JP2022152648A - Light source device and projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源装置と、この光源装置を内蔵するプロジェクタに関する。 The present invention relates to a light source device and a projector incorporating this light source device.
従来、コンピュータの画面やビデオ画像等の画像をスクリーンに投影する画像投影装置としてプロジェクタが用いられてきた。これらのプロジェクタでは、光源装置から射出された光をMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーに反射させて走査することにより、画像をスクリーンに投影する(例えば、特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, projectors have been used as image projection devices for projecting images such as computer screens and video images onto a screen. In these projectors, light emitted from a light source device is reflected on a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror and scanned, thereby projecting an image onto a screen (for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のプロジェクタでは、光源からの光をミラーに反射させる構成において光源とミラーとが離れた位置に配置されるため、プロジェクタを小型化することは困難であった。 However, in conventional projectors, it is difficult to reduce the size of the projector because the light source and the mirror are separated from each other in the configuration in which the light from the light source is reflected on the mirror.
上述したような課題を解決するために、本発明に係る光源装置は、光を出射する発光素子と前記光を走査する走査素子とを備え、前記光の進行ベクトルが、前記走査素子の表面に対する垂直方向成分について正の成分のみを含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a light source device according to the present invention includes a light emitting element that emits light and a scanning element that scans the light, and the traveling vector of the light is directed to the surface of the scanning element. It is characterized by including only positive components in the vertical direction.
また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が2軸方向に回動してもよい。 Further, in the light source device according to the present invention, the scanning element may rotate in biaxial directions.
また、本発明に係る光源装置は、発光素子が前記走査素子に搭載されてもよい。 Further, in the light source device according to the present invention, a light emitting element may be mounted on the scanning element.
また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が光透過部を備え、前記発光素子の出射光が、前記光透過部を透過してもよい。 Further, in the light source device according to the present invention, the scanning element may include a light transmitting portion, and light emitted from the light emitting element may pass through the light transmitting portion.
また、本発明に係る光源装置は、前記光透過部に光屈折素子が設けられてもよい。 Further, in the light source device according to the present invention, a photorefractive element may be provided in the light transmitting portion.
また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が、固定フレームと、可動フレームと、可動部とを備え、前記可動フレームが、前記可動フレームの両側に形成された第1の梁を介して、前記固定フレーム内に接続され、前記可動部が、前記可動部の両側に形成された第2の梁を介して、前記可動フレームの内部に接続され、前記第1の梁の方向が、前記第2の梁の方向に垂直であってもよい。 Further, in the light source device according to the present invention, the scanning element includes a fixed frame, a movable frame, and a movable portion, and the movable frame is moved through first beams formed on both sides of the movable frame. , the movable portion is connected to the interior of the movable frame via second beams formed on both sides of the movable portion, and the direction of the first beam is the It may be perpendicular to the direction of the second beam.
また、本発明に係るプロジェクタは、前記光源装置と、制御部とを備える。 A projector according to the present invention includes the light source device and a control section.
本発明によれば、発光素子と走査素子とを一体化でき、小型の光源装置およびプロジェクタを提供できる。 According to the present invention, a light emitting element and a scanning element can be integrated, and a compact light source device and projector can be provided.
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態に係る光源装置およびプロジェクタについて、図1、2を参照して説明する。
<First embodiment>
A light source device and a projector according to a first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS.
<光源装置およびプロジェクタの構成>
本実施の形態に係るプロジェクタ1は、図1に示すように、光源装置1_1と制御部1_4とを備える。光源装置1_1は発光素子1_2と走査素子1_3を備え、制御部1_4は発光素子駆動電源1_5と走査素子駆動電源1_6とを備える。発光素子1_2が発光素子駆動電源1_5と接続され、走査素子1_3が走査素子駆動電源1_6と接続される。
<Structure of Light Source Device and Projector>
As shown in FIG. 1, the
<光源装置の動作>
本実施の形態に係るプロジェクタ1における光源装置1_1の動作を、図2(a)を参照して説明する。比較のために、図2(b)に、従来のプロジェクタの光源装置の構成を示す。
<Operation of Light Source Device>
The operation of the light source device 1_1 in the
ここで、光源装置1_1または走査素子1_3’の出射面(表面)に対する垂直方向をZ方向とする。また、Z方向における正方向(Z+方向)を、光源装置1_1または走査素子1_3’から光が出射する側の方向とする。また、Z方向における負方向(Z-方向)を、光源装置1_1または走査素子1_3’から光が出射する側の反対側の方向とする。 Here, the direction perpendicular to the exit surface (surface) of the light source device 1_1 or the scanning element 1_3' is defined as the Z direction. Also, the positive direction (Z+ direction) in the Z direction is defined as the direction in which light is emitted from the light source device 1_1 or the scanning element 1_3'. Also, the negative direction (Z− direction) in the Z direction is the direction opposite to the side from which light is emitted from the light source device 1_1 or the scanning element 1_3'.
従来のプロジェクタの光源装置の構成では、発光素子1_2’の出射光Lを走査素子1_3’で反射して、走査素子1_3’を駆動(回動)して反射光Rを走査する。 In the configuration of the light source device of the conventional projector, the emitted light L of the light emitting element 1_2' is reflected by the scanning element 1_3', and the scanning element 1_3' is driven (rotated) to scan the reflected light R.
この構成では、図2(b)に示すように、発光素子1_2’の出射光Lの進行ベクトルが、負のZ方向成分(Z-)を含み、走査素子1_3’からの反射光Rの進行ベクトルが、正のZ方向成分(Z+)を含む。 In this configuration, as shown in FIG. 2(b), the traveling vector of the emitted light L from the light emitting element 1_2' includes a negative Z-direction component (Z-), and the traveling vector of the reflected light R from the scanning element 1_3' A vector contains a positive Z-direction component (Z+).
このように、この構成における光の進行ベクトルは、負のZ方向成分(Z-)と正のZ方向成分(Z+)を含む。 Thus, the light travel vector in this configuration includes a negative Z-direction component (Z−) and a positive Z-direction component (Z+).
したがって、従来のプロジェクタの光源装置の構成では、反射光Rを利用するので、発光素子1_2’と走査素子1_3’との間に所定の距離を要するため、プロジェクタの小型化が困難である。 Therefore, in the configuration of the light source device of the conventional projector, since the reflected light R is used, a predetermined distance is required between the light emitting element 1_2' and the scanning element 1_3', which makes it difficult to reduce the size of the projector.
一方、本実施の形態に係るプロジェクタ1の光源装置1_1では、発光素子1_2と走査素子1_3とを一体化することにより、反射光を用いることなく、出射光Lまたは透過光Tを用いる。この出射光Lまたは透過光Tを、走査素子1_3を駆動(回動)することにより走査して投影する。
On the other hand, in the light source device 1_1 of the
この構成では、図2(a)に示すように、光源装置1_1の出射光Lまたは透過光Tの進行ベクトルは、負のZ方向成分(Z-)を含まず、正のZ方向成分(Z+)のみを含む。 In this configuration, as shown in FIG. 2(a), the traveling vector of the emitted light L or the transmitted light T from the light source device 1_1 does not contain the negative Z-direction component (Z-) and the positive Z-direction component (Z+ ) only.
したがって、本実施の形態に係る光源装置1_1では、反射光を用いず、発光素子1_2と走査素子1_3とを一体化するので、プロジェクタを小型化できる。 Therefore, in the light source device 1_1 according to the present embodiment, the light emitting element 1_2 and the scanning element 1_3 are integrated without using reflected light, so that the size of the projector can be reduced.
<第1の実施例>
本発明の第1の実施例に係る光源装置およびプロジェクタについて図3、4を参照して説明する。
<First embodiment>
A light source device and a projector according to a first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS.
<光源装置およびプロジェクタの構成>
本実施例に係るプロジェクタ10は、第1の実施の形態と同様の構成を有する。また、本実施例に係る光源装置11は発光素子12と走査素子13を備える。
<Structure of Light Source Device and Projector>
A projector 10 according to this embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. Also, the
図3(a)、(b)それぞれに、本実施例に係る光源装置11の概略鳥瞰図と概略正面図を示す。光源装置11において、図3(a)、(b)に示すように、走査素子13に発光素子12が搭載される。
3A and 3B respectively show a schematic bird's-eye view and a schematic front view of the
走査素子13には、電磁駆動型MEMSを用いる。走査素子13は、第1軸130_1に対して回動可能に形成された可動フレーム132と、その可動フレーム132を支持する固定フレーム131と、第1軸130_1に直交する第2軸130_2に対して回動可能に形成された可動部133とを備える。
An electromagnetically driven MEMS is used for the
また、固定フレーム131の両側には、第1軸130_1と第2軸130_2との間の方向に磁場を形成するための第1の磁石(N極)135_1及び第2の磁石(S極)135_2がそれぞれ配置される。例えば、第1の磁石135_1のN極と第2の磁石135_2のS極が、固定フレーム131の対角線上に配置される。第1の磁石(N極)135_1及び第2の磁石(S極)135_2は、例えば、永久磁石または電磁石で形成できる。
Also, on both sides of the
可動フレーム132は、第1軸130_1の方向に可動フレーム132の両側に形成された第1の梁134_1を介して固定フレーム131内に接続されている。
The
また、図3(b)に示すように、可動フレーム132には、可動フレーム132を、第1軸130_1を中心軸として回動させるための第1の駆動コイル136_1が配置される。例えば、第1の駆動コイル136_1は、可動フレーム132の面内で複数回周回するように巻かれて構成され、その一端は第1の梁134_1を介して固定フレーム131の第1の電極137_1に接続され、他端は第1の梁134_1を介して固定フレーム131の第2の電極137_2に接続される。
Further, as shown in FIG. 3B, the
第1の駆動コイル136_1には、可動フレーム132を駆動させるための第1信号が印加される。第1の駆動コイル136_1に第1信号が印加されれば、第1の磁石(N極)135_1及び第2の磁石(S極)135_2により形成された磁場と第1の駆動コイル136_1に流れる電流により発生したローレンツ力が、可動フレーム132を駆動させ、第1軸130_1を中心軸として回動させる。
A first signal for driving the
一方、可動部133は、可動フレーム132の内部に配置され、可動フレーム132と接続される。可動部133は、第2軸130_2方向に可動部133の両側に形成された第2の梁134_2を介して可動フレーム132の内部に接続される。
On the other hand, the
ここで、第1軸130_1の方向と第2軸130_2の方向とは、互いに直交する方向である。したがって、第1の梁134_1と第2の梁134_2との延長線も互いに直交する。 Here, the direction of the first axis 130_1 and the direction of the second axis 130_2 are directions orthogonal to each other. Therefore, extension lines of the first beam 134_1 and the second beam 134_2 are also orthogonal to each other.
また、図3(b)に示すように、可動部133には、可動部133を、第2軸130_2を中心軸として回動させるための第2の駆動コイル136_2が配置される。例えば、第2の駆動コイル136_2は、可動部133の面内で複数回周回するように巻かれて構成され、その一端は第1の梁134_1と第2の梁134_2を介して固定フレーム131の第3の電極137_3に接続され、他端は第1の梁134_1と第2の梁134_2を介して固定フレーム131の第4の電極137_4に接続される。
Further, as shown in FIG. 3B, the
第2の駆動コイル136_2には、可動部133を駆動させるための第2信号が印加される。第2の駆動コイル136_2に第2信号が印加されれば、第1の磁石(N極)135_1及び第2の磁石(S極)135_2により形成された磁場と第2の駆動コイル136_2に流れる電流により発生したローレンツ力が、可動部133を駆動させ、第2軸130_2を中心軸として回動させる。
A second signal for driving the
発光素子12は、走査素子13の可動部133に搭載される。発光素子12は、赤色のレーザ光を射出する赤色光源素子と、緑色のレーザ光を射出する緑色光源素子と、青色のレーザ光を射出する素子とから構成される。
The
例えば、赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子はそれぞれ、中心波長が630nm、530nm、430nmである半導体レーザ(LD)である。 For example, the red light source element, the green light source element, and the blue light source element are semiconductor lasers (LD) having center wavelengths of 630 nm, 530 nm, and 430 nm, respectively.
このように、発光素子12は、赤色の波長域光と、緑色の波長域光と、青色の波長域光を射出でき、それぞれの光が合成され、色度を変化させる。
In this way, the
本実施例に係るプロジェクタ10では、発光素子駆動電源が、赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子それぞれを駆動する赤色光源駆動用電源と緑色光源駆動用電源と青色光源駆動用電源とを備え、それぞれを駆動する。 In the projector 10 according to the present embodiment, the light emitting element drive power supply includes a red light source drive power supply, a green light source drive power supply, and a blue light source drive power supply for driving the red light source element, the green light source element, and the blue light source element, respectively. , to drive each.
赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子それぞれの駆動電流を変化させることによりそれぞれの光量(光強度)を変化させ、合成される光の色度を変化させる。 By changing the driving current of each of the red light source element, the green light source element, and the blue light source element, the respective light amounts (light intensity) are changed, and the chromaticity of the synthesized light is changed.
<光源装置の動作>
発光素子12から出射される光は、走査素子13を駆動させ、第2軸130_2および第1軸130_1を中心軸として回動させることにより、水平方向および垂直方向に走査する。その結果、画像がスクリーン上に2次元で投影される。
<Operation of Light Source Device>
The light emitted from the
例えば、走査素子13を第2軸130_2を中心軸として回動させ、発光素子12の出射光を水平方向に走査する場合、出射光を高速で走査するために、高周波信号により駆動することが望ましい。
For example, when the
そこで、走査素子13の可動部133を水平方向に駆動する場合、走査素子駆動電源より第2の駆動コイル136_2に印加される第2信号は、高周波信号を用いる。ここで、可動部133と第2の梁134_2とは、それぞれ高周波振動に適した質量及び弾性剛性を有するように設計される。
Therefore, when driving the
また、例えば、走査素子13を第1軸130_1を中心軸として回動させ、発光素子12の出射光を垂直方向に走査する場合、垂直方向には出射光を高速で走査させる必要はないので、低周波信号による駆動でもよい。
Further, for example, when the
そこで、走査素子13の可動フレーム132を垂直方向に駆動する場合、走査素子駆動電源より第1の駆動コイル136_1に印加される第1信号は、低周波信号を用いる。ここで、可動フレーム132と第1の梁134_1とは、それぞれ低周波振動に適した質量及び弾性剛性を有するように設計される。
Therefore, when the
このように、本実施例に係る光源装置11は、走査素子13を駆動させ、第2軸130_2および第1軸130_1を中心軸として回動させることにより、発光素子12の出射光を水平方向および垂直方向に走査できる。
In this manner, the
また、本実施例に係る光源装置11では、従来の光源装置のように発光素子の出射光を反射させることなく、発光素子12の出射光を走査して投影する。したがって、本実施例に係る光源装置11における光の進行ベクトルは、図4に示すように、走査素子13の表面に対する垂直方向成分について正の成分(Z+方向成分)のみを含む。
Further, in the
本実施例に係る光源装置およびプロジェクタによれば、発光素子と走査素子とを一体化できるので、光源装置およびプロジェクタを小型化できる。 According to the light source device and the projector according to this embodiment, the light emitting element and the scanning element can be integrated, so that the light source device and the projector can be miniaturized.
<第2の実施例>
本発明の第2の実施例に係るプロジェクタについて、図5を参照して説明する。
<Second embodiment>
A projector according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
<光源装置およびプロジェクタの構成>
本実施例に係るプロジェクタ20は、第1の実施例に係るプロジェクタ10と同様の構成を有する。
<Structure of Light Source Device and Projector>
The projector 20 according to this embodiment has the same configuration as the projector 10 according to the first embodiment.
図5(a)、(b)それぞれに、本実施例に係る光源装置21の概略鳥瞰図と概略側面図を示す。光源装置21は、図5(a)に示すように、支持台27と走査素子23と発光素子22と備える。
5A and 5B respectively show a schematic bird's-eye view and a schematic side view of the
光源装置21では、発光素子22の上方に走査素子23を配置する。一例として、図5に示すように、支持台27の底壁部の上面に発光素子22を搭載して、発光素子22の上方に走査素子23を配置する。
In the
走査素子23は、可動部233に光透過部238を備える。光透過部238には、板状のガラス等の透過板またはレンズを設ける。また、光透過部238は、可動部233の全面に配置されてもよいし、一部に配置されてもよく、発光素子22の出射光が透過されればよい。
The
走査素子23において、光透過部238以外の駆動機構などの構成は、第1の実施例と同様である。
In the
発光素子22の構成は、第1の実施例と同様である。
The configuration of the
<光源装置の動作>
図5(b)に示すように、発光素子22の出射光Lは、走査素子23の光透過部238を透過して、透過光Tが走査素子23の駆動により走査されスクリーン(図示せず)に投影される。図5(b)では、走査素子23における第1軸230_1での回動の態様を示すが、第2軸230_2においても同様に回動する。
<Operation of Light Source Device>
As shown in FIG. 5B, the emitted light L of the
光透過部238にレンズ239を設ける場合、発光素子22の出射光Lが光透過部238およびレンズ239を透過、屈折して、透過光Tが走査素子23から出射する。その結果、本実施例で透過板を設ける場合および第1の実施例に比べて、レンズ239での屈折角が大きいので、透過光Tの走査範囲を拡大できる。ここで、レンズ以外でもプリズムなどの光を屈折させる素子(光屈折素子)を設けても同様の効果を奏する。
When the
また、光透過部238には、ハーフミラー、偏光板等を設けてもよい。また、回折格子、フォトニック結晶等を用いれば、単一色の光源でも走査素子の傾きにより色を変化させることができる。また、ホログラフィックに関連する素子など光の透過を利用する光学素子を設けてもよい。
In addition, the
また、光透過部238には、ブラインド構造を設けてもよい。例えば、ブラインド構造に、光を透過する部分と光を遮蔽する部分とが交互に配置されたものを用いる。走査素子の回動により、ブラインド構造を透過する光量を変化させることができる。
Also, the
このように、本実施例に係る光源装置21は、走査素子23を駆動させ、第2軸および第1軸を中心軸として回動させることにより、発光素子22の出射光を水平方向および垂直方向に走査できる。
In this way, the
また、本実施例に係る光源装置21では、従来の光源装置のように発光素子22の出射光を反射させることなく、発光素子22の出射光Lを走査素子23に透過させて投影する。したがって、本実施例に係る光源装置21における光の進行ベクトルは、走査素子23の表面に対する垂直方向成分について正の成分(Z+方向成分)のみを含む。
Further, in the
本実施例に係るプロジェクタによれば、発光素子と走査素子とを一体化できるので、プロジェクタを小型化できる。 According to the projector according to this embodiment, the light emitting element and the scanning element can be integrated, so the size of the projector can be reduced.
本発明の実施の形態および実施例では、走査素子に電磁駆動型MEMSを用いる例を示したが、静電駆動型MEMS、圧電駆動型MEMSなどを用いてもよい。 In the embodiments and examples of the present invention, an example of using an electromagnetically driven MEMS as a scanning element is shown, but an electrostatically driven MEMS, a piezoelectrically driven MEMS, or the like may also be used.
静電駆動型MEMSを用いる場合には、本発明の実施の形態における磁石の代わりに、固定フレームと可動フレームとの対向する部分および可動フレームと可動部との対向する部分に、静電容量用の電極を設ければよい。 When an electrostatically driven MEMS is used, instead of the magnets in the embodiments of the present invention, electrostatic capacitive elements are added to the opposing portions of the fixed frame and the movable frame and the opposing portions of the movable frame and the movable portion. electrodes may be provided.
また、圧電駆動型MEMSを用いる場合には、本発明の実施の形態における磁石の代わりに、第1の梁および第2の梁に、圧電素子を設ければよい。 Further, when a piezoelectric driven MEMS is used, piezoelectric elements may be provided on the first and second beams instead of the magnets in the embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態および実施例では、光源装置およびプロジェクタの構成などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。プロジェクタの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。 In the embodiments and examples of the present invention, in the configurations of the light source device and the projector, examples of the structure, dimensions, materials, etc. of each component have been shown, but the present invention is not limited to this. It may be anything as long as it exhibits the function of the projector and produces an effect.
本発明は、投影型のプロジェクタ、画像表示装置に適用することができる。 The present invention can be applied to projection type projectors and image display devices.
10 プロジェクタ
11 光源装置
12 発光素子
13 走査素子
131 固定フレーム
132 可動フレーム
133 可動部
134_1、134_2 梁
135_1、135_2 磁石
136_1、136_2 駆動コイル
137_1、137_2、137_3、137_4 電極
1_4 制御部
1_5 発光素子駆動電源
1_6 走査素子駆動電源
10
Claims (7)
前記光を走査する走査素子とを備え、
前記光の進行ベクトルが、前記走査素子の表面に対する垂直方向成分について正の成分のみを含む
ことを特徴とする光源装置。 comprising a light emitting element that emits light and a scanning element that scans the light,
A light source device, wherein the traveling vector of the light includes only a positive component with respect to a vertical direction component with respect to the surface of the scanning element.
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 2. The light source device according to claim 1, wherein said scanning element rotates in two axial directions.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光源装置。 3. The light source device according to claim 1, wherein the light emitting element is mounted on the scanning element.
前記発光素子の出射光が、前記光透過部を透過する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の光源装置。 the scanning element comprises a light transmitting portion,
3. The light source device according to claim 1, wherein the light emitted from the light emitting element is transmitted through the light transmitting portion.
ことを特徴とする請求項4に記載の光源装置。 5. The light source device according to claim 4, wherein a photorefractive element is provided in said light transmitting portion.
前記可動フレームが、前記可動フレームの両側に形成された第1の梁を介して、前記固定フレーム内に接続され、
前記可動部が、前記可動部の両側に形成された第2の梁を介して、前記可動フレームの内部に接続され、
前記第1の梁の方向が、前記第2の梁の方向に垂直である
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の光源装置。 the scanning element comprises a fixed frame, a movable frame, and a movable portion;
the movable frame is connected within the fixed frame via first beams formed on both sides of the movable frame;
the movable portion is connected to the interior of the movable frame via second beams formed on both sides of the movable portion;
The light source device according to any one of claims 1 to 5, wherein the direction of the first beam is perpendicular to the direction of the second beam.
制御部と
を備えるプロジェクタ。 a light source device according to any one of claims 1 to 6;
A projector comprising a controller and .
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2021
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