JP2019015941A - Depolarization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スペックルを低減可能な偏光解消装置に関する。 The present invention relates to a depolarizer capable of reducing speckle.
従来、レーザ光は、テレビ、プロジェクタ、プリンタ、光学露光装置又は光学測定機等の光源として多く用いられている。しかし、レーザ光は、一般的に直線偏光光であるとともにコヒーレント光であるため、散乱面で反射したときにスペックルを生じる。スペックルとは、レーザ光等のコヒーレント光が、散乱面で反射したときに互いに干渉し合うことによって生じる明領域と暗領域との変動パターンである。上記の各装置において良好な画像を得るには、このスペックルを低減させることが必要となる。スペックルを解消する方法の1つとして、特定の偏光状態を有する入射光を、無偏光、すなわちランダムな偏光状態に変える偏光解消素子を用いる方法がある。 Conventionally, laser light is often used as a light source for televisions, projectors, printers, optical exposure apparatuses, optical measuring machines, and the like. However, since laser light is generally linearly polarized light and coherent light, speckle is generated when reflected by a scattering surface. The speckle is a variation pattern of a bright region and a dark region that are generated when coherent light such as laser light interferes with each other when reflected by a scattering surface. In order to obtain a good image in each of the above devices, it is necessary to reduce this speckle. One method for eliminating speckle is to use a depolarizing element that changes incident light having a specific polarization state into non-polarized light, that is, a random polarization state.
この偏光解消素子は、振動させることにより、スペックル低減効果がより高まる。このため、例えば、特許文献1には、レーザ光が通過する偏光解消素子を、1つのアクチュエータ(ボイスコイルモータ,VCM)を用いて、このレーザ光の光路において一方向に振動させる偏光解消装置が開示されている。 The depolarizing element is further vibrated to increase the speckle reduction effect. For this reason, for example, Patent Document 1 discloses a depolarization device that vibrates a depolarization element through which a laser beam passes using one actuator (voice coil motor, VCM) in one direction in the optical path of the laser beam. It is disclosed.
また、特許文献2には、画像を形成する画像形成部からの光を投写面へ投写するプロジェクタであって、投写面へ入射する光の光路のうち画像を結像させる結像位置に合わせて配置され、板バネを用いて支持された偏光解消素子を有し、偏光解消素子は、支持用弾性部材を用いて振動が付与され、支持用弾性部材を介して偏光解消素子に振動を付与するための駆動機構を構成する2組のVCMを有するプロジェクタが開示されている。この2組のVCMは、互いに交差する2方向を駆動するもので、偏光解消素子は、楕円状の軌跡に沿うように移動可能である。
Further,
しかし、特許文献1に記載の偏光解消装置は、偏光解消素子が、レーザ光の光路上における一方向にのみに駆動するため、振動の方向が変化する際に、偏光解消素子の速度が一瞬0となり、その際スペックルが観察される場合がある。
また、特許文献2に記載の偏光解消装置は、偏光解消素子が、レーザ光の光路上における互いに直交する二方向に駆動されるが、VCMが2つ必要である。VCMはそれぞれ電源が必要であるため、VCMが2つあるとコストがかかるとともに小型化が難しい。
本発明は、少ないアクチュエータで、スペックルが観察されにくい偏光解消装置を提供することを目的とする。
However, since the depolarization device described in Patent Document 1 drives the depolarization element only in one direction on the optical path of the laser beam, the speed of the depolarization element is instantaneously zero when the direction of vibration changes. In this case, speckle may be observed.
In the depolarizer described in
It is an object of the present invention to provide a depolarizing device in which speckles are hardly observed with a small number of actuators.
上記課題を解決するために、本発明は、固定部と、前記固定部に対して第1方向に移動可能に取り付けられた第1移動部と、前記第1移動部を前記第1方向に振動させるアクチュエータと、偏光解消素子を保持するとともに、前記第1移動部の内部に弾性部材を介して垂下された第2移動部と、を備える偏光解消装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fixed portion, a first moving portion attached to the fixed portion so as to be movable in a first direction, and vibrating the first moving portion in the first direction. There is provided a depolarizing device comprising: an actuator to be held; and a second moving unit that holds the depolarizing element and is suspended inside the first moving unit via an elastic member.
前記弾性部材はコイルばねであることが好ましい。 The elastic member is preferably a coil spring.
前記第2移動部の下面における前記第1方向の両端と、前記第1移動部の、前記下面と対向する対向面における前記第1方向の両端とには、それぞれ磁石が取り付けられていることが好ましい。 Magnets are respectively attached to both ends in the first direction on the lower surface of the second moving part and to both ends in the first direction on the facing surface of the first moving part facing the lower surface. preferable.
前記第1移動部の、前記対向面の両側に取り付けられた前記磁石の間に、互いに極性の異なる磁石が交互に配置されていてもよい。 Magnets having different polarities may be alternately arranged between the magnets attached to both sides of the facing surface of the first moving unit.
前記アクチュエータは、ボイスコイルモータであることが好ましい。 The actuator is preferably a voice coil motor.
前記第1移動部は、前記固定部に対して板バネで保持されていることが好ましい。 It is preferable that the first moving part is held by a leaf spring with respect to the fixed part.
本発明によれば、少ないアクチュエータで、スペックルが観察されにくい偏光解消装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a depolarization apparatus that makes it difficult to observe speckles with a small number of actuators.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態である偏光解消装置1について説明する。図1は本実施形態の偏光解消装置1の概略正面図である。図2は図1に示した偏光解消装置1から制御部40を除いた断面図である。図中、説明を容易にするため、互いに直交するXYZ座標を設けた。Y方向が鉛直方向、XZ方向が水平方向である。
偏光解消装置1は、本実施形態ではレーザ光を用いたプロジェクタにおけるスペックルの低減に用いられるものである。ただし、これに限定されず、レーザ光を用いたテレビ、プリンタ、光学露光装置、又は共焦点顕微鏡等の光学測定機におけるスペックル低減に用いることができる。
(First embodiment)
Hereinafter, the depolarizer 1 which is 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic front view of a depolarizer 1 according to this embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the depolarizer 1 shown in FIG. In the figure, XYZ coordinates orthogonal to each other are provided for easy explanation. The Y direction is the vertical direction, and the XZ direction is the horizontal direction.
In this embodiment, the depolarizer 1 is used for speckle reduction in a projector using laser light. However, the present invention is not limited to this, and it can be used for speckle reduction in an optical measuring machine such as a television, a printer, an optical exposure apparatus, or a confocal microscope using laser light.
偏光解消装置1は偏光解消素子10を備え、レーザ発振器(図示せず)から発振されたレーザ光Lをスクリーンに照射する際に、偏光解消素子10で反射させることでスペックルを解消する装置である。なお、本実施形態では反射型の偏光解消素子10について説明するが、本発明はこれに限定されず、透過型の偏光解消素子に対しても適用可能である。
偏光解消素子10は、例えば、それぞれが球面形状を有するマイクロ構造体が複数整列配置、若しくは複数ランダムに配置された反射面10aを備える。反射面10aは、略矩形でXY平面に沿って配置されている。反射面10aは、Z方向プラス側を向いている。
偏光解消素子10の反射面10aに入射したレーザ光Lは、反射する際に分散され、スペックルが低減されたレーザ光Lとなり、スクリーンに照射されたレーザ光Lはスペックルが低減される。本実施形態の偏光解消装置1は、スペックルの解消効果をより高めるために、以下に説明するように偏光解消素子10を振動させる。
The depolarization apparatus 1 includes a
The depolarizing
The laser light L incident on the reflecting
[偏光解消装置の構成]
偏光解消装置1は、図示するように全体としてZ方向に所定の厚みを有する略矩形形状を有する。偏光解消装置1は、固定部11と、固定部11に対してX方向に移動可能な第1移動部20と、第1移動部20をX方向に振動させるボイスコイルモータ(VCM,アクチュエータ)30と、偏光解消素子10を保持するとともに第1移動部20のX方向の振動により発生する力によって、X方向とY方向との2次元方向に駆動される第2移動部60と、VCM30による第1移動部20の固定部11に対する振動を制御する制御部40と、を備える。
[Configuration of depolarizer]
The depolarizer 1 has a substantially rectangular shape having a predetermined thickness in the Z direction as a whole as shown. The depolarizer 1 includes a
固定部11は、直方体形状であって長手方向がX方向に沿うように配置され、その長手方向中央部(X方向中央部)には、Z方向に電流が流れるようにコイル31が配置されている。コイル31は、例えば巻き線コイルである。
The
固定部11の長手方向の両端部(X方向両端部)には、上方(Y方向プラス側)に延びる板ばね13の下端13bが取り付けられている。板ばね13の上端13aには、第1移動部20が取り付けられている。
第1移動部20は、2枚の側板部21と、上板部22と、下板部23とを備える略矩形の枠部材である。2枚の側板部21の上端21aは外側に突出しており、その上端21aの突出部が、板ばね13の上端13aに固定されている。この突出部により、2枚の側板部21における突出部より下側と板ばね13との間には隙間Sが設けられる。
A
The first moving
下板部23の上面(Yプラス側の面)の長手方向の両端には、Y方向駆動用第1磁石24が取り付けられている。本実施形態のY方向駆動用第1磁石24は永久磁石で、N極が上を向くようにして取り付けられている。
また、下板部23の下面(Yマイナス側の面)の長手方向の中央には、X方向駆動用磁石32が取り付けられている。このX方向駆動用磁石32は、上述のコイル31とともにVCM30として機能する。
First Y-
In addition, an
固定部11の、X方向駆動用磁石32と対向する部分にはホール素子33が配置されている。ホール素子33は、第1移動部20の固定部11に対する変位を検出する位置センサである。
第1移動部20が移動すると、ホール素子33に対してX方向駆動用磁石32によって形成される磁界が移動するので、ホール素子33に対する磁束密度が変化する。
A
When the first moving
制御部40は電源部41を有し、電源部41を介してコイル31に流す電流値を制御する。電源部41より所定値の電流がコイル31に流されると、X方向駆動用磁石32より発生する磁力とコイル31に流れる電流とによって、電磁力が発生する。この電磁力によって、第1移動部20は固定部11に対してX方向に移動する。
制御部40は、コイル31に対して交番電流を流すことによって、第1移動部20をX方向に振動させる。
また、制御部40は、位置検出部42を有する。位置検出部42は、磁束密度の変化に伴うホール素子33の出力電流の変化を検出することによって第1移動部20の固定部11に対する位置を検出する。
なお、本実施形態では、固定部11に対する第1移動部20の移動にVCM30を用い、また、固定部11に対する第1移動部20の位置検出にホール素子33を用いたが、本発明はこれに限定されず、他の駆動方法や位置検出方法を用いてもよい。
The
The
Further, the
In the present embodiment, the
第1移動部20の上板部22の下側の長手方向中央には、弾性部材としてコイルばね50が取り付けられている。コイルばね50の下端には第2移動部60が取り付けられ、第2移動部60はコイルばね50を介して第1移動部20の内部に垂下されている。
A
第2移動部60は、矩形箱型の枠部材61を備え、枠部材61の内部に偏光解消素子10が取り付けられている。
枠部材61の下面のX方向の両端部には、Y方向駆動用第2磁石62が取り付けられている。本実施形態のY方向駆動用第2磁石62は永久磁石で、N極が下を向くようにして取り付けられている。
Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24とは、図1のように、固定部11と、第1移動部20と、第2移動部60とのX方向の中心が一致した状態で、互いに対向せずにX方向にずれて位置している。
The second moving
Y direction driving
As shown in FIG. 1, the Y-direction driving
[偏光解消装置の動作]
図3(a)から(c)は、本実施形態の偏光解消装置1の動作を説明する図である。
図3(a)は動作開始時の状態で、固定部11と、図1と同じく、第1移動部20と、第2移動部60とのX方向の中心は一致している。
制御部40が、VCM30のコイル31に対して、矩形波や正弦波等の交番電流の印加を開始すると、第1移動部20は固定部11に対して振動を開始する。
図3(b)は第1移動部20が振動を開始して、固定部11に対してXプラス側に移動した状態を示す。
[Operation of depolarizer]
FIGS. 3A to 3C are diagrams for explaining the operation of the depolarizer 1 according to this embodiment.
FIG. 3A shows a state at the start of the operation, and the X-direction centers of the fixed
When the
FIG. 3B shows a state where the first moving
図3(a)の状態で、板ばね13と、第1移動部20の側板部21との間には、上述のように隙間Sが設けられている。図3(b)のように第1移動部20が固定部11に対してXプラス側に移動すると、板ばね13が撓む。このとき、第1移動部20は、隙間Sにより、下端が板ばね13と当接するまでは、中心軸線を垂直に保ったまま(Y軸と平行のまま)移動することができる。
したがって、VCM30におけるX方向駆動用磁石32とコイル31との間隔が変化しないので、X方向に安定した駆動力を得ることができる。
In the state of FIG. 3A, the gap S is provided between the
Accordingly, since the distance between the X
また、第1移動部20がX方向に振動すると、第2移動部60はコイルばね50を介して引っ張られるが、慣性力の影響で第1移動部20よりも遅れて振動する(位相差を生じる)。この遅れによって、例えば(b),(c)のように第2移動部60が、第1移動部20の一方に寄った状態が生じる。
When the first moving
このように、第2移動部60が第1移動部20の一方に寄ると、第2移動部60は第1移動部20に対して傾き、コイルばね50が伸びた状態になる。第2移動部60は、伸びたコイルばね50の復元力(弾性力)Fbによって、斜め上方に引っ張られる。すなわち、第2移動部60は、コイルばね50によって、X方向成分と、第1のY方向上向き成分とを有する復元力Fbが加わる。
Thus, when the 2nd moving
また、図3(a)の状態においてY方向駆動用第2磁石62と、Y方向駆動用第1磁石24とは、対向せずにX方向にずれて位置していたが、図3(b)のように第2移動部60が第1移動部20の一方に寄ると、Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24とが互いに近づいて対向する。
Y方向駆動用第2磁石62と、Y方向駆動用第1磁石24とが対向すると、N極同士が対向しているので互いに反発する。この反発力により、第2移動部60は第1移動部20に対して、第2のY方向上向きの力Fmが加わる。
Further, in the state of FIG. 3A, the second Y-
When the Y-direction driving
第1移動部20は、交番電流の向きが反転する際に速度の向き反転するが、その反転の際に速度は一瞬0になる。その後、遅れて第2移動部60の速度の向きも反転するが、その反転の際にX方向の速度は一瞬0になる。ここで、第2移動部60の固定部11に対する速度が完全に0になるとスペックルが観察される可能性がある。
しかし、本実施形態によると、第2移動部60のX方向の速度が0の際に、上述の復元力Fbの第1のY方向上向き成分と、第2のY方向上向きの力Fmとによって、第2移動部60には、Y方向プラス向きの速度が生じている。
従って、第2移動部60は、固定部11するX方向の速度が0であっても、Y方向の速度を有しているので、固定部11に対する速度が完全に0となって静止した状態とならない。
このように、本実施形態では、第2移動部60の固定部11に対するX方向の速度が0になったときに、第2移動部60は固定部11に対してY方向に移動しているので、第2移動部60の固定部11に対する速度が完全にゼロになりにくいのでスペックルが観察されにくい。
The first moving
However, according to the present embodiment, when the speed of the second moving
Accordingly, the second moving
Thus, in this embodiment, when the speed of the X direction with respect to the fixed
また、1つのVCM30で、第2移動部60の固定部11に対する二次元の移動を達成できるので、VCMを2つ用いる場合と比べてコストが安く済む。
さらに、隙間Sが設けられていることにより、VCM30におけるX方向駆動用磁石32とコイル31との間隔が、第2移動部60がY軸方向に移動した場合であっても変わらないので、X方向に安定した駆動力を得ることができる。
Further, since the two-dimensional movement of the second moving
Further, since the gap S is provided, the distance between the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態の偏光解消装置101について説明する。図4は本実施形態の偏光解消装置101の概略正面図である。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、Y方向駆動用第2磁石162とY方向駆動用第1磁石124である。他の部分は同様であるので同様な符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, the
Y方向駆動用第2磁石162は、第1実施形態と同様に、枠部材61の下面のX方向の両端部に取り付けられているが、両端それぞれがN極とS極とを有している。
Y方向駆動用第1磁石124は、下板部23の上面(Yプラス側の面)の長手方向の両側において複数のN極とS極とが交互に配置されている。
そして、図4に示すように、固定部11と第1移動部20と第2移動部60とのX方向の中心が一致した状態で、Y方向駆動用第2磁石162と、Y方向駆動用第1磁石124とは、N極同士が対向し、S極同士が対向し、反発力が生じている。
Similarly to the first embodiment, the Y-direction driving
The
Then, as shown in FIG. 4, with the X direction centers of the fixed
第2移動部60が第1移動部20に対してX方向に移動すると、Y方向駆動用第2磁石162と、Y方向駆動用第1磁石124とは、N極とS極が対向し、吸引力が生じる。
しかし、第2移動部60が第1移動部20に対してさらにX方向に移動すると、再度、N極同士が対向し、S極同士が対向し、反発力が生じる。すなわち、第2移動部60の第1移動部20に対するX方向の移動により、反発力と吸引力とが交互に生じて、第2移動部60は第1移動部20に対してY方向に振動する。
When the second moving
However, when the second moving
このように、第2実施形態において、第2移動部60のX方向の速度が0になった場合であっても、第2移動部60はY方向に振動しているので、第2移動部60の固定部11に対する速度が完全に0となって静止した状態とならない。
したがっては、第1実施形態と同様に、第2移動部60の固定部11に対するX方向の速度が0になったときに、第2移動部60は固定部11に対してY方向に移動しているので、第2移動部60の固定部11に対する速度が完全にゼロになりにくいのでスペックルが観察されにくい。
Thus, in the second embodiment, even if the speed in the X direction of the second moving
Therefore, as in the first embodiment, when the speed of the second moving
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、第1実施形態では、固定部11と第1移動部20と第2移動部60とのX方向の中心が一致した状態で、Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24とが、互いにN極同士が対向するように配置したが、これに限定されず、S極同士が対向するようにしてもよい。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this.
For example, in the first embodiment, the Y-direction driving
また、固定部11と第1移動部20と第2移動部60とのX方向の中心が一致した状態で、Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24とは、N極とS極とが対向するように配置する配置してもよい。
この場合、Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24との間には吸引力が発生する。吸引力はコイルばね50の引っ張り力のY方向成分を打ち消すことになるが、この吸引力によっても、第2移動部60をY方向に駆動することができる。
In addition, the Y-direction driving
In this case, an attractive force is generated between the second Y-
さらに、Y方向駆動用第2磁石62とY方向駆動用第1磁石24とを設けない場合であっても、コイルばね50の復元力Fbの第1のY方向上向き成分のみで、第2移動部60をY方向に駆動することができる。
Further, even when the Y-direction driving
1,101 偏光解消装置
10 偏光解消素子
10a 反射面
11 固定部
13 板ばね
20 第1移動部
24,124 Y方向駆動用第1磁石
30 VCM
31 コイル
32 X方向駆動用磁石
40 制御部
41 電源部
50 コイルばね
60 第2移動部
61 枠部材
62,162 Y方向駆動用第2磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101
31
Claims (6)
前記固定部に対して第1方向に移動可能に取り付けられた第1移動部と、
前記第1移動部を前記第1方向に振動させるアクチュエータと、
光解消素子を保持するとともに、前記第1移動部の内部に弾性部材を介して垂下された第2移動部と、
を備える偏光解消装置。 A fixed part;
A first moving part attached to the fixed part so as to be movable in a first direction;
An actuator that vibrates the first moving part in the first direction;
A second moving unit that holds the light cancellation element and is suspended inside the first moving unit via an elastic member;
A depolarizer.
請求項1に記載の偏光解消装置。 The elastic member is a coil spring;
The depolarizing apparatus according to claim 1.
前記第1移動部の、前記下面と対向する対向面における前記第1方向の両端と、には、
それぞれ磁石が取り付けられている、
請求項1または2に記載の偏光解消装置。 Both ends of the first direction on the lower surface of the second moving part;
In both ends of the first direction on the facing surface of the first moving unit facing the lower surface,
Each has a magnet attached,
The depolarizing apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の偏光解消装置。 Magnets having different polarities are alternately arranged between the magnets attached to both sides of the facing surface of the first moving unit,
The depolarizing apparatus according to claim 3.
請求項1から4のいずれか1項に記載の偏光解消装置。 The actuator is a voice coil motor.
The depolarization apparatus of any one of Claim 1 to 4.
請求項1から5のいずれか1項に記載の偏光解消装置。 The depolarizing apparatus according to claim 1, wherein the first moving unit is held by a leaf spring with respect to the fixed unit.
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