JP6613815B2 - Vibration mechanism, speckle canceling element - Google Patents
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Description
本発明は、振動機構、及びスペックル解消素子に関する。 The present invention relates to a vibration mechanism and a speckle eliminating element.
例えば、露光機やプロジェクタにおいて、拡散板等を用いたものが知られている。拡散板等を用いると、少なからず光の強度分布が発現する。光の強度分布は、特にレーザ光を用いた際に顕著であり、この現象はスペックルコントラストと呼ばれる。 For example, an exposure machine or a projector using a diffusion plate is known. When a diffuser plate or the like is used, a light intensity distribution is manifested. The light intensity distribution is particularly noticeable when laser light is used, and this phenomenon is called speckle contrast.
例えば露光機のように、任意の範囲において均一に光を照射したいという目的において、強度分布の均一化が求められている。又、プロジェクタ等の表示デバイスにおいても、光の強度分布のムラや、レーザ光におけるスペックルコントラストの発現は表示特性の低下に直結することもあり、改善が求められている。 For example, as in an exposure machine, uniform intensity distribution is required for the purpose of irradiating light uniformly in an arbitrary range. Also in display devices such as projectors, the unevenness of the light intensity distribution and the appearance of speckle contrast in the laser light may directly lead to a decrease in display characteristics, and improvement is required.
そこで、スペックルコントラストを低減するための様々な技術が提案されている。例えば、光ビームを偏向・走査する光偏向器において、光源からの光を2軸で偏向し、かつ台座を並進振動させて光線の投射点をずらすことで、光路長差を設けてスペックルコントラストを低減する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, various techniques for reducing speckle contrast have been proposed. For example, in an optical deflector that deflects and scans a light beam, the light from the light source is deflected in two axes, and the projection point of the light beam is shifted by causing the pedestal to vibrate in translation, thereby providing an optical path length difference and speckle contrast. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
又、光偏向器用アクチュエータ装置において、光源からの光を偏向する光偏向器を搭載する台座と、台座を並進振動させる圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータを支持する支持体とを備え、台座を並進振動することでスペックルコントラストを低減する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 The actuator device for an optical deflector includes a pedestal on which an optical deflector that deflects light from a light source is mounted, a piezoelectric actuator that translates the pedestal, and a support that supports the piezoelectric actuator, and translates the pedestal. Thus, a technique for reducing speckle contrast has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記の技術は、何れも対象物を1軸に振動させるものである。上記の技術でも、駆動機構を2箇所設け、夫々の軸に対して対象物を駆動させれば、2軸駆動は可能であるが、駆動機構が複雑化及び大型化する問題がある。特に、駆動する対象物がMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)アクチュエータの場合には、駆動機構が複雑化及び大型化すると、MEMSアクチュエータを用いて装置を小型化するというメリットが相殺されてしまう。 However, all of the above-described techniques vibrate the object about one axis. Even in the above technique, two-axis driving is possible if two driving mechanisms are provided and an object is driven with respect to each axis, but there is a problem that the driving mechanism becomes complicated and large. In particular, when the object to be driven is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) actuator, if the driving mechanism becomes complicated and large, the advantage of downsizing the apparatus using the MEMS actuator is offset.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、1軸の駆動部で複数軸振動相当の動作を可能とする振動機構を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vibration mechanism that enables an operation equivalent to multi-axis vibration with a single-axis drive unit.
本振動機構は、光学素子からなる振動部と、弾性体を介して前記振動部を支持する支持体と、を有し、2つ以上の平面内共振モードの共振周波数成分で駆動される1軸の駆動部のみによって、前記光学素子を平面内で前記1軸の方向に依存しない2つ以上の振動方向に振動させることを要件とする。 The present vibration mechanism has a vibration part made of an optical element and a support body that supports the vibration part via an elastic body, and is driven by a resonance frequency component of two or more in-plane resonance modes. only by the driver, it is required for the vibrating the optical element into two or more vibration direction does not depend on the direction of the one axis in the plane.
開示の技術によれば、1軸の駆動部で複数軸振動相当の動作を可能とする振動機構を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a vibration mechanism that enables an operation equivalent to multi-axis vibration with a single-axis drive unit.
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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.
図1は、本実施の形態に係る振動機構を例示する模式図である。図1を参照するに、振動機構10は、振動部11と、支持体12と、弾性体13とを有する1軸の駆動部により構成されている。振動機構10を構成する駆動部は、例えば、1軸並進アクチュエータであり、より具体的には、例えば、半導体基板上に作製されたMEMSアクチュエータである。駆動部は、圧電アクチュエータであってもよい。 FIG. 1 is a schematic view illustrating the vibration mechanism according to this embodiment. Referring to FIG. 1, the vibration mechanism 10 includes a uniaxial drive unit having a vibration unit 11, a support body 12, and an elastic body 13. The drive unit constituting the vibration mechanism 10 is, for example, a uniaxial translation actuator, and more specifically, for example, a MEMS actuator manufactured on a semiconductor substrate. The drive unit may be a piezoelectric actuator.
振動部11は、ばね性を有する一対の弾性体13を介して支持体12に1軸で支持されており、駆動部20からの所定の駆動信号により振動することができる。振動部11、支持体12、及び弾性体13は、例えば、シリコンや樹脂等の任意の材料を用いて形成することできる。 The vibration unit 11 is supported on one axis by the support 12 via a pair of elastic bodies 13 having spring properties, and can vibrate by a predetermined drive signal from the drive unit 20. The vibration part 11, the support body 12, and the elastic body 13 can be formed using arbitrary materials, such as a silicon | silicone and resin, for example.
振動部11は、複数の共振モード(平面内共振モード)を備えている。例えば、振動部11がn個の共振モードを備えており、夫々の共振モードの共振周波数が、共振周波数f1、共振周波数f2、・・・及び共振周波数fnである場合を考える。この場合、n個の共振周波数の内から任意の2つの共振周波数(例えば、共振周波数f1と共振周波数f2)を選択し、選択した共振周波数成分を含む合成波を生成し、生成した合成波を駆動信号として駆動部20から振動機構10に印加する。 The vibration unit 11 has a plurality of resonance modes (in-plane resonance modes). For example, consider a case where the vibration unit 11 includes n resonance modes, and the resonance frequencies of the resonance modes are the resonance frequency f 1 , the resonance frequency f 2 ,... And the resonance frequency f n . In this case, any two resonance frequencies (for example, the resonance frequency f 1 and the resonance frequency f 2 ) are selected from the n resonance frequencies, a composite wave including the selected resonance frequency component is generated, and the generated composite is generated. A wave is applied from the drive unit 20 to the vibration mechanism 10 as a drive signal.
これにより、振動部11は、駆動部20から印加された合成波に含まれる2つの共振周波数で振動するため、構造が簡単でかつ小型の1軸の振動機構10により、2軸振動相当の複雑な振動を実現できる。なお、3つ以上の共振周波数成分を含む合成波を駆動部20から振動機構10に印加してもよい。 As a result, the vibration unit 11 vibrates at the two resonance frequencies included in the combined wave applied from the drive unit 20, and thus has a simple structure and a small uniaxial vibration mechanism 10 that is equivalent to biaxial vibration. Vibration can be realized. Note that a composite wave including three or more resonance frequency components may be applied from the drive unit 20 to the vibration mechanism 10.
なお、駆動部20は、2以上の周波数の合成波を印加可能であれば、その形態は限定されない。駆動部20は、例えば、静電力による駆動、電磁力を用いた駆動、圧電効果を用いた駆動等に対応することができる。又、図1では、振動機構10と別体の駆動部20を図示しているが、振動機構10は駆動部20を有していてもよい。例えば、振動機構10の支持体12上に駆動部20を設けることができる。又、1軸上に駆動部を2つ以上設けてもよい。 Note that the form of the drive unit 20 is not limited as long as a composite wave having two or more frequencies can be applied. The drive unit 20 can correspond to, for example, driving by electrostatic force, driving using electromagnetic force, driving using a piezoelectric effect, and the like. In FIG. 1, the driving unit 20 that is separate from the vibration mechanism 10 is illustrated, but the vibration mechanism 10 may include the driving unit 20. For example, the drive unit 20 can be provided on the support 12 of the vibration mechanism 10. Two or more drive units may be provided on one axis.
振動機構10は様々なものに応用可能である。例えば、振動部11を偏光解消素子等の光学素子とした場合、振動機構10は、1軸の駆動部のみによって光学素子を平面内で2軸に振動させる振動機構となる。又、振動機構10は、例えば、光の強度分布を均一化する拡散板に用いることができる。この場合、振動部11が拡散板となるが、色々な振動モードを組み合わせることで、時間軸における拡散板の位置の状態を数多く作り出すことが可能となるため、強度分布の均一化に対しては非常に有利である。すなわち、振動機構10を有するスペックル解消素子を実現することができる。 The vibration mechanism 10 can be applied to various things. For example, when the vibration unit 11 is an optical element such as a depolarization element, the vibration mechanism 10 is a vibration mechanism that vibrates the optical element biaxially in a plane only by a uniaxial drive unit. Moreover, the vibration mechanism 10 can be used, for example, for a diffusion plate that makes the light intensity distribution uniform. In this case, the vibration part 11 serves as a diffusion plate, but by combining various vibration modes, it becomes possible to create many states of the diffusion plate on the time axis. Very advantageous. That is, a speckle eliminating element having the vibration mechanism 10 can be realized.
〈実施例〉
本実施例では、振動機構10を偏光解消素子に適用する例を示す。図2は、本実施例に係る偏光解消素子を例示する斜視図である。図3は、図2のA−A線に沿う位置での振動部の断面図である。
<Example>
In this embodiment, an example in which the vibration mechanism 10 is applied to a depolarizing element is shown. FIG. 2 is a perspective view illustrating the depolarizer according to this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vibrating portion at a position along the line AA in FIG.
図2及び図3を参照するに、偏光解消素子100は、振動部110と、支持体120と、弾性体130とを有しており、光偏光器となる振動部110の光透過領域の一表面に複数のサブ波長構造体領域が配置されたものである。 Referring to FIGS. 2 and 3, the depolarizing element 100 includes a vibrating part 110, a support 120, and an elastic body 130, and one of the light transmission regions of the vibrating part 110 serving as an optical polarizer. A plurality of subwavelength structure regions are arranged on the surface.
振動部110は、ばね性を有する一対の弾性体130を介して支持体120に1軸で支持されており、所定の駆動信号により複数の振動に可変させることが可能である。振動部110、支持体120、及び弾性体130は、例えば、厚さ0.525mmのシリコンウェハ(シリコン基板)を貫通加工することによって形成できる。 The vibration unit 110 is supported on one axis by the support body 120 via a pair of elastic bodies 130 having spring properties, and can be changed to a plurality of vibrations by a predetermined drive signal. The vibration part 110, the support body 120, and the elastic body 130 can be formed by, for example, penetrating a silicon wafer (silicon substrate) having a thickness of 0.525 mm.
より詳しくは、振動部110、支持体120、及び弾性体130は、例えば、シリコンプロセス法(フォトリソグラフィ加工、ナノインプリント加工、ウェットエッチング加工、ドライエッチング加工する等)により、1つのシリコン基板113が半導体熱酸化プロセスを含んで加工されて形成されたものである。 More specifically, the vibration unit 110, the support body 120, and the elastic body 130 are formed by using a single silicon substrate 113 as a semiconductor by, for example, a silicon process method (photolithographic processing, nanoimprint processing, wet etching processing, dry etching processing, or the like). It is formed by processing including a thermal oxidation process.
振動部110は、光透過領域110aと、光偏光素子110bとを有している。光透過領域110aは、例えば、シリコン基板113の一部分が熱酸化された二酸化珪素115で形成されている。振動部110の光透過領域110aよりも厚みが厚い部分は、表面が二酸化珪素115で形成されており、内部がシリコン基板113で形成されている。 The vibration unit 110 includes a light transmission region 110a and a light polarization element 110b. For example, the light transmission region 110a is formed of silicon dioxide 115 in which a part of the silicon substrate 113 is thermally oxidized. The portion of the vibration part 110 that is thicker than the light transmission region 110 a has a surface formed of silicon dioxide 115 and an interior formed of a silicon substrate 113.
光偏光素子110bは、光透過領域110aの一表面(図3では上面)に、二酸化珪素115で形成されている。光偏光素子110bは、使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝をもち構造性複屈折を呈するサブ波長構造体からなる。光偏光素子110bは、特性の異なるサブ波長構造体が光透過領域110aの一表面に多数設けられることで、光透過領域110aを光が通過する際に各サブ波長構造体に応じた偏光を持たせ偏光を解消することができる。 The light polarizing element 110b is formed of silicon dioxide 115 on one surface (upper surface in FIG. 3) of the light transmission region 110a. The light polarizing element 110b is composed of a sub-wavelength structure that has grooves arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used and exhibits structural birefringence. The light polarizing element 110b is provided with a number of sub-wavelength structures having different characteristics on one surface of the light transmission region 110a, so that when the light passes through the light transmission region 110a, the light polarization element 110b has polarization corresponding to each sub-wavelength structure. The polarized light can be eliminated.
なお、構造性複屈折とは、屈折率の異なる2種類の媒質を光の波長よりも短い周期でストライプ状に配置したとき、ストライプに平行な偏光成分(TE波)とストライプに垂直な偏光成分(TM波)とで屈折率(有効屈折率と呼ぶ)が異なり、複屈折作用が生じることをいう。 Note that structural birefringence refers to a polarization component parallel to the stripe (TE wave) and a polarization component perpendicular to the stripe when two types of media having different refractive indexes are arranged in stripes with a period shorter than the wavelength of light. This means that the refractive index (referred to as effective refractive index) differs between (TM wave) and birefringence occurs.
支持体120は、弾性体130を介して振動部110を1軸で支持している。弾性体130は、振動部110を振動させるために振動部110に連結されている。支持体120及び弾性体130は、表面が二酸化珪素115で形成されており、内部がシリコン基板113で形成されている。 The support 120 supports the vibration unit 110 with one axis through the elastic body 130. The elastic body 130 is connected to the vibration unit 110 to vibrate the vibration unit 110. The support 120 and the elastic body 130 have a surface formed of silicon dioxide 115 and an interior formed of a silicon substrate 113.
本実施例では、一対の弾性体130が設けられている。より詳しくは、振動部110に対して、その一方の向かい合う両辺に、1対の弾性体130の基端部がそれぞれ連結されている。一方の弾性体130(図2では右側)の先端には駆動部200の先端部が連結されている。他方の弾性体130(図2では左側)の先端は支持体120に連結されている。振動部110の他方の向かい合う両辺は自由に動ける状態である。 In the present embodiment, a pair of elastic bodies 130 are provided. More specifically, the base end portions of the pair of elastic bodies 130 are connected to the opposite sides of the vibrating portion 110, respectively. The tip of the drive unit 200 is connected to the tip of one elastic body 130 (right side in FIG. 2). The tip of the other elastic body 130 (left side in FIG. 2) is connected to the support body 120. The other opposite sides of the vibration unit 110 are in a state of being freely movable.
駆動部200は、弾性体130を介して振動部110を振動させる部分である。駆動部200としては、例えば圧電振動子を用いることができるが、前述のように、これには限定されない。 The drive unit 200 is a part that vibrates the vibration unit 110 via the elastic body 130. As the drive unit 200, for example, a piezoelectric vibrator can be used, but as described above, the drive unit 200 is not limited to this.
また、本実施例では駆動部200は1つのみ配置しているが、1軸上に複数個配置することもできる。例えば、複数個連結してもよいし、振動部の両脇に配置してもよい。その場合は、寸法としては大きくなるが、例えば圧電振動子等の場合、より低電圧での駆動が可能となる。 In the present embodiment, only one driving unit 200 is disposed, but a plurality of driving units 200 may be disposed on one axis. For example, a plurality of them may be connected or arranged on both sides of the vibration part. In that case, although the size is large, for example, a piezoelectric vibrator or the like can be driven at a lower voltage.
台座300は、支持体120と駆動部200とを位置固定するための矩形形状の枠部材である。台座300は、例えば、金属から作製することができる。但し、台座300の材料や形状は、これらには限定されない。台座300と、支持体120と、駆動部200とは、例えば、はんだや接着剤等により接合することができる。 The pedestal 300 is a rectangular frame member for fixing the position of the support 120 and the drive unit 200. The pedestal 300 can be made of metal, for example. However, the material and shape of the pedestal 300 are not limited to these. The pedestal 300, the support body 120, and the drive unit 200 can be joined by, for example, solder, an adhesive, or the like.
サブ波長構造体からなる光偏光素子110bにおいて、例えば、凹凸周期(ピッチ)Pは150〜250nm、凸状のランドの幅Lは75〜125nm、空気層からなる凹状の溝の幅Sは75〜125nmであり、P=L+Sである。又、例えば、溝の深さdは2〜5μm、光透過領域110aと光偏光素子110bとを合わせた部分の厚みtは7〜15μmである。 In the light polarizing element 110b made of the sub-wavelength structure, for example, the concave / convex period (pitch) P is 150 to 250 nm, the width L of the convex land is 75 to 125 nm, and the width S of the concave groove made of the air layer is 75 to 75. 125 nm and P = L + S. For example, the depth d of the groove is 2 to 5 μm, and the thickness t of the combined portion of the light transmission region 110a and the light polarizing element 110b is 7 to 15 μm.
振動部110において、厚みtが7〜15μm程度の薄肉となっているため、外周に0.525mm程度の厚さの枠を残し、強度を確保している。 In the vibration part 110, since the thickness t is about 7 to 15 μm, a frame having a thickness of about 0.525 mm is left on the outer periphery to ensure strength.
偏光解消素子100で使用する光の波長は、例えば、紫外光(YAGレーザの第3高調波:355nm)〜近赤外光(YAGレーザの基本波:1064nm)とすることができる。もちろん、可視光(350〜700nm)用に使用することも可能である。 The wavelength of light used in the depolarizing element 100 can be, for example, ultraviolet light (third harmonic of YAG laser: 355 nm) to near infrared light (fundamental wave of YAG laser: 1064 nm). Of course, it can also be used for visible light (350 to 700 nm).
又、ある一例の設計によって設計及び製作される振動部110が、狙いの光波長帯域を広く設定し、かつ対応可能な場合には、光偏光素子110bは、狙いの光波長帯域で使用することができる。通常は、使用する「狙いの光波長」を設定し、その波長に合致するように光学設計を行なう。 In addition, when the vibration unit 110 designed and manufactured by an example design has a wide target light wavelength band and is compatible, the light polarizing element 110b should be used in the target light wavelength band. Can do. Usually, the “target light wavelength” to be used is set, and the optical design is performed so as to match the wavelength.
図4は、光偏光素子の一例を概略的に示した平面図である。光偏光素子110bにおいて、サブ波長構造体は、複数のサブ波長構造体領域110cに分割されている。複数のサブ波長構造体領域110cは、互いに隙間のない状態で配置されている。なお、図4では16×16=256個のサブ波長構造体領域110cが配置されたものを示しているが、サブ波長構造体領域110cの個数は限定されるものではなく、サブ波長構造体領域110cの数は多いほど好ましい。 FIG. 4 is a plan view schematically showing an example of the light polarizing element. In the light polarizing element 110b, the sub-wavelength structure is divided into a plurality of sub-wavelength structure regions 110c. The plurality of sub-wavelength structure regions 110c are arranged with no gap therebetween. In FIG. 4, 16 × 16 = 256 sub-wavelength structure regions 110c are shown. However, the number of sub-wavelength structure regions 110c is not limited, and the sub-wavelength structure regions 110c are not limited. The larger the number of 110c, the better.
例えば、光偏光素子110bが5mm×5mmの正方形で、サブ波長構造体領域110cが50μm×50μmであるとすると、100×100=10000個のサブ波長構造体領域110cが配置された光偏光素子110bを実現できる。 For example, if the light polarizing element 110b is a square of 5 mm × 5 mm and the sub-wavelength structure region 110c is 50 μm × 50 μm, the light polarizing element 110b in which 100 × 100 = 10000 sub-wavelength structure regions 110c are arranged. Can be realized.
サブ波長構造体領域110cは使用する光の波長よりも短い周期で繰り返して配列された溝により構成されるストライプ状の凹凸構造を有している。ストライプ状の溝(凹凸)の配列方向が光学軸であり、図4では光学軸は矢印で示されている。 The sub-wavelength structure region 110c has a striped concavo-convex structure constituted by grooves arranged repeatedly with a period shorter than the wavelength of light to be used. The arrangement direction of the stripe-shaped grooves (unevenness) is an optical axis, and the optical axis is indicated by an arrow in FIG.
本実施例では各サブ波長構造体領域110cは1つずつの光学軸をもっている。光学軸方向は隣接するサブ波長構造体領域110c間では異なる部分をもつように、ここでは隣接するサブ波長構造体領域110c間で光学軸方向が異なるようにサブ波長構造体領域110cが配置されている。例えば、サブ波長構造体領域110cの光学軸方向は、360度を15分割した方向の何れかの方向をもつように形成されており、光偏光素子110bとしては光学軸方向がランダムになるようにサブ波長構造体領域110cが配置されている。 In this embodiment, each sub-wavelength structure region 110c has one optical axis. Here, the sub-wavelength structure regions 110c are arranged so that the optical axis directions are different between the adjacent sub-wavelength structure regions 110c so that the optical axis directions have different portions between the adjacent sub-wavelength structure regions 110c. Yes. For example, the optical axis direction of the sub-wavelength structure region 110c is formed so as to have any one of the directions obtained by dividing 360 degrees into 15 parts, and the optical polarizing element 110b has a random optical axis direction. A sub-wavelength structure region 110c is disposed.
但し、サブ波長構造体領域110c内における光学軸は1つである必要はなく、互いに直交する2つの方向の光学軸をもつようにサブ波長構造体領域110cを形成することもできる。更に、3つ以上の光学軸をもつようなサブ波長構造体領域110cであってもよく、光学軸方向が中心から放射状に広がるようにサブ波長構造体を構成する凹凸構造の溝が同心円状に配列されているようなサブ波長構造体領域110cであってもよい。 However, the number of optical axes in the sub-wavelength structure region 110c is not necessarily one, and the sub-wavelength structure region 110c can be formed so as to have optical axes in two directions orthogonal to each other. Further, the sub-wavelength structure region 110c may have three or more optical axes, and the grooves of the concavo-convex structure constituting the sub-wavelength structure are concentrically arranged so that the optical axis direction extends radially from the center. The sub-wavelength structure regions 110c may be arranged.
光偏光素子110bは、サブ波長構造体を構成する凹凸構造の溝の深さに関し、光偏光素子110b全体で溝の深さが同じであってもよいし、深さの異なるものを含んでいてもよい。深さの異なるものを含んでいる場合、1つの形態は、各サブ波長構造体領域110c内では溝の深さを均一にし、溝の深さの異なるサブ波長構造体領域110cをランダムに配置したものである。他の形態は、各サブ波長構造体領域110c内において溝の深さを変化させたものである。 The optical polarizing element 110b may have the same or different groove depth in the entire optical polarizing element 110b with respect to the depth of the concave-convex structure grooves constituting the sub-wavelength structure. Also good. When one having different depths is included, in one embodiment, the groove depth is uniform in each sub-wavelength structure region 110c, and the sub-wavelength structure regions 110c having different groove depths are randomly arranged. Is. In another embodiment, the groove depth is changed in each sub-wavelength structure region 110c.
図2に戻り、振動部110は、共振周波数1153Hzにおいて矢印Bの振動モード、共振周波数2007Hzにおいて矢印Cの振動モードを備えており、これらの振動方向は互いに略直交している。なお、振動部110の共振周波数は、例えば、弾性体130のばね定数を変化させることにより調整可能である。ここでは2つの振動モードの振動方向が略直交している例を示すが、略直交することは必須要件ではなく、複数の振動モードの振動方向が交差していればよい。 Returning to FIG. 2, the vibration unit 110 has a vibration mode indicated by an arrow B at a resonance frequency of 1153 Hz and a vibration mode indicated by an arrow C at a resonance frequency of 2007 Hz, and these vibration directions are substantially orthogonal to each other. In addition, the resonance frequency of the vibration part 110 can be adjusted by changing the spring constant of the elastic body 130, for example. Here, an example is shown in which the vibration directions of the two vibration modes are substantially orthogonal, but it is not an essential requirement that the vibration directions of a plurality of vibration modes intersect.
この時、駆動部200から印加する駆動信号(電圧)と丸部Dの位置の変化との関係は図5に示す形になる。図5(a)〜図5(c)において、左側が駆動部200から印加する駆動信号の波形であり、右側が丸部Dの軌跡である。 At this time, the relationship between the drive signal (voltage) applied from the drive unit 200 and the change in the position of the circle D is as shown in FIG. 5A to 5C, the left side is the waveform of the drive signal applied from the drive unit 200, and the right side is the locus of the round part D.
図5(a)は駆動部200から1153Hzの単純な交流波を印加した場合である(比較例)。又、図5(b)は駆動部200から2007Hzの単純な交流波を印加した場合である(比較例)。そして、図5(c)は駆動部200から1153Hzと2007Hzとの合成波を印加した場合である。 FIG. 5A shows a case where a simple AC wave of 1153 Hz is applied from the drive unit 200 (comparative example). FIG. 5B shows a case where a simple AC wave of 2007 Hz is applied from the drive unit 200 (comparative example). FIG. 5C shows a case where a combined wave of 1153 Hz and 2007 Hz is applied from the drive unit 200.
図5(c)を図5(a)及び図5(b)と比較すると明らかなように、振動部110の複数の共振周波数の内から選択した共振周波数成分を含む合成波を駆動部200から駆動信号として印加すると、振動部110は合成波に含まれる2つの共振周波数で振動する。そのため、構造が簡単でかつ小型の1軸の偏光解消素子100により、2軸振動相当の複雑な振動を実現できる。なお、3つ以上の周波数を合成した合成波を駆動部200から偏光解消素子100に印加してもよい。 As is clear when FIG. 5C is compared with FIG. 5A and FIG. 5B, a combined wave including a resonance frequency component selected from among a plurality of resonance frequencies of the vibration unit 110 is generated from the drive unit 200. When applied as a drive signal, the vibration unit 110 vibrates at two resonance frequencies included in the combined wave. Therefore, complicated vibration equivalent to biaxial vibration can be realized by the simple uniaxial depolarizing element 100 having a simple structure. Note that a synthesized wave obtained by synthesizing three or more frequencies may be applied from the driving unit 200 to the depolarizing element 100.
偏光解消素子100は、例えば、レーザ光源から発生するレーザ光を対象物に照射する光学系を備えた光学機器に使用することができる。すなわち、光学機器の光源からのレーザ光の偏光状態をランダムな偏光状態にするために、偏光解消素子100を光学機器の光学系の光路上に配置することができる。光学機器としては、例えば、レーザプリンタ、露光装置、レーザ光源を用いる分光器、及びレーザ計測装置等を挙げることができる。 The depolarizing element 100 can be used, for example, in an optical apparatus including an optical system that irradiates an object with laser light generated from a laser light source. That is, in order to change the polarization state of the laser light from the light source of the optical device to a random polarization state, the depolarizing element 100 can be disposed on the optical path of the optical system of the optical device. Examples of the optical device include a laser printer, an exposure device, a spectroscope using a laser light source, and a laser measuring device.
図6は、偏光解消素子100をレーザプリンタに用いる例を示す図である。図6において、レーザダイオード・ユニット510の内部には、例えば、光源としてのレーザダイオードと、レーザダイオードから射出されるレーザビームを平行光線にするコリメートレンズが設けられている。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the depolarizing element 100 is used in a laser printer. In FIG. 6, for example, a laser diode as a light source and a collimating lens that collimates a laser beam emitted from the laser diode are provided inside the laser diode unit 510.
レーザダイオード・ユニット510から平行光線となって射出されるレーザビームは、ポリゴンミラー(回転多面鏡)520によって偏向走査され、F−θレンズ等から構成される結像レンズ系530を介して折返しミラー540に入射する。そして、折返しミラー540で光路を変換され、感光体ドラム550の帯電した表面に画像を結像する。 The laser beam emitted as parallel light from the laser diode unit 510 is deflected and scanned by a polygon mirror (rotating polygonal mirror) 520 and is turned back via an imaging lens system 530 including an F-θ lens and the like. Incident to 540. Then, the optical path is converted by the folding mirror 540 and an image is formed on the charged surface of the photosensitive drum 550.
偏光解消素子100は、レーザダイオード・ユニット510とポリゴンミラー520との間の光路上に配置されている。これにより、レーザダイオード・ユニット510から射出されるレーザビームをランダムな偏光状態をもったレーザビームとすることが可能となる。 The depolarizing element 100 is disposed on the optical path between the laser diode unit 510 and the polygon mirror 520. As a result, the laser beam emitted from the laser diode unit 510 can be a laser beam having a random polarization state.
ここで、駆動部200から図5(c)に示す合成波を偏光解消素子100に印加し、領域分割したサブ波長構造体領域110cを振動させると、時間が進むにつれて異なった領域の光が重ね合わせられる。そのため、合成波による多重振動における、領域分割したサブ波長構造体領域110cの多重度(重なり方)は、図7(a)に示すようになる。 Here, when the combined wave shown in FIG. 5C is applied from the drive unit 200 to the depolarization element 100 and the sub-wavelength structure region 110c divided into regions is vibrated, the light in different regions overlaps with time. Adapted. Therefore, the multiplicity (how to overlap) of the sub-wavelength structure region 110c obtained by dividing the region in the multiple vibration by the synthetic wave is as shown in FIG.
図7(b)には比較例として単純な1軸振動の多重度を、図7(c)には比較例として円振動の多重度を示すが、図7(a)では図7(b)及び図7(c)と比較して明らかに光のパラメータとしての多重度が増していることが理解できる。 FIG. 7B shows a simple uniaxial vibration multiplicity as a comparative example, and FIG. 7C shows a circular vibration multiplicity as a comparative example. FIG. 7A shows FIG. In addition, it can be understood that the multiplicity as a parameter of light is clearly increased as compared with FIG.
本実施例において、図7(b)の様に単純な交流波を印加した場合、スペックルコントラスト0.7(30%低減効果)を得た。図7(c)の振動印加の場合、スペックルコントラスト0.4(60%低減効果)を得た。一方図7(a)の印加をすると、スペックルコントラスト0.3(70%低減効果)を得た。 In this example, when a simple alternating wave was applied as shown in FIG. 7B, a speckle contrast of 0.7 (30% reduction effect) was obtained. In the case of applying vibration in FIG. 7C, a speckle contrast of 0.4 (60% reduction effect) was obtained. On the other hand, when the application shown in FIG. 7A was applied, a speckle contrast of 0.3 (70% reduction effect) was obtained.
このように、振動部110を複雑に振動させることにより、光のパラメータとしての多重度が増すため、単純な振動の場合と比較して、スペックルコントラストを更に低減することができる。すなわち、光学素子が偏光解消素子である振動機構を有するスペックル解消素子を実現できる。 Thus, since the multiplicity as a light parameter increases by vibrating the vibration unit 110 in a complicated manner, the speckle contrast can be further reduced as compared with the case of simple vibration. That is, it is possible to realize a speckle eliminating element having a vibration mechanism in which the optical element is a depolarizing element.
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例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及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments and examples have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and the above-described embodiments are not deviated from the scope described in the claims. Various modifications and substitutions can be made to the embodiments.
例えば、上記実施例では、振動機構を有する偏光解消素子を例示したが、振動機構と偏光解消素子とを別個に構成し、それらを組み合わせてもよい。振動機構と偏光解消素子とを組み合わせることにより、スペックル解消素子を実現することができる。 For example, in the above-described embodiment, the depolarizing element having the vibration mechanism is illustrated, but the vibration mechanism and the depolarizing element may be separately configured and combined. A speckle canceling element can be realized by combining the vibration mechanism and the depolarizing element.
10 振動機構
11、110 振動部
12、120 支持体
13、130 弾性体
20、200 駆動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration mechanism 11, 110 Vibration part 12, 120 Support body 13,130 Elastic body 20,200 Drive part
Claims (5)
2つ以上の平面内共振モードの共振周波数成分で駆動される1軸の駆動部のみによって、前記光学素子を平面内で前記1軸の方向に依存しない2つ以上の振動方向に振動させる振動機構。 A vibration part made of an optical element , and a support that supports the vibration part via an elastic body,
Only by the driving portion of the one-axis driven by two or more resonance frequency component of the plane resonant mode vibration mechanism for vibrating the optical element into two or more vibration direction does not depend on the direction of the one axis in the plane .
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