JP2016012102A - 光ビーム走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、より不都合が少ないあるいはより改善された新規な構成の光ビーム走査装置を得る。
【解決手段】実施形態の光ビーム走査装置は、例えば、第一のミラーと、角度拡大部と、を備える。第一のミラーの反射面の法線方向は、反復的に変化する。角度拡大部は、第一の方向からの視線で第一のミラーの略同一点で光が複数回反射するよう第一のミラーでの反射光を第一のミラーに戻すとともに、第一の方向からの視線で反射面の法線方向と光の反射方向との角度が第一のミラーで光が反射する度に大きくなるよう、構成される。第一のミラーで所定回数反射された後に角度拡大部から光が出射する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、光ビーム走査装置に関する。

従来、光ビームの走査範囲を拡大するレンズを備えた光ビーム走査装置が知られている。

特開平５−３４７３３号公報

従来に比べて不都合が少ないあるいは改善された新規な構成の光ビーム走査装置が得られれば、有意義である。

実施形態の光ビーム走査装置は、例えば、第一のミラーと、角度拡大部と、を備える。第一のミラーの反射面の法線方向は、反復的に変化する。角度拡大部は、第一の方向からの視線で第一のミラーの略同一点で光が複数回反射するよう第一のミラーでの反射光を第一のミラーに戻すとともに、第一の方向からの視線で反射面の法線方向と光の反射方向との角度が第一のミラーで光が反射する度に大きくなるよう、構成される。第一のミラーで所定回数反射された後に角度拡大部から光が出射する。

図１は、第１実施形態の光ビーム走査装置の概略構成の例示的な説明図である。 図２は、第１実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図である。 図３は、第１実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＸ方向から見た例示的な側面図である。 図４は、第１実施形態の光ビーム操作装置の第一走査ミラーでの光の反射の例示的な説明図である。 図５は、第１実施形態の光ビーム操作装置の第一走査ミラーでの光の反射に関する第一走査ミラーの傾斜角度と角度拡大部からの出射角度との反射回数毎の相関関係が示された例示的なグラフである。 図６は、第１実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図であって、第一走査ミラーが所定の傾斜角度の状態での光路が示された図である。 図７は、第１実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図であって、第一走査ミラーが図６とは異なる傾斜角度の状態での光路が示された図である。 図８は、第１実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図であって、第一走査ミラーが図６，７とは異なる傾斜角度の状態での光路が示された図である。 図９は、第２実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部の例示的な斜視図である。 図１０は、第２実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図である。 図１１は、第３実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部の例示的な斜視図である。 図１２は、第３実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図である。 図１３は、第４実施形態の光ビーム走査装置の角度拡大部のＹ方向から見た例示的な側面図である。 図１４は、第５実施形態の光ビーム走査装置の概略構成の例示的な説明図である。 図１５は、第１実施形態の変形例の光ビーム走査装置の角度拡大部のＸ方向から見た例示的な側面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成や制御（技術的特徴）、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。また、以下に例示される複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。以下、同様の構成要素には共通の符号が付与され、重複する説明が省略される。

＜第１実施形態＞
図１に示されるように、プロジェクタ１は、例えばスクリーン等の照射面Ｐに、光のビームを照射する。光のビームの照射位置は、照射面Ｐ上で、互いに直交する（交差する）Ｘ方向およびＹ方向に変化する。具体的に、照射位置は、Ｘ方向に往復しながら、Ｙ方向の一方側（例えば上側）から他方側（例えば下側）へ徐々に移動する。そして、照射位置は、Ｙ方向の他方側の端部（例えば下端部）での往復が終了すると、Ｙ方向の一方側の端部（例えば上端部）へ移動され、再び、Ｘ方向に往復しながら、Ｙ方向の一方側から他方側へ徐々に移動する。このような照射位置の変化が繰り返される。

プロジェクタ１は、光のビームの出射方向を変化させることにより、照射面Ｐ上の２次元領域（投影領域Ａｐ）内で、上述したような照射位置の移動（変化）を生じさせる。すなわち、プロジェクタ１は、光ビーム走査装置の一例である。なお、光ビームとしては、例えばレーザ光が用いられるが、これには限定されない。

図１に示されるように、プロジェクタ１は、光源２や、第一走査ミラー３、角度拡大部４、第二走査ミラー５、制御部６、入力部７等を有する。

光源２は、例えば、半導体レーザ素子や、固体レーザ素子等であり、レーザ光を出射する。光源２は、制御部６によって制御されることにより、映像信号に応じた光を出射することができる。

第一走査ミラー３は、光のビームをＸ方向（例えば、長手方向、水平方向）に略沿って反復的に偏向する。また、第二走査ミラー５は、光のビームをＹ方向（例えば、短手方向、垂直方向）に略沿って反復的に偏向する。第一走査ミラー３および第二走査ミラー５は、いずれも、例えば、可動ミラー、振動ミラー、あるいは揺動ミラーの一例であり、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）ミラーや、ガルバノミラー等である。また、第一走査ミラー３および第二走査ミラー５は、いずれも、可動ミラー部（図示されず）と、当該可動ミラー部を駆動する駆動部（図示されず）と、を有する。可動ミラー部は、それぞれの回転中心（図示されず）回りに回転可能（揺動可能）である。ただし、第一走査ミラー３および第二走査ミラー５の可動ミラー部の回転中心は互いに異なる方向に延びている（ねじれの位置にある）。具体的には、第一走査ミラー３の可動部の回転中心はＹ方向に略沿い、第二走査ミラー５の可動部の回転中心はＸ方向に略沿っている。駆動部は、制御部６からの制御信号に応じて電磁気的に可動ミラー部を動かす。第一走査ミラー３は、第一のミラーの一例である。

第一走査ミラー３は、光源２の後段に配置され、第二走査ミラー５は、第一走査ミラー３の後段に配置されている。すなわち、第一走査ミラー３は、光源２からの光のビームをＸ方向に沿って反復的に偏向する。また、第二走査ミラー５は、第一走査ミラー３によってＸ方向に沿って反復的に偏向された光のビームを、Ｙ方向（例えば、垂直方向）に略沿って反復的に偏向する。なお、第一走査ミラー３の振動（反復）の周波数は、第二走査ミラー５の振動（反復）の周波数よりも高い。

制御部６は、第一走査ミラー３および第二走査ミラー５の駆動部（図示されず）を制御する。また、制御部６は、光源２を制御する。制御部６は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）や、駆動回路等を有する。なお、駆動回路は、制御部６によって制御される各部に設けられてもよい。

入力部７は、スイッチや、ボタン、つまみ、タッチパネル等である。入力部７の操作に応じて、制御部６は各部を制御する。

角度拡大部４は、第一走査ミラー３による光路のＸ方向の偏向角度の範囲、すなわち光路のＸ方向の振れ幅を、拡大することができる。角度拡大部４が設けられることにより、例えば、角度拡大部４が設けられない場合に比べて、偏向角度の範囲がより大きくなる。また、角度拡大部４が設けられることにより、例えば、角度拡大部４を有さずに光の偏向角度の同じ範囲が得られる構成に比べて、第一走査ミラー３の角度変化量がより小さく設定されやすくなり、ひいては、第一走査ミラー３の振動の周波数がより高く設定されやすくなる。

図２，３に示されるように、角度拡大部４は、第一走査ミラー３や、レンズ４１、レンズ４２、ミラー４３、第二走査ミラー５等を有する。角度拡大部４は、第一走査ミラー３を利用して光の出射角度を拡大する。この原理が、図４，５が参照されながら説明される。図４に示されるように、第一走査ミラー３は、例えば平面鏡であり、図４の紙面と垂直な回転中心Ａｘ回りに回転（揺動）可能に設けられている。ここで、図４の例では、第一走査ミラー３の法線方向Ｎαは、第一走査ミラー３の中立位置（基準位置、中央位置）での法線方向Ｎ０に対して、時計回り方向に角度α（傾斜角度）傾いている。なお、ここでは、光の第一走査ミラー３への入射角θｉは、第一走査ミラー３の中立位置での法線方向Ｎ０からの反時計回り方向の角度と定義され、第一走査ミラー３からの光の反射角θｒ（出射角）は、法線方向Ｎ０からの時計回り方向の角度と定義される。この場合、反射角θｒは、次の式（１）で表せる。
θｒ＝θｉ＋２α ・・・（１）
ここで、本実施形態では、角度拡大部４は、図４の視線で、前回の反射で第一走査ミラー３から反射角θｒで出射された光を、当該反射角θｒと同じ大きさの入射角θｉで第一走査ミラー３の略同一点に戻すよう構成された光学系として、構成される。したがって、ｎ（＝１，２，３）回目の反射での入射角θｉ（ｎ）、反射角θｒ（ｎ）は、
ｎ＝１では、
θｉ（１）＝θ０（初期入射角度）、
θｒ（１）＝θｉ（１）＋２α＝θ０＋２α
ｎ＝２では、
θｉ（２）＝θｒ（１）＝θ０＋２α
θｒ（２）＝θｉ（２）＋２α＝θ０＋４α
ｎ＝３では、
θｉ（３）＝θｒ（２）＝θ０＋４α
θｒ（２）＝θｉ（３）＋２α＝θ０＋６α
となる。すなわち、入射角θｉ（ｎ）および反射角θｒ（ｎ）は、次の式（２），（３）で表せる。
θｉ（ｎ）＝θ０＋２（ｎ−１）α ・・・（２）
θｒ（ｎ）＝θ０＋２ｎα ・・・（３）
式（３）より、第一走査ミラー３で光がｍ回（ｎ＝ｍ）繰り返し反射する場合には、１回（ｎ＝１）反射する場合に比べて、反射角θｒが２（ｍ−１）・α大きくなることがわかる。図５は、傾斜角度α（横軸）と反射角θｒ（縦軸）との相関関係を示すグラフである。傾斜角度αは、第一走査ミラー３の振動（揺動）に伴って、αｍｉｎ≦α≦αｍａｘの範囲で変化する。ここで、角度拡大部４は、傾斜角度αによらず第一走査ミラー３で光がｎ回反射した後に出射するよう構成されている。よって、図５から、角度拡大部４によって、反射角θｒの変化範囲が、反射回数ｎに応じて拡大されるとともに、反射回数ｎの設定によらず、反射角θｒは第一走査ミラー３の傾斜角度αの変化（αｍｉｎ≦α≦αｍａｘ）に対応して線形的に変化する状態が得られることが、理解できよう。なお、図５のグラフでは、縦軸のスケールは、横軸のスケールの１／２である。

図２，３には、反射回数ｎ＝３に設定された角度拡大部４における光路の一例が示されている。図２には、Ｙ方向からの視線での角度拡大部４の側面図および光路が例示され、図３には、Ｘ方向からの視線での角度拡大部４の側面図および光路が示されている。Ｘ方向は、第二の方向の一例である。Ｙ方向は、第一の方向の一例である。

図２で、第一走査ミラー３に１回目に入射する光は、光路Ｐｉ１を通る。光源２（図１参照）からの光は、光路Ｐｉ１を通り、レンズ４１の光軸Ｃに近い位置から、レンズ４１に入射する。レンズ４１の面４１ａでレンズ４１内に入った光は、面４１ｂでレンズ４１を出て、第一走査ミラー３へ入射する。第一走査ミラー３は、レンズ４１の焦点に配置されている。なお、レンズ４１の光軸Ｃとレンズ４２の光軸Ｃとは同軸に設定されている。

第一走査ミラー３での１回目の反射光は、光路Ｐｒ１を通る。反射光の反射角θｒ、すなわち反射光の光路Ｐｒ１は、上記式（３）によって定まる。第一走査ミラー３の傾斜角度αでの傾斜により、光路Ｐｒ１は、図２では、光路Ｐｉ１よりも下側を通る。光路Ｐｒ１を通って面４１ａでレンズ４１から出た光は、面４２ａでレンズ４２内に入り、面４２ｂでレンズ４２を出て、ミラー４３へ入射する。ミラー４３は、レンズ４２の焦点に配置されている。

ミラー４３での１回目の反射光は、光路Ｐｉ２を通る。ミラー４３は、Ｘ方向からの視線（図２の視線）での入射角と反射角とが略一致するよう構成される。よって、光路Ｐｉ２は、光路Ｐｒ１と光軸Ｃに対して略線対称となる。以降、光路Ｐｉ２を通る光は、レンズ４２およびレンズ４１を経て第一走査ミラー３に入射される。光路Ｐｉ２を通る光の第一走査ミラー３での反射光は、光路Ｐｒ２を通ってレンズ４１およびレンズ４２を経てミラー４３に入射する。光路Ｐｒ２を通る光のミラー４３での反射光は、光路Ｐｉ３を通ってレンズ４２およびレンズ４１を経て第一走査ミラー３に入射する。光路Ｐｉ３を通る光の第一走査ミラー３での反射光は、レンズ４１に入る前に第二走査ミラー５で反射され、角度拡大部４から出射する。すなわち、本実施形態では、角度拡大部４からは、第一走査ミラー３で３回反射された光が出射する。第二走査ミラー５は、Ｘ方向に沿って延びている。

図２に示されるように、Ｙ方向からの視線では、レンズ４１とレンズ４２との間の位置（空間）では、複数の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３はレンズ４１，４２の光軸Ｃと平行である。光軸Ｃと平行でレンズ４２からレンズ４１へ向かう方向（Ｚ方向の反対方向）は、第三の方向の一例であり、光軸Ｃと平行でレンズ４１からレンズ４２へ向かう方向（Ｚ方向）は、第三の方向の反対方向の一例である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と直交している（交差している）。レンズ４１は、Ｙ方向からの視線で、Ｚ方向の反対方向へ向かう光を第一走査ミラー３へ偏向するとともに、第一走査ミラー３での反射光をＺ方向へ偏向する。レンズ４１は、第一の部分の一例である。また、レンズ４２は、Ｙ方向からの視線で、Ｚ方向へ向かう光をミラー４３へ偏向する。ミラー４３は、レンズ４２から入射した光をレンズ４２へ反射する。レンズ４２は、ミラー４３での反射光をＺ方向の反対方向へ偏向する。レンズ４２およびミラー４３は、第二の部分の一例である。

また、図３に示されるように、Ｘ方向からの視線でも、角度拡大部４での光の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３は、第一走査ミラー３で反射される度に変化する。第一走査ミラー３の反射面は、Ｘ方向からの視線（図３の視線）では、レンズ４１およびレンズ４２の光軸Ｃとほぼ直交して配置されている。また、ミラー４３の反射面は、Ｘ方向からの視線（図３の視線）では、光軸Ｃとの直交線に対して角度β（傾斜角度）で傾斜して配置されている。これにより、Ｘ方向からの視線でも、Ｙ方向からの視線（図２の場合）と同様に、反射回数ｎに応じて、光の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３が変化する。なお、Ｘ方向の視線では、第一走査ミラー３およびミラー４３のうち少なくとも一方がＺ方向との直交方向に対して傾斜していればよい。また、図３の例では、光路Ｐｉ１の出射位置は、Ｘ方向からの視線で光軸Ｃ上に配置されている。

図３に示されるように、Ｘ方向からの視線でも、レンズ４１とレンズ４２との間の位置（空間）では、複数の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３はレンズ４１，４２の光軸Ｃと平行である。レンズ４１は、Ｘ方向からの視線で、Ｚ方向の反対方向へ向かう光を第一走査ミラー３へ偏向するとともに、第一走査ミラー３での反射光をＺ方向へ偏向する。また、レンズ４２は、Ｘ方向からの視線で、Ｚ方向へ向かう光をミラー４３へ偏向する。ミラー４３は、レンズ４２から入射した光をレンズ４２へ反射する。レンズ４２は、ミラー４３での反射光をＺ方向の反対方向へ偏向する。なお、本実施形態では、レンズ４１とレンズ４２とは同一の構成（仕様）を有する。よって、部品共用化により製造コストが低減しうる。

ここで、本実施形態では、光のビームのＸ方向への走査のため、図２に示されるＹ方向からの視線での第一走査ミラー３の傾斜角度αは、経時的に変化する。図６〜８には、第一走査ミラー３の傾斜角度αが異なる３つの場合における角度拡大部４でのＹ方向からの視線での光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３が示されている。図６〜８により、第一走査ミラー３の傾斜角度αに対応して、角度拡大部４からの出射光の角度が変化していることが理解できよう。

これに対し、本実施形態では、図３に示されるＸ方向からの視線では、光は、第一走査ミラー３の傾斜角度αの経時変化によらず、常に、ほぼ図３に示される光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３を通る。

ここで、図２，３に示されるように、第二走査ミラー５は、Ｘ方向には延びているものの、Ｙ方向には短い。本実施形態では、図３に示されるように、第二走査ミラー５が、第一走査ミラー３で３回反射される前の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３から外れるとともに、第一走査ミラー３で３回反射された後の光路Ｐｒ３と重なる（光路Ｐｒ３を遮る）位置に配置されている。これにより、本実施形態では、第一走査ミラー３で３回（所定回数）反射された後の光を、第二走査ミラー５で取り出すことができる。すなわち、本実施形態では、Ｘ方向からの視線では、傾斜角度αによらず略一定の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３を通るように、角度拡大部４が構成されることにより、所定回数ｎ反射した後に光が出射する構成を得ることができる。第二走査ミラー５は、光取出部の一例である。

また、このような構成において、光路Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３と、光路Ｐｉ１の上流側に配置される光学部品（例えば、光源２やミラー等、図示されず）とが干渉すると、光を取り出すことができない。そこで、本実施形態では、角度拡大部４は、図３に示されるＸ方向からの視線で、少なくとも光路Ｐｒ１と光路Ｐｉ１とが外れる（ずれる、重ならない）よう構成されるとともに、光路Ｐｒ１と光路Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３とも外れる（ずれる、重ならない）よう構成されている。これにより、光路Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３，Ｐｒ３を通る光が、光路Ｐｉ１の上流側に配置される光学部品と干渉するのが抑制される。よって、より確実に光を取り出すことができる。なお、光路Ｐｉ１の上流側に配置される光学部品は、レンズ４１，４２に、直接的に、あるいはブラケット等を介して間接的に、支持されうる。また、当該光学部品は、図３の紙面と交差する方向（例えば、図３の紙面との直交方向、Ｘ方向）に略沿って延びた構造物（例えば、ケースに設けられた突起等）に支持されてもよい。当該構造物は、図３の視線で、光路Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３と外れる（ずれる、重ならない）よう、構成されうる。

以上のように、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｙ方向（第一の方向）からの視線で第一走査ミラー３（第一のミラー）の略同一点で光が複数回反射するよう第一走査ミラー３での反射光を第一走査ミラー３に戻すとともに、Ｙ方向からの視線で反射面３ａの法線方向Ｎαと光の反射方向との角度θｒが第一走査ミラー３で光が反射される度に大きくなるよう構成される。また、第一走査ミラー３で所定回数（例えば３回）反射された後に角度拡大部４から光が出射する。すなわち、本実施形態によれば、角度拡大部４が、第一走査ミラー３で光が複数回反射するよう構成されるので、第一走査ミラー３で光が一回だけ反射する構成に比べて、角度拡大部４からの光の出射角度を大きくすることができる。よって、本実施形態によれば、例えば、角度拡大部４が設けられない構成に比べて、光の偏向角度の範囲がより大きくなる。また、本実施形態によれば、例えば、角度拡大部４を有さずに光の偏向角度の同じ範囲が得られる構成に比べて、第一走査ミラー３の角度変化量がより小さく設定されやすくなり、ひいては、第一走査ミラー３の振動の周波数がより高く（周期がより短く）設定されやすくなる。また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｙ方向からの視線で第一走査ミラー３の略同一位置で光が複数回反射するよう構成される。よって、本実施形態によれば、例えば、Ｙ方向からの視線で第一走査ミラー３の異なる位置で光が複数回反射するよう構成された場合に比べて、第一走査ミラー３ひいては角度拡大部４がより小さく構成されやすい。よって、例えば、第一走査ミラー３がより高速で動きやすくなり、ひいては第一走査ミラー３の振動周波数がより高く設定されやすい。

また、仮に、走査ミラーから出射した光をレンズに通すことにより当該レンズでの光の屈折によって光の偏向角度の範囲（振れ幅）が拡大される構成では、レンズの特性（エンタデュ保存則、ラグランジュ不変量）によって、光の偏向角度の範囲が拡大されるのと引き換えに光径（ビーム径）が小さくなり、所望の性能が得られ難くなる虞がある。この点、本実施形態によれば、レンズでの光の屈折によって光の偏向角度の範囲を拡大する構成では無いので、そのような不都合が生じ難い。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、第一走査ミラー３で光が反射する度にＹ方向（第一の方向）と交差したＸ方向（第二の方向）からの視線で反射光の光路が変化するよう構成される。仮に、全ての傾斜角度αで第一走査ミラー３に入射する光および第一走査ミラー３で反射する光の全ての光路が同一平面上に位置されていると、各傾斜角度αで当該平面から第一走査ミラー３で所定回数反射した後の光を取り出すのが難しくなる。この点、本実施形態によれば、第一走査ミラー３で光が反射する度にＸ方向（第二の方向）からの視線で反射光の光路が変化することにより、第一走査ミラー３で所定回数反射する前の光路と、所定回数反射した後の光路とが、空間的に離れる。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３で所定回数反射した後の光がより容易に取り出されやすい。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｘ方向（第二の方向）からの視線で第一走査ミラー３（第一のミラー）の略同一点で光が複数回反射するよう第一走査ミラー３での反射光を第一走査ミラー３に戻すとともに、Ｘ方向からの視線で第一走査ミラー３の法線方向と光の反射方向との角度が第一走査ミラー３で光が反射される度に大きくなるよう構成される。すなわち、本実施形態によれば、角度拡大部４は、Ｘ方向からの視線で第一走査ミラー３の略同一位置で光が複数回反射するよう構成される。よって、本実施形態によれば、例えば、Ｘ方向からの視線で第一走査ミラー３の異なる位置で光が複数回反射するよう構成された場合に比べて、第一走査ミラー３ひいては角度拡大部４がより小さく構成されやすい。よって、例えば、第一走査ミラー３がより高速で動きやすくなり、ひいては第一走査ミラー３の振動周波数がより高く設定されやすい。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｘ方向（第二の方向）からの視線では、第一走査ミラー３（第一のミラー）の法線方向の変化によらず、光路がほぼ一定であるよう構成される。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３で所定回数反射した後の光がより容易に取り出されやすい。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｘ方向（第二の方向）からの視線で、少なくとも、第一走査ミラー３（第一のミラー）で所定回数反射される前に当該第一走査ミラー３に入射する光の光路Ｐｉ１と、当該第一走査ミラー３に入射した光の反射光Ｐｒ１の光路と、が外れるよう構成される。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３の光路Ｐｒ１を通る光と光路Ｐｉ１の上流側に配置される光学部品との干渉が抑制されうる。

また、本実施形態では、第二走査ミラー５（光取出部）は、Ｘ方向（第二の方向）からの視線で、第一走査ミラー３（第一のミラー）で所定回数反射された後の光路Ｐｒ３上に配置されるとともに、第一走査ミラー３で所定回数反射される前の光路Ｐｉ１，Ｐｒ１，Ｐｉ２，Ｐｒ２，Ｐｉ３上からは外れて配置される。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３で所定回数反射した後の光がより容易に取り出されやすい。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｚ方向の反対方向（第三の方向）へ向かう光を第一走査ミラー３（第一のミラー）へ偏向するとともに第一走査ミラー３での反射光をＺ方向へ偏向するレンズ４１（第一の部分）と、Ｚ方向へ向かう光をＺ方向の反対方向へ偏向するレンズ４２およびミラー４３（第二の部分）と、を有する。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３からの反射光が第一走査ミラー３に入射する角度拡大部４が、比較的簡素に構成されうる。

また、本実施形態では、角度拡大部４は、Ｘ方向（第二の方向）からの視線でＺ方向の反対方向（第三の方向）の直交方向と傾斜して配置されたミラー４３（第二のミラー）を有する。よって、本実施形態によれば、例えば、図３の光路の変化を生じる構成が、比較的簡素に構成されうる。

また、本実施形態では、ミラー４３（第二のミラー）は、第一走査ミラー３とは別個に設けられている。よって、本実施形態によれば、例えば、第一走査ミラー３とミラー４３とがそれぞれより容易にあるいはより精度よく調整されやすい。

＜第２実施形態＞
図９，１０に示されるように、本実施形態のプロジェクタ１Ａでは、角度拡大部４Ａの構成が、第１実施形態とは相違している。角度拡大部４Ａは、第一走査ミラー３や、ミラー４４、ミラー４５、ミラー４３等を有する。本実施形態でも、第一走査ミラー３は、第一のミラーの一例であり、ミラー４３は、第二のミラーの一例である。

ミラー４４は、一方側（図９，１０の下側）に向けて凹んだ反射面４４ａを有した凹面鏡であり、ミラー４５は、他方側（図９，１０の上側）に向けて凹んだ反射面４５ａを有した凹面鏡である。反射面４４ａ，４５ａは、同一形状（合同）であり、Ｚ方向に沿った回転中心（図示されず）回りの回転楕円面である。ミラー４４の一方の焦点Ｆ１１とミラー４５の一方の焦点Ｆ２１とが重なり、ミラー４４の他方の焦点Ｆ１２に第一走査ミラー３が配置され、ミラー４５の他方の焦点Ｆ２２にミラー４３が配置されている。複数の焦点Ｆ１１（Ｆ２１），Ｆ１２，Ｆ２２は、Ｚ方向に沿った一直線（図示されず）上に配置されている。第一走査ミラー３の可動部（図示されず）がＹ方向に沿う回転中心回りに揺動（振動）する場合、第一走査ミラー３の姿勢（角度）によって光路は異なるものの、図１０に破線で示されるように、第一走査ミラー３で反射した光は、反射面４４ａ，４５ａで反射してミラー４３に入射し、当該ミラー４３で反射した光は、反射面４５ａ，４４ａで反射して第一走査ミラー３へ戻る。なお、反射面４４ａと反射面４５ａとの間で、光は、焦点Ｆ１１（Ｆ２１）またはその近傍を通る。また、本実施形態でも、第一走査ミラー３で光が反射する度に、第一走査ミラー３における光の入射角および反射角は、上記式（２），（３）および図５に示されるように変化する。そして、本実施形態でも、第一走査ミラー３で光が反射する度に、Ｘ方向からの視線（図示されず）で光路が変化するよう、ミラー４３の角度が設定され、所定回数反射した後の光路上に第二走査ミラー５が配置されている。このように、角度拡大部４Ａの構成が第１実施形態とは異なるものの、本実施形態でも、第１実施形態と同様の作用および効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図１１，１２に示されるように、本実施形態のプロジェクタ１Ｂでは、角度拡大部４Ｂの構成が、第１実施形態および第２実施形態とは相違している。角度拡大部４Ｂは、第一走査ミラー３や、ミラー４６、ミラー４７、ミラー４３等を有する。本実施形態でも、第一走査ミラー３は、第一のミラーの一例であり、ミラー４３は、第二のミラーの一例である。

ミラー４６は、一方側（図１１，１２の上側）に向けて凹んだ反射面４６ａを有した凹面鏡であり、ミラー４７は、一方側（図１１，１２の上側）に向けて凹んだ反射面４７ａを有した凹面鏡である。反射面４６ａ，４７ａは、同一形状（合同）であり、Ｚ方向に沿った回転中心回りの回転放物面である。ミラー４６の焦点Ｆ１とミラー４７の焦点Ｆ２とは、Ｚ方向に沿った一直線（図示されず）上に配置されている。第一走査ミラー３の可動部（図示されず）がＹ方向に沿う回転中心回りに揺動（振動）する場合、第一走査ミラー３の姿勢（角度）によって光路は異なるものの、図１２に示されるように、第一走査ミラー３で反射した光は、反射面４６ａ，４７ａで反射してミラー４３に入射し、当該ミラー４３で反射した光が、反射面４７ａ，４６ａで反射して第一走査ミラー３へ戻る。なお、反射面４６ａと反射面４７ａとの間で、光は、Ｚ方向に沿う。また、本実施形態でも、第一走査ミラー３で光が反射する度に、第一走査ミラー３における光の入射角および反射角は、上記式（２），（３）および図５に示されるように変化する。そして、本実施形態でも、第一走査ミラー３で光が反射する度に、Ｘ方向からの視線（図示されず）で光路が変化するよう、ミラー４３の角度が設定され、所定回数反射した後の光路上に第二走査ミラー５が配置されている。このように、角度拡大部４Ｂの構成が第１実施形態および第２実施形態とは異なるものの、本実施形態でも、第１実施形態および第２実施形態と同様の作用および効果が得られる。

＜第４実施形態＞
図１３に示されるように、本実施形態のプロジェクタ１Ｃでは、角度拡大部４Ｃの構成が、第１〜第３実施形態とは相違している。角度拡大部４Ｃは、第一走査ミラー３や、レンズ４１、ミラー４８等を有する。

第一走査ミラー３およびレンズ４１は、第１実施形態と同じである。すなわち、第一走査ミラー３で反射した光は、レンズ４１を通過することで、Ｚ方向に沿った光に偏向される。ミラー４８は、第１実施形態のレンズ４２およびミラー４３に替えて設けられている。ミラー４８は、互いに直角に交差する三つの反射面４８ａ，４８ｂ，４８ｃを有している。なお、本実施形態では、反射面４８ａ，４８ｂ，４８ｃの交点４８ｄは、光軸ＣからＹ方向にわずかにずれている。このような構成のミラー４８は、Ｙ方向からの視線（図１３の視線）で、レンズ４１からのＺ方向の一方（図１３の左側）から他方（図１３の右側）へ向かう光を、レンズ４１へのＺ方向の他方から一方への光に偏向する。これにより、ミラー４８は、第１実施形態のレンズ４２およびミラー４３と同様に機能する。ミラー４８は、第二のミラーの一例であり、第二の部分の一例でもある。角度拡大部４Ｃの構成が第１実施形態〜第３実施形態とは異なるものの、本実施形態でも、第１実施形態〜第３実施形態と同様の作用および効果が得られる。

＜第５実施形態＞
図１４に示される本実施形態のプロジェクタ１Ｄは、第１実施形態と同様の構成を有する。ただし、本実施形態の角度拡大部４Ｄでは、Ｘ方向からの視線で、第一走査ミラー３で光が反射する度に光路を変化させるミラー４３の傾斜角度β（姿勢、図３参照）が変更可能に構成されている。ミラー４３の傾斜角度βは、制御部６からの制御信号によって電気的に変更される。ミラー４３の法線方向と光軸Ｃとの角度が小さいほど、ミラー４３でのＸ方向からの視線での光路の角度変化が小さくなる。よって、第一走査ミラー３での反射光が第二走査ミラー５に到達するまでの反射回数が増大する。反射回数が増大するほど、角度拡大部４Ｄによる反射角θｒの変化範囲が増大する。逆に、ミラー４３の法線方向と光軸Ｃとの角度が大きいほど、ミラー４３でのＸ方向からの視線での光路の角度変化が大きくなる。よって、第一走査ミラー３での反射光が第二走査ミラー５に到達するまでの反射回数が減少する。反射回数が減少するほど、角度拡大部４Ｄによる反射角度θｒの変化範囲が減少する。例えば、上記式（２）、（３）、および図５から、反射回数ｎ＝３の場合は、反射回数ｎ＝２の場合に比べて、角度範囲が１．５倍となることがわかる。このように、本実施形態によれば、ミラー４３（第二のミラー）の傾斜度を変更することにより、角度拡大部４Ｄによる角度の拡大率を変更することができる。なお、ミラー４３は、その傾斜度を手動で変更できるように構成されてもよい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、各実施形態の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質、色、透明度、屈折率、反射率等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、角度拡大部の、第一のミラーでの反射光を第一のミラーに戻す構成は、上記実施形態以外の光学系（光学部品）によっても構成されうる。また、光取出部の位置は、種々に設定されうる。また、例えば、第一のミラーを、Ｘ方向からの視線で第三の方向と傾斜して配置することで、第二のミラーとしても機能させることができる。

また、第二走査ミラーは、光取出部とは別に設けられうる。この場合、例えば、光取出部としては、固定され振動あるいは揺動しないミラーが設けられ、当該光取出部の後段に揺動（振動）する第二走査ミラーが設けられる。

また、光取出部と第二走査ミラーとの間に、レンズやミラー等の集光部（収束部）が設けられてもよい。この場合、第二走査ミラーのサイズがより小さくなりうる。また、第二走査ミラーの後段に、光の屈折によって光の偏向角度の範囲を広げるレンズ等が設けられてもよい。

また、図１５に示される第１実施形態の変形例のように、例えば、Ｘ方向からの視線では、最初にレンズ４１に入射される光の光路Ｐｉ１の出射位置が光軸Ｃと外れる（ずれる、重ならない）よう、構成されてもよい。この場合も、光路Ｐｉ１の上流側に配置される光学部品と少なくとも光路Ｐｒ１とが外れる（ずれる、重ならない）よう、ミラー３，４３の角度等が設定される。

１，１Ａ〜１Ｄ…プロジェクタ（光ビーム走査装置）、３…第一走査ミラー、４，４Ａ〜４Ｄ…角度拡大部、５…第二走査ミラー（光取出部）、４１…レンズ（第一の部分）、４２…レンズ（第二の部分）、４３…ミラー（第二のミラー、第二の部分）。

Claims (10)

1. 反射面の法線方向が反復的に変化する第一のミラーと、
   第一の方向からの視線で前記第一のミラーの略同一点で光が複数回反射するよう前記第一のミラーでの反射光を前記第一のミラーに戻すとともに、前記第一の方向からの視線で反射面の法線方向と光の反射方向との角度が前記第一のミラーで光が反射する度に大きくなるよう構成された、角度拡大部と、
   を備え、
   前記第一のミラーで所定回数反射された後に前記角度拡大部から光が出射する、光ビーム走査装置。
2. 前記角度拡大部は、前記第一のミラーで光が反射する度に前記第一の方向と交差した第二の方向からの視線で前記反射光の光路が変化するよう構成された、請求項１に記載の光ビーム走査装置。
3. 前記角度拡大部は、前記第二の方向からの視線で前記第一のミラーの略同一点で光が複数回反射するよう前記第一のミラーでの反射光を前記第一のミラーに戻すとともに、前記第二の方向からの視線で前記法線方向と光の反射方向との角度が前記第一のミラーで光が反射される度に大きくなるよう構成された、請求項２に記載の光ビーム走査装置。
4. 前記角度拡大部は、前記第二の方向からの視線では、前記第一のミラーの法線方向の変化によらず、光路がほぼ一定であるよう構成された、請求項２または３に記載の光ビーム走査装置。
5. 前記角度拡大部は、前記第二の方向からの視線で、少なくとも、前記第一のミラーで所定回数反射される前に当該第一のミラーに入射する光の光路と、当該第一のミラーに入射した光の反射光の光路と、が外れるよう構成された、請求項４に記載の光ビーム走査装置。
6. 前記第二の方向からの視線で前記第一のミラーで所定回数反射された後の光路上に配置されるとともに、前記第二の方向からの視線で前記第一のミラーで所定回数反射される前の光路上からは外れて配置された、光取出部を備えた、請求項２〜５のうちいずれか一つに記載の光ビーム走査装置。
7. 前記角度拡大部は、第三の方向へ向かう光を前記第一のミラーへ偏向するとともに前記第一のミラーでの反射光を前記第三の方向とは反対方向へ偏向する第一の部分と、前記反対方向へ向かう光を前記第三の方向へ偏向する第二の部分と、を有した、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載の光ビーム走査装置。
8. 前記角度拡大部は、前記第二の方向からの視線で前記第三の方向との直交方向と傾斜して配置された第二のミラーを有した、請求項７に記載の光ビーム走査装置。
9. 前記第二のミラーは、前記第一のミラーとは別個に設けられた、請求項８に記載の光ビーム走査装置。
10. 前記第二のミラーは、前記第三の方向に対する傾斜度を変更可能に構成された、請求項８または９に記載の光ビーム走査装置。

Images