掃描式光學裝置的制作方法

專利名稱：掃描式光學裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種掃描式光學裝置.
背景技術：
近年來，由于投影機的高畫質化和小型化的時機成熟，以及半導體激 光器的高輸出化、藍色激光器和綠色激光器的出現，因而目前具有射出激 光的激光光源之投影機、顯示器開發的動向有所活躍，它們因為光源的波 段較窄，所以能夠將色再現范圍擴展得非常大.另外，具備激光光源的投 影機、顯示器因為還能夠實現裝置蒼本的小型化、構成務ff的減少，所以 蘊藏著作為下一代顯示裝置的較大的可能性.另外，還認為，激光光源與 以往超高壓水銀燈等的放電燈相比發光效率也較高，對設備的省功率化也 有效果0
作為使用激光光源裝置的顯示裝置，要考慮對激光進行2維掃描使之 調制各光束的強度而生成圖像的裝置。這種顯示裝置，例如在合成由RGB 各自不同的激光光源裝置所射出的光線將其變成一條光線之后，通過將該 光線由1個光掃描器件進行掃描，在屏幕等上進行圖像顯示.
此外，為了使用激光光源來顯示能充分辨認的圖像，需M從激光光 源射出的激光的強度大到某種程度以上.其結果為，在圖像顯示裝置的掃 描光學系統因某些原因停止時，激光持續照射l點，有可能引^^投影面 的損傷.因此，人們提出了一種投影機，該投影機在掃描部因某些故障停 止時，防止激光從裝置的殼體向外部射出(例如，參見專利文獻l。).
該專利文獻1所述的投影機，具備激光光源、掃描部以及使掃描部 在預定位置上停止并加以保持的保持部。在該投影機中，通過保持部對掃
描部不斷施加負栽。而且，在掃描部因某些原因停止時，對掃描部施加負 載以便強行使激光朝向殼體開口部的外側.這樣，在處于掃描部的掃描工 作不正常進行的狀態時，通過保持部，來防止激光向投影機殼體的外部射 出。
另外，作為掃描部，從能得到足夠的掃描速度的方面考慮， 一般使用MEMS (微電子M系統)掃描器。在MEMS掃描器的驅動過程中，一 般使用利用靜電力的器件、壓電元件，
專利文獻1 : 特開2004-312347號公報在上述以往的技術中留下了如下的問題。也就是說，對于上述專利文 獻l所述的顯示裝置來說，在掃描部因某些故障停止時，雖然對掃描部施 加外力而離開光軸，防止了激光從殼體向外部射出，但是就該方法而言， 因為構成復雜，所以在實際運用上較為困難.
另夕卜，因為MEMS鏡體一般進行往復旋轉運動，所以在作為掃描部使 用MEMS鏡體時，只要沒有MEMS鏡體4Mf的破損，則中立位置為掃描 范圍的中心。例如，在該中立位置處設置遮光板的情況下，因為無法4吏用 掃描范圍的中心，所以顯示性能有所下降.再者，MEMS掃描器一般難以 做到同時確保偏角和掃描速度，凌得掃描速度卻不能得到足夠的偏角.

發明內容
本發明是為了解決上述問題而做出的，其目的為提供一種掃描式光學 裝置，可以充分得到偏角，在不使射出的激光受到影響的狀況下掃描激光， 能夠在因某些原因使掃描部停止時防止激光持續照射裝置外部的 一點。
為了達到上述目的，本發明提供下面的手段.
本發明的掃描式光學裝置其特征為，具備光源裝置，射出激光；電 光元件，通過相應于施加電壓的大小使折射率分布產生變化，來掃描從上 述光源裝置射出的激光；以及遮光部件，配置于電壓不施加時從上述電光 元件所射出的激光的光路上，另外，本發明的掃描式光學裴置優選的是，上述遮光部件配置到電 圍的端部側。在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，通過對電光元件施加電壓，電 光元件的折射率分布朝向電場方向連續增加或減少。因此，按與電光元件 內部產生的電場垂直的方向行進的光從折射率低的 一側朝向高的 一側彎 曲。另外，因為遮光部件配置到激光的掃描范圍的端部側，所以電光元件 正常掃描光的期間可以將對從裝置射出的激光帶來的影響抑制為最小限 度。從而，遮光部件由于不使掃描范圍受到影響，因而激光進行良好掃描.這里，在電光元件因某些原因發生故障時，其狀態為未對電光元件施 加電壓，激光的掃描停止。此時，因為遮光部件配置到未施加電壓時從電 光元件所射出的光的光路上，所以從電光元件所射出的激光由遮光部件遮 擋。從而，可以防止激光持續照射^^置外部的某部分(一點)。還有，本發明中所指的故障假定為成為電壓不施加狀態的故障。另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，上述遮光部件配置在不處 于上述激光的上述掃描范圍的位置，另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，上述遮光部件配置到下述 位置，該位置不處于用于由上述激光掃描進行的圖像顯示的范圍。在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，因為遮光部件的大小不妨礙從 電光元件所射出的激光的掃描范圍，所以電光元件正常掃描光的期間不遮 擋激光，從而，由于遮光部件不《吏激光的掃描范圍受到影響，因而不發生 激光的掃描范圍狹窄等的不佳狀況.另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，設置對上述遮光部件進行 冷卻的冷卻機構。在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，通過由冷卻機構對遮光部件進 行冷卻，而可以對照射到遮光部件上的激光的熱進fr軟熱。借此，能夠防 止遮光部件被加熱，另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，在上述遮光部件設置反射
部，射，在上述電光元件的入射端面側設置光吸收部，吸收在上述反射部所反 射了的激光.
在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，在電光元件因某些原因發生故 障時，激光的掃描停止。此時，從電光元件所射出的激光通過在遮光部件 所設置的反射部朝向電光元件的入射端面進行反射，然后，在反射部所反特別是，本發明在激光的輸出較強而需要對照射到遮光部件的激光的 熱進fr歉熱時，較為有效。也就是說，在電光元件的射出端面側，因為正 在進行激光的掃描，所以難以確保對遮光部件進行冷卻所需的較大空間. 因此，在可以確保較大空間的入射端面側配置光吸收部。借此，因為可以 設置比較大的光吸收部，所以能夠對激光的熱高效進行散熱。
另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，設置對上述光吸收部進行 冷卻的冷卻機構，在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，通過冷卻機構對光吸收部所吸 收的激光的熱進行散熱.這種情況下，在電光元件的入射端面側由于可以 確保空間，因而易于配置用來對光吸收部進行冷卻的冷卻機構。從而，通 過有效利用該空間，就能夠實現裝置的小型化.
另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，在上述遮光部件設置檢測 激光的光檢測機構，并設置控制部，相應于由上述光檢測M進行的激光 檢測來控制上述光源裝置的驅動.
在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，在電光元件因某些原因發生故 障時，激光的掃描停止。此時，從電光元件所射出的激光由設置于遮光部 件的光檢測機構，來檢測激光，這里，例如在由光檢測機構檢測到的激光 的強度比預先設定的值大時，通過控制部停止光源裝置的驅動.這樣，在 激光的掃描停止了時，通過使光源裝置的驅動停止，而可以抑制遮光部件 的破損、激光光源消耗功率的浪費.另外，本發明的掃描式光學裝置優選的是，上述電光元件具有
KTa^Nbx03的成分。在本發明所涉及的掃描式光學裝置中，電光元件是一種具有 KTai_xNbx03 (鉭鈮酸鉀)成分的晶體(下面，稱為KTN晶體)，該 KTai_xNbx03是具有高介電常數的電介質材料.KTN晶體具有因溫度不斷 從立方晶向正方晶進而向菱面體晶而改變晶系的性質，在立方晶中眾所周 知具有較大的2次電光效應。特別是，在與從立方晶向正方晶的相轉變溫 度接近的區域引起相對介電常ltl散的現象，與相對介電常數的平方成比 例的2次電光效應成為極大的值.從而，具有KTa^Nbx03成分的晶體與 其他的晶體相比，能夠將使折射率產生變化時需要的施加電壓抑制得較低。 據此，可以提供一種能實現省功率化的電光元件。


圖1是表示本發明第1實施方式所涉及的掃描式光學裝置的平面圖， 圖2是表示對圖1的電光元件電極施加的電壓波形的附圖。 圖3是表示本發明第2實施方式所涉及的掃描式光學裝置的平面圖， 圖4是表示本發明第3實施方式所涉及的掃描式光學裝置的平面圖。 圖5是表示本發明第4實施方式所涉及的掃描式光學裝置的立體圖， 符號說明1、 20、 30…掃描式光學裝置，ll".光源裝置，13、 22、 31."遮狄(遮 光部件)，23."反射部，32"'光電二極管(光檢測機構)，50"'圖像顯示裝 置(掃描式光學裝置)，50R-紅色光源裝置(光源裝置)，50G…綠色光 源裝置(光源裝置)，50B'"藍色光源裝置(光源裝置)具體實施方式
下面，參照附圖，對于本發明所涉及的掃描式光學裝置的實施方式進 行說明.在下面的附圖中，為了將各部件設為可辨認的大小，適當變更了 各部件的比例尺。〔第1實施方式〕
掃描式光學裝置l具備光源裝置ll，射出激光；電光元件12，掃描 從光源裝置ll所射出的激光；以及遮ib板(遮光部件)13，配置于電光元 件12的射出側.電光元件12如圖1 (a)所示，具備第1電極16、第2電極17和光學 元件18.光學元件18是一種具有電光效應的電介質晶體(電光晶體)，在本實 施方式中由具有KTN (鉭鈮酸鉀、KTaiJVbx03)成分的晶體材料構成。 另外，光學元件18如圖1 (b)所示，是長方體形狀，在光學元件18的上 側的面18a配置第1電極16，在下側的面18b配置第2電極17。在該笫1 電極16及第2電極17，連接著施加電壓的電源E.另外，第1電極16及 第2電極17如圖1 (a )所示，沿在光學元件18內行進的激光L的行進方 向的尺寸大致相同。因此，在第1電極16和第2電極17之間的光學元件 18產生電場。另夕卜，在電光元件12因某些原因發生故障時，其狀態為未對第1電極 16及第2電極17施加電壓，也就是說，在未對第1電極16及第2電極17 施加電壓時，在電光元件12中行進的激光在光學元件18內直行，并從光 學元件18的射出端面18d射出，還有，將iMfe加電壓時從光源裝置11所 射出的激光的光路設為Al,遮光板13由具有遮光性的材料形成.作為遮光板13的材料，例如是 用抑制光反射的染料、顏料著色后的難燃性材料。另外，遮光板13因為被 照射激光，所以優選的是，由熱傳導率高的材料、具有光吸收性的材料構 成。再者，遮光板13如圖1 (a)所示，配置到光學元件18的射出端面 18d側的光路Al上且從光源裝置11所射出的激光的掃描范圍外側。再者， 遮光板13的大小為使得在對光學元件18施加初始值S1的電壓時，不妨 礙從光學元件18的射出端面18d所射出的激光的掃描范圍，并且比激光光 點的直徑大。也就是說，遮ib仗13配置為，通常掃描時的激光L1不進行 照射。另外，光源裝置11如圖1 (a)所示，其配置為從光學元件18的第1
電極16側使激光入射。也就是說，在本實施方式中，因為通過電光元件12的折射率分布的不 同，入射到光學元件18的激光向第2電極17側彎曲，所以通it^光學元 件18的第1電極16側使激光入射，就能夠較大取得掃描范圍。下面，對于電光元件12的工作進行說明。對第1電極16，由電源E例如施加+250V的電壓，對第2電極17，由 電源E例如施加OV的電壓。通過對第l、第2電極16、 17施加電壓，在 光學元件18，從第1電極16朝向第2電極17產生電場。而且，如圖l(a) 所示，光學元件18的折射率為，第1電極16側變低，第2電極17側增高。 因此，按與光學元件18內部產生的電場垂直的方向行進的激光出現偏向。 具體而言，從折射率低的第1電極16側的光學元件18的入射端面18c所 入射的激光L朝向光學元件18折射率高的第2電極17側彎曲，并從射出 端面18d射出。另外，對第1電極16施加的電壓波形例如如圖2所示，是鋸齒狀的波 形。若將該初始值S1的電壓施加給了笫1電極16,則如圖1 (a)所示， 從光源裝置11射出并在光學元件18內行進的激光L1按照光學元件18的 折射率分布，向第2電極17側彎曲。然后，激光Ll不照射到遮ib仗13 上，從光學元件18的射出端面18d射出。另外，若使對第1電極16施加 的電壓值，如圖2的電壓波形所示逐漸上升，施加了最大的電壓值S2，則 從光源裝置ll射出并在光學元件18內行進的激光L2如圖1 (a)所示， 與激光Ll相比在光學元件18內折射得較大.而且，在光學元件18的射 出端面18d，以比激光L1大的偏角射出。這樣，通過將圖2所示波形的電壓施加給第1電極16，從光源裝置11 所射出的激光L就利用電光元件12在從激光L1到激光L2的掃描范圍(掃 描范圍)內進行掃描。也就是說，通過使對第1電極16施加的電壓產生變 化，使從光學元件18的入射端面18c入射并從射出端面18d射出的光按l 維方向進行掃描，在本實施方式所涉及的掃描式光學裝置1中，在電光元件12因某些原 因發生故障時，由電光元件12進行的激光的掃描停止，但因為遮;3bt113 配置在光路Al上，所以從電光元件12所射出的激光由遮ib^ 13遮擋。 從而，可以防止激光持續照射裝置外部的某部分(一點)。另外，因為遮ibtl 13的大小不妨礙從電光元件12所射出的激光的掃 描范圍，所以在電光元件12正常掃描光的期間，不遮擋激光。從而，由于 遮光板13不使掃描范圍受J'J影響，因而激光進行良好掃描.再者，因為光學元件18是KTN晶體，所以可以增大從光學元件18 的射出端面18d射出的光的偏角(掃描角)，而且，由于KTN掃描器能 夠以與MEMS掃描器相同的速度(微秒程度)進行掃描，因而能夠進行 高分辨率的顯示。也就是說，本實施方式的掃描式光學裝置1可以充分獲得偏角，在不 使射出的激光受到影響的狀況下掃描激光，能夠在因某些原因使激光器的 掃描停止時防止激光持續照射裝置外部的 一點，還有，在本實施方式的掃描式光學裝置1中，還可以設置散熱片、進 行冷卻的冷卻裝置，其用來對遮ib敗13所吸收的激光的熱進g熱。該冷 卻裝置也可以是空冷、水冷、珀耳帖等的任一種。這樣，通過對遮;5b敗13 進行冷卻，對照射到遮m3上的激光的熱進fr歉熱，由此就能夠防止遮 光板13被加熱，〔第2實施方式〕下面，對于本發明所涉及的第2實施方式，參照圖3進行說明。還有， 在下面說明的各實施方式中，對與上述第1實施方式所涉及的掃描式光學 裝置l為相同構成的部位附上相同的符號，以省略其說明，在本實施方式所涉及的掃描式光學裝置20中，和笫1實施方式的不同 之處為，具備吸收電光元件停止時的激光的光吸收部。在遮光板22，在該遮ib仗22的與電光元件12對向的表面22a i更置反 射部23.該反射部23采用反射率高的金屬膜來形成。還有，反射部23也 可以采用多層電介質薄膜來形成. 射角相對法線形成角度.也就是說，其配置為，相對于遮光板22的中心軸， 未對光學元件18施加電壓時從光源裝置11所射出的激光的光路A1傾斜。 借此，從電光元件12的射出端面18d所射出的激光通過遮光板22的反射 部23向第2電極17側進行^^射。然后，所反射的激光通過光學元件18 的內部，v^A射端面18c側射出。也就是說，在遮ib^L22的反射部23處 所反射的反射光不回到激光光源11.另外，光吸收部21設置在電光元件12的入射端面18c側，并且配置 到在反射部23處反射、并從光學元件18的入射端面18c所射出的激光的 光路上。該光吸收部21設計為，具有足夠的熱容量，即便持續照射激光也 不受到損傷。采用本實施方式所涉及的掃描式光學裝置20,可以得到和第1實施方 式的掃描式光學裝置l相同的效果。再者，在本實施方式的掃描式光學裝 置20中，特別是在激光的輸出較強而需要對照射到遮光板22上的激光的 熱進行散熱時，較為有效.也就是說，如同笫1實施方式那樣，在電光元 件12的射出端面18d側，因為正在進行激光的掃描，所以難以確保對遮光 板22進行冷卻所需的較大空間。因此，在可以確保較大空間的電光元件 12的入射端面18c側配置光吸收部21.這樣，通過在電光元件12的入射 端面18c側配置光吸收部21，就能夠對激光的熱高效進行散熱.再者，在本實施方式的掃描式光學裝置20中，還可以設置散熱片、進 行冷卻的冷卻裝置，其用來對光吸收部21所吸收的激光的熱進行散熱.這 種情況下，在電光元件12的入射端面18c側由于可以確保空間，因而易于 配置用來對光吸收部21進行冷卻的冷卻裝置.從而，通過有效利用該空間， 就能夠實現裝置的小型化。 〔第3實施方式〕下面，對于本發明所涉及的第3實施方式，參照圖4進行說明。 在本實施方式所涉及的掃描式光學裝置30中，和第1實施方式的不同 之處為，具備在電光元件停止時使激光的射出停止的機構.在遮光板31，在該遮光板31的與電光元件12對向的表面31a設置進
行光電轉換的光電二極管(光檢測機構)32.另外，光源裝置11及光電二極管32連接到控制部35。該控制部35 用iM目應于由光電二極管32檢測到的光，控制光源裝置11。也就是說， 在電光元件12因某些原因發生故障時，由于從光源裝置11所射出的激光 持續照射光電二極管32，因而與電光元件12正常進行工作時相比，在光 電二極管32所檢測的能量積分值增高.從而，控制部35將電光元件12 正常工作時光電二極管32所檢測的激光的光強度值設為臨界值，在檢測到 大于該臨界值的光強度時使光源裝置11的驅動停止.另外，控制部35在 光電二極管32檢測到臨界值以下的光強度的期間驅動光源裝置11。采用本實施方式所涉及的掃描式光學裝置30，可以得到和第1實施方 式的掃描式光學裝置l相同的效果.再者，在本實施方式的掃描式光學裝 置30中，在激光的掃描停止時，通過由控制部35使光源裝置11的驅動停 止，就能夠防止對遮ib板31持續照射激光.從而，可以抑制遮光板31的 損傷、激光光源11消耗功率的浪費.再者，由于不對遮光板31持續照射 激光，因而激光的熱不被累積.從而，因為不需要對遮光板31進行冷卻， 所以能夠實現構成簡單且小型的掃描式光學裝置30.還有，也可以將本實施方式的光電二極管設置于第2實施方式的遮光 板22.采用該構成，在因某些原因使激光的掃描停止時，能夠進一步防止 遮光板22的損傷。〔笫4實施方式〕下面，對于本發明所涉及的第4實施方式，參照圖5進行說明。 在第1實施方式中，是一種使用單色光源裝置的掃描式光學裝置，而 本實施方式所涉及的掃描式光學裝置50是一種使用3色的光源裝置向屏幕 投影圖像的圖像顯示裝置。本實施方式所涉及的圖像顯示裝置50如圖5所示，具備紅色光源裝 置(光源裝置)50R,射出紅色的激光；綠色光源裝置(光源裝置)50G， 射出綠色的激光；藍色光源裝置(光源裝置)50B,射出藍色的激光；十 字分色棱鏡51;電光元件12，將從十字分色棱鏡51所射出的激光按屏幕55的水平方向進行掃描；以及檢電鏡(galvano mirror) 52，將從電光元 件12所射出的激光按屏幕55的垂直方向進行掃描。下面，對于使用由上述構成構成的本實施方式的圖《象顯示裝置50，將 圖像向屏幕55投影的方法，進行說明。從各光源裝置50R、 50G、 50夢所射出的激光由十字分色棱鏡51進行 合成，入射于電光元件12.入射到電光元件12的激光按屏幕55的水平方 向被進行掃描，并通過檢電鏡52按垂直方向被進行掃描，向屏幕55進行 投影。在本實施方式所涉及的圖像顯示裝置50中，因為當激光的掃描停止 時，由遮ib板13來遮擋激光，所以能夠防止持續照射屏幕55的某部分(一 點)。還有，也可以取代檢電鏡52，采用低成本的多面反射鏡進行掃描.也 就是說，因為電光元件12的掃描準確度優良，所以作為圖像顯示裝置，即 使不使用像檢電鏡那樣準確度優良的鏡體，也能夠在抑制成本的同時，進 行高性能的圖像顯示。還有，本發明的技術范圍并木限定為上述實施方式，可以在不脫離本發明宗旨的范圍內加以各種變更，還有，例如也可以將第1~第3實施方式的掃描式光學裝置應用于激 光打印機。另外，在上述各實施方式中，雖然將遮iyi設置于激光的掃描范圍外， 但是在直到圖像顯示區域外都掃描激光時，遮M也可以配置為，也包括 處于掃描范圍內但不用于圖像顯示的端部，也就是說，可以配置為圖像 顯示區域外的激光對其進行照射。換言之，遮光板也可以配置到下述位置， 該位置不處于用于由激光掃描進行的圖像顯示的范圍。另外，作為電光元件以KTN晶體為例進行舉例說明，但是不限于此， 只要是折射率線性變化的元件即可。例如也可以是LiNb03 (鈮酸鋰)等具 有電光效應的電介質晶體,但具有LiNb()3等成分的晶體因為與KTN晶體 相比掃描偏角較小，且驅動電壓較高，所以優選的是，使用KTN晶體.
權利要求
1.一種掃描式光學裝置，其特征為，具備光源裝置，其射出激光；電光元件，其通過相應于施加電壓的大小使折射率分布產生變化，來掃描從上述光源裝置所射出的激光；以及遮光部件，其配置于電壓不施加時從上述電光元件所射出的激光的光路上。
2. 根據權利要求1所述的掃描式光學裝置，其特征為 上述遮光部件配置于電壓施加時、在上述電光元件產生電場時，從上述電光元件所射出的激光的掃描范圍的端部側.
3. 根據權利要求1所述的掃描式光學裝置，其特征為 上述遮光部件配置在不處于上述激光的上述掃描范圍的位置，
4. 根據權利要求3所述的掃描式光學裝置，其特征為 上述遮光部件配置于下述位置，該位置不處于用于由上述激光掃描所進行的圖像顯示的范圍.
5. 根據權利要求1到4中任一項所述的掃描式光學裝置，其特征為 設置有對上述遮光部件進行冷卻的冷卻機構。
6. 根據權利要求1到5中任一項所述的掃描式光學裝置，其特征為 在上述遮光部件設置有反射部，該反射部使從上述電光元件所射出的激光朝向上述電光元件的入射端面進行反射，在上述電光元件的入射端面側設置有光吸收部，該光吸收部吸收在上 述反射部所反射的激光。
7. 根據權利要求6所述的掃描式光學裝置，其特征為 設置有對上述光吸收部進行冷卻的冷卻機構，
8. 根據權利要求1到7中任一項所述的掃描式光學裝置，其特征為 在上述遮光部件設置有檢測激光的光檢測機構， 設置有控制部，該控制部相應于由上述光檢測機構進行的激光的檢測 來控制上述光源裝置的驅動。
9.根據權利要求1到8中任一項所述的掃描式光學裝置，其特征為 上述電光元件具有KTai-xNbx03的成分。
全文摘要
本發明提供一種掃描式光學裝置，可以充分得到偏角，在不使射出的激光受到影響的狀況下掃描激光，能夠在因某些原因使掃描部停止時防止激光持續照射裝置外部的一點。其特征為，具備光源裝置(11)，射出激光；電光元件(12)，通過相應于施加電壓的大小使折射率分布產生變化，來掃描從光源裝置(11)射出的激光；和遮光部件(13)，配置于電壓不施加時從電光元件(12)所射出的激光的光路上的激光掃描范圍的端部側。
文檔編號H04N3/08GK101131474SQ20071014655
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月20日 優先權日2006年8月21日
發明者內川大介, 野島重男 申請人:精工愛普生株式會社