときとの光の光路のみを示している。
ビーム径可変光学系25は、図1に示すように、集光レンズ(集光素子)26を備えている。また、集光レンズ26は、電界方向Aに沿って切ったときの断面形状が第1電極22側から第2電極23側に向かって漸次曲率半径が小さくなるレンズである。この集光レンズ26は、電気光学素子21の射出端面21bから射出されたレーザ光を集光させるとともに、電界方向Aに沿って集光率が異なるレンズであるため、レーザ光のビーム径を変化させることが可能となっている。具体的には、集光レンズ26は、光学素子24に電圧を印加したときのスクリーン15上でレーザ光Lのスポット径が同一径になるように集光させるものである。
Next, the variable beam diameter optical system will be described with reference to FIG.
Note that FIG. 1 illustrates a case where no voltage is applied and a case where a specific voltage is applied, in order to easily understand an optical path diagram of light emitted from the electro-optical element 21 and directed to the screen (projected surface) 15. Only the optical path of the light is shown.
As shown in FIG. 1, the beam diameter variable optical system 25 includes a condensing lens (condensing element) 26. The condensing lens 26 is a lens whose cross-sectional shape when cut along the electric field direction A gradually decreases in radius of curvature from the first electrode 22 side toward the second electrode 23 side. The condensing lens 26 condenses the laser light emitted from the exit end face 21b of the electro-optic element 21, and also has a different condensing rate along the electric field direction A, so that the beam diameter of the laser light is changed. It is possible to make it. Specifically, the condensing lens 26 condenses so that the spot diameter of the laser light L becomes the same diameter on the screen 15 when a voltage is applied to the optical element 24.

ところで、光学素子24に所定の電圧を印加したときのレーザ光Lは、上端L1側(第1電極22側)の光線に比べて下端L2側(第2電極23側)の光線の方が僅かに屈折率が大きい。これにより、光学素子24に電圧を印加していないときの電気光学素子21から射出されるレーザ光L0のビーム径Aに比べて、電圧を印加したときのレーザ光Lのビーム径B1の方が大きくなる。
ここで、電気光学素子21の射出端面21bから射出されるレーザ光Lは集光レンズ26を通過することにより集光されるため、スクリーン15上でレーザ光Lのスポット径(ビーム径)B2が、ビーム径Aと同一の大きさになる。
すなわち、電気光学素子21から射出されるレーザ光は、射出端面21bのどの位置から射出されても、集光レンズ26により、スクリーン15上でレーザ光のスポット径が同一になるように集光される。
なお、上記のレーザ光が進行する方向に直交する方向のレーザ光のスポット径と、スクリーン15上のレーザ光(スクリーン15の面方向のレーザ光)のスポット径とは厳密には異なる。しかしながら、レーザ光のビーム径は微小であるため、両者のスポット径は略同等と考えることができる。また、その微小な差を補正するように、進行する方向に直行する方向のレーザ光のスポット径をわずかに小さくするように集光してもよい。
By the way, the laser beam L when a predetermined voltage is applied to the optical element 24 is slightly lower on the lower end L2 side (second electrode 23 side) than on the upper end L1 side (first electrode 22 side). The refractive index is large. Thereby, the beam diameter B1 of the laser beam L when the voltage is applied is larger than the beam diameter A of the laser beam L0 emitted from the electro-optical element 21 when no voltage is applied to the optical element 24. growing.
Here, since the laser light L emitted from the emission end face 21b of the electro-optic element 21 is condensed by passing through the condenser lens 26, the spot diameter (beam diameter) B2 of the laser light L on the screen 15 is set. The beam size is the same as the beam diameter A.
In other words, the laser light emitted from the electro-optic element 21 is condensed by the condenser lens 26 so that the spot diameter of the laser light is the same regardless of the position on the emission end face 21b. The
The spot diameter of the laser light in the direction orthogonal to the direction in which the laser light travels and the spot diameter of the laser light on the screen 15 (laser light in the surface direction of the screen 15) are strictly different. However, since the beam diameter of the laser light is very small, it can be considered that the spot diameters of both are substantially equal. Further, the laser beam may be condensed so that the spot diameter of the laser beam in the direction orthogonal to the traveling direction is slightly reduced so as to correct the minute difference.

本実施形態に係る走査型光学装置1では、ビーム径可変光学系25を備えることにより、電気光学素子21に電圧が印加され、電気光学素子21から射出される光のビーム径が大きくなった場合、電気光学素子21から射出されるレーザ光Lは集光されビーム径が小さくなる。したがって、スクリーン15上のどの位置においてもレーザ光のスポット径は等しいものとなる。これにより、電気光学素子21に電圧を印加しても、同じ大きさ(一定の大きさ)のビーム径のレーザ光を走査することができるため、本実施形態の走査型光学装置を画像表示装置として用いた場合、スクリーン15上にボケの少ない高画質な画像を表示することができる。
つまり、本実施形態の走査型光学装置1は、簡易な構成で、高精度なレーザ光の走査を行うことが可能である。
なお、ビーム径可変光学系25を構成するレンズの枚数及び形状は集光レンズ26に示すものに限るものではない。
In the scanning optical device 1 according to the present embodiment, when the beam diameter variable optical system 25 is provided, a voltage is applied to the electro-optical element 21 and the beam diameter of light emitted from the electro-optical element 21 is increased. The laser light L emitted from the electro-optical element 21 is condensed and the beam diameter is reduced. Therefore, the spot diameter of the laser light is the same at any position on the screen 15. As a result, even when a voltage is applied to the electro-optical element 21, it is possible to scan the laser beam having the same beam diameter (constant size). Can be used, a high-quality image with little blur can be displayed on the screen 15.
That is, the scanning optical device 1 according to the present embodiment can scan a laser beam with high accuracy with a simple configuration.
The number and shape of the lenses constituting the beam diameter variable optical system 25 are not limited to those shown in the condenser lens 26.

[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、ビーム径可変光学系31の構成において第1実施形態と異なる。
[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 differs from the first embodiment in the configuration of the beam diameter variable optical system 31.

ビーム径可変光学系31は、集光レンズ(集光素子)32と、平行化レンズ(平行化手段)33とを備えている。集光レンズ32は、第1実施形態の集光レンズ26と同様に、電気光学素子21の射出端面21bから射出されたレーザ光を集光させ、レーザ光のビーム径を変化させるレンズである。
平行化レンズ33は、集光レンズ32の後段側に配置され、集光レンズ32により集光されたレーザ光を平行光に変換するレンズである。また、平行化レンズ33は、集光レンズ32のどの位置において集光されたレーザ光でも、同一のビーム径の平行光として射出させるレンズである。
The beam diameter variable optical system 31 includes a condensing lens (condensing element) 32 and a collimating lens (collimating means) 33. Similar to the condensing lens 26 of the first embodiment, the condensing lens 32 is a lens that condenses the laser light emitted from the emission end surface 21 b of the electro-optic element 21 and changes the beam diameter of the laser light.
The collimating lens 33 is a lens that is disposed on the rear side of the condenser lens 32 and converts the laser light collected by the condenser lens 32 into parallel light. Further, the collimating lens 33 is a lens that emits the laser light condensed at any position of the condenser lens 32 as parallel light having the same beam diameter.

本実施形態に係る走査型光学装置30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、本実施形態の走査型光学装置30では、平行化レンズ33により、電気光学素子21から射出されるレーザ光を平行光、かつ、同一のビーム径に変換する。したがって、電気光学素子21とスクリーン15との距離に関わらず、一定の大きさのビーム径をスクリーン15に向かって走査することができる。すなわち、スクリーン15の位置が変化する、例えば、フロント型のプロジェクタに好適に用いることが可能となる。   In the scanning optical device 30 according to the present embodiment, the same effects as the scanning optical device 1 of the first embodiment can be obtained. Further, in the scanning optical device 30 of the present embodiment, the collimating lens 33 converts the laser light emitted from the electro-optic element 21 into parallel light and the same beam diameter. Accordingly, regardless of the distance between the electro-optic element 21 and the screen 15, a beam having a certain size can be scanned toward the screen 15. That is, for example, it can be suitably used for a front type projector in which the position of the screen 15 changes.

[第2実施形態の変形例]
図3に示す第2実施形態では、スクリーン15上におけるレーザ光のスポット径を同一にする手段として、平行化レンズ33を用いたが、平行化レンズ33に代えて集光レンズ32に移動機構36が設けられた走査型光学装置35であっても良い。この移動機構36は、集光レンズ32をビーム径可変光学系の光軸O1に対して平行に移動させるものである。
例えば、図4に示すように、スクリーン15aが、電気光学素子21から離れる方向のスクリーン15bの位置に移動した場合、スクリーン15bでは、電気光学素子21から射出され集光レンズ32aにより集光されたレーザ光(破線)のスポット径は、光学素子24に電圧を印加していないときの電気光学素子21から射出されるレーザ光L0のビーム径Aに比べて小さくなってしまう。そこで、移動機構36により、集光レンズ32aを電気光学素子21から離れる方向の集光レンズ32bの位置に移動させる。これにより、スクリーン15bの位置において、電気光学素子21から射出されたレーザ光のスポット径B3をビーム径Aと同一の大きさにすることができる。
なお、本変形例の移動機構36を第2実施形態の走査型光学装置30に用い、ビーム径可変光学系31の全体または一部を移動させても良い。この構成では、移動機構36によりビーム径可変光学系31の全体または一部を移動させることで、スクリーン15におけるスポット径の大きさを均一に大きくしたり、均一に小さくしたりすることができる。
[Modification of Second Embodiment]
In the second embodiment shown in FIG. 3, the collimating lens 33 is used as a means for making the spot diameters of the laser beams on the screen 15 the same. The scanning optical device 35 may be provided. The moving mechanism 36 moves the condenser lens 32 in parallel to the optical axis O1 of the beam diameter variable optical system.
For example, as shown in FIG. 4, when the screen 15a moves to the position of the screen 15b in a direction away from the electro-optical element 21, the screen 15b is emitted from the electro-optical element 21 and collected by the condenser lens 32a. The spot diameter of the laser light (broken line) is smaller than the beam diameter A of the laser light L0 emitted from the electro-optical element 21 when no voltage is applied to the optical element 24. Therefore, the moving mechanism 36 moves the condensing lens 32a to the position of the condensing lens 32b in a direction away from the electro-optic element 21. Thereby, the spot diameter B3 of the laser light emitted from the electro-optic element 21 can be made the same as the beam diameter A at the position of the screen 15b.
Note that the moving mechanism 36 of the present modification may be used in the scanning optical device 30 of the second embodiment to move the whole or part of the beam diameter variable optical system 31. In this configuration, the whole or part of the beam diameter variable optical system 31 is moved by the moving mechanism 36, whereby the spot diameter on the screen 15 can be uniformly increased or decreased uniformly.

[第3実施形態]
ビーム径可変光学系41は、図5に示すように、集光レンズ42及び平行化レンズ43により構成されている。このビーム径可変光学系41は、第2電極23側から射出されるレーザ光ほど屈折角が大きくなるように偏向させるものである。これにより、単位時間あたりのスクリーン15におけるレーザ光の走査距離が同じになるように補正するものである。
[Third Embodiment]
The beam diameter variable optical system 41 includes a condenser lens 42 and a collimating lens 43 as shown in FIG. The beam diameter variable optical system 41 deflects the laser beam emitted from the second electrode 23 side so that the refraction angle becomes larger. Thus, the laser beam scanning distance on the screen 15 per unit time is corrected to be the same.

ビーム径可変光学系41は、図5に示すように、集光レンズ42及び平行化レンズ43により構成されている。このビーム径可変光学系41は、ビーム径可変光学系41は、第2電極23側から射出されるレーザ光ほど屈折角が大きくなるように偏向させるものである。これにより、単位時間あたりのスクリーン15におけるレーザ光の走査距離が同じになるように補正するものである。   The beam diameter variable optical system 41 includes a condenser lens 42 and a collimating lens 43 as shown in FIG. The beam diameter variable optical system 41 deflects the laser beam emitted from the second electrode 23 side so that the refraction angle becomes larger. Thus, the laser beam scanning distance on the screen 15 per unit time is corrected to be the same.

ビーム径可変光学系41について具体的に説明する。
電気光学素子21から射出される光のうち、光学素子24に電圧を印加する直前の時刻T1における電気光学素子21から射出されるレーザ光を符号LT1で示す。
そして、例えば、時刻T1から時間t経過後の時刻T2における電気光学素子21から射出されるレーザ光を符号LT2で示す。さらに、時刻T2から時間t経過後の時刻T3における電気光学素子21から射出されるレーザ光を符号LT3で示す。
ここで、スクリーン15においてレーザ光LT1により照射される画素領域P1とレーザ光LT2により照射される画素領域P2との走査距離をQ1とする。また、スクリーン15においてレーザ光LT2により照射される画素領域P2とレーザ光LT3により照射される画素領域P3との走査距離をQ2とする。
The beam diameter variable optical system 41 will be specifically described.
Of the light emitted from the electro-optic element 21, laser light emitted from the electro-optic element 21 at time T1 immediately before the voltage is applied to the optical element 24 is denoted by reference symbol LT1.
For example, the laser beam emitted from the electro-optical element 21 at time T2 after the elapse of time t from time T1 is denoted by reference symbol LT2. Further, the laser beam emitted from the electro-optic element 21 at time T3 after time t has elapsed from time T2 is denoted by reference symbol LT3.
Here, the scanning distance between the pixel region P1 irradiated with the laser beam LT1 on the screen 15 and the pixel region P2 irradiated with the laser beam LT2 is defined as Q1. Further, the scanning distance between the pixel region P2 irradiated with the laser beam LT2 on the screen 15 and the pixel region P3 irradiated with the laser beam LT3 is defined as Q2.

ところで、仮に、走査型光学装置40においてビーム径可変光学系41を備えていない場合、電気光学素子21から射出されるレーザ光の偏角は、第2電極23に近づくに連れて大きくなる。これにより、スクリーン15上の一端部を走査するレーザ光の速度の方が速くなり、スクリーン15に投射される画像が歪んでしまう。
そこで、本実施形態では、ビーム径可変光学系41が単位時間あたりのスクリーン15におけるレーザ光の走査距離が同じになるように補正するため、光学素子24の内部の屈折率変化により射出端面21bから射出されるレーザ光の偏角が異なっていても、電気光学素子21から射出されたレーザ光は、走査距離Q1と走査距離Q2とが同じ距離になるように補正される。その結果、電気光学素子21から射出されたレーザ光は、スクリーン15上を等速走査される。
By the way, if the scanning optical device 40 does not include the beam diameter variable optical system 41, the deflection angle of the laser light emitted from the electro-optical element 21 increases as the second electrode 23 is approached. As a result, the speed of the laser beam that scans one end on the screen 15 becomes faster, and the image projected on the screen 15 is distorted.
Therefore, in the present embodiment, the beam diameter variable optical system 41 corrects the scanning distance of the laser beam on the screen 15 per unit time to be the same, so that the refractive index inside the optical element 24 changes from the exit end face 21b. Even if the deviation angles of the emitted laser light are different, the laser light emitted from the electro-optic element 21 is corrected so that the scanning distance Q1 and the scanning distance Q2 are the same distance. As a result, the laser light emitted from the electro-optical element 21 is scanned on the screen 15 at a constant speed.

本実施形態に係る走査型光学装置40は、第1実施形態の画像表示装置1と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の走査型光学装置40では、電気光学素子21から射出されたレーザ光は、スクリーン15上を等速で走査される。すなわち、第2電極23に近い射出端面21bから射出されるレーザ光ほど偏角が大きいため、スクリーン15に照射されるレーザ光の走査速度が速くなるが、本実施形態のビーム径可変光学系41を用いることにより、非等速で走査された場合に生じるスクリーン15上での画像の歪みが発生することがない。したがって、高画質な画像を表示することが可能となる。
なお、ビーム径可変光学系41を構成するレンズの枚数及び形状は、集光レンズ42及び平行化レンズ43に示すものに限るものではない。
The scanning optical device 40 according to the present embodiment can obtain the same effects as the image display device 1 of the first embodiment. Furthermore, in the scanning optical device 40 of the present embodiment, the laser light emitted from the electro-optical element 21 is scanned on the screen 15 at a constant speed. That is, the laser beam emitted from the exit end face 21b close to the second electrode 23 has a larger declination, so that the scanning speed of the laser beam applied to the screen 15 is increased, but the beam diameter variable optical system 41 of the present embodiment. By using, image distortion on the screen 15 that occurs when scanning is performed at non-uniform speed does not occur. Therefore, a high quality image can be displayed.
The number and shape of the lenses constituting the beam diameter variable optical system 41 are not limited to those shown in the condenser lens 42 and the collimating lens 43.

[第4実施形態]
次に、本発明に係る第4実施形態について、図6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であったが、本実施形態に係る走査型光学装置50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実施形態と同様の構成である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment, a scanning optical device using a monochromatic light source device is used. However, the scanning optical device 50 according to the present embodiment uses three color light source devices to project an image on a screen. It is a display device. The optical scanning unit 20 used in this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.

本実施形態に係る画像表示装置50は、図6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)50Rと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置(光源装置)50Gと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置(光源装置)50Bと、クロスダイクロイックプリズム51と、クロスダイクロイックプリズム51から射出されたレーザ光をスクリーン55の水平方向に走査する電気光学素子21と、電気光学素子21から射出されたレーザ光をスクリーン55の垂直方向に走査するガルバノミラー52とを備えている。   As shown in FIG. 6, the image display device 50 according to the present embodiment includes a red light source device (light source device) 50R that emits red laser light and a green light source device (light source device) 50G that emits green laser light. A blue light source device (light source device) 50B for emitting blue laser light, a cross dichroic prism 51, an electro-optical element 21 for scanning the laser light emitted from the cross dichroic prism 51 in the horizontal direction of the screen 55, A galvanometer mirror 52 that scans the laser beam emitted from the electro-optic element 21 in the vertical direction of the screen 55 is provided.

すなわち、光走査部20は、図1に示すように、スクリーン55において2方向(垂直方向v、水平方向h)の走査のうち、各光源装置50R,50G,50Bから射出される光を水平方向hに走査する水平走査用スキャナであり、ガルバノミラー52は、光走査部20から射出される光を垂直方向vに走査する垂直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。
That is, as shown in FIG. 1, the optical scanning unit 20 in the horizontal direction scans light emitted from the light source devices 50R, 50G, and 50B among the scanning in the two directions (vertical direction v and horizontal direction h) on the screen 55. The galvano mirror 52 is a vertical scanning scanner that scans light emitted from the optical scanning unit 20 in the vertical direction v.
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.

次に、以上の構成からなる本実施形態の画像表示装置50を用いて、画像をスクリーン55に投射する方法について説明する。
各光源装置50R,50G,50Bから射出されたレーザ光は、クロスダイクロイックプリズム51で各色のレーザが照明光軸上で重なるように合成され電気光学素子21に入射する。電気光学素子21の入射端面21aから入射したレーザ光は、射出端面21bからガルバノミラー52に向かって射出される。このようにして、レーザ光は電気光学素子21によりスクリーン55の水平方向に走査され、ガルバノミラー52により垂直方向に走査されてスクリーン55に投影される。
Next, a method of projecting an image on the screen 55 using the image display device 50 of the present embodiment having the above configuration will be described.
The laser beams emitted from the light source devices 50R, 50G, and 50B are combined by the cross dichroic prism 51 so that the lasers of the respective colors overlap on the illumination optical axis and enter the electro-optical element 21. Laser light incident from the incident end face 21 a of the electro-optic element 21 is emitted from the emission end face 21 b toward the galvanometer mirror 52. In this way, the laser light is scanned in the horizontal direction of the screen 55 by the electro-optic element 21, scanned in the vertical direction by the galvanometer mirror 52, and projected onto the screen 55.

本実施形態に係る画像表示装置50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50では、電気光学素子21から射出されるレーザ光のスポット径がスクリーン55上で同一であるため、スクリーン15に投射される画像において、すべての画素を同じ大きさで表示させることができる。したがって、例えばボケを抑え、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55に表示させることができる。   In the image display device 50 according to the present embodiment, the same effects as those of the scanning optical device 1 of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the image display device 50 of the present embodiment, the spot diameter of the laser light emitted from the electro-optic element 21 is the same on the screen 55, so that all pixels in the image projected on the screen 15 have the same size. It can be displayed. Therefore, for example, blur can be suppressed and an image can be displayed more clearly on the screen 55 without causing deterioration in image quality.

しかも、電気光学素子21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、水平走査として電気光学スキャナを用い、走査自由度が高い垂直走査としてガルバノミラー52(動くことにより光を反射させる可動型の走査手段)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。
なお、ガルバノミラー52に代えて、可動型の走査手段の一つである安価なポリゴンミラーにより走査を行っても良い。安価なポリゴンミラーを使用することで、コストを抑えつつ高性能な画像表示を行うことが可能となる。
また、本実施形態の画像表示装置50において、第1実施形態のビーム径可変光学系25を用いて説明したが、第2,第3実施形態(変形例を含む)のビーム径可変光学系31,41を用いることも可能である。
また、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、第1〜第3実施形態(変形例を含む)の走査型光学装置をレーザプリンタに応用することも可能である。
In addition, since the scanning unit composed of the electro-optic element 21 can scan faster than the MEMS scanner, as in this embodiment, the electro-optic scanner is used for horizontal scanning, and the galvanometer mirror is used for vertical scanning with a high degree of scanning freedom. By using 52 (movable scanning means that reflects light by moving), it is possible to realize a high-performance image display device.
In place of the galvanometer mirror 52, scanning may be performed by an inexpensive polygon mirror which is one of movable scanning means. By using an inexpensive polygon mirror, it is possible to perform high-performance image display while reducing costs.
Further, in the image display device 50 of the present embodiment, the beam diameter variable optical system 25 of the first embodiment has been described. However, the beam diameter variable optical system 31 of the second and third embodiments (including modifications). , 41 can also be used.
Although the image display apparatus has been described as the scanning optical apparatus, the scanning optical apparatus according to the first to third embodiments (including modifications) can be applied to a laser printer.

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、上記各実施形態において、光学素子としてKTN結晶を例に挙げて説明したが、これに限ることはなく、屈折率が線形的に変化する素子であれば良い。例えば、LiNbO(ニオブ酸リチウム)等の電気光学効果を有する誘電体結晶であっても良いが、LiNbO3等の組成を有する結晶は、KTN結晶に比べて走査偏角が小さく、また、駆動電圧が高いため、KTN結晶を用いることが好ましい。
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, in each of the above-described embodiments, the optical element has been described by taking a KTN crystal as an example. However, the present invention is not limited to this, and any element whose refractive index changes linearly may be used. For example, a dielectric crystal having an electro-optic effect such as LiNbO 3 (lithium niobate) may be used, but a crystal having a composition such as LiNbO 3 has a smaller scanning deflection angle than a KTN crystal, and driving Since the voltage is high, it is preferable to use a KTN crystal.

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. 本発明の第1実施形態に係る走査型光学装置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。It is a figure which shows the waveform of the voltage applied to the electrode of the electro-optical element of the scanning optical apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 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2実施形態に係る走査型光学装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification 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. 本発明の第4実施形態に係る走査型光学装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the scanning optical apparatus which concerns on 4th Embodiment of this invention. 従来の走査型光学装置を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional scanning optical apparatus. 従来の走査型光学装置を示す平面図である。It is a top view which shows the conventional scanning optical apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1,30,35,40…走査型光学装置、11…光源装置、15…スクリーン(被投射面)、21…電気光学素子、25,31,41…ビーム径可変光学系、26,32…集光レンズ(集光素子)、33…平行化レンズ(平行化手段)、36…移動機構、50…画像表示装置(走査型光学装置)、50R…赤色光源装置(光源装置)、50G…赤色光源装置(光源装置)、50B…赤色光源装置(光源装置)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30,35,40 ... Scanning optical apparatus, 11 ... Light source device, 15 ... Screen (projection surface), 21 ... Electro-optical element, 25, 31, 41 ... Beam diameter variable optical system, 26, 32 ... Collection Optical lens (light condensing element), 33... Parallelizing lens (parallelizing means), 36... Moving mechanism, 50... Image display device (scanning optical device), 50 R. Red light source device (light source device), 50 G. Device (light source device), 50B ... Red 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被投射面に向かって走査する電気光学素子と、
少なくとも前記電気光学素子から射出されたレーザ光を集光させるとともに、前記電気光学素子の電界方向に沿って集光率が異なる集光素子を有し前記レーザ光のビーム径を可変させるビーム径可変光学系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;
An electro-optic element that scans laser light emitted from the light source device toward a projection surface by changing a refractive index distribution according to the magnitude of an electric field generated inside;
Variable beam diameter for condensing at least laser light emitted from the electro-optical element and having a condensing element having a different condensing rate along the electric field direction of the electro-optical element. A scanning optical apparatus comprising: an optical system.
前記ビーム径可変光学系は、前記集光素子により、所定の距離での前記レーザ光のビーム径が一定になるようにレーザ光を集光することを特徴とする請求項1に記載の走査型光学装置。   2. The scanning type according to claim 1, wherein the beam diameter variable optical system condenses the laser light by the condensing element so that the beam diameter of the laser light at a predetermined distance is constant. Optical device. 前記ビーム径可変光学系が、前記集光素子により集光されたレーザ光を平行化する平行化手段を備え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 scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the beam diameter variable optical system includes a collimating unit that collimates the laser beam condensed by the condensing element. 前記ビーム径可変光学系を当該ビーム径可変光学系の光軸に対して平行に移動させる移動機構が設けられてい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。   3. A scanning optical apparatus according to claim 1, further comprising a moving mechanism for moving the beam diameter variable optical system in parallel with the optical axis of the beam diameter variable optical system. 前記ビーム径可変光学系が、前記電気光学素子から射出された光の単位時間あたりの前記被投射面における走査距離が前記電気光学素子から射出されるレーザ光の偏角によらず一定となるようにレーザ光を集光させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の走査型光学装置。   The beam diameter variable optical system is configured such that the scanning distance on the projection surface per unit time of the light emitted from the electro-optic element is constant regardless of the deflection angle of the laser light emitted from the electro-optic element. The scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is condensed on the scanning optical device. 前記電気光学素子が水平走査を行う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。   The scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the electro-optical element performs horizontal scanning. 前記電気光学素子が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。 The scanning optical apparatus according to claim 1, wherein the electro-optical element has a composition of KTa 1-x Nb x O 3 .
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