JP2012078669A - 光走査装置及びレーザポインタ - Google Patents

Abstract

【課題】ペン状の細長い構造物に配置することが可能な光走査装置及びレーザポインタを提供することを目的としている。
【解決手段】光源と、前記光源から照射された光が透過するレンズと、前記レンズを介した光を反射させる反射部材と、前記反射部材により反射された光を走査するためのミラーと、を有し、前記ミラーを揺動させて前記光の照射方向と同方向に前記光を出射する光走査装置であって、前記反射部材は、前記光源側を向く第一の反射面と、前記光の出射面側を向く第二の反射面と、を有し、前記光源と前記レンズとが、当該光走査装置のケースの長手方向に並ぶように配置し、前記ミラーと前記反射部材とが、前記ケースの短手方向に並ぶように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源と、前記光源から照射された光が透過するレンズと、前記レンズを介した光を反射させる反射部材と、前記反射部材により反射された光を走査するためのミラーと、を有し、前記ミラーを揺動させて前記光の照射方向と同方向に向かって前記光を出射する光走査装置及びこの光走査装置が搭載されたレーザポインタに関する。

従来から、光源から照射されたレーザ光を反射させるミラーを有する光ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）によりレーザ光を反射させて画像を投影する光走査装置がある。従来の光走査装置では、光ＭＥＭＳの有するミラーがレーザ光の出射面と対向するように配置されるのが一般的であった。

図８は、従来の光走査装置の構成の例を示す図である。図８（Ａ）に示す光走査装置１０は、筐体１１内のＬＤ（Laser Diode）１２、レンズ１３、光ＭＥＭＳ１４、偏光プリズム１５を有している。光走査装置１０では、光ＭＥＭＳ１４の有するミラーが、ＬＤ１２から照射されたレーザ光の出射面と対向する位置に配置されている。

図８（Ｂ）に示す光走査装置１０Ａは、偏光プリズム１５の代わりに反射ミラー１６を有している。光走査装置１０Ａでも、光ＭＥＭＳ１４の有するミラーが、レーザ光の出射面と対向する位置に配置されている。図８（Ｃ）に示す光走査装置１０Ｂも、光走査装置１０Ａと同様に、光ＭＥＭＳ１４の有するミラーが、レーザ光の出射面と対向する位置に配置されている。

また特許文献１には、ミラーがレーザ光の出射面と対向する位置にあるレーザポインタが記載されている。

特開２０００−２７５５７３号公報

例えば従来の光走査装置をレーザポインタ等に使用する場合には、装置全体を小型化することが望まれる。しかしながら、上述したようなミラーをレーザ光の出射面と対向する位置に配置する構成の場合、例えばペン状の細長い構造物の中に光走査装置を入れることが困難であった。

本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、ペン状の細長い構造物に配置することが可能な光走査装置及びレーザポインタを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。

本発明は、光源（１２０）と、前記光源（１２０）から照射された光が透過するレンズ（１３０）と、前記レンズ（１３０）を介した光を反射させる反射部材（１５０）と、前記反射部材（１５０）により反射された光を走査するためのミラー（１４１）と、を有し、前記ミラー（１４１）を揺動させて前記光の照射方向と同方向に前記光を出射する光走査装置（１００、１００Ａ）であって、
前記反射部材（１５０）は、前記光源（１２０）側を向く第一の反射面（１５１）と、前記光の出射面（１６０）側を向く第二の反射面（１５２）と、を有し、
前記光源（１２０）と前記レンズ（１３０）とが、当該光走査装置のケース（１１０）の長手方向に並ぶように配置し、
前記ミラー（１４１）と前記反射部材（１５０）とが、前記ケース（１１０）の短手方向に並ぶように配置した。

また本発明の光走査装置は、前記ミラー（１４１）と、前記ミラー（１４１）を揺動させる機構と、前記ミラーの揺動を制御する半導体回路とが一体形成された構造体（１４０）を有し、
前記構造体（１４０）と、前記レンズ（１３０）とが、前記ケース（１１０）の短手方向において重なるように配置した。

また本発明の光走査装置は、前記第一の反射面（１５１）と前記第二の反射面（１５２）のうち、何れか一方をハーフミラーとし、
前記ハーフミラーを透過した前記光源（１２０）からの光を受光する受光素子（１７０）を有する。

また本発明の光走査装置は、前記光源（１２０）と前記レンズ（１３０）との位置関係を調整するための調整機構を有し、
前記調整機構は、
前記ケース（１１０）の長手方向と同方向に形成され、前記レンズ（１３０）を収納するレンズホルダ（１３１）を前記光の照射方向と同方向に摺動可能とするガイド部材（１３２）を含む。

また本発明の光走査装置において、前記ガイド部材（１３２）は、Ｖ字形状の溝部（１３２）である。

また本発明の光走査装置は、前記光源（１２０）と前記レンズ（１３０）との位置関係を調整するための調整機構を有し、
前記調整機構は、
前記光源（１２０）を収納する光源ホルダ（１２１）において、前記光の照射方向と略直行する方向に調整可能とするホルダ保持手段（１２２）を含む。

また本発明の光走査装置において、前記ホルダ保持手段（１２２）は、前記光源ホルダ（１２１）の位置を前記光の照射方向と同方向に調整可能とする。

また本発明の光走査装置において、前記ホルダ保持手段（１２２）は、
前記光源ホルダ（１２１）において、前記ケース（１１０）の短手方向の両端部に形成された凹部（１２２）を含む。

本発明は、円筒状の筐体内に、上記記載の何れ一つの光走査装置（１００、１００Ａ）が搭載されたレーザポインタである。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、ペン状の細長い構造物に配置することが可能な光走査装置を提供することができる。

第一の実施形態の光走査装置の構成を説明する第一の図である。 第一の実施形態の光走査装置の構成を説明する第二の図である。 光ＭＥＭＳについて説明する図である。 第一の実施形態の光走査装置の有する調整機構を説明する第一の図である。 第一の実施形態の光走査装置の有する調整機構を説明する第二の図である。 光量モニタ用の受光素子について説明する図である。 第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。 従来の光走査装置の構成の例を示す図である。

本発明では、光走査装置の筐体の長手方向に光源とレンズを配置し、筐体の短手方向にミラーと反射部材とを配置し、レーザ光を反射部材により反射させてミラーへ入射させ、ミラーからの反射光を再度反射部材により反射させて、筐体の長手方向にレーザ光を出射させる。

（第一の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、第一の実施形態の光走査装置の構成を説明する第一の図である。図１（Ａ）は、光走査装置１００を示す図であり、図１（Ｂ）は、ケースを除いた光走査装置の分解図である。

本実施形態の光走査装置１００は、例えばレーザ光により画像を投影するレーザポインタ等に用いられるものである。本実施形態の光走査装置１００は、レーザダイオード（以下、ＬＤという。）１２０、レンズ１３０、光ＭＥＭＳミラー１４０、反射ミラー１５０を有し、ＬＤ１２０以外はケース１１０に収納されている。本実施形態のＬＤ１２０はＬＤホルダ１２１に収納されており、ＬＤホルダ１２１はケース１１０に固定されている。また本実施形態のレンズ１３０は、レンズホルダ１３１に収納されており、レンズホルダ１３１がケース１１０に収納されている。

光走査装置１００では、ＬＤ１２０とレンズ１３０とが、ケース１１０の長手方向（以下、Ｚ１−Ｚ２方向）に並ぶように、ＬＤホルダ１２１とレンズホルダ１３１とが配置されている。また本実施形態の光走査装置１００では、光ＭＥＭＳミラー１４０と反射ミラー１５０とがケース１１０の短手方向（以下、Ｙ１−Ｙ２方向）に並ぶように配置されている。

ＬＤ１２０はレーザ光を照射する光源である。ＬＤ１２０から照射されたレーザ光は、レンズ１３０を透過して反射ミラー１５０により反射される。反射ミラー１５０により反射されたレーザ光は、光ＭＥＭＳミラー１４０に設けられたミラー１４１により反射され、再度反射ミラー１５０により反射され、出射面１６０から出射する。

図２は、第一の実施形態の光走査装置の構成を説明する第二の図である。本実施形態の光走査装置１００では、光ＭＥＭＳミラー１４０の有するミラー１４１のミラー面が、レーザ光の出射面１６０と略直交する方向をむくように配置されている。光ＭＥＭＳミラー１４０の有するミラー１４１とは、レーザ光を走査するためのミラーである。光ＭＥＭＳミラー１４０の構成は後述する。

本実施形態の光走査装置１００では、ＬＤ１２０とレンズ１３０とが、ケース１１０の長手方向と略平行に配置され、光ＭＥＭＳミラー１４０と反射ミラー１５０とがケース１１０の短手方向と略平行に配置されている。

本実施形態の反射ミラー１５０は、三角柱状であり、反射面１５１と反射面１５２とを有する。反射面１５１はＬＤ１２０側を向くように形成されており、反射面１５２は出射面１６０側を向くように形成されている。本実施形態では、反射ミラー１５０に２つの反射面を有する構成とすることで、部品点数を減らすことができる。尚反射ミラー１５０は、２つ以上の光学部品から形成されていてもよく、例えばＬＤ１２０側を向く反射面を有する１つの光学部品と、出射面１６０側を向く１つの光学部品から構成されていてもよい。

ＬＤ１２０から照射されたレーザ光は、レンズ１３０を介して反射面１５１により反射する。このときの反射光を第一の反射光Ｓ１と呼ぶ。第一の反射光Ｓ１は、光ＭＥＭＳミラー１４０のミラーへ入射し、光ＭＥＭＳミラー１４０によりさらに反射される。このときの反射光を第二の反射光Ｓ２と呼ぶ。第二の反射光Ｓ２は、反射面１５２によりさらに反射される。このときの反射光を第三の反射光Ｓ３と呼ぶ。第三の反射光Ｓ３は、出射面１６０からケース１１０の外部へ照射され、画像を投影する。

本実施形態において、ＬＤ１２０、レンズ１３０、光ＭＥＭＳミラー１４０、反射ミラー１５０は、第一の反射光Ｓ１が光ＭＥＭＳミラー１４０のミラーに向かい、第二の反射光Ｓ２が反射面１５２に向かい、第三の反射光Ｓ３が出射面１６０からＺ１−Ｚ２方向と略平行に出射するように、それぞれが配置されている。

すなわち、本実施形態の光走査装置１００は、出射面１６０から出射されるレーザ光の出射方向を、ＬＤ１２０からのレーザ光の出射方向と同方向とし、且つケース１１０の長手方向と光ＭＥＭＳミラー１４０の長手方向とを同方向に揃えて配置させる構成とした。

このため本実施形態では、ケース１１０のＹ１−Ｙ２方向の長さを短くすることができ、例えばペンのような円筒形状とすることが可能となる。尚、ケース１１０のＹ１−Ｙ２方向の長さは、光ＭＥＭＳミラー１４０と反射ミラー１５０とを並べて配置できる長さであれば良く、ケース１１０のＹ１−Ｙ２方向の長さを短くできる。

尚本実施形態の反射ミラー１５０は、第一の反射光Ｓ１の光ＭＥＭＳミラー１４０に対する入射角θを０度に近づけるように、反射面１５１、１５２を形成することが好ましい。入射角θが０度に近づくほど、投影した画像の歪みを軽減することができる。

以下に、図３を参照して本実施形態の光ＭＥＭＳミラー１４０について説明する。図３は、光ＭＥＭＳについて説明する図である。

本実施形態の光ＭＥＭＳミラー１４０は、ミラー１４１と、ミラー１４１を揺動させて光を走査する構造体と、ミラー１４１に駆動電力を供給する配線とを半導体製造技術を用いて一体形成したものである。尚光ＭＥＭＳミラー１４０は、ミラー１４１を揺動させる制御を行うドライバＩＣまで一体形成された構成とすることもできる。

図３では、ミラー１４１と、ミラー１４１を揺動させて光を走査する構造体を示している。光ＭＥＭＳミラー１４０は、ミラー１４１をＸ１−Ｘ２方向に揺動させるためのカンチレバー１４２、１４３と、ミラー１４１をＹ１−Ｙ２方向に揺動させるためのカンチレバー１４４、１４５とを有する。カンチレバー１４４、１４５は、カンチレバー１４２、１４３及び内枠１４７ごとミラー１４１をＹ１−Ｙ２方向に揺動させる。

カンチレバー１４２、１４３は、ミラー１４１を挟んでミラー１４１の両側に配置されており、内枠１４７に支持されている。内枠１４７は、カンチレバー１４４、１４５を介して外枠１４６に支持されている。

カンチレバー１４２、１４３には、それぞれ圧電素子（図示せず）が設けられており、電圧が印加されると圧電素子に変位が生じる。カンチレバー１４２、１４３は、圧電素子の変位に沿って変位する。このカンチレバー１４２、１４３の変位によりミラー１４１はＸ１−Ｘ２方向に揺動される。カンチレバー１４２、１４３の有する圧電素子には、ドライバＩＣによりミラー１４１を駆動させるミラー駆動電圧が印加される。

カンチレバー１４４、１４５は、カンチレバー１４３、１４３と同様に圧電素子が設けられており、ミラー駆動電圧が供給されるとカンチレバー１４４、１４５に変位が生じる。ミラー１４１は、この変位によりカンチレバー１４２、１４３ごとＹ１−Ｙ２方向に揺動される。カンチレバー１４４、１４５には、ドライバＩＣによりミラー駆動電圧が供給される。

尚本実施形態の光ＭＥＭＳミラー１４０は、上述したようにミラー１４１をＸ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向の二方向に揺動させる二軸の構造としたが、一軸の構造であっても良い。また本実施形態の光ＭＥＭＳミラー１４０は、その他の構造を有しても良い。

本実施形態の光走査装置１００では、光ＭＥＭＳミラー１４０に入射する第一の反射光Ｓ１は、ＬＤ１２０とレンズ１３０とにより決められる。第一の反射光Ｓ１の集光具合はＬＤ１２０とレンズ１３０との距離（Ｚ１−Ｚ２方向）によって変化する。また第一の反射光Ｓ１の光軸の傾きは、レンズ１３０の軸とＬＤ１２０による発光点の距離（Ｘ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向）により変化する。

よって本実施形態の光走査装置１００では、ＬＤ１２０とレンズ１３０との相対的な位置を調整するための機構を有するものとした。本実施形態の光走査装置１００は、この機構により、ＬＤ１２０とレンズ１３０とのＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向における位置関係を簡単に調整できる。

図４は、第一の実施形態の光走査装置の有する調整機構を説明する第一の図である。本実施形態では、レンズホルダ１３１をケース１１０に形成された溝部１３２に配置し、レンズホルダ１３１を溝部１３２に沿って摺動可能とした。本実施形態の溝部１３２は、レンズホルダ１３１を光の出射方向Ｚ１−Ｚ２方向へガイドするためのガイド部材として働き、その形状は例えばＶ字形状である。本実施形態では、この構成により、レンズ１３０をＺ１−Ｚ２方向へ動かすことができ、ＬＤ１２０とレンズ１３０との距離を容易に調整することができる。尚本実施形態では、レンズ１３０とレンズホルダ１３１とは、樹脂等により一体成形されていても良い。

また図４の例では、ＬＤホルダ１２１のＸ１方向側の面とＸ２方向側の面とに、凹部１２２が形成されている。本実施形態では、この凹部１２２を組立器具等によりつかみ、ＬＤホルダ１２１の位置をＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向に動かすことができ、レンズ１３０を透過する光束の角度を調整することができる。本実施形態では、ＬＤホルダ１２１の位置を調整した後に、ケース１１０と面接触により接着されても良い。

次に図５を参照して本実施形態の調整機構の別の例を説明する。図５は、第一の実施形態の光走査装置の有する調整機構を説明する第二の図である。

図５の例では、レンズホルダ１３１はケース１１０へ固定し、ＬＤホルダ１２１をＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向、Ｚ１−Ｚ２方向に移動させて調整を行う。図５の例では、ＬＤホルダ１２１をＺ１−Ｚ２方向に移動させることで、レンズ１３０との距離を調整し、光ＭＥＭＳミラー１４０に入射される光の集光具合を調整できる。

ＬＤホルダ１２１とレンズ１３０の距離が決まると、ＬＤホルダ１２１をＸ１−Ｘ２方向、Ｙ１−Ｙ２方向に移動させて、光ＭＥＭＳミラー１４０へ入射する第一の反射光Ｓ１の入射角を調整することができる。調整が終了した後は、ＬＤホルダ１２１とケース１１０との間に接着剤や半田等を流し込み、ＬＤホルダ１２１とケース１１０とを固定する。

本実施形態では、図４、図５に示す両方の例において、ＬＤ１２０をＺ１−Ｚ２方向と直交する軸（Ｘ軸、Ｙ軸）周りに回転させる機構を設けても良い。本実施形態では、この機構により、第一の反射光Ｓ１の光束の強度分布を調整することもできる。

また本実施形態の光走査装置１００において、反射ミラー１５０は、反射面１５１、１５２のうち何れか一方がハーフミラーとし、ハーフミラーを透過した光を受光する光量モニタ用の受光素子を設けた。ここで、ハーフミラーとは、光量の一定量を反射又は透過させるものであり、例えば反射を９０％、透過を１０％程度に設定されていても良い。尚この設定は、前記の設定に限定されるものではない。

図６は、光量モニタ用の受光素子について説明する図である。ＬＤ１２０は、温度等の影響により駆動電流に対する光出力の効率が変動するため、ＬＤ１２０の駆動制御を行う必要がある。駆動制御は、実際に出力されている光量をモニタし、モニタした光量に基づき行われる。本実施形態では、受光素子が設けられる側の反射面をハーフミラーとして第一の反射光Ｓ１を分岐させ、光走査装置１００の出力となる第三の反射光Ｓ３の光路とは異なる光路で光量をモニタする。

図６（Ａ）は反射面１５１をハーフミラーとした第一の例であり、図６（Ｂ）は反射面１５１をハーフミラーとした第二の例であり、図６（Ｃ）は反射面１５２をハーフミラーとした例である。

図６（Ａ）では、ＬＤ１２０からのレーザ光がハーフミラーである反射面１５１を透過し、反射面１５２に反射して受光素子１７０に向かって出射される。図６（Ａ）では、受光素子１７０は、反射面１５１と重ならない位置であり、且つ反射面１５１よりも出射面１６０寄りに配置されている。

図６（Ｂ）では、ＬＤ１２０からのレーザ光がハーフミラーである反射面１５１を透過し、反射ミラー１５０の上面１５３から受光素子１７０に向かって出射される。図６（Ｂ）でも、受光素子１７０は反射面１５１より後方に配置されている。また図６（Ｂ）の受光素子１７０の位置は、図６（Ａ）と比べてさらに出射面１６０側に配置されている。

図６（Ｃ）では、ＬＤ１２０からのレーザ光がハーフミラーである反射面１５２を透過し、反射ミラー１５０の上面１５３から受光素子１７０に向かって出射される。図６（Ｃ）では、受光素子１７０は反射面１５２とＹ１−Ｙ２方向に重なる位置に配置されている。

本実施形態では、このように光量モニタ用の受光素子１７０を設けることで、ＬＤ１２０から出射されるレーザ光の光量をモニタすることができる。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）のどの配置が最適かは、ハーフミラー１５０に対する光の入射角度や、ハーフミラー１５０の屈折率などによって選択される。なお本実施形態では、受光素子１７０を、反射面１５１と重ならない、かつ反射面１５１よりも出射面１６０寄りに配置する構成がより小型化を実現するとして好ましいが、ハーフミラー１５０に対する光の入射角度や、ハーフミラー１５０の屈折率等によっては、受光素子１７０は反射面１５１と重なる位置に配置されていてもよい。

以上に説明したように、本実施形態の光走査装置１００は、従来と比較して小型化することができる。特に本実施形態の光走査装置１００は、細長い円筒形状とすることができ、ペン形状のレーザポインタ等として用いることができる。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態は、レンズ１３０と光ＭＥＭＳミラー１４０とがＹ１−Ｙ２方向において重なる位置にある点のみ、第一の実施形態と相違する。よって以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点についてのみ説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図７は、第二の実施形態の光走査装置を説明する図である。本実施形態の第二の実施形態の光走査装置１００Ａでは、光ＭＥＭＳミラー１４０とレンズ１３０との距離を狭め、光ＭＥＭＳミラー１４０とレンズ１３０とがＹ１−Ｙ２方向において重なるように配置されている。

本実施形態では、このように構成することで、ケース１１０のＺ１−Ｚ２方向の長さを更に短くすることができ、装置全体の更なる小型化に貢献することができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００、１００Ａ 光走査装置
１１０ ケース
１２０ ＬＤ
１３０ レンズ
１４０ 光ＭＥＭＳ
１５０ 反射ミラー
１５１、１５２ 反射面
１６０ 出射面

Claims (9)

1. 光源と、前記光源から照射された光が透過するレンズと、前記レンズを介した光を反射させる反射部材と、前記反射部材により反射された光を走査するためのミラーと、を有し、前記ミラーを揺動させて前記光の照射方向と同方向に前記光を出射する光走査装置であって、
   前記反射部材は、前記光源側を向く第一の反射面と、前記光の出射面側を向く第二の反射面と、を有し、
   前記光源と前記レンズとが、当該光走査装置のケースの長手方向に並ぶように配置し、
   前記ミラーと前記反射部材とが、前記ケースの短手方向に並ぶように配置した光走査装置。
2. 前記ミラーと、前記ミラーを揺動させる機構とが一体形成された構造体を有し、
   前記構造体と、前記レンズとが、前記ケースの短手方向において重なるように配置されている請求項１記載の光走査装置。
3. 前記第一の反射面と前記第二の反射面のうち、何れか一方をハーフミラーとし、
   前記ハーフミラーを透過した前記光源からの光を受光する受光素子を有する請求項１又は２記載の光走査装置。
4. 前記光源と前記レンズとの位置関係を調整するための調整機構を有し、
   前記調整機構は、
   前記ケースの長手方向と同方向に形成され、前記レンズを収納するレンズホルダを前記光の照射方向と同方向に摺動可能とするガイド部材を含む請求項１ないし３の何れか一項に記載の光走査装置。
5. 前記ガイド部材は、Ｖ字形状の溝部である請求項４記載の光走査装置。
6. 前記光源と前記レンズとの位置関係を調整するための調整機構を有し、
   前記調整機構は、
   前記光源を収納する光源ホルダにおいて、前記光の照射方向と略直行する方向に調整可能とするホルダ保持手段を含む請求項１ないし３の何れか一項に記載の光走査装置。
7. 前記ホルダ保持手段は、前記光源ホルダの位置を前記光の照射方向と同方向に調整可能とする請求項６に記載の光走査装置。
8. 前記ホルダ保持手段は、
   前記光源ホルダにおいて、前記ケースの短手方向の両端部に形成された凹部を含む請求項６又は７記載の光走査装置。
9. 円筒状の筐体内に、請求項１ないし８の何れか一項に記載の光走査装置が搭載されたレーザポインタ。

Images