JP2008256770A - Scanner and projection type display using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プロジェクタやプリンタなどの投射系光学装置に用いられる走査装置に関する。 The present invention relates to a scanning device used in a projection system optical device such as a projector or a printer.
投射光学系の装置においては、レーザー光などの光源装置からの光を走査するための走査装置が用いられるものがある。走査装置としては、ミラーなどの反射板の角度を制御することによって、光源からの光の反射角度を制御して走査を実行するものが知られている(特許文献1等)。 Some projection optical systems use a scanning device for scanning light from a light source device such as laser light. As a scanning device, one that performs scanning by controlling the angle of reflection of light from a light source by controlling the angle of a reflecting plate such as a mirror is known (Patent Document 1, etc.).
ところで、走査装置では、一般に、走査速度の向上が求められている。従来の走査装置においては、反射板を小型化して、反射板の角度が変位する速度を増大させることによって走査速度を増大させる方法がある。しかし、反射板の面積が小さくなると、当該反射面の外周端部において投射光が回折を生じ、投写光が広がってしまう可能性がある。このため、従来の走査装置では、走査速度を十分に増大させることができないという問題点があった。 Incidentally, in a scanning device, generally, an improvement in scanning speed is required. In the conventional scanning device, there is a method of increasing the scanning speed by reducing the size of the reflecting plate and increasing the speed at which the angle of the reflecting plate is displaced. However, if the area of the reflection plate is reduced, the projection light may be diffracted at the outer peripheral end of the reflection surface, and the projection light may spread. For this reason, the conventional scanning device has a problem that the scanning speed cannot be increased sufficiently.
本発明は、簡易な構成で走査装置の走査速度を増大させることのできる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of increasing the scanning speed of a scanning device with a simple configuration.
本発明の一形態による装置は、光を射出する光源と、反射面の角度を制御することができる可動式反射板と、前記光源と前記可動式反射板との間に配置されて、入射する光を選択的に透過又は反射する反射/透過素子とを備え、前記反射/透過素子は、前記光源から前記可動式反射板へと向かう入射光を透過し、前記反射/透過素子を透過した透過光が前記可動式反射板によって反射された第1の反射光を、再び、前記可動式反射板に向かって反射し、前記第1の反射光が前記反射板によって反射された第2の反射光を透過することを特徴とする。 An apparatus according to an aspect of the present invention is disposed between a light source that emits light, a movable reflector that can control an angle of a reflecting surface, and the light source and the movable reflector. A reflection / transmission element that selectively transmits or reflects light, and the reflection / transmission element transmits incident light from the light source toward the movable reflector, and transmits through the reflection / transmission element. The first reflected light reflected by the movable reflector is reflected again toward the movable reflector, and the first reflected light is reflected by the reflector. It is characterized by passing through.
この構成によれば、光源からの光は反射/透過素子と可動式反射板との間において、可動式反射板への反射を2度繰り返してから走査装置から走査対象物へと射出される。従って、可動式反射板の角度変位量に対して、反射光の射出角度の変位量を増加させることができ、走査速度を増大させることができる。 According to this configuration, the light from the light source is repeatedly reflected on the movable reflector between the reflection / transmission element and the movable reflector, and then emitted from the scanning device to the scanning object. Accordingly, the amount of displacement of the reflected light emission angle can be increased with respect to the amount of angular displacement of the movable reflector, and the scanning speed can be increased.
前記反射/透過素子は、第1の直線偏光を透過するとともに前記第1の直線偏光と直交する偏光方向を有する第2の直線偏光を反射する反射型偏光板と、前記反射型偏光板よりも前記可動式反射板に近い側に配置された1/4波長板とを有しており、前記光源は、前記第1の直線偏光を射出するものとしても良い。 The reflection / transmission element transmits a first linearly polarized light and reflects a second linearly polarized light having a polarization direction orthogonal to the first linearly polarized light, and more than the reflective polarizing plate A quarter-wave plate disposed on the side closer to the movable reflector, and the light source may emit the first linearly polarized light.
この構成によれば、反射/透過素子の偏光板は、光源から可動式反射板へと向かう入射光は透過する。また、1/4波長板の透過と可動式反射板による反射を繰り返した直線偏光は、その偏光成分が当初の偏光成分に対して直交方向となる。従って反射/透過素子の偏光板は、第1の反射光を反射し、第2の反射光は透過することができる。 According to this configuration, the polarizing plate of the reflection / transmission element transmits incident light from the light source toward the movable reflection plate. Moreover, the linearly polarized light that has been repeatedly transmitted through the quarter-wave plate and reflected by the movable reflector has its polarization component orthogonal to the original polarization component. Accordingly, the polarizing plate of the reflection / transmission element can reflect the first reflected light and transmit the second reflected light.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば走査装置、当該走査装置を用いた投射光学系装置等の形態、具体的には、レーザープロジェクタや、レーザープリンタや、画像検出装置等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, a scanning device, a form of a projection optical system using the scanning device, specifically, a laser projector, a laser printer, an image, and the like. It can be realized in the form of a detection device or the like.
A.第1実施例:
図1(A)は本発明の一実施例としてのレーザープロジェクタ100の構成を示す概略図である。このレーザープロジェクタ100は、光を走査するスキャン装置110と、スキャナ装置110を制御する制御回路120とを備えている。スキャン装置110は、光源装置10と、可動式ミラー20とを有している。光源装置10は、レーザー光を射出可能な光源である。なお、レーザープロジェクタ100は、レーザー光の経路上に図示しない光学系レンズなどを備えていても良い。
A. First embodiment:
FIG. 1A is a schematic diagram showing a configuration of a
レーザープロジェクタ100は、制御回路120が画像信号に応じてスキャン装置110を制御することにより、スキャン装置110によってレーザー光を投写スクリーン200上の破線矢印に示すように走査して画像を投影する。具体的には、光源装置10から射出したレーザー光は、可動式ミラー20によって反射されて投写スクリーン200上に投射される。また、レーザー光は、可動式ミラー20の反射面の角度が変位することによって、投写スクリーン200上を走査する。制御回路120は、画像信号に応じて光源装置10を強度変調することにより、レーザー光を、その走査位置における画像を表す画像光として射出させる。制御回路120は、また、画像信号の周期信号に応じて走査装置110の動作を制御することによって、2次元的な走査を実現する。
In the
図1(B)は、可動式ミラー20の構成を説明するための概略図である。可動式ミラー20は、2軸式MEMSスキャナによって構成することができる。ここで、「MEMS」とは、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(Micro Electro Mechanical Systems)の略であり、機械要素部品や、センサー、アクチュエータ、電子回路等が一つのシリコン基板上に集積された微小デバイスを指す。
FIG. 1B is a schematic diagram for explaining the configuration of the
この可動式ミラー20は、光源からの光を反射するミラー部21と、ミラー部21の外周に設けられた外周フレーム板22とを有している。なお、ミラー部21は、光源装置10から発せられるレーザー光のビーム径よりも十分に大きい面積を有していることが好ましい。この理由は、ミラー部21の面積よりビーム径が大きいか、またはほぼ同じである場合には、ミラー部21の外周縁においてレーザー光の回折が生じ、投写光が広がってしまう可能性があるからである。
The
ミラー部21と外周フレーム板22とは、図中のY軸を中心に回転駆動が可能な第1の回転軸23によって連結している。即ち、ミラー部21は、第1の回転軸23の回転駆動によって、外周フレーム板22に対してY軸を中心として回転し、その反射面の角度もこれに応じて変位する。一方、外周フレーム板22は、図中のX軸を中心に回転駆動が可能なように第2の回転軸24によってスキャン装置110内に固定されている。第2の回転軸24の回転により、可動式ミラー20全体は、X軸を中心として回転し、ミラー部21の反射面の角度もこれに応じて変位する。なお、ミラー部21及び外周フレーム板22は、静電引力によって回転駆動力を得るものとしても良い。
The
図2は、スキャン装置110の構成とレーザー光の経路を示す説明図である。スキャン装置110は、光源装置10と可動式ミラー20との間に、反射/透過素子30を有している。反射/透過素子30は、板状の素子であり、入射する光のうち第1の直線偏光の光を選択的に透過し、これと直交する第2の直線偏光の光を選択的に反射する素子である。反射/透過素子30の具体的な構成については後述する。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of the
光源装置10から射出されたレーザー光P0は、図中に破線で示すように、反射/透過素子30を透過して可動式ミラー20に至る。以後、反射/透過素子30を透過したレーザー光を「透過入射光P1」と呼ぶ。なお、レーザー光は、反射/透過素子30の外表面に対して垂直に入射しているが、斜めに入射しても良い。
The laser beam P0 emitted from the
透過入射光P1は、可動式ミラー20のミラー部21によって反射される。以後、この反射された光を「第1のミラー反射光P2」と呼ぶ。ここで、可動式ミラー20は、反射/透過素子30に対して、第2の回転軸24を中心に角度dθの傾きを有するように角度が変位した状態であるとする。以後、この角度変位量dθを「鏡面角度変位量dθ」と呼ぶ。このとき、透過入射光P1と第1のミラー反射光P2のなす角度は角度dθの2倍となる。
The transmitted incident light P <b> 1 is reflected by the
反射/透過素子30に到達した第1のミラー反射光P2は、反射/透過素子30によって反射される。以後、反射/透過素子30によって反射された光を「素子反射光P3」と呼ぶ。素子反射光P3は、ミラー部21によって再び反射される。この反射された光を「第2のミラー反射光P4」と呼ぶ。このとき、素子反射光P3と第2のミラー反射光P4とがなす角度は、鏡面角度変位量dθの4倍となる。後述するように、第2のミラー反射光は、反射/透過素子30を透過する直線偏光光となっているので、反射/透過素子30を透過して、投写スクリーン200(図1)に到達する。
The first mirror reflected light P <b> 2 that reaches the reflection /
図2に点線で示す矢印Pcは、反射/透過素子30を省略した場合のレーザー光の射出方向を示している。この場合には、ミラー部21によってレーザー光は1度だけ反射が行われる。このときのレーザー光の射出角度は、ミラー部21の鏡面角度変位量dθの2倍である(dθ×2)。ここで、「レーザー光の射出角度」とは、光源装置から射出されたレーザー光の射出方向とスキャン装置から射出されたレーザー光の射出方向のなす角度を指す。
An arrow Pc indicated by a dotted line in FIG. 2 indicates a laser light emission direction when the reflection /
一方、反射/透過素子30を用いた場合には、レーザー光は、ミラー部21によって2度の反射が行われる。従って、反射/透過素子30を用いた場合、スキャン装置110から射出されるレーザー光の射出角度は、反射/透過素子30が無い場合に較べて2倍となる(dθ×4)。即ち、反射/透過素子30を用いることにより、ミラー部21の角度変位に伴うレーザー光の射出角度の変位量を2倍に増加させることができる。
On the other hand, when the reflection /
図3は、反射/透過素子30の構成を示す概略図である。反射/透過素子30は、ガラス板31と、ワイヤグリッド偏光板32と、1/4波長板33と有しており、ワイヤグリッド偏光板32がガラス板31と1/4波長板33によって挟持された構成である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the reflection /
ワイヤグリッド偏光板32は、金属ワイヤ32wを等間隔で並行に並べたものであり、金属ワイヤ32wに対して平行な直線偏光は反射し、金属ワイヤ32wに垂直な直線偏光は透過する機能を有する。1/4波長板33は、入射する直線偏光を円偏光に変換することができ、逆に、入射する円偏光を直線偏光へと変換することができる。
The wire
ガラス板31及び1/4波長板33の外表面は、反射防止膜34によってそれぞれ被覆されている。この反射防止膜34によって反射によるレーザー光の透過率の低下を抑制することができる。ガラス板31とワイヤグリッド偏光板32と1/4波長板33との接合面の外周端部はシール剤35によって被覆されている。
The outer surfaces of the
図4は、反射/透過素子30におけるレーザー光の透過及び反射の過程を具体的に説明するための説明図である。図4は、図2と同様なスキャン装置110内におけるレーザー光の経路を拡大して示している。なお、説明の便宜のため、反射/透過素子30の反射防止膜34は図示が省略されており、ワイヤグリッド偏光板32と1/4波長板33との間には空間が設けられている。
FIG. 4 is an explanatory diagram for specifically explaining the process of laser light transmission and reflection in the reflection /
光源装置10からのレーザー光P0は、ワイヤグリッド偏光板32が透過する偏光成分を有する直線偏光である。従って、このレーザー光P0は、ガラス板31及びワイヤグリッド偏光板32を透過して1/4波長板33に至る。1/4波長板33を透過したレーザー光は、円偏光に変換される。即ち、図2で説明した透過入射光P1は円偏光となる。
The laser beam P0 from the
一般に、円偏光がミラーで反射されるとその回転方向は逆方向になる。従って、透過入射光P1がミラー部21で反射された光である第1のミラー反射光P2は、透過入射光P1とは逆回転の円偏光となる。この第1のミラー反射光P2は、1/4波長板33を透過すると再び直線偏光に変換されるが、このときの直線偏光P2aの偏光成分は、光源装置10から投射されたレーザー光P0とは直交する偏光成分である。従って、直線偏光P2aは、ワイヤグリッド偏光板32によって反射された後、1/4波長板33によって再び円偏光に変換されて、素子反射光P3となる。この素子反射光P3の円偏光の回転方向は、第1のミラー反射光P2と同じとなる。円偏光となった素子反射光P3は、ミラー部21によって反射されて、その回転方向が逆方向となる。即ち、第2のミラー反射光P4は、透過入射光P1と同じ回転方向の円偏光である。
In general, when circularly polarized light is reflected by a mirror, the rotation direction is reversed. Accordingly, the first mirror reflected light P2, which is the light reflected by the
第2のミラー反射光P4は、1/4波長板33によって直線偏光に変換される。このときの偏光成分は光源装置10から射出された際のレーザー光P0と同じとなるため、ワイヤグリッド偏光板32を透過してスキャン装置110の外部へと射出される。
The second mirror reflected light P4 is converted into linearly polarized light by the
このように、本実施例の構成によれば、ミラー部21の角度変位に伴うレーザー光の射出角度の変位量を簡易な構成で増加させることができる。従って、スキャン装置のレーザー光の走査速度を向上することができる。
Thus, according to the configuration of the present embodiment, the amount of displacement of the laser beam emission angle accompanying the angular displacement of the
B.第2実施例:
図5は本発明の第2実施例としてのスキャン装置に用いられる反射/透過素子30Aの構成を示す概略図である。図5は、ワイヤグリッド偏光板32と1/4波長板33との間に空間36が設けられている点以外は図3とほぼ同じである。この反射/透過素子30Aは、第1実施例で説明した反射/透過素子30(図2)と同様にスキャン装置内に配置されて用いられる。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a schematic view showing the configuration of a reflection /
ここで、ワイヤグリッド偏光板32は、第1実施例において説明したように金属ワイヤを並列に並べて構成したものであるため、一般に、その表面は平滑度の低い状態となる。従って、第1実施例の反射/透過素子30(図3)のように、ワイヤグリッド偏光板32と1/4波長板33とが接触した状態で当該素子を構成するすることが困難となる場合がある。しかし、第2実施例の反射/透過素子30Aには、ワイヤグリッド偏光板32と1/4波長板33との間には空間36が設けられているため、ワイヤグリッド偏光板32の平滑度が低い場合であっても当該素子を構成することが容易である。なお、1/4波長板33側のワイヤグリッド偏光板32側の面にも反射防止膜34が設けられていることが好ましい。このような構成であっても、第1実施例とほぼ同様な効果を得ることができる。
Here, since the wire
C.第3実施例:
図6は本発明の第3実施例としてのレーザープリンタ300の構成を示す概略図である。このレーザープリンタ300は、スキャン装置310と、感光ドラム50とを備えている。スキャン装置310は、光源装置10と、反射/透過素子30と、ポリゴンミラー40とを備えている。
C. Third embodiment:
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a
このスキャン装置310は、第1実施例で説明したスキャン装置110(図2)のうち、可動式ミラー20をポリゴンミラー40に置換したものである。ただし、このスキャン装置310では、第1実施例のスキャン装置110とは異なり、その光源装置10は、レーザー光が反射/透過素子30の入射面の垂線に対して角度θで入射するように配置されている。
The
ポリゴンミラー40は、正多角柱形状の多面体であり、その全ての側面41がレーザー光を反射可能な鏡面を構成している。また、ポリゴンミラー40は、その底面を貫通する中心軸42を中心に回転駆動可能な状態で配置されている。光源装置10からのレーザー光は、ポリゴンミラー40の回転駆動によって射出角度が変位する。即ち、スキャン装置310は、レーザー光を一定直線方向に走査することができる。
The
感光ドラム50は略円柱形状であり、その底面を貫通する中心軸51を中心に回転駆動可能なように配置されている。スキャン装置310は、回転している感光ドラム50の側面を中心軸51に沿った方向にレーザー光を走査する。感光ドラム50の感光面は、レーザー光が走査する前は全面に静電気を帯びた状態であり、レーザー光が照射された部位は静電気を失う。静電気を失った部位にはトナーが付着せず、帯電したままの部位にはトナーが付着する。感光ドラム50に付着したトナーは、印刷用紙に転写・定着されて印刷画像を形成する。
The
なお、光源装置10とポリゴンミラー40との間のレーザー光の経路には、コリメートレンズやシリンドリカルレンズなどのレンズが設けられているものとしても良い。また、反射/透過素子30と感光ドラム50との間のレーザー光の経路には、球面レンズ及びトロイダルレンズによって構成されるfθレンズ等が設けられているものとしても良い。
A laser beam path between the
この第3実施例のスキャン装置310においても、第1実施例と同様に、光源装置10から射出されたレーザー光は、反射/透過素子30によってポリゴンミラー40の反射面41において2度の反射が行われて感光ドラム50へと射出される。従って、ポリゴンミラー40の角度変位量dθに伴うレーザー光の射出角度の変位量はその2倍となり、レーザー光の射出角度は、2θ+dθ×4となる。即ち、本実施例の構成においても、レーザー光による感光ドラム50の走査速度を増大させることができる。また、本実施例の構成においては、レーザー光の走査距離を増すことができる。そのため、感光ドラム50を大型化することができ、対応する印刷用紙サイズを大きくすることができる。
Also in the
D.第4実施例:
図7は本発明の第4実施例としてのスキャン装置400の構成を示す概略図である。このスキャン装置400は、反射/透過素子30と、可動式ミラー群60と、光源群70とを備えている。反射/透過素子30は、第1実施例で説明したものと同じである。
D. Fourth embodiment:
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a
可動式ミラー群60は、第1実施例で説明した可動式ミラー20が複数個並列に、または、マトリクス状に配置されたものである。可動式ミラー20は、個々が独立的に角度変位するものとしても良いし、全ての可動式ミラー20が同時に同じ角度だけ変位するものとしても良い。光源群70は、第1実施例で説明した光源装置10を、可動式ミラー群60のそれぞれの可動式ミラー20に対してレーザー光を射出可能なように配置したものである。この第4実施例の構成によれば、複数のレーザー光を同時に走査することができる。
The
E.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
E1.変形例1:
上記実施例において、スキャン装置の可動式ミラー20又はポリゴンミラー40によってレーザー光を反射させて走査を実行していたが、他の可動式反射素子を用いて走査を実行するものとしても良い。例えば、水平方向にのみ角度変位する平面鏡を用いることも可能である。
E1. Modification 1:
In the above embodiment, the scanning is performed by reflecting the laser beam by the
E2.変形例2:
上記実施例において、光源装置10としてレーザー光源を用いていたが、発光ダイオードなどの他の光源を用いることも可能である。
E2. Modification 2:
In the above-described embodiment, a laser light source is used as the
E3.変形例3:
上記実施例において、反射/透過素子30は、ワイヤグリッド偏光板32及び1/4波長板33を有する構成であったが、他の部材によって構成されるものとしても良い。即ち、反射/透過素子は、光源から可動式反射板へと向かう入射光を透過し、反射/透過素子を透過した透過入射光が可動式反射板によって反射された第1の反射光を、再び、可動式反射板に向かって反射し、第1の反射光が反射板によって反射された第2の反射光を透過するように構成されていれば良い。
E3. Modification 3:
In the above embodiment, the reflection /
10…光源装置
20…可動式ミラー
21…ミラー部
22…外周フレーム板
23…第1の回転軸
24…第2の回転軸
30、30A…反射/透過素子
31…ガラス板
32…ワイヤグリッド偏光板
32w…金属ワイヤ
34…反射防止膜
33…1/4波長板
35…シール剤
36…空間
40…ポリゴンミラー
41…反射面(側面)
42…中心軸
50…感光ドラム
51…中心軸
60…可動式ミラー群
70…光源群
100…レーザープロジェクタ
110、310、400…スキャン装置
120…制御回路
200…投写スクリーン
300…レーザープリンタ
P、Pc…レーザー光の射出方向
P0…レーザー光
P1…透過入射光
P2…第1のミラー反射光
P3…素子反射光
P4…第2のミラー反射光
dθ…角度変位量(鏡面角度変位量)
θ…レーザー光入射角度
DESCRIPTION OF
42 ...
θ ... Laser beam incident angle
Claims (3)
光を射出する光源と、
反射面の角度を制御することができる可動式反射板と、
前記光源と前記可動式反射板との間に配置されて、入射する光を選択的に透過又は反射する反射/透過素子と、
を備え、
前記反射/透過素子は、
前記光源から前記可動式反射板へと向かう入射光を透過し、
前記反射/透過素子を透過した透過光が前記可動式反射板によって反射された第1の反射光を、再び、前記可動式反射板に向かって反射し、
前記第1の反射光が前記反射板によって反射された第2の反射光を透過することを特徴とする、走査装置。 A scanning device for scanning light,
A light source that emits light;
A movable reflector that can control the angle of the reflecting surface;
A reflection / transmission element that is disposed between the light source and the movable reflector and selectively transmits or reflects incident light;
With
The reflective / transmissive element is
Transmits incident light from the light source toward the movable reflector,
The reflected light transmitted through the reflection / transmission element is reflected again by the movable reflection plate toward the movable reflection plate.
The scanning device according to claim 1, wherein the first reflected light transmits the second reflected light reflected by the reflecting plate.
前記反射/透過素子は、
第1の直線偏光を透過するとともに前記第1の直線偏光と直交する偏光方向を有する第2の直線偏光を反射する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板よりも前記可動式反射板に近い側に配置された1/4波長板と、
を有しており、
前記光源は、前記第1の直線偏光を射出する、走査装置。 The scanning device according to claim 1,
The reflective / transmissive element is
A reflective polarizing plate that transmits the first linearly polarized light and reflects the second linearly polarized light having a polarization direction orthogonal to the first linearly polarized light;
A quarter-wave plate disposed closer to the movable reflector than the reflective polarizer;
Have
The scanning device in which the light source emits the first linearly polarized light.
請求項1または請求項2に記載の走査装置と、
画像信号に応じて前記光源および前記可動式反射板を制御することによって、前記走査装置により走査される画像光を用いて画像を投射表示する制御回路と、
を備える、投写型表示装置。 A projection display device that displays an image by projection light,
A scanning device according to claim 1 or 2,
A control circuit that projects and displays an image using image light scanned by the scanning device by controlling the light source and the movable reflector according to an image signal;
A projection display device comprising:
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