(57)【要約】【課題】少ないアクチュエータで、スペックルが観察されにくい偏光解消装置を提供する。【解決手段】本発明の偏光解消装置１は、固定部１１と、前記固定部１１に対して第１方向に移動可能に取り付けられた第１移動部２０と、前記第１移動部２０を前記第１方向に振動させるアクチュエータ３０と、偏光解消素子１０を保持するとともに、前記第１移動部２０の内部に弾性部材５０を介して垂下された第２移動部６０と、を備える。本発明によると、第２移動部６０の固定部１１に対するＸ方向の速度が０になったときに、第２移動部６０は固定部１１に対してＹ方向に移動しているので、第２移動部６０の固定部１１に対する速度が完全にゼロになることがなくスペックルが観察されにくい。【選択図】図１
2019015941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部に対して第１方向に移動可能に取り付けられた第１移動部と、
前記第１移動部を前記第１方向に振動させるアクチュエータと、
光解消素子を保持するとともに、前記第１移動部の内部に弾性部材を介して垂下された第２移動部と、
を備える偏光解消装置。
【請求項２】
前記弾性部材はコイルばねである、
請求項１に記載の偏光解消装置。
【請求項３】
前記第２移動部の下面における前記第１方向の両端と、
前記第１移動部の、前記下面と対向する対向面における前記第１方向の両端と、には、
それぞれ磁石が取り付けられている、
請求項１または２に記載の偏光解消装置。
【請求項４】
前記第１移動部の、前記対向面の両側に取り付けられた前記磁石の間に、互いに極性の異なる磁石が交互に配置されている、
請求項３に記載の偏光解消装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、ボイスコイルモータである、
請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光解消装置。
【請求項６】
前記第１移動部は、前記固定部に対して板バネで保持されている
請求項１から５のいずれか１項に記載の偏光解消装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペックルを低減可能な偏光解消装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光は、テレビ、プロジェクタ、プリンタ、光学露光装置又は光学測定機等の光源として多く用いられている。しかし、レーザ光は、一般的に直線偏光光であるとともにコヒーレント光であるため、散乱面で反射したときにスペックルを生じる。スペックルとは、レーザ光等のコヒーレント光が、散乱面で反射したときに互いに干渉し合うことによって生じる明領域と暗領域との変動パターンである。上記の各装置において良好な画像を得るには、このスペックルを低減させることが必要となる。スペックルを解消する方法の１つとして、特定の偏光状態を有する入射光を、無偏光、すなわちランダムな偏光状態に変える偏光解消素子を用いる方法がある。
【０００３】
この偏光解消素子は、振動させることにより、スペックル低減効果がより高まる。このため、例えば、特許文献１には、レーザ光が通過する偏光解消素子を、１つのアクチュエータ（ボイスコイルモータ，ＶＣＭ）を用いて、このレーザ光の光路において一方向に振動させる偏光解消装置が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、画像を形成する画像形成部からの光を投写面へ投写するプロジェクタであって、投写面へ入射する光の光路のうち画像を結像させる結像位置に合わせて配置され、板バネを用いて支持された偏光解消素子を有し、偏光解消素子は、支持用弾性部材を用いて振動が付与され、支持用弾性部材を介して偏光解消素子に振動を付与するための駆動機構を構成する２組のＶＣＭを有するプロジェクタが開示されている。この２組のＶＣＭは、互いに交差する２方向を駆動するもので、偏光解消素子は、楕円状の軌跡に沿うように移動可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４２７４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１０９９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の偏光解消装置は、偏光解消素子が、レーザ光の光路上における一方向にのみに駆動するため、振動の方向が変化する際に、偏光解消素子の速度が一瞬０となり、その際スペックルが観察される場合がある。
また、特許文献２に記載の偏光解消装置は、偏光解消素子が、レーザ光の光路上における互いに直交する二方向に駆動されるが、ＶＣＭが２つ必要である。ＶＣＭはそれぞれ電源が必要であるため、ＶＣＭが２つあるとコストがかかるとともに小型化が難しい。
本発明は、少ないアクチュエータで、スペックルが観察されにくい偏光解消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】
上記課題を解決するために、本発明は、固定部と、前記固定部に対して第１方向に移動可能に取り付けられた第１移動部と、前記第１移動部を前記第１方向に振動させるアクチュエータと、偏光解消素子を保持するとともに、前記第１移動部の内部に弾性部材を介して垂下された第２移動部と、を備える偏光解消装置を提供する。
【０００８】
前記弾性部材はコイルばねであることが好ましい。
【０００９】
前記第２移動部の下面における前記第１方向の両端と、前記第１移動部の、前記下面と対向する対向面における前記第１方向の両端とには、それぞれ磁石が取り付けられていることが好ましい。
【００１０】
前記第１移動部の、前記対向面の両側に取り付けられた前記磁石の間に、互いに極性の異なる磁石が交互に配置されていてもよい。
【００１１】
前記アクチュエータは、ボイスコイルモータであることが好ましい。
【００１２】
前記第１移動部は、前記固定部に対して板バネで保持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少ないアクチュエータで、スペックルが観察されにくい偏光解消装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の偏光解消装置の概略正面図である。
【図２】第１実施形態の偏光解消装置の断面図である。
【図３】第１実施形態の偏光解消装置の動作を説明する図である。
【図４】第２実施形態の偏光解消装置の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態である偏光解消装置１について説明する。図１は本実施形態の偏光解消装置１の概略正面図である。図２は図１に示した偏光解消装置１から制御部４０を除いた断面図である。図中、説明を容易にするため、互いに直交するＸＹＺ座標を設けた。Ｙ方向が鉛直方向、ＸＺ方向が水平方向である。
偏光解消装置１は、本実施形態ではレーザ光を用いたプロジェクタにおけるスペックルの低減に用いられるものである。ただし、これに限定されず、レーザ光を用いたテレビ、プリンタ、光学露光装置、又は共焦点顕微鏡等の光学測定機におけるスペックル低減に用いることができる。
【００１６】
偏光解消装置１は偏光解消素子１０を備え、レーザ発振器（図示せず）から発振されたレーザ光Ｌをスクリーンに照射する際に、偏光解消素子１０で反射させることでスペックルを解消する装置である。なお、本実施形態では反射型の偏光解消素子１０について説明するが、本発明はこれに限定されず、透過型の偏光解消素子に対しても適用可能である。
偏光解消素子１０は、例えば、それぞれが球面形状を有するマイクロ構造体が複数整列配置、若しくは複数ランダムに配置された反射面１０ａを備える。反射面１０ａは、略矩形でＸＹ平面に沿って配置されている。反射面１０ａは、Ｚ方向プラス側を向いている。
偏光解消素子１０の反射面１０ａに入射したレーザ光Ｌは、反射する際に分散され、スペックルが低減されたレーザ光Ｌとなり、スクリーンに照射されたレーザ光Ｌはスペックルが低減される。本実施形態の偏光解消装置１は、スペックルの解消効果をより高めるために、以下に説明するように偏光解消素子１０を振動させる。
【００１７】
［偏光解消装置の構成］
偏光解消装置１は、図示するように全体としてＺ方向に所定の厚みを有する略矩形形状を有する。偏光解消装置１は、固定部１１と、固定部１１に対してＸ方向に移動可能な第１移動部２０と、第１移動部２０をＸ方向に振動させるボイスコイルモータ（ＶＣＭ，アクチュエータ）３０と、偏光解消素子１０を保持するとともに第１移動部２０のＸ方向の振動により発生する力によって、Ｘ方向とＹ方向との２次元方向に駆動される第２移動部６０と、ＶＣＭ３０による第１移動部２０の固定部１１に対する振動を制御する制御部４０と、を備える。
【００１８】
固定部１１は、直方体形状であって長手方向がＸ方向に沿うように配置され、その長手方向中央部（Ｘ方向中央部）には、Ｚ方向に電流が流れるようにコイル３１が配置されている。コイル３１は、例えば巻き線コイルである。
【００１９】
固定部１１の長手方向の両端部（Ｘ方向両端部）には、上方（Ｙ方向プラス側）に延びる板ばね１３の下端１３ｂが取り付けられている。板ばね１３の上端１３ａには、第１移動部２０が取り付けられている。
第１移動部２０は、２枚の側板部２１と、上板部２２と、下板部２３とを備える略矩形の枠部材である。２枚の側板部２１の上端２１ａは外側に突出しており、その上端２１ａの突出部が、板ばね１３の上端１３ａに固定されている。この突出部により、２枚の側板部２１における突出部より下側と板ばね１３との間には隙間Ｓが設けられる。
【００２０】
下板部２３の上面（Ｙプラス側の面）の長手方向の両端には、Ｙ方向駆動用第１磁石２４が取り付けられている。本実施形態のＹ方向駆動用第１磁石２４は永久磁石で、Ｎ極が上を向くようにして取り付けられている。
また、下板部２３の下面（Ｙマイナス側の面）の長手方向の中央には、Ｘ方向駆動用磁石３２が取り付けられている。このＸ方向駆動用磁石３２は、上述のコイル３１とともにＶＣＭ３０として機能する。
【００２１】
固定部１１の、Ｘ方向駆動用磁石３２と対向する部分にはホール素子３３が配置されている。ホール素子３３は、第１移動部２０の固定部１１に対する変位を検出する位置センサである。
第１移動部２０が移動すると、ホール素子３３に対してＸ方向駆動用磁石３２によって形成される磁界が移動するので、ホール素子３３に対する磁束密度が変化する。  
【００２２】
制御部４０は電源部４１を有し、電源部４１を介してコイル３１に流す電流値を制御する。電源部４１より所定値の電流がコイル３１に流されると、Ｘ方向駆動用磁石３２より発生する磁力とコイル３１に流れる電流とによって、電磁力が発生する。この電磁力によって、第１移動部２０は固定部１１に対してＸ方向に移動する。
制御部４０は、コイル３１に対して交番電流を流すことによって、第１移動部２０をＸ方向に振動させる。
また、制御部４０は、位置検出部４２を有する。位置検出部４２は、磁束密度の変化に伴うホール素子３３の出力電流の変化を検出することによって第１移動部２０の固定部１１に対する位置を検出する。
なお、本実施形態では、固定部１１に対する第１移動部２０の移動にＶＣＭ３０を用い、また、固定部１１に対する第１移動部２０の位置検出にホール素子３３を用いたが、本発明はこれに限定されず、他の駆動方法や位置検出方法を用いてもよい。
【００２３】
第１移動部２０の上板部２２の下側の長手方向中央には、弾性部材としてコイルばね５０が取り付けられている。コイルばね５０の下端には第２移動部６０が取り付けられ、第２移動部６０はコイルばね５０を介して第１移動部２０の内部に垂下されている。
【００２４】
第２移動部６０は、矩形箱型の枠部材６１を備え、枠部材６１の内部に偏光解消素子１０が取り付けられている。
枠部材６１の下面のＸ方向の両端部には、Ｙ方向駆動用第２磁石６２が取り付けられている。本実施形態のＹ方向駆動用第２磁石６２は永久磁石で、Ｎ極が下を向くようにして取り付けられている。
Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４とは、図１のように、固定部１１と、第１移動部２０と、第２移動部６０とのＸ方向の中心が一致した状態で、互いに対向せずにＸ方向にずれて位置している。
【００２５】
［偏光解消装置の動作］
図３（ａ）から（ｃ）は、本実施形態の偏光解消装置１の動作を説明する図である。
図３（ａ）は動作開始時の状態で、固定部１１と、図１と同じく、第１移動部２０と、第２移動部６０とのＸ方向の中心は一致している。
制御部４０が、ＶＣＭ３０のコイル３１に対して、矩形波や正弦波等の交番電流の印加を開始すると、第１移動部２０は固定部１１に対して振動を開始する。
図３（ｂ）は第１移動部２０が振動を開始して、固定部１１に対してＸプラス側に移動した状態を示す。
【００２６】
図３（ａ）の状態で、板ばね１３と、第１移動部２０の側板部２１との間には、上述のように隙間Ｓが設けられている。図３（ｂ）のように第１移動部２０が固定部１１に対してＸプラス側に移動すると、板ばね１３が撓む。このとき、第１移動部２０は、隙間Ｓにより、下端が板ばね１３と当接するまでは、中心軸線を垂直に保ったまま（Ｙ軸と平行のまま）移動することができる。
したがって、ＶＣＭ３０におけるＸ方向駆動用磁石３２とコイル３１との間隔が変化しないので、Ｘ方向に安定した駆動力を得ることができる。
【００２７】
また、第１移動部２０がＸ方向に振動すると、第２移動部６０はコイルばね５０を介して引っ張られるが、慣性力の影響で第１移動部２０よりも遅れて振動する（位相差を生じる）。この遅れによって、例えば（ｂ），（ｃ）のように第２移動部６０が、第１移動部２０の一方に寄った状態が生じる。
【００２８】
このように、第２移動部６０が第１移動部２０の一方に寄ると、第２移動部６０は第１移動部２０に対して傾き、コイルばね５０が伸びた状態になる。第２移動部６０は、伸びたコイルばね５０の復元力（弾性力）Ｆｂによって、斜め上方に引っ張られる。すなわち、第２移動部６０は、コイルばね５０によって、Ｘ方向成分と、第１のＹ方向上向き成分とを有する復元力Ｆｂが加わる。
【００２９】
また、図３（ａ）の状態においてＹ方向駆動用第２磁石６２と、Ｙ方向駆動用第１磁石２４とは、対向せずにＸ方向にずれて位置していたが、図３（ｂ）のように第２移動部６０が第１移動部２０の一方に寄ると、Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４とが互いに近づいて対向する。
Ｙ方向駆動用第２磁石６２と、Ｙ方向駆動用第１磁石２４とが対向すると、Ｎ極同士が対向しているので互いに反発する。この反発力により、第２移動部６０は第１移動部２０に対して、第２のＹ方向上向きの力Ｆｍが加わる。
【００３０】
第１移動部２０は、交番電流の向きが反転する際に速度の向き反転するが、その反転の際に速度は一瞬０になる。その後、遅れて第２移動部６０の速度の向きも反転するが、その反転の際にＸ方向の速度は一瞬０になる。ここで、第２移動部６０の固定部１１に対する速度が完全に０になるとスペックルが観察される可能性がある。
しかし、本実施形態によると、第２移動部６０のＸ方向の速度が０の際に、上述の復元力Ｆｂの第１のＹ方向上向き成分と、第２のＹ方向上向きの力Ｆｍとによって、第２移動部６０には、Ｙ方向プラス向きの速度が生じている。
従って、第２移動部６０は、固定部１１するＸ方向の速度が０であっても、Ｙ方向の速度を有しているので、固定部１１に対する速度が完全に０となって静止した状態とならない。
このように、本実施形態では、第２移動部６０の固定部１１に対するＸ方向の速度が０になったときに、第２移動部６０は固定部１１に対してＹ方向に移動しているので、第２移動部６０の固定部１１に対する速度が完全にゼロになりにくいのでスペックルが観察されにくい。
【００３１】
また、１つのＶＣＭ３０で、第２移動部６０の固定部１１に対する二次元の移動を達成できるので、ＶＣＭを２つ用いる場合と比べてコストが安く済む。
さらに、隙間Ｓが設けられていることにより、ＶＣＭ３０におけるＸ方向駆動用磁石３２とコイル３１との間隔が、第２移動部６０がＹ軸方向に移動した場合であっても変わらないので、Ｘ方向に安定した駆動力を得ることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の偏光解消装置１０１について説明する。図４は本実施形態の偏光解消装置１０１の概略正面図である。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、Ｙ方向駆動用第２磁石１６２とＹ方向駆動用第１磁石１２４である。他の部分は同様であるので同様な符号を付して説明を省略する。
【００３３】
Ｙ方向駆動用第２磁石１６２は、第１実施形態と同様に、枠部材６１の下面のＸ方向の両端部に取り付けられているが、両端それぞれがＮ極とＳ極とを有している。
Ｙ方向駆動用第１磁石１２４は、下板部２３の上面（Ｙプラス側の面）の長手方向の両側において複数のＮ極とＳ極とが交互に配置されている。
そして、図４に示すように、固定部１１と第１移動部２０と第２移動部６０とのＸ方向の中心が一致した状態で、Ｙ方向駆動用第２磁石１６２と、Ｙ方向駆動用第１磁石１２４とは、Ｎ極同士が対向し、Ｓ極同士が対向し、反発力が生じている。
【００３４】
第２移動部６０が第１移動部２０に対してＸ方向に移動すると、Ｙ方向駆動用第２磁石１６２と、Ｙ方向駆動用第１磁石１２４とは、Ｎ極とＳ極が対向し、吸引力が生じる。
しかし、第２移動部６０が第１移動部２０に対してさらにＸ方向に移動すると、再度、Ｎ極同士が対向し、Ｓ極同士が対向し、反発力が生じる。すなわち、第２移動部６０の第１移動部２０に対するＸ方向の移動により、反発力と吸引力とが交互に生じて、第２移動部６０は第１移動部２０に対してＹ方向に振動する。
【００３５】
このように、第２実施形態において、第２移動部６０のＸ方向の速度が０になった場合であっても、第２移動部６０はＹ方向に振動しているので、第２移動部６０の固定部１１に対する速度が完全に０となって静止した状態とならない。
したがっては、第１実施形態と同様に、第２移動部６０の固定部１１に対するＸ方向の速度が０になったときに、第２移動部６０は固定部１１に対してＹ方向に移動しているので、第２移動部６０の固定部１１に対する速度が完全にゼロになりにくいのでスペックルが観察されにくい。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、第１実施形態では、固定部１１と第１移動部２０と第２移動部６０とのＸ方向の中心が一致した状態で、Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４とが、互いにＮ極同士が対向するように配置したが、これに限定されず、Ｓ極同士が対向するようにしてもよい。
【００３７】
また、固定部１１と第１移動部２０と第２移動部６０とのＸ方向の中心が一致した状態で、Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４とは、Ｎ極とＳ極とが対向するように配置する配置してもよい。
この場合、Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４との間には吸引力が発生する。吸引力はコイルばね５０の引っ張り力のＹ方向成分を打ち消すことになるが、この吸引力によっても、第２移動部６０をＹ方向に駆動することができる。
【００３８】
さらに、Ｙ方向駆動用第２磁石６２とＹ方向駆動用第１磁石２４とを設けない場合であっても、コイルばね５０の復元力Ｆｂの第１のＹ方向上向き成分のみで、第２移動部６０をＹ方向に駆動することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０１    偏光解消装置
１０    偏光解消素子
１０ａ    反射面
１１    固定部
１３    板ばね
２０    第１移動部
２４，１２４    Ｙ方向駆動用第１磁石
３０    ＶＣＭ
３１    コイル
３２    Ｘ方向駆動用磁石
４０    制御部
４１    電源部
５０    コイルばね
６０    第２移動部
６１    枠部材
６２，１６２    Ｙ方向駆動用第２磁石
【図１】
2019015941.tif 000003
【図２】
2019015941.tif 000004
【図３】
2019015941.tif 000005
【図４】
2019015941.tif 000006