JP2005338241A

JP2005338241A - 揺動体およびこれを用いた画像形成装置、スペックル低減方法

Info

Publication number: JP2005338241A
Application number: JP2004154524A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hara; 光一原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】位相板や拡散素子を移動する手段として、モータを動力として回転することに代わり、光透過部材を揺動させるという小型で簡単な方法を提案する。
【解決手段】可動部を駆動することによって。支持基板に相対的に駆動させ、光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザビーム等のコヒーレント光をスクリーン上に２次元に走査投射してなる画像形成装置において、スクリーン上に観察されるスペックルパターンによって形成画像の画質が低下するのを抑制するため、光源からスクリーンに至る光路中に配置して、レーザの位相を乱し、画像面のスペックルを低減する光学素子に関する。

レーザを用いて画像を形成することの大きな魅力は色域が拡大され、色の飽和度が非常に高いことである。しかしながら、レーザを使用する場合は干渉問題を生じる。レーザは位相間に連続的な関係を有するコヒーレント光であるから、位相パターンはスペックルと呼ばれる特殊な干渉パターンを生じる。スペックルを有する画像は鮮明に見えない。干渉パターンは互いに打ち消しあって雑音（干渉ノイズ）の多いボケた画像を生じるからである。特にカラー画像を表示するため、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３個のレーザを一緒に用いると、雑音で所望の画像を消失させる状態になる。

特許文献１に、スペックルを打ち消すために回転する拡散素子を用いている従来例が示されている。特許文献２では、すりガラス等の拡散素子を用い、それを回転させることにスペックルを低減する装置を設けた画像表示装置について述べている。このスペックル低減手段は、光源とスクリーンとの間に置いた拡散素子により、格段素子上で既にスペックルを発生させ、この拡散素子を高速で回転させ、スクリーン上のスペックルを高速で動かし観察者の眼に時間平均化してスペックルを低減させたものである。また特許文献３には、すりガラスに代えて位相をずらす不規則配列で波長以上の複数パターンを有するマスクを揺動した実施例が示されている。

特許文献４にはレーザ光源と、空間光変調器の間にレーザビーム内に位置する移動拡散器を含む手段を有する従来例が記載されている。特許文献５にはテレセントリック関係に配置した、一対のフライアイレンズを光軸回りに回転してスペックルノイズを低減する従来例が開示されている。

これら、従来からスペックルを低減する方法をまとめると、
（１）偏光を合成してスペックル除去を行うもの
（２）偏光を、回折光を使って合成するもの
（３）位相板を回転させ、偏光を回転させて除去するもの
（４）スクリーン自体を振動させるもの
に分類できる。

更に（３）の中に位相板を楔にして回転する方式が実施例として提案されている。
特開平５−１８５９２４号公報特開平６−２０８０８９号公報特開２００１−９７７６３号公報特開２００２−２４０２２４号公報特開平９−２２０３７２号公報

本発明は従来から提案されている、位相板や拡散素子を移動する手段として、モータを動力として回転することに代わり、光透過部材を揺動させるという小型で簡単な方法を提案するものである。

よって本発明は、支持基板と前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、前記可動部に形成される光透過部とを有し、前記可動部を駆動することによって、前記支持基板に相対的に駆動させ、前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体を提供する。

簡単で小型の揺動体を用いることで、レーザビームを２次元に走査してなる画像形成装置において、スクリーン上に観察されるスペックルパターンによる画質の低下を抑制することが出来た。

本発明に係る揺動体は、支持基板と前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、前記可動部に形成される光透過部とを有し、前記可動部を駆動することによって、前記支持基板に相対的に駆動させ、前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体である。

レーザビームの位相条件を乱し、スペックルを低減するため、平行平面に構成された光透過部材で構成された可動体をレーザビームの入射光軸に対して揺動させ、光透過部材の傾き、厚みと屈折率により決まるレーザビームの射出軸の位置ズレ振動を発生させて、揺動体の動きに同期し、光ビームを左右に振動させる。

図１ａは本発明の原理を示す実施例に関するものである。１０１は入射するレーザビーム、１０２は光軸に対して傾いた可動部の断面図である。光軸と可動部の傾きθ、光透過部材である可動部の屈折率ｎ、屈折角δとすると、揺動に伴う光軸のズレ量Ｌは屈折の法則から、Ｌ＝Ｔ・ＳＩＮδ・ＣＯＳθ＝Ｔ・ＡＳＩＮ（ＣＯＳθ／ｎ）となる。１０１’は光透過部材を透過したレーザビームである。光透過部材として無機部材または有機部材又は有機部材と無機部材の複合体を用いる。

図１ｂは可動部１０３が光散乱の透過部材で構成された実施例である。１００は揺動中心を示している。

図１ｃは光の透過効率をあげるため、可動部の両表面にマイクロレンズ１０４を形成し、それぞれの可動部内での焦点距離ｆ_１とｆ_２の和が可動部の厚みに等しくなるように選んだ実施例である。

図２は実施例１に記載の揺動体を用いた画像形成装置の光学配置を示す図である。

揺動体は光源からスクリーンに至る光路中に配置する。２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、は画像信号により変調したＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光源、１０１はレーザビーム、２０２はコリメータレンズで、レーザビームを略平行にするために配置される。２００は揺動体、２０３は色合成プリズムで、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のレーザビームを１本に合成するもので有る。

２０４は集光レンズである。２０４は水平走査ミラー、２０５は垂直走査ミラーでレーザビームを２次元に走査し、レーザ光源の変調と互いに同期して画像を形成している。２０６は２次元走査光学系で、画像歪および湾曲歪みの補正し、集光レンズとあわせて投射光学系を構成している。２０７は画像を表示するスクリーンを示す。なお、光源からのレーザビームの広がりが無視できるときは、コリメータレンズはなくても良い。また、色合成プリズムの光源側の３箇所に揺動体をそれぞれ配置しても良い。可動部は高速で揺動し、レーザビームを入射光軸に平行に往復走査しスペックルを低減する。

図３ａは外力として磁力を用いた実施例である。

揺動体３００が光透過部材で構成された枠体３０１と、軸３０２と可動部３０３が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。

３０４は固定コアの磁石で軸に直角に一様な磁界を発生している。一様磁界中に置かれた磁力発生部のコイル３０５は可動部と接合されていて、ローレンツ力により揺動する電磁アクチュエータをなしている。交番磁力を、可動部の慣性モーメントと軸のねじり剛性で決まる固有振動するに一致させて加えることで、可動部は共振状態を引き起こし、わずかな電力での駆動が可能となる。３１０は光透過部に穴をあけたヨークである。

図３ｂは外力として磁力を用いた他の実施例である。

３０６は固定コアの磁力発生部で、可動コアに接合された棒磁石３０７は揺動部の軸３０２に直角に接合され、電磁アクチュエータをなしている。３０８は揺動体を支持する支持基板で、３０９はレーザビームが透過する穴である。棒磁石３０７はレーザビームの光路を邪魔しない位置に配置される。コイルから交番磁力が発生させられ、揺動体は揺動する。

図４ａは外力として、静電力を用いた実施例である。

揺動体４００が光透過部材で構成された枠体４０１と、軸４０２と可動部４０３が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。

支持基板４０４のくぼみに電場発生部の２つの電極４０５ａ、４０５ｂを軸に対称に配置している。可動部に１つの電極４０６を支持基板のくぼみの電極に略近接させて配置している。電極４０６は接地されていて、駆動初期に＋又は−のいずれかに確定する。４０７はレーザビームが透過する穴である。支持基板のくぼみに配置した２つの電場発生部で交互に±の電場が印加される静電アクチュエータをなしている。支持基板の穴は特に設けなくても、光が透過する部材で窓を構成しても、支持基板自体を光透過部材で構成しても良い。電極自体も光透過にすれば、光軸をよける必要はない。

図４ｂは外力として、静電力を用いた他の実施例である。

可動部４０３に電場発生部の２つの電極４０８ａ、４０８ｂを軸に対称に配置している。支持基板には１つの電極４０９を可動部の電極に略対向させて配置している。可動部の２つの電場発生部で交互に±の電場が印加される静電アクチュエータをなしている。レーザビームが透過する穴に光透過の窓を付けた実施例である。また、電極が透明であれば、特にレーザビームをよけて配置する必要はない。

図５は外力として、物質の変形に伴う機械的な力を利用した実施例である。

揺動体５００が光透過部材で構成された枠体５０１と、軸５０２と可動部５０３が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。

軸部の両面にピエゾ変形素子５０４ａと５０４ｂを接合してある。ピエゾ変形素子は電極が構成してあり、印加電圧方向と直角に伸びるタイプを用いた。まら、これをねじり運動に利用するために軸５０５に対して４５°になり、かつ５０４ａと５０４ｂの伸びが直交する向きに接合した。本実施例で機械的な力としてピエゾ変形素子を用いたが、熱膨張等の機械的な変形を利用してもよい。

図６は外力として、音響振動的な力を利用した実施例である。

揺動体６００が光透過部材で構成された枠体６０１と、軸６０２と可動部６０３が一体で形成されている。枠体と可動部は軸で結合されていて、ねじれ自在の運動が可能となっている。

可動部に近接して音響スピーカー６０４ａと６０４ｂを軸と対称に配置し、２つのスピーカーから位相を（例えば１８０°）ずらした２０ｋＨｚの音響を空気を介して可動部に伝え、共振振動を引き起こさせる。６０５は揺動体と音響スピーカーを支える支持基板である。

実施例１〜６では、光透過部材で構成された揺動体として枠体と軸と可動部を一体で構成した例を示している。しかし、一体で構成することは必ずしも必要でない。例えば、揺動部と軸部と枠体を別体でつくり組み立てても良い。また、光透過部材を用いなくても、光透過の窓を設けても良い。

また、光学素子として、光拡散素子ばかりではなく位相板、パターンが入ったマスク、偏光板を用いても良い。光透過部が平行板でなくても、例えばくさび型の断面を持っていても良い。また駆動力として、他の物理的な力、例えば流体による渦振動を利用してもよい。

ａは本発明の原理を示す図、ｂは可動部が光散乱の透過部材で構成された実施例、ｃは可動部にマイクロレンズ形成した実施例。揺動体を用いた画像形成装置の光学配置を示す図。ａは外力として磁力を用いた実施例、ｂは外力として磁力を用いた他の実施例。ａは外力として、静電力を用いた実施例、ｂは外力として、静電力を用いた他の実施例。外力として、物質の変形に伴う機械的な力を利用した実施例。外力として、音響振動的な力を利用した実施例。

符号の説明

１０１レーザビーム
１０２可動部
１０３可動部
１００揺動中心
１０４マイクロレンズ
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃレーザ光源
２０２コリメータレンズ
２００揺動体
２０３色合成プリズム
２０４集光レンズ、水平走査ミラー
２０５垂直走査ミラー
２０６２次元走査光学系
２０７スクリーン
３００揺動体
３０１枠体
３０２軸
３０３可動部
３０４磁石
３０５コイル
３０６コイル
３０７棒磁石
３０８支持基板
３０９穴
４００揺動体
４０１枠体
４０２軸
４０３可動部
４０４支持基板
４０５ａ、４０５ｂ電極
４０６電極
４０７穴
４０８ａ、４０８ｂ電極
４０９電極
５００揺動体
５０１枠体
５０２軸
５０３可動部
５０４ａ、５０４ｂピエゾ変形素子
５０５軸
６００揺動体
６０１枠体
６０２軸
６０３可動部
６０４ａ、６０４ｂ音響スピーカー
６０５揺動体

Claims

支持基板と
前記支持基板に弾性支持部でねじり軸を中心にねじり振動自在に支持される可動部と、
前記可動部に形成される光透過部とを有し、
前記可動部を駆動することによって、
前記支持基板に相対的に駆動させ、
前記光透過面に入射する透過光を光軸に平行に移動させる揺動体。
前記支持基板とねじり軸と可動部が一体の光透過部材で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の揺動体。
前記光透過部材で構成された可動部が平行平板であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかにに記載の揺動体。
前記光透過部材で構成された可動部が、光散乱部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の揺動体。
前記光透過部材で構成された可動部の両表面が、マイクロレンズで構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の揺動体。
前記マイクロレンズの可動部材内の焦点距離をｆ_１、ｆ_２とすると、ｆ_１＋ｆ_２が可動部の厚みに等しいことを特徴とする請求項５に記載の揺動体。
前記光透過部材で構成された可動部の両表面および光透過部材が、反射防止コーティングを施されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段が
前記可動部を駆動するための磁場発生部と
前記可動部に接合された可動コアからなる電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段が
前記可動部を駆動するための固定コアと
前記可動部に接合された磁場発生部からなる電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段が
前記可動部を駆動するための電場発生部と
前記可動部に接合された固定電極からなる静電アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段が
前記可動部を駆動するための固定電極と
前記可動部に接合された電場発生部からなる静電アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段の配置が、入射光および透過光の光路を妨げない位置に配したことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段の材質が、入射光および透過光の光路を妨げない透過部材であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の揺動体。
前記可動部のねじり振動の周波数が
軸のねじり剛性と可動部の慣性モーメントで決まる共振周波数の振動であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の揺動体。
前記駆動手段の駆動力が、
軸のねじり剛性と可動部の慣性モーメントで決まる共振周波数に同期する交番力であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の揺動体。
レーザ光源と、該レーザ光源からの光を偏向する光偏向器と、該レーザ光源から該光偏向器へ至る光路の中間に配置される請求項１〜１５のいずれかに記載の揺動体と、を具備したことを特徴とする画像形成装置。
請求項１６に記載の画像形成装置のスペックル低減方法において、該レーザ光源から該光偏向器へ至る光路の中間に前記揺動体を配置することにより、投射された画像面のスペックルを低減することを特徴とする画像形成装置のスペックル低減方法。