JP2014115445A

JP2014115445A - 光学装置

Info

Publication number: JP2014115445A
Application number: JP2012269165A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kobayashi; 智弘小林; Yutaka Takahashi; 裕高橋; Daisuke Shimizu; 大輔清水
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN103869441A; US20140160447A1; EP2741501A1

Abstract

【課題】製作が容易にして、アパーチャの位置精度が高い光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置は、光路を設けるハウジング１と、光路中に位置してハウジングに一体成形されたアパーチャ４とを有する。これにより、アパーチャ部品をハウジングに別途取付ける必要をなくし、アパーチャの位置精度を高めることができる。また、好ましい態様として、ハウジング１は金型成形され、アパーチャ４は、金型の抜け方向Ｄ１，Ｄ２に開いた複数のＵ字形部４１，４２を重ねた円孔である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハウジングにアパーチャを設けた光学装置に関する。

レーザプロジェクタ等といった画像表示装置は、例えば、走査ミラー等の走査装置で光線を垂直及び水平方向に走査することで、光線により画像を投影表示する。
このような画像表示装置には、光線を平行光線にするコリメータ、不要な光線を遮蔽するアパーチャ等といった光学素子が用いられている。

特許文献１には、光源部であるレーザチップから射出された光を、コリメータ光学系を用いて平行化させ、光源部から射出された光の光路中に設けられ、光源部から射出された光の一部を開口部から通過させ、開口部へ入射した光以外の光を遮蔽する開口部材を有する光源装置及び画像表示装置が記載されている。

特開２００９−１３９９０８号公報

光学素子を備えた光学装置は、光線の光軸に対する高い位置精度が要求されることから、光学素子間の位置精度を高めることが要請されている。
したがって、アパーチャは、光路中の他の光学素子（例えば、レンズ、ミラー、プリズム等）に対する高い位置精度が要求され、設計光軸とアパーチャの開口中心とを高精度に位置合わせする必要がある。例えば、走査ミラーで光線を走査する画像表示装置では、走査ミラーからはみ出す光は迷光となり投影画質低下の原因となるため、アパーチャで不要光を遮蔽するが、アパーチャの開口中心の位置精度が悪ければ通過光の光量低下による画質低下が懸念される。

他方、アパーチャ開口中心の位置精度は、アパーチャを光学装置のハウジングに設ける位置精度に依存し、アパーチャ部品をハウジングに取付ける方法では、光学装置の組み立て作業において、アパーチャ部品を高精度に位置決め固定する治具が必要となり、アパーチャ部品を接着剤でハウジングに高精度に取付ける熟練した技能が必要であった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、製作が容易にして、アパーチャの位置精度が高い光学装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光学装置は、光路を設けるハウジングと、前記光路中に位置して前記ハウジングに一体成形されたアパーチャと、を有する。
これにより、アパーチャ部品をハウジングに別途取付ける必要をなくすことができ、アパーチャの位置精度を高めることができる。そして、アパーチャを基準として、他の光学素子をハウジングに取付けることができ、設計通りの精度の高い光路を実現することができる。

本発明に係る光学装置は、ハウジングは金型成形され、アパーチャは、金型の抜け方向に開いた複数のＵ字形部を重ねた円孔であるのが好ましい。
これにより、ハウジングを合成樹脂等の材料で容易に製作することができるとともに、この金型成形によって高精度なアパーチャを支障なく成形することができる。
なお、金型は、ハウジング成形の必要に応じて、２つ割り以上の型式を用いてよく、アパーチャを構成するＵ字形部が金型から抜けるものであればよい。また、アパーチャを構成するＵ字形部の個数は、金型の個数や抜け方向等の関係から、２つ以上の任意の数に設定すればよい。

本発明に係る光学装置では、ハウジングにはレーザ光源と走査ミラーが取付けられ、アパーチャはレーザ光源から走査ミラーへ至る光路中に位置しているのが好ましい。
本発明は、レーザ光以外の光路を構成する光学装置に適用することができるが、小型で高い光軸精度が要求されるレーザプロジェクタ等のレーザ光学装置に用いて好適である。そして、このようなレーザ光学装置では、走査ミラーとして、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)型の走査ミラーを用いるのが好ましい。

本発明によると、製作が容易にして、アパーチャの位置精度が高い光学装置を得ることができる

本発明の一実施形態に係る光学装置の全体斜視図である。図１中の要部ＩＩの拡大図である。本発明の一実施形態に係る光学装置のアパーチャ部を示す斜視図である。図３のＩＶ―ＩＶ矢視断面図である。本発明の一実施形態に係る光学装置の内部構成を説明する図である。

本発明を、図に示す一実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１には本発明の一実施形態に係る光学装置の全体的な構成を示し、図２〜図４にはその要部の構成を示し、図５にはその内部的な構成の概要を示してある。

本例の光学装置は、レーザプロジェクタに用いられる光学装置であり、ハウジング１に、３個のレーザ光源素子２ａ〜２ｃと、レンズ３やアパーチャ４等の各種の光学素子を組み付けたものである。
本例のハウジング１は、合成樹脂を材料として金型成形したものであり、図１において上方（Ｄ１）と下方（Ｄ２）とに２つ割りの金型により成形されている。なお、本発明では、ハウジング１の材料は金属等の他の材料であってもよく、また、金型の型式は後述するアパーチャとの関係で選択すればよい。

まず、ハウジング１の内部構成を、図５を参照して説明する。
ハウジング１内には、集光レンズ５ａ〜５ｃ、ダイクロイックミラー６，７、レンズ３、アパーチャ４、ハーフミラー８、ＭＥＭＳ走査ミラー９、フォトダイオード（ＰＤ）１０といった各種の光学素子が設けられており、ハウジング１に取付けられたレーザ光源素子２ａ〜２ｃから射出されたレーザ光は、これら光学素子により構成される光路を進行する。

レーザ光源素子２ａ〜２ｃはレーザダイオード（ＬＤ）であり、レーザ光源素子２ａは赤色成分（Ｒ）のレーザ光を発光して射出し、レーザ光源素子２ｂは青色成分（Ｂ）のレーザ光を発光して射出し、レーザ光源素子２ｃは緑色成分（Ｇ）のレーザ光を発光して射出する。
集光レンズ５ａ〜５ｃは、各レーザ光源素子２ａ〜２ｃから射出されたレーザ光を集光してダイクロイックミラー６，７へ導く。

ダイクロイックミラー６，７は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射し、レーザ光源素子２ａから射出された赤成分のレーザ光はダイクロイックミラー６においてレーザ光源素子２ｂから射出された青成分のレーザ光と合成され、この合成されたレーザ光はレーザ光源素子２ｃから射出された緑成分のレーザ光とダイクロイックミラー７において合成される。

この合成されたレーザ光は、レンズ３で集光され、アパーチャ４で絞られて、ハーフミラー８を介してＭＥＭＳ走査ミラー９に入射され、水平走査及び垂直走査される走査ミラー９で反射されて、投射面に画像を走査投影する。本例では、レンズ３とアパーチャ４とにより、レーザ光線を平行化するコリメータを構成している。
また、ハーフミラー８は、入射されたレーザ光の一部を透過させてＰＤ１０に入射させ、ＰＤ１０が検出した光量を、レーザプロジェクタのレーザ制御部へ入力して、レーザ制御部が目標のレーザ出力が得られるようにレーザ光源素子２ａ〜２ｃの制御を行なう。

なお、図５は内部構成を説明する概略図であり、表現の関係から、レンズ３からハーフミラー８を介して走査ミラー９やＰＤ１０へ至る光線と、走査ミラー９から投射面へ至る光線とが交差しているかのように記載されているが、これら光線は交わらないように図の紙面に直角な方向にずれている。

本例のアパーチャ４は、上記のようにレーザ光源素子２ａ〜２ｃから走査ミラー９へ至る光路中に位置しており、図２〜図４に詳示するように、ハウジング１の金型成形によりハウジング１と一体成形されている。

アパーチャ４は、隣接して重なる２つのＵ字形部４１，４１をハウジング１に一体形成することにより構成されており、これらＵ字形部４１，４１はＵ字形の湾曲部４１ａ，４２ａを互いに反転させた形状となっている。
したがって、重なった２つのＵ字形部４１，４１は、それらの湾曲部４１ａ，４２ａの半円筒形の底部同士が重なることで、光線軸方向で円形な開口を構成しており、この円孔によってアパーチャ４としての機能を奏する。

これら湾曲部４１ａ，４２ａの開き方向は互いに反対であり、湾曲部４１ａはハウジング成形金型の上方への割り方向Ｄ１に開き、湾曲部４２ａはハウジング成形金型の下方への割り方向Ｄ２に開いている。
したがって、Ｕ字形部４１，４１はハウジング１の成形金型の割り方向に開いているので、ハウジング１と同じ合成樹脂により、Ｕ字形部４１，４１をハウジング１と同時に金型で一体成形することができる。

アパーチャの肉厚Ｌはかなり小さいことが求められる場合があるが、アパーチャを別部品として製作して、これをハウジングに位置精度よく取付けようとする場合には、かなりの熟練作業が必要となる。
これに対して、アパーチャ４をハウジング１と一体成形する方法では、金型の精度によりかなり肉厚の小さなアパーチャ４をハウジングに位置精度よく設けることができる。本例では、図４に示すように、アパーチャ４の肉厚２Ｌを０．８ｍｍで設けている。

また、レーザプロジェクタに用いられる光学装置は小型化が要請され、レーザ光を反射する走査ミラー９の径もかなり小型化されている。
アパーチャ４の重要な機能は、走査ミラー９からはみ出すレーザ光は迷光となって投影画像の画質低下の原因となるため、このようなはみ出す不要光を遮蔽することにあるため、走査ミラーに応じてアパーチャ４の開口径もかなり小型化することが要請されている。
これに対して、アパーチャ４をハウジング１と一体成形する方法では、金型の精度によりかなり小さな開口径のアパーチャ４をハウジングに位置精度よく設けることができる。本例では、約０．９ｍｍ径の走査ミラー９を用いて、アパーチャ４の開口径を約０．８ｍｍとした。

ここで、上記の例では、２つのＵ字形部を重ねることでアパーチャの円孔を形成したが、本発明では、３つ以上のＵ字形部を重ねることでアパーチャの円孔を形成するようにしてもよい。
また、本発明では、アパーチャの開口は真円に限らず、必要に応じて楕円形など種々な形状であってもよく、このような形状はＵ字形部の湾曲部の形状によって形成することができる。

また、上記の例のようにレーザ光の光学装置においては、レーザ光の光線精度が高い等のことから、アパーチャなどの光学素子の小型化や高度な位置精度が必要となり、本発明を適用するに好適である。
しかしながら、本発明は、レーザ光以外の光線の光学装置に適用することもでき、これによっても、上記と同様な作用効果を得ることができる。

また、上記の例では、金型の抜け方向に開いた複数のＵ字形部材を重ねてアパーチャをハウジングと一体成形したが、本発明は、このようなＵ字形部材による金型の抜けを考慮しない方法で、アパーチャをハウジングと一体成形する態様も包含する。
例えば、アパーチャの開口を中子によって形成する態様によれば、上記のように金型の抜きでアパーチャを形成できるという利点は得られないとしても、下記のように、アパーチャをハウジングに一体に設けることによる利点を得ることができる。

光学装置の光路を形成するレンズ、ミラー、光源等の光学素子は、その材料や加工方法などからハウジングとは別部品として製作し、ハウジングに取付ける必要がある。これに対して、開口という単純な構成でも可能なアパーチャは、その材料や加工方法などでハウジングとは別部品として製作する必要性はなく、ハウジングと一体成形することができる。

他方、光学装置の組み立てについてみると、アパーチャも含めた全ての光学素子部品をハウジングに取付ける場合には、全ての光学素子部品を互いの位置を高精度に合わせて取付け作業することになるが、本発明のように、アパーチャの位置が定まっていることにより、アパーチャを基準として他の光学素子部品を取付けることができ、基準が明確になることにより高い位置精度をもって他の光学素子部品を容易にハウジングに取付けることができる。
したがって、アパーチャをハウジングに一体に設けることによって、位置精度の高い組み立て作業の容易化といった利点が得られる。

１：ハウジング、２ａ〜２ｃ：レーザ光源素子、
３：レンズ、４：アパーチャ、
９：走査ミラー、４１，４２：Ｕ字形部、
４１ａ，４２ａ：湾曲部、Ｄ１，Ｄ２：金型の抜き方向、

Claims

光路を設けるハウジングと、
前記光路中に位置して前記ハウジングに一体成形されたアパーチャと、
を有することを特徴とする光学装置。
請求項１に記載の光学装置において、
前記ハウジングは金型成形され、
前記アパーチャは、金型の抜け方向に開いた複数のＵ字形部を重ねた円孔であることを特徴とする光学装置。
請求項１又は２に記載の光学装置において、
前記ハウジングには、レーザ光源と走査ミラーが取付けられ、
前記アパーチャは、前記レーザ光源から前記走査ミラーへ至る光路中に位置していることを特徴とする光学装置。