JP2016075859A - Optical scanner, optical module, illumination device, and projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コヒーレント光を走査させる光走査装置、光学モジュール、照明装置および投射装置に関する。 The present invention relates to an optical scanning device that scans coherent light, an optical module, an illumination device, and a projection device.
例えば特許文献1に開示されているように、レンズアレイやホログラムからなる光学素子を用いた照明装置が知られている。特許文献1に開示された照明装置は、光を射出する光源と、光源からの光の光路を周期的に変化させる走査装置と、を有する照射装置を備えている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, an illumination device using an optical element including a lens array or a hologram is known. The illumination device disclosed in Patent Literature 1 includes an irradiation device that includes a light source that emits light and a scanning device that periodically changes the optical path of the light from the light source.
特許文献1の走査装置95は、図13に示すように、一つの軸Rxを中心として回動可能な反射デバイス96と、反射デバイス96からの光をレンズ効果によりコリメートする偏向素子97と、を含んでいる。この照射装置90からの光は、平行光束の光路を辿って、光学素子99へ入射することになる。このような照射装置90を用いた場合、光学素子への入射光が一方向からとなるため、光学素子の設計および製造を容易に行うことができる。また、発散光束とは異なり平行光束の光路に沿って光が進む場合、光路幅の変動が生じない。したがって、光の取り扱いが容易となり、また、装置を小型化することも可能となる。
As shown in FIG. 13, the
しかしながら、光源からの光、例えばレーザー光源からのレーザー光は、通常、偏向素子97への入射時に或る程度のスポット径を持つ。このため、図13に示すように、各瞬間において、入射光の光軸Lax1を所定の方向に偏向することができたとしても、全ての光線の進行方向をコリメートすることはできない。コリメートされなかった光の進行方向は、光学素子の光路調整機能では、被照明領域に向けて高精度に調整され得ない。結果として、光源光を高い利用効率で利用しながら被照明領域を所望の方向から高精度に照明することができなくなる。
However, light from a light source, for example, laser light from a laser light source, usually has a certain spot diameter when incident on the
また、図13の照射装置90では、レーザー光によるスペックルを目立たせなくするために、反射デバイス96でレーザー光の反射角度を連続的に切り替えて、光学素子99上の各点におけるレーザー光の入射方向を時間に応じて変化させている。
Further, in the irradiation device 90 of FIG. 13, in order to make the speckle due to the laser light inconspicuous, the reflection angle of the laser light is continuously switched by the
スペックルを目立たせなくするには、偏光、位相、角度および時間などのパラメータを多重的に変化させることが有効である。反射デバイス96の実装形態としては、MEMSスキャナやガルバノスキャナなどの市販品を使用可能であるが、ガルバノスキャナは、大きな角度範囲で光を走査するのには適しているが、小さな角度範囲で光を走査するのには向いていない。また、ガルバノスキャナは、機構部材への負荷が大きいため、製品寿命が短いという問題がある。逆に、MEMSスキャナは、サイズが小さいため、高出力のレーザー光を走査するのは困難である。
In order to make speckles inconspicuous, it is effective to change parameters such as polarization, phase, angle and time in a multiple manner. A commercially available product such as a MEMS scanner or a galvano scanner can be used as a mounting form of the
図13の反射デバイス96においては、入射光に対する反射方向を変化させてレーザー光を走査すればよく、複雑な走査機能や、速度および角度制御機能は必ずしも必要ではない。このため、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた簡易な構成の反射デバイスが望まれている。
In the
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた光走査装置と、この光走査装置を備えた照明装置および投射装置とを提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical scanning device that is low in cost and excellent in durability and reliability, and an illumination device including the optical scanning device, and Providing a projection device.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記回転軸を貫通して前記回転軸に固定される第1部材と、
前記第1部材の上に配置され前記第1部材とともに前記回転軸を貫通して前記回転軸に固定される第2部材と、を備え、
前記第2部材における前記第1部材側の面とは反対側の面は入射光を反射させる鏡面であり、この鏡面の法線方向は前記回転軸の軸方向から傾斜している光走査装置が提供される。
In order to solve the above-described problem, in one aspect of the present invention, a driving unit that rotationally drives the rotating shaft;
A first member that passes through the rotating shaft and is fixed to the rotating shaft;
A second member disposed on the first member and penetrating the rotating shaft together with the first member and fixed to the rotating shaft;
The surface of the second member opposite to the surface of the first member is a mirror surface that reflects incident light, and a normal direction of the mirror surface is inclined from the axial direction of the rotating shaft. Provided.
前記第2部材の前記鏡面の一部に接合され、前記第2部材を前記回転軸に固定する第1支持具を備えていてもよい。 You may provide the 1st support tool joined to a part of said mirror surface of the said 2nd member, and fixing the said 2nd member to the said rotating shaft.
前記第1支持具の上面の面積は、前記鏡面の面積よりも小さく、
前記第1支持具は、前記鏡面上の回転中心位置に配置されてもよい。
The area of the upper surface of the first support is smaller than the area of the mirror surface,
The first support may be arranged at a rotation center position on the mirror surface.
前記第1支持具は、前記鏡面の上に接合されてもよい。 The first support may be joined on the mirror surface.
前記第1支持具は、前記第2部材の前記鏡面に沿って形成された凹部の内面に接合されてもよい。 The first support may be joined to an inner surface of a recess formed along the mirror surface of the second member.
前記第1支持具の上面は鏡面であってもよい。 The upper surface of the first support may be a mirror surface.
前記第1部材の前記第2部材とは反対側で前記第1部材を前記回転軸に固定する第2支持具を備えていてもよい。 You may provide the 2nd support which fixes the said 1st member to the said rotating shaft on the opposite side to the said 2nd member of the said 1st member.
前記第2部材の前記鏡面とその反対側の面とは非平行であってもよい。 The mirror surface of the second member and the surface on the opposite side may be non-parallel.
前記鏡面は、研磨処理した面または金属蒸着した面であってもよい。 The mirror surface may be a polished surface or a metal-deposited surface.
前記駆動部に対して前記回転軸の回転数または回転周波数を制御する制御器を備えていてもよい。 You may provide the controller which controls the rotation speed or rotation frequency of the said rotating shaft with respect to the said drive part.
上述した光走査装置と、
前記光走査装置で反射されたコヒーレント光を所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、を備える光学モジュールが提供されてもよい。
The optical scanning device described above;
There may be provided an optical module comprising: an optical element capable of diffusing the coherent light reflected by the optical scanning device with respect to the entire region within a predetermined region.
各位置に入射されたコヒーレント光を、所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる光走査装置と、を有していてもよい。
An optical element capable of diffusing the coherent light incident on each position to the entire area within a predetermined area;
An illumination device that irradiates the optical element with the coherent light so that coherent light scans the surface of the optical element,
The irradiation device includes:
A light source that emits coherent light;
An optical scanning device that changes a traveling direction of the coherent light emitted from the light source and scans the surface of the optical element with the coherent light.
前記所定の領域と重なる位置に配置され、照明装置によって照明されて、光変調画像を生成する空間光変調器と、
前記光変調画像を投射部材上に投射する投射光学系と、を備えていてもよい。
A spatial light modulator that is disposed at a position overlapping the predetermined region and is illuminated by a lighting device to generate a light-modulated image;
A projection optical system that projects the light-modulated image onto a projection member.
本発明によれば、低コストで、かつ耐久性および信頼性に優れた光走査装置と、この光走査装置を備えた照明装置および投射装置とを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical scanning device that is low in cost and excellent in durability and reliability, and an illumination device and a projection device that include the optical scanning device.
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings attached to the present specification, for the sake of illustration and ease of understanding, the scale, the vertical / horizontal dimension ratio, and the like are appropriately changed and exaggerated from those of the actual product.
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。 In addition, as used in this specification, the shape and geometric conditions and the degree thereof are specified, for example, terms such as “parallel”, “orthogonal”, “identical”, length and angle values, etc. are strictly Without being bound by meaning, it should be interpreted including the extent to which similar functions can be expected.
図1は本発明の一実施形態による投写型映像表示装置10の概略構成を示す図、図2は図1の投射装置に含まれる照明装置の照射装置を示す斜視図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
図1に示す投射型映像表示装置10は、スクリーン15と、映像光を投射する投射装置20と、を有している。投射装置20は、仮想面上に位置する被照明領域LZを照明する照明装置40と、被照明領域LZと重なる位置に配置され照明装置40によって照明される空間光変調器30と、空間光変調器30からのコヒーレント光をスクリーン15に投射する投射光学系25と、を有している。すなわち、本実施形態による照明装置40は、空間光変調器30を照明するための照明装置として、投射装置20に組み込まれている。照明装置40は、コヒーレント光によって被照明領域LZを照明し、且つ、照明装置40には、スペックルを目立たなくさせる工夫がなされている。
A projection
まず、照明装置40について説明する。図1に示されているように、照明装置40は、光の進行方向を被照明領域LZへ向ける光学素子50と、光学素子50にコヒーレント光を照射する照射装置60と、を有している。照射装置60は、コヒーレント光を光学素子50上で走査させる。したがって、ある瞬間に、照射装置60によってコヒーレント光を照射されている光学素子50上の領域は、光学素子50の表面の一部分となる。
First, the
照射装置60は、特定波長帯域のコヒーレント光を射出する光源装置61と、光源装置61からの光の進行方向を光学素子50に向ける走査装置70と、を有している。光源装置61は、コヒーレント光を生成する光源62、例えばレーザー光源62を有している。走査装置70は、平行光束をなす光線の光路をたどるようにして、光源装置61の光源62で生成されたコヒーレント光を光学素子50へ入射させる。
The
走査装置70は、光源62からの光を反射する第1反射面72を有する第1反射デバイス71と、第1反射面72からの光を反射する第2反射面74を有する第2反射デバイス73と、第1反射デバイス71及び第2反射デバイス73に接続された制御器75と、を有している。第1反射デバイス71の第1反射面72の向きは、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。同様に、第2反射デバイス73の第2反射面74の向きも、所定の可動範囲内において繰り返し変動可能となっている。第1反射面72の向き及び第2反射面74の向きが、繰り返し変動することにより、光源62から照射された光は、光学素子50上を走査する。制御器75は、第1反射面72の向き及び第2反射面74の向きを制御する。
The
ここで説明する走査装置70では、第1反射デバイス71の第1反射面72の向きの変動と、第2反射デバイス73の第2反射面74の向きの変動とを、同期させている。したがって、第1反射面72の向き及び第2反射面74の向きの一方は、他方の向きに応じて所定の向きを向くようになる。より具体的には、走査装置70は、第1反射面72の向きと第2反射面74の向きとが互いに平行となるよう、第1反射面72と第2反射面74とを動作させる。
In the
図示された例において、第1反射デバイス71は、第1反射面72を有した反射部材71aと、反射部材71aを支持した軸部材71bと、軸部材71bに接続された駆動装置71cと、を有している。図2に示すように、軸部材71bは、例えばモータからなる駆動装置71cによって駆動されることにより、その軸線方向である第1回転軸Ra1を中心として回転可能となっている。軸部材71bが回転することにより、軸部材71bに支持された反射部材71aも、第1回転軸Ra1を中心として回転するようになっている。ただし、第1反射面72は、第1回転軸Ra1に対して直交していない。言い換えると、第1反射面72の法線方向は、第1回転軸Ra1と非平行であり、第1回転軸Ra1に対して傾斜している。したがって、反射部材71aが、第1回転軸Ra1を中心として回転すると、第1反射面72は、向きを変化させるようになる。このとき、反射部材71aの回転が定速であれば、第1反射面72は、第1回転軸Ra1と直交する第1仮想面Vp1を中心として、周期的に向きを変動させることになる。
In the illustrated example, the first reflecting
図示された例において、第2反射デバイス73は、第1反射デバイス71と同様に構成されている。すなわち、第2反射デバイス73は、第2反射面74を有した反射部材73aと、反射部材73aを支持した軸部材73bと、軸部材73bに接続された駆動装置73cと、を有している。
In the illustrated example, the
図2に示すように、軸部材73bは、例えばモータからなる駆動装置73cによって駆動されることにより、その軸線方向である第2回転軸Ra2を中心として回転可能となっている。軸部材73bが回転することにより、軸部材73bに支持された反射部材73aも、第2回転軸Ra2を中心として回転する。ただし、第2反射面74は、第2回転軸Ra2に対して直交していない。言い換えると、第2反射面74の法線方向は、第2回転軸Ra2と非平行であり、第2回転軸Ra2に対して傾斜している。したがって、反射部材73aが、第2回転軸Ra2を中心として回転すると、第2反射面74は向きを変化させる。このとき、反射部材73aの回転が定速であれば、第2反射面74は、第2回転軸Ra2と直交する第2仮想面Vp2を中心として、周期的に向きを変動させることになる。
As shown in FIG. 2, the
また、図示された例では、第1反射面72の第1回転軸Ra1と第2反射面74の第2回転軸Ra2は平行となっている。また、第1反射面72の第1回転軸Ra1を中心とした回転の向きと、第2反射面74の第2回転軸Ra2を中心とした回転の向きは、同一の向きとなっている。そして、第1反射面72の回転周期と第2反射面74の回転周期は同一となっている。この結果、第1反射面72と第2反射面74は、互いに対して平行な状態に維持される。
In the illustrated example, the first rotation axis Ra1 of the
なお、第1反射面72の第1回転軸Ra1を中心とした回転の向きは、第1回転軸Ra1に沿って一方の側から他方の側へ第1反射面72を観察した場合における第1反射面72の回転の向き(図2における矢印AR1)であり、第2反射面74の第2回転軸Ra2を中心とした回転の向きは、第1回転軸Ra1と平行な第2回転軸Ra2に沿って前記一方の側から前記他方の側へ第2反射面74を観察した場合における第2反射面74の回転の向き(図2における矢印AR2)である。
The direction of rotation of the first reflecting
なお、以上に説明した、第1反射面72及び第2反射面74の向きを制御する方法は、一例に過ぎず、他の制御方法を採用することも可能である。例えば、第1反射面72及び第2反射面74の向きを直接検出して、第1反射面72及び第2反射面74の向きを制御するようにしてもよい。
The method for controlling the orientations of the first reflecting
以上のような走査装置70を用いた場合、第1反射面72と第2反射面74が平行に維持されることから、第2反射面74から進み出る光の進行方向は、第1反射面72へ入射する光の進行方向と平行になる。一方、光源装置61の光源62が固定されており、光源62から射出される光は、常に一定方向から第1反射デバイス71へ向かう。すなわち、第1反射面72へ入射する光源62からの光の進行方向は、常に一定である。したがって、第2反射デバイス73の第2反射面74で反射された光は、常に一定の向きに進む。図示された例では、照射装置60から光学素子50へ向けて、常に一定の方向から光が入射している。すなわち、照射装置60からの光は、平行光束をなす光線の光路を辿るようにして、光学素子50へ入射することになる。
When the
このように、第1反射デバイス71の第1反射面72の向きの変動と、第2反射デバイス73の第2反射面74の向きの変動とを、同期させることで、光源62からの光を精度よくコリメートできるようになる。ただし、照明装置40や投射型映像表示装置10の用途によっては、高精度のコリメートが不要な場合もありうる。よって、走査装置70内に単一の反射デバイスを設けてもよい。
In this way, by synchronizing the change in the direction of the
図3は走査装置70内に単一の反射デバイス71を設けた投写型映像表示装置10の概略構成を示す図である。図3の例では、光源62からのレーザ光は、反射デバイス71の反射面72で反射されて直接、光学素子50に入射されることになる。反射デバイス71は反射面72の角度を変動させているため、光学素子50への入射方向および入射位置は時間的に変化することになる。図3の場合、光学素子50に入射される光はコリメートされた光ではないが、一般的な照明装置や投射装置への適用は十分に可能である。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the
図4は第1反射デバイス71と第2反射デバイス72の具体的な構造の一例を示す断面図である。第1反射デバイス71と第2反射デバイス72は、同一の構造を有するため、以下では、第1反射デバイス71の構造を説明する。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a specific structure of the
図4に示す第1反射デバイス71は、回転軸を構成する軸部材71bを回転駆動する駆動装置(駆動部)71cと、軸部材71bを貫通して軸部材71bに固定される第1部材76と、第1部材76上に配置され第1部材76とともに軸部材71bを貫通して軸部材71bに固定される第2部材77とを備えている。第2部材77における第1部材76側の面とは反対側の面は、入射光を反射させる鏡面77aであり、この鏡面77aの法線方向は軸部材71bの軸方向とは傾斜している。第1部材76と第2部材77とは、例えば接着剤により接合されている。
The
第1部材76と第2部材77は軸部材71bとともに回転するため、第1部材76と第2部材77は軸部材71bに堅固に接合しておく必要がある。接合力が弱いと、第1部材76と第2部材77が遠心力により軸部材71bから離脱するおそれがあるためである。
Since the
軸部材71bは、第1部材76と第2部材77を貫通するように配置されるため、第1部材76と第2部材77の貫通孔の周面に接着剤を塗布して軸部材71bと接合し、第1部材76と第2部材77の接触面同士も接着剤にて接合するのが望ましい。
Since the
これに加えて、図5の第1変形例に示すように、第2部材77の鏡面77aの一部に第1支持具78を配置して、この第1支持具78の裏面を第2部材77の鏡面77aと軸部材71bの鏡面77aとに接合してもよい。これにより、軸部材71bは、その外周面では第1部材76と第2部材77の貫通孔の周面に接合され、その端面では第1支持具78に接合されることになり、軸部材71bを第1部材76と第2部材77に堅固に固定することができる。
In addition to this, as shown in the first modified example of FIG. 5, the
第1支持具78は、第2部材77の鏡面77aの略中央部に配置されている。より具体的には、第1支持具78は、第2部材77の回転中心位置に配置されている。第1支持具78の上面の面積は、第2部材77の鏡面77aの面積よりも小さい。第1支持具78の上面が鏡面77aでない場合は、第1支持具78が配置されていない第2部材77の鏡面77a部分で入射光を反射することになる。
The
図6は図5に加えて第2支持具79を設けた第2変形例を示す断面図である。第2支持具79は、第1部材76の裏面に接合されるとともに、軸部材71bに固定されている。第2支持具79は軸部材71bが貫通する貫通孔を有し、例えばこの貫通孔の周面で接着剤により軸部材71bに接合している。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second modification in which a
あるいは、図7の第3変形例に示すように、第2支持具79の上面を第1部材76の裏面に接着剤等により接合するとともに、第2支持具79の側面に形成されたネジ孔にて、ネジ80で第2支持具79を軸部材71bに固定してもよい。
Alternatively, as shown in the third modification of FIG. 7, the upper surface of the
図6は、第1支持具78にて第2部材77の上面側から第2部材77と軸部材71bとの固定を行い、かつ、第2支持具79にて第1部材76の裏面側から第1部材76と軸部材71bとの固定を行うため、図5よりも堅固に軸部材71bを第1部材76と第2部材77に固定できる。
In FIG. 6, the
第2部材77の鏡面77aとその反対側の第1部材76との接触面とは非平行になっている。より具体的には、第2部材77の上面である鏡面77aは、その面の法線方向が軸部材71bの軸方向から傾斜した傾斜面である。
The
第1部材76の材料は特に問わないが、図4では、厚さが均一な基材であることを想定している。第2部材77は、その上面が傾斜した鏡面77aであればよく、第2部材77を構成する基材の材料は特に問わない。傾斜した鏡面77aを形成するには、均一な厚さの基材の表面を研磨して形成する手法や、均一な厚さの基材を斜めに切断して傾斜面を形成した後に、研磨して形成する手法や、研磨または切断により形成した傾斜面上に均一な厚さの鏡体を接合する手法などがある。ここでは、いずれの手法を採用してもよい。
The material of the
なお、第2部材77の上面側の鏡面77aの外形形状は、円形、矩形またはその他の形状でもよい。
The outer shape of the
図8は軸部材71bを回転させたときの第1部材76および第2部材77の動きを示す図である。光源62からの入射光は、常に同じ方向から同一のビーム径で入射されるが、軸部材71bの回転に応じて、第2部材77の鏡面77aの傾斜角度が変化するため、図8(a)に示すように入射光の反射角度が連続的に変化することになる。この結果、入射光の軌跡は、図8(b)に示すように円形となる。
FIG. 8 is a diagram illustrating the movement of the
図5のように、第2部材77の傾斜した鏡面77aの中央部に第1支持具78が接合されている場合、第1支持具78の上面が鏡面77aでないとすると、この領域には光を入射できないことになり、光源62からの光を入射可能な面積が制限されてしまう。
As shown in FIG. 5, in the case where the
そこで、第1支持具78の上面を鏡面にしてもよい。第1支持具78の上面を鏡面にする手法は、研磨、金属蒸着、または鏡体の接合のいずれでもよい。第1支持具78の上面を鏡面にすることで、第2部材77の傾斜した鏡面77aの全体に光源62からの光を入射できるようになり、光源62と第1反射デバイス71との位置関係についての制約が軽減され、光学設計が容易になる。
Therefore, the upper surface of the
第1支持具78の上面が鏡面であったとしても、図5に示すように、第1支持具78が第2部材77の鏡面77aから突き出している場合には、鏡面77aに凹凸ができてしまい、第1支持具78のエッジ部分に入射された光の反射光の方向が乱れる要因になる。
Even if the upper surface of the
そこで、図9の第4変形例に示すように、第2部材77の上面に、第1支持具78の外形に合わせた凹部77bを形成し、この凹部77bの内部に第1支持具78を収納して、凹部77b内の面で第1支持具78を接合してもよい。これにより、第1支持具78の上面側の鏡面77aの凹凸が小さくなり、反射方向が乱れるおそれが少なくなる。なお、図9の構造における第1支持具78の上面は、鏡面にしてもよいし、鏡面にしなくてもよい。また、凹部77bは、図9(a)に示すように鏡面77aに合わせた傾斜した形状でもよいし、図9(b)に示すように、軸部材71bの軸方向に直交する面に合わせた形状でもよい。図9(a)の場合、第1支持具78の上面を鏡面77aと面一にすることができるため、より望ましいが、凹部77bの形成に手間がかかるおそれがある。これに対して、図9(b)の場合、鏡面77aと第1支持具78の上面とが面一にならないが、凹部77bの形成に手間がかからず、作業性がよい。図9(b)の凹部77bの深さは、第1支持具78の厚さに合わせた深さにして、凹部77bに第1支持具78を収納したときに、鏡面77aの凹凸ができるだけ少なくなるようにするのが望ましい。
Therefore, as shown in a fourth modification of FIG. 9, a
駆動装置71cは、図2に示した制御器75からの制御信号により、軸部材71bを回転駆動する。制御器75は、軸部材71bの回転周波数を複数通りに切替可能な制御信号を駆動装置71cに供給してもよい。これにより、制御器75は、第1反射デバイス71と第2反射デバイス73とを同期させて駆動でき、第1反射面72と第2反射面74を、互いに平行状態を維持しつつ回転させることができる。
The
また、軸部材71bの回転数や回転周波数を直接検出するセンサを設けて、このセンサでの検出信号に基づいて、駆動装置71cは軸部材71bの回転周波数を制御するようにしてもよい。センサの具体的な形態は問わないが、例えば、回転数等を光学的に検出する光センサ、磁気的に検出するホールセンサ、機械的に検出するエンコーダなどが適用可能である。
Further, a sensor that directly detects the rotation speed and rotation frequency of the
このように、第1部材76と第2部材77を貫通するように軸部材71bを配置するため、簡易な構造で軸部材71bを第1部材76と第2部材77に固定できる。また、第2部材77の上面を傾斜した鏡面77aにすることで、この鏡面77aに入射された光の反射方向を、軸部材71bの回転に合わせて連続的に切り替えることができる。
Thus, since the
なお、第2部材77はその断面形状がくさび形状であり、軸部材71bに合わせて第2部材77を回転させたときに、回転中心に対して非対称形状となるため、経時変化により、軸部材71bが偏芯したり、異音や故障の原因になるおそれがある。このため、第2部材77の一部を削る肉抜き加工等を行って、第2部材77の重心位置ができるだけ回転中心に近づくようにしてもよい。
The
次に、光学素子50について説明する。図1に示す光学素子50は、各領域への入射光を当該領域の位置に応じた特定の方向に向ける光路制御機能を有している。ここで説明する光学素子50は、各領域への入射光の進行方向を補正して所定の領域LZに向ける。この領域が、被照明領域LZとなる。すなわち、光学素子50の入射面を平面分割してなる各領域に照射された照射装置60からの光は、光学素子50を経由した後に、少なくとも一部分において重なり合う領域を照明するようになる。
Next, the
図10は光学素子50の一例を示す図である。図10の光学素子50は、照射装置60からの光の入射方向に対応して形成されたレンズアレイ51を有する。ここで「レンズアレイ」とは、単位レンズとも呼ばれる小さなレンズの集合体であり、屈折または反射によって光の進行方向を偏向させる素子として機能する。図示された例において、光学素子50は、各単位レンズ51aに対応する各領域に入射する光を、それぞれ、少なくとも被照明領域LZの全域に入射するように拡散させる。すなわち、光学素子50は、各領域に照射装置60から入射する光を拡散させることによって、同一の被照明領域LZを照明する。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the
図示された例では、光学素子50に入射する光は、一定の方向に沿って進む光である。
したがって、図4に示されたレンズアレイ51は、凸レンズからなる単位レンズ51aを敷き詰めてなるフライアイレンズとして構成されている。各単位レンズ51aは、互いに同一に形成されている。単位レンズ51aは、その光軸が互いに平行となるようにして敷き詰められている。
In the illustrated example, the light incident on the
Therefore, the
また、図10に示された光学素子50は、このようなレンズアレイ51と、レンズアレイ51に対向して配置されたコンデンサレンズ52またはフィールドレンズと、を有している。図10の光学素子50において、レンズアレイ51が、光学素子50の最入光側に配置されており、照射装置60からの光を受ける。レンズアレイ51をなす各単位レンズ51aは、平行光束をなす光線の光路をたどるようにして入射する光を、焦点に収束させる。そして、コンデンサレンズ52は、各単位レンズ51aによる焦点によって画成される面上に配置され、各凸レンズからの光を、被照明領域LZに向ける。図10のコンデンサレンズ52によれば、各凸レンズからの光を、同一の被照明領域LZのみに向けることができ、各方向からの照明光を被照明領域LZに重畳させる。
Further, the
次に、空間光変調器30について説明する。空間光変調器30は、図1に示すように被照明領域LZに重ねて配置される。そして、空間光変調器30は、照明装置40によって照明され、変調画像を形成する。照明装置40からの光は、上述したように被照明領域LZの全域のみを照明する。したがって、空間光変調器30の入射面は、照明装置40によって光を照射される被照明領域LZと同一の形状および大きさであることが好ましい。この場合、照明装置40からの光を、変調画像の形成に高い利用効率で利用することができるからである。
Next, the spatial
空間光変調器30は、特に制限されることなく、種々の公知の空間光変調器を利用することができる。例えば、偏光を利用することなく変調画像を形成する空間光変調器、例えばデジタルミラーデバイス(DMD)や、偏光を利用して変調画像を形成する透過型の液晶マイクロディスプレイや反射型のLCoS(Liquid Crystal On Silicon(登録商標))を、空間光変調器30として用いることができる。
The spatial
図1に示された例のように、空間光変調器30が、透過型の液晶マイクロディスプレイである場合、照明装置40によって面状に照明される空間光変調器30が、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、空間光変調器30をなすディスプレイの画面上に変調画像が形成されるようになる。こうして得られた変調画像は、最終的には、投射光学系25によって、等倍で或いは変倍されてスクリーン15へ投射される。これにより、観察者は、スクリーン15上に投射された当該画像を観察することができる。スクリーン15は、透過型スクリーンとして構成されていてもよいし、反射型スクリーンとして構成されていてもよい。
As in the example shown in FIG. 1, when the spatial
次に、以上の構成からなる照明装置40、投射装置20および投射型映像表示装置10の作用について説明する。
Next, the operation of the
まず、照射装置60は、光学素子50上を走査するようにして、光学素子50へコヒーレント光を照射する。具体的には、光源装置61の光源62で一定方向に沿って進む特定波長帯域のコヒーレント光が生成され、このコヒーレント光が走査装置70で進行方向を変えられる。走査デバイス70は、周期的な動作を行っており、この結果、光学素子50上でのコヒーレント光の入射位置も、周期的に変化するようになる。
First, the
光学素子50の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50での光路調整機能により、被照明領域LZに重畳されるようになる。すなわち、照射装置60から光学素子50の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、光学素子50で拡散ないしは拡げられて、被照明領域LZの全域に入射するようになる。このようにして、照射装置60は、被照明領域LZをコヒーレント光で照明することができる。
The coherent light incident on each area of the
図1に示すように、投射装置20においては、照明装置40の被照明領域LZと重なる位置に空間光変調器30が配置されている。このため、空間光変調器30は、照明装置40によって面状に照明され、画素毎にコヒーレント光を選択して透過させることにより、映像を形成するようになる。この映像は、投射光学系25によってスクリーン15に投射される。スクリーン15に投射されたコヒーレント光は、拡散され、観察者に映像として認識されるようになる。
As shown in FIG. 1, in the
上述した照明装置40では、コヒーレント光が、光学素子50上を走査するようにして、光学素子50に照射される。また、照射装置60から光学素子50の各領域に入射したコヒーレント光は、それぞれ、同一の被照明領域LZの全域をコヒーレント光で照明するが、当該被照明領域LZを照明するコヒーレント光の照明方向は互いに異なる。そして、コヒーレント光が入射する光学素子50上の領域が経時的に変化するため、被照明領域LZへのコヒーレント光の入射方向も経時的に変化する。
In the illuminating
被照明領域LZを基準にして考えると、被照明領域LZ内の各領域には絶えずコヒーレント光が入射してくるが、その入射方向は、図1に矢印A1で示すように、常に変化し続けることになる。結果として、空間光変調器30の透過光によって形成された映像の各画素をなす光が、図1に矢印A2で示すように経時的に光路を変化させながら、スクリーン15の特定の位置に投射されるようになる。
Considering the illuminated area LZ as a reference, coherent light constantly enters each area in the illuminated area LZ, but the direction of incidence always changes as shown by an arrow A1 in FIG. It will be. As a result, the light forming each pixel of the image formed by the light transmitted through the spatial
以上のことから、上述してきた照明装置40を用いることによれば、映像を表示しているスクリーン15上の各位置において時間的にコヒーレント光の入射方向が変化していき、且つ、この変化は、人間の目で分解不可能な速さであり、結果として、人間の目には、相関の無いコヒーレント光の散乱パターンが多重化されて観察されることになる。したがって、各散乱パターンに対応して生成されたスペックルが重ねられ平均化されて、観察者に観察されることになる。これにより、スクリーン15に表示されている映像を観察する観察者に対して、スペックルを極めて効果的に目立たなくさせることができる。
From the above, according to the
なお、人間によって観察される従来のスペックルには、スクリーン15上でのコヒーレント光の散乱を原因とするスクリーン側でのスペックルだけでなく、スクリーンに投射される前におけるコヒーレント光の散乱を原因とする投射装置側でのスペックルも発生し得る。この投射装置側で発生したスペックルパターンは、空間光変調器30を介してスクリーン15上に投射されることによって、観察者に認識され得るようにもなる。しかしながら、本実施の形態によれば、コヒーレント光が光学素子50上を連続的に走査し、そして光学素子50の各領域に入射したコヒーレント光が、それぞれ、空間光変調器30が重ねられた被照明領域LZの全域を照明するようになる。すなわち、光学素子50が、スペックルパターンを形成していたそれまでの波面とは別途の新たな波面を形成し、複雑且つ均一に、被照明領域LZ、さらには、空間光変調器30を介してスクリーン15を照明するようになる。このような光学素子50での新たな波面の形成により、投射装置側で発生するスペックルパターンは不可視化されることになる。
Note that conventional speckles observed by humans include not only speckles on the screen caused by scattering of coherent light on the
ところで、図1及び図2に示すように、光源62から射出する光は、或る程度のスポット径を有することになる。このようなスポット径を有した光を、図13に示すようにレンズ効果を持つ偏向素子97を用いてコリメートしようとしても、光軸の向きを制御することしかできない。図13に示された偏向素子97では、スポット径内の各位置を通過するすべての光の光路を所望の方向に向けることは不可能である。一方、平行に維持される二枚の反射面72,74を有した走査装置70によれば、スポット径の大小に関わらず、第1反射面72に入射する光の光路と、第2反射面74で反射した光の光路とを、平行にすることができる。すなわち、光源62から射出した光のスポット径の大小に関わらず、照射装置60は、平行光束をなす光線の光路を辿るようにして光を光学素子50に照射することが可能となる。光学素子50に入射した光は、光学素子50によって予定した方向に高精度に光路を調整される。すなわち、ここで説明した走査装置70及び照明装置40によれば、被照明領域LZを所望の方向から極めて高精度に照明することができる。
By the way, as shown in FIGS. 1 and 2, the light emitted from the
上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。 Various modifications can be made to the above-described embodiment. Hereinafter, an example of modification will be described with reference to the drawings. In the following description and the drawings used in the following description, the same reference numerals as those used for the corresponding parts in the above embodiment are used for the parts that can be configured in the same manner as in the above embodiment. A duplicate description is omitted.
上述した実施の形態において、光源装置61は、単一の光源62を有していた。しかしながら、この例に限られず、図11に示すように、光源装置61が、複数の光源を含むようにしてもよい。一例として、光源装置61が、複数のレーザー光源を含むレーザーアレイとして構成されていてもよい。光源装置61に含まれる複数の光源66,67,68は、互いに異なる波長帯域の光を生成するようにしてもよいし、同一波長帯域の光を生成するようにしてもよい。異なる波長帯域の光源66,67,68を用いた場合、加法混色により、単一の光源では生成することができない色の光によって、被照明領域LZを照明することができる。また、光源66,67,68が、赤色波長帯域の光、緑色波長帯域の光、青色波長帯域の光をそれぞれ生成する場合には、白色光にて被照明領域LZを照明することができる。一方、同一の波長帯域の光源66,67,68を用いた場合、高出力で被照明領域LZを照明することが可能となる。
In the embodiment described above, the
また、上述した実施の形態において、光学素子50が、レンズアレイ51を含んで構成される例を示したが、これに限られない。図12に示すように、光学素子50が、ホログラム記録媒体57を含むようにしてもよい。図12に示された例において、照射装置60から照射されてホログラム記録媒体57上を走査する光は、ホログラム記録媒体57上の各領域に、当該ホログラム記録媒体57の回折条件を満たすような入射角度で、入射するようになっている。照射装置60からホログラム記録媒体57の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体57で回折されて少なくとも一部分において互いに重なり合う領域を照明する。図7に示された例では、照射装置60からホログラム記録媒体57の各領域に入射した光は、それぞれ、ホログラム記録媒体57で回折されて同一の被照明領域LZを照明するようになっている。例えば、照射装置60からホログラム記録媒体57の各領域に入射した光が、それぞれ、被照明領域LZに重ねて散乱板の像を再生するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
さらに上述した実施の形態では、照明装置40によって照明される被照明領域LZに空間光変調器30が配置されていたが、この例に限られない。例えば、被照明領域LZに均一化光学系の入射面が配置されていてもよい。この場合、均一化光学系に入射した光は、全反射を繰り返しながら均一化光学系内を伝搬して、均一化光学系から出射する。このような均一化光学系の出射面上の各位置での照度は、均一化されることになる。均一化光学系として、例えばインテグレーターロッドを用いることができる。空間光変調器30は、例えば均一化光学系の出射面に直面して配置することができる。
Furthermore, in the embodiment described above, the spatial
さらに、上述した実施の形態において、照明装置40が、投射装置20及び投射型映像表示装置10に組み込まれた例を示したが、これに限られず、スキャナ用の照明装置等、種々の用途に適用され得る。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。 The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.
10 投射型表示装置、15 スクリーン、20 投射装置、25 投射光学系、30 空間光変調器、35 リレー光学系、37 均一化光学系、40 照明装置、50 光学素子、51 レンズアレイ、51a 単位レンズ、52 フィールドレンズ、コンデンサレンズ、57 ホログラム記録媒体、60 照射装置、61 光源装置、62 光源、66 第1光源、67 第2光源、68 第3光源、70 走査装置、71 第1反射デバイス、71a 反射部材、71b 軸部材、71c 第1駆動装置、71d 傾斜面、71e 第1軸部、71f 第2軸部、71g 連結部、72 第1反射面、73 第2反射デバイス、73a 反射部材、73b 軸部材、73c 第2駆動装置、74 第2反射面、75 制御器、76 第1部材、77 第2部材、77a 鏡面、78 第1支持具、79 第2支持具、90 照射装置、91 光源、92 光源、95 走査装置、96 反射デバイス、97 偏向素子、99 光学素子
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記回転軸を貫通して前記回転軸に固定される第1部材と、
前記第1部材の上に配置され前記第1部材とともに前記回転軸を貫通して前記回転軸に固定される第2部材と、を備え、
前記第2部材における前記第1部材側の面とは反対側の面は入射光を反射させる鏡面であり、この鏡面の法線方向は前記回転軸の軸方向から傾斜している光走査装置。 A drive unit that rotationally drives the rotary shaft;
A first member that passes through the rotating shaft and is fixed to the rotating shaft;
A second member disposed on the first member and penetrating the rotating shaft together with the first member and fixed to the rotating shaft;
The surface of the second member opposite to the first member side is a mirror surface that reflects incident light, and the normal direction of the mirror surface is inclined from the axial direction of the rotation axis.
前記第1支持具は、前記鏡面上の回転中心位置に配置される請求項2に記載の光走査装置。 The area of the upper surface of the first support is smaller than the area of the mirror surface,
The optical scanning device according to claim 2, wherein the first support is disposed at a rotation center position on the mirror surface.
前記光走査装置で反射されたコヒーレント光を所定の領域内の全域に対して拡散可能な光学素子と、を備える光学モジュール。 An optical scanning device according to any one of claims 1 to 10,
An optical module comprising: an optical element capable of diffusing the coherent light reflected by the optical scanning device to the entire area within a predetermined area.
コヒーレント光が前記光学素子の表面を走査するように、前記光学素子に前記コヒーレント光を照射する照射装置と、を備える照明装置であって、
前記照射装置は、
コヒーレント光を発光する光源と、
前記光源にて発光された前記コヒーレント光の進行方向を変化させて、該コヒーレント光を前記光学素子の表面上で走査させる請求項1乃至10のいずれかに記載の光走査装置と、を有する照明装置。 An optical element capable of diffusing the coherent light incident on each position to the entire area within a predetermined area;
An illumination device that irradiates the optical element with the coherent light so that coherent light scans the surface of the optical element,
The irradiation device includes:
A light source that emits coherent light;
An illumination device comprising: the optical scanning device according to any one of claims 1 to 10, wherein a scanning direction of the coherent light emitted from the light source is changed to scan the surface of the optical element. apparatus.
前記光変調画像を投射部材上に投射する投射光学系と、を備える投射装置。 A spatial light modulator disposed at a position overlapping the predetermined region and illuminated by the illumination device according to claim 12 to generate a light modulation image;
A projection optical system that projects the light-modulated image onto a projection member.
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