KR102639392B1 - 광 편향 소자, 표시 장치 및 촬상 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 고해상도 래스터 스캔이 가능한 소형 광 편향 소자를 실현하는 것이다.
제 1 광학 소자(광섬유부(120)와 제 1 렌즈부(121))와, 제 1 광학 소자의 광 출사 측 단부를 제 1 방향으로 진동시키도록 제 1 광학 소자의 광 입사 측 단부에 설치된 진동인가부(제 1 액추에이터부(111))와, 제 1 방향과 다른 방향인 제 2 방향으로 상기 제 1 광학 소자보다 저속으로 운동하는 제 2 광학 소자(제 2 렌즈부(122))를 구비한 광 편향 소자(100)로 한다.
제 1 광학 소자(광섬유부(120)와 제 1 렌즈부(121))와, 제 1 광학 소자의 광 출사 측 단부를 제 1 방향으로 진동시키도록 제 1 광학 소자의 광 입사 측 단부에 설치된 진동인가부(제 1 액추에이터부(111))와, 제 1 방향과 다른 방향인 제 2 방향으로 상기 제 1 광학 소자보다 저속으로 운동하는 제 2 광학 소자(제 2 렌즈부(122))를 구비한 광 편향 소자(100)로 한다.
Description
본 발명은 광 편향 소자, 표시 장치 및 촬상 장치에 관한 것이다.
최근 소형인 동시에 또한 경량인 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 개발이 활발히 진행되고 있다.
헤드 마운트 디스플레이에 적용되는 표시 방식으로서는, 일반적으로 마이크로 디스플레이 방식, MEMS 미러 방식 및 파이버 스캐닝 방식이 알려져 있다.
그러나 마이크로 디스플레이 방식은 다른 방식보다 소형화 및 경량화가 곤란하고, MEMS 미러 방식은 반사형이기 때문에 소형화가 더욱 곤란하여, 파이버 스캐닝 방식이 주목되고 있다.
종래 기술의 일례인 특허문헌 1에는, 1차원 이동용 광학대를 2대 사용한 2차원 광 주사 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 수평 방향으로 구동하는 렌즈와 수직 방향으로 구동하는 렌즈를 사용한 광 주사를 실현하는 기술이 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술에 따르면 질량이 큰 렌즈를 구동시키기 때문에 고주파에서 구동하는 것이 곤란하다.
따라서 고해상도 래스터 스캔 실현이 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 내용을 감안하여, 고해상도 래스터 스캔이 가능한 소형 광 편향 소자를 실현하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고 목적을 달성할 본 발명의 일 양태는, 제 1 광학 소자, 상기 제 1 광학 소자의 광 출사 측 단부를 제 1 방향으로 진동시키도록 상기 제 1 광학 소자의 광 입사 측 단부에 설치된 진동인가부, 상기 제 1 방향과 다른 방향인 제 2 방향으로 상기 제 1 광학 소자보다 저속으로 운동하는 제 2 광학 소자를 구비한 광 편향 소자이다.
상기 구성의 광 편향 소자에 있어서는, 상기 제 2 광학 소자는 렌즈에 의해 실현할 수 있다.
상기 구성의 광 편향 소자에 있어서는, 상기 제 1 광학 소자의 상기 제 2 광학 소자 측 단부에 집광부를 구비할 수 있다.
상기 구성의 광 편향 소자는, 상기 제 1 광학 소자가 공진 진동수로 진동함으로써 실현할 수 있다.
상기 구성의 광 편향 소자에 있어서는, 상기 제 1 광학 소자는, 도광로인 광섬유를 포함함으로써 실현할 수 있다.
상기 구성의 광 편향 소자에 있어서, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 거의 수직으로 함으로써 실현할 수 있다.
상기 구성의 광 편향 소자는, 표시 장치 또는 촬상 장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고해상도 래스터 스캔이 가능한 소형 광 편향 소자를 실현할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 광 편향 소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 광 편향 소자를 제어하는 제어계의 구성을 도시한 기능 블록도이다.
도 3(a)는 제 1 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 3(b)는 제 1 액추에이터부에 의해 제 1 렌즈부가 제 1 방향의 양의 방향, 즉 y축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 4(a)는 제 2 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 4(b)는 제 2 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 제 2 방향의 양의 방향, 즉 x축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 5(a)는 제 3 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 5(b)는 제 3 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 z축의 음의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이며, 도 5(c)는 제 3 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 z축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 실시형태에 따른 광 편향 소자가 수행하는 2차원 이미지를 묘화할 때의 래스터 스캔을 설명하는 도면이다.
도 7(a), (b), (c)는 제 1 렌즈부의 형상을 예시한 도면이다.
도 8은 실시형태에 따른 광 편향 소자를 적용한 헤드 마운트 디스플레이의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 광 편향 소자를 제어하는 제어계의 구성을 도시한 기능 블록도이다.
도 3(a)는 제 1 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 3(b)는 제 1 액추에이터부에 의해 제 1 렌즈부가 제 1 방향의 양의 방향, 즉 y축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 4(a)는 제 2 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 4(b)는 제 2 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 제 2 방향의 양의 방향, 즉 x축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 5(a)는 제 3 액추에이터부가 구동되지 않을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이고, 도 5(b)는 제 3 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 z축의 음의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이며, 도 5(c)는 제 3 액추에이터부에 의해 제 2 렌즈부가 z축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자를 도시한 단면도이다.
도 6은 실시형태에 따른 광 편향 소자가 수행하는 2차원 이미지를 묘화할 때의 래스터 스캔을 설명하는 도면이다.
도 7(a), (b), (c)는 제 1 렌즈부의 형상을 예시한 도면이다.
도 8은 실시형태에 따른 광 편향 소자를 적용한 헤드 마운트 디스플레이의 장착 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다.
단, 본 발명은 이하 실시형태에 기재된 내용에 의해 한정 해석되는 것은 아니다.
<실시형태>
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 광 편향 소자(100)는, 광원(200)으로부터의 빛을 편향시켜 이미지(201)를 표시한다.
도 1에 도시된 광 편향 소자(100)는 베이스부(101), 지지부(102), 제 1 액추에이터부(111), 제 2 액추에이터부(112), 제 3 액추에이터부(113), 광섬유부(120), 집광부로서의 제 1 렌즈부(121), 제 2 렌즈부(122)를 구비한다.
도 1에 있어서 좌표는 오른손 좌표계로 정의되고, 광 입사 측으로부터 광 출사 측 방향을 z축의 양의 방향으로 정의하고 z방향에 수직인 xy평면에 있어서 y축 방향을 제 1 방향(131)으로 정의하며 x축 방향을 제 2 방향(132)으로 정의한다.
단 제 1 방향(131)과 제 2 방향(132)은 다른 방향이면 되고, 거의 수직인 것이 바람직하다.
베이스부(101)는, 광원(200)으로부터의 빛이 광섬유부(120)에 도입 가능하게 구성된 원기둥상 부재이다.
여기에서는 베이스부(101)와 접속된 광섬유부(120)의 단부를 광섬유부(120)의 광 입사 측 단부로 표현한다.
단, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니고, 광섬유부(120)는 베이스부(101) 내부까지 연장되어 있어도 되고 베이스부(101)를 관통해도 된다.
또한 베이스부(101)의 형상은 원기둥상에 한정되는 것은 아니다.
또한 광원(200)으로서는 레이저 다이오드를 예시할 수 있다.
베이스부(101)의 광 출사 측에는, 제 1 액추에이터부(111) 및 제 3 액추에이터부(113)가 탑재되어 있다.
지지부(102)는 예를 들면 판상 부재이고, 지지부(102)에는 제 2 렌즈부(122)가 탑재된다.
도 1에 도시된 형태에서 지지부(102)는 2개의 판상 부재이고, 서로 마주하여 제 2 렌즈부(122)를 지지하고 있다.
단, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니고, 지지부(102)를 구성하는 부재의 개수는 2개가 아니어도 되며 1개 이상이면 된다.
도 1에는 제 2 렌즈부(122)가 플랜지를 통해서 지지부(102)에 접속되는 형태를 예시하고 있지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니며, 지지부(102)와 제 2 렌즈부(122)는 플랜지를 통하지 않고 직접 접속되어 있어도 된다.
제 1 액추에이터부(111)는, 자유단인 광섬유부(120)의 광 출사 측 단부를 운동에 의해 진동시키는 진동인가부이다.
제 1 액추에이터부(111)는, 베이스부(101) 및 광섬유부(120)에 접속되어 있다.
여기서 광 출사 측 단부의 진동 방향은, 제 1 방향(131)이다.
제 2 액추에이터부(112)는, 제 2 렌즈부(122)를 제 2 방향(132)으로 이동시키는 구동부이다.
제 2 액추에이터부(112)는, 제 3 액추에이터부(113)에 접속되어 있어도 된다.
또는 제 2 액추에이터부(112)가 장축 방향으로 연장되어, 제 2 액추에이터부(112)와 제 2 렌즈부(122)가 직접 접속되어 있어도 된다.
제 2 액추에이터부(112)가 제 3 액추에이터부(113) 및 제 2 렌즈부(122)에 직접 접속되어 있는 경우에는 지지부(102)가 설치되어 있지 않아도 된다.
제 3 액추에이터부(113)는 제 2 렌즈부(122)를 z방향으로 이동시키는 구동부이다.
본 발명에 있어서, 제 3 액추에이터부(113)는 설치되어 있지 않아도 된다.
제 3 액추에이터부(113)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 제 2 액추에이터부(112)는 베이스부(101)에 직접 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또한 제 2 액추에이터부(112)가 베이스부(101) 및 제 2 렌즈부(122)에 직접 접속되어 있는 경우에는, 지지부(102)가 설치되어 있지 않아도 된다.
제 1 액추에이터부(111), 제 2 액추에이터부(112) 및 제 3 액추에이터부(113)(이하, 이들을 '액추에이터부'라고 부르기로 한다)의 구동 원리로서는, 압전 구동, 정전 구동 및 전자기 구동을 예시할 수 있다.
예를 들면 압전 구동되는 압전 소자의 경우에는 굴곡 진동, 길이 진동, 확산 진동, 두께 미끄럼 진동 또는 두께 종진동 등의 진동 모드를 적용할 수 있다.
액추에이터부에 사용되는 소자의 형상 및 배치는, 적용할 진동 모드에 따라서 적절히 변경될 수 있다.
또한 액추에이터부의 형상은, 도 1에 도시된 판상에 한정되는 것은 아니다.
액추에이터부의 형상으로서, 광섬유부(120)를 내부로 통과시킨 원통 형상을 예시할 수 있다.
액추에이터부의 형상으로서 원통 형상을 채택한 경우에는 제조 시 위치 정렬이 용이해지는 이점이 있다.
또한 액추에이터부에 사용되는 소자의 개수는 도 1에 도시된 것에 한정되는 것은 아니다.
액추에이터부의 각 구성은 적어도 1개의 소자를 구비한다.
광섬유부(120)는, 광원(200)으로부터의 빛을 제 1 렌즈부(121)에 전달하는 도광로로서 기능하는 부재이다.
제 1 렌즈부(121)는 광섬유부(120)의 선단에 설치되어 광섬유부(120)에 의해 전달된 빛을 굴절시키는 부재로, 광섬유부(120)와 함께 제 1 광학 소자를 구성한다.
단, 광 편향 소자(100)의 용도에 따라서는 제 1 렌즈(121)가 설치되어 있지 않아도 된다.
제 1 광학 소자는 광 출사 측 단부를 자유단으로 하고, 광 입사 측 단부를 고정단으로 하는 캔틸레버를 형성하고 있다.
제 2 광학 소자인 제 2 렌즈부(122)는, 제 1 렌즈부(121)로부터의 빛을 굴절시키는 부재이다.
광섬유부(120)와 제 1 렌즈부(121), 제 2 렌즈부(122)에 의해 광원(200)으로부터의 빛을 편향시키는 것이 가능해진다.
또한 제 1 광학 소자의 광 출사 측 단부와 제 2 광학 소자의 상대 위치 변화에 의해 광원(200)으로부터의 빛을 편향시킬 수 있다.
캔틸레버를 형성하고 있는 광섬유부(120)에서는, 고정단 측에 배치된 제 1 액추에이터부(111)에 의한 가진이 증폭되어, 자유단 측인 제 1 렌즈부(121)의 진동 변위를 크게 할 수 있다.
또한 제 1 렌즈부(121)는, 보다 바람직하게는 광섬유부(120)와 제 1 렌즈부(121), 제 1 액추에이터부(111)와의 공진 주파수로 진동하기 때문에 안정된 고속 동작이 가능하여 화상의 흔들림을 억제할 수 있다.
단, 본 발명에 있어서 공진 주파수에는 공진 주파수의 근방도 포함되며, 공진 현상을 이용하여 진동 변위를 충분히 크게 할 수 있다면 어느 주파수여도 된다.
또한 진동 모드의 차수는 1에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)를 제어하는 제어계(140)의 구성을 도시한 기능 블록도이다.
도 2에 도시된 제어계(140)는 인터페이스부(141), 기억부(142), 파이버 스캐닝 제어부(143), 스팟 위치 산출부(144), 광원 제어부(145), 광원 구동부(146), DA 변환부(147), 액추에이터 구동부(148)를 구비한다.
인터페이스부(141)는, 표시할 이미지 데이터를 외부로부터 수신하고 기억부(142)에 송신한다.
기억부(142)는, 인터페이스부(141)로부터의 이미지 데이터를 기억한다.
기억부(142)는, 표시 변형을 저감하기 위한 보상에 필요한 데이터를 기억해도 된다.
파이버 스캐닝 제어부(143)는, 파이버 스캐닝 제어 정보를 스팟 위치 산출부(144) 및 DA 변환부(147)에 출력한다.
스팟 위치 산출부(144)는, 파이버 스캐닝 제어 정보를 바탕으로 스팟 위치를 산출하고 기억부(142)에 기억된 이미지 데이터를 판독하여 상기 이미지 데이터 및 스팟 위치 정보를 광원 제어부(145)에 출력한다.
광원 제어부(145)는, 이미지 데이터 및 스팟 위치 정보를 바탕으로 광원 제어 정보를 출력한다.
광원 구동부(146)는, 광원 제어 정보를 바탕으로 광원(200)을 구동한다.
DA 변환부(147)는, 파이버 스캐닝 제어 정보를 아날로그 데이터로 변환한다.
액추에이터 구동부(148)는, 아날로그 데이터로 변환된 파이버 스캐닝 제어 정보를 바탕으로 제 1 액추에이터부(111), 제 2 액추에이터부(112), 제 3 액추에이터부(113)를 구동한다.
다음으로 제 1 액추에이터부(111), 제 2 액추에이터부(112) 및 제 3 액추에이터부(113)에 의한 광 편향 소자(100)의 동작에 대하여 설명한다.
도 3(a)는 제 1 액추에이터부(111)가 구동되지 않을 때(비구동 시)의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이고, 도 3(b)는 제 1 액추에이터부(111)에 의해 제 1 렌즈부(121)가 제 1 방향(131)의 양의 방향, 즉 y축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이다.
도 3(a), (b)에 도시된 단면도는, x축을 횡단하는 yz면이다.
도 3(a), (b)에는 베이스부(101), 제 1 액추에이터부(111), 광섬유부(120), 제 1 렌즈부(121), 제 2 렌즈부(122), 광선 다발(202)이 도시되어 있다.
제 1 액추에이터부(111)가 광섬유부(120)의 고정단에 가진함으로써, 광섬유부(120)의 자유단에 설치된 제 1 렌즈부(121)는 제 1 방향(131)으로 고속으로 진동한다.
도 4(a)는 제 2 액추에이터부(112)가 구동되지 않을 때(비구동 시)의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이고, 도 4(b)는 제 2 액추에이터부(112)에 의해 제 2 렌즈부(122)가 제 2 방향(132)의 양의 방향, 즉 x축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이다.
도 4(a), (b)에 도시된 단면도는, y축을 횡단하는 xz면이다.
도 4(a), (b)에는 베이스부(101), 지지부(102), 광섬유부(120), 제 1 렌즈부(121), 제 2 렌즈부(122), 광선 다발(202)이 도시되어 있다.
제 2 액추에이터부(112)가 지지부(102)를 통하여 제 2 렌즈부(122)를 움직이게 함으로써 제 2 렌즈부(122)는 제 2 방향(132)으로 제 1 렌즈부(121)보다 저속으로 운동한다.
도 3(a), (b) 및 도 4(a), (b)에 도시된 것과 같이 제 1 방향(131)으로는 고속으로 진동을 실시시키고, 제 2 방향(132)으로는 제 1 방향(131)보다 저속으로 운동시킬 수 있다.
제 1 방향(131)의 진동은, 보다 바람직하게는 광섬유부(120)와 제 1 렌즈부(121), 제 1 액추에이터부(111)의 공진 주파수로 수행된다.
최적의 공진 주파수는 광섬유부(120), 제 1 렌즈부(121) 및 제 1 액추에이터부(111)의 각각의 치수, 형상 및 질량 등에 의해 설계할 수 있다.
최적의 공진 주파수를 얻기 위해서 광섬유부(120), 제 1 렌즈부(121) 또는 제 1 액추에이터부(111)에 추가 더욱 접속되어 있어도 된다.
제 2 방향(132)의 운동은, 임의의 점으로의 이동과 정지, 단속적인 운동, 연속적인 운동 등 다양한 형태를 취할 수 있다.
또한 제 2 방향(132)의 운동을, 제 1 방향(131)의 진동과 동일하게 공진 주파수의 진동으로 하는 것도 가능하다.
이 경우에는 제 2 액추에이터부(112), 지지부(102), 제 2 렌즈부(122) 및 제 3 액추에이터부(113)의 각각의 치수, 형상 및 질량 등에 의해 최적의 공진 주파수를 설계할 수 있다.
최적의 공진 주파수를 얻기 위해서 제 2 액추에이터부(112), 지지부(102), 제 2 렌즈부(122) 또는 제 3 액추에이터부(113)에 추가 접속되어 있어도 된다.
도 5(a)는 제 3 액추에이터부(113)가 구동되지 않을 때(비구동 시)의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이고, 도 5(b)는 제 3 액추에이터부(113)에 의해 제 2 렌즈부(122)가 z축의 음의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이며, 도 5(c)는 제 3 액추에이터부(113)에 의해 제 2 렌즈부(122)가 z축의 양의 방향으로 이동했을 때의 광 편향 소자(100)를 도시한 단면도이다.
도 5(a), (b), (c)에는 베이스부(101), 지지부(102), 광섬유부(120), 제 1 렌즈부(121), 제 2 렌즈부(122), 광선 다발(202)이 도시되어 있다.
도 5(a), (b), (c)에 도시된 것과 같이 제 3 액추에이터부(113)에 의하면 제 1 렌즈부(121)와 제 2 렌즈부(122)의 거리를 조정할 수 있어, 초점 거리를 조정할 수 있다.
이상 설명한 것과 같이 광선 다발(202)은, 제 1 방향(131)으로는 고속으로 주사되고 제 2 방향(132)으로는 제 1 방향(131)보다 저속으로 주사되어, 래스터 스캔을 실현할 수 있다.
도 6은 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)가 수행하는 2차원 이미지를 묘화할 때의 래스터 스캔을 설명하는 도면이다.
상술한 것과 같이 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)는, 제 1 방향(131)에 있어서는 고속으로 빛을 주사하고 제 2 방향(132)에 있어서는 제 1 방향(131)보다 저속으로 빛을 주사하는 것이 가능하다.
따라서 도 6에 도시된 것과 같이 제 1 방향(131)에 있어서의 1차원적인 주사에 의해 제 1 방향(131)으로 주사선을 생성하고, 제 2 방향으로 이동해서 제 1 방향(131)에 있어서의 1차원적인 주사에 의해 제 1 방향(131)으로 주사선을 생성한다.
이와 같은 동작을 반복함으로써 도 6에 도시된 것과 같이 2차원 이미지를 묘화할 수 있다.
더욱이 제 3 액추에이터부(113)를 이용한 초점 거리 조정에 의해 3차원 이미지를 묘화할 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)가 구비한 제 1 렌즈부(121)의 형상은 특정 형상에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상이 적용될 수 있다.
도 7(a), (b), (c)는 제 1 렌즈부(121)의 형상을 예시한 도면이다.
도 7(a)에 도시된 제 1 렌즈부(121a)는, 선단이 뾰족한 원추상 렌즈이다.
도 7(b)에 도시된 제 1 렌즈부(121b)는, 선단이 거의 구형상인 렌즈이다.
도 7(c)에 도시된 제 1 렌즈부(121c)는, 선단이 둥그스름한 원추상 렌즈이다.
본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)에는 제 1 렌즈부(121a, 121b, 121c) 중 어느 것도 적용 가능하다.
또한 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)가 구비한 제 1 렌즈부(121)의 재질에 대해서도, 특정 재질에 한정되는 것은 아니다.
제 1 렌즈부(121)는, 굴절률 분포형 렌즈에 의해 구성되어 있어도 되고 조립 렌즈여도 된다.
또한 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)가 구비한 제 2 렌즈부(122)의 형상도 제 1 렌즈부(121)와 마찬가지로 특정 형상에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상이 적용될 수 있다.
또한 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)가 구비한 제 2 렌즈부(122)의 재질에 대해서도, 제 1 렌즈부(121)와 마찬가지로 특정 재질에 한정되는 것은 아니다.
제 2 렌즈부(122)는 굴절률 분포형 렌즈에 의해 구성되어 있어도 되고 조립 렌즈여도 된다.
제 1 렌즈부(121) 및 제 2 렌즈부(122)는 광 편향 소자(100)의 용도에 따라서 선정되고, 광 편향 소자(100)의 용도에 따라서는 제 1 렌즈부(121)가 설치되어 있지 않아도 된다.
제 1 광학 소자의 공진 주파수를 높이고 주사 속도를 향상시키기 위해서는, 제 1 렌즈부(121)로서 보다 경량인 렌즈를 적용하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)에 따르면, 파이버 스캐닝 방식에 의해 고해상도 래스터 스캔을 실현할 수 있다.
광 편향 소자(100)를 적용 가능한 표시 장치로서는 헤드 마운트 디스플레이를 예시할 수 있다.
도 8은 본 실시형태에 따른 광 편향 소자(100)를 적용한 헤드 마운트 디스플레이(300)의 장착 상태를 도시한 도면이다.
도 8에는 유저(400)에 장착된 상태의 헤드 마운트 디스플레이(300)의 단면이 도시되어 있다.
도 8에 도시된 헤드 마운트 디스플레이(300)는 광 편향 소자(100), 템플부(301), 제어 IC(302), 레이저 다이오드(303), 외부 렌즈(304), 도광부(305)를 구비하고, 템플부(301)가 귀(401)에 걸쳐짐으로써 유저(400)에 장착되어 있다.
제어 IC(302), 레이저 다이오드(303) 및 외부 렌즈(304)는 템플부(301) 내에 탑재되어 있다.
제어 IC(302)는 도 2에 도시된 제어계(140)에 대응되고, 레이저 다이오드(303)는 도 1, 2에 도시된 광원(200)에 대응된다.
외부 렌즈(304)는 광 편향 소자(100)의 외부에 설치되어, 광 편향 소자(100)로부터 출사된 빛을, 도광부(305) 입사 전에 성형하는 투영 렌즈이다.
외부 렌즈(304)에 의해 화각 등 투영 형상을 변경할 수 있다.
외부 렌즈(304)에서 성형된 빛은 도광부(305)에 입사하고, 도광부(305) 내에서 유저(400)의 우측 눈(402) 앞까지 전달된다.
도광부(305)는 우측 눈(402) 앞에 배치되는 부분이 하프 미러로 되어 있고, 유저(400)는 헤드 마운트 디스플레이(300)가 표시하는 이미지를 시인하는 동시에 전방을 시인하는 것이 가능하다.
본 실시형태에 따르면 종래보다 해상도가 높은 헤드 마운트 디스플레이를 실현할 수 있다.
또한 본 실시형태에 있어서는 광 편향 소자(100)의 적용예로서 표시 장치만 설명했지만 광 편향 소자(100)는 촬상 장치에도 적용할 수 있다.
광원(200)을 대신하여 포토 다이오드 등 광전 변환 소자를 배치함으로써 촬상하여, 촬상 장치를 실현하는 것이 가능하다.
피사체는, 피사체로부터의 빛이 제 2 광학 소자, 제 1 광학 소자, 광전 변환 소자의 순서로 진행하도록 배치된다.
즉 촬상 장치에 있어서의 빛의 진행 방향은, 표시 장치에 있어서의 빛의 진행 방향과 반대이다.
또한 촬상 장치에서 외부 렌즈는 대물 렌즈이다.
종래 헤드 마운트 디스플레이에 적용되는 표시 방식 중 마이크로 디스플레이 방식은 소형화 및 경량화가 곤란하고, MEMS 미러 방식은 반사형이기 때문에 소형화가 더욱 곤란했다.
한편 종래의 파이버 스캐닝 방식에서는 래스터 스캔이 곤란하여 휘도가 불균일해지는 동시에 또한 주사 형상을 사각형으로 하기 위해서는 복잡한 구동 제어를 필요로 한다는 문제가 있었다.
또한 종래 기술로서 수평 방향으로 구동되는 렌즈 및 수직 방향으로 구동되는 렌즈 중 어느 것도 액추에이터에 의해 구동되는 광 주사 장치가 알려져 있다.
그러나 이 광 주사 장치에서는, 렌즈의 질량에 기인하여 고주파 구동이 곤란했기 때문에 고해상도 래스터 스캔을 실현하는 것은 곤란하였다.
이상 설명한 것과 같이 본 실시형태에 따르면 고해상도 래스터 스캔이 가능한 소형 광 편향 소자를 실현할 수 있다.
본 실시형태에 있어서는 주사선이 주사하는 영역의 단부를 비표시 영역으로 하고, 단부를 제외한 영역을 표시 영역으로 하는 것이 바람직하다.
주사선이 주사하는 영역의 단부를 비표시 영역으로 하고 단부를 제외한 영역을 표시 영역으로 하면 표시 영역에 있어서의 표시 화상의 변형을 저감할 수 있다.
또한 본 실시형태는 광 섬유에 설치된 제 1 렌즈부와 제 2 렌즈부에 의해 실현할 수 있기 때문에 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 상술한 구성에 대해서 구성 요소를 부가하거나 삭제 또는 전환한 다양한 변형예도 포함하는 것으로 한다.
100: 광 편향 소자
101: 베이스부
102: 지지부
111: 제 1 액추에이터부
112: 제 2 액추에이터부
113: 제 3 액추에이터부
120: 광섬유부
121, 121a, 121b, 121c: 제 1 렌즈부
122: 제 2 렌즈부
131: 제 1 방향
132: 제 2 방향
140: 제어계
141: 인터페이스부
142: 기억부
143: 파이버 스캐닝 제어부
144: 스팟 위치 산출부
145: 광원 제어부
146: 광원 구동부
147: DA 변환부
148: 액추에이터 구동부
200: 광원
201: 이미지
202: 광선 다발
300: 헤드 마운트 디스플레이
301: 템플부
302: 제어 IC
303: 레이저 다이오드
304: 외부 렌즈
305: 도광부
400: 유저
401: 귀
402: 우측 눈
403: 코
101: 베이스부
102: 지지부
111: 제 1 액추에이터부
112: 제 2 액추에이터부
113: 제 3 액추에이터부
120: 광섬유부
121, 121a, 121b, 121c: 제 1 렌즈부
122: 제 2 렌즈부
131: 제 1 방향
132: 제 2 방향
140: 제어계
141: 인터페이스부
142: 기억부
143: 파이버 스캐닝 제어부
144: 스팟 위치 산출부
145: 광원 제어부
146: 광원 구동부
147: DA 변환부
148: 액추에이터 구동부
200: 광원
201: 이미지
202: 광선 다발
300: 헤드 마운트 디스플레이
301: 템플부
302: 제어 IC
303: 레이저 다이오드
304: 외부 렌즈
305: 도광부
400: 유저
401: 귀
402: 우측 눈
403: 코
Claims (9)
- 제 1 광학 소자와,
상기 제 1 광학 소자의 광 출사 측 단부를 제 1 방향으로 진동시키도록 상기 제 1 광학 소자의 광 입사 측 단부에 설치된 제 1 액추에이터부와,
상기 제 1 광학 소자의 광 출사 측에 배치되는 제 2 광학 소자와,
상기 제 2 광학 소자를 상기 제 1 방향과 다른 방향인 제 2 방향으로 상기 제 1 광학 소자보다 저속으로 운동하도록 하는 제 2 액추에이터부와,
상기 제 2 광학 소자를 상기 제 1 및 제 2 방향과 다른 방향인 제 3 방향으로 운동하도록 하는 제 3 액추에이터부와,
상기 제 1 광학 소자가 접속되는 베이스부와,
상기 제 2 광학 소자를 지지하는 지지부
를 구비하고,
상기 제 3 액추에이터부는 상기 베이스부에 접속되고,
상기 지지부는 상기 제 3 액추에이터부에 접속되고,
상기 제 2 액추에이터부는 상기 지지부에 접속되는 광 편향 소자.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 광학 소자가 렌즈인 광 편향 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 광학 소자의 상기 제 2 광학 소자 측 단부에 집광부를 구비한 광 편향 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 광학 소자가 공진 진동수로 진동하는 광 편향 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 광학 소자는, 도광로인 광섬유를 포함하는 광 편향 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향과 상기 제 3 방향은, 서로 수직인 광 편향 소자.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 광 편향 소자를 구비한 표시 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 광 편향 소자; 및
상기 광 편향 소자의 외부에 설치되어, 상기 광 편향 소자로부터 출사된 빛을 성형하는 외부 렌즈
를 구비한 촬상 장치.
- 삭제
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|---|---|
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2020
- 2020-12-22 JP JP2020212595A patent/JP7478658B2/ja active Active
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2021
- 2021-05-10 KR KR1020210059845A patent/KR102639392B1/ko active IP Right Grant
- 2021-07-23 US US17/384,196 patent/US20220197016A1/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP7478658B2 (ja) | 2024-05-07 |
| US20220197016A1 (en) | 2022-06-23 |
| KR20220090376A (ko) | 2022-06-29 |
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