WO2016194513A1 - 光走査制御装置 - Google Patents

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WO2016194513A1
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light
control device
optical scanning
incident
dimming
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Inventor
豊樹 田中
浩一 下山
隆彦 西山
Original Assignee
ミツミ電機株式会社
豊樹 田中
浩一 下山
隆彦 西山
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Application filed by ミツミ電機株式会社, 豊樹 田中, 浩一 下山, 隆彦 西山 filed Critical ミツミ電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/02—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes by tracing or scanning a light beam on a screen
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning control device.
  • the optical scanning control device includes first detection means for directly detecting light emitted from the light source without going through the optical system, and second detection means for detecting light emitted from the light source through the optical system. . And based on the detection result of a 1st detection means or a 2nd detection means, the power adjustment of a laser beam can be performed (for example, refer patent document 1).
  • a dimming means is arranged on the optical path to the screen, and the light incident on the dimming means is dimmed and transmitted so that the luminance on the screen can be adjusted to an appropriate value.
  • an object of an embodiment of the present invention is to provide an optical scanning control device capable of attenuating unnecessary light reflected by a dimming means.
  • the light scanning control device (1) includes a light reducing means (24) for reducing and transmitting light emitted from the laser (211R, 211G, 211B), and the light reducing means.
  • the antireflection structure (70) has two surfaces forming a V shape therein. The reflected light is incident on the inside of the antireflection structure (70) through the entrance (730x) and attenuated. *
  • an optical scanning control device capable of attenuating unnecessary light reflected by the dimming means.
  • FIG. 1 is an external view (part 1) illustrating an optical scanning control device according to an embodiment; It is an external view (the 2) which illustrates the optical scanning control apparatus which concerns on this Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating an optical scanning unit constituting the optical scanning control device.
  • 3 and 4 are external views illustrating the optical scanning control apparatus according to this embodiment.
  • the optical scanning control device 1 includes, as main components, a circuit unit 10, a light source unit 20, an optical scanning unit 30, an optical unit 40, a screen 50, and a light quantity detection sensor 60. It is stored in the body 100.
  • the optical scanning control device 1 is, for example, a laser scanning projector.
  • the circuit unit 10 is a part that controls the light source unit 20 and the optical scanning unit 30, and can be configured by, for example, a system controller 11, a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • a system controller 11 a CPU (Central Processing Unit) 12, various driving circuits, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • the light source unit 20 includes an LD module 21, a temperature control unit 22, a temperature sensor 23, and a neutral density filter 24.
  • the LD module 21 includes lasers 211R, 211G, and 211B that change the amount of light emitted according to the current value, a light amount detection sensor 215 that monitors the most recent light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the like.
  • the laser 211R is, for example, a red semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ R (for example, 640 nm).
  • the laser 211G is, for example, a green semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ G (for example, 530 nm).
  • the laser 211B is, for example, a blue semiconductor laser, and can emit light having a wavelength ⁇ B (for example, 445 nm).
  • As the light quantity detection sensor 215, for example, a photodiode or the like can be used.
  • the light quantity detection sensor 215 can be disposed at an arbitrary position where the light quantity before passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the temperature control unit 22 can control the lasers 211R, 211G, and 211B to a predetermined temperature.
  • the temperature sensor 23 can detect the temperatures of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • a Peltier element can be used.
  • a thermistor can be used.
  • the neutral density filter 24 is disposed in front of the mirror 310, and the light (the combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B is incident thereon.
  • the neutral density filter 24 has a function of adjusting the luminance on the screen 50 by dimming and transmitting incident light.
  • an ND (Neutral-Density) filter, a liquid crystal element, a polarizing filter, or the like can be used.
  • the neutral density filter 24 is disposed to be inclined with respect to the optical axis of the incident light, and the light that does not pass through (the attenuated light) is absorbed or reflected by the neutral density filter 24.
  • the neutral density filter 24 is a typical example of the neutral density unit according to the present invention.
  • the optical scanning unit 30 is, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) that drives the mirror 310 with a piezoelectric element.
  • the mirror 310 reflects the light (combined light) emitted from the lasers 211R, 211G, and 211B, scans the incident light in two dimensions in the horizontal and vertical directions according to the video signal, and couples it to the screen 50. It functions as scanning means for imaging.
  • the mirror 310 is supported from both sides by torsion beams 331 and 332 constituting an axis.
  • Drive beams 351 and 352 are provided in pairs so as to sandwich the mirror 310 in a direction orthogonal to the torsion beams 331 and 332.
  • the mirror 310 can be swung around the axis with the torsion beams 331 and 332 as axes.
  • the direction in which the mirror 310 swings about the axes of the torsion beams 331 and 332 is hereinafter referred to as the horizontal direction.
  • the horizontal displacement sensor 391 is a sensor that detects the horizontal tilt of the mirror 310 when the mirror 310 is oscillating in the horizontal direction.
  • driving beams 371 and 372 are provided in pairs outside the driving beams 351 and 352.
  • the piezoelectric element formed on each surface of the drive beams 371 and 372 can swing the mirror 310 in the vertical direction, which is a direction orthogonal to the horizontal direction.
  • the vertical displacement sensors 395 and 396 are sensors that detect the vertical inclination of the mirror 310 in a state where the mirror 310 is swinging in the vertical direction.
  • the optical scanning unit 30 is mounted on a ceramic package together with a drive circuit and the like, and is covered with a ceramic cover.
  • the optical unit 40 is an optical system for projecting the light scanned by the light scanning unit 30 onto the screen 50.
  • the mirror 43, the concave mirror 44, etc. can be included.
  • a lens may be used instead of the reflecting mirror.
  • the light incident on the optical unit 40 from the optical scanning unit 30 is converted into substantially parallel light by the concave mirror 44 and forms an image on the screen 50, and an image corresponding to the video signal is drawn on the screen 50.
  • the screen 50 is provided with, for example, a microlens array in order to remove the noise of the image that looks grainy called speckle.
  • each microlens constituting the microlens array corresponds to a pixel of the display, and the irradiated laser beam is desirably equal to or smaller than the size of the microlens.
  • the light quantity detection sensor 60 is disposed at a position where the light quantity after passing through the neutral density filter 24 can be detected.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B after passing through the neutral density filter 24.
  • As the light quantity detection sensor 60 for example, one or a plurality of photodiodes can be used.
  • the light quantity detection sensor 60 is a typical example of the light quantity detection means according to the present invention.
  • the system controller 11 can control the deflection angle of the mirror 310.
  • the system controller 11 monitors, for example, the horizontal and vertical inclinations of the mirror 310 obtained by the horizontal displacement sensor 391 and the vertical displacement sensors 395 and 396 via the buffer circuit 13, and sends an angle control signal to the mirror drive circuit 14.
  • the mirror drive circuit 14 supplies a predetermined drive signal to the drive beams 351 and 352 and the drive beams 371 and 372 based on the angle control signal from the system controller 11 to drive (scan) the mirror 310 at a predetermined angle. can do.
  • the system controller 11 can supply a digital video signal to the laser drive circuit 15, for example.
  • the laser drive circuit 15 supplies a predetermined current to the lasers 211R, 211G, and 211B based on the video signal from the system controller 11. Accordingly, the lasers 211R, 211G, and 211B emit red, green, and blue light modulated according to the video signal, and a color image can be formed by combining these light.
  • the CPU 12 can monitor the emitted light quantity at the base of the lasers 211R, 211G, and 211B by the output of the light quantity detection sensor 215 and supply a light quantity control signal to the LD module 21, for example.
  • the lasers 211 ⁇ / b> R, 211 ⁇ / b> G, and 211 ⁇ / b> B are current-controlled so as to obtain a predetermined output (light quantity) based on the light quantity control signal from the CPU 12.
  • the light amount detection sensor 215 can include three sensors that independently detect the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B.
  • the light amount detection sensor 215 may be composed of only one sensor.
  • the emitted light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B can be controlled by sequentially emitting the lasers 211R, 211G, and 211B and sequentially detecting them with one sensor.
  • the CPU 12 can monitor the temperatures of the lasers 211 R, 211 G, and 211 B based on the output of the temperature sensor 23 and supply a temperature control signal to the temperature control circuit 16. Then, the temperature control circuit 16 supplies a predetermined current to the temperature control unit 22 based on the temperature control signal from the CPU 12. Thereby, the temperature control part 22 is heated or cooled, and it can control so that each laser may become predetermined
  • the light quantity detection sensor 60 detects the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the light amount detection sensor 215 for adjusting the light amount of each laser is mounted in the LD module 21 and is the root of the lasers 211R, 211G, and 211B (before passing through the neutral density filter 24). ) The amount of emitted light is detected.
  • the image actually displayed by the optical scanning control device 1 is based on the light imaged on the screen 50, there is a case where correct adjustment cannot be performed by adjustment based on the laser light quantity at the base.
  • the neutral density filter 24 since the neutral density filter 24 is provided on the optical path, the expected attenuation ratio cannot be obtained depending on the characteristics of the neutral density filter 24. Therefore, the amount of light after passing through the neutral density filter 24 is as expected. It may not be possible. Further, when there is a variation in the R / G / B dimming ratio of the neutral density filter 24, the white balance after passing through the neutral density filter 24 may be lost. Further, the characteristics of the optical scanning unit 30 may fluctuate due to temperature and aging degradation. Such a problem cannot be solved no matter how precisely the amount of light before passing through the optical scanning unit 30 is controlled by the light amount detection sensor 215.
  • a light quantity detection sensor 60 is provided as a light quantity detection means for detecting the light quantity after passing through the neutral density filter 24.
  • the detection result of the light quantity detection sensor 60 is input to the CPU 12 which is a control means, and the CPU 12 supplies a light quantity control signal for controlling the current value of each laser to the LD module 21 based on the light quantity detected by the light quantity detection sensor 60. Can do.
  • the light amount detection sensor 60 can independently detect the respective light amounts of the lasers 211R, 211G, and 211B, and the CPU 12 determines the current values of the respective lasers based on the respective light amounts detected by the light amount detection sensor 60. Can be controlled. (Anti-reflection structure for neutral density filter) Light components that are dimmed by the neutral density filter 24 and become unnecessary are absorbed or reflected, but it is impossible to completely eliminate the reflected light. Therefore, if the reflected light (stray light) is not appropriately processed, the reflected light may be further reflected by surrounding structures and reach the screen 50 to reduce the contrast of the image to be drawn.
  • the narrowed laser beam before entering the mirror 310 has a high energy density of light, and may be converted into heat, causing deterioration of the filter film constituting the neutral density filter 24.
  • a reflection-type neutral density filter 24 that does not deteriorate the filter film is used, and reflection is performed to easily absorb light so as not to generate stray light.
  • a prevention structure 70 is provided. Hereinafter, the antireflection structure 70 will be described in detail.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the antireflection structure of the neutral density filter according to this embodiment, and shows a cross section near the neutral density filter.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating the antireflection structure of the neutral density filter according to this embodiment, and shows the vicinity of the neutral density filter.
  • the laser light L emitted from the emission port 219 of the LD module 21 reaches the neutral density filter 24 and is separated into transmitted light L 1 and reflected light L 2 .
  • the transmitted light L 1 passes through the dust-proof cover glass 400 and travels toward the mirror 310, and finally becomes an image drawn on the screen 50, but the reflected light L 2 is dimmed unnecessary light.
  • This is an unnecessary light reflected light L 2 is the role of the anti-reflection structure 70 can be attenuated so as not directed back to the mirror 310.
  • the antireflection structure 70 two plates 710 and 720 whose inner side surface is a smooth surface with low reflectivity are combined in a wedge shape (V shape), and the reflected light L is reflected in the apex direction where the plates 710 and 720 are in contact with each other. 2 is incident.
  • the antireflection structure 70 is arranged so that the reflected light L 2 hits the top sides of the plates 710 and 720 that are in contact with each other.
  • the smooth surfaces of the plates 710 and 720 are preferably surfaces having low reflectance and low surface roughness (low scattering).
  • the plates 710 and 720 for example, absorption glass, glass with an absorption film, or a metal material subjected to black treatment (such as alumite or plating) can be used.
  • it may be a resin as the plate 710 and 720, since the plates 710 and 720 are heated by the reflected light L 2, it is preferable to use a glass or metal material having high heat resistance than the resin.
  • the plates 710 and 720 are drawn transparently (the same applies to FIG. 7 described later).
  • a plate 730 that reflected light L 2 is equipped with entrance 730x are holes that passes is provided in contact with one side of the plate 710 and 720.
  • two plates (not shown in FIGS. 5 and 6) are provided that form side surfaces so as to close the triangular openings formed by the plates 710, 720, and 730. That is, the antireflection structure 70 is sealed except for the entrance 730x, and the light can enter the inside of the antireflection structure 70 and can be emitted from the inside of the antireflection structure 70 to the outside. It is only when going through.
  • the antireflection structure 70 is held by a holding structure 410. Since the plate 710 and 720 of the anti-reflection structure 70 is heated by the reflected light L 2, the retention structure 410 is preferably formed by a thermally enhanced metal.
  • Reflected light L 2 which enters the anti-reflection structure 70 from the light inlet 730x is because it is absorbed by the smooth surface while the multiple reflection between the smooth surface of the plate 710 and 720, unnecessary emerging from the light inlet 730x There is very little light. That is, the anti-reflection structure 70 is provided, by sufficiently attenuated by ipecac reflected light L 2 generated in the neutral density filter 24 to the anti-reflection structure 70, it reaches unnecessary light to the screen 50, to draw the image The risk of lowering the contrast can be reduced.
  • the ratio of light absorbed by the smooth surface of the plate 710 and 720 may vary depending on the polarization direction of light incident on the smooth surface, P-polarized light the polarization direction of the reflected light L 2 is the smoothing surface of the plate 710 and 720 When many components are incident, the proportion of light absorbed by the smooth surface increases.
  • FIG. 7 shows a case where the installation direction of the smooth surfaces of the plates 710 and 720 is rotated by 90 ° with respect to FIG. By selecting one of the installation directions of FIG. 6 or FIG. 7 so that the polarization direction of the reflected light L 2 is incident on the smooth surfaces of the plates 710 and 720 so that a large amount of the P-polarized light component is incident on the smooth surfaces.
  • the ratio of light can be increased, and unnecessary light emitted from the entrance 730x can be further reduced.
  • the antireflection structure 70 has two smooth surfaces in which the top sides are in contact with each other to form a V shape, and is sealed except for the incident port 730x provided on the V-shaped opening side. .
  • the reflected light L 2 is incident from the light inlet 730x inside the anti-reflection structure 70, is attenuated between the two smooth surface is absorbed by the two smooth surface with multiple reflections.
  • the neutral density filter 24 may be composed of a single filter as shown in FIGS. 5 to 7. However, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of neutral density filters having different transmittances are slid. It is good also as a structure replaced. Thereby, it can be reduced to a necessary light quantity by selecting a neutral density filter according to the specification.
  • the neutral density filter 24 includes eight neutral density filters having different transmittances, and these are held by the holder 420.
  • a pair of shafts 430 parallel to each other are inserted through the holder 420, and the pair of shafts 430 are held by a pair of shaft holding portions 440 provided on both sides.
  • the neutral density filter 24 held by the holder 420 is configured to be movable in the direction of the arrow along the pair of shafts 430, and one neutral density filter corresponding to the specification is selected from eight different neutral density filters. it can.
  • the movement of the neutral density filter 24 can be performed by a stepping motor (not shown), for example.
  • At least one of the eight neutral density filters is preferably a transparent plate having no neutral density function. This is because by providing the transparent plate, it is possible to cope with specifications that do not reduce light. Further, when light passes through the neutral density filter inserted at an angle, the optical axis shift occurs due to the refractive index of the material of the neutral density filter. Therefore, the light beam shift amount is made equal regardless of which neutral density filter is selected. It is desirable. By providing the transparent plate, even if the specification is such that the light is not dimmed, the light can be transmitted through the transparent plate, so that the shift amount can be the same as when the neutral density filter is selected.
  • the neutral density filter 24 includes a plurality of neutral density filters having different transmittances
  • a liquid crystal element may be used as the neutral density filter 24.
  • the transmittance can be changed by controlling the applied voltage.
  • the mirror 310 Since the mirror 310 moves at a high speed, it may collide with dust floating in the air during operation and the dust may adhere to the movable part. Therefore, it is necessary to assemble in a clean environment free of dust and perform sealing to block out from the outside air.
  • the mirror 310 is mounted on a ceramic package, covered with a ceramic cover, and sealed with a dust-proof cover glass 400.
  • the cover glass 400 is a transparent plate that is disposed on the optical path between the neutral density filter 24 and the mirror 310 and forms a part of a member that seals the mirror 310.
  • the sealing volume becomes small and it is easy to suppress the mixing and generation of dust.
  • stray light may be caused if the reflected light from the cover glass 400 is not appropriately processed.
  • only the mirror 310 is sealed with the cover glass 400, the light reflected by the cover glass 400 is used effectively, and is used for correcting the wavelength variation of the neutral density filter 24. This will be described in detail below.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the monitoring of the reflected light of the cover glass.
  • the transmitted light L 1 that has passed through the neutral density filter 24 enters the cover glass 400. Since the cover glass 400 is designed to have a small transmission loss, most of the transmitted light L 1 is transmitted through the cover glass 400 and enters the mirror 310 as transmitted light L 3 . However, a part of the transmitted light L 1 is reflected by the cover glass 400 to become reflected light L 4 .
  • the cover glass 400 separates the scanning light L 5 scanned by the mirror 310 and the reflected light L 4 reflected by the cover glass 400 from the reference angle of the mirror 310 relative to the deflection angle with respect to the reference position of the mirror 310. Is arranged at a large inclination angle.
  • the light quantity detection sensor 60 is disposed at a position where the reflected light L 4 from the cover glass 400 is incident and the scanning light L 5 scanned by the mirror 310 is not incident.
  • the cover glass 400 may be arranged with an inclination angle larger than 3 degrees with respect to the reference position.
  • the inclination angle of the glass 400 with respect to the reference position is preferably about 23 degrees.
  • the cover glass 400 is responsible a role of sealing the mirror 310, a role of separation of the reflected light L 4 is a ray for the transmitted light L 3 and the light amount monitor is the light for drawing.
  • the light amount detection sensor 60 detects the light amount of the laser light including fluctuations in the characteristics of the neutral density filter 24 based on the light amount of the reflected light L 4 , and as a result, is actually displayed on the screen 50. It is possible to perform accurate light amount control corresponding to the image to be recorded.
  • the reflected light L 4 are so light before being scanned by the mirror 310, as compared with the case of monitoring the light after being scanned, it is preferable in that it can monitor the dense light quantity detection sensor 60.
  • the optical scanning control device according to the present invention can be applied to various devices that display an image on a screen.
  • Examples of such devices include an on-vehicle head-up display, a laser printer, a laser scanning epilator, a laser head lamp, and a laser radar.

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Abstract

　レーザから出射された光を減光して透過させる減光手段と、前記減光手段で反射した不要な反射光を減衰させる反射防止構造と、前記減光手段を透過した光を走査する走査手段と、を有する光走査制御装置。前記反射防止構造は、Ｖ字を形成する２つの面を内部に備える。前記反射光は、入射口から前記反射防止構造の内部に入射して減衰される。

Description

光走査制御装置
本発明は、光走査制御装置に関する。
レーザ光を走査して画像を表示する光走査制御装置が知られている。この光走査制御装置は、光源から発せられる光を光学系を介さずに直接検出する第１検出手段と、光源から発せられる光を光学系を介して検出する第２検出手段とを備えている。そして、第１検出手段又は第２検出手段の検出結果に基づいて、レーザ光のパワー調整を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、光走査制御装置の明るさ調整レンジを広くしようとすると、レーザの発光量調整だけでは、所望の明るさまで到達できない場合があった。そこで、スクリーンに至る光路上に減光手段を配し、減光手段に入射した光を減光して透過させ、スクリーン上の輝度を適切な値に調整可能とする方法が検討されている。
　ところが、上記の方法では、減光手段で反射する不要な光が生じる場合があり、この不要な光が周辺の構造物等で更に反射してスクリーンへ到達し、描画する映像のコントラストを低下させるおそれがあった。
特開２０１３－１１８５２号公報
上記の課題に鑑みて、本発明の一実施例は、減光手段で反射する不要な光を減衰させることが可能な光走査制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施例では、本光走査制御装置（１）は、レーザ（２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ）から出射された光を減光して透過させる減光手段（２４）と、前記減光手段（２４）で反射した不要な反射光を減衰させる反射防止構造（７０）と、前記減光手段（２４）を透過した光を走査する走査手段（３１０）と、を有する。前記反射防止構造（７０）は、Ｖ字を形成する２つの面を内部に備えている。前記反射光は、入射口（７３０ｘ）から前記反射防止構造（７０）の内部に入射して減衰される。　
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明の実施例によれば、減光手段で反射する不要な光を減衰させることが可能な光走査制御装置を提供できる。
本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。 光走査制御装置を構成する光走査部を例示する平面図である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その１）である。 本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図（その２）である。 本実施の形態に係る減光フィルタの反射防止構造を例示する断面図である。 本実施の形態に係る減光フィルタの反射防止構造を例示する斜視図である。 反射防止構造の設置方向について説明する図である。 減光フィルタの他の例について説明する図（その１）である。 減光フィルタの他の例について説明する図（その２）である。 カバーガラスの反射光のモニタについて説明する図である。
　　以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
　図１は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示するブロック図である。図２は、光走査制御装置を構成する光走査部を例示する平面図である。図３及び図４は、本実施の形態に係る光走査制御装置を例示する外観図である。
　（光走査制御装置の概略構成）
　まず、図１～図４を参照して、光走査制御装置１の概略構成について説明する。光走査制御装置１は、主要な構成要素として、回路部１０と、光源部２０と、光走査部３０と、光学部４０と、スクリーン５０と、光量検出センサ６０とを有し、これらは筐体１００に格納されている。光走査制御装置１は、例えば、レーザ走査型プロジェクタである。
　回路部１０は、光源部２０や光走査部３０を制御する部分であり、例えば、システムコントローラ１１やＣＰＵ（Central Processing Unit）１２、各種駆動回路等により構成することができる。
　光源部２０は、ＬＤモジュール２１と、温度制御部２２と、温度センサ２３と、減光フィルタ２４とを有する。
　ＬＤモジュール２１は、電流値に応じて出射する光量が変化するレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂや、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の直近の光量をモニタする光量検出センサ２１５等を備えている。レーザ２１１Ｒは、例えば、赤色半導体レーザであり、波長λＲ（例えば、６４０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｇは、例えば、緑色半導体レーザであり、波長λＧ（例えば、５３０ｎｍ）の光を出射することができる。レーザ２１１Ｂは、例えば、青色半導体レーザであり、波長λＢ（例えば、４４５ｎｍ）の光を出射することができる。光量検出センサ２１５としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。光量検出センサ２１５は、減光フィルタ２４を通過前の光量を検出できる任意の位置に配置することができる。
　温度制御部２２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを所定の温度に制御することができる。温度センサ２３は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の温度を検出することができる。温度制御部２２としては、例えば、ペルチェ素子を用いることができる。温度センサ２３としては、例えば、サーミスタを用いることができる。
　減光フィルタ２４は、ミラー３１０の前段に配置され、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）が入射する。減光フィルタ２４は、入射光を減光して透過させ、スクリーン５０上の輝度を調整する機能を有する。減光フィルタ２４としては、ＮＤ（Neutral Density）フィルタや液晶素子、偏光フィルタ等を用いることができる。減光フィルタ２４は、入射光の光軸に対して傾けて配置され、透過しない光（減光される光）は、減光フィルタ２４によって吸収若しくは反射される。減光フィルタ２４は、本発明に係る減光手段の代表的な一例である。
　光走査部３０は、例えば、圧電素子によりミラー３１０を駆動させるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）である。ミラー３１０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂから出射された光（合成後の光）を反射させ、映像信号に応じて入射光を水平方向及び垂直方向の２次元に走査してスクリーン５０に結像させる走査手段として機能する。
　具体的には、図２に示すように、ミラー３１０は、軸を構成する捻れ梁３３１及び３３２により両側から支持されている。捻れ梁３３１及び３３２と直交する方向に、ミラー３１０を挟むように、駆動梁３５１及び３５２が対をなして設けられている。駆動梁３５１及び３５２の夫々の表面に形成された圧電素子により、捻れ梁３３１及び３３２を軸として、ミラー３１０を軸周りに揺動させることができる。ミラー３１０が捻れ梁３３１及び３３２の軸周りに揺動する方向を、以後、水平方向と呼ぶ。駆動梁３５１及び３５２による水平駆動には、例えば共振振動が用いられ、高速にミラー３１０を駆動することができる。水平変位センサ３９１は、ミラー３１０が水平方向に揺動している状態におけるミラー３１０の水平方向の傾き具合を検出するセンサである。
　又、駆動梁３５１及び３５２の外側には、駆動梁３７１及び３７２が対をなして設けられている。駆動梁３７１及び３７２の夫々の表面に形成された圧電素子により、ミラー３１０を水平方向と直交する方向である垂直方向に揺動させることができる。垂直変位センサ３９５及び３９６は、ミラー３１０が垂直方向に揺動している状態におけるミラー３１０の垂直方向の傾き具合を検出するセンサである。なお、光走査部３０は、例えば、ユニット１５０（図３（ｂ）参照）において、駆動回路等と共にセラミックパッケージに搭載され、セラミックカバーに覆われている。
　光学部４０は、光走査部３０にて走査された光をスクリーン５０に投射するための光学系であり、例えば、図３（ｂ）等に示すように、反射ミラー４１、反射ミラー４２、反射ミラー４３、凹面ミラー４４等を含んで構成することができる。但し、必要に応じ、反射ミラーに代えてレンズを用いてもよい。光走査部３０から光学部４０に入射した光は、凹面ミラー４４により略平行光とされてスクリーン５０に結像し、スクリーン５０に映像信号に応じた画像が描画される。
　スクリーン５０は、スペックルと呼ばれる粒状に見える画像のノイズを除去するため、例えば、マイクロレンズアレイを備えている。この場合、マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズは、ディスプレイの画素に相当し、照射されるレーザビームはマイクロレンズのサイズに比べて等しいか、より小さいことが望ましい。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出できる位置に配置されている。光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後のレーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能である。光量検出センサ６０としては、例えば、１つ又は複数のフォトダイオード等を用いることができる。光量検出センサ６０は、本発明に係る光量検知手段の代表的な一例である。
　（光走査制御装置の概略動作）
　次に、光走査制御装置１の概略動作について説明する。システムコントローラ１１は、例えば、ミラー３１０の振れ角制御を行うことができる。システムコントローラ１１は、例えば、水平変位センサ３９１、垂直変位センサ３９５及び３９６で得られるミラー３１０の水平方向及び垂直方向の傾きをバッファ回路１３を介してモニタし、ミラー駆動回路１４に角度制御信号を供給することができる。そして、ミラー駆動回路１４は、システムコントローラ１１からの角度制御信号に基づいて、駆動梁３５１及び３５２、駆動梁３７１及び３７２に所定の駆動信号を供給し、ミラー３１０を所定角度に駆動（走査）することができる。
　又、システムコントローラ１１は、例えば、ディジタルの映像信号をレーザ駆動回路１５に供給することができる。そして、レーザ駆動回路１５は、システムコントローラ１１からの映像信号に基づいて、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂに所定の電流を供給する。これにより、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂが映像信号に応じて変調された赤色、緑色、及び青色の光を発し、これらを合成することでカラーの画像を形成することができる。
　ＣＰＵ１２は、例えば、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の出射光量を光量検出センサ２１５の出力によりモニタし、ＬＤモジュール２１に光量制御信号を供給することができる。レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂは、ＣＰＵ１２からの光量制御信号に基づいて、所定の出力（光量）になるように電流制御される。
　なお、光量検出センサ２１５は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量を独立に検出する３つのセンサを含む構成とすることができる。或いは、光量検出センサ２１５は、１つのセンサのみから構成してもよい。この場合には、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂを順次発光させて、１つのセンサで順次検出することで、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの出射光量の制御が可能となる。
　又、ＣＰＵ１２は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの温度を温度センサ２３の出力によりモニタし、温度制御回路１６に温度制御信号を供給することができる。そして、温度制御回路１６は、ＣＰＵ１２から温度制御信号に基づいて、温度制御部２２に所定の電流を供給する。これにより、温度制御部２２が加熱又は冷却され、各レーザが所定の温度になるように制御することができる。
　光量検出センサ６０は、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する。前述のように、各レーザの光量調整を実施するための光量検出センサ２１５はＬＤモジュール２１の中に実装されており、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの根元の（減光フィルタ２４を通過前の）出射光量を検出している。しかしながら、光走査制御装置１で実際に表示される画像はスクリーン５０に結像した光によるので、根元のレーザ光量による調整では正しい調整ができない場合がある。
　例えば、光路上に減光フィルタ２４を設けているので、減光フィルタ２４の特性によっては、期待通りの減光比が得られないことから、減光フィルタ２４を通過後の光量が期待通りにならない場合がある。又、減光フィルタ２４のＲ／Ｇ／Ｂ夫々の減光比にばらつきがある場合に至っては、減光フィルタ２４を通過後のホワイトバランスが崩れてしまうおそれがある。又、温度や経年劣化により、光走査部３０の特性が変動する場合もある。このような問題は、光量検出センサ２１５により、光走査部３０を通過前の光量を如何に精密に制御しても解決することはできない。
　そこで、光走査制御装置１では、減光フィルタ２４を通過後の光量を検出する光量検出手段として、光量検出センサ６０を設けている。光量検出センサ６０の検出結果は制御手段であるＣＰＵ１２に入力され、ＣＰＵ１２は光量検出センサ６０で検出した光量に基づいて、各レーザの電流値を制御する光量制御信号をＬＤモジュール２１に供給することができる。
　これにより、減光フィルタ２４の特性の変動を含めたレーザ光の光量を検出できるため、スクリーン５０に実際に表示される画像に対応した正確な光量制御を行うことが可能となる。なお、光量検出センサ６０は、レーザ２１１Ｒ、２１１Ｇ、及び２１１Ｂの夫々の光量を独立に検出可能であり、ＣＰＵ１２は、光量検出センサ６０で検出した夫々の光量に基づいて、夫々のレーザの電流値を制御すことができる。
（減光フィルタの反射防止構造）
　減光フィルタ２４で減光され不要となる光成分は、吸収若しくは反射されることになるが、反射光を完全になくすことは不可能である。そのため、反射光（迷光）を適切に処理しないと、反射光が周辺の構造物で更に反射しスクリーン５０へ到達して、描画する映像のコントラストを低下させるおそれがある。
　この対策として、減光フィルタ２４の光の吸収率を高く反射率を低くし、減光フィルタ２４自身で吸収させる方法も考えられる。しかし、ミラー３１０に入射する前の絞られたレーザ光は光のエネルギー密度が高く、熱に変換されて減光フィルタ２４を構成するフィルタ膜の劣化を生じさせるおそれがある。
　又、光のエネルギー密度を下げる観点から、ミラー３１０で走査した後の広がった光に吸収型の減光フィルタを入れる手法もある。しかし、この場合は、減光フィルタへの入射光が拡散する光となり、入射角度範囲が広くなるため、減光フィルタの減光率を入射角に依存せず均一にすることが困難である。
　本実施の形態では、このような問題点を解決するために、フィルタ膜が劣化しない反射型の減光フィルタ２４を用い、かつ、迷光を発生させないために簡易に光の吸収を行うための反射防止構造７０を設けている。以下、反射防止構造７０について詳説する。
　図５は、本実施の形態に係る減光フィルタの反射防止構造を例示する断面図であり、減光フィルタ近傍の断面を示している。又、図６は、本実施の形態に係る減光フィルタの反射防止構造を例示する斜視図であり、減光フィルタ近傍を示している。
　図５及び図６に示すように、ＬＤモジュール２１の出射口２１９から出射したレーザ光Ｌは、減光フィルタ２４に到達し、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２とに分離する。透過光Ｌ１は防塵用のカバーガラス４００を透過してミラー３１０に向かい、最終的にはスクリーン５０に描画される映像となるが、反射光Ｌ２は減光された不要な光である。この不要な光である反射光Ｌ２が再びミラー３１０へ向かわないように減衰させることが反射防止構造７０の役割である。
　反射防止構造７０は、内部の側の面が反射率の低い平滑面である２枚の板７１０及び７２０を楔状（Ｖ字状）に組み合わせ、板７１０及び７２０が接する頂辺方向に反射光Ｌ２を入射させる。言い換えれば、反射防止構造７０は、反射光Ｌ２が板７１０及び７２０の互いに接する頂辺に当たるように配置されている。板７１０及び７２０の夫々の平滑面は、反射率が低く表面粗度の低い（散乱の小さい）面とすることが好ましい。
　板７１０及び７２０としては、例えば、吸収ガラス、吸収膜をつけたガラス、又は黒色処理（アルマイトやめっき等）を施した金属材等を用いることができる。但し、板７１０及び７２０として樹脂を用いてもよいが、板７１０及び７２０は反射光Ｌ２により加熱されるため、樹脂よりも耐熱性の高いガラスや金属材を用いることが好ましい。なお、図６では、便宜上、板７１０及び７２０を透明に描いている（後述の図７も同様）。
　反射防止構造７０の入口には、反射光Ｌ２が透過する穴である入射口７３０ｘを備えた板７３０が板７１０及び７２０の一端側と接するように設けられている。又、板７１０、７２０、及び７３０で形成する三角形の開口部を塞ぐ形で側面を形成する２枚の板（図５及び図６では図示を省略）が設置されている。すなわち、反射防止構造７０は入射口７３０ｘを除いて密閉されており、光が反射防止構造７０の内部に入射したり、反射防止構造７０の内部から外部に出射したりできるのは、入射口７３０ｘを経由する場合のみである。
　反射防止構造７０は、保持構造４１０で保持されている。反射防止構造７０の板７１０及び７２０は反射光Ｌ２により加熱されるため、保持構造４１０は放熱効果の高い金属等により形成することが好ましい。
　入射口７３０ｘから反射防止構造７０の内部に入射した反射光Ｌ２は、板７１０及び７２０の平滑面の間を多重反射するうちに平滑面で吸収されるので、入射口７３０ｘから出てくる不要な光は極僅かとなる。すなわち、反射防止構造７０を設け、減光フィルタ２４で生じた反射光Ｌ２を反射防止構造７０に取込んで十分に減衰させることにより、不要な光がスクリーン５０へ到達して、描画する映像のコントラストを低下させるおそれを低減できる。
　なお、板７１０及び７２０の平滑面で吸収される光の割合は、平滑面に入射する光の偏光方向によって異なり、反射光Ｌ２の偏光方向が板７１０及び７２０の平滑面に対してＰ偏光成分が多く入射した場合に、平滑面で吸収される光の割合が大きくなる。図７は、図６に対して板７１０及び７２０の平滑面の設置方向を９０°回転した場合を示している。反射光Ｌ２の偏光方向が板７１０及び７２０の平滑面に対してＰ偏光成分が多く入射するように図６又は図７の何れかの設置方向を選択することにより、平滑面で吸収される光の割合を大きくすることが可能となり、入射口７３０ｘから出てくる不要な光を更に低減できる。
　このように、反射防止構造７０は、頂辺同士が接してＶ字を形成する２つの平滑面を内部に備え、Ｖ字の開口側に設けた入射口７３０ｘを除いて密閉された構造である。そして、反射光Ｌ２は、入射口７３０ｘから反射防止構造７０の内部に入射し、２つの平滑面の間を多重反射して２つの平滑面に吸収されて減衰される。
　（減光フィルタの他の例）
　減光フィルタ２４は、図５～図７に示したような１つのフィルタから構成してもよいが、図８及び図９に示すように、透過率が異なる複数枚の減光フィルタをスライドして入れ替える構成としてもよい。これにより、仕様に合わせて減光フィルタを選択することにより、必要な光量に減光することができる。
　図８及び図９の例では、減光フィルタ２４は透過率が異なる８枚の減光フィルタを有しており、これらはホルダ４２０に保持されている。ホルダ４２０には互いに平行な一対のシャフト４３０が挿通されており、一対のシャフト４３０は両側に設けられた一対のシャフト保持部４４０により保持されている。
　ホルダ４２０に保持された減光フィルタ２４は、一対のシャフト４３０に沿って矢印方向に移動自在に構成され、異なる８枚の減光フィルタの中から仕様に応じた１枚の減光フィルタを選択できる。減光フィルタ２４の移動は、例えば、図示しないステッピングモータにより行うことができる。
　なお、８枚の減光フィルタのうちの最低１枚は、減光機能を持たない透明板とすることが好ましい。透明板を備えることにより、減光させない仕様にも対応できるからである。又、傾けて挿入された減光フィルタを光が透過する際、減光フィルタの材質の屈折率により光軸シフトが発生するので、どの減光フィルタを選択した場合でも光線のシフト量を等しくすることが望ましい。透明板を備えることにより、減光させない仕様の場合でも光が透明板を透過することにより、減光フィルタを選択した場合と同量のシフト量とすることができる。
　以上、減光フィルタ２４が透過率が異なる複数枚の減光フィルタを備える例を示したが、減光フィルタ２４として液晶素子を用いてもよい。減光フィルタ２４として液晶素子を用いた場合、印加電圧を制御することで透過率を変化させることが可能である。
　しかし、液晶素子を用いた減光フィルタでは、最大透過率に設定した場合でも光量のロスが発生する。そこで、図８及び図９と同様のスライド機構を設け、液晶素子と透明板とを入れ替える構成とすることが好ましい。これにより、透明板を選択した場合に最大透過率を確保でき、液晶素子を選択した場合に印加電圧に応じた無段階の透過率調整が可能となる。
　（モニタ光の検出）
　ミラー３１０は高速で動くことから、動作中に空中に浮遊するゴミに衝突し可動部にゴミが付着するおそれがある。そのため、ゴミのないクリーンな環境で組み立て、外気と遮断する封止を行う必要がある。例えば、図５に示すように、ミラー３１０は、セラミックパッケージに搭載され、セラミックカバーに覆われ、防塵用のカバーガラス４００で封止されている。カバーガラス４００は、減光フィルタ２４とミラー３１０との間の光路上に配置され、ミラー３１０を封止する部材の一部をなす透明板である。
　なお、ミラー３１０のみを封止する代わりに、光走査制御装置１の全体を封止することで、ミラー３１０を防塵する方法も考えられる。この方法では、ＬＤモジュール２１も含めて封止されるので、封止容積が大きくなり内部でゴミが発生する要因も増えることから封止難易度が高くなる。
　これに対して、ミラー３１０のみを封止する方法では、封止容積が小さくなりゴミの混入や発生を抑えるこが容易である。但し、カバーガラス４００での反射光を適切に処理しないと迷光の原因となる懸念がある。本実施の形態では、カバーガラス４００によりミラー３１０のみの封止を行い、カバーガラス４００で反射した光を有効に利用し、減光フィルタ２４の波長バラつき等の補正に使用する。以下、これに関して詳説する。
　図１０は、カバーガラスの反射光のモニタについて説明する図である。図１０に示すように、減光フィルタ２４を透過した透過光Ｌ１はカバーガラス４００に入射する。カバーガラス４００は透過ロスが少ないように設計されているため、透過光Ｌ１の大部分はカバーガラス４００を透過し、透過光Ｌ３としてミラー３１０に入射する。しかし、透過光Ｌ１の極一部はカバーガラス４００で反射して反射光Ｌ４となる。
　カバーガラス４００は、ミラー３１０で走査された走査光Ｌ５と、カバーガラス４００で反射した反射光Ｌ４とを分離するために、ミラー３１０の基準位置に対する振れ角よりも、ミラー３１０の基準位置に対して大きな傾斜角で配置されている。そして、光量検出センサ６０は、カバーガラス４００での反射光Ｌ４が入射し、ミラー３１０で走査された走査光Ｌ５が入射しない位置に配置されている。
　例えば、ミラー３１０の振れ角が基準位置に対して±３度であれば、カバーガラス４００は基準位置に対して３度よりも大きな傾斜角で配置すればよいが、設計余裕を考慮し、カバーガラス４００の基準位置に対する傾斜角は２３度程度とすることが好ましい。
　このように、カバーガラス４００は、ミラー３１０を封止する役割と、描画用の光線である透過光Ｌ３と光量モニタ用の光線である反射光Ｌ４との分離する役割を担う。光量検出センサ６０は、反射光Ｌ４の光量に基づいて、前述のように、減光フィルタ２４の特性の変動を含めたレーザ光の光量を検出し、その結果、スクリーン５０に実際に表示される画像に対応した正確な光量制御を行うことが可能となる。
　なお、反射光Ｌ４はミラー３１０で走査される前の光なので、走査された後の光をモニタする場合と比べて、密度が高い光を光量検出センサ６０でモニタできる点で好適である。
　以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
　例えば、上記の実施の形態では、本発明に係る光走査制御装置をレーザ走査型プロジェクタに適用する例を示した。しかし、上記一例に限られない。例えば、本発明に係る光走査制御装置は、スクリーンに画像を表示する様々な機器に適用可能である。このような機器としては、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ、レーザプリンタ、レーザ走査型脱毛器、レーザヘッドランプ、レーザーレーダ等を挙げることができる。
又、上記の実施の形態では、３つのレーザを有する例を示したが、レーザは最低１つ有していればよい。この場合、単色の光走査制御装置を実現できる。
　本国際出願は２０１５年５月２９日に出願された日本国特許出願第２０１５－１１０５８９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－１１０５８９号の全内容を本国際出願に援用する。
１　光走査制御装置
　１０　回路部
　１１　システムコントローラ
　１２　ＣＰＵ
　１３　バッファ回路
　１４　ミラー駆動回路
　１５　レーザ駆動回路
　１６　温度制御回路
　２０　光源部
　２１　ＬＤモジュール
　２２　温度制御部
　２３　温度センサ
　２４　減光フィルタ
　３０　光走査部
　４０　光学部
　４１、４２、４３　反射ミラー
　４４　凹面ミラー
　５０　スクリーン
　６０　光量検出センサ
　７０　反射防止構造
　１００　筐体
　１５０　ユニット
　２１１Ｒ、２１１Ｇ、２１１Ｂ　レーザ
　２１５　光量検出センサ
　２１９　出射口
　３１０　ミラー
　３５１、３５２、３７１、３７２　駆動梁
　３９１　水平変位センサ
　３９５、３９６　垂直変位センサ
　４００　カバーガラス
　４１０　保持構造
　４２０　ホルダ
　４３０　シャフト
　４４０　シャフト保持部
　７１０、７２０、７３０　板
　７３０ｘ　入射口

Claims (8)

  1. 　レーザから出射された光を減光して透過させる減光手段と、
    　前記減光手段で反射した不要な反射光を減衰させる反射防止構造と、
    　前記減光手段を透過した光を走査する走査手段と、を有し、
    　前記反射防止構造は、Ｖ字を形成する２つの面を内部に備え、
    　前記反射光は、入射口から前記反射防止構造の内部に入射して減衰される光走査制御装置。
  2. 　前記入射口から前記反射防止構造の内部に入射した前記反射光は、前記２つの面の間を多重反射して前記２つの面に吸収される請求項１記載の光走査制御装置。
  3. 　前記反射防止構造は、前記２つの面の頂辺同士が接して前記Ｖ字を形成し、前記Ｖ字の開口側に設けた前記入射口を除いて密閉された構造であり、
    　前記入射口から入射する前記反射光が前記２つの面の頂辺に当たるように配置されている請求項１記載の光走査制御装置。
  4. 　前記反射防止構造は、前記入射口から入射する前記反射光が前記２つの面に対してＰ偏光成分が多く入射するように配置されている請求項１記載の光走査制御装置。
  5. 　レーザから出射された光を減光して透過させる減光手段と、
    　前記減光手段を透過した光を走査する走査手段と、
    　前記減光手段と前記走査手段との間の光路上に配置され、前記走査手段を封止する部材の一部をなす透明板と、
    　前記減光手段を透過した後の光量を検知する光量検出手段と、を有し、
    　前記光量検出手段は、前記透明板で反射した反射光の光量を検出する光走査制御装置。
  6. 　前記光量検出手段は、前記反射光が入射し、前記走査手段で光が走査される範囲の外に配置されている請求項５記載の光走査制御装置。
  7. 　前記走査手段は、基準位置に対して所定の振れ角で動作し、
    　前記透明板は、前記走査手段の振れ角よりも、前記基準位置に対して大きな傾斜角で配置されている請求項５記載の光走査制御装置。
  8. 　前記光量検出手段が検知した前記反射光の光量に基づいて前記レーザから出射される光の光量が制御される請求項５記載の光走査制御装置。
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