JP2006323383A - 携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機 - Google Patents

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Abstract

【課題】携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機を提供する。
【解決手段】光透過性部材と、この部材の内部に光が透過するように部材の第１面上に光を出射させる光源と、部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、光源から入射した光を部材内部に回折及び映像化して部材外部に出射させる少なくとも一つの光学素子と、を備えて構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロジェクタの光学システムに係り、特に、携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機に関する。
近来、ディスプレイ装置は、軽量化・薄型化・大画面化しつつあり、種々のディスプレイ装置の中でも特にプロジェクタは、１００インチ以上の大画面を実現するディスプレイ装置として脚光を浴びている。
プロジェクタとは、透過型ＬＣＤ（LiquidCrystal Display）パネル、反射型ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）パネル、ＤＭＤ（DigitalMicromirror Device）パネルなどのマイクロ素子（Micro device）から生成された映像をスクリーン上に投射し画面を形成する装置のことをいう。
一般に、プロジェクタは、使用されるマイクロ素子の枚数によって単板式、２板式及び３板式のプロジェクタに分類される。
ここで、単板式プロジェクタは、光から色を時間的に分離して一つのマイクロ素子に照明する方式で、２板式プロジェクタは、光から色を空間及び時間的に分離して２枚のマイクロ素子に照明する方式で、３板式プロジェクタは、光から色を空間的に分離して３枚のマイクロ素子に照明する方式である。
図１は、一般の単板式プロジェクタの構成を示す図で、図２は、一般の３板式プロジェクタの構成を示す図である。
図１に示すように、単板式プロジェクタは、光源２、カラードラム３、ロードレンズ４、照明レンズ５，６、マイクロ素子７、プリズム８、投射レンズ１などから構成される。
単板式プロジェクタにおいて、光源２から発生した光はカラードラム３を通って赤色光、緑色光、青色光に分離され、各光は、ロードレンズ４を通りながら均一な輝度のものとなり、続いて照明レンズ５，６及びプリズム８を通ってマイクロ素子７に入射する。
入射した光は、マイクロ素子７で映像信号を有するようになり、再びプリズム８及び投射レンズ１を通ってスクリーンに投影される。
一方、３板式プロジェクタは、図２に示すように、光源２から生成された光を分離するためにダイクロイックミラー（dichroic mirror）９を使用し、分離された赤色光、緑色光及び青色光はそれぞれ、該当するＬＣＤパネル１０に入射し、入射した光は合成されてから投射レンズ１からスクリーンに投影される。
しかしながら、上記のように構成される既存のプロジェクタは、多数の光学素子（optical element）を必要とするだけでなく、光学系の構成が３次元的とされなければならないから非常に大きい空間を必要とし、よって、プロジェクタの小型化には限界があった。
また、既存のプロジェクタは、光源から投射レンズに至る光の経路が長いために光損失が生じ、明るくて鮮明な映像を表現するには限界があった。
しかも、既存のプロジェクタは、光学系の構成が３次元的となっており、光学素子の配列が不安定であるという問題もあった。
本発明は上記の目的を達成するためのもので、その目的は、新しい形態に光学系を構成し光学系の空間を最小限にすることによって、プロジェクタを小型化できる携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機を提供することにある。
本発明の他の目的は、光経路を最小化して光損失を低減できる携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、光学素子の配列を安定化できる携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機を提供することにある。
本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムは、光透過性部材と、部材内部に光が透過するように部材の第１面上に光を出射する光源と、部材の第１面及び第２面の少なくともいずれか一面上に支持され、光源から入射した光を部材内部に回折及び映像化させて部材外部に出射させる少なくとも一つの光学素子と、を備えて構成されることができる。
ここで、光透過性部材は、ガラス、透明プラスチック、または内部が空気で満たされているか真空である中空型部材（hollow type member）である。
また、光透過性部材は、線形的で扁平な表面を有しても良く、光透過性部材の全表面のうち、光学素子が支持される領域の表面が突出または凹入されていても良い。
また、光源は、レーザーダイオード、発光ダイオード及び有機電界発光素子のいずれかであり、単一波長または相異なる波長のビームを照射する発光素子または発光素子アレイである。
そして、光学素子は、フラットプレート（flatplate）タイプでありうる。
本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムは、光透過性部材と、部材の内部に光が透過するように外部の映像信号によって部材の第１面に光を出射させる光源と、部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、光源から入射した光を部材の内部に回折及び反射させる少なくとも一つの光学素子と、部材の第１及び第２面のうちいずれか一面上に支持され、光学素子から回折及び反射された光を外部の制御信号によって部材外部のスクリーン上にスキャニングする少なくとも一つのスキャンミラーと、を備えて構成されることができる。
ここで、光学素子は、部材の第１面上に支持され、光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、部材の第１及び第２面の少なくともいずれか一面上に支持され、光スプリッタから出射する光がスキャンミラーに入射するように光を回折させる少なくとも一つのレンズと、を備えて構成され、光源に対向する光スプリッタの表面上に配置され、光源から入射する光の経路を変えるプリズムをさらに備えても良い。
そして、光学素子は、部材の第１面上に支持され、光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、光源に対向する光スプリッタの表面上に配置され、光源から出射する光を回折させる第１レンズと、部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、光スプリッタから出射する光がスキャンミラーに入射するように光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、を備えて構成されることができる。
ここで、光が入射する第１レンズの表面は、光を収斂するグレーティング角度を有し、光が出射する第１レンズの表面は、光の経路を変えるグレーティング角度を有することができる。
また、光学素子は、部材の第１面上に支持され、光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、光源に対向する光スプリッタの表面上に配置され、光源から出射する光を回折させる第１レンズと、光源に対向する第１レンズの表面上に配置され、光源から出射する光のスペックルノイズ（speckle noise）を除去するように表面に不規則なパターンを有するプレートと、部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、光スプリッタから出射する光がスキャンミラーに入射するように光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、を備えて構成されることができる。
ここで、光スプリッタ、第１レンズ及びプレートを同時に一方向に往復移動させる駆動部がさらに備えられても良い。
そして、光学素子は、部材の第１面上に支持され、光源から出射する光を回折させる少なくとも一つの第１レンズと、部材の第２面上に支持され、第１レンズから回折された光を合成する第２レンズと、部材の第１面上に支持され、第２レンズから合成された光の色を分離するカラーフィルターと、部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、カラーフィルターから出射した光がスキャンミラーに入射するように光を回折させる少なくとも一つの第３レンズと、を備えて構成されても良い。
本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムは、光透過性部材と、部材の内部に光が透過するように部材の第１面に光を出射させる光源と、部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、光源から入射した光を回折及び反射させる少なくとも一つの第１光学素子と、部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、第１光学素子から回折及び反射された光を受けて映像を生成するディスプレイ素子と、部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、ディスプレイ素子から生成された映像を拡大して出射させる少なくとも一つの第２光学素子と、を備えて構成されることができる。
そして、入射する光を映像化して出射するように複数の光学素子が取り付けられた光透過性部材を有する光学システムを用いる移動通信端末機は、複数のキーパッド、及び穴を備える本体と、ディスプレイパネルが備えられ、本体に連結される蓋と、本体の穴を通って光透過性部材から映像化した光が外部に出射するように、穴を有する本体内部の一側に設置される光透過性部材と、本体内部に設置され、光透過性部材の表面上に取り付けられた光学素子に光を出射させる光源と、を備えて構成されることができる。
また、入射する光を映像化して出射するように複数の光学素子が取り付けられた光透過性部材を有する光学システムを用いる移動通信端末機は、複数のキーパッドを備える本体と、ディスプレイパネルが備えられ、本体に連結される蓋と、蓋上に回転自在に装着される支え部と、支え部の長さ方向に沿って形成される溝と、溝に沿って摺動する連結部と、連結部の一端に連結され、一側に穴を有するハウジングと、ハウジングの穴を通って映像化した光が外部に出射されるように、ハウジング内部に設置される光透過性部材と、ハウジング内部に設置され、光透過性部材の表面上に取り付けられた光学素子に光を出射させる光源と、を備えて構成されることができる。
本発明による携帯用プロジェクタの光学システム及びこれを用いる移動通信端末機は、光透過性部材の両面に光学素子を配置することによって光学素子の配列を安定化させることができ、光透過性部材を介して光を伝送するため、光路の長さを縮めることが可能になる。
したがって、本発明は、プロジェクタの小型化及び軽量化ができ、モバイルフォンなど携帯可能機器に適用でき、必要によってさまざまな設計が可能なので応用分野が広い。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の構成と作用について詳細に説明する。ただし、これら実施形態は、本発明を例示するためのもので、本発明の技術思想、その核心構成及び作用を限定するためのものではない。
本発明の概念は、光透過性部材の両面に光学素子を配置し光学素子の配列を安定化させ、また、該光透過性部材を介して光を伝送し光経路の長さを縮めることができる携帯用プロジェクタの光学システムを提供することにある。
本発明の光学システムは、大きく、光透過性部材（member）、光源及び複数の光学素子から構成される。
ここで、光透過性部材は、ガラス、透明プラスチック、または内部が空気で満たされているか真空である中空型部材（hollow type member）にすれば良いが、これらに限定されず、光がよく伝達される材質ならいずれも使用可能である。また、光透過性部材の大きさは、光学設計に応じて決定される。
なお、場合によって、光透過性部材の断面は、円形、半円形、三角形、多角形などにすることができる。
本発明の実施形態では、光透過性部材を、線形的(linear)で扁平な表面を持つように製作した。
また、設計によって、光透過性部材の全表面のうち、光学素子が支持される領域の表面が突出または凹入されるように形成しても良い。
そして、光源は、光透過性部材内部に光が透過するように該部材の第１面上に光を出射させる。
ここで、光源には、レーザーダイオード、発光ダイオード、有機電界発光素子などがあり、特にレーザーダイオードを使用して光学システムを構成すると、プロジェクタの大きさを一層低減させることができ、好ましい。
場合によっては、単一波長のビームを照射する発光素子、または、相異なる波長のビームを照射する発光素子をアレイ形態にして使用しても良い。
本発明の実施形態では、光源として、赤色光を生成する赤色光源、緑色光を生成する緑色光源、及び青色光を生成する青色光源を備えたし、赤色光源、緑色光源及び青色光源は互いに、同一面に一直線上に並んで配列されるように製作した。
光源は、光透過性部材の第１面上に支持されても良く、或いは、第１面から所定間隔隔てて他の部材に支持されても良い。
また、光学素子は、光透過性部材の第１面及び第２面のいずれかの面上に支持され、光源から入射した光を、光透過性部材の内部に回折及び映像化させて光透過性部材の外部に出射させる。
本発明の実施形態では、光透過性部材の第１面と第２面が互いに向かう合うように形成される。
ここで、光学素子は、回折光学素子（DiffractiveOptical Element）、ホログラム光学素子（Hologram Optical Element）、プレーンミラー（plane mirror）、マイクロディスプレイ（microdisplay）、スキャンミラー（scan mirror）などを使用する。なお、光学素子は、フラットプレート（flat plate）タイプにして使用することが好ましい。
本発明の光学素子は、設計によって種々の形態に作製可能である。
本発明の光学システムにおいて、光透過性部材の第１面や第２面上に支持される光学素子は、一直線上に並んで配列される構成とした。
なお、光透過性部材の第１面上に支持される光学素子と光透過性部材の第２面上に支持される光学素子は、所定の角度だけ互いにずれて配置されることができる。これは、光の伝達経路を最小化するためである。
また、本発明の光学システムの構成を最適化するために、光透過性部材の第１面上には、駆動回路を持つ光学素子を配置し、光透過性部材の第２面上には、駆動回路を持たない光学素子を配置することが好ましい。このように回路構成を必要とする素子を一側に構成すると有用な空間的活用ができ、光学システムの大きさを一層減らすことができる。
一方、本発明は、スキャンミラーを使って映像を外部のスクリーン上にスキャニングする光学システムにしても良く、マイクロディスプレイ及び投射レンズを使って映像を外部のスクリーン上に投射する光学システムにしても良い。
すなわち、スキャンミラーを用いた光学システムでは、外部の映像信号によって発生した光が光源から光学素子に入射し、光学素子が入射光を回折及び反射させると、スキャンミラーは光学素子から回折及び反射されてきた光を外部の制御信号に応じて部材外部のスクリーン上にスキャニングして映像を表示する。
そして、マイクロディスプレイを用いた光学システムでは、光源から発生した光が光学素子に入射し、光学素子が入射光を回折及び反射させると、マイクロディスプレイは、光学素子から回折及び反射されてきた光を受けて映像を生成し、投射レンズは、マイクロディスプレイで生成された映像を拡大して外部のスクリーン上に出射する。
図３及び図４はそれぞれ、本発明の第１実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。
図３は、スキャンミラーを用いた光学システムであり、図４は、マイクロディスプレイを用いた光学システムである。
図３に示すように、本発明のプロジェクタは、透過性部材（member）５０、光源５１、第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４、第１及び第２ミラー５５，５６、回折レンズ５７、スキャンミラー５８、プリズム５９で構成される。
ここで、光透過性部材５０は、ガラス、透明プラスチック、または内部が空気で満たされているか真空である中空型部材（hollow type member）からなるが、これらに限定されず、光がよく伝達される材質ならいずれも使用可能である。また、光透過性部材５０の大きさは、光学設計に応じて決定される。
そして、場合によって、光透過性部材５０の断面は、円形、半円形、三角形、多角形などにすることができる。
本発明の実施形態では、光透過性部材５０が線形的(linear)で扁平な表面を有するように製作される。
また、設計によって、光透過性部材５０の全表面のうち、第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４、第１及び第２ミラー５５，５６、回折レンズ５７、スキャンミラー５８が支持される領域の表面は、突出または凹入されるようにしても良い。
そして、光源５１は、光透過性部材５０の内部に光が透過するように外部の映像信号によって部材５０の第１面に光を出射する。
ここで、光源５１は、赤色レーザー光源５１ａ、緑色レーザー光源５１ｂ、及び青色レーザー光源５１ｃで構成され、光透過性部材５０の第１面上に支持されるか、或いは、第１面から所定間隔隔てて他の部材に支持される。
また、第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４上には、光源５１から入射する光の方向を変えるプリズム５９がそれぞれ配置されている。
場合によって、光源から入射する光の経路を変えるようにグレーティング角度(grating angle)を持つ光スプリッタを使用しても良く、この場合、上記のプリズムは要らなくなる。
このときに、グレーティング角度は、光源に対向する光スプリッタの表面に形成される。
プリズム５９の取り付けられた第１ビームスプリッタ５２は、部材５０の第１面上に支持され、赤色レーザー光源５１ａから入射した光を部材５０の第２面に回折させる。
ここで、第１ビームスプリッタ５２は、赤色波長は透過させ、緑色及び青色波長は全反射させる。
プリズム５９の取り付けられた第２ビームスプリッタ５３は、部材５０の第１面上に支持され、緑色レーザー光源５１ｂから入射した光と第１ミラー５５から反射された光とを、部材５０の第２面に回折させる。
第２ビームスプリッタ５３は、赤色及び青色波長は全反射させ、緑色波長は透過させる。
また、プリズム５９の取り付けられた第３ビームスプリッタ５４は、部材５０の第１面上に支持され、青色レーザー光源５１ｃから入射した光と第２ミラー５６から反射された光とを、部材５０の第２面に回折させる。
第３ビームスプリッタ５４は、赤色及び緑色波長は全反射させ、青色波長は透過させる。
第１ミラー５５は、部材５０の第２面上に支持され、第１ビームスプリッタ５２から回折された光を反射させる。
そして、第２ミラー５６は、部材５０の第２面上に支持され、第２ビームスプリッタ５３から回折された光を反射させる。
回折レンズ５７は、部材５０の第２面上に支持され、第３ビームスプリッタ５４から回折された光を回折させる。
ここで、回折レンズ５７には、円形の回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）などを使用することができる。
続いて、スキャンミラー５８は、部材５０の第１面上に支持され、回折レンズ５７から回折された光を受けて外部の制御信号によってスキャニングする。
一方、光透過性部材５０の第１面と第２面は互いに向かい合うように形成され、第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４、第１及び第２ミラー５５，５６、回折レンズ５７、スキャンミラー５８は、フラットプレート（flat plate）タイプに製作することが好ましい。
そして、第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４、及びスキャンミラー５８は、光透過性部材５０の第１面上に支持され、互いに一直線上に並んで配列され、第１及び第２ミラー５５，５６、及び回折レンズ５７は、光透過性部材５０の第２面上に支持され、互いに一直線上に並んで配列される。
また、光透過性部材５０の第１面上に支持される第１乃至第３ビームスプリッタ５２，５３，５４及びスキャンミラー５８と、光透過性部材５０の第２面上に支持される第１及び第２ミラー５５，５６及び回折レンズ５７とは、所定の角度で互いにずれて配置されると良い。これは、光の伝達経路を最小化させるためである。
なお、本発明の光学システムの構成を最適化するために、光透過性部材５０の第１面上には、駆動回路を持つ光学素子を配置し、光透過性部材５０の第２面上には駆動回路を持たない光学素子を配置することが好ましい。
このように回路構成を必要とする素子を一側に構成すると、有用な空間的活用ができ、光学システムの大きさを一層減らすことができる。
次に、このように構成される本発明による携帯用プロジェクタの動作方法について説明する。
図３に示すように、まず、赤色レーザー光源５１ａ、緑色レーザー光源５１ｂ及び青色レーザー光源５１ｃで構成された光源５１は、外部の映像信号によって光透過性部材５０の第１面に光を出射させる。
赤色レーザー光源５１ａから出射した光は、光透過性部材５０の第１面上に支持される、プリズム５９の取り付けられている第１ビームスプリッタ５２にそれぞれ入射する。
続いて、第１ビームスプリッタ５２は、入射した光を回折させ、光透過性部材５０の第２面上に形成された第１ミラー５５に出射させる。
そして、第１ミラー５５は、第１ビームスプリッタ５２から回折されてきた光を、光透過性部材５０の第１面上に形成された第２ビームスプリッタ５３に反射させる。
一方、緑色レーザー光源５１ｂから出射した光は、光透過性部材５０の第１面上に支持される、プリズム５９の取り付けられた第２ビームスプリッタ５３に入射する。
第２ビームスプリッタ５３は、赤色波長を全反射させ、緑色波長を透過させるので、第２ビームスプリッタ５３は、緑色レーザー光源５１ｂから入射した緑色光と第１ミラー５５から反射された赤色光とを、部材５０の第２面上に形成された第２ミラー５６に回折させる。
続いて、第２ミラー５６は、第２ビームスプリッタ５３から回折されてきた光を、光透過性部材５０の第１面上に形成された第３ビームスプリッタ５４に反射させる。
一方、青色レーザー光源５１ｃから出射した光は、光透過性部材５０の第１面上に支持される、プリズム５９の取り付けられた第３ビームスプリッタ５４に入射する。
第３ビームスプリッタ５４は、赤色及び緑色波長を全反射させ、青色波長を透過させるので、第３ビームスプリッタ５４は、青色レーザー光源５１ｃから入射した青色光と第２ミラー５６から反射された赤色光及び緑色光とを、部材５０の第２面上に形成された回折レンズ５７に回折させる。
回折レンズ５７に回折されてきた赤色光、緑色光及び青色光は、部材５０の第１面上に形成されたスキャンミラー５８に入射し、スキャンミラー５８は、入射した光をスキャニングして外部のスクリーンに出射させる。
ここで、スキャンミラー５８は、入射する光を左右方向にスキャニングする１次元（1 dimension）スキャンミラー、及び入射する光を上下方向にスキャニングする１次元スキャンミラーで構成しても良く、入射する光を上下左右方向にスキャニングする２次元スキャンミラーで構成しても良い。
本発明では、スキャンミラー５８としてガルバノミラー（Galvano mirror）を使用する。
図４は、図３のスキャンミラーに代えてマイクロディスプレイを使用した光学システムを示す図である。
マイクロディスプレイ６０は、回折レンズ５７から回折された光を受けて映像を生成し、投射レンズ６１は、マイクロディスプレイ６０で生成された映像を拡大して外部のスクリーン上に出射させる機能を担う。
図５乃至図９は、本発明による携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥ（Diffractive Optical Element）レンズを示す図で、光学システムの設計によって種々のＤＯＥレンズを使用することができる。
図１０は、本発明第２実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。
図１０に示すように、本発明のプロジェクタは、透過性部材５０、光源５１、第１乃至第３レンズ７２，７３，７４、第１乃至第３ミラー７５，７６，７７、回折レンズ７８、スキャンミラー７９で構成される。
ここで、第１レンズ７２は、回折光学素子であるＤＯＥ（Diffractive Optical Element）レンズなどを使用することができ、光学システムの設計によって種々のＤＯＥレンズを使用することができる。
第１レンズ７２は、レーザー光が入射する上面とレーザー光が出射する下面におけるグレーティング（grating）の状態を異にすることができる。
すなわち、図１１及び図１２に示すように、レーザー光が入射する面は、レーザー光を収斂するグレーティング角度（grating angle）を有し、レーザー光が出射する面は、レーザー光の経路を変えるグレーティング角度を有するように製作する。
レンズのグレーティング構造は、設計によってさまざまに製作可能である。
また、第２レンズ７３は、部材５０の第１面上に支持され、緑色レーザー光源５１ｂから入射した光と第１ミラー７５から反射された光とを、部材５０の第２面に回折させる。
第２レンズ７３は、第１レンズ７２と同じグレーティング構造を有するが、第１ミラー７５から反射された光が入射する面に、赤色波長は全反射させ緑色波長は透過させるビームスプリッタ（beam splitter）が設置されるという点が異なる。
また、第３レンズ７４は、部材５０の第１面上に支持され、青色レーザー光源５１ｃから入射した光と第２ミラー７６から反射された光とを、部材５０の第２面に回折させる。
第３レンズ７４は、第１レンズ７２と同じグレーティング構造を有するが、第２ミラー７６から反射された光が入射する面に、赤色及び緑色波長は全反射させ青色波長は透過させるビームスプリッタが設置されるという点が異なる。
また、第１ミラー７５は、部材５０の第２面上に支持され、第１レンズ７２から回折されてきた光を反射させる。
第２ミラー７６は、部材５０の第２面上に支持され、第２レンズ７３から回折されてきた光を反射させる。
第３ミラー７７は、部材５０の第２面上に支持され、第３レンズ７４から回折されてきた光を反射させる。
回折レンズ７８は、部材５０の第１面上に支持され、第３ミラー７７から回折されてきた光を回折させる。
ここで、回折レンズ７８には、円形の回折光学素子（Diffractive Optical Element）などを使用すれば良い。
スキャンミラー７９は、部材５０の第２面上に支持され、回折レンズ７８から回折されてきた光を外部の制御信号によってスキャニングする。
ここで、スキャンミラー７９には、入射する光を２次元的にスキャニングするガルバノミラー（Galvano mirror）を使用する。
場合によって、スキャンミラー７９は、２個のスキャンミラー、すなわち、入射する光を左右方向にスキャニングするガルバノミラーと、入射する光を上下方向にスキャニングするガルバノミラーとから構成しても良い。
図示してはいないが、本発明の第１実施形態におけると同様に、本発明の第２実施形態においてもスキャンミラーに代えてマイクロディスプレイを使って光学システムを製作しても良い。
図１３は、本発明の第３実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。
図１３に示すように、本発明の第３実施形態では、レーザー光のノイズを除去するためにスペックルノイズ（speckle noise）除去部８０を設置する。
具体的に、スペックルノイズ除去部８０は、部材５０の第１面上に配置される。
スペックルノイズ除去部８０は、光スプリッタ８３、レンズ８２及びプレート８１が一体化してなる。
ここで、光スプリッタ８３は、部材５０の第１面上に配置され、光源から出射する光の特定波長のみを透過させる。
レンズ８２は、光源５１に対向する光スプリッタ８３の表面上に配置され、光源５１から出射する光を回折させる。
ここで、レンズ８２は、図１１及び図１２のようなグレーティングを有するＤＯＥレンズを使用する。
また、プレート（plate）８１は、光源５１に対向するレンズ８２の表面上に配置され、光源５１から出射する光のスペックルノイズ（specklenoise）を除去できるように表面に不規則なパターンを有する。
本発明では、プレート８１としてランダムフェーズプレート（random phase plate：ＲＰＰ）を使用することが好ましい。
ここで、プレート８１のパターンは、図１４に示すように、コンピュータによって生成されるホログラムパターンを使用することが好ましく、このようなパターンによって、レーザー光の相（phase）はπだけの差を有するようになる。
また、プレート８１の面積は、光スプリッタ８３またはレンズ８２の面積よりも大きくすることが好ましい。
駆動部８５は、光スプリッタ８３、レンズ８２及びプレート８１を同時に一方向に往復移動させる。
ここで、駆動部８５は、スペックルノイズ除去部８０のプレート８１を微細振動させることによって、光のスペックルノイズを除去する。
ここで、駆動部８５は、小さい変位の振動を与える手段はいずれも使用可能であり、特に、電気場によって振動するエレクトロマグネチック素子や、圧電現象によって膨脹及び収縮して振動するピエゾエレクトリック素子を使用することが好ましい。
このように構成される本発明の第３実施形態における光の経路は、次の通りである。
図１３に示すように、光源５１で発生したレーザー光は、スペックルノイズ除去部８０を透過するように部材５０の第１面に入射し、スペックルノイズが除去された光は、部材５０の第２面に配置されているミラー８６，８７，８８によって反射される。
続いて、反射された光は、ＤＯＥレンズ８９，９０及びスキャンミラー９１を経て外部のスクリーンに出射する。
ここで、スキャンミラー９１は、入射する光を２次元的にスキャニングするガルバノミラー（Galvano mirror）を使用する。
場合によって、スキャンミラー９１は、２個のスキャンミラーで構成しても良い。
図示してはいないが、本発明の第１実施形態と同様に、本発明の第３実施形態においてもスキャンミラーに代えてマイクロディスプレイを使って光学システムを製作しても良い。
図１５は、本発明の第４実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。
図１５に示すように、本発明の第４実施形態は、光源５１、複数のＤＯＥレンズ１００，１０１，１０５、カラーフィルター１０２、第１及び第２スキャンミラー１０３，１０４で構成される。
光源５１で発生したレーザー光は、ＤＯＥレンズ１０５によって回折され、回折された光は、部材５０の第２面に配置されているＤＯＥレンズ１００によって再度回折される。
続いて、回折された光は、ＤＯＥレンズ１０１によって合成され、合成された光は、部材５０の第１面に配置されているカラーフィルター１０２によって分離される。
分離された光は、第１及び第２スキャンミラー１０３，１０４を経て外部のスクリーンに出射する。
ここで、第１スキャンミラー１０３は、入射する光を左右方向にスキャニングするガルバノミラーであり、第２スキャンミラー１０４は、入射する光を上下方向にスキャニングするガルバノミラーである。
場合によって、スキャンミラーは、入射する光を２次元的にスキャニングするガルバノミラーとしても良い。
図示してはいないが、本発明の第１実施形態と同様に、本発明の第４実施形態においても、スキャンミラーに代えてマイクロディスプレイを使って光学システムを製作しても良い。
以上の方法で動作する本発明による携帯用プロジェクタの光学システムは、光学素子の配列を安定化できるだけでなく、光透過性部材を介して光を伝送し光路の長さを縮めることができるため、小型化及び軽量化が実現でき、携帯可能なプロジェクタに適している。
図１６及び図１７は、本発明による携帯可能なプロジェクタ用光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォン（mobile laser projector phone）を示す概略図であり、本発明の光学システムは、モバイルフォンのように小さい空間を持つ環境でも簡便に適用可能である。
モバイルフォン１１０は、大きく、本体１１２及び蓋１１１で構成される。
本体１１２は、多数のキーパッド、及び穴（hole）１１３を備え、蓋１１１は、ディスプレイパネルが備えられ、本体１１２と連結される。
また、光透過性部材５０は、本体１１２の穴１１３から光透過性部材５０で映像化した光が外部に出射するように、穴１１３を有する本体１１２内部の一側に設置される。
また、光源５１は、本体１１２の内部に設置され、光透過性部材５０の表面上に取り付けられた光学素子に光を出射させる。
また、図１８及び図１９に示すように、光学素子の取り付けられた光透過性部材５０及び光源５１は、ハウジング１１４によって保護される。
そして、光透過性部材５０で映像化した光が外部に出射するように、ハウジング１１４の一側に穴１１３が形成される。
また、穴１１３周辺のハウジング１１４の表面に多数の凹凸１１５が形成される。
凹凸１１５は、モバイルユーザーがプロジェクタの投射方向を調節するためにハウジングを回す際にすべりを防止する機能を担う。
図２０及び図２１は、図１８のようにハウジングされたプロジェクタを適用した種々のモバイルフォンを示す図である。
図２２、図２３及び図２４は、プロジェクタがモバイルフォンの蓋に構成された場合を示す。
図２２、図２３及び図２４に示すように、本体１１２は多数のキーパッドを備え、蓋１１１はディスプレイパネルを備え、本体１１２に連結される。
また、支え部１１６は、蓋１１１上に回転自在に装着され、溝１１７は、支え部１１６の長さ方向に沿って形成される。
連結部１１８は、溝１１７に沿って摺動し、ハウジング１１４は、連結部１１８の一端に連結され、一側に穴を有する。
また、光透過性部材５０は、ハウジング１１４の穴から映像化した光が外部に出射するように、ハウジング１１４の内部に組み込まれる。
そして、光源は、ハウジング１１４の内部に設置され、光透過性部材５０の表面上に取り付けられた光学素子に光を出射させる。
以上説明してきた内容から本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能であることは、当業者にとっては明らかである。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
一般の単板式プロジェクタの構成を示す図である。 一般の３板式プロジェクタの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムの変形例を示す斜視図である。 本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥレンズを示す図である。 本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥレンズを示す図である。 本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥレンズを示す図である。 本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥレンズを示す図である。 本発明に係る携帯用プロジェクタの光学システムで使用可能なＤＯＥレンズを示す図である。 本発明の第２実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。 図１０のレンズ表面に形成されたグレーティングを示す斜視図である。 図１０のレンズ表面に形成されたグレーティングを示す断面図である。 本発明の第３実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。 図１３のプレートに形成されるホログラムパターンを示す図である。 本発明の第４実施形態による携帯用プロジェクタの光学システムを示す斜視図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォン（mobile laser projector phone）を示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。 本発明による携帯用プロジェクタの光学システムを適用したモバイルレーザープロジェクタフォンを示す概略図である。

Claims (46)

  1. 光透過性部材と、
    前記部材内部に光が透過するように前記部材の第１面上に光を出射する光源と、
    前記部材の第１面及び第２面の少なくともいずれか一面上に支持され、前記光源から入射した光を前記部材内部に回折及び映像化させて前記部材外部に出射させる少なくとも一つの光学素子と、
    を備えて構成されることを特徴とする、携帯用プロジェクタの光学システム。
  2. 前記光透過性部材は、ガラス、透明プラスチック、または内部が空気で満たされているか真空である中空型部材（hollow type member）であることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  3. 前記光透過性部材の断面は、円形、半円形、三角形または多角形であることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  4. 前記光透過性部材は、線形的で扁平な表面を有することを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  5. 前記光透過性部材の全表面のうち、前記光学素子が支持される領域は、表面が突出または凹入されることを特徴とする請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  6. 前記光透過性部材の第１面と第２面は、互いに向かい合うことを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  7. 前記光源は、レーザーダイオード、発光ダイオード及び有機電界発光素子のいずれかであることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  8. 前記光源は、単一波長または相異なる波長のビームを照射する発光素子または発光素子アレイであることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  9. 前記光源は、前記第１面上に支持されるか、または、前記第１面から所定間隔隔てて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  10. 前記光源は、赤色光を生成する赤色光源、緑色光を生成する緑色光源、及び青色光を生成する青色光源から構成されることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  11. 前記赤色光源、緑色光源及び青色光源は、同一線上に並んで配列されることを特徴とする、請求項１０に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  12. 前記光学素子は、回折光学素子（DiffractiveOptical Element）、ホログラム光学素子（Hologram Optical Element）、プレーンミラー（plane mirror）、マイクロディスプレイ（microdisplay）及びスキャンミラー（scan mirror）のうち少なくともいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  13. 前記光学素子は、フラットプレート（flatplate）タイプであることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  14. 前記光透過性部材の同一面上に支持される光学素子は、同一線上に並んで配列されることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  15. 前記光透過性部材の第１面上に支持される光学素子と前記光透過性部材の第２面上に支持される光学素子は、所定の角度だけ互いにずれて配置されることを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  16. 前記光透過性部材の第１及び第２面のうちいずれか一面上には、駆動回路を持つ光学素子を配置し、他面上には駆動回路を持たない光学素子を配置することを特徴とする、請求項１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  17. 光透過性部材と、
    前記部材の内部に光が透過するように外部の映像信号によって前記部材の第１面に光を出射させる光源と、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光源から入射した光を前記部材の内部に回折及び反射させる少なくとも一つの光学素子と、
    前記部材の第１及び第２面のうちいずれか一面上に支持され、前記光学素子から回折及び反射された光を外部の制御信号によって前記部材外部のスクリーン上にスキャニングする少なくとも一つのスキャンミラーと、
    を備えて構成されることを特徴とする、携帯用プロジェクタの光学システム。
  18. 前記光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記部材の第１及び第２面の少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記スキャンミラーに入射するように前記光を回折させる少なくとも一つのレンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  19. 前記光源に対向する光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から入射する光の経路を変えるプリズムをさらに備えることを特徴とする、請求項１８に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  20. 前記光源に対向する前記光スプリッタの表面は、前記光源から入射する光の経路を変えるようにグレーティング角度（grating angle）を有することを特徴とする、請求項１８に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  21. 前記光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記光源に対向する前記光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から出射する光を回折させる第１レンズと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記スキャンミラーに入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  22. 前記光が入射する前記第１レンズの表面は、前記光を収斂するグレーティング角度を有し、前記光が出射する前記第１レンズの表面は、前記光の経路を変えるグレーティング角度を有することを特徴とする、請求項２１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  23. 前記光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記光源に対向する前記光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から出射する光を回折させる第１レンズと、
    前記光源に対向する前記第１レンズの表面上に配置され、前記光源から出射する光のスペックルノイズ（speckle noise）を除去するように表面に不規則なパターンを有するプレートと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記スキャンミラーに入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  24. 前記光スプリッタ、第１レンズ及びプレートは、一体に構成されることを特徴とする、請求項２３に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  25. 前記光スプリッタ、第１レンズ及びプレートを同時に一方向に往復移動させる駆動部をさらに備えることを特徴とする、請求項２３に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  26. 前記駆動部は、エレクトロマグネチック素子（electromagnetic device）またはピエゾエレクトリック素子であることを特徴とする、請求項２５に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  27. 前記プレートの面積は、前記光スプリッタまたは第１レンズの面積よりも大きいことを特徴とする、請求項２３に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  28. 前記光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光を回折させる少なくとも一つの第１レンズと、
    前記部材の第２面上に支持され、前記第１レンズから回折された光を合成する第２レンズと、
    前記部材の第１面上に支持され、前記第２レンズから合成された光の色を分離するカラーフィルターと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記カラーフィルターから出射した光が前記スキャンミラーに入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第３レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  29. 前記スキャンミラーは、前記入射する光を左右方向にスキャニングする１次元（1 dimension）スキャンミラーと、前記入射する光を上下方向にスキャニングする１次元スキャンミラーとで構成されるか、または、前記入射する光を上下左右方向にスキャニングする２次元スキャンミラーで構成されることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  30. 前記スキャンミラーは、ガルバノミラー（Galvanomirror）であることを特徴とする、請求項１７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  31. 光透過性部材と、
    前記部材の内部に光が透過するように前記部材の第１面に光を出射させる光源と、
    前記部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光源から入射した光を回折及び反射させる少なくとも一つの第１光学素子と、
    前記部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記第１光学素子から回折及び反射された光を受けて映像を生成するディスプレイ素子と、
    前記部材の第１面及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記ディスプレイ素子から生成された映像を拡大して出射させる少なくとも一つの第２光学素子と、
    を備えて構成されることを特徴とする、携帯用プロジェクタの光学システム。
  32. 前記第１光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記ディスプレイ素子に入射するように前記光を回折させる少なくとも一つのレンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  33. 前記光源に対向する光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から入射する光の経路を変えるプリズムをさらに備えることを特徴とする、請求項３２に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  34. 前記光源に対向する前記光スプリッタの表面は、前記光源から入射する光の経路を変えるようにグレーティング角度（grating angle）を有することを特徴とする、請求項３２に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  35. 前記第１光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射される光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記光源に対向する前記光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から出射する光を回折させる第１レンズと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記ディスプレイ素子に入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  36. 前記光が入射する前記第１レンズの表面は、前記光を収斂するグレーティング角度を有し、前記光が出射する前記第１レンズの表面は、前記光の経路を変えるグレーティング角度を有することを特徴とする、請求項３５に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  37. 前記第１光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光の特定波長のみを透過させる少なくとも一つの光スプリッタと、
    前記光源に対向する前記光スプリッタの表面上に配置され、前記光源から出射する光を回折させる第１レンズと、
    前記光源に対向する前記第１レンズの表面上に配置され、前記光源から出射する光のスペックルノイズ（speckle noise）を除去するように表面に不規則なパターンを有するプレートと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記光スプリッタから出射する光が前記ディスプレイに入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第２レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  38. 前記光スプリッタ、第１レンズ及びプレートは、一体に構成されることを特徴とする、請求項３７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  39. 前記光スプリッタ、第１レンズ及びプレートを同時に一方向に往復移動させる駆動部をさらに備えることを特徴とする、請求項３７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  40. 前記駆動部は、エレクトロマグネチック素子またはピエゾエレクトリック素子であることを特徴とする、請求項３９に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  41. 前記プレートの面積は、前記光スプリッタまたは第１レンズの面積よりも大きいことを特徴とする、請求項３７に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  42. 前記第１光学素子は、
    前記部材の第１面上に支持され、前記光源から出射する光を回折させる少なくとも一つの第１レンズと、
    前記部材の第２面上に支持され、前記第１レンズから回折された光を合成する第２レンズと、
    前記部材の第１面上に支持され、前記第２レンズから合成された光の色を分離するカラーフィルターと、
    前記部材の第１及び第２面のうち少なくともいずれか一面上に支持され、前記カラーフィルターから出射した光が前記ディスプレイ素子に入射するように前記光を回折させる少なくとも一つの第３レンズと、
    を備えて構成されることを特徴とする、請求項３１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  43. 前記第２光学素子は、前記ディスプレイ素子の映像を拡大して投射する投射レンズまたはミラーであることを特徴とする、請求項３１に記載の携帯用プロジェクタの光学システム。
  44. 入射する光を映像化して出射するように複数の光学素子が取り付けられた光透過性部材を有する光学システムを用いる移動通信端末機であって、
    複数のキーパッド、及び穴を備える本体と、
    ディスプレイパネルが備えられ、前記本体に連結される蓋と、
    前記本体の穴を通って前記光透過性部材から映像化した光が外部に出射するように、前記穴を有する前記本体内部の一側に設置される光透過性部材と、
    前記本体内部に設置され、前記光透過性部材の表面上に取り付けられた前記光学素子に光を出射させる光源と、
    を備えて構成されることを特徴とする、光学システムを用いる移動通信端末機。
  45. 前記光透過性部材及び光源を収容するハウジングと、
    前記光透過性部材から映像化した光が外部に出射するように前記ハウジングの一側に形成される穴と、
    前記穴周辺のハウジング表面に形成される複数の凹凸と、
    をさらに備えて構成されることを特徴とする、請求項４４に記載の光学システムを用いた移動通信端末機。
  46. 入射する光を映像化して出射するように複数の光学素子が取り付けられた光透過性部材を有する光学システムを用いる移動通信端末機であって、
    複数のキーパッドを備える本体と、
    ディスプレイパネルが備えられ、前記本体に連結される蓋と、
    前記蓋上に回転自在に装着される支え部と、
    前記支え部の長さ方向に沿って形成される溝と、
    前記溝に沿って摺動する連結部と、
    前記連結部の一端に連結され、一側に穴を有するハウジングと、
    前記ハウジングの穴を通って前記映像化した光が外部に出射されるように、前記ハウジング内部に設置される光透過性部材と、
    前記ハウジング内部に設置され、前記光透過性部材の表面上に取り付けられた前記光学素子に光を出射させる光源と、
    を備えて構成されることを特徴とする、光学システムを用いる移動通信端末機。
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