JP2016033529A - Light transmissive member for cover of optical deflector, optical deflector, optical lens and optical mirror - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光偏向器のカバー用光透過性部材、光偏向器、光学レンズ及び光学ミラーに関するものである。 The present invention relates to a light transmissive member for an optical deflector cover, an optical deflector, an optical lens, and an optical mirror.
近年、レーザ光を光源としたレーザディスプレイが次世代のディスプレイとして注目されている。レーザディスプレイは、例えば、ランプを光源としたディスプレイよりも低消費電力、超小型(薄型、軽量)、低コスト、フォーカス・フリー、綺麗な映像など特徴があり、レーザディスプレイへの期待が高まっている。 In recent years, laser displays using laser light as a light source have attracted attention as next-generation displays. Laser displays, for example, have lower power consumption, ultra-compact (thin and light), low cost, focus-free, and beautiful images than lamp-based displays, and expectations for laser displays are increasing. .
レーザディスプレイは、光源の他に、ミラー部を振動させることによってミラー部に入射するレーザ光の反射方向を走査する光偏向器を備えている。光偏向器は、光源から射出されたレーザ光を所定の角度で反射させることを連続的に行うことで、対象範囲内又は所定範囲内に存在する物体までレーザ光を飛ばす装置である。光偏向器はレーザ走査装置とも呼ばれる。光偏向器としては、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いた走査ミラー(MEMSミラー)や、ポリゴンミラー(回転多面鏡)などが知られている。 In addition to the light source, the laser display includes an optical deflector that scans the reflection direction of the laser light incident on the mirror unit by vibrating the mirror unit. The optical deflector is a device that emits laser light to a target range or an object existing within a predetermined range by continuously reflecting the laser light emitted from the light source at a predetermined angle. The optical deflector is also called a laser scanning device. As an optical deflector, for example, a scanning mirror (MEMS mirror) using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a polygon mirror (rotating polygon mirror), and the like are known.
しかしながら、レーザディスプレイにはスペックルノイズの課題があり、実現が困難になっている。スペックルノイズはスクリーン上の微細な凹凸より散乱した光が干渉を起こす事で発生するものである。スペックルノイズに対してこれまで有効な防止方法や低減方法は確立されていなかった。 However, the laser display has a problem of speckle noise, which is difficult to realize. Speckle noise is generated when light scattered from fine irregularities on the screen causes interference. Until now, an effective prevention method and reduction method for speckle noise has not been established.
スペックルノイズを解消する有効な解決手段の1つとして、光軸を変調するパターンを領域の中で分割して配置して偏光を解消することで、スペックルが低減できることが知られている(例えば特許文献1,2を参照。)。 As one effective solution for eliminating speckle noise, it is known that speckle can be reduced by dividing and arranging a pattern for modulating an optical axis in a region to eliminate polarization ( For example, see Patent Documents 1 and 2.)
スペックル解消素子は光路上に配置される。したがって、スペックル解消素子は光学系のスペース的な問題を発生させることがあった。このような問題は、レーザディスプレイの光学系に限らず、レーザ光を光源とする光学系全般において生じる。 The speckle eliminating element is disposed on the optical path. Therefore, the speckle eliminating element sometimes causes a space problem of the optical system. Such a problem occurs not only in an optical system of a laser display but also in an entire optical system using laser light as a light source.
本発明は、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することを目的とするものである。 An object of the present invention is to reduce the pecking of a laser beam without increasing the number of optical elements arranged on the optical path.
本発明にかかる光偏向器のカバー用光透過性部材は、ミラー部を動作させることによって上記ミラー部に入射するレーザ光の反射方向を走査する光偏向器に装着されるカバー用光透過性部材であって、上記ミラー部の反射光を透過する部分の表面に、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が上記溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されてなるスペックル解消パターンが形成されていることを特徴とするものである。 The cover light-transmitting member of the optical deflector according to the present invention is a cover light-transmitting member mounted on the light deflector that scans the reflection direction of the laser light incident on the mirror unit by operating the mirror unit. The sub-wavelength structure region exhibiting structural birefringence having grooves arranged repeatedly on the surface of the mirror portion where the reflected light is transmitted with a period shorter than the wavelength of the light to be used is the groove. The speckle elimination pattern is formed in such a manner that the optical axis directions which are the arrangement directions are arranged so as to have portions different from each other.
本発明にかかる光偏向器は、ミラー部を振動させることによって上記ミラー部に入射するレーザ光の反射方向を走査する光偏向器であって、上記ミラー部への入射光及び反射光の光路上に本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材を備えていることを特徴とするものである。 An optical deflector according to the present invention is an optical deflector that scans a reflection direction of a laser beam incident on the mirror unit by vibrating the mirror unit, and is on an optical path of incident light and reflected light on the mirror unit. The light deflector cover light transmissive member of the present invention is provided.
本発明にかかる光学レンズは、レンズ機能を有する光透過性部材からなるレンズ部の表面に、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が上記溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されてなるスペックル解消パターンが形成されていることを特徴とするものである。 The optical lens according to the present invention has a sub-wavelength exhibiting structural birefringence having grooves arranged repeatedly on the surface of a lens portion made of a light-transmitting member having a lens function at a cycle shorter than the wavelength of light to be used. A speckle elimination pattern is formed in which the structure regions are arranged so that the optical axis directions, which are the arrangement directions of the grooves, have different portions from each other.
本発明にかかる光学ミラーは、光反射部材の光反射面の表面に、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が上記溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されてなるスペックル解消パターンが形成されていることを特徴とするものである。 In the optical mirror according to the present invention, the sub-wavelength structure region exhibiting structural birefringence having grooves arranged repeatedly on the surface of the light reflecting surface of the light reflecting member at a cycle shorter than the wavelength of the light to be used is described above. A speckle elimination pattern is formed in which the optical axis directions, which are the arrangement direction of the grooves, are arranged so as to have different portions.
本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材、光偏向器、光学レンズ及び光学ミラーは、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することができる。 The light transmissive member, the optical deflector, the optical lens, and the optical mirror for the cover of the optical deflector according to the present invention can reduce the pecking of the laser beam without increasing the number of optical elements arranged on the optical path. it can.
本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材において、上記スペックル解消パターンは上記ミラー部への入射光を透過する部分の表面にも形成されている例を挙げることができる。これにより、ミラー部への入射光及びミラー部の反射光の両方についてレーザ光のペックルを低減することができるので、ミラー部の反射光の光路上のみにスペックル解消パターンが配置されている場合に比べて、レーザ光のペックルをより低減することができる。 In the light transmissive member for a cover of an optical deflector according to the present invention, an example in which the speckle elimination pattern is also formed on the surface of a portion that transmits incident light to the mirror portion can be given. As a result, since the pecking of the laser beam can be reduced for both the incident light to the mirror part and the reflected light of the mirror part, the speckle elimination pattern is arranged only on the optical path of the reflected light of the mirror part. As compared with the above, the pecking of the laser beam can be further reduced.
また、本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材は、上記スペックル解消パターンの周囲に遮光部を備えている例を挙げることができる。本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材のこの態様は、上記ミラー部への入射光及び反射光について上記遮光部によって迷光を除去することができる。遮光部は、例えばクロム等の光吸収膜や、磨りガラスなどによって形成される。ただし、遮光部の構成はこれらに限定されない。また、本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材は上記遮光部を備えていなくてもよい。 Moreover, the light transmissive member for the cover of the optical deflector of the present invention can be exemplified by providing a light shielding portion around the speckle elimination pattern. In this aspect of the light transmissive member for the cover of the optical deflector according to the present invention, stray light can be removed by the light shielding portion with respect to the incident light and the reflected light on the mirror portion. The light shielding portion is formed of, for example, a light absorbing film such as chrome or frosted glass. However, the configuration of the light shielding portion is not limited to these. In addition, the light transmissive member for the cover of the optical deflector of the present invention may not include the light shielding portion.
また、本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材は、上記ミラー部に対向する面及びその反対側の面の両方に上記スペックル解消パターンをそれぞれ備えている例を挙げることができる。本発明の本発明の光偏向器のカバー用光透過性部材のこの態様は、上記ミラー部への入射光及び反射光について上記カバー用光透過性部材の両面でスペックル解消パターンを通過させることができるので、偏光状態をよりランダムにすることができ、より良くスペックルを低減できる。 In addition, the light transmissive member for the cover of the optical deflector according to the present invention includes an example in which the speckle elimination pattern is provided on both the surface facing the mirror portion and the opposite surface. In this aspect of the light deflecting member for the cover of the optical deflector of the present invention, the speckle elimination pattern is allowed to pass through both sides of the light transmitting member for the cover with respect to the incident light and the reflected light to the mirror part. Therefore, the polarization state can be made more random, and speckle can be reduced better.
本発明の光偏向器において、例えば、上記スペックル解消パターンは少なくとも上記反射光の光路上に配置されており、上記ミラー部側から上記スペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ≦30°である例を挙げることができる。これにより、スペックル解消パターンのスペックル解消機能が維持される。ただし、本発明において、スペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ≦30°に限定されず、30°よりも大きくてもよい。スペックル解消パターンに入射する光の入射角が30°を超えている場合、スペックル解消パターンのスペックル解消機能は低下するが、例えば入射角が40°までは85%以上の機能を維持する。 In the optical deflector of the present invention, for example, the speckle elimination pattern is disposed at least on the optical path of the reflected light, and an incident angle θ of light incident on the speckle elimination pattern from the mirror side is 0 °. An example where ≦ θ ≦ 30 ° can be given. Thereby, the speckle cancellation function of the speckle cancellation pattern is maintained. However, in the present invention, the incident angle θ of light incident on the speckle elimination pattern is not limited to 0 ° ≦ θ ≦ 30 °, and may be larger than 30 °. When the incident angle of the light incident on the speckle eliminating pattern exceeds 30 °, the speckle eliminating function of the speckle eliminating pattern is lowered, but for example, the function of 85% or more is maintained until the incident angle is 40 °. .
以下に本発明の実施の形態を説明する。
本発明の一態様は、MEMSミラーやポリゴンミラーなどの光偏向器のカバー用光透過部材、例えばカバーガラスにスペックル解消パターンを構築し、スペックル解消効果と防塵効果を同時に達成する。
Embodiments of the present invention will be described below.
According to one aspect of the present invention, a speckle elimination pattern is constructed on a light transmission member for a cover of an optical deflector such as a MEMS mirror or a polygon mirror, for example, a cover glass, and a speckle elimination effect and a dustproof effect are achieved simultaneously.
また、本発明は、レーザ光が透過、屈折又は反射する光学素子の表面にスペックル解消パターンを構築することで、レーザ光の光学系の省部品化を実現することが可能となる。 Further, according to the present invention, it is possible to reduce the number of parts of the optical system of the laser light by constructing a speckle elimination pattern on the surface of the optical element that transmits, refracts, or reflects the laser light.
本発明は、これまで別体で構成していた、光偏向器とスペックル解消素子(手段)を複合化することで、部品点数の削減や、設計自由度の向上を図ることができる。 The present invention can reduce the number of parts and improve the degree of design freedom by combining an optical deflector and a speckle canceling element (means) that have been separately configured so far.
本発明の光偏向器において、スペックル低減機能を奏するスペックル解消パターンはカバー用光透過部材に形成されているので、外部衝撃などの影響を受けにくい。
また、スペックル解消パターンの周囲に使用領域以外を遮光する遮光部が形成されていることで、迷光防止効果をもたせることも可能である。
In the optical deflector according to the present invention, the speckle elimination pattern having a speckle reduction function is formed on the light transmission member for the cover, and thus is not easily affected by external impact or the like.
Further, since a light shielding portion that shields light other than the use area is formed around the speckle elimination pattern, it is possible to provide a stray light prevention effect.
次に図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、本発明は以下に説明される実施例に限定されるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the Example demonstrated below.
図1は、光偏向器の一実施例を説明するための概略的な図であり、(A)は平面図、(B)は断面図である。図1(B)は図1(A)のA−A位置での断面に対応している。図2は、同実施例のカバー用光透過性部材を示す概略的な平面図である。図3は、同実施例の光偏向器本体部を示す概略的な平面図である。 1A and 1B are schematic views for explaining an embodiment of an optical deflector. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view. FIG. 1B corresponds to a cross section at the position AA in FIG. FIG. 2 is a schematic plan view showing the cover light-transmitting member of the embodiment. FIG. 3 is a schematic plan view showing the optical deflector body of the embodiment.
光偏向器1は、大きく分けて本体部3とスペーサー4とカバーガラス5(カバー用光透過性部材)を備えている。本体部3は、枠部7とねじりバネ部9とミラー部11とミラー13を備えている。スペーサー4は本体部3の枠部7に沿って枠状に形成されている。カバーガラス5は光透過性基板15とスペックル解消パターン17を備えている。
The optical deflector 1 includes a
光透過性基板15の材料は例えばガラスである。スペックル解消パターン17の材料は例えば石英や、Ta2O5などの金属酸化物、樹脂などである。なお、本発明においてカバー用光透過性部材の材料は、ガラスや石英、金属酸化物などに限定されず、他の光透過性材料であってもよい。また、光透過性基板15の表面やスペックル解消パターン17の表面など、カバーガラス5に反射防止膜(反射防止コート)が形成されていてもよい。
The material of the
本体部3はMEMS技術によって作製されたものである。ミラー部11は、2本のねじりバネ部9,9に支持されて枠部7の開口部に配置されている。ミラー部11の上にミラー13が配置されている。また、本体部3はミラー部11を振動させるための駆動系(図示は省略)を備えている。本体部3は例えば特許文献3に開示されている。本体部3はMEMSミラーと呼ばれるものである。MEMSミラーの駆動方式としては、例えば、磁界とコイルを用いる電磁方式や、圧電素子を用いる圧電方式、静電気を利用する静電方式などがある。
The
スペックル解消パターン17は、例えば特許文献4に開示されたサブ波長構造の製造方法と同様の方法によって形成される。なお、スペックル解消パターン17を形成するための方法は特許文献4に開示された製造方法に限定されない。また、スペックル解消パターン17は、光透過性基板15自体が加工されて形成されたものであってもよいし、光透過性基板15上に形成された部材が加工されて形成されたものであってもよい。
The
カバーガラス5はスペーサー4を介して本体部3に装着されている。スペーサー4は本体部3の枠部7に接合されている。カバーガラス5の光透過性基板15はスペーサー4に接合されている。スペーサー4と枠部7の接合、及びスペーサー4とカバーガラス5の接合は、例えば陽極接合などの直接接合や、接着剤などを用いた間接接合など、どのような接合であってもよい。なお、本体部3をカバーガラス5に装着する方法は、スペーサー4を用いる方法に限定されない。例えば、本体部3に対向する光透過性基板15の面にザグリ(凹部)を形成して、光透過性基板15と枠部7を接合してもよい。また、カバーガラス5の上面の周縁部を覆い中央部に開口をもつ筒状のカバー部材を用いてカバーガラス5を直接又はスペーサー4を介して本体部3に装着するようにしてもよい。
The
カバーガラス5はねじりバネ部9及びミラー部11とは間隔をもって配置されている。カバーガラス5の光透過性基板15の表面にスペックル解消パターン17が形成されている。スペックル解消パターン17はミラー部11への入射光及び反射光を透過する部分に配置されている。
The
スペックル解消パターン17は、例えば光透過性基板15の本体部3側とは反対側の面に配置されている。ただし、スペックル解消パターン17は、図4に示されるように光透過性基板15の本体部3側の面に形成されていてもよいし、図5に示されるように光透過性基板15の両面に形成されていてもよい。
The
スペックル解消パターン17は、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されて形成されている。このようなスペックル解消パターン17は例えば特許文献1,2に開示されている。
The
図6はサブ波長構造体を説明するための概略的な断面図である。サブ波長構造体の複屈折作用について、図6を参照して説明する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining the subwavelength structure. The birefringence effect of the subwavelength structure will be described with reference to FIG.
図6に示された構造は一般的なサブ波長構造体を示したものである。使用する光の波長よりも短い凹凸周期(ピッチ)Pを有するサブ波長凹凸構造が形成されている。サブ波長凹凸構造の媒質として空気と屈折率nの媒質を想定する。屈折率nの凸条のランドの幅がL、空気層からなる凹条の溝の幅がSであり、P=L+Sである。また、L/Pはフィリングファクタ(F)と呼ばれる。dは溝の深さである。 The structure shown in FIG. 6 shows a general subwavelength structure. A sub-wavelength uneven structure having an uneven period (pitch) P shorter than the wavelength of light to be used is formed. Assuming that the medium having the sub-wavelength uneven structure is air and a medium having a refractive index n. The width of the land of ridges of refractive index n is L, and the width of the groove of grooves formed of an air layer is S, and P = L + S. L / P is called a filling factor (F). d is the depth of the groove.
周期Pの目安としては、使用する最も短い入射光の波長より短い周期で、より望ましくは使用波長の半分以下の周期とする。周期Pが入射光の波長よりも短い周期構造は入射光を回折することはないため入射光はそのまま透過し、入射光に対して複屈折特性を示す。すなわち、入射光の偏光方向に応じて異なる屈折率を示す。その結果、構造に関するパラメータを調整することにより位相差を任意に設定することができるため各種波長板を実現できる。 As a measure of the period P, it is a period shorter than the wavelength of the shortest incident light to be used, and more desirably, a period not more than half of the used wavelength. A periodic structure having a period P shorter than the wavelength of the incident light does not diffract the incident light, so that the incident light is transmitted as it is and exhibits birefringence characteristics with respect to the incident light. That is, the refractive index varies depending on the polarization direction of incident light. As a result, various wave plates can be realized because the phase difference can be arbitrarily set by adjusting the parameters relating to the structure.
構造性複屈折とは、屈折率の異なる2種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分(TE波)とストライプに垂直な偏光成分(TM波)とで屈折率(有効屈折率と呼ぶ)が異なり、複屈折作用が生じることをいう。 Structural birefringence means that when two types of media having different refractive indexes are arranged in a stripe pattern with a period shorter than the wavelength of light, a polarization component parallel to the stripe (TE wave) and a polarization component perpendicular to the stripe (TM The refraction index (referred to as an effective refraction index) differs from that of a wave, and birefringence occurs.
サブ波長構造体の周期よりも2倍以上の波長をもつ光が垂直入射したと仮定する。このときの入射光の偏光方向がサブ波長構造体の溝に平行(TE方向)であるか垂直(TM方向)であるかによって、サブ波長構造体の有効屈折率は次の式で与えられる。
n(TE)=(F×n2+(1−F))1/2
n(TM)=(F/n2+(1−F))1/2
Assume that light having a wavelength twice or more than the period of the sub-wavelength structure is vertically incident. The effective refractive index of the sub-wavelength structure is given by the following equation depending on whether the polarization direction of the incident light is parallel (TE direction) or perpendicular (TM direction) to the groove of the sub-wavelength structure.
n (TE) = (F × n 2 + (1−F)) 1/2
n (TM) = (F / n 2 + (1−F)) 1/2
入射光の偏光方向がサブ波長構造体の溝に平行である場合の有効屈折率をn(TE)、垂直である場合の有効屈折率をn(TM)と表す。式中の符号Fは前述のフィリングファクタである。 The effective refractive index when the polarization direction of the incident light is parallel to the groove of the sub-wavelength structure is expressed as n (TE), and the effective refractive index when it is perpendicular is expressed as n (TM). The symbol F in the equation is the above-mentioned filling factor.
このようなサブ波長構造体を透過した光のTE波とTM波の間の位相差(リタデーション)Δは、
Δ=Δn・d
である。ここで、Δnはn(TE)とn(TM)の差、dは前述の溝の深さである。
The phase difference (retardation) Δ between the TE wave and TM wave of light transmitted through such a subwavelength structure is:
Δ = Δn · d
It is. Here, Δn is the difference between n (TE) and n (TM), and d is the depth of the groove.
サブ波長構造体領域に直線偏光の光が入射すると、この位相差によってその透過光は楕円偏光に変わる。サブ波長構造体領域において光学軸方向が互いに異なる部分に直線偏光の光がそれぞれ透過すると、光学軸方向が互いに異なる部分間で楕円率が異なる。 When linearly polarized light is incident on the sub-wavelength structure region, the transmitted light is changed to elliptically polarized light by this phase difference. When linearly polarized light is transmitted through portions where the optical axis directions are different from each other in the sub-wavelength structure region, the ellipticity is different between portions where the optical axis directions are different from each other.
図7は、スペックル解消パターンの一例を概略的に示した平面図である。
スペックル解消パターン17に複数のサブ波長構造体領域19が配置されている。サブ波長構造体領域19は、例えば互いに隙間のない状態に配置されている。ただし、隣り合うサブ波長構造体領域19は間隔をもって配置されていてもよい。
FIG. 7 is a plan view schematically showing an example of the speckle elimination pattern.
A plurality of
ここでは8×8=64個のサブ波長構造体領域19が配置されたものを示しているが、これは概略図であり、その個数に限定されるものではなく、サブ波長構造体領域19の数は多いほどよい。例えば、スペックル解消パターン17が5mm×5mmの正方形で、サブ波長構造体領域19が50μm×50μmであるとすると、100×100=10000個のサブ波長構造体領域19が配置されたスペックル解消パターン17となる。
Here, 8 × 8 = 64
サブ波長構造体領域19は使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝により構成されるストライプ状の凹凸構造をもっている。そのストライプ状の凹凸の配列方向が光学軸であり、図では光学軸は矢印で示されている。この実施例では各サブ波長構造体領域19は1つずつの光学軸をもっている。
The
光学軸方向は隣り合うサブ波長構造体領域19間では異なる部分をもつように、ここでは隣り合うサブ波長構造体領域19間で光学軸方向が異なるようにサブ波長構造体領域19が配置されている。サブ波長構造体領域19の光学軸方向は360度を15分割した方向のいずれかの方向をもつように形成されており、スペックル解消パターン17としては光学軸方向がランダムになるようにサブ波長構造体領域19が配置されている。
Here, the
サブ波長構造体領域19内における光学軸は1つである必要はなく、互いに直交する2つの方向の光学軸をもつようにサブ波長構造体領域19を形成することもできる。また、さらに複数個の光学軸をもつようなサブ波長構造体領域19であってもよく、後述のように光学軸方向が中心から放射状に広がるようにサブ波長構造体を構成する凹凸構造の溝が同心円状に配列されているようなサブ波長構造体領域19であってもよい。
The
スペックル解消パターン17は、サブ波長構造体を構成する凹凸構造の溝の深さに関し、スペックル解消パターン17全体で溝の深さが同じであってもよいし、深さの異なるものを含んでいてもよい。
The
深さの異なるものを含んでいる場合、1つの形態は、各サブ波長構造体領域19内ではその溝の深さを均一にし、その溝の深さの異なるサブ波長構造体領域19をランダムに配置したものである。他の形態は、各サブ波長構造体領域19内においてその溝の深さを変化させたものである。このような形態は例えば特許文献2に開示されている。
In the case of including those with different depths, one form is to make the groove depths uniform within each
図8は、スペックル解消パターンの他の例を概略的に示した平面図である。図8のスペックル解消パターンは、複数のサブ波長構造体領域に分割されることなく、全体として1つのサブ波長構造体領域からなる。 FIG. 8 is a plan view schematically showing another example of the speckle elimination pattern. The speckle elimination pattern of FIG. 8 is composed of one sub-wavelength structure region as a whole without being divided into a plurality of sub-wavelength structure regions.
図8のスペックル解消パターン17では、スペックル解消パターンの全面にわたって、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝21をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体が形成されている。そのサブ波長構造体はサブ波長構造体を構成する溝の配列方向である光学軸方向が中心から放射状に広がるようにその溝21が同心円状に配列されている。したがって、図中に矢印で示される光学軸方向は360度にわたって分布している。
In the
さらに、サブ波長構造体を構成する溝21の深さは、スペックル解消パターン17の中心(A1)から半径方向の一点(A2)に至る位置での断面図が、例えば、三角関数その他の任意の関数に従って連続して変化するように形成されている。
Further, the depth of the
この実施例では入射光の中心が偏光解消素子の中心(A1)にくるように光学系を配置するのが最も効果的な使用方法である。 In this embodiment, the most effective usage is to arrange the optical system so that the center of the incident light comes to the center (A1) of the depolarizing element.
図7又は図8に示されたスペックル解消パターン17において、サブ波長構造体を構成する溝の深さが光学軸方向に沿って連続的に変化しているようにしてもよい。そのような連続的な変化を実現する1つの方法として、三角関数、指数関数又は他の任意の数式で表される関数に従うように変化させることができる。溝の深さの連続的な変化に伴って、このサブ波長構造体領域を通過する光の位相差が連続的に変化し、偏光状態が連続的に変化して種々の偏光状態を作成するのに一層寄与する。
In the
スペックル解消パターン17で発生する位相差Δは使用する波長λに対して、
λ/4≦Δ≦λ
となるようにサブ波長構造体が設計されていることが好ましい。これにより、この偏光解消素子の異なる場所を通過した光束同士であってもその干渉を防止することができる。
The phase difference Δ generated in the
λ / 4 ≦ Δ ≦ λ
It is preferable that the sub-wavelength structure is designed so that Thereby, even if it is the light beams which passed through the different place of this depolarization element, the interference can be prevented.
なお、本発明において、スペックル解消パターンは、図7又は図8に示されたものに限定されない。本発明において、スペックル解消パターンは、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が上記溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されてなるものであれば、どのような構成であってもよい。 In the present invention, the speckle elimination pattern is not limited to that shown in FIG. 7 or FIG. In the present invention, the speckle elimination pattern is an optical axis direction in which a sub-wavelength structure region having a groove arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used and exhibiting structural birefringence is the groove arrangement direction. Any configuration may be used as long as they are arranged so as to have different portions.
図1に戻って光偏向器1の説明を続ける。
光偏向器1は、ミラー部11の振動によってミラー13による反射方向を変化させる。これによって反射光の走査が行われる。
Returning to FIG. 1, the description of the optical deflector 1 will be continued.
The optical deflector 1 changes the reflection direction by the
ミラー13への入射光はスペックル解消パターン17及び光透過性基板15を通過する。また、ミラー13の反射光は光透過性基板15及びスペックル解消パターン17を通過する。入射光及び反射光がスペックル解消パターン17を通過する際に偏光状態がランダムになり、スペックルが低減される。
Incident light on the
このように、光偏向器1にスペックル解消機能を設けることにより、別途スペックル解消素子を用いることなく、レーザ光のスペックルを低減できる。したがって、光偏向器1は、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することができる。 Thus, by providing the optical deflector 1 with a speckle eliminating function, it is possible to reduce the speckle of the laser light without using a separate speckle eliminating element. Therefore, the optical deflector 1 can reduce the pecking of the laser light without increasing the number of optical elements arranged on the optical path.
光偏向器1を備えた光学系の一例を説明する。
(光走査装置への適用)
図9は光走査装置の光学系の概略的な構成図である。レーザ光を平行光として射出する光源装置56から射出されたレーザ光は全反射ミラー57で反射されて光偏向器1に入射する。光偏向器1に入射した光は光偏向器1によって偏向走査される。光偏向器1によって偏向走査された光は射出窓58を介して筐体59の外部に射出される。
An example of an optical system including the optical deflector 1 will be described.
(Application to optical scanning device)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an optical system of the optical scanning device. The laser light emitted from the
光偏向器1に入射する光は入射角θ1でスペックル解消パターン17に入射する。スペックル解消パターン17及び光透過性基板15を透過した光はミラー部11のミラー13で反射される。
Light incident on the optical deflector 1 enters the
ミラー部11及びミラー13は、ミラー13で反射された光が所定の走査角度の範囲内で走査されるように振動されている。ミラー13で反射された光は光透過性基板15及びスペックル解消パターン17を介して光偏向器1の外部に射出される。このとき、ミラー13で反射された光のスペックル解消パターン17に対する入射角θ2は0°≦θ2の範囲内である。
The
光偏向器1の外部からスペックル解消パターン17に入射する光の入射角θ1は0°≦θ1≦30°であることが好ましい。また、ミラー部11側からスペックル解消パターン17に入射する光の入射角θ2は、0°≦θ2≦30°であることが好ましい。スペックル解消パターン17に入射する光の入射角θが0°≦θ≦30°であれば、スペックル解消パターン17のスペックル解消機能が維持されるからである。
The incident angle θ1 of light incident on the
図9の光学系において、射出窓58は、光入射面もしくは光射出面又はその両方にスペックル解消パターンを備えているようにしてもよい。この場合、スペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ1≦30°であることが好ましい。
In the optical system of FIG. 9, the
(レーザプリンタへの適用)
図10はレーザプリンタの光学系を示したものである。レーザダイオード・ユニット31内部には、光源としてのレーザダイオードと、レーザダイオードから射出されるレーザビームは平行光線にするコリメートレンズが設けられている。レーザダイオード・ユニット31から平行光線となって射出されるレーザ光は、光偏向器1によって偏向走査され、F−θレンズ33やプリズム35等から構成される結像レンズ系によってドラム状の感光体ドラム37の帯電した表面に画像を結像する。
(Application to laser printer)
FIG. 10 shows an optical system of a laser printer. Inside the
この光学系では、レーザダイオード・ユニット31から射出されるレーザ光をランダムな偏光状態をもったレーザ光とするために、光偏向器1にスペックル解消パターン17(図1を参照。)が配置されている。ここでも、光偏向器1のミラー部からスペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ≦30°であることが好ましい。さらに、光偏向器1の外部からスペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ≦30°であることが好ましい。
In this optical system, the speckle elimination pattern 17 (see FIG. 1) is arranged on the optical deflector 1 so that the laser light emitted from the
なお、光偏向器1が適用される光学系はレーザプリンタの光学系に限定されない。また、本発明の光偏向器は、ミラー部を振動させることによって上記ミラー部に入射するレーザ光の反射方向を走査する光偏向器を備えた光学系に適用可能である。 The optical system to which the optical deflector 1 is applied is not limited to the optical system of the laser printer. The optical deflector of the present invention is applicable to an optical system including an optical deflector that scans the reflection direction of laser light incident on the mirror unit by vibrating the mirror unit.
図11はカバー用光透過性部材の他の実施例を説明するための概略的な平面図である。図11において図2と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 11 is a schematic plan view for explaining another embodiment of the cover light-transmitting member. In FIG. 11, parts having the same functions as those in FIG.
カバーガラス23(カバー用光透過性部材)は、図2に示されたカバーガラス5と比較して、光透過性基板15の表面に形成された遮光部25をさらに備えている。遮光部25はスペックル解消パターン17の周囲に配置されている。光透過性基板15において遮光部25が形成される面は、スペックル解消パターン17の形成面に対して同じ面であってもよいし、反対側の面であってもよい。
Compared with the
遮光部25は、例えばクロム等の光吸収膜や、磨りガラスなどによって形成されている。
カバーガラス23はカバーガラス5と同様にして光偏向器1の本体部3(図1及び図3を参照。)に装着されている。カバーガラス23が配置された光偏向器1は、ミラー部11への入射光及び反射光について遮光部25によって迷光を除去することができる。
The
The
次に、光学レンズの実施例を説明する。
図12は、光学レンズの一実施例を説明するための概略的な断面図である。
光学レンズ41は、レンズ部43とスペックル解消パターン45を備えている。
Next, examples of the optical lens will be described.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of the optical lens.
The
レンズ部43はレンズ機能を有する光透過性部材で形成されている。レンズ部43は例えば両凸レンズである。ただし、本発明においてレンズ部は両凸レンズに限定されない。本発明においてレンズ部は、レンズ機能を有する光透過性部材からなるものであればよく、例えば平凸レンズや両凹レンズ、平凹レンズであってもよい。
The
スペックル解消パターン45はレンズ部43の一表面に形成されている。スペックル解消パターン45の構造は、図1及び図6から図8を参照して説明したスペックル解消パターン17の構造と同様である。
The
光学レンズ41を透過するレーザ光は、スペックル解消パターン45よって偏光状態がランダムになり、スペックルが低減される。
The laser light transmitted through the
光学レンズ41にスペックル解消機能を設けることにより、別途スペックル解消素子を用いることなく、レーザ光のスペックルを低減できる。したがって、光学レンズ41は、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することができる。
By providing the
図12に示された光学レンズ41では、スペックル解消パターン45はレンズ部43の光入射面に配置されているが、本発明の光学レンズはこれに限定されない。本発明の光学レンズにおいて、スペックル解消パターンは、レンズ部の光射出面に配置されていてもよいし、レンズ部の光入射面及び光射出面の両方にそれぞれ配置されていてもよい。
In the
スペックル解消パターン45は、例えば特許文献4に開示されたサブ波長構造の製造方法と同様の方法によって形成される。なお、スペックル解消パターン45を形成するための方法は特許文献4に開示された製造方法に限定されない。また、スペックル解消パターン45は、レンズ部43自体が加工されて形成されたものであってもよいし、レンズ部43上に形成された部材が加工されて形成されたものであってもよい。
The
次に、光学ミラーの実施例を説明する。
図13は、光学ミラーの一実施例を説明するための概略的な断面図である。
光学ミラー51は、光反射部材53とスペックル解消パターン55を備えている。
Next, an example of the optical mirror will be described.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of the optical mirror.
The optical mirror 51 includes a light reflecting member 53 and a speckle elimination pattern 55.
光反射部材53は光反射面を備えている。光反射部材53は例えば平面ミラーである。ただし、本発明において光反射部材は平面ミラーに限定されない。本発明において光反射部材は、光反射面を備えているものであればよく、例えば凸面ミラーや凹面ミラーであってもよい。 The light reflecting member 53 includes a light reflecting surface. The light reflecting member 53 is, for example, a plane mirror. However, in the present invention, the light reflecting member is not limited to a plane mirror. In the present invention, the light reflecting member only needs to have a light reflecting surface, and may be, for example, a convex mirror or a concave mirror.
スペックル解消パターン55は光反射部材53の光反射面に形成されている。スペックル解消パターン55の構造は、図1及び図6から図8を参照して説明したスペックル解消パターン17の構造と同様である。
The speckle elimination pattern 55 is formed on the light reflecting surface of the light reflecting member 53. The structure of the speckle elimination pattern 55 is the same as that of the
光学ミラー51への入射光及び反射光は、スペックル解消パターン55よって偏光状態がランダムになり、スペックルが低減される。 The incident light and the reflected light on the optical mirror 51 are randomized in the polarization state by the speckle elimination pattern 55, and speckle is reduced.
光学ミラー51にスペックル解消機能を設けることにより、別途スペックル解消素子を用いることなく、レーザ光のスペックルを低減できる。したがって、光学ミラー51は、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することができる。 By providing the optical mirror 51 with a speckle eliminating function, it is possible to reduce the speckle of the laser beam without using a separate speckle eliminating element. Therefore, the optical mirror 51 can reduce the pecking of the laser light without increasing the number of optical elements arranged on the optical path.
スペックル解消パターン55は、例えば特許文献4に開示されたサブ波長構造の製造方法と同様の方法によって形成される。なお、スペックル解消パターン55を形成するための方法は特許文献4に開示された製造方法に限定されない。なお、スペックル解消パターン55は、光反射部材53上に形成された部材が加工されて形成されたものである。
The speckle elimination pattern 55 is formed, for example, by the same method as the manufacturing method of the sub-wavelength structure disclosed in
次に、光偏向器の他の実施例を説明する。
図14は、光偏向器の他の実施例を説明するための概略的な構成図である。
光偏向器61は、図示されないカラー印画紙に、赤(R)、緑(G)、青(B)の3光束により光走査を行って、カラー画像書込みを行う装置である。
Next, another embodiment of the optical deflector will be described.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram for explaining another embodiment of the optical deflector.
The
光偏向器61はレーザ光源63R,63G,63Bを備えている。レーザ光源63R,63G,63Bから放射される各色レーザ光束は、それぞれ対応する変調手段65R,65G,65Bを透過し、画像信号に応じて変調される。
The
変調手段65R,65G,65Bで変調された各光束は光源側からの発散性の光束として、コリメートレンズ系67R,67G,67Bに入射して平行光束化された後、ミラー69R,69G,69Bに入射する。ミラー69R,69G,69Bによって反射された各光束は、シリンドリカルレンズ系71R,71G,71Bによって副走査方向へ集光され、ダイクロイック膜を有する光路合成素子73によって1本の光束として合成される。合成された光束は、回転多面鏡75(ミラー部)の偏向反射面に入射する。
The light beams modulated by the modulation means 65R, 65G, and 65B are incident on the
回転多面鏡75が等速回転すると、上記合成された光束は等角速度的に偏向しつつ、走査結像光学系であるFθレンズを構成するレンズ77,79,81を透過する。Fθレンズを透過した光束は、筐体83に配置されたカバー用光透過性部材85に形成されたスペックル解消パターン87を介して筐体83の外部外に射出され、図示されない被走査面、例えばカラー印画紙上に光スポットを形成する。この光スポットは、走査線89上で等速的に光走査され、被走査面に光書込みを行う。被走査面は、走査線89に直交する副走査方向へ等速で搬送される。この搬送に伴い、主走査が副走査方向に繰り返されて2次元的なカラー画像が被走査面に書込まれていく。光偏向器61と同様の光学系は、例えば特許文献5に開示されている。
When the
光偏向器61から射出されるレーザ光は、カバー用光透過性部材85に形成されたスペックル解消パターン87よって偏光状態がランダムになり、スペックルが低減される。したがって、光偏向器61は、光路上に配置される光学素子の数を増加させることなく、レーザ光のペックルを低減することができる。
The laser light emitted from the
なお、スペックル解消パターン87の構造例や配置例、材料例、製造方法例などは、例えば、図1及び図6から図8を参照して説明したスペックル解消パターン17の構造例や配置例、材料例、製造方法例と同様である。
The structural example, arrangement example, material example, and manufacturing method example of the
以上、本発明の実施例が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible within the range of this invention described in the claim.
1,61 光偏向器
11 ミラー部
15,23,85 カバー用光透過性部材
17,45,55,87 スペックル解消パターン
25 遮光部
41 光学レンズ
43 レンズ部
51 光学ミラー
53 光反射部材
75 回転多面鏡(ミラー部)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ミラー部の反射光を透過する部分の表面に、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体領域が前記溝の配列方向である光学軸方向が互いに異なる部分をもつように配置されてなるスペックル解消パターンが形成されていることを特徴とする光偏向器のカバー用光透過性部材。 A cover light-transmitting member attached to an optical deflector that scans a reflection direction of laser light incident on the mirror unit by operating a mirror unit;
A sub-wavelength structure region exhibiting structural birefringence having grooves arranged repeatedly at a period shorter than the wavelength of the light to be used on the surface of the portion of the mirror that transmits the reflected light is arranged in the direction in which the grooves are arranged. A light transmissive member for a cover of an optical deflector, characterized in that a speckle elimination pattern is formed so that certain optical axis directions have different portions.
前記ミラー部への入射光及び反射光の光路上に請求項1から4のいずれか一項に記載の光偏向器のカバー用光透過性部材を備えていることを特徴とする光偏向器。 An optical deflector that scans the reflection direction of laser light incident on the mirror unit by vibrating the mirror unit,
An optical deflector comprising: the light transmissive member for the optical deflector according to any one of claims 1 to 4 on an optical path of incident light and reflected light to the mirror unit.
前記ミラー部側から前記スペックル解消パターンに入射する光の入射角θは0°≦θ≦30°である、請求項5に記載の光偏向器。 The speckle elimination pattern is disposed at least on the optical path of the reflected light,
The optical deflector according to claim 5, wherein an incident angle θ of light incident on the speckle elimination pattern from the mirror part side is 0 ° ≦ θ ≦ 30 °.
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