(57)【要約】      （修正有）【課題】スペックルノイズを安定して低減できる光走査装置、及びこれを用いた光源装置を提供する。【解決手段】光源装置１では、光走査装置４にパターン変調用駆動ミラー１６を用いることにより、レーザ光が光透過部材１５を透過する位置を走査可能となっている。この光透過部材１５には、光非透過部が所定のパターンで配置され、レーザ光の透過領域における光非透過部のパターンがレーザ光の位置によって変化する。これにより、レーザ光の輝度パターンが時間的に変化し、光源装置１からのレーザ光がスクリーンＰで散乱したとしても、人間の網膜における干渉が抑制され、スペックルノイズを低減できる。また、この光走査装置４では、パターン変調用駆動ミラー１６でレーザ光を走査するので、光透過部材１５自体を高速で駆動させる場合に比べて安定的にレーザ光の輝度パターンを変化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影用信号で変調されたレーザ光を平行光化する第１のコリメートレンズと、
前記第１のコリメートレンズによって平行光化された前記レーザ光を対象物に向けて走査する信号走査用駆動ミラーと、を備え、
前記第１のコリメートレンズの前段には、光非透過部が所定のパターンで配置された光透過部材と、前記レーザ光を前記光透過部材に向けて走査するパターン変調用駆動ミラーとが配置されていることを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記信号走査用駆動ミラー及び前記パターン変調用駆動ミラーは、ＭＥＭＳミラーであり、
前記パターン変調用駆動ミラーの駆動周波数が、前記信号走査用駆動ミラーの駆動周波数よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記光透過部材を前記レーザ光の光軸に交差する方向に駆動する駆動部を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の光走査装置。
【請求項４】
前記パターン変調用駆動ミラーと前記光透過部材との間には、前記パターン変調用駆動ミラーで反射した前記レーザ光を平行光化する第２のコリメートレンズが配置され、
前記光透過部材の後段には、前記光透過部材を透過した前記レーザ光を前記第１のコリメートレンズに向けて集光する第１の集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光走査装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の光走査装置と、
前記レーザ光を出射する複数の光源と、
前記光源から出射した光を前記パターン変調用駆動ミラーに向けて集光する第２の集光レンズと、を備えたことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置及び光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばレーザプロジェクタ等で使用される光走査装置では、画像信号で変調されたレーザ光がミラーの駆動で走査され、スクリーンへの映像の表示がなされている。かかる光走査装置においては、スペックルノイズを低減することが技術的な課題となっている。スペックルノイズとは、スクリーン等の凹凸によるレーザ光の散乱により、散乱光が人間の網膜で干渉して画像のちらつき等が発生する現象である。
【０００３】
このような課題に対し、従来では光路上に駆動式の拡散板を配置してスペックルノイズの低減を図る技術が用いられてきた。しかしながら、拡散板を用いる方式では、平行光をスクリーンに走査するタイプのレーザプロジェクタに適用することが困難であった。一方、例えば特許文献１に記載の画像表示装置では、レーザ光の一部の位相を時間的に変化させる光透過板を光路上に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５２０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載の画像表示装置では、光透過板におけるレーザ光の透過領域の周縁部に屈折率が異なる領域が混在しており、光透過板を回転させることで、レーザ光の透過領域の周縁部で不規則にレーザ光の位相が変化するようになっている。この方式では、レーザ光の位相の変化によってスペックルノイズが低減されるが、スペックルノイズを十分に低減させるには光透過板自体を高速で駆動させることが必要であり、駆動の安定性が問題になると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、スペックルノイズを安定して低減できる光走査装置、及びこれを用いた光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題の解決のため、本発明に係る光走査装置は、投影用信号で変調されたレーザ光を平行光化する第１のコリメートレンズと、第１のコリメートレンズによって平行光化されたレーザ光を対象物に向けて走査する信号走査用駆動ミラーと、を備え、第１のコリメートレンズの前段には、光非透過部が所定のパターンで配置された光透過部材と、レーザ光を光透過部材に向けて走査するパターン変調用駆動ミラーとが配置されていることを特徴としている。
【０００８】
この光走査装置では、パターン変調用駆動ミラーを用いることにより、レーザ光が光透過部材を透過する位置を走査することができる。このとき、光透過部材には、光非透過部が所定のパターンで配置されているので、レーザ光の透過領域における光非透過部のパターンが、光透過部材に対するレーザ光の位置によって変化する。これにより、レーザ光の輝度パターンが時間的に変化するので、光走査装置からのレーザ光がスクリーン等で散乱したとしても、人間の網膜における干渉が抑制され、スペックルノイズを低減できる。また、この光走査装置では、パターン変調用駆動ミラーでレーザ光を走査するので、光透過部材自体を高速で駆動させる場合に比べて安定的にレーザ光の輝度パターンを変化させることができる。
【０００９】
また、信号走査用駆動ミラー及びパターン変調用駆動ミラーは、ＭＥＭＳミラーであり、パターン変調用駆動ミラーの駆動周波数が、信号走査用駆動ミラーの駆動周波数よりも大きいことが好ましい。信号走査用駆動ミラー及びパターン変調用駆動ミラーをＭＥＭＳミラーとすることにより、高周波数で安定的に両ミラーを駆動させることが可能となる。また、パターン変調用駆動ミラーの駆動周波数を信号走査用駆動ミラーの駆動周波数よりも大きくすることで、投影用信号の走査速度に対してレーザ光の輝度パターンの変化速度を十分に確保でき、スペックルノイズをより確実に低減できる。
【００１０】
また、光透過部材をレーザ光の光軸に交差する方向に駆動する駆動部を更に備えたことが好ましい。この場合、レーザ光の輝度パターンをより早く変化させることができるので、スペックルノイズを一層効果的に低減できる。
【００１１】
また、パターン変調用駆動ミラーと光透過部材との間には、パターン変調用駆動ミラーで反射したレーザ光を平行光化する第２のコリメートレンズが配置され、光透過部材の後段には、光透過部材を透過したレーザ光を第１のコリメートレンズに向けて集光する第１の集光レンズが配置されていることが好ましい。この場合、光透過部材を通るレーザ光を一定の径の平行光とすることができる。したがって、レーザ光をより確実に光非透過部のパターンに通すことができる。
【００１２】
また、本発明に係る光源装置は、上記光走査装置と、レーザ光を出射する複数の光源と、光源から出射した光をパターン変調用駆動ミラーに向けて集光する第２の集光レンズと、を備えたことを特徴としている。
【００１３】
この光源装置では、パターン変調用駆動ミラーを用いることにより、レーザ光が光透過部材を透過する位置を走査することができる。このとき、光透過部材には、光非透過部が所定のパターンで配置されているので、レーザ光の透過領域における光非透過部のパターンが、光透過部材に対するレーザ光の位置によって変化する。これにより、レーザ光の輝度パターンが時間的に変化するので、光源装置からのレーザ光がスクリーン等で散乱したとしても、人間の網膜における干渉が抑制され、スペックルノイズを低減できる。また、この光源装置では、パターン変調用駆動ミラーでレーザ光を走査するので、光透過部材自体を高速で駆動させる場合に比べて安定的にレーザ光の輝度パターンを変化させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スペックルノイズを安定して低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る光走査装置を適用してなる光源装置の一実施形態を示す図である。
【図２】光透過プレートの一例を示す図である。
【図３】光透過プレート上に走査されるレーザ光の様子を示す図である。
【図４】光透過プレートの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る光走査装置及び光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明に係る光走査装置を適用してなる光源装置の一実施形態を示す図である。同図に示すように、光源装置１は、複数の光源２と、集光レンズ（第２の集光レンズ）３と、光走査装置４とを備えて構成されている。この光源装置１は、例えばレーザプロジェクタ装置の光学エンジンとして用いられるものであり、投影用信号で変調されたレーザ光をミラーの駆動によって走査することでスクリーン（対象物）Ｐに映像を表示する装置である。
【００１８】
光源２は、ＲＧＢの各色の波長に対応したレーザ光を出射する光源２ａ，２ｂ，２ｃのユニットからなる。光源２ａ，２ｂ，２ｃから出射したレーザ光は、ハーフミラー５，６によって合成され、集光レンズ３に導かれる。集光レンズ３は、ハーフミラー６の後段に配置されている。集光レンズ３は、合成されたレーザ光を後述のパターン変調用駆動ミラー１６に向けて集光する。なお、光源２には、戻り光をカットする偏光フィルタ或いは干渉フィルタ（バンドパスフィルタ）を設けてもよい。戻り光をカットすることで、光源２に不具合が生じることを抑制できる。
【００１９】
光源装置１に組み込まれる光走査装置４は、スクリーンＰへのレーザ光の走査を行うための構成として、コリメートレンズ（第１のコリメートレンズ）１１と、信号走査用駆動ミラー１２とを備えている。また、光走査装置４は、光源装置１から入射するレーザ光のパターン変調を行うための構成として、コリメートレンズ（第２のコリメートレンズ）１３と、集光レンズ（第１の集光レンズ）１４と、光透過部材１５と、パターン変調用駆動ミラー１６とを備えている。
【００２０】
コリメートレンズ１１は、投影用信号で変調されたレーザ光を平行光化するレンズである。コリメートレンズ１１は、集光レンズ１４の後段に配置され、集光レンズ１４によって集光されたレーザ光を平行光化して信号走査用駆動ミラー１２に入射させる。
【００２１】
信号走査用駆動ミラー１２は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて作製された電磁駆動式の光学ミラーである。信号走査用駆動ミラー１２は、不図示の駆動制御部からの制御信号に基づいて、所定の周波数で回動可能となっている。これにより、コリメートレンズ１１で平行光化されたレーザ光がスクリーンＰ上に走査され、スクリーンＰに投影用画像が表示される。信号走査用駆動ミラー１２の駆動周波数は、例えば２０ｋＨｚ程度となっている。
【００２２】
コリメートレンズ１３は、コリメートレンズ１１と同様に、投影用信号で変調されたレーザ光を平行光化するレンズである。コリメートレンズ１３は、パターン変調用駆動ミラー１６の後段に配置され、集光レンズ３によって集光されたレーザ光を平行光化して光透過部材１５に入射させる。なお、コリメートレンズ１３で形成される平行光の径は、コリメートレンズ１１で形成される平行光の径よりも大きいことが好ましい。一方、集光レンズ１４は、光透過部材１５の後段に配置されている。集光レンズ１４は、光透過部材１５を透過したレーザ光をコリメートレンズに向けて集光する。
【００２３】
光透過部材１５は、光非透過部が所定のパターンで配置された部材である。光透過部材１５は、図２に示すように、例えば光非透過部１５ａが所定のパターンで印刷されたフィルムをガラスプレート１７の一面側に貼り付けることによって形成されている。光非透過部１５ａは、例えばコリメートレンズ１３で平行光化されたレーザ光の径に対して十分小さな径の略円形をなし、ガラスプレート１７の一面側の略全体にわたってランダムなパターンで配置されている。なお、光非透過部１５ａは、レーザ光を必ずしも完全に遮蔽しなくてもよく、光透過部であるガラスプレート１７に対して十分小さい光透過率を有していればよい。
【００２４】
また、光透過部材１５には、図１に示すように、光透過部材１５をレーザ光の光軸に交差する方向に駆動する駆動部１８が設けられている。駆動部１８は、例えばセラミック振動子或いは静電アクチュエータであり、所定の周波数で光透過部材１５を面内方向に駆動させる。なお、駆動部１８の駆動周波数は、信号走査用駆動ミラー１２及びパターン変調用ミラー１６の駆動周波数の整数倍でないことが好ましい。駆動部１８による光透過部材１５の駆動の幅は、特に制限はないが、例えば光非透過部１５ａの直径以上であることが好ましい。
【００２５】
パターン変調用駆動ミラー１６は、信号走査用駆動ミラー１２と同様に、ＭＥＭＳ技術を用いて作製された電磁駆動式の光学ミラーである。パターン変調用駆動ミラー１６は、コリメータレンズ１３及び光透過部材１５の前段に配置され、不図示の駆動制御部からの制御信号に基づいて、所定の周波数で回動可能となっている。これにより、コリメートレンズ１３で平行光化されたレーザ光が光透過部材１５上に走査される。
【００２６】
このパターン変調用駆動ミラー１６によるレーザ光の走査に伴い、光透過部材１５におけるレーザ光の位置が変化する。このとき、光透過部材１５には、光非透過部１５ａがランダムなパターンで配置されているので、図３に示すように、例えば光透過部材１５に対するレーザ光の位置がＡ，Ｂ，Ｃと変化していくにしたがって、レーザ光の透過領域における光非透過部１５ａのパターン（レーザ光の透過領域内に位置する光非透過部１５ａの数や位置など）が時間的に変化することとなる。また、光透過部材１５を透過したレーザ光が信号走査用駆動ミラー１２に入射する位置も時間的に変化する（図１参照）。なお、パターン変調用駆動ミラー１６の駆動周波数は、信号走査用駆動ミラー１２の駆動周波数よりも大きく、かつ整数倍でないことが好ましい。
【００２７】
以上説明したように、光源装置１では、光走査装置４にパターン変調用駆動ミラー１６を用いることにより、レーザ光が光透過部材１５を透過する位置を走査可能となっている。この光透過部材１５には、光非透過部１５ａが所定のパターンで配置されているので、レーザ光の透過領域における光非透過部１５ａのパターンが、光透過部材１５に対するレーザ光の位置によって変化する。これにより、レーザ光の輝度パターンが時間的に変化するので、光源装置１からのレーザ光がスクリーンＰで散乱したとしても、人間の網膜における干渉が抑制され、スペックルノイズを低減できる。この光源装置１では、パターン変調用駆動ミラー１６によるレーザ光の走査により、光透過部材１５を透過したレーザ光が信号走査用駆動ミラー１２に入射する位置も時間的に変化する。このことも、スペックルノイズの更なる低減に寄与する。また、この光走査装置４では、パターン変調用駆動ミラー１６でレーザ光を走査するので、光透過部材１５自体を高速で駆動させる場合に比べて安定的にレーザ光の輝度パターンを変化させることができる。
【００２８】
また、光源装置１では、信号走査用駆動ミラー１２及びパターン変調用駆動ミラー１６がＭＥＭＳミラーであり、パターン変調用駆動ミラー１６の駆動周波数が信号走査用駆動ミラー１２の駆動周波数よりも大きくなっている。このように、ＭＥＭＳミラーを用いることにより、高周波数で安定的に両ミラーを駆動させることが可能となる。また、パターン変調用駆動ミラー１６の駆動周波数を信号走査用駆動ミラー１２の駆動周波数よりも大きくすることで、投影用信号の走査速度に対してレーザ光の輝度パターンの変化速度を十分に確保でき、スペックルノイズをより確実に低減できる。
【００２９】
また、光源装置１では、光透過部材１５をレーザ光の光軸に交差する方向に駆動する駆動部１８が設けられている。この駆動部１８により、レーザ光の輝度パターンをより早く変化させることができるので、スペックルノイズを一層効果的に低減できる。
【００３０】
また、光源装置１では、パターン変調用駆動ミラー１６と光透過部材１５との間に、パターン変調用駆動ミラー１６で反射したレーザ光を平行光化するコリメートレンズ１３が配置され、光透過部材１５の後段に、光透過部材１５を透過したレーザ光をコリメートレンズ１１に向けて集光する集光レンズ１４が配置されている。このような構成により、光透過部材１５を通るレーザ光を一定の径の平行光とすることができる。したがって、レーザ光をより確実に光非透過部１５ａのパターンに通すことができる。
【００３１】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ＲＧＢの各色の波長に対応したレーザ光を出射する複数の光源を例示しているが、光源の数は適宜選択可能である。また、上記実施形態では、光非透過部１５ａがランダムなパターンで配置された光透過部材１５を例示しているが、光非透過部のパターンは、パターン変調用駆動ミラー１６でレーザ光が走査されたときにレーザ光の透過領域に対して変化するものであれば他の形態であってもよい。光非透過部の他のパターンとしては、例えば図４（ａ）に示すように、略円形の光非透過部１５ｂが等間隔で配置されたものであってもよく、図４（ｂ）に示すように、格子状をなす光非透過部１５ｃであってもよい。また、図４（ｃ）に示すように、斜線状をなす光非透過部１５ｄを複数列にわたって配置したものであってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１…光源装置、２（２ａ，２ｂ，２ｃ）…光源、３…集光レンズ（第２の集光レンズ）、４…光走査装置、１１…コリメートレンズ（第１のコリメートレンズ）、１２…信号走査用駆動ミラー、１３…コリメートレンズ（第２のコリメートレンズ）、１４…集光レンズ（第１の集光レンズ）、１５…光透過部材、１５ａ〜１５ｄ…光非透過部、１６…パターン変調用駆動ミラー、１８…駆動部。
【図１】
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【図２】
2014085548.tif 000004
【図３】
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【図４】
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