JP5263996B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明はレーザービーム走査型のプロジェクタに関する。

近年、レーザー光を用いたレーザープロジェクタが提案されている。レーザー光は、単色性および指向性に優れているので、色再現性の良好な映像を得ることが容易である。レーザープロジェクタの基本的な原理は、非特許文献１に記載されているように、例えばレーザー光源からのレーザー光を水平および垂直に走査する走査ミラーを用い、レーザー光を、垂直走査ミラーで垂直方向に１回走査させる間に水平走査ミラーで複数回往復させることで、ラスタースキャンにより画像を形成することにある。なお、階調表現はレーザー光の出力強度を変調することにより得られる。レーザー光の走査手段としては、走査ミラーとしてガルバノミラーを用いることや、ＭＥＭＳ技術により作製可能なアクチュエータで走査ミラーを走査すること等が知られている。

ところで、レーザー光は非常に小さな発光点から発し、しかも非常に平行度の高い光線なので、レーザー光が人に直接照射される事態は避けなければならない。特に、フロント投射型のプロジェクタの場合には、プロジェクタとスクリーンとの間には何も存在しないので、プロジェクタの動作中に人が誤って投射エリア内に侵入した場合には、レーザー光が人に直接照射されるおそれがある。そのような事態を回避するための技術が特許文献１〜３に提案されている。

また、特にプロジェクタとスクリーンとが一体化した筐体構造のリア投射型のプロジェクタにおいては、人が誤って投射エリアに侵入するおそれはないものの、仮にスクリーンが破損または筐体から脱落した場合には、鑑賞者に向けてレーザー光が直接照射されてしまうことが考えられる。これを防ぐ技術が特許文献４に提案されている。

特開２００６−１７８３４２号公報 特開２００５−３０９１６２号公報 特開２００６−２２７０８３号公報 特開２００７−０１７６４９号公報

"Ｕｌｔｒａ−Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ：Ａ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ， Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐｏｗｅｒｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ" ＳＩＤ ０６ ＤＩＧＥＳＴ ｐ．２０１５−２０１７

上述したような、レーザー光源からのレーザー光を走査することで画像表示を行うプロジェクタでは、仮に走査ミラーに何らかの異常が起きた場合にも、注意すべき事態が生じるおそれがある。走査ミラーに生じうる異常としては、例えば、走査ミラーが機械的あるいは電気的に故障することが考えられる。そのような場合には、水平走査用と垂直走査用の走査ミラーの両方またはどちらか一方が停止した状態になるので、プロジェクタからのレーザー光は２次元の画像を表示せず、スクリーン上の１点を照射し続けるか、あるいは水平または垂直の一直線を表示し続けることになる。ここでレーザー光が照射されているところに注目すると、この状態では、単位時間あたりに照射される光の強度が、２次元の走査を正常に行っているときに比べて大きい。したがって、上記のような異常が発生したままレーザー光を照射し続けることは安全上好ましくないため、そのような状態が続くことは回避すべきである。

走査ミラーに何らかの異常が生じる要因としては、走査ミラー自体の故障等によるプロジェクタの内部要因の他にも、プロジェクタの外部からプロジェクタの内部に何らかの異物が侵入し、その異物が走査ミラーに衝突したときの衝撃で走査ミラーが故障するという外部要因も考えられる。したがって、プロジェクタは、そのような外部要因によって走査ミラーが故障することを避けることができる構成を備えていることが好ましい。

本発明の目的は、走査部に何らかの異常が発生した場合に同じ領域にレーザー光が照射され続けることを防ぐことを可能にするプロジェクタを提供することにある。

本発明の更なる目的は、異物が外部から走査部に侵入することを防ぐことができるプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のプロジェクタは、レーザー光を出射する光源部と、該光源部から出射された前記レーザー光を走査する走査部と、を有するレーザービーム走査型のプロジェクタにおいて、前記走査部による前記レーザー光の走査範囲に配置され、前記レーザー光の一部を反射し、残りを透過させる光学素子と、該光学素子によって反射された前記レーザー光を受光する光検出手段と、該光検出手段が受光した前記レーザー光の光量に基づいて、前記光源部から出射される前記レーザー光の出力を抑制する光源出力抑制手段と、少なくとも前記走査部と前記光検出手段とを収容するケースと、前記光源部と前記光源出力抑制手段とを収容する外装筐体と、を有し、前記ケースは、前記走査部に入射する前記レーザー光が通過する部分に形成された開口部に光透過性の部材が設けられ、かつ前記走査部から出射された前記レーザー光が通過する部分に形成された開口部に前記光学素子が設けられている。

本発明によれば、走査部に何らかの異常が発生した場合に同じ領域にレーザー光が照射され続けることを防ぐことを可能にするプロジェクタを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。 反射型偏光板（投射窓）によるレーザー光の反射について説明する図である。 反射型偏光板（投射窓）によるレーザー光の反射について説明する図である。 反射型偏光板（投射窓）によるレーザー光の反射について説明する図である。 図１に示したプロジェクタの一変形例の概略構成を示す図である。 図（ａ）は図４に示したプロジェクタにおけるケースを示す斜視図であり、図（ｂ）はそのケースの内部を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。

本実施形態のプロジェクタは、赤色（Ｒ）、青色（Ｇ）、緑色（Ｂ）のレーザー光（レーザービーム）をそれぞれ発光する３つのレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇを備えた光源部１０１と、それらの各光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇを制御するＬＤ制御部１０２とを有している。プロジェクタは、さらに、光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇからのレーザー光の光路を略一致させるダイクロミラー１０３，１０４及びミラー１０５と、レーザー光を走査する走査部を構成する垂直走査及び水平走査ミラー１０６，１０７及びそれらを駆動するミラー駆動部１０８，１０９とを有している。

上記の各構成は筐体１１３内に収容されている。筐体１１３の一部には開口部が形成され、その開口部には投射窓１１０が設けられている。走査部で走査されたレーザービームは、その投射窓１１０を透過して筐体１１３の外部に出射される。筐体１１３内には、後述する受光素子１１１とマイコン１１２とがさらに収容されている。

本実施形態では、レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇにはレーザーダイオード（ＬＤ）を使用した。これらのレーザー光源には、ＴＥＭ₀₀で直線偏光光のレーザービームを発する特性を備えたものを用いることが好ましい。近年、レーザー光源の性能向上は目覚しく、高出力すなわち高輝度のレーザービームを発するものが容易に手に入るようになっているため、そのようなレーザー光源を用いることが好ましい。さらに、各光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇから出射されるレーザービームの偏光方向は一致していることが好ましい。そのため、各光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇは出射するレーザービームの偏光方向が一致するように調整されている。

レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇの駆動制御はＬＤ制御部１０２が行う。ＬＤ制御部１０２によって、画像信号に応じて出力が変調されたレーザービームがレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇから出射される。また、後に述べるように、ＬＤ制御部１０２はマイコン１１２からの命令に応じてレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇの発光の停止または出力減衰も行う。

各色のレーザービームは、ダイクロイックミラー１０３，１０４及びミラー１０５によって、それらの光路が略一致するように合成される。本実施形態では、ダイクロイックミラー１０３は、青色（Ｂ）光を反射し、緑色（Ｇ）光および赤色（Ｒ）光を透過させる特性を有している。また、ダイクロイックミラー１０４は、緑色（Ｇ）光を反射し、赤色（Ｒ）光を透過させる特性を有している。ダイクロイックミラーは周知技術であるため、その詳しい構成や原理については説明を省略する。

走査部は、垂直走査ミラー１０６及び水平走査ミラー１０７と、それらを駆動するためのミラー駆動部１０８，１０９とを有している。走査ミラー１０６，１０７としては、ガルバノミラーや、ＭＥＭＳ技術を応用したマイクロミラーを用いることができる。なお、本実施形態では垂直走査ミラー１０６と水平走査ミラー１０７との２つの走査ミラーを備えた構成を例に挙げて説明したが、これらに代えて、垂直方向と水平方向との両方向に走査可能なマイクロミラーを用いてもよい。この場合には、走査部に備える走査ミラーとその駆動部はそれぞれ１つで足りることから、走査部、ひいてはプロジェクタの小型化と部品点数の削減とを図ることができる。

本実施形態では、投射窓１１０は走査部で垂直方向及び水平方向に走査されたレーザー光の走査範囲に配置されている。投射窓１１０には、レーザー光の一部を反射し、残りを透過させる光学素子として、ガラス基板上に微細なアルミワイヤが形成されたワイヤグリッド型の反射型偏光板を用いた。このような反射型偏光板は市販されており、入手可能である。なお、投射窓１１０として用いることができる反射型偏光板はワイヤグリッド型のみに限定されない。入射する直線偏光光に対して、透過軸が一致する偏光成分の光を透過させ、透過軸が一致しない成分の光を反射させる特性を有するものであれば、他の種類の反射型偏光板を投射窓１１０として用いることができる。本実施形態の投射窓（反射型偏光板）１１０は、直線偏光光であるレーザー光の偏光方向に対して反射型偏光板の透過軸が所定の角度ずれた状態で筐体１１３に設置されている。

光検出手段としての受光素子１１１は、反射型偏光板である投射窓１１０で反射した光を検出する。受光素子１１１としてはフォトダイオード等を用いることができる。マイコン１１２は、受光素子１１１による光の検出結果をＬＤ制御部１０２に送信する機能を有している。

上記の各構成を収容する筐体１１３は、走査されたレーザー光を出射する開口部に投射窓１１０を備えた密閉構造を有している。そのため、筐体１１３の外部から走査部に物理的なアクセスができないようになっている。これにより、外部からの異物侵入による走査部の故障、破損が防止されている。

次に、本実施形態のプロジェクタの動作について説明する。

ＬＤ制御部１０２は、レーザー光源１０１の駆動制御およびレーザー光源１０１が出射するレーザー光の強度変調の制御を担う。ＬＤ制御部１０２は、外部装置（不図示）から入力された画像信号に応じて変調されたレーザー光を出射させるように各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇの駆動および変調の制御を行う。各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｇから出射されたレーザー光は、ダイクロイックミラー１０３，１０４及びミラー１０５によって、それらの進行方向及び光路が一致させられた状態で走査部へ入射する。走査部では、ミラー駆動部１０８，１０９によってそれぞれ駆動される垂直走査ミラー１０６及び水平走査ミラー１０７によってレーザー光が２次元に走査される。走査部によって走査されたレーザー光は投射窓１１０を透過して筐体１１３から出射され（レーザービーム１１）、それによって投射画面上に画像が表示される。

ここで、上述したように、投射窓１１０を成す反射型偏光板は、その透過軸がレーザービーム１１の偏光軸に対して所定の角度ずれた状態で筐体１１３に固定されているため、レーザービーム１１の一部はその反射型偏光板によって反射される。反射型偏光板によるレーザービーム１１の反射について、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。

まず、図２に示すように、反射型偏光板４０１に入射するレーザー光が、反射型偏光板４０１の透過軸に対して所定の角度だけ傾いた直線偏光光４１である場合には、直線偏光４１は、反射型偏光板４０１を透過する成分４３と、反射する成分４２とに分解される。ここで、所定の角度とは、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、レーザー光が投射窓１１０に対して垂直に入射するとき（図３Ａに示すレーザービーム５０）の座標軸をＸＹＺとしたとき、ＹＸ平面上における投射窓１１０の偏光軸に対して同レーザー光の偏光方向が成す角度をさしている。図３Ｂを参照すれば、この所定の角度は、投射窓１１０のＸＹ平面上において、投射窓の偏光軸に対してレーザー光の偏光方向が成す角度αである。

図３Ｂを参照すると、ＸＺ平面において、投射窓１１０に対して強度Ｉのレーザービーム１１が角度θで入射したならば、投射窓１１０の反射型偏光板としての作用により、反射型偏光板を透過しない成分である、強度がＩ・ｓｉｎαの反射光が角度θ’の方向に反射する。上述した受光素子１１１は、この光を受光するために反射光１２の進行方向の延長線上に配置されている。なお、入射角と反射角とは等しいので、θ＝θ’である。また角度αは０度から９０度の範囲内で設計者が任意に決めるべき角度である。ＸＺ平面における反射光１２の強度は上記のようにＩ・ｓｉｎαで表されるので、角度αが０度に近くなるほど反射成分の光の強度は弱くなり、逆に角度αが９０度に近くなるほど反射成分の光強度は強くなる。

上記の構成により、走査部が正常に動作しているのであれば、受光素子１１１には反射光１２が入射するため、受光素子１１１は所定の範囲内の強度の光を検出することになる。つまり、レーザービーム１１は走査ミラー１０８，１０９（図１参照）によって走査されているので、走査ミラー１０８，１０９が正常に動作しているのであれば、走査されているレーザービーム１１の一部の光が周期的に受光素子１１１に入射することになる。

ここで、この正常状態のときに受光素子１１１がある周期において受光するであろう光検出量を、ある数値範囲を有する所定光検出量として設定する。所定光検出量がある数値範囲を有するのは、投射する画像の明暗の程度によってレーザービーム１１の強度が異なるため、投射する画像の明暗の程度に応じて、受光素子１１１がある周期において受光するであろう光検出量が変動するためである。この所定光検出量の数値範囲は、投射する画像によらず固定してもよいし、投射する画像に応じて適宜変えてもよい。

走査ミラー１０８，１０９が何らかの異常を起こし、受光素子１１１に反射光１２が入射しない位置で走査ミラーが停止している場合には、受光素子１１１がある周期において検出する光量は実質的にゼロとなるため、ある周期における受光素子１１１による光検出量は所定光検出量よりも少なくなる。一方、受光素子１１１に反射光１２が入射する位置で走査ミラーが停止している場合には、受光素子１１１がある周期の間にわたって光を検出し続けることになるため、ある周期における受光素子１１１による光検出量は所定光検出量よりも大きくなる。判断部としてのマイコン１１２は、受光素子１１１による光検出量が所定光検出量よりも大きいか小さいかを判断し、光検出量が所定光検出量よりも大きい又は小さいと判断すると、ＬＤ制御部１０２に信号を送信する。ＬＤ制御部１０２は、マイコン１１２からその信号を受信すると、各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの駆動を停止するか、それらの出力を減衰させるように、それらのレーザー光源を制御する。このように、判断部としてのマイコン１１２と、光源部１０１の制御を司るＬＤ制御部１０２とは、光源部１０１から出射されるレーザー光の出力を抑制する光源出力抑制手段を構成している。

本実施形態のプロジェクタは、走査部に何らかの異常や故障が生じた場合でも、上述した動作により、ある程度の強度を持ったレーザー光が一定の領域に照射され続けることを防止することができる。

なお、上記説明の中では各色のレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂから出射されるレーザー光の偏光軸を揃えておくことが好ましいと記述したが、必ずしもそうでなくても良い場合がある。例えば、３色のうち少なくとも１色のレーザー光のみの偏光軸を投射窓１１０である反射型偏光板の偏光軸に対して所定角度ずらすことによっても、受光素子１１１で走査部の異常を検出することが可能である。市販のＲ，Ｇ，Ｂ、各色のレーザー光源の定格による出力特性は、投射する画像のホワイトバランスを考えたときには必ずしも適正であるとは限らない。そのような場合には、出力に余裕のある色光のレーザー光源についてのみ、そのレーザー光の偏光軸を反射型偏光板の透過軸に対してずらすだけでも、上述した動作によって、受光素子１１１で走査部の異常を検出することが可能である。

（変形例）
図４は、図１に示したプロジェクタの一変形例の概略構成を示す図である。また、図５（ａ）は図４に示したプロジェクタにおけるケースを示す斜視図であり、図５（ｂ）はそのケースの内部を示す断面図である。

図４に示すように、本変形例のプロジェクタでは、走査部を構成する走査ミラー１０６，１０７及びミラー駆動部１０８，１０９と、受光素子１１１及びマイコン１１２とが箱状のケース２０１内に収容され、これらがユニット化されている。そして、これらの構成を収容したケース２０１と、３つのレーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを含む光源部１０１と、ＬＤ制御部１０２と、ダイクロイックミラー１０３，１０４及びミラー１０５とが、外装筐体２０４内に収容されている。

なお、光源部１０１、ＬＤ制御部１０２、ダイクロイックミラー１０３，１０４及びミラー１０５、垂直走査ミラー１０６、水平走査ミラー１０７、ミラー駆動部１０８，１０９、受光素子１１１、マイコン１１２の各々の機能及び動作については図１等を参照して説明した通りであるので、それらに関する説明は省略する。

図４及び図５に示すように、ケース２０１には、光源部１０１から出射され、ダイクロイックミラー１０３，１０４及びミラー１０５によって進行方向及び光路が一致させられたレーザー光が入射する入射窓２０２と、入射窓２０２からケース２０１内に入射し、走査ミラー１０６，１０７によって走査されたレーザー光が出射する射出窓２０３とが設けられている。

入射窓２０２には光透過性の部材が用いられている。その素材としては、ガラスはもとよりプラスチックを用いることができる。入射窓２０２の表面には反射防止のコーティングを施されていることが好ましい。そうすることで、レーザー光が入射窓２０２を通過する際の光損失を最小限にとどめることができる。入射窓２０２の大きさは、レーザー光のビーム径以上の大きさであれば良い。

射出窓２０３には、図１に示した構成と同様にワイヤグリッド型の反射型偏光板が用いられている。射出窓２０３を成す反射型偏光板は、図１に示した投射窓１１０と同様に、その透過軸がレーザービーム２１の偏光軸に対して所定の角度ずれた状態でケース２０１に固定されている。

箱状のケース２０１は、レーザー光が入射する開口部と出射する開口部とが入射窓２０２と出射窓２０３とによってそれぞれ塞がれ、密閉されている。そのため、ケース２０１の外部から走査部に物理的なアクセスができないようになっている。これにより、外部からの異物侵入による走査部の故障、破損が防止されている。

外装筐体２０４には、ケース２０１の出射窓２０３から出射されたレーザービーム２１を投射画面に投射させるために開口部２０４ａが形成されている。本変形例ではケース２０１によって走査部が保護されているため、外装筐体２０４の開口部２０４ａを窓部材等で覆う必要はない。

本変形例のプロジェクタによる画像投射動作は、図１に示したプロジェクタと同様である。また、本変形例のプロジェクタにおいても、図１に示したプロジェクタと同様に、反射型偏光板である出射窓２０３での反射光２２の光量を受光素子１１１で検出し、その光検出量に基づいてマイコン１１２がＬＤ制御部１０２に信号を送信する。そして、ＬＤ制御部１０２は、マイコン１１２からその信号を受信すると、各レーザー光源１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂの駆動を停止するか、それらの出力を減衰させるように、それらのレーザー光源を制御する。したがって、走査部に何らかの異常や故障が生じた場合でも、この動作により、ある程度の強度を持ったレーザー光が一定の領域に照射され続けることを防止することができる。

さらに、本変形例では、走査部を収容したケース２０１が密閉構造になっているため、外部からケース２０１内にダストが侵入して走査部の動作に影響が生じるおそれがない。そのため、本変形例のプロジェクタは、外装筐体２０４内に設けられた光源部１０１や発熱を伴う回路部品等を冷却するために外部から外装筐体２０４内に空気を取り込む冷却ファンを外装筐体２０４に設けることが可能である。そのため、光源部１０１や回路部品等を良好に冷却することができ、プロジェクタを長時間にわたって安定して動作させることが可能になる。

１１，２１，５０ レーザービーム
１２，２２ 反射光
４１ 直線偏光
４２，４３ 成分
１０１ 光源部
１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ レーザー光源
１０２ ＬＤ制御部
１０３，１０４ ダイクロイックミラー
１０５ ミラー
１０６ 垂直走査ミラー
１０７ 水平走査ミラー
１０８，１０９ ミラー駆動部
１１０ 投射窓
１１３ 筐体
２０１ ケース
２０２ 入射窓
２０３ 出射窓
２０４ 外装筐体
２０４ａ 開口部
４０１ 反射型偏光板

Claims (3)

1. レーザー光を出射する光源部と、該光源部から出射された前記レーザー光を走査する走査部と、を有するレーザービーム走査型のプロジェクタにおいて、
   前記走査部による前記レーザー光の走査範囲に配置され、前記レーザー光の一部を反射し、残りを透過させる光学素子と、
   該光学素子によって反射された前記レーザー光を受光する光検出手段と、
   該光検出手段が受光した前記レーザー光の光量に基づいて、前記光源部から出射される前記レーザー光の出力を抑制する光源出力抑制手段と、
   少なくとも前記走査部と前記光検出手段とを収容するケースと、
   前記光源部と前記光源出力抑制手段とを収容する外装筐体と、を有し、
   前記ケースは、前記走査部に入射する前記レーザー光が通過する部分に形成された開口部に光透過性の部材が設けられ、かつ前記走査部から出射された前記レーザー光が通過する部分に形成された開口部に前記光学素子が設けられていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記光源出力抑制手段は、
   所定の周期において前記光検出手段が受光した前記レーザー光の光量が所定の光検出量よりも大きいかあるいは小さいかを判断し、前記光検出手段が受光した前記レーザー光の光量が前記所定の光検出量よりも大きい又は小さいと判断したときに信号を発する判断部と、
   該判断部から前記信号を受信したときに、前記光源部から出射される前記レーザー光の出力を制限するように前記光源部を制御する制御部と、
   を含む、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記所定の光検出量は数値範囲を有している、請求項２に記載のプロジェクタ。

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