JP2011197085A - 走査光学系およびそれを備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化することが可能な走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源部１と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系１１、１７、１９と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、導光されたレーザ光を投影面４１に向けて反射する走査ミラー３を有し、該走査ミラー３を二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部２と、光学部品により導光されて入射する前記レーザ光を走査ミラー３に向けて反射する投射部材（投射ミラー８、投射プリズム８１）と、を備える走査光学系１０およびそれを備えたプロジェクタ１００とし、投射部材に入射する入射光Ｒ１と走査ミラー３から射出する射出光Ｒ３とを交差させる位置に、前記投射部材を配置する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタに関する。

従来、スクリーンなどの投影面に投影する画像表示装置として、レーザ光を平行化し、その平行化したレーザ光を投影面上において二次元方向（水平方向および垂直方向）に走査するレーザプロジェクタが知られている。

従来のレーザプロジェクタでは、赤色、緑色および青色の三原色のレーザ光を得るために、赤色、緑色および青色のレーザ光を生成するレーザ光源が装置内に装着されている。さらに、レーザ光源に加えて、そこから出射されるレーザ光を走査する走査ミラーなどの光学系も装置内に装着されている。そして、従来では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）によって構成されたＭＥＭＳミラーを走査ミラーとして用いたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。

具体的に説明すると、特許文献１には、レーザ光の二次元走査を２つのＭＥＭＳミラーによって行うレーザプロジェクタが開示されている。すなわち、この特許文献１のレーザプロジェクタは、２つのＭＥＭＳミラーのうちの一方のＭＥＭＳミラーでレーザ光を水平方向に走査し、他方のＭＥＭＳミラーでレーザ光を垂直方向に走査するように構成されている。

特開２００８−２６８７０９号公報

ところで、近年では、携帯電話などのモバイル端末にレーザプロジェクタを搭載するために、レーザプロジェクタの小型化が要求されている。特に、携帯電話においては小型化が進んでいるため、携帯電話に搭載するレーザプロジェクタのさらなる小型化は必須である。しかしながら、特許文献１のレーザプロジェクタでは、ＭＥＭＳミラーを走査ミラーとして用いることで、ある程度は小型になっているが、携帯電話への搭載を考慮すると、そのサイズは未だ大き過ぎるという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、小型化することが可能な走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、前記光学部品により導光されて入射する前記レーザ光を、走査ミラーに向けて投射する投射部材と、投射されたレーザ光を投影面に向けて反射する前記走査ミラーを有し、該走査ミラーを二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部と、を備え、前記投射部材に入射するレーザ光と前記走査ミラーから射出するレーザ光とを交差させる位置に前記投射部材を配置した走査光学系としたことを特徴としている。

上記の構成によると、投射部材に入射するレーザ光と、走査ミラーから射出するレーザ光とが交差しているので、光路を形成する空間領域をコンパクトにすることが可能となり、走査光学系を小型化することが可能となる。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記レーザ光は、前記複数の光学部品により、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対してほぼ平行な平面に沿って導光され、前記走査ミラーに対向する該平面上を通過後、前記投射部材に入射することを特徴としている。この構成によると、レーザ光が、走査ミラーの上をほぼ平行に通過した後、走査ミラーの反射面に向けて反射しているので、光路を形成する空間領域をコンパクトにすることが可能となり、走査光学系の厚みを薄くすることができる。なお、走査光学系の厚みとは、非駆動状態の走査ミラーの反射面の法線方向に沿った方向の厚みのことである。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して、前記レーザ光の出射方向が平行になるように、前記レーザ光源部を配置したことを特徴としている。この構成によると、走査部と平行な面に光路を形成するように光学系を配置することができ走査部の厚みを小さくして、走査光学系を薄型にすることが可能となる。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記投射部材の反射面は、レーザ光の一部を透過する半透過型であって、入射したレーザ光の透過光を検出する光検出器を備えたことを特徴としている。この構成によると、走査光学系の小型化を図りながらレーザ光の出力を検知可能となるので、レーザ光出力を調節して安全性を担保することが可能となる。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記走査部は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラーを組み込んだ微小電気機械システムによって構成されていることを特徴としている。この構成によると、走査部の厚みを小さくすることができ、１つの走査ミラーでレーザ光の二次元走査を行うことができ、走査光学系の薄型化を図ることが容易となる。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記投射部材が投射ミラーであって、該投射ミラーと前記走査ミラーを挟んで対向する位置に、レーザ光を前記投射ミラーに導光する光学部品としての折り曲げミラーを設けて、前記投射ミラーに入射する入射光を前記走査ミラーの反射面に向けて斜めに反射し、当該反射面から前記入射光とは逆の斜め方向に射出することを特徴としている。この構成によると、投射ミラーが走査ミラーに接近した位置にあっても、走査ミラーが射出する射出光を投射ミラーが遮ることがなく、走査光学系を薄型にすることが可能となる。

また本発明は上記構成の走査光学系において、前記投射部材が投射プリズムであって、該投射プリズムと前記走査ミラーを挟んで対向する位置に、レーザ光を前記投射プリズムに導光する光学部品としての折り曲げミラーを設けて、前記投射プリズムに入射する入射光を前記走査ミラーの反射面に向けて斜めに反射し、当該反射面から前記入射光とは逆の斜め方向に射出することを特徴としている。この構成によると、投射プリズムが走査ミラーに接近した位置にあっても、走査ミラーが射出する射出光を投射プリズムが遮ることがなく、走査光学系を薄型にすることが可能となる。

また本発明のプロジェクタは、上記の構成の走査光学系を備えている。この構成によると、容易にプロジェクタを小型化することができる。

また本発明は上記構成のプロジェクタにおいて、前記プロジェクタは、複数の面からなる薄型の筐体を有し、前記走査光学系は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、前記筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、前記筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されることを特徴としている。この構成によると、走査光学系を薄型にすることができるので、プロジェクタの薄型化と小型化が可能となる。

本発明によれば、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを容易に小型化することができる。

本発明に係る走査光学系の概要を示す断面図である。 本発明に係る走査光学系の構成を示す平面図である。 投射プリズムを使用した例を示す概略断面図である。 走査部の一例を示す平面図である。 図４に示した走査部の一部（駆動部）を拡大した断面図である。 本発明に係るプロジェクタを搭載したモバイル端末の使用状態を説明するための図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。

本実施形態に係るプロジェクタ１００は、例えば図６に示すように、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのモバイル端末４０に搭載されるものである。従って、このプロジェクタ１００は、モバイル端末４０内の小さなスペースに収納することが可能な程度に小型化されている。

プロジェクタ１００の光源としてはレーザ光を生成するものが用いられており、投影面４１上においてレーザ光を水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）に走査することによって、プロジェクタ１００に入力された画像情報を投影面４１に投影するようになっている。この投影面４１としては、別途準備したスクリーンでもよいが、スクリーン以外のものでもよい。例えば、壁面などを投影面４１としてもよい。

また、プロジェクタ１００に入力された画像情報の色調の再現については、光の三原色である赤色、緑色および青色のレーザ光を高速で強度変調し、それらを合成することによって行われる。この場合、赤色のレーザ光の波長は、例えば、約６４０ｎｍに設定されるとともに、緑色のレーザ光の波長は、例えば、約５３０ｎｍに設定される。また、青色のレーザ光の波長は、例えば、約４５０ｎｍに設定される。

次に、前述したプロジェクタが備える走査光学系について、図１〜図５を用いて説明する。図１および図２に示す走査光学系１０は、赤色、緑色および青色の三色のレーザ光を生成して平行化した後に、それらを合成して走査するように構成されている。すなわち、走査光学系１０は、レーザ光を出射するレーザ光源部１と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、導光されたレーザ光を投影面に向けて射出して二次元走査する走査ミラー３を有する走査部２とを備えており、それらが、所定のケース部材１０ａに収納された構成となっている。なお、図中において、レーザ光は二点鎖線で表している。

レーザ光源部１は、赤色、緑色および青色のレーザ光を生成するためのものである。以下、赤色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｒと言うとともに、緑色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｇと言う。また、青色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｂと言う。

レーザ光源部１−Ｒは、発光強度が強く、かつ、強度の高速変調が可能な赤色半導体レーザからなっている。このレーザ光源部１−Ｒとしての赤色半導体レーザは、ＣＡＮパッケージタイプであり、ステムと称される放熱基台にレーザチップが取り付けられ、そのレーザチップが保護部材であるキャップで覆われた構造となっている。

レーザ光源部１−Ｇは、例えば、赤外半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたものであって、赤外半導体レーザからのレーザ光の波長を波長変換素子で１／２に波長変換することにより緑色のレーザ光を生成するようになっている。なお、レーザ光源部１−Ｇの構造としては特に限定されるものではないが、赤外半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたものの方が効率がよい。

レーザ光源部１−Ｂは、発光強度が強く、かつ、強度の高速変調が可能なＣＡＮパッケージタイプの青色半導体レーザからなっており、その構造はレーザ光源部１−Ｒと略同じである。

また、走査部２は、合成後のレーザ光を二次元走査するためのものであって、合成後のレーザ光を投影面４１（図６参照）に向けて射出する走査ミラー３を少なくとも有している。この走査ミラー３の傾斜角は変動可能となっており、走査ミラー３の傾斜角を変動させることにより、走査部２による合成後のレーザ光の二次元走査が行われる。

ここで、本実施形態では、走査ミラー３をＭＥＭＳ（微小電気機械システム）に組み込み、その走査ミラー３が組み込まれたＭＥＭＳを走査部２としている。また、この走査部２は、略平坦で厚みが小さく、かつ、その外形が平面視（図２参照）において略正方形状（例えば、１辺の長さが約１ｃｍ）となっている。

具体的な構造としては、図４に示すように、走査部２はシリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体からなっており、走査ミラー３に加えて、固定枠４、駆動部５および可動枠６などを一体的に有している。なお、以下の説明では、走査ミラー３の中心を図４の横方向に横切る軸をＸ軸とし、走査ミラー３の中心を図４の縦方向に横切る軸をＹ軸とする。言い換えると、Ｘ軸とＹ軸とが直交する点を走査ミラー３の中心とする。

固定枠４は、走査部２の外縁に相当する部分であって、他の部分（走査ミラー３、駆動部５および可動枠６など）を取り囲んでいる。

駆動部５は、Ｘ軸方向において固定枠４と細い接続梁で接続され、Ｙ軸方向において固定枠４と連結されている。さらに、駆動部５は４つのユニモルフ構造を含んでいるとともに、その４つのユニモルフ構造がＸ軸およびＹ軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部５としてのユニモルフ構造は、図５に示すように、圧電素子（ＰＺＴなどを原料とした焼結体を分極処理したもの）５ａを一対の電極５ｂで挟持し、それをシリコン基板の駆動部５となる領域上に貼り付けることによって形成されている。

このような駆動部５では、一対の電極５ｂに電圧が印加されると、一対の電極５ｂに挟持された圧電素子５ａが伸長または収縮する。そして、圧電素子５ａが伸長または収縮すると、それに応じて、シリコン基板の駆動部５となる領域が変形する。すなわち、駆動部５は、電力が供給されることで駆動する。

また、図４に示すように、可動枠６は、駆動部５の内側に位置する略ひし形形状の枠である。この可動枠６のＸ軸上の両端部は駆動部５と連結され、それ以外の部分は駆動部５から分離されている。これにより、可動枠６は、Ｘ軸周りに回動可能となっている。

可動枠６の内側には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のトーションバー７が設けられている。この一対のトーションバー７は、Ｙ軸と重なり、かつ、Ｘ軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対のトーションバー７のそれぞれの一方端は、可動枠６のＹ軸上の端部に連結されている。

そして、走査ミラー３は、一対のトーションバー７のそれぞれの他方端の間に配置されており、その他方端によって支持されている。このため、走査ミラー３は、可動枠６と共にＸ軸周りに回動され、トーションバー７を回動軸としてＹ軸周りに回動されることになる。なお、走査ミラー３は、略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板の走査ミラー３となる領域上に貼り付けることで得ている。

本実施形態の走査部２は、上記のような構造となっている。そして、この走査部２の走査動作は、４つの駆動部５を駆動させるタイミングを調整し、走査ミラー３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに振動させることによって行われる。例えば、Ｘ軸周りに振動するときの周波数は約６０Ｈｚに設定され、Ｙ軸周りに振動するときの周波数は約３０ｋＨｚに設定される。

４つの駆動部５のそれぞれに５−１〜５−４の符号を付して具体的に説明すると、走査ミラー３をＸ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−３を一方の組とするとともに、駆動部５−２および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部５−１および５−３の圧電素子が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−２および５−４の圧電素子が収縮する方向に変形し、一方の組である駆動部５−１および５−３の圧電素子が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−２および５−４の圧電素子が伸長する方向に変形する。これにより、走査ミラー３が可動枠６と共にＸ軸周りに振動し、走査ミラー３の傾きがＸ軸周りに変動する。なお、トーションバー７のねじれ方向はＸ軸周りの振動方向と直交する方向であるため、この走査ミラー３のＸ軸周りの振動には影響しない。

また、走査ミラー３をＹ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−２を一方の組とするとともに、駆動部５−３および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部５−１および５−２の圧電素子が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−３および５−４の圧電素子が収縮する方向に変形し、一方の組である駆動部５−１および５−２の圧電素子が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−３および５−４の圧電素子が伸長する方向に変形する。これにより、走査ミラー３が可動枠６と共にＹ軸周りに振動し、走査ミラー３の傾きがＹ軸周りに変動する。

このとき、駆動部５を変形させることのみで走査ミラー３をＹ軸周りに傾かせようとすると、走査ミラー３のＹ軸周りの傾きの変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部５に印加される電圧の周波数によって走査ミラー３が共振するように、駆動部５への印加電圧の周波数が設定される。すなわち、走査ミラー３のＹ軸周りの振動は、トーションバー７を基準としてなされる。

上記のように走査部２は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラー３を組み込んだ微小電気機械システムによって構成されているので、走査部２の厚みを小さくすることができ、１つの走査ミラー３でレーザ光の二次元走査を行うことができ、走査光学系の薄型化を図ることが容易となる。

ところで、本実施形態では、赤色、緑色および青色のレーザ光が、図１および図２に示すような光路（図中の二点鎖線）をとるように構成されている。すなわち、赤色、緑色および青色のレーザ光を平行化した後、それらを複数個の光学部品で反射することによって、赤色、緑色および青色のレーザ光を走査ミラー３に向かって進行させている。また、互いに異なる２つの光学部品の間の光路を１つの光路とした場合に、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎ（図１参照）に対して、少なくとも２つの光路を含む平面を直交させている。以下に、赤色、緑色および青色のレーザ光の光路について詳細に説明する。

まず、ケース部材１０ａの内部において、図２の上側から下側に向かって、レーザ光源部１−Ｇ、１−Ｒおよび１−Ｂがこの順番で並べられている。さらに、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂは、それぞれの出射方向が互いに同じ方向になり、かつ、それぞれの出射方向が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行になるように配置されている。また、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂは、平面視（図２参照）において、それぞれの一部が走査部２と重畳している。そのうち、レーザ光源部１−Ｒおよび１−Ｂについては、それぞれの光出射側の大部分が走査部２と重畳した状態となっている。

また、走査ミラー３の斜め上方付近（図１参照）には、合成後のレーザ光を走査ミラー３に投射するための投射部材として投射ミラー８が配置されている。すなわち、この投射ミラー８によって、合成後のレーザ光が走査ミラー３に向けて反射される。

具体的な光路としては、赤色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｒから出射された後、レンズ光学系１１、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に投射される。

なお、レンズ光学系１１は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。折り曲げミラー１２および１５は、レーザ光の進行方向を単に変化させるためのものであって、本発明の「光学部品」の一例である。ダイクロイックミラー１３は、赤色のレーザ光を透過し、青色のレーザ光を反射するものであり、図２に示すように配置することで、赤色および青色のレーザ光を合成する機能を持つ。また、ダイクロイックミラー１４は、赤色および青色のレーザ光を反射し、緑色のレーザ光を透過するものであり、図２に示すように配置することで、赤色、緑色および青色のレーザ光を合成する機能を持つ。これらダイクロイックミラー１３および１４も、本発明の「光学部品」の一例である。

この赤色のレーザ光は、レンズ光学系１１で平行化された後に、同一の平面内において、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。

緑色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｇから出射された後、折り曲げミラー１６、レンズ光学系１７、折り曲げミラー１８、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に投射される。なお、緑色のレンズ光学系１７は２枚で構成されているが、１枚で構成してもよい。

なお、レンズ光学系１７は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。折り曲げミラー１８は、レーザ光の進行方向を単に変化させるためのものであって、本発明の「光学部品」の一例である。折り曲げミラー１６については、他の折り曲げミラーと同様の機能を持つが、平行化される前のレーザ光を反射するように配置されている。すなわち、緑色のレーザ光は、出射直後に折り曲げミラー１６に入射することで進行方向を変えた後、レンズ光学系１７によって平行化される。

この緑色のレーザ光においては、レンズ光学系１７で平行化された後、光路を同一の平面内にとっている。すなわち、緑色のレーザ光は、レンズ光学系１７で平行化された後に、同一の平面内において、折り曲げミラー１８、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。

青色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｂから出射された後、レンズ光学系１９、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に投射される。なお、レンズ光学系１９は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。

この青色のレーザ光においては、レンズ光学系１９で平行化された後、光路を同一の平面内にとっている。すなわち、青色のレーザ光は、レンズ光学系１９で平行化された後に、同一の平面内において、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。

そして、本実施形態では、赤色、緑色および青色のレーザ光の全てにおいて、投射ミラー８に至る光路が同一の平面内に含まれており、その平面が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎと直交している。言い換えると、上記の平面が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行になっている。

また、本実施形態では、平面視（図２参照）において、上記の平面内に含まれる光路の少なくとも一部が走査部２と重畳する領域に配置されている。具体的に言うと、赤色および緑色のレーザ光が、ダイクロイックミラー１４に入射される少し前まで走査部２上の領域に光路をとっており、折り曲げミラー１５で反射された後に、再び走査部２上の領域に光路をとっている。なお、この実施形態では、レーザ光源部１−Ｒおよび１−Ｂのそれぞれの光出射側の大部分が走査部２と重畳する領域に位置しているため、赤色および青色のレーザ光は出射直後から走査部２上の領域に光路をとることになる。一方、緑色のレーザ光については、折り曲げミラー１５で反射された後は走査部２上の領域に光路をとっているが、それ以前は走査部２上の領域に光路をとっていない。

また、本実施形態では、図２に示すような状態となるように種々の光学部品を配置することで、赤色、緑色および青色のレーザ光が、走査ミラー３に入射するまでに４回ずつ反射されることになる。すなわち、赤色のレーザ光は、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射ミラー８の順番で反射されるため、その反射回数は４回となる。緑色のレーザ光は、折り曲げミラー１６、折り曲げミラー１８、折り曲げミラー１５および投射ミラー８の順番で反射されるため、その反射回数は４回となる。また、青色のレーザ光は、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射ミラー８の順番で反射されるため、その反射回数は４回となる。なお、本実施形態ではダイクロイックミラーは折り返しミラーを示しているが、レーザ光を合成する手段としては、ダイクロイックプリズムや反射プリズムでもよい。

また本実施形態では、合成されたレーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射ミラー８を、走査ミラー３に対して折り曲げミラー１５と反対側の位置に配置する構成としている。そのために、図１に示すように、折り曲げミラー１５から反射された入射光Ｒ１が、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対してほぼ平行な平面に沿って導光され、走査ミラー３に対向する該平面上を通過後、投射ミラー８に入射し、この投射ミラー８から反射されて投射光Ｒ２として走査ミラー３に向けて投射されている。

また、走査ミラー３から射出光Ｒ３が射出されるが、この射出光Ｒ３は、投射光Ｒ２とは逆方向に射出されていて、入射光Ｒ１と交差する光路を形成している。このように、投射ミラー８などの投射部材と干渉しない方向に射出される構成となる。もしも、投射部材の位置している方向に射出される構成であれば、射出光が投射部材に干渉しないように、投射部材の配設高さや傾きを考慮して配置する必要が生じてしまい、走査光学系の小型化を図る際に障害となって好ましくない。

本実施形態では、投射部材と走査ミラー３を挟んで対向する位置に、レーザ光を投射部材に導光する光学部品としての折り曲げミラー１５を設けて、入射光Ｒ１の光路を走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対して平行な光路とし、走査ミラー３の上をほぼ平行に通過する入射光Ｒ１を投射部材が反射面３ａに向けて斜めに反射し、当該反射面３ａから前記入射光Ｒ１とは逆の斜め方向に射出している。このように、投射光Ｒ２とは逆方向に射出光Ｒ３を射出しているので、投射部材が射出光Ｒ３を遮ることがなく、投射部材を走査部２に近接した位置に設置可能となる。そのために、投射部材に向かう入射光Ｒ１の光路を、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して近接した平行な光路とすることができ、走査光学系の薄型化および小型化を図ることが可能となる。

つまり、本実施形態では、導光されるレーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射部材（投射ミラー８）に入射する入射光Ｒ１と、走査ミラー３から射出する射出光Ｒ３とを交差させる位置に、前記投射部材を配置しているので、光路を形成する空間領域をコンパクトにすることが可能となり、走査光学系の厚みを薄くすることができ、走査光学系を小型化することが可能となる。

上記したように、投射部材が投射ミラー８の場合は、走査ミラー３を挟んで対向する位置に、レーザ光を投射ミラー８に向けて導光する（反射する）光学部品（例えば、折り曲げミラー１５）を設け、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対してほぼ平行な平面に沿う導光路を形成し、走査ミラー３に対向する該平面上を通過して、反射面３ａの上をほぼ平行に向かう入射光Ｒ１を投射ミラー８が反射面３ａに向けて斜めに反射し（投射光Ｒ２）、当該反射面３ａから前記入射光Ｒ１とは逆の斜め方向に射出光Ｒ３を射出している。この構成であれば、投射ミラー８が走査ミラー３に接近した位置にあっても、走査ミラー３が射出する射出光Ｒ３を投射ミラー８が遮ることがなく、走査光学系を薄型にすることが可能となる。

次に、投射部材として投射ミラー８に替えて投射プリズムを用いた走査光学系について図３を用いて説明する。図に示す投射プリズム８１は、折り曲げミラー１５からの入射光Ｒ１を走査ミラー３に向かう投射光Ｒ２として反射する投射面８１ａを備えている。また、走査ミラー３から投射光Ｒ２とは逆の方向に射出光Ｒ３が射出される。

また、前述したのと同様に、入射光Ｒ１は、非駆動状態の反射面３ａに対して平行な光路であり、投射光Ｒ２は、平行に入射された入射光Ｒ１を反射面３ａに向けて斜め下方に反射する斜めの光路であり、射出光Ｒ３は、反射面３ａから斜め上方に反射する斜めの光路である。そのために、入射光Ｒ１と射出光Ｒ３とが交差していることも同様である。

上記のように、この実施形態でも、投射部材（投射プリズム８１）に入射する入射光Ｒ１と、走査ミラー３から射出する射出光Ｒ３とを交差させる位置に、前記投射部材を配置しているので、光路を形成する空間領域をコンパクトにすることが可能となり、走査光学系の厚みを薄くすることができ、走査光学系を小型化することが可能となる。

また、入射光Ｒ１を反射する投射面８１ａを半透鏡として入射光Ｒ１の一部を透過させ、この透過光Ｒ４を投射プリズム８１の内部を全反射させながら光検出器（例えば、フォトダイオード８２）に導光して、光量を検出することができる。この構成であれば、レーザ光の出力を検知可能となるので、レーザ光出力を容易に調節することができる。

上記したように、レーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射部材の反射面を、レーザ光の一部を透過する半透過型とし、入射した該レーザ光の透過光を検出する光検出器を備えることで、走査光学系の小型化を図りながらレーザ光の出力を検知可能となって、レーザ光出力を調節して安全性を担保することが可能となる。

以上、説明したように、本実施形態に係る走査光学系は、薄型化を図ることが可能となって、容易に小型化することができる。また、所望のレーザ光を正しく、且つ、安全に出射するので、本実施形態に係る走査光学系を備えたプロジェクタの小型化を図ることが可能となる。

例えば、上記のように、圧電素子を用いたユニモルフ構造により、互いに直交している２軸周りに回動可能とされる走査ミラー３を組み込んだＭＥＭＳ（微小電気機械システム）で走査部２を構成することによって、走査部２の厚みを小さくすることができ、走査光学系１０を薄型にするのが容易となる。また、互いに直交している２軸周りに走査ミラー３を回動させるので、合成後のレーザ光の二次元走査を１つの走査ミラー３で行うことができるようになり、合成後のレーザ光の二次元走査を２つの走査ミラーで行う必要がなくなる。これにより、走査ミラー用の設置スペースが小さくなるので、走査光学系１０のさらなる小型化を図ることが可能となる。

また、上記のように、走査ミラー３が圧電素子５ａで駆動されるように構成することによって、圧電素子５ａは薄型の構造で走査ミラー３を駆動させることができるので、圧電駆動方式の走査部２は非常に薄型となる。

また、上記のように、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの出射方向が、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行となるように構成することによって、容易に、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎと直交する平面内に少なくとも２つの光路を配置することができる。また、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの一部を走査部２と重畳させることで、走査光学系１０の平面積を容易に小さくすることができる。

また、上記のように、投射部材の配設位置を、この投射部材に入射する入射光と走査ミラーから射出する射出光とを交差させる位置としたので、光路を形成する空間領域をコンパクトにまとめることができ薄型化を図ることが可能となって、容易に小型化することができる。

なお、図６を参照して、モバイル端末４０を設置台（図示せず）に設置して投影を行うと仮定すると、設置台側とは反対側に向くことになる面４０ａからレーザ光が出射されるようにすれば、モバイル端末４０を薄型に保持したまま、レーザ光を投影面４１に向けて進行させることができる。また、この場合には、投影時にモバイル端末４０を傾かせる必要がない。

また、モバイル端末４０に搭載するプロジェクタ１００の薄型化を図るために、このプロジェクタ１００は、複数の面からなる薄型の筐体を有した構成とされる。また、このプロジェクタ１００に装着する走査光学系は、走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されるように構成する。

この構成であれば、走査光学系を薄型にすることができるので、プロジェクタが薄型になり、モバイル端末の小型化が可能となる。

以上、本発明に係る走査光学系について、モバイル端末用プロジェクタの実施形態を中心に説明したが、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載およびこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

例えば、上記実施形態では、携帯電話やＰＤＡなどのモバイル端末にプロジェクタを搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、モバイル端末以外の装置にプロジェクタを搭載するようにしてもよい。また、プロジェクタ単体で使用可能となるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、図２に示した状態となるように光学部品を配置したが、本発明はこれに限らず、光学部品の配置位置や使用個数は用途に応じて変更可能である。

また、上記実施形態では、走査部に圧電素子を組み込み、その圧電素子を利用して走査ミラーを駆動するようにしたが、本発明はこれに限らず、走査ミラーの駆動手段としてはどのようなものであってもよい。ただし、圧電素子を用いた方が走査部の薄型化を図り易い。

以上説明したように、本発明に係る走査光学系およびそれを備えたプロジェクタによれば、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを容易に小型化することができる。

そのために、本発明に係る走査光学系およびそれを備えたプロジェクタは、小型化を目指すモバイル端末用のレーザプロジェクタに好適に適用することができる。

１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ レーザ光源部
２ 走査部
３ 走査ミラー
３ａ 反射面
５ａ 圧電素子
８ 投射ミラー（投射部材）
８１ 投射プリズム（投射部材）
１０ 走査光学系
１１、１７、１９ レンズ光学系
１２、１５、１６、１８ 折り曲げミラー（光学部品）
１３、１４ ダイクロイックミラー（光学部品）
４１ 投影面
１００ プロジェクタ
Ｒ１ 入射光
Ｒ２ 投射光
Ｒ３ 射出光

Claims (9)

1. レーザ光を出射するレーザ光源部と、
   出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、
   平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、
   前記光学部品により導光されて入射する前記レーザ光を、走査ミラーに向けて投射する投射部材と、
   投射されたレーザ光を投影面に向けて反射する前記走査ミラーを有し、該走査ミラーを二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部と、を備え、
   前記投射部材に入射するレーザ光と前記走査ミラーから射出するレーザ光とを交差させる位置に前記投射部材を配置したことを特徴とする走査光学系。
2. 前記レーザ光は、前記複数の光学部品により、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対してほぼ平行な平面に沿って導光され、前記走査ミラーに対向する該平面上を通過後、前記投射部材に入射することを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
3. 前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して、前記レーザ光の出射方向が平行になるように、前記レーザ光源部を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学系。
4. 前記投射部材の反射面は、レーザ光の一部を透過する半透過型であって、入射したレーザ光の透過光を検出する光検出器を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走査光学系。
5. 前記走査部は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラーを組み込んだ微小電気機械システムによって構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の走査光学系。
6. 前記投射部材が投射ミラーであって、該投射ミラーと前記走査ミラーを挟んで対向する位置に、レーザ光を前記投射ミラーに導光する光学部品としての折り曲げミラーを設けて、前記投射ミラーに入射する入射光を前記走査ミラーの反射面に向けて斜めに反射し、当該反射面から前記入射光とは逆の斜め方向に射出していることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の走査光学系。
7. 前記投射部材が投射プリズムであって、該投射プリズムと前記走査ミラーを挟んで対向する位置に、レーザ光を前記投射プリズムに導光する光学部品としての折り曲げミラーを設けて、前記投射プリズムに入射する入射光を前記走査ミラーの反射面に向けて斜めに反射し、当該反射面から前記入射光とは逆の斜め方向に射出していることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の走査光学系。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の走査光学系を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
9. 前記プロジェクタは、複数の面からなる薄型の筐体を有し、
   前記走査光学系は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、前記筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、前記筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクタ。

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