JP2015191148A

JP2015191148A - レーザ走査型プロジェクタ

Info

Publication number: JP2015191148A
Application number: JP2014069321A
Authority: JP
Inventors: 篤史池田; Atsushi Ikeda
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02

Abstract

【課題】スクリーンに投影させる光の利用効率の低下を抑制でき、光学系全体の影響を考慮に入れた光学系の調整を行うことが可能なレーザ走査型プロジェクタを提供する。【解決手段】レーザ走査型プロジェクタ１は本体筐体２の内部に収容されて光ビームを出射する３個のＬＤ２１と、ＬＤ２１が出射した光を変位させる水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７と、本体筐体２に設けた開口２ａに嵌合するとともに水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７が変位させた光を本体筐体２の外部に導くための封止窓３と、封止窓３の内側の表面で反射した光を検出する光検出部材７と、光検出部材７が検出した光に基づき光学系２０を調整する光学系調整部６ｄと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明はレーザ走査型プロジェクタに関する。

レーザ走査型プロジェクタは、例えば赤色、緑色及び青色の３色のレーザ光をひとつの光軸に合せて出射するように構成される。しかしながら、使用環境の温度変化や構成要素の経時変化などに起因して光軸にずれが生じることがある。このようなレーザ走査型プロジェクタの光軸のずれを調整するための従来技術が例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載された従来の光軸調整装置は光源が出射した光の一部を反射分岐するフィルタと、光源が出射した光をスクリーンに向けて反射させて映像を投影する走査用ミラーと、フィルタが反射分岐させた光を検出する位置検出用撮像手段とを備える。光軸のずれを調整するための光は走査用ミラーでスクリーンに向けて反射させる前の光の一部がフィルタによって反射分岐されたものである。

特開２０１０−１９７８６４号公報

しかしながら、上記従来の光軸調整装置は走査用ミラーでスクリーンに向けて反射させる前の光の一部をフィルタによって反射分岐させているので、スクリーンに投影させる光の利用効率が低下する可能性がある。さらに、光軸のずれを調整するための光はスクリーンに投影される直前の光を利用しているわけではない。したがって、走査用ミラーを含めた光学系全体の影響を考慮に入れた調整を行うことが困難になる虞がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、スクリーンに投影させる光の利用効率が低下することを抑制することができ、光学系全体の影響を考慮に入れた光学系の調整を行うことが可能なレーザ走査型プロジェクタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のレーザ走査型プロジェクタは、本体筐体の内部に収容されて光ビームを出射する光源部と、前記光源部が出射した光を変位させる変位部材と、前記本体筐体に設けた開口に配置されるとともに前記変位部材が変位させた光を前記本体筐体の外部に導くための導光部材と、前記導光部材で反射した光を検出する光検出部材と、記光検出部材が検出した光に基づき光学系を調整する調整部と、を備える。

この構成によれば、光学系の調整のための光を、光源部が出射した光を分岐させて得ているわけではないので、スクリーンに投影される光量が低下することが抑制される。また、光学系の調整のための光として導光部材で反射される光を利用するので、変位部材を含む光学系全体の影響を考慮に入れた光学系の調整を行うことができる。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記光源部の光が画像として前記導光部材を通過する前記導光部材の表面における画像領域の外部に、前記導光部材に反射させて前記光検出部材に入射させる光ビームを照射する。

この構成によれば、スクリーンに対して画像を投影しながら、その画像として導光部材を通過して本体筐体の外部に導かれる光とは別の同等の光が導光部材で反射される。したがって、画像に用いられる光と同等の光を利用して光学系の調整が行われる。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記光検出部材を複数備えるとともに、前記光源部の光が画像として前記導光部材を通過する前記導光部材の表面における画像領域の外部に、前記導光部材に反射させて複数の前記光検出部材に個別に入射させる複数の光ビームを照射する。

この構成によれば、光検出部材が検出する光が複数の調整目的で利用される。したがって、光学系の複数の調整精度が向上する。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記導光部材の表面の、前記光検出部材に入射させる光ビームの照射位置を含む所定領域に反射部材を設けた。

この構成によれば、光検出部材に向かう導光部材の反射光が増加する。したがって、光学系の調整精度が向上する。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記導光部材で反射して前記光検出部材に入射する光を集光する集光部材を備える。

この構成によれば、光検出部材への入射光が増加する。したがって、光学系の調整精度が向上する。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記調整部は前記光検出部材が検出した光に基づき前記光源部が出射する光の位置を調整する。

この構成によれば、自動的に光の位置ずれが調整される。

また、上記構成のレーザ走査型プロジェクタにおいて、前記調整部は前記光検出部材が検出した光に基づき前記光源の出力を調整する。

この構成によれば、自動的に光源の出力が調整される。

本発明の構成によれば、スクリーンに投影させる光の利用効率が低下することを抑制することができ、光学系全体の影響を考慮に入れた光学系の調整を行うことが可能なレーザ走査型プロジェクタを提供することができる。

本発明の第１実施形態のレーザ走査型プロジェクタの概略構成図である。本発明の第１実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。本発明の第２実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。本発明の第３実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。本発明の第４実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。本発明の第５実施形態のレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。本発明の第６実施形態のレーザ走査型プロジェクタの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づき説明する。

＜第１実施形態＞
最初に、本発明の第１実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図１及び図２を用いて説明する。図１はレーザ走査型プロジェクタの概略構成図であり、図２はレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。

レーザ走査型プロジェクタ１は、図１に示すようにその各種の構成要素を収容する本体筐体２を備える。本体筐体２には走査レーザ光を本体筐体２の外部に導くための導光部材である封止窓３が設けられる。封止窓３は、例えばガラスまたは透光性の樹脂材料などを用いて形成されることが望ましい。これにより、本体筐体２の内部への塵埃や水分などの侵入を防止することができる。封止窓３は本体筐体２に設けた開口２ａに嵌合する。

本体筐体２の内部には光源部である３個のレーザダイオード（以下ＬＤと称する）２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを含む光学系２０、ＬＤドライバ４、ミラーサーボ部５、ＣＰＵ６及び光検出部材７が収容される。なお、レーザ走査型プロジェクタ１には電源部、操作部、記憶部、入出力インタフェース等の他の構成要素が適宜設けられていても良い。

ＬＤ２１Ｒは赤色（Ｒ）レーザ光を出射する発光素子である。ＬＤ２１Ｇは緑色（Ｇ）レーザ光を出射する発光素子である。ＬＤ２１Ｂは青色（Ｂ）レーザ光を出射する発光素子である。なお、以下の説明において、ＲＧＢ３個のレーザダイオードを「ＬＤ２１」と総称することがある。

光学系２０はさらにコリメートレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、ＲＧＢ合成プリズム２３、集光レンズ２４、立ち上げミラー２５、水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７を含む。なお、光学系２０にはビームスプリッタ等の他の光学素子が適宜設けられていても良い。

コリメートレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂは、ＬＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ各々から出射される光ビームであるレーザ光を平行光に変換する光学素子である。コリメートレンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂを通過した各色のレーザ光はＲＧＢ合成プリズム２３によって合成される。ＲＧＢ合成プリズム２３で合成されたレーザ光は集光レンズ２４によって集光され、立ち上げミラー２５によって反射されてその進行方向が変更される。

立ち上げミラー２５で反射されたレーザ光は水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７に至る。ここで、図２は封止窓３の画像投影時の状態を内側から見た図である。水平走査ミラー２６は図２におけるＸ方向にレーザ光を変位させる。垂直走査ミラー２７は図２におけるＹ方向にレーザ光を変位させる。これにより、レーザ光は長方形状をなす封止窓３に対して、封止窓３より小さい略弧状をなす走査可能領域Ｌａの範囲で走査が可能である。そして、レーザ光は封止窓３を通過して本体筐体２の外部に導かれ、封止窓３の表面における走査可能領域Ｌａのうちの長方形状をなす画像領域Ｌｂが投影画像として利用される。

ＬＤドライバ４はＬＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ各々の駆動制御を行う。ＬＤドライバ４はＬＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ各々について発光のＯＮ／ＯＦＦや出力等に関する駆動制御を行うことができる。

ミラーサーボ部５は水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７の変位を制御する駆動制御部である。例えば、ミラーサーボ部５はＣＰＵ６からの水平同期信号に応じて水平走査ミラー２６を駆動し、レーザ光の反射方向を水平走査ミラー２６によって水平方向に変位させる。また、ミラーサーボ部５はＣＰＵ６からの垂直同期信号に応じて垂直走査ミラー２７を駆動し、レーザ光の反射方向を垂直走査ミラー２７によって垂直方向に変位させる。

ＣＰＵ６は不図示の記憶部等に格納されたプログラムや制御情報などを用いて、レーザ走査型プロジェクタ１の各構成要素を制御する制御部である。ＣＰＵ６は映像処理部６ａ、ＬＤ制御部６ｂ、ミラー制御部６ｃ及び光学系調整部６ｄを有する。

映像処理部６ａは不図示の記憶部等に格納されたプログラム、不図示の入出力インタフェースから入力される映像に係る情報などに基づく映像情報を生成する。さらに、映像処理部６ａは生成した映像情報を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の映像データに変換する。変換された３色の映像データはＬＤ制御部６ｂに出力される。ＬＤ制御部６ｂは３色の映像データに基づくＬＤ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ各々の光制御信号を生成し、ＬＤドライバ４に出力する。ミラー制御部６ｃは映像情報に基づいて水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７の方向を制御するための制御信号を生成し、ミラーサーボ部５に出力する。

光学系調整部６ｄは光検出部材７から得られる情報等に基づき、例えばＲＧＢ３色の光ビームの投影位置を算出する。さらに、光学系調整部６ｄは算出結果から光学系２０の位置調整を行うための制御信号を生成し、不図示の調整機構等に出力してＬＤ２１が出射するレーザ光の位置を調整する。

光検出部材７は封止窓３の内側の表面で反射したレーザ光を検出し、その光を電気信号に光電変換して出力する。光検出部材７が出力した電気信号は光学系調整部６ｄに送られる。光検出部材７はＲＧＢ３色のレーザ光を個別に検出し、それに基づき光学系調整部６ｄがＲＧＢ３色のレーザ光の相対的なずれを算出する。

なお、封止窓３はその内側の表面に反射防止膜が蒸着されているが、レーザ光の０．５％程度を反射する。この反射光を光検出部材７が検出する。また、光検出部材７は封止窓３の表面における画像領域Ｌｂの内側で所定のタイミングで反射させた光学系２０の調整用の光ビームを検出する。

上記のように、本発明の実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は本体筐体２の内部に収容されて光ビームを出射する３個のＬＤ２１と、ＬＤ２１が出射した光を変位させる水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７と、本体筐体２に設けた開口２ａに嵌合するとともに水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７が変位させた光を本体筐体２の外部に導くための封止窓３と、封止窓３の内側の表面で反射した光を検出する光検出部材７と、光検出部材７が検出した光に基づき光学系２０を調整する光学系調整部６ｄと、を備える。これにより、レーザ走査型プロジェクタ１は光学系２０の調整のための光を、ＬＤ２１が出射した光を分岐させて得ているわけではない。したがって、スクリーンに投影される光量が低下することを抑制することが可能である。また、レーザ走査型プロジェクタ１は光学系２０の調整のための光として封止窓３で反射される光を利用する。したがって、水平走査ミラー２６及び垂直走査ミラー２７を含む光学系２０全体の影響を考慮に入れた光学系の調整を行うことができる。

また、光学系調整部６ｄは光検出部材７が検出した光に基づきＬＤ２１が出射する光の位置を調整する。これにより、レーザ走査型プロジェクタ１は自動的に光の位置ずれを調整することが可能になる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図３を用いてその構成を説明する。図３はレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第２実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は、図３に示すようにＬＤ２１の光が画像として封止窓３を通過する封止窓３の表面における画像領域Ｌｂの外部に、封止窓３に反射させて光検出部材７に入射させる光ビームＬｃを照射する。なお、図３では光ビームＬｃを右上の角部に照射しているが、光ビームＬｃの照射位置は他の箇所であっても良い。

この構成によれば、スクリーンに対して画像を投影しながら、その画像として封止窓３を通過して本体筐体２の外部に導かれる光とは別の同等の光を封止窓３で反射させることができる。したがって、画像に用いられる光と同等の光を利用して光学系２０の調整を行うことが可能になる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図４を用いてその構成を説明する。図４はレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第３実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は、図４に示すように封止窓３の表面の、光検出部材７に入射させる光ビームＬｃの照射位置を含む所定領域に反射部材８が設けられる。反射部材８は封止窓３の表面における画像領域Ｌｂの外部に設けられ、例えばガラスからなる封止窓３に蒸着して形成される。反射部材８の一例としてはＲＧＢ全ての波長で反射率が比較的高い誘電体多層膜が用いられる。なお、図４では反射部材８を矩形で形成しているが、反射部材８の形状は他の形状であっても良い。

この構成によれば、光検出部材７に向かう封止窓３の反射光を増加させることができる。したがって、光学系２０の調整精度を向上させることが可能である。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図５を用いてその構成を説明する。図５はレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第４実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は、図１に示す光検出部材７を２個備える。そして、レーザ走査型プロジェクタ１は、図５に示すように封止窓３の表面における画像領域Ｌｂの外部に２箇所の光ビームＬｃ１、Ｌｃ２を照射する。２箇所の光ビームＬｃ１、Ｌｃ２は各々封止窓３に反射されて２個の光検出部材７に個別に入射する。なお、図５では光ビームＬｃ１、Ｌｃ２を右上と左上の角部に照射しているが、光ビームＬｃ１、Ｌｃ２の照射位置は他の箇所であっても良い。

このレーザ走査型プロジェクタ１は光ビームＬｃ１の反射光をレーザ光の位置を調整するために用いる。一方、レーザ走査型プロジェクタ１は光ビームＬｃ２の反射光をＬＤ２１の出力を調整するために用いる。

この構成によれば、例えば使用環境の温度変化や光学系２０の経時変化に起因するＬＤ２１の出力変動を検出することができ、ＬＤ２１の出力制御にフィードバックすることが可能である。そして、ＲＧＢ３色のＬＤ２１の光軸のずれに起因するＲＧＢの色バランスの変化も低減させることができる。したがって、レーザ走査型プロジェクタ１は自動的にＬＤ２１の出力を調整することが可能になる。このようにして、光検出部材７が検出する光を複数の調整目的で利用することが可能である。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図６を用いてその構成を説明する。図６はレーザ走査型プロジェクタの封止窓の画像投影時の状態を示す正面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第５実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は、図６に示すように封止窓３の表面の、２個の光検出部材７各々に入射させる２箇所の光ビームＬｃ１、Ｌｃ２各々の照射位置を含む所定領域に反射部材８１、８２が設けられる。反射部材８１、８２は封止窓３の表面における画像領域Ｌｂの外部に設けられ、例えばガラスからなる封止窓３に蒸着して形成される。反射部材８１、８２の一例としてはＲＧＢ全ての波長で反射率が比較的高い誘電体多層膜が用いられる。なお、図６では反射部材８１、８２を矩形で形成しているが、反射部材８の形状は他の形状であっても良い。

この構成によれば、２個の光検出部材７各々に向かう封止窓３の反射光を増加させることができる。したがって、例えば光の位置ずれの調整精度やＬＤ２１の出力の調整精度といった光学系２０の複数の調整精度を向上させることが可能である。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態のレーザ走査型プロジェクタについて、図７を用いてその構成を説明する。図７はレーザ走査型プロジェクタの概略構成図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第６実施形態のレーザ走査型プロジェクタ１は、図７に示すように封止窓３で反射して光検出部材７に入射する光路上に集光部材９を備える。集光部材９は例えば集光レンズからなり、光検出部材７に入射する光を集光する。

この構成によれば、光検出部材７への入射光を増加させることができる。したがって、光学系２０の調整精度を向上させることが可能である。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、上記実施形態では、ＬＤ２１がＲＧＢ用の３個であることとしたが、光源が３個に限定されるわけではなく、１個、２個或いは４個以上であっても良い。

本発明はレーザ走査型プロジェクタにおいて利用可能である。

１レーザ走査型プロジェクタ
２本体筐体
２ａ開口
３封止窓（導光部材）
６ＣＰＵ
６ｄ光学系調整部（調整部）
７光検出部材
８、８１、８２反射部材
９集光部材
２０光学系
２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂレーザダイオード（光源部）
２６水平走査ミラー（変位部材）
２７垂直走査ミラー（変位部材）
Ｌｂ画像領域
Ｌｃ、Ｌｃ１、Ｌｃ２光ビーム

Claims

本体筐体の内部に収容されて光ビームを出射する光源部と、
前記光源部が出射した光を変位させる変位部材と、
前記本体筐体に設けた開口に配置されるとともに前記変位部材が変位させた光を前記本体筐体の外部に導くための導光部材と、
前記導光部材で反射した光を検出する光検出部材と、
前記光検出部材が検出した光に基づき光学系を調整する調整部と、
を備えるレーザ走査型プロジェクタ。
前記光源部の光が画像として前記導光部材を通過する前記導光部材の表面における画像領域の外部に、前記導光部材に反射させて前記光検出部材に入射させる光ビームを照射する請求項１に記載のレーザ走査型プロジェクタ。
前記光検出部材を複数備えるとともに、前記光源部の光が画像として前記導光部材を通過する前記導光部材の表面における画像領域の外部に、前記導光部材に反射させて複数の前記光検出部材に個別に入射させる複数の光ビームを照射する請求項１に記載のレーザ走査型プロジェクタ。
前記導光部材の表面の、前記光検出部材に入射させる光ビームの照射位置を含む所定領域に反射部材を設けた請求項２または請求項３に記載のレーザ走査型プロジェクタ。
前記導光部材で反射して前記光検出部材に入射する光を集光する集光部材を備える請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレーザ走査型プロジェクタ。
前記調整部は前記光検出部材が検出した光に基づき前記光源部が出射する光の位置を調整する請求項１〜請求項５のいずれかに記載のレーザ走査型プロジェクタ。
前記調整部は前記光検出部材が検出した光に基づき前記光源の出力を調整する請求項１〜請求項６のいずれかに記載のレーザ走査型プロジェクタ。