JP2015148649A - Projection method and projection device - Google Patents

Projection method and projection device Download PDF

Info

Publication number
JP2015148649A
JP2015148649A JP2014019760A JP2014019760A JP2015148649A JP 2015148649 A JP2015148649 A JP 2015148649A JP 2014019760 A JP2014019760 A JP 2014019760A JP 2014019760 A JP2014019760 A JP 2014019760A JP 2015148649 A JP2015148649 A JP 2015148649A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scanning
projection
laser
sets
beams
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014019760A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
昌史 井出
Masashi Ide
昌史 井出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Holdings Co Ltd
Original Assignee
Citizen Holdings Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Holdings Co Ltd filed Critical Citizen Holdings Co Ltd
Priority to JP2014019760A priority Critical patent/JP2015148649A/en
Publication of JP2015148649A publication Critical patent/JP2015148649A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a projection method and a projection device with which the size of the device is further reduced and projection images have higher definition.SOLUTION: A projection method for scanning pairs of laser beams having at least red, green, and blue (RGB) to project images includes: an emission step of causing a laser beam source (10) to emit a plurality of laser beams; and a scanning step of two-dimensionally scanning, by means of a common scanning part (40), partial areas (61 and 62) constituting a projection area with a laser beam, of the plurality of laser beams, corresponding to the partial areas along a single scanning direction predetermined for each of the partial areas (+X-direction or -X-direction).

Description

本発明は、レーザ光を走査して画像を投影する投影方法および投影装置に関する。   The present invention relates to a projection method and a projection apparatus that project an image by scanning a laser beam.

特許文献1には、光ビームを出射するレーザ光源と、光ビームを略垂直にミラー面に入射し光ビームを略垂直に反射する走査ミラーと、光ビームを1/4波長板を介して走査ミラーに入射させるとともに、走査ミラーで反射され1/4波長板を通過した光ビームをスクリーンの方向へ出射させる偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから出射された光ビームの走査角度をN倍に拡大する画角拡大素子を備える走査型画像表示装置が記載されている。   Patent Document 1 discloses a laser light source that emits a light beam, a scanning mirror that reflects the light beam substantially vertically and reflects the light beam substantially vertically, and scans the light beam through a quarter-wave plate. A polarizing beam splitter that enters the mirror and emits the light beam reflected by the scanning mirror and passed through the quarter-wave plate in the direction of the screen, and the scanning angle of the light beam emitted from the polarizing beam splitter is expanded N times. A scanning-type image display device including an angle-of-view enlargement element is described.

特許文献2には、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を2次元的に走査する走査装置と、それらの間に配置されレーザ光の光路を屈曲させる屈曲素子とを備えるレーザ投射装置が記載されている。この屈曲素子は、偏光ビームスプリッタ(PBS)と、PBSの反射面を透過した光をPBSに戻すための反射ミラーと、PBSと反射ミラーの間に介在する1/4波長板と、PBSの反射面を反射した光をPBSに戻すための反射ミラーと、PBSと反射ミラーの間に介在する1/4波長板とを備える。   Patent Document 2 describes a laser projection device that includes a laser light source, a scanning device that two-dimensionally scans laser light from the laser light source, and a bending element that is disposed between them and bends the optical path of the laser light. Has been. This bending element includes a polarization beam splitter (PBS), a reflection mirror for returning the light transmitted through the PBS reflection surface to the PBS, a quarter-wave plate interposed between the PBS and the reflection mirror, and the PBS reflection. A reflection mirror for returning the light reflected from the surface to the PBS and a quarter-wave plate interposed between the PBS and the reflection mirror are provided.

特許文献3には、複数の光源と、光源からの出射光を反射し対象物に投射する反射ミラーと、入力映像信号を信号処理する画像処理手段とを有する画像表示装置が記載されている。この画像表示装置では、複数の光源からの出射光を異なる光軸で反射ミラーに入射させ、異なる投射領域に投影させ、且つこれをまとめることで一つの入力映像信号の画像を表示させる。複数の投射画像が光学的に重なり合う領域に対応する画像は、1つの光源からの出射光となっている。   Patent Document 3 describes an image display device having a plurality of light sources, a reflection mirror that reflects light emitted from the light sources and projects the light onto an object, and image processing means that performs signal processing on an input video signal. In this image display device, light emitted from a plurality of light sources is incident on a reflection mirror along different optical axes, projected onto different projection areas, and combined to display an image of one input video signal. An image corresponding to a region where a plurality of projection images are optically overlapped is emitted light from one light source.

特許文献4には、複数のレーザ光源と、レーザ光源から出射した光ビームを反射しスクリーン等に投射する反射ミラーとを有し、複数の光ビームを異なる光軸で反射ミラーに入射し異なる投射領域に投影して、複数の画面によって一つの画像を表示させる走査型投射装置が記載されている。この走査型投射装置では、複数の光ビームに所定の相対角度をつけ、複数の画面を互いにわずかにずらして重ね合わせることで一つの画面を構成する。   Patent Document 4 includes a plurality of laser light sources and a reflection mirror that reflects a light beam emitted from the laser light source and projects the light beam onto a screen or the like. There is described a scanning projection device that projects onto a region and displays one image on a plurality of screens. In this scanning projection apparatus, a plurality of light beams are given a predetermined relative angle, and a plurality of screens are slightly shifted from each other and overlapped to form one screen.

特開2012−230321号公報JP 2012-230321 A 特開2010−191173号公報JP 2010-191173 A 特開2013−068859号公報JP2013-068859A 特開2013−101294号公報JP2013-101294A

例えば、携帯機器で高精細の3次元ディスプレイを実現するためには、ピコプロジェクタを2次元状に複数個配列してライトフィールドを形成することが考えられる。しかしながら、これでは装置を小型化することが難しく、製造コストも高くなる。このため、携帯機器に小型で高精細の投影装置を搭載するには、ピコプロジェクタ自体の一層の小型化と高精細化を同時に実現する必要がある。   For example, in order to realize a high-definition three-dimensional display in a portable device, it is conceivable to form a light field by arranging a plurality of pico projectors two-dimensionally. However, this makes it difficult to reduce the size of the apparatus and increases the manufacturing cost. For this reason, in order to mount a small and high-definition projection apparatus in a portable device, it is necessary to simultaneously realize further downsizing and higher definition of the pico projector itself.

そこで、本発明は、本構成を有しない場合と比べて装置がより小型化され、かつ投影画像がより高精細化される投影方法および投影装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a projection method and a projection apparatus in which the apparatus is further miniaturized and the projected image is further refined as compared with the case without this configuration.

本発明の投影方法は、少なくとも赤色、緑色および青色を一組とするレーザ光を走査して画像を投影する投影方法であって、レーザ光源からの複数組のレーザ光を出射させる出射ステップと、投影領域を構成する各部分領域を、複数組のレーザ光のうちその部分領域に対応するレーザ光で、部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向に沿って、共通の走査部により2次元状に走査する走査ステップとを有する。   The projection method of the present invention is a projection method for projecting an image by scanning at least a set of red, green, and blue laser beams, and emitting a plurality of sets of laser beams from a laser light source; and Each of the partial areas constituting the projection area is a laser beam corresponding to the partial area of a plurality of sets of laser beams, and is scanned by a common scanning unit along a single scanning direction predetermined for each partial area. And a scanning step for scanning in a dimensional manner.

上記の投影方法では、複数のレーザ光は2組のレーザ光であり、投影領域は2つの部分領域に分割され、2つの部分領域における走査方向は互いに向かい合う方向であり、走査ステップでは、走査方向に沿って複数の走査線を描くように、走査部により2つの部分領域上を走査することが好ましい。   In the projection method described above, the plurality of laser beams are two sets of laser beams, the projection region is divided into two partial regions, and the scanning directions in the two partial regions are opposite to each other. It is preferable that the scanning unit scans the two partial regions so as to draw a plurality of scanning lines along the line.

上記の投影方法の出射ステップでは、2組のレーザ光を、走査線の単位で交互に出射させることが好ましい。   In the emission step of the projection method described above, it is preferable to emit two sets of laser beams alternately in units of scanning lines.

上記の投影方法の出射ステップでは、2組のレーザ光のそれぞれをファイバにより導波させ、ファイバの出射端面から2組のレーザ光を出射させ、走査ステップでは、走査線に垂直な方向における各走査線の位置が2つの部分領域の間で一致するように、走査部により2組のレーザ光が走査されることが好ましい。   In the emission step of the projection method described above, each of the two sets of laser beams is guided by the fiber, and two sets of laser beams are emitted from the emission end face of the fiber. In the scanning step, each scan in the direction perpendicular to the scanning line is performed. It is preferable that two sets of laser beams are scanned by the scanning unit so that the positions of the lines coincide between the two partial regions.

上記の投影方法では、複数組のレーザ光は、投影領域近傍にビームウェスト位置が近付くように、投射レンズによりそれぞれのビーム径が絞られることが好ましい。   In the above projection method, it is preferable that the plurality of sets of laser beams have their respective beam diameters reduced by the projection lens so that the beam waist position approaches the projection region.

上記の投影方法では、ファイバの先端にはGIレンズが設けられ、投射レンズに入射する複数組のレーザ光のビーム径がGIレンズにより調整されることが好ましい。   In the above projection method, it is preferable that a GI lens is provided at the tip of the fiber, and the beam diameters of a plurality of sets of laser light incident on the projection lens are adjusted by the GI lens.

また、本発明の投影装置は、少なくとも赤色、緑色および青色を一組とするレーザ光を走査して画像を投影する投影装置であって、複数組のレーザ光を発光するレーザ光源と、複数組のレーザ光をそれぞれ導波して出射端面から出射する出射部と、複数組のレーザ光のビームウェスト位置が投影領域近傍に近付くようにレーザ光のビーム径を絞る投射レンズと、投影領域を構成する各部分領域を、複数組のレーザ光のうちその部分領域に対応するレーザ光で、部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向に沿って2次元状に走査する走査部とを有する。   Further, the projection device of the present invention is a projection device that projects an image by scanning at least one set of red, green, and blue laser beams, a laser light source that emits a plurality of sets of laser beams, and a plurality of sets. The projection section is composed of an emission section that guides each laser beam and emits it from the exit end face, a projection lens that narrows the beam diameter of the laser light so that the beam waist position of multiple sets of laser lights approaches the projection area A scanning section that scans each partial area in a two-dimensional manner along a single scanning direction predetermined for each partial area with laser light corresponding to the partial area of the plurality of sets of laser lights .

本発明の投影方法および投影装置によれば、本構成を有しない場合と比べて装置がより小型化され、かつ投影画像がより高精細化される。   According to the projection method and the projection apparatus of the present invention, the apparatus is further miniaturized and the projection image is further refined as compared with the case without the present configuration.

レーザプロジェクタ1の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a laser projector 1. FIG. MEMSミラー41の構造を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a structure of a MEMS mirror 41. 図1の等価光学系を示した図である。It is the figure which showed the equivalent optical system of FIG. GIレンズ26によるビーム径の調整について説明する図である。It is a figure explaining the adjustment of the beam diameter by the GI lens. 2組のビーム71,72を用いた走査方法の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the scanning method using two sets of beams 71 and 72. FIG. MEMSミラー41のX,Y方向の走査角α,βとレーザ光源10の点灯タイミングの関係を示したグラフである。4 is a graph showing the relationship between the scanning angles α and β in the X and Y directions of the MEMS mirror 41 and the lighting timing of the laser light source 10. 走査線63のずれの補正について説明する図である。6 is a diagram for explaining correction of a shift of a scanning line 63. FIG. レーザプロジェクタ1の走査方法と別の走査方法を比較した図である。It is the figure which compared the scanning method of the laser projector 1, and another scanning method. 4組のビーム71〜74を用いた走査方法の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the scanning method using four sets of beams 71-74.

以下、図面を参照しつつ、投影方法および投影装置について説明する。ただし、本発明が図面または以下に記載される実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。   Hereinafter, a projection method and a projection apparatus will be described with reference to the drawings. It should be understood, however, that the present invention is not limited to the drawings or the embodiments described below.

この投影装置は、投影面(スクリーン)上の複数の部分領域を、複数組のレーザ光のうちその部分領域に対応するレーザ光で、部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向に沿って、共通の走査部により2次元状に走査する。この投影装置は、複数組のレーザ光を1つの走査部により走査することで、投影面上に高精細の画像を投影する。レーザ光の出射端面から投影面までの距離は、例えば数十cm〜数m程度である。   In this projection apparatus, a plurality of partial areas on a projection surface (screen) are aligned with a single scanning direction predetermined for each partial area with laser light corresponding to the partial areas of a plurality of sets of laser lights. The two-dimensional scanning is performed by the common scanning unit. This projection apparatus projects a high-definition image on a projection surface by scanning a plurality of sets of laser beams with a single scanning unit. The distance from the emission end face of the laser beam to the projection surface is, for example, about several tens of centimeters to several meters.

図1は、レーザプロジェクタ1の概略構成図である。レーザプロジェクタ1は、投影装置の一例であり、主要な構成要素として、レーザ光源10、出射部20、屈曲部30、走査部40および制御部50を有する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser projector 1. The laser projector 1 is an example of a projection apparatus, and includes a laser light source 10, an emitting unit 20, a bending unit 30, a scanning unit 40, and a control unit 50 as main components.

レーザ光源10は、6個のレーザ素子11R,11G,11B,12R,12G,12Bを有する。レーザ光源10は、複数のレーザ光として、2組のRGBレーザ光を発光する。   The laser light source 10 includes six laser elements 11R, 11G, 11B, 12R, 12G, and 12B. The laser light source 10 emits two sets of RGB laser beams as a plurality of laser beams.

レーザ素子11R,12Rは、例えば波長640nmの赤色(R)レーザ光を発光する半導体レーザである。レーザ素子11G,12Gは、例えば波長520nmの緑色(G)レーザ光を発光する半導体レーザである。また、レーザ素子11B,12Bは、例えば波長460nmの青色(B)レーザ光を発光する半導体レーザである。なお、レーザ素子11G,12Gは、第2次高調波を使用したいわゆるSHGレーザ素子でもよい。   The laser elements 11R and 12R are semiconductor lasers that emit red (R) laser light having a wavelength of 640 nm, for example. The laser elements 11G and 12G are semiconductor lasers that emit green (G) laser light having a wavelength of 520 nm, for example. The laser elements 11B and 12B are semiconductor lasers that emit blue (B) laser light having a wavelength of 460 nm, for example. The laser elements 11G and 12G may be so-called SHG laser elements using second harmonics.

出射部20は、ファイバ21,21R,21G,21B、ファイバ22,22R,22G,22B、融着型ファイバコンバイナ25、ファイババンドルコンバイナ27およびλ/2板28を有する。出射部20は、レーザ光源10が発光した2組のRGBレーザ光を、屈曲部30に向けて出射する。   The emitting unit 20 includes fibers 21, 21 R, 21 G, and 21 B, fibers 22, 22 R, 22 G, and 22 B, a fusion type fiber combiner 25, a fiber bundle combiner 27, and a λ / 2 plate 28. The emitting unit 20 emits two sets of RGB laser light emitted from the laser light source 10 toward the bent portion 30.

ファイバ21R,21G,21Bは、レーザ素子11R,11G,11Bが発光したRGBレーザ光をそれぞれ導波するシングルモードの光ファイバである。また、ファイバ22R,22G,22Bは、レーザ素子12R,12G,12Bが発光したRGBレーザ光をそれぞれ導波するシングルモードの光ファイバである。融着型ファイバコンバイナ25は、ファイバ21R,21G,21Bとファイバ22R,22G,22Bで導波されるRGBレーザ光を、それぞれ1本のファイバ21,22に合波する。ファイバ21,22は、合波されたRGBレーザ光を導波するシングルモードの光ファイバである。特に、ファイバ21,22は、光の利用効率を向上させ、屈曲部30での偏光の制御性を容易にするために、当該波長での偏波保持シングルモードファイバ(PMF:Polarization Maintaining Fiber)であることが好ましい。なお、ファイバ21,22と融着型ファイバコンバイナ25を用いずに、単にファイバ21R,21G,21Bとファイバ22R,22G,22Bをそれぞれ束ねて固定することで、ファイババンドルでコンバイナを構成してもよい。   The fibers 21R, 21G, and 21B are single mode optical fibers that respectively guide the RGB laser light emitted from the laser elements 11R, 11G, and 11B. The fibers 22R, 22G, and 22B are single mode optical fibers that respectively guide the RGB laser beams emitted from the laser elements 12R, 12G, and 12B. The fusion-type fiber combiner 25 multiplexes the RGB laser beams guided by the fibers 21R, 21G, and 21B and the fibers 22R, 22G, and 22B into one fiber 21 and 22, respectively. The fibers 21 and 22 are single-mode optical fibers that guide the combined RGB laser light. In particular, the fibers 21 and 22 are polarization maintaining single mode fibers (PMFs) at the wavelength in order to improve the light utilization efficiency and facilitate the controllability of the polarization at the bent portion 30. Preferably there is. Even if the fibers 21R, 21G, and 21B and the fibers 22R, 22G, and 22B are simply bundled and fixed without using the fibers 21 and 22 and the fusion-type fiber combiner 25, the combiner may be configured with a fiber bundle. Good.

ファイバ21,22の出射端部には、それぞれGIレンズ26が融着されている。GIレンズ26によりファイバの開口数(NA:Numerical Aperture)を変化させることで、ファイバ21,22から出射されるRGBレーザ光のそれぞれの波長におけるガウシアンビームの広がり角度が制御される。   GI lenses 26 are fused to the emission ends of the fibers 21 and 22, respectively. By changing the numerical aperture (NA) of the fiber by the GI lens 26, the spread angle of the Gaussian beam at each wavelength of the RGB laser light emitted from the fibers 21 and 22 is controlled.

ファイババンドルコンバイナ27は、一定の間隔を空けてファイバ21,22の出射端部を固定する固定具である。ファイババンドルコンバイナ27は、RGBレーザ光の出射方向に垂直な面内でファイバ21,22の出射端部を回転可能に構成されている。   The fiber bundle combiner 27 is a fixture that fixes the emission ends of the fibers 21 and 22 with a certain interval therebetween. The fiber bundle combiner 27 is configured to be able to rotate the emission end portions of the fibers 21 and 22 within a plane perpendicular to the emission direction of the RGB laser light.

λ/2板28は、ファイバ21,22から出射されたRGBレーザ光の偏光方向を変化させる。λ/2板28は、例えば、透過したRGBレーザ光が屈曲部30の偏光制御部(後述する偏光ビームスプリッタ32)に対してS偏光に高効率に変換されるように、入射するRGBレーザ光の偏光状態に応じた角度だけ光学軸を傾けた状態で配置される。   The λ / 2 plate 28 changes the polarization direction of the RGB laser light emitted from the fibers 21 and 22. The λ / 2 plate 28, for example, makes incident RGB laser light so that the transmitted RGB laser light is converted into S-polarized light with high efficiency with respect to the polarization control unit (a polarization beam splitter 32 described later) of the bending portion 30. The optical axis is tilted by an angle corresponding to the polarization state.

屈曲部30は、投射レンズ31、偏光ビームスプリッタ(PBS:Polarization Beam Splitter)32およびλ/4板33を有する。屈曲部30は、出射部20からのRGBレーザ光のビーム71,72を屈曲させて走査部40に入射させ、走査部40から投影面60に向かう反射光を透過させる。   The bent portion 30 includes a projection lens 31, a polarization beam splitter (PBS) 32, and a λ / 4 plate 33. The bending section 30 bends the RGB laser light beams 71 and 72 from the emitting section 20 and causes the beams to enter the scanning section 40, and transmits reflected light from the scanning section 40 toward the projection surface 60.

投射レンズ31は、ファイバ21,22から出射されλ/2板28によりS偏光に変換されたビーム71,72の進行方向を変化させる。特に、投射レンズ31は、ビーム71,72が走査部40のMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー41に照射されるように、そのビーム径と入射角度とを調整する作用をする。投射レンズ31を透過したS偏光のビーム71,72は、PBS32に入射する。   The projection lens 31 changes the traveling direction of the beams 71 and 72 emitted from the fibers 21 and 22 and converted into S-polarized light by the λ / 2 plate 28. In particular, the projection lens 31 functions to adjust the beam diameter and the incident angle so that the beams 71 and 72 are irradiated to the MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror 41 of the scanning unit 40. S-polarized beams 71 and 72 that have passed through the projection lens 31 are incident on the PBS 32.

PBS32は、S偏光を反射しP偏光を透過する反射膜321を有する。PBS32は、入射したS偏光のビーム71,72を反射膜321で反射させて、λ/4板33に入射させる。なお、PBSとして、誘電体多層ミラーからなる反射膜321を用いた立方体型を図示しているが、広帯域化を図るためにワイアグリッド型のプレート型反射型偏光子をPBS32として配置してもよい。   The PBS 32 includes a reflective film 321 that reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. The PBS 32 reflects the incident S-polarized beams 71 and 72 by the reflection film 321 so as to enter the λ / 4 plate 33. Although a cubic type using a reflective film 321 made of a dielectric multilayer mirror is shown as the PBS, a wire grid type plate-type reflective polarizer may be arranged as the PBS 32 in order to increase the bandwidth. .

λ/4板33は、PBS32とMEMSミラー41の間に配置され、透過するビーム71,72の偏光方向を変化させる。まず、λ/4板33は、PBS32から入射したS偏光を円偏光に変換する。変換された円偏光のビーム71,72は、MEMSミラー41にほぼ垂直に入射し、MEMSミラー41で反射して、λ/4板33に再度入射する。また、λ/4板33は、MEMSミラー41から入射した円偏光をP偏光に変換する。すなわち、ビーム71,72は、λ/4板33を2回透過することにより、最初の偏光方向に対して直交した偏光方向をもつ直線偏光に変換される。   The λ / 4 plate 33 is disposed between the PBS 32 and the MEMS mirror 41, and changes the polarization direction of the transmitted beams 71 and 72. First, the λ / 4 plate 33 converts S-polarized light incident from the PBS 32 into circularly polarized light. The converted circularly polarized beams 71 and 72 are incident on the MEMS mirror 41 substantially perpendicularly, reflected by the MEMS mirror 41, and incident on the λ / 4 plate 33 again. The λ / 4 plate 33 converts circularly polarized light incident from the MEMS mirror 41 into P-polarized light. That is, the beams 71 and 72 are converted into linearly polarized light having a polarization direction orthogonal to the initial polarization direction by passing through the λ / 4 plate 33 twice.

P偏光に変換されたビーム71,72は、PBS32に再度入射し、PBS32の反射膜321を透過して、投影面60に投影される。   The beams 71 and 72 converted to P-polarized light are incident on the PBS 32 again, pass through the reflective film 321 of the PBS 32, and are projected onto the projection plane 60.

走査部40は、MEMSミラー41およびMEMSドライバ42を有する。走査部40は、高速に揺動するMEMSミラー41でビーム71,72を反射することにより、投影面60上を2次元状に走査する。   The scanning unit 40 includes a MEMS mirror 41 and a MEMS driver 42. The scanning unit 40 scans the projection surface 60 two-dimensionally by reflecting the beams 71 and 72 with the MEMS mirror 41 that swings at high speed.

図2は、MEMSミラー41の構造を示した図である。MEMSミラー41は、ミラー面411がトーションバー412,413で支持された構造を有する。ミラー面411の大きさは、例えば1.2mm角程度である。ミラー面411と同一面内で、図2のようにX方向とY方向を定める。   FIG. 2 is a diagram showing the structure of the MEMS mirror 41. The MEMS mirror 41 has a structure in which a mirror surface 411 is supported by torsion bars 412 and 413. The size of the mirror surface 411 is, for example, about 1.2 mm square. Within the same plane as the mirror surface 411, the X direction and the Y direction are determined as shown in FIG.

MEMSミラー41は、X方向には例えば約20KHzで共振駆動される。これによってトーションバー412が捻れることで、ミラー面411は、軸414を中心軸としてX方向に揺動する。このため、ミラー面411に入射するビームの反射角は、X方向に正弦波状に時間変化する。また、MEMSミラー41は、Y方向には鋸波状の強制駆動により例えば60Hzで駆動される。これによってトーションバー413が捻れることで、ミラー面411は、軸414に直交する軸415を中心軸としてY方向に揺動する。このため、ミラー面411に入射するビームの反射角は、Y方向に鋸波状に時間変化する。このようにして、MEMSミラー41は、入射したビームを、一定の走査角の範囲内で2次元状に走査する。   The MEMS mirror 41 is resonantly driven in the X direction, for example, at about 20 KHz. As a result, the torsion bar 412 is twisted, so that the mirror surface 411 swings in the X direction with the axis 414 as the central axis. For this reason, the reflection angle of the beam incident on the mirror surface 411 changes with time in a sinusoidal shape in the X direction. Further, the MEMS mirror 41 is driven at, for example, 60 Hz by a sawtooth forced drive in the Y direction. By this twisting of the torsion bar 413, the mirror surface 411 swings in the Y direction with the axis 415 orthogonal to the axis 414 as the central axis. For this reason, the reflection angle of the beam incident on the mirror surface 411 changes with time in a sawtooth shape in the Y direction. In this way, the MEMS mirror 41 scans the incident beam two-dimensionally within a range of a certain scanning angle.

MEMSドライバ42は、制御部50による制御データに応じてMEMSミラー41を駆動し、MEMSミラー41をX,Y方向に高速に揺動させる。この駆動方式は、静電方式、電磁方式、ピエゾ方式などのどれを用いてもよい。また、X,Y方向の走査で異なる駆動方式を組み合わせてもよい。   The MEMS driver 42 drives the MEMS mirror 41 in accordance with the control data from the control unit 50, and swings the MEMS mirror 41 in the X and Y directions at high speed. Any of an electrostatic system, an electromagnetic system, a piezo system, etc. may be used for this drive system. Different driving methods may be combined for scanning in the X and Y directions.

ビーム71,72が投影される投影面60上の有効エリアを広げるためには、MEMSミラー41に対してほぼ垂直にビームを入射し、反射することが好ましい。ただし、レーザ光源10からMEMSミラー41に直接ビーム71,72を入射させると、レーザ光源10に向けて戻るビームを画像投影に使用できなくなる。このため、レーザプロジェクタ1では、PBS32を用いてビーム71,72を屈曲させることにより、MEMSミラー41でほぼ垂直に反射したビームが投影面60に投影されるようにする。なお、図1では、2組のRGBレーザ光の出射端となるGIレンズ26を紙面に平行に配置したファイババンドルコンバイナ27を例示しているが、ファイババンドルコンバイナ27は紙面に垂直に配置してもよい。   In order to expand the effective area on the projection surface 60 on which the beams 71 and 72 are projected, it is preferable that the beam is incident on the MEMS mirror 41 substantially perpendicularly and reflected. However, if the beams 71 and 72 are directly incident on the MEMS mirror 41 from the laser light source 10, the beam returning toward the laser light source 10 cannot be used for image projection. For this reason, in the laser projector 1, the beams 71 and 72 are bent using the PBS 32 so that the beam reflected almost vertically by the MEMS mirror 41 is projected onto the projection surface 60. 1 illustrates the fiber bundle combiner 27 in which the GI lenses 26 that are the emission ends of the two sets of RGB laser light are arranged in parallel to the paper surface. However, the fiber bundle combiner 27 is disposed perpendicular to the paper surface. Also good.

また、レーザプロジェクタ1では、投影面60上の有効エリアをさらに広げるために、シングルビーム(1組のRGBレーザ光)ではなくダブルビーム(2組のRGBレーザ光のビーム71,72)を使用する。例えば、シングルビームの場合は、MEMSミラー41の走査角が±8度の範囲であるとすると、MEMSミラー41へのビームの入射角(ミラー面411の法線と入射ビームのなす角)が8度のときは、ビームの走査角(入射ビームと反射ビームのなす角)は、最大で32度になる。すなわち、MEMSミラー41により最大で32度だけビームを振ることができる。一方、ダブルビームにすると、そのダブルビームの間隔、投射レンズ31への入射角度、投射レンズ31の焦点距離f、ファイバ21,22のNAなどを調整することにより、同じMEMSミラー41を使っても、実効的な走査範囲を倍の64度にすることができる。したがって、MEMSミラー41の走査角が±8度と比較的小さくても、ダブルビームにすることで、より広い角度の範囲を走査することが可能になる。   The laser projector 1 uses a double beam (two sets of RGB laser beams 71 and 72) instead of a single beam (one set of RGB laser beams) to further expand the effective area on the projection surface 60. . For example, in the case of a single beam, assuming that the scanning angle of the MEMS mirror 41 is within a range of ± 8 degrees, the incident angle of the beam to the MEMS mirror 41 (the angle formed between the normal line of the mirror surface 411 and the incident beam) is 8. In the case of degrees, the scanning angle of the beam (angle formed between the incident beam and the reflected beam) is 32 degrees at the maximum. That is, the MEMS mirror 41 can swing the beam by 32 degrees at the maximum. On the other hand, when a double beam is used, the same MEMS mirror 41 can be used by adjusting the distance between the double beams, the incident angle to the projection lens 31, the focal length f of the projection lens 31, the NA of the fibers 21 and 22, and the like. The effective scanning range can be doubled to 64 degrees. Therefore, even if the scanning angle of the MEMS mirror 41 is relatively small as ± 8 degrees, it is possible to scan a wider angle range by using a double beam.

なお、MEMSミラー41は、PBS32で反射したビームではなく、PBS32を透過したビームを使用して、投影面60上を走査してもよい。この場合、λ/4板33とMEMSミラー41は、図1の配置とは異なり、出射部20からPBS32への入射方向の延長線上に配置される。そして、ファイバ21,22から出射されたビーム71,72は、λ/2板28でP偏光に変換される。PBS32に入射したP偏光のビームは、一度PBS32を透過してからλ/4板33を2回透過することでS偏光に変換され、反射膜321で反射して投影面60に投影される。   Note that the MEMS mirror 41 may scan the projection surface 60 using a beam transmitted through the PBS 32 instead of a beam reflected by the PBS 32. In this case, unlike the arrangement of FIG. 1, the λ / 4 plate 33 and the MEMS mirror 41 are arranged on an extension line in the incident direction from the emitting unit 20 to the PBS 32. The beams 71 and 72 emitted from the fibers 21 and 22 are converted into P-polarized light by the λ / 2 plate 28. The P-polarized beam incident on the PBS 32 is once transmitted through the PBS 32 and then transmitted through the λ / 4 plate 33 twice to be converted to S-polarized light, reflected by the reflective film 321 and projected onto the projection surface 60.

制御部50は、CPU51、RAM52、ROM53およびI/O54などを有するマイクロコンピュータ及びその周辺回路で構成される。制御部50は、レーザプロジェクタ1全体の動作を制御する。制御部50は、画像データに応じて、後述するようにレーザ光源10の発光タイミングを制御し、かつ走査部40を制御してビーム71,72を投影面60に投影させる。   The control unit 50 includes a microcomputer having a CPU 51, a RAM 52, a ROM 53, an I / O 54, and the like and peripheral circuits thereof. The control unit 50 controls the overall operation of the laser projector 1. The control unit 50 controls the light emission timing of the laser light source 10 according to the image data as described later, and controls the scanning unit 40 to project the beams 71 and 72 onto the projection plane 60.

CPU51は、各種演算及び処理を行う中央処理部である。RAM52は、入力データおよびCPU51が処理するデータを一時的に記憶するランダムアクセスメモリである。ROM53は、CPU51が実行する動作プログラムおよび固定データを格納するリードオンリメモリである。I/O54は、レーザ光源10および走査部40との間でデータの受渡しを行うためのインタフェースである。   The CPU 51 is a central processing unit that performs various calculations and processes. The RAM 52 is a random access memory that temporarily stores input data and data processed by the CPU 51. The ROM 53 is a read-only memory that stores an operation program executed by the CPU 51 and fixed data. The I / O 54 is an interface for exchanging data between the laser light source 10 and the scanning unit 40.

図3は、図1の等価光学系を示した図である。図3は、図1に示した各部のうち、GIレンズ26と投射レンズ31の機能だけを抜き出して表した図である。例えば、PBS32はビーム71,72の方向を変えるだけなので、図3では図示を省略している。また、MEMSミラー41はビーム71,72を反射するが、図3では透過するものとして図示している。   FIG. 3 is a diagram showing the equivalent optical system of FIG. FIG. 3 is a diagram showing only the functions of the GI lens 26 and the projection lens 31 extracted from each unit shown in FIG. For example, since the PBS 32 only changes the direction of the beams 71 and 72, the illustration is omitted in FIG. Further, the MEMS mirror 41 reflects the beams 71 and 72, but is illustrated as being transmitted in FIG.

MEMSミラー41の大きさが制限されている(ミラー面411が例えば1.2mm角と小さい)ため、レーザプロジェクタ1では、MEMSミラー41の大きさに合ったビーム径になるように、GIレンズ26と投射レンズ31との組合せによりビーム71,72を絞る。一般に、平行に配置したビームをレンズに入射させると各ビームはレンズの焦点を通るため、レーザプロジェクタ1では、MEMSミラー41は、投射レンズ31の焦点距離fだけ投射レンズ31から離れた位置に配置される。これにより、ミラー面411が小さくても、ビーム71,72がMEMSミラー41で反射されるようにする。   Since the size of the MEMS mirror 41 is limited (the mirror surface 411 is as small as 1.2 mm square, for example), in the laser projector 1, the GI lens 26 has a beam diameter that matches the size of the MEMS mirror 41. And the projection lens 31 are combined to narrow the beams 71 and 72. Generally, when beams arranged in parallel are made incident on the lens, each beam passes through the focal point of the lens. Therefore, in the laser projector 1, the MEMS mirror 41 is arranged at a position separated from the projection lens 31 by the focal length f of the projection lens 31. Is done. Thereby, even if the mirror surface 411 is small, the beams 71 and 72 are reflected by the MEMS mirror 41.

ただし、シングルモードのファイバ21,22から出射されるRGBレーザ光はガウシアンビームであるため、MEMSミラー41の位置でビーム径を絞りすぎると、投影面60に達するまでにビームが発散してしまう。そこで、GIレンズ26のNAの値および位置と投射レンズ31の位置を調整して、ビーム71,72がMEMSミラー41の位置では1.2mm角のミラー面411に収まる程度に絞られ、かつ投影面60の近傍にビームウェストが位置するようにする。すなわち、レーザプロジェクタ1は、いわゆるフォーカスフリーのプロジェクタではなく、GIレンズ26および投射レンズ31を使用して投影面60の近傍に各ビームのビームウェストの位置を合わせるように設計される。   However, since the RGB laser light emitted from the single mode fibers 21 and 22 is a Gaussian beam, if the beam diameter is too narrow at the position of the MEMS mirror 41, the beam will diverge before reaching the projection plane 60. Therefore, the NA value and position of the GI lens 26 and the position of the projection lens 31 are adjusted so that the beams 71 and 72 are narrowed down to the extent that they fit on the 1.2 mm square mirror surface 411 at the position of the MEMS mirror 41 and projected. The beam waist is positioned in the vicinity of the surface 60. That is, the laser projector 1 is not a so-called focus-free projector, but is designed to use the GI lens 26 and the projection lens 31 to align the beam waist of each beam in the vicinity of the projection surface 60.

また、通常、MEMSミラー41には、空気中で振動させる場合、大きさの制約条件があるため、MEMSミラー41でのビーム径を投影面60で必要となる小さなビーム径に調整するために必要な面積を確保できない場合が生じる。その場合、図3には図示しないが、MEMSミラー41と投影面60の間にさらにビーム径変換用またはフォーカス用の投射レンズを追加してもよい。   In addition, when the MEMS mirror 41 is normally vibrated in the air, there is a size restriction condition. Therefore, it is necessary to adjust the beam diameter at the MEMS mirror 41 to a small beam diameter required at the projection surface 60. A large area cannot be secured. In that case, although not shown in FIG. 3, a projection lens for beam diameter conversion or focusing may be further added between the MEMS mirror 41 and the projection surface 60.

ガウシアンビームは、ビームウェストから先では、一定角度で発散し、ビームの出射部からの距離に比例して広がっていく光とみなすことができる。このため、フォーカスフリーのプロジェクタでは、MEMSミラー41の位置にビームウェストが来るように設計することで、出射部と投影面の間の距離にかかわらず、良好な画像を投影できるようにしている。しかしながら、フォーカスフリー設計では、出射部と投影面の間の距離が大きくなるほど、ビームの投射点が大きくなる。   The Gaussian beam can be regarded as light that diverges at a certain angle from the beam waist and spreads in proportion to the distance from the beam emitting portion. For this reason, the focus-free projector is designed so that the beam waist comes to the position of the MEMS mirror 41, so that a good image can be projected regardless of the distance between the emitting portion and the projection surface. However, in the focus-free design, the projection point of the beam increases as the distance between the emission unit and the projection surface increases.

一方、レーザプロジェクタ1では、ビーム71,72のビームウェストが投影面60の近傍に位置するように設計されるため、フォーカスフリー設計の場合と比べて投射点の大きさを小さくすることができる。したがって、RGBレーザ光を多重化して1つのMEMSミラー41で走査することにより、その多重度に応じて投影画像の分解能を上げることが可能になる。   On the other hand, since the laser projector 1 is designed so that the beam waists of the beams 71 and 72 are positioned in the vicinity of the projection surface 60, the size of the projection point can be reduced as compared with the focus-free design. Therefore, by multiplexing RGB laser beams and scanning with one MEMS mirror 41, it becomes possible to increase the resolution of the projected image according to the multiplicity.

また、レーザプロジェクタ1では、人間の目の分解能に対する相対的な投射点の大きさを小さくすることで、スペックルを低減させることも可能になる。人間の視細胞の分解能は4μm程度であり、立体角で表すと1分(=1度/60)程度の大きさになる。視聴者とスクリーンとの相対距離を調整し、投射点の立体角を小さくしてその立体角に複数の投射点を入れることができれば、それらの投射点は視細胞で分解できないため、網膜上で生じる個別のスペックルパタンの強度分布の空間平均(空間ダイバシティ)をとったのと同じ効果が得られる。例えば、視細胞の大きさに対応する立体角にn個の投射点を入れると、各点からの光強度の寄与が等しい理想的な場合、スペックルは1/√nに軽減される。   Further, in the laser projector 1, speckle can be reduced by reducing the size of the projection point relative to the resolution of the human eye. The resolution of human photoreceptors is about 4 μm, which is about 1 minute (= 1 degree / 60) in terms of solid angle. If the relative distance between the viewer and the screen is adjusted and the solid angle of the projection point is reduced and multiple projection points can be inserted into the solid angle, these projection points cannot be decomposed by the photoreceptor cells. The same effect as that obtained by taking the spatial average (spatial diversity) of the intensity distribution of the resulting individual speckle pattern is obtained. For example, when n projection points are inserted at a solid angle corresponding to the size of a photoreceptor cell, speckle is reduced to 1 / √n in an ideal case where the contribution of light intensity from each point is equal.

また、光の利用効率を高めるためには、ファイバ21,22の先端にGIレンズ26を付けて、ファイバのNAを所定の大きさに小さくすることが好ましい。ファイバからのビームの出射角をθとすると、空気中の場合にはNA=sinθと表される。シングルモードファイバのNAは0.13程度である。シングルモードファイバの端部から直接ビームを出射させると、出射ビームが発散してしまうためケラレが生じ、投影画像が暗くなるという不具合がある。そこで、レーザプロジェクタ1では、GIレンズ26によりビームの出射角を制限することで、MEMSミラー41でのケラレを抑制する。   In order to increase the light utilization efficiency, it is preferable to attach a GI lens 26 to the ends of the fibers 21 and 22 to reduce the NA of the fiber to a predetermined size. When the emission angle of the beam from the fiber is θ, it is expressed as NA = sin θ in the air. The NA of single mode fiber is about 0.13. If the beam is emitted directly from the end of the single mode fiber, the emitted beam diverges, resulting in vignetting and a dark projected image. Therefore, in the laser projector 1, vignetting at the MEMS mirror 41 is suppressed by limiting the beam emission angle by the GI lens 26.

図4は、GIレンズ26によるビーム径の調整について説明する図である。図4では、ファイバ21と、その先端に設けられたGIレンズ26を示している。図示しないが、ファイバ22についても同様である。例えば、ファイバ21のコア211の直径は3.5μmであり、出射端面でのビーム71のモードフィールド径は4μmである。GIレンズ26により、例えば、出射端面から225μmの位置で、このビームのビーム径が5.6μmになるようにする。   FIG. 4 is a diagram for explaining the adjustment of the beam diameter by the GI lens 26. FIG. 4 shows the fiber 21 and the GI lens 26 provided at the tip thereof. Although not shown, the same applies to the fiber 22. For example, the diameter of the core 211 of the fiber 21 is 3.5 μm, and the mode field diameter of the beam 71 at the emission end face is 4 μm. With the GI lens 26, for example, the beam diameter of this beam is set to 5.6 μm at a position of 225 μm from the emission end face.

このように、レーザプロジェクタ1では、GIレンズ26を使ってファイバ21,22の外側にビームウェストを作り、投射レンズ31に入射するときのビーム径を広げる。これにより、投射レンズ31の先でビーム径を絞れるようにする。この構成にすることで、GIレンズ26がないときと比べて、光の利用効率を20〜30%程度向上させることが可能になる。   Thus, in the laser projector 1, a beam waist is formed outside the fibers 21 and 22 using the GI lens 26, and the beam diameter when entering the projection lens 31 is widened. As a result, the beam diameter can be reduced at the tip of the projection lens 31. By adopting this configuration, it becomes possible to improve the light use efficiency by about 20 to 30% compared to the case where the GI lens 26 is not provided.

次に、レーザプロジェクタ1でのRGBレーザ光の走査方法について説明する。レーザプロジェクタ1では、投影面60上の投影領域を2つに分割し、2組のレーザ光(ビーム71,72)と2つの部分領域を対応させて走査を行う。   Next, a scanning method of RGB laser light by the laser projector 1 will be described. In the laser projector 1, the projection area on the projection surface 60 is divided into two, and scanning is performed by associating two sets of laser light (beams 71 and 72) with the two partial areas.

図5は、2組のビーム71,72を用いた走査方法の例を示した図である。投影面60上の投影領域は、部分領域61,62に2分割されている。走査部40は、例えば、ファイバ21からのビーム71により部分領域61を走査し、ファイバ22からのビーム72により部分領域62を走査する。図5では、ビーム71,72による走査線63を複数の矢印で示している。部分領域61,62では、予め定められた単一の走査方向に片側(unidirectional)スキャンが行われる。図5の例では、右側の部分領域61では−X方向(左向き)に、左側の部分領域62では+X方向(右向き)に、ビーム71,72の走査が行われる。図5に示したX,Y方向は、図2に示したX,Y方向に対応している。2つの部分領域61,62における走査方向は、互いに向かい合う方向である。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a scanning method using two sets of beams 71 and 72. The projection area on the projection surface 60 is divided into two partial areas 61 and 62. For example, the scanning unit 40 scans the partial region 61 with the beam 71 from the fiber 21 and scans the partial region 62 with the beam 72 from the fiber 22. In FIG. 5, the scanning lines 63 by the beams 71 and 72 are indicated by a plurality of arrows. In the partial areas 61 and 62, unidirectional scanning is performed in a predetermined single scanning direction. In the example of FIG. 5, the beams 71 and 72 are scanned in the −X direction (leftward) in the right partial region 61 and in the + X direction (rightward) in the left partial region 62. The X and Y directions shown in FIG. 5 correspond to the X and Y directions shown in FIG. The scanning directions in the two partial regions 61 and 62 are directions facing each other.

そして、走査部40は、例えばMEMSミラー41のX方向の共振駆動と連動して、走査線63の単位で部分領域61,62を交互に走査する。そのために、制御部50は、レーザ光源10から、ビーム71,72を、走査線63の単位で交互に出射させる。すなわち、制御部50は、レーザ素子11R,11G,11Bを点灯させ、レーザ素子12R,12G,12Bを消灯させることで、ビーム71により部分領域61上に1本の走査線63を描かせる。次に、制御部50は、レーザ素子11R,11G,11Bを消灯させ、レーザ素子12R,12G,12Bを点灯させることで、ビーム72により部分領域62上に1本の走査線63を描かせる。そして、制御部50は、これらを繰り返すことで、走査部40に部分領域61,62を交互に走査させる。   The scanning unit 40 alternately scans the partial regions 61 and 62 in units of the scanning line 63 in conjunction with, for example, resonance driving in the X direction of the MEMS mirror 41. For this purpose, the control unit 50 alternately emits the beams 71 and 72 from the laser light source 10 in units of scanning lines 63. That is, the control unit 50 turns on the laser elements 11R, 11G, and 11B and turns off the laser elements 12R, 12G, and 12B, thereby causing the beam 71 to draw one scanning line 63 on the partial region 61. Next, the control unit 50 turns off the laser elements 11R, 11G, and 11B and turns on the laser elements 12R, 12G, and 12B, thereby causing the beam 72 to draw one scanning line 63 on the partial region 62. And the control part 50 makes the scanning part 40 scan the partial areas 61 and 62 alternately by repeating these.

図6は、MEMSミラー41のX,Y方向の走査角α,βとレーザ光源10の点灯タイミングの関係を示したグラフである。各グラフの縦軸は走査角α,βであり、横軸は時間tである。図6に示すように、MEMSミラー41のX方向の走査角αは、共振駆動により正弦波状に時間変化し、Y方向の走査角βは、鋸波状の強制駆動により鋸波状に時間変化する。制御部50は、例えば、X方向の走査角αが増加する期間T1において、ビーム71により部分領域61上を走査させ、X方向の走査角αが減少する期間T2において、ビーム72により部分領域62上を走査させる。この制御により、図5に示した走査方法が実現される。   FIG. 6 is a graph showing the relationship between the scanning angles α, β in the X and Y directions of the MEMS mirror 41 and the lighting timing of the laser light source 10. The vertical axis of each graph is scanning angles α and β, and the horizontal axis is time t. As shown in FIG. 6, the scanning angle α in the X direction of the MEMS mirror 41 changes with time in a sinusoidal manner by resonance driving, and the scanning angle β in the Y direction changes with time in a sawtooth manner by sawtooth forced driving. For example, the controller 50 scans the partial region 61 with the beam 71 in the period T1 in which the scanning angle α in the X direction increases, and the partial region 62 by the beam 72 in the period T2 in which the scanning angle α in the X direction decreases. Scan the top. By this control, the scanning method shown in FIG. 5 is realized.

ただし、この走査方法では、図5に示すように、部分領域61と部分領域62の境界線L上において、部分領域61,62の間で各走査線63の位置がY方向にずれる。このずれは、部分領域61の走査線631を描くときと、これに対応する部分領域62の走査線632を描くときで、MEMSミラー41のY方向の走査角βが異なることに起因する。このずれは画像歪みの原因になるため、レーザプロジェクタ1では、このような走査線63のずれを打ち消す補正を行う。具体的には、走査線63に垂直なY方向における各走査線63の位置が2つの部分領域61,62の間で一致するように、2組のビーム71,72の出射方向に垂直な面内で、ファイバ21,22の並び方向が調整される。   However, in this scanning method, as shown in FIG. 5, the position of each scanning line 63 is shifted in the Y direction between the partial regions 61 and 62 on the boundary line L between the partial region 61 and the partial region 62. This shift is caused by the fact that the scanning angle β in the Y direction of the MEMS mirror 41 is different between drawing the scanning line 631 of the partial region 61 and drawing the scanning line 632 of the partial region 62 corresponding thereto. Since this deviation causes image distortion, the laser projector 1 performs correction to cancel out such a deviation of the scanning line 63. Specifically, a plane perpendicular to the emission direction of the two beams 71 and 72 so that the position of each scanning line 63 in the Y direction perpendicular to the scanning line 63 coincides between the two partial regions 61 and 62. The alignment direction of the fibers 21 and 22 is adjusted.

図7は、走査線63のずれの補正について説明する図である。図7に示すように、レーザプロジェクタ1では、ビーム71,72の出射方向に垂直な面内で、ファイババンドルコンバイナ27を時計回りに角度δだけ回転させる。これにより、ビーム71,72の出射方向に垂直な面内におけるファイバ21,22の出射端面の位置を変化させて、ビーム72に対するビーム71の投射点の位置を+Y方向(上向き)にずらす。すると、部分領域61の走査線631と、これに対応する部分領域62の走査線632のY方向の位置が一致する。したがって、部分領域61と部分領域62の境界線L上における各走査線63の位置ずれが打ち消される。ファイババンドルコンバイナ27の回転角度δは、通常、走査線1本分に対応する大きさの角度なので、ごく微少量である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the correction of the shift of the scanning line 63. As shown in FIG. 7, in the laser projector 1, the fiber bundle combiner 27 is rotated clockwise by an angle δ within a plane perpendicular to the emission direction of the beams 71 and 72. As a result, the position of the exit end face of the fibers 21 and 22 in the plane perpendicular to the exit direction of the beams 71 and 72 is changed, and the position of the projection point of the beam 71 with respect to the beam 72 is shifted in the + Y direction (upward). Then, the position in the Y direction of the scanning line 631 of the partial region 61 and the scanning line 632 of the partial region 62 corresponding to the scanning line 631 coincide with each other. Therefore, the positional deviation of each scanning line 63 on the boundary line L between the partial area 61 and the partial area 62 is canceled. The rotation angle δ of the fiber bundle combiner 27 is usually a very small amount because it is an angle corresponding to one scanning line.

なお、図示しないが、このとき、λ/2板28の光学軸も、ファイババンドルコンバイナ27と同じ向きに角度δ/2だけ回転させる。これにより、ファイバ21,22から出射されλ/2板28を透過した各ビームがS偏光になるようにする。   Although not shown, at this time, the optical axis of the λ / 2 plate 28 is also rotated by an angle δ / 2 in the same direction as the fiber bundle combiner 27. As a result, each beam emitted from the fibers 21 and 22 and transmitted through the λ / 2 plate 28 becomes S-polarized light.

図8(A)および図8(B)は、レーザプロジェクタ1の走査方法と別の走査方法を比較した図である。図8(A)は、1つのビームを用いて、MEMSミラーの共振駆動に合わせて、投影領域65の全体を+X方向と−X方向に交互に双方向走査する方法を示す。また、図8(B)は、2組のビームを用いたレーザプロジェクタ1の走査方法(すなわち、図5に示した走査方法)を示す。これらの図では、各走査線の方向を矢印で示している。   8A and 8B are diagrams comparing the scanning method of the laser projector 1 with another scanning method. FIG. 8A shows a method of performing bidirectional scanning alternately in the + X direction and the −X direction over the entire projection region 65 in accordance with the resonance driving of the MEMS mirror using one beam. FIG. 8B shows a scanning method of the laser projector 1 using two sets of beams (that is, the scanning method shown in FIG. 5). In these figures, the direction of each scanning line is indicated by an arrow.

図8(A)の双方向走査方法では、矢印で示すように、投射点が投影領域65の境界に達したときに投射点の移動方向が反転する。すなわち、投影領域65の境界でビームの折返しがある。図8(A)の双方向走査方法の場合、仮にビームが目に入ったとすると、特に折返し点ではビームが同じ点に留まる時間が長くなるため、目に負担がかかる。したがって、この折返し点での照射量を考慮したレーザ出力とする必要がある。   In the bidirectional scanning method of FIG. 8A, the movement direction of the projection point is reversed when the projection point reaches the boundary of the projection region 65 as indicated by an arrow. That is, the beam is folded at the boundary of the projection area 65. In the case of the bidirectional scanning method shown in FIG. 8A, if the beam enters the eye, it takes a long time for the beam to stay at the same point, particularly at the turning point. Therefore, it is necessary to set the laser output in consideration of the irradiation amount at this turning point.

これに対し、図8(B)の走査方法では、一方のビームによる投射点が中央の境界線L上に来るとそのビームは消え、他方のビームが部分領域の外側の端部に投影される。すなわち、レーザ素子11R,11G,11Bとレーザ素子12R,12G,12Bの点灯と消灯を切り替えるときに投射点の位置が不連続に飛ぶため、連続したビームの折返しがない。このため、図8(B)の走査方法は、投影領域全体を単方向に走査する方法(単方向走査方法)と等価である。また、図8(B)の走査方法では2組のビームを使用するが、これらは交互にオンオフされるため、同時に2組のビームが目に入ることはない。さらに、各部分領域では単方向走査となるため、双方向走査方法と比較して走査線の間隔の不均一性が非常に小さい。   On the other hand, in the scanning method of FIG. 8B, when the projection point by one beam comes on the center boundary line L, the beam disappears, and the other beam is projected to the outer edge of the partial region. . That is, when the laser elements 11R, 11G, and 11B and the laser elements 12R, 12G, and 12B are turned on and off, the positions of the projection points fly discontinuously, so that there is no continuous folding of the beam. For this reason, the scanning method of FIG. 8B is equivalent to a method of scanning the entire projection region in a single direction (unidirectional scanning method). Further, in the scanning method of FIG. 8B, two sets of beams are used, but these are alternately turned on and off, so that the two sets of beams do not enter the eye at the same time. Further, since each partial region is unidirectionally scanned, the non-uniformity of the scanning line spacing is very small compared to the bidirectional scanning method.

例えばクラス2以下などの同一条件で図8(A)と図8(B)の走査方法を比較した場合、図8(B)の走査方法では、目への安全性を確保した状態で、単方向走査方法と同様に高輝度化することができる。さらに、同じ走査角で図8(B)の走査方法と単方向走査方法を比較した場合、図8(B)の走査方法では、ダブルビーム走査にすることでMEMSミラー41による実効的なビームの走査範囲を拡大できるため、その拡大分だけ、全体をさらに高輝度化することが可能になる。   For example, when the scanning methods of FIGS. 8A and 8B are compared under the same conditions such as class 2 or lower, the scanning method of FIG. As with the direction scanning method, the brightness can be increased. Further, when the scanning method of FIG. 8B is compared with the unidirectional scanning method at the same scanning angle, the effective scanning of the effective beam by the MEMS mirror 41 is achieved in the scanning method of FIG. Since the scanning range can be expanded, it is possible to further increase the brightness of the whole by the enlarged amount.

なお、レーザプロジェクタ1では、2組のRGBレーザ光を共通の走査部40により走査したが、3組以上のRGBレーザ光を使用してもよい。また、色域を広げるために、走査部40は、R,G,Bの3色に加えて、例えばY(黄色)といった他の波長のレーザ光を含めたビームを走査してもよい。あるいは、走査部40は、単色またはスペックル低減のため10数nm以上中心波長が異なるほぼ同色のレーザ光を複数本、走査してもよい。また、波長域は可視光に限らず、走査部40は、例えば赤外レーザ光などを複数本、走査してもよい。   In the laser projector 1, two sets of RGB laser beams are scanned by the common scanning unit 40, but three or more sets of RGB laser beams may be used. In order to widen the color gamut, the scanning unit 40 may scan a beam including laser light of another wavelength such as Y (yellow) in addition to the three colors R, G, and B. Alternatively, the scanning unit 40 may scan a plurality of laser beams of substantially the same color having different central wavelengths of 10 nm or more for monochromatic or speckle reduction. The wavelength range is not limited to visible light, and the scanning unit 40 may scan, for example, a plurality of infrared laser beams.

図9は、4組のビーム71〜74を用いた走査方法の例を示した図である。図9では、投影面60上の投影領域は、部分領域61〜64に4分割されている。そして、4本のファイバ21〜24から4組のRGBレーザ光のビーム71〜74が出射され、これらのビームにより部分領域61〜64が走査される。走査部40は、例えば、ファイバ21からのビーム71により部分領域61を走査し、ファイバ22からのビーム72により部分領域62を走査し、ファイバ23からのビーム73により部分領域63を走査し、ファイバ24からのビーム74により部分領域64を走査する。図9の例でも、各部分領域61〜64では、複数の矢印で示す予め定められた単一の走査方向に、片側スキャンが行われる。そして、走査部40は、例えば、MEMSミラー41のX方向の共振駆動と連動して、走査線63の単位で、部分領域61,63と部分領域62,64を交互に走査してもよいし、部分領域61〜64を順に走査してもよい。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a scanning method using four sets of beams 71 to 74. In FIG. 9, the projection area on the projection surface 60 is divided into four partial areas 61 to 64. Then, four sets of RGB laser light beams 71 to 74 are emitted from the four fibers 21 to 24, and the partial regions 61 to 64 are scanned by these beams. For example, the scanning unit 40 scans the partial region 61 with the beam 71 from the fiber 21, scans the partial region 62 with the beam 72 from the fiber 22, and scans the partial region 63 with the beam 73 from the fiber 23. The partial region 64 is scanned by the beam 74 from 24. Also in the example of FIG. 9, in each of the partial areas 61 to 64, one-side scanning is performed in a predetermined single scanning direction indicated by a plurality of arrows. The scanning unit 40 may alternately scan the partial regions 61 and 63 and the partial regions 62 and 64 in units of the scanning line 63 in conjunction with the resonance driving in the X direction of the MEMS mirror 41, for example. The partial areas 61 to 64 may be sequentially scanned.

以上説明したように、レーザプロジェクタ1では、投影領域を構成する各部分領域61,62を、その部分領域に対応するビーム71,72で、部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向(+X方向または−X方向)に沿って、共通の走査部40により2次元状に走査する。これにより、例えばシングルビームのときの分解能が800×600画素であったとすると、レーザプロジェクタ1では、分解能を1600×600画素に上げることができる。その際、各部分領域61,62における走査線の間隔は、ファイババンドルコンバイナ27とλ/2板28を回転させることで微調整することが可能である。   As described above, in the laser projector 1, each of the partial areas 61 and 62 constituting the projection area is converted into a single scanning direction (for each partial area, which is predetermined by the beams 71 and 72 corresponding to the partial area). A two-dimensional scan is performed by the common scanning unit 40 along the + X direction or the −X direction. Thus, for example, if the resolution at the time of single beam is 800 × 600 pixels, the laser projector 1 can increase the resolution to 1600 × 600 pixels. At that time, the interval between the scanning lines in each of the partial regions 61 and 62 can be finely adjusted by rotating the fiber bundle combiner 27 and the λ / 2 plate 28.

また、レーザプロジェクタ1では、2本のビーム71,72を使用することにより、各ビームの走査角を実効的に広げることができる。また、GIレンズ26と投射レンズ31を用いてビーム71,72のビームウェストを投影面60の近傍に近付けることで、各投射点の大きさを縮小して、スペックルを低減させることも可能になる。その際、10数nm波長の異なるほぼ同色の単色光を組み合わせたRGBレーザ光源(各色複数)を用いれば、波長ダイバシティの効果によりさらにスペックルを低減させることが可能である。   Further, in the laser projector 1, by using the two beams 71 and 72, the scanning angle of each beam can be effectively expanded. Further, by using the GI lens 26 and the projection lens 31 to bring the beam waists of the beams 71 and 72 closer to the vicinity of the projection surface 60, it is possible to reduce the size of each projection point and reduce speckle. Become. At that time, if an RGB laser light source (a plurality of colors) in which substantially the same color monochromatic lights having different wavelengths of 10 and several nm are combined is used, speckle can be further reduced due to the effect of wavelength diversity.

レーザプロジェクタ1は、小型の装置で高精細の画像を投影できるため、ライトフィールドディスプレイなどの光学エンジン部に応用可能である。   Since the laser projector 1 can project a high-definition image with a small device, it can be applied to an optical engine unit such as a light field display.

1 レーザプロジェクタ
10 レーザ光源
20 出射部
21,21R,21G,21B,22,22R,22G,22B ファイバ
26 GIレンズ
27 ファイババンドルコンバイナ
28 λ/2板
30 屈曲部
31 投射レンズ
32 偏光ビームスプリッタ(PBS)
33 λ/4板
40 走査部
41 MEMSミラー
50 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser projector 10 Laser light source 20 Output part 21,21R, 21G, 21B, 22,22R, 22G, 22B Fiber 26 GI lens 27 Fiber bundle combiner 28 (lambda) / 2 board 30 Bending part 31 Projection lens 32 Polarizing beam splitter (PBS)
33 λ / 4 plate 40 scanning unit 41 MEMS mirror 50 control unit

Claims (7)

少なくとも赤色、緑色および青色を一組とするレーザ光を走査して画像を投影する投影方法であって、
レーザ光源からの複数組のレーザ光を出射させる出射ステップと、
投影領域を構成する各部分領域を、前記複数組のレーザ光のうち当該部分領域に対応するレーザ光で、当該部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向に沿って、共通の走査部により2次元状に走査する走査ステップと、
を有することを特徴とする投影方法。
A projection method for projecting an image by scanning a laser beam including at least a set of red, green and blue,
An emission step of emitting a plurality of sets of laser light from the laser light source;
Each of the partial areas constituting the projection area is a laser beam corresponding to the partial area of the plurality of sets of laser lights, and a common scanning unit along a single scanning direction predetermined for each partial area. A scanning step of scanning two-dimensionally by
A projection method characterized by comprising:
前記複数組のレーザ光は2組のレーザ光であり、
前記投影領域は2つの部分領域に分割され、
前記2つの部分領域における前記走査方向は互いに向かい合う方向であり、
前記走査ステップでは、前記走査方向に沿って複数の走査線を描くように、前記走査部により前記2つの部分領域上を走査する、請求項1に記載の投影方法。
The plurality of sets of laser beams are two sets of laser beams,
The projection area is divided into two partial areas;
The scanning directions in the two partial regions are directions facing each other,
The projection method according to claim 1, wherein in the scanning step, the two partial regions are scanned by the scanning unit so as to draw a plurality of scanning lines along the scanning direction.
前記出射ステップでは、前記2組のレーザ光を、前記走査線の単位で交互に出射させる、請求項2に記載の投影方法。   The projection method according to claim 2, wherein, in the emission step, the two sets of laser beams are emitted alternately in units of the scanning lines. 前記出射ステップでは、前記2組のレーザ光のそれぞれをファイバにより導波させ、当該ファイバの出射端面から当該2組のレーザ光を出射させ、
前記走査ステップでは、前記走査線に垂直な方向における各走査線の位置が前記2つの部分領域の間で一致するように、前記走査部により前記2組のレーザ光が走査される、請求項2または3に記載の投影方法。
In the emission step, each of the two sets of laser beams is guided by a fiber, and the two sets of laser beams are emitted from the emission end face of the fiber,
3. The scanning unit scans the two sets of laser beams so that positions of the scanning lines in a direction perpendicular to the scanning lines coincide between the two partial regions. Or the projection method of 3.
前記複数組のレーザ光は、前記投影領域近傍にビームウェスト位置が近付くように、投射レンズによりそれぞれのビーム径が絞られる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の投影方法。   5. The projection method according to claim 1, wherein a beam diameter of each of the plurality of sets of laser beams is reduced by a projection lens so that a beam waist position approaches the vicinity of the projection region. 前記ファイバの先端にはGIレンズが設けられ、
前記投射レンズに入射する前記複数組のレーザ光のビーム径が前記GIレンズにより調整される、請求項5に記載の投影方法。
A GI lens is provided at the tip of the fiber,
The projection method according to claim 5, wherein beam diameters of the plurality of sets of laser beams incident on the projection lens are adjusted by the GI lens.
少なくとも赤色、緑色および青色を一組とするレーザ光を走査して画像を投影する投影装置であって、
複数組のレーザ光を発光するレーザ光源と、
前記複数組のレーザ光をそれぞれ導波して出射端面から出射する出射部と、
前記複数組のレーザ光のビームウェスト位置が投影領域近傍に近付くように当該レーザ光のビーム径を絞る投射レンズと、
前記投影領域を構成する各部分領域を、前記複数組のレーザ光のうち当該部分領域に対応するレーザ光で、当該部分領域ごとに予め定められた単一の走査方向に沿って2次元状に走査する走査部と、
を有することを特徴とする投影装置。
A projection device that projects an image by scanning a laser beam including at least a set of red, green, and blue,
A laser light source that emits a plurality of sets of laser beams;
An emission part that guides the plurality of sets of laser beams and emits the laser light from the emission end face;
A projection lens that narrows the beam diameter of the laser light so that the beam waist position of the plurality of sets of laser light approaches the vicinity of the projection region;
Each of the partial areas constituting the projection area is two-dimensionally along a single scanning direction predetermined for each partial area with laser light corresponding to the partial area of the plurality of sets of laser lights. A scanning unit for scanning;
A projection apparatus comprising:
JP2014019760A 2014-02-04 2014-02-04 Projection method and projection device Pending JP2015148649A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014019760A JP2015148649A (en) 2014-02-04 2014-02-04 Projection method and projection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014019760A JP2015148649A (en) 2014-02-04 2014-02-04 Projection method and projection device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015148649A true JP2015148649A (en) 2015-08-20

Family

ID=53892056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014019760A Pending JP2015148649A (en) 2014-02-04 2014-02-04 Projection method and projection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015148649A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021117433A (en) * 2020-01-29 2021-08-10 株式会社リコー Optical scanner, display system, and movable body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021117433A (en) * 2020-01-29 2021-08-10 株式会社リコー Optical scanner, display system, and movable body

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6666557B1 (en) Reflection type projector
JP5954845B2 (en) Illumination optical system, method for improving color unevenness of illumination optical system, projector and projector system
JP5358451B2 (en) Planar illumination device and image display device
JP2015148664A (en) Image display device and moving body
JP5028173B2 (en) Illumination device, projection display device, and fly-eye lens
US20120257267A1 (en) Scanning device, image display device, and method for controlling image display device
JP2006011475A (en) Image display system, polarization device for the display system and image formation method
WO2012060065A1 (en) Projector device
JP2010091927A (en) Single plate projection type display device
JP6451210B2 (en) Display device
JP4818435B2 (en) Laser back irradiation device and liquid crystal display device
JP2017015955A (en) Display device
US9160992B2 (en) Projection apparatus having MEMS mirror with plural projection paths
US6961192B2 (en) Color lighting apparatus and method and image projection apparatus and method using the same
TW200844631A (en) Illumination device and image-projecting device
JP5239237B2 (en) Image projection device
JP2008107521A (en) Light source device, illuminating device and image display device
JP2001005097A (en) Reflection type color projector
JP2015148649A (en) Projection method and projection device
US20140036242A1 (en) Optical scanning apparatus and optical scanning image projection apparatus
US6616280B2 (en) Projection type image display apparatus using reflection type liquid crystal display device
WO2013183156A1 (en) Projection display device
CN118251629A (en) Laser projection device
WO2011162321A1 (en) Illumination device and projector
CN101684925B (en) Area light source