JP2011154344A - 走査型画像表示装置、携帯電話、携帯型情報処理装置、携帯型撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏向ミラー部分の厚みを半分程度に減じることにより薄型化を達成し、携帯電話等への搭載の可能性を大きく進めることができる走査型画像表示装置を実現する。
【解決手段】ビーム供給部１０から出射されたビームをビーム走査部１１の偏向ミラーで偏向走査して被投射面に投射し画像情報に対応してビームの光強度を制御することにより画像を形成する走査型画像表示装置において、偏向ミラーのミラー部１２Ｍが形成された基板１２の平面を、ビーム供給部から出射されるビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、偏向ミラーの前段に、ビーム供給部から出射されるビームを偏向ミラーの方向へ偏向してミラー部に斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子１３を設け、かつ光学素子の反射面は、偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタ、携帯型プロジェクタ等に応用される走査型画像表示装置に関し、特にレーザビームを微小な偏向ミラーで走査して被投射面に画像を表示する超小型な走査型画像表示装置に関する。さらに本発明は、その走査型画像表示装置を搭載した携帯電話、携帯型情報処理装置（ノートパソコン、ミニノートパソン、モバイルパソコン等）、携帯型撮影装置（デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ）に関する。

近年、レーザビームを微小な偏向ミラーで上下左右に振って偏向走査し、同時にレーザの発光パワーをコントロールすることにより画像を表示する、小型な走査型画像表示装置（所謂レーザプロジェクタ）の開発が盛んである。このレーザプロジェクタは、従来の光源と画像表示パネルと投射レンズを備えるプロジェクタに比べて極めて小さなサイズでできるため、携帯電話や携帯型情報処理装置（ノートパソコン、ミニノートパソン、モバイルパソコン等）、携帯型撮影装置（デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ）等への搭載が期待されている。
しかしながら、小さいとは言っても、実際に搭載しようとすると、その大きさはまだまだ大きく（現状ではＯＰＴモジュール４〜６ＣＣ程度）、特に携帯電話に載せようとするとその厚み（現状で７ｍｍ程度）が大きな障害になっている。

＜従来技術とその問題点＞
レーザプロジェクタの光路構成は様々な特許文献に示されている。
例えば特許文献１（特許第４１７４４２０号公報）の図１４には、レーザプロジェクタの基本的な光路構成が示されている。この従来技術では、レーザ光源から出たビームは主走査方向の偏向をつかさどる第１のミラーと副走査方向の偏向をつかさどる第２のミラーを介してスクリーン上に投影され画像を形成する。ここではレーザは単色光源でありカラー化に対応していない。

特許文献２（特開２００８−２７５９３０号公報）の図１では、偏向ミラーの前段でダイクロイックプリズムによる色合成が行なわれている。この従来技術では、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の基本３原色の他にＷ（白色）も加えられているが、Ｗは必須ではない。また、ＲＧＢとＷをダイクロイックプリズムで合成することはなかなか困難である。

特許文献３（特開２００９−００３４２９号公報）の図２２には、色合成をＸプリズムで行い、偏向ミラーも２次元タイプのものにした構成が示されている。この従来技術では、プリズムをＸプリズムにしたことと、偏向ミラーを２次元タイプにしたことでかなりの小型化が達成されている。

特許文献４（特開２００９−１２２４５５号公報）の図３には、ＲＧの２色のレーザ光源を１ＣＡＮに収めた構成が示されている。この従来技術では、３色のレーザ光源を別々のＣＡＮに収めたものよりも光路の短縮化が図れる。なお、同図中Ｇレーザは赤外レーザと二次高調波を発生させるＳＨＧの組み合わせで得るようになっているが、これは現状ではプロジェクタ用途に適するＧ発振のＬＤが得られていないためであり、将来的にはＧのＬＤに置き換わるものと考えられる。また偏向ミラーの後段に集光レンズが配してあるが、これは必須ではない。

特許文献５（特開２００６−１８６２４３号公報）の図３には１ＣＡＮ内にＲＧＢ３色のレーザ光源を収めた１ＣＡＮ３ＬＤタイプの光源を備えた構成が見られる。これは言ってみれば究極の小型化を目指したもので、一つの光源（１ＣＡＮ３ＬＤ）、一つの集光レンズ（ＣＬ）、一つの２次元偏向ミラーのみからなっている。これは極めて簡易な構成ではあるが、１ＣＡＮ３ＬＤ等、実現の難しい技術も含まれている。

このように、従来から様々な光路構成が考えられているが、共通していることは、偏向ミラーがビーム光軸に対して斜めに配されていることである。これはビームを反射させるのであたりまえのようではあるが、装置の薄型化ということを考えたときには、大きな障壁となる。

走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の小型化を考えたとき、特許文献１、２のように単一偏向の偏向ミラーを２つ備えることは著しく不利であり、小型化を狙ったレーザプロジェクタでは２次元駆動の偏向ミラーが用いられることは確実である。そこで２次元駆動の偏向ミラーについて見てみる。

図１１に、２次元駆動偏向ミラーの原理的な構成例を示す。
偏向ミラー基板１２上には、外側から順に、副走査動力発生部１２ｄ、副走査回転軸１２ｂ、主走査動力発生部１２ｃ、主走査回転軸１２ａがつながり、中央に偏向ミラー部１２Ｍが配置されている。動力発生部は、電磁方式、ピエゾ方式等があるが、いずれにしろ、それなりの大きさの領域は必要であり、回転軸部１２ａ，１２ｂは、回転角度や回転速度にもよるが、やはりそれなりの長さが必要である。

光学的に必要なのは中央の偏向ミラー部１２Ｍだけであるが、それを２次元に回転駆動するためには、偏向ミラー基板１２は、偏向ミラー部１２Ｍの数倍の大きさが必要である。偏向ミラーに求められる性能にもよるが、偏向ミラー基板１２は、主走査方向に偏向ミラー部１２Ｍの５倍程度、副走査方向に偏向ミラー部１２Ｍの４倍程度は最低でも必要になる。このサイズが、走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）全体の厚みに大きく関与し、薄型化の障壁になっている。

レーザプロジェクタを薄くするためには、２次元駆動偏向ミラーを厚みを抑える方向に配したい。しかしながら、厚みを抑える方向に２次元駆動偏向ミラーを配置すると、２次元駆動偏向ミラーの反射面と、光源からのレーザビームの光軸が平行になってしまい、レーザビームが２次元駆動偏向ミラーの反射面に入っていかない。
そこで、レーザビームと反射面が平行な場合には、図１６（ａ）］に示すようにビームスプリッタを用いるのが一般的である。ビームスプリッタを用いれば、図１６（ａ）に示すようにビームスプリッタの分離面（４５°面）でレーザビームを直角にまげて反射面に導き、反射後のレーザビームは分離面を透過させて取り出すことができる。
このようにビームスプリッタを用いる場合には、ビームスプリッタの分離面は透過と反射の両機能を備える必要があるため、簡易的にはハーフミラーでよいが、光量損失を嫌う場合には分離面を偏光分離膜とした所謂偏光ビームスプリッタが用いられる。この場合はλ／４板等を組み合わせて光路の往きと還りで偏光の状態を変える必要がある。

さて、このようなビームスプリッタを用いればビームを直角に曲げて２次元駆動偏向ミラーに導けるので、２次元駆動偏向ミラーを光軸と平行に配置することが可能となり、レーザプロジェクタの薄型化が可能になるように思われるが、実際にはうまく行かない。何故ならレーザプロジェクタでは２次元駆動偏向ミラーによってレーザビームが振られるためである。
図１３（ａ）に示すように、レーザビームがミラーで振られない場合は、ビームスプリッタは、ビーム径＋αの大きさで済むものが、レーザプロジェクタの場合は、ビームが振られることにより、図１３（ｂ）や同図（ｃ）に示すように、２次元駆動偏向ミラーにより振られたレーザビームが全てビームスプリッタ内に納まるような大きさにする必要があり、横幅ばかりでなく厚み方向にもサイズが大きく広がってしまう。したがって、ビームスプリッタを用いてもレーザプロジェクタの厚みは薄くできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題を解決するために、偏向ミラー部分の厚みを半分程度に減じることにより薄型化を達成し、携帯電話等への搭載の可能性を大きく進めることができる走査型画像表示装置を提供することを目的とする。
さらに本発明では、その薄型の走査型画像表示装置を搭載した携帯電話、携帯型情報処理装置、携帯型撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の解決手段は、レーザビームを出射するビーム供給部と、該ビーム供給部から出射されたレーザビームを主走査方向と副走査方向の２方向に偏向走査する微小な２次元駆動偏向ミラーを有するビーム走査部とを備え、前記ビーム供給部から出射されたレーザビームを、前記ビーム走査部の前記２次元駆動偏向ミラーで偏向走査して被投射面に投射し、画像情報に対応してレーザビームの光強度を制御することにより画像を形成する走査型画像表示装置において、前記２次元駆動偏向ミラーのミラー部が形成された基板平面を、前記ビーム供給部から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、前記２次元駆動偏向ミラーの前段に、前記ビーム供給部から出射されるレーザビームを前記２次元駆動偏向ミラーの方向へ偏向してミラー部に斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子を設け、かつ前記光学素子の反射面は、前記２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した（請求項１）。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の走査型画像表示装置において、前記ビーム供給部は、少なくとも１つのレーザ光源と、少なくとも１つのカップリングレンズを有する光学系により構成され、前記レーザ光源より発光したレーザビームを前記光学系により略平行なレーザビームとして出射することを特徴とする（請求項２）。

本発明の第３の解決手段は、第１または第２の解決手段の走査型画像表示装置において、前記２次元駆動偏向ミラーの前段に配置される光学素子は、平面ミラーであることを特徴とする（請求項３）。
また、本発明の第４の解決手段は、第１または第２の解決手段の走査型画像表示装置において、前記２次元駆動偏向ミラーの前段に配置される光学素子は、三角プリズムであることを特徴とする（請求項４）。

本発明の第５の解決手段は、第１または第２の解決手段の走査型画像表示装置において、前記２次元駆動偏向ミラーの後段に、該２次元駆動偏向ミラーによるレーザビームの偏向をさらに増大させるような曲面を備えた光学素子を配置したことを特徴とする（請求項５）。
また、本発明の第６の解決手段は、第５の解決手段の走査型画像表示装置において、前記２次元駆動偏向ミラーの前段の反射面と、前記２次元駆動偏向ミラーの後段の曲面とが、一つの光学素子に一体的に形成されるようにしたことを特徴とする（請求項６）。

本発明の第７の解決手段は、携帯電話であって、第１〜第６のいずれか一つの解決手段の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする（請求項７）。
また、本発明の第９の解決手段は、携帯型情報処理装置であって、第１〜第６のいずれか一つの解決手段の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする（請求項８）。
また、本発明の第９の解決手段は、携帯型撮影装置であって、第１〜第６のいずれか一つの解決手段の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする（請求項９）。

本発明の走査型画像表示装置では、２次元駆動偏向ミラーのミラー部が形成された基板平面を、ビーム供給部から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、前記２次元駆動偏向ミラーの前段に、ビーム供給部から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーの方向へ偏向してミラー部に斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子を設け、かつ光学素子の反射面は、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置したことにより、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光が光学素子の反射面に戻らないようにすることができ、かつ走査型画像表示装置全体の厚みを薄くすることが可能となり、極めて薄い走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を実現することができる。
そして、この薄型の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）は、薄いがゆえに当然容積も減るので、携帯電話のカバー部や本体への搭載が容易になる。
また、この薄型の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）は、携帯型情報処理装置（ノートパソコン、ミニノートパソン、モバイルパソコン等）、携帯型撮影装置（デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ）などへの搭載も容易である。

本発明に係る走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の基本的な一実施例を示す図であり、（ａ）は走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の上面図であり、（ｂ）は走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。 本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）に用いる半導体レーザのＣＡＮ形状の例を示す図である。 ２次元駆動偏向ミラーの原理的な構成例を示す平面図である。 本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話のカバーの外壁に設置した例を示す図である。 本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話のカバーの内壁に設置した例を示す図である。 本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話の本体側に設置した例を示す図である。 （ａ）は本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話の本体側に設置し、サイド方向に投射するように構成した例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話の本体内に設置し、使用時のみ本体から引き出すように構成した例を示す図である。 レーザビームの光軸に対して平行に配置されたミラーまたは偏向ミラーに対して、従来のビームスプリッタを用いてレーザビームを入射させた場合の説明図である。

本発明の走査型画像表示装置では、２次元駆動偏向ミラーのミラー部が形成された基板平面を、ビーム供給部から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、２次元駆動偏向ミラーの前段に、ビーム供給部から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーの方向へ偏向してミラー部に斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子を設け、かつ光学素子の反射面は、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した構成としたものであり、これにより、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光が光学素子の反射面に戻らないようにし、かつ走査型画像表示装置全体の厚みを薄くして、極めて薄い走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を実現するものである。
以下、本発明の実施形態について、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１は本発明に係る走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の基本的な一実施例を示す図であり、（ａ）は走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の上面図であり、（ｂ）は走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。
図１（ａ），（ｂ）において、走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）は、光源及び光学系を有しレーザビームを出射するビーム供給部１０（図の左側の破線で囲まれた部分）と、該ビーム供給部１０から出射されたレーザビームを主走査方向と副走査方向の２方向に偏向走査する微小な２次元駆動偏向ミラーを有するビーム走査部１１（図の右側の破線の外の部分）とを備え、ビーム供給部１０とビーム走査部１１はハウジング１４内に収納されている。そして、ビーム供給部１０から出射されたレーザビームを、ビーム走査部１１の２次元駆動偏向ミラー部１２Ｍで偏向走査して被投射面（図示せず）に投射し、画像情報に対応してレーザビームの光強度を制御することにより画像を形成する構成となっている。

より具体的に説明すると、ビーム供給部１０は３個の半導体レーザ（ＬＤ）（一般的にはＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光の３原色に対応する波長のＬＤ）１，２，３と、各々のＬＤに対応したカップリングレンズ（ＣＬ）４，５，６と、ダイクロイックミラー７，８と、集光レンズ（ＤＬ）９により構成されている。
各波長の半導体レーザ（ＬＤ）１，２，３から放射されたレーザビームは各カップリングレンズ（ＣＬ）４，５，６で略平行ビーム化され、ダイクロイックミラー７，８により色合成され、集光レンズ（ＤＬ）９により図示しない被投射面（スクリーン等）上で適正なサイズのスポットを得るようなビームとなってビーム走査部１１に送られる。

ビーム走査部１１は、偏向ミラー部１２Ｍが設けられたミラー基板１２の平面が、ビーム供給部１０からのレーザビームの光軸に平行（または略平行）になるように配置された２次元駆動偏向ミラーにより構成されており、その２次元駆動偏向ミラーの構造は図１１と同様である。

この２次元駆動偏向ミラーは、ミラー基板１２をＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）プロセスによって加工することで、偏向ミラー部１２Ｍ、主走査回転軸１２ａ、副走査回転軸１２ｂ、主走査動力発生部１２ｃの駆動梁、副走査動力発生部１２ｄの駆動梁を一体で形成している。また、偏向ミラー部１２Ｍは、シリコン（Ｓｉ）基板の表面にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することによって反射面を形成している。主走査動力発生部１２ｃや副走査動力発生部１２ｄの駆動梁は平板状のユニモルフ構造となっており、駆動梁の片面に電磁方式、ピエゾ方式等の駆動源となる部材（例えば圧電部材等）が積層されている。

図１において、ビーム走査部１１の２次元駆動偏向ミラーの前段（ビーム供給部１０から出射されたレーザビームが入射する側）には、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍの方向へ偏向して斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子（図示の例では平面ミラー）１３を設け、かつ光学素子１３の反射面は、２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した構成としており、ビーム供給部１０よりビーム走査部１１に送られてきたレーザビームは、平面ミラー１３により、偏向ミラー部１２Ｍに対して斜め入射するように偏向され、偏向ミラー部１２Ｍで主走査方向と副走査方向の２方向に２次元走査され、外部の図示しないスクリーン等の被投射面上に投射される。そして画像情報に対応してビーム供給部１０のレーザビームの光強度を制御することにより、スクリーン等の被投射面上で画像を形成する。

上記の構成中、本発明の骨子はビーム走査部１１の構成にあり、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍが設けられた基板平面を、ビーム供給部１０から供給されるレーザビームの光軸に平行に配置し、その前段に、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍの方向へ偏向して斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子（平面ミラー１３）を設け、かつ平面ミラー１３の反射面は、２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した構成としたことである。すなわち、この構成の場合、平面ミラー１３の反射面は、該反射面で偏向されたレーザビームの偏向ミラー部１２Ｍへの斜め入射角が略３０°程度となるような角度で、かつ２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍによる偏向走査光の最大振れ角（振れ幅）の範囲にかからない位置に配置されている。これにより、２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍで偏向走査された走査光が平面ミラー１３の反射面に戻ることがなく、反射面でビームが蹴られることがないので、ビーム供給部１０からのレーザビームを効率よく投射でき、かつ走査型画像表示装置全体の厚みも薄くすることができる。
なお、ビーム供給部１０は、図１の構成に限るものではなく、従来技術に見られた構成、あるいはそれらを組み合わせた構成、または更に別の構成のいずれでもよい。

［実施例２］
図２は本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。なお、図中の破線で囲んだビーム供給部１０の構成は実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
この実施例では、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍが形成された基板１２の平面を、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、２次元駆動偏向ミラーの前段（ビーム供給部から出射されたビームが入射する側）に、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍの方向へ偏向して斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子として三角プリズム１５を設け、かつ三角プリズム１５の２面の反射面は、２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した構成としたものである。また、この構成の場合も、三角プリズム１５の２つの反射面は、該反射面で偏向されたレーザビームの偏向ミラー部１２Ｍへの斜め入射角が略３０°程度となるような角度で設定され、かつ２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍによる偏向走査光の最大振れ角（振れ幅）の範囲にかからない位置に配置されている。

この構成により、ビーム供給部１０から送られてきたビームは、三角プリズム１５の一面に垂直入射し、一つ目の反射面である斜めの面で全反射し、二つ目の反射面である下面（ミラー面）で反射し、斜めの面を垂直に抜けて２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍに達する。そして偏向ミラー部１２Ｍで主走査方向と副走査方向の２方向に２次元走査され、外部の図示しないスクリーン等の被投射面上に投射され、画像情報に対応してビーム供給部１０のレーザビームの光強度を制御することにより、スクリーン等の被投射面上で画像を形成する。

図２のように三角プリズム１５を用いた構成は、図１の平面ミラー１３を用いた構成と比べると、若干コスト高になるきらいはあるが、図３のごとく、２次元駆動偏向ミラーの後段（偏向ミラー部１２Ｍで偏向されたビームの出射側）にレンズ等を配してビームを走査しようとする場合には有効な手段となる。

ここで、図３は、図２の構成における２次元駆動偏向ミラーの後段に、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍによるレーザビームの偏向をさらに増大させるような曲面を備えた光学素子（例えば凹レンズ）１６を配置した実施例である。
この凹レンズ１６は偏向ミラー部１２Ｍによるレーザビームの偏向角を拡大する作用をもち、同じ振れ角なら画像を大きくでき、逆に同じ大きさの画像を得ようとすれば偏向ミラー部１２Ｍの触れ角が少なくて済むような効果を生む。
なお、図３は凹レンズ１６を配置したものであるが、非球面レンズを配置して収差を減じる等、用途に応じて色々な光学素子を配置することができる。

［実施例３］
図４は本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図である。なお、図中の破線で囲んだビーム供給部１０の構成は実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
この実施例では、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍが形成された基板１２の平面を、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、２次元駆動偏向ミラーの前段（ビーム供給部から出射されたビームが入射する側）に、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍの方向へ偏向して斜め入射させる反射面を設け、該反射面は、２次元駆動偏向ミラーのミラー部１２Ｍで偏向走査された走査光がかからない位置に配置し、かつ２次元駆動偏向ミラーの後段に、該２次元駆動偏向ミラーによるレーザビームの偏向をさらに増大させるような曲面を配置し、２次元駆動偏向ミラーの前段の反射面と、２次元駆動偏向ミラーの後段の曲面とが、一つの光学素子１７に一体的に形成されるようにしたものである。

ここで、図４は光学素子としてプリズム１７を用い、このプリズム１７の１面を、図１の平面ミラーと同様の機能を持つ反射面にした実施例であり、ビーム供給部１０からのビームはプリズム１７に垂直入射し、反射面で反射して２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍに斜め入射する。そして偏向ミラー部１２Ｍで主走査方向と副走査方向の２方向に２次元走査され、プリズム１７を透過して外部の図示しないスクリーン等の被投射面上に投射され、画像情報に対応してビーム供給部１０のレーザビームの光強度を制御することにより、スクリーン等の被投射面上で画像を形成する。

図４のプリズム１７を用いた構成は、図１の平面ミラー１３を用いた構成と比べると、若干コスト高になるきらいはあるが、図５〜図７に示す別の実施例のごとく、プリズムを加工して、反射面以外の面にパワーをもたせた光学素子１８〜２０とすることにより、一つのプリズムに様々な機能を持たせることが可能となる。

［実施例４］
図５は本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図であり、ビーム走査部１１のプリズム１８の出射面に凹レンズ形状を構成したものである。この構成では、一つの光学素子に図３と同様の機能を持たせたものであり、偏向ミラー部１２Ｍの偏向角の増大効果を狙ったものである。

図６は本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図であり、ビーム走査部１１のビーム供給部１０からのビームが入射するプリズム１９のビーム入射面に凸レンズ形状を構成したものである。この構成では、ビーム走査部１１の光学素子（プリズム）１９に集光機能を持たせたので、ビーム供給部１０にあった集光レンズ（ＤＬ）９を廃することができる。

図７は本発明の別の実施例を示す走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）の側面図であり、図５と図６のプリズムの機能を合わせた構成の光学素子２０になっている。
このように、プリズムの形状を加工して用いると、一つの光学素子に複合的に機能を持たせることが可能となる。

この他、２次元駆動偏向ミラーの前段に配する、反射面を備えた光学素子としては、図８のように、複数の平面ミラー１３ａ，１３ｂを組み合わせたものや、図９のような多角形形状のプリズム２１等、様々なものが考えられるが、コスト面やサイズ面、性能面を考慮して最善のものを用いればよい。

いずれにしても、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍが形成された基板１２の平面を、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、２次元駆動偏向ミラーの前段に、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームを２次元駆動偏向ミラーの方向へ偏向して斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子を設け、かつ光学素子の反射面は、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置した構成とすることにより、２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光が光学素子の反射面に戻らないようにしてレーザビームの利用効率を向上でき、かつ走査型画像表示装置全体の厚みを薄くして、極めて薄い走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を構成することができる。
また、その薄さの限界は「ビーム径＋２次元駆動偏向ミラーの厚み＋α」（αはハウジング１４の壁やパーツの取付け代等）である。
但し、プロジェクタが薄くなってくると、光源である半導体レーザ（ＬＤ）のＣＡＮ径が厚みに対して支配的になってくるので、図１０（ａ），（ｂ）のごとく、ＬＤのＣＡＮ形状を小判型形状にする等の処置が必要となってくる。

なお、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍへのビームの入射角に関しては、概ね３０°程度が構成しやすいが、これに限るものではなく、適宜な角度が採れる。
また、２次元駆動偏向ミラーの偏向ミラー部１２Ｍが形成された基板１２の平面を、ビーム供給部１０から出射されるレーザビームの光軸と平行にする場合が最も薄くできるが、厚さの仕様が許せば、その範囲内で２次元駆動偏向ミラーの基板平面を傾けることは一向に差し支えない。

［実施例５］
次に本発明の薄型の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を搭載した機器の実施例について説明する。
図１２〜１５は、本発明の走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）を携帯電話へ搭載した様々な例を示している。
図１２は、本発明のレーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００のカバー１００ｂの外壁に設置した例である。
ここで、図１２（ａ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの外壁上部に設置し、ビーム投射部を上部側に位置させた例であり、同図（ｂ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの外壁上部に設置し、ビーム投射部を中央側に位置させた例であり、同図（ｃ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの外壁下部に設置し、ビーム投射部を中央側に位置させた例であり、同図（ｄ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの外壁下部に設置し、ビーム投射部を下部側に位置させた例である。
このように、レーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００のカバー１００ｂの外壁に設置した場合、カバー１１０ｂの開閉角を変えることにより投射角度を自由に設定でき、図示のように画像表示範囲の大きさを自由に変えることができる。

図１３は、本発明のレーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００のカバー１００ｂの内壁に設置した例である。
ここで、図１３（ａ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの内壁上部に設置し、ビーム投射部を上部側に位置させた例であり、同図（ｂ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの内壁上部に設置し、ビーム投射部を中央側に位置させた例であり、同図（ｃ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの内壁下部に設置し、ビーム投射部を中央側に位置させた例であり、同図（ｄ）は、レーザプロジェクタ１１０をカバー１００ｂの内壁下部に設置し、ビーム投射部を下部側に位置させた例である。
このように、レーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００のカバー１００ｂの内壁に設置した場合にも、カバー１１０ｂの開閉角を変えることにより投射角度を自由に設定でき、図示のように画像表示範囲の大きさを自由に変えることができる。

図１４は、本発明のレーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００の本体１００ａ側に設置した例である。
ここで、図１４（ａ）は、携帯電話１００のカバー１００ｂを閉じた状態を示しているが、カバー１００ｂを閉じたときは、カバー１００ｂに設けた微小な窓１００ｃを通して投射するようにすれば良く、また、カバー１００ｂを１３５°以上開けば、カバーに干渉されずに投射することができる。また、同図（ｂ）のように、レーザプロジェクタ１１０が本体１００ａとカバー１００ｂを連結するヒンジ側に設置されている場合、カバー１００ｂを９０°以下の範囲で開いた状態では、投射するのに大きな窓１００ｃが必要となるが、同図（ｃ）のように、投射方向をカバー１００ｂが開く方向と逆の方向にすれば、カバーに干渉されずに投射することができる。

図１５（ａ）は、本発明のレーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００の本体１００ａ側に設置し、サイド方向に投射するように構成した例である。このようにサイド方向に投射するようにすると、カバー１００ｂを９０°開いた状態でも干渉しない。
また、図１５（ｂ）は、本発明のレーザプロジェクタ１１０を携帯電話１００の本体１００ａ内に設置し、使用時のみ本体１００ａからレーザプロジェクタ１１０を引き出すように構成した例であり、このように本体１００ａからレーザプロジェクタ１１０を引き出して使用するようにすれば、カバー１００ｂと干渉しにくくなる。

以上のように、本発明のレーザプロジェクタ１１０は極めて薄く形成できるので、携帯電話１００の本体１００ａやカバー１００ｂにも容易に搭載することができる。
また、本発明のレーザプロジェクタ１１０は、携帯電話と同等か、より大きな機器への搭載がもちろん可能であり、図示を省略するが、ノートパソコン、ミニノートパソン、モバイルパソコン等の携帯型情報処理装置や、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の携帯型撮影装置などへの搭載も容易である。

１，２，３：半導体レーザ（ＬＤ）
４，５，６：カップリングレンズ（ＣＬ）
７，８：ダイクロイックミラー
９：集光レンズ（ＤＬ）
１０：ビーム供給部
１１：ビーム走査部
１２：偏向ミラー基板
１２ａ：主走査回転軸
１２ｂ：副走査回転軸
１２ｃ：主走査動力発生部
１２ｄ：副走査動力発生部
１２Ｍ：偏向ミラー部
１３：平面ミラー
１４：ハウジング
１５：三角プリズム
１６：凹レンズ
１７：プリズム
１８，１９，２０：プリズムを加工した光学素子
１００：携帯電話
１００ａ：本体
１００ｂ：カバー
１１０：走査型画像表示装置（レーザプロジェクタ）

特許第４１７４４２０号 特開２００８−２７５９３０ 特開２００９−００３４２９ 特開２００９−１２２４５５ 特開２００６−１８６２４３

Claims (9)

1. レーザビームを出射するビーム供給部と、該ビーム供給部から出射されたレーザビームを主走査方向と副走査方向の２方向に偏向走査する微小な２次元駆動偏向ミラーを有するビーム走査部とを備え、
   前記ビーム供給部から出射されたレーザビームを、前記ビーム走査部の前記２次元駆動偏向ミラーで偏向走査して被投射面に投射し、画像情報に対応してレーザビームの光強度を制御することにより画像を形成する走査型画像表示装置において、
   前記２次元駆動偏向ミラーのミラー部が形成された基板平面を、前記ビーム供給部から出射されるレーザビームの光軸と平行あるいは略平行に配置すると共に、前記２次元駆動偏向ミラーの前段に、前記ビーム供給部から出射されるレーザビームを前記２次元駆動偏向ミラーの方向へ偏向してミラー部に斜め入射させる少なくとも１面の反射面を有する光学素子を設け、かつ前記光学素子の反射面は、前記２次元駆動偏向ミラーで偏向走査された走査光がかからない位置に配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
2. 請求項１記載の走査型画像表示装置において、
   前記ビーム供給部は、少なくとも１つのレーザ光源と、少なくとも１つのカップリングレンズを有する光学系により構成され、前記レーザ光源より発光したレーザビームを前記光学系により略平行なレーザビームとして出射することを特徴とする走査型画像表示装置。
3. 請求項１または２記載の走査型画像表示装置において、
   前記２次元駆動偏向ミラーの前段に配置される光学素子は、平面ミラーであることを特徴とする走査型画像表示装置。
4. 請求項１または２記載の走査型画像表示装置において、
   前記２次元駆動偏向ミラーの前段に配置される光学素子は、三角プリズムであることを特徴とする走査型画像表示装置。
5. 請求項１または２記載の走査型画像表示装置において、
   前記２次元駆動偏向ミラーの後段に、該２次元駆動偏向ミラーによるレーザビームの偏向をさらに増大させるような曲面を備えた光学素子を配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
6. 請求項５記載の走査型画像表示装置において、
   前記２次元駆動偏向ミラーの前段の反射面と、前記２次元駆動偏向ミラーの後段の曲面とが、一つの光学素子に一体的に形成されるようにしたことを特徴とする走査型画像表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする携帯電話。
8. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする携帯型情報処理装置。
9. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の走査型画像表示装置を搭載したことを特徴とする携帯型撮影装置。

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