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

走査光学系およびそれを備えたプロジェクタ Download PDF

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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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