JP5581874B2

JP5581874B2 - プロジェクタ用光学装置

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Publication number: JP5581874B2
Application number: JP2010169663A
Authority: JP
Inventors: 誠二竹本; 裕高橋
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-07-28
Also published as: JP2012032451A

Description

この発明は、プロジェクタ用光学装置に関し、特に、レーザ光発生部を備えるプロジェクタ用光学装置に関する。

従来、レーザ光発生部を備えるプロジェクタ用光学装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、水平方向にレーザ光を照射する１つの光源（レーザ光発生部）と、光源から照射されたレーザ光の一部を斜め上方に反射し、かつ、残りの光を水平方向に透過するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーにより反射されたレーザ光を再び水平方向に反射する反射ミラーと、この反射ミラーにより反射されたレーザ光を下方および上方に反射する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタにより下方に反射されたレーザ光を水平方向に導光する色合成素子と、色合成素子により導光されたレーザ光をスクリーンなどの投影領域に投影する投影レンズとを備える投影光学装置（プロジェクタ用光学装置）が開示されている。この投影光学装置では、偏光ビームスプリッタの上方（偏光ビームスプリッタの下方側の色合成素子とは反対側）には、偏光ビームスプリッタにより上方に反射されたレーザ光が入射される反射型液晶パネルが設けられている。この反射型液晶パネルの上端部は、反射ミラーの上端部よりも高い位置に配置されている。これにより、光源の下端部から反射型液晶パネルの上端部までの寸法が、この投影光学装置の高さに相当している。

特開２００８−２９２８６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の投影光学装置では、たとえば、投影光学装置内に複数の光源を新たに設ける場合には、投影光学装置内に設けられる光源の上端部の高さ位置が反射型液晶パネルの上端部の高さ位置よりも高い位置に配置される場合があると考えられる。この場合、複数の光源を新たに設けることにより、投影光学装置の高さ方向の寸法がより大きくなるという不都合があると考えられる。これにより、投影光学装置の薄型化を図るのが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、薄型化を図ることが可能なプロジェクタ用光学装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面によるプロジェクタ用光学装置は、任意の投影領域に画像を投影する投影部と、第１のレーザ光を照射する第１レーザ光発生部と、第１レーザ光発生部の上方に配置され、第２のレーザ光を照射する第２レーザ光発生部と、第１レーザ光発生部から照射された第１のレーザ光を反射するための第１光学部材と、第１光学部材により反射された第１のレーザ光を投影部に向けて反射し、かつ、第２レーザ光発生部から照射された第２のレーザ光を投影部に向けて透過するための第２光学部材と、投影部の上方に配置されるとともに、投影部により導光された第１のレーザ光および第２のレーザ光を反射する第３光学部材とを備え、第３光学部材の高さ位置が第２レーザ光発生部の高さ位置と重なるように、第２レーザ光発生部から投影部に向けて照射された第２のレーザ光の光軸が水平方向に対して下方に傾斜するように配置されている。

この発明の一の局面によるプロジェクタ用光学装置では、上記のように、第３光学部材の高さ位置が第２レーザ光発生部の高さ位置と重なるように、第２レーザ光発生部から投影部に向けて照射された第２のレーザ光の光軸を水平方向に対して下方に傾斜するように配置することによって、第３光学部材および第２レーザ光発生部をプロジェクタ用光学装置内の高さ方向において適切な位置に配置することができるので、プロジェクタ用光学装置の高さを小さくしやすくすることができる。これにより、プロジェクタ用光学装置の高さが小さくなる分、プロジェクタ用光学装置の薄型化を図ることができる。

上記一の局面によるプロジェクタ用光学装置において、好ましくは、第１光学部材により反射された第１のレーザ光の光軸は、鉛直方向に対して所定の角度傾斜するように構成されており、第１光学部材により反射された第１のレーザ光の光軸の第２光学部材の入射面と垂直な方向に対する第１傾斜角度と、第２レーザ光発生部から第２光学部材に向けて照射された第２のレーザ光の光軸の第２光学部材の入射面と垂直な方向に対する第２傾斜角度とが互いに略一致するように、第２光学部材の水平方向に対する傾斜角度が調整されている。このように構成すれば、第２光学部材により反射された第１のレーザ光の光軸と、第２光学部材により透過された第２のレーザ光の光軸とを正確に一致させて投影部に向けて照射させることができる。

この場合、好ましくは、第２光学部材の入射面と垂直な方向から第１のレーザ光および第２のレーザ光が第２光学部材に入射する場合のビームスポット径に対する、第２光学部材に第１傾斜角度で入射する第１のレーザ光および第２光学部材に第２傾斜角度で入射する第２のレーザ光のビームスポット径の変化量が１割以下になるように、第２光学部材の水平方向に対する傾斜角度が調整されている。このように構成すれば、第２光学部材により反射された第１のレーザ光および第２光学部材により透過された第２のレーザ光のビームスポット径の変化量を実用上問題のない１割以下に抑制した状態で、第１のレーザ光および第２のレーザ光を投影部に向けて照射させることができる。

上記一の局面によるプロジェクタ用光学装置において、好ましくは、第２レーザ光発生部の上端部の高さ位置と、第３光学部材の上端部の高さ位置とは、略同じである。このように構成すれば、プロジェクタ用光学装置の高さを第１レーザ光発生部の下端部から第２レーザ光発生部の上端部（第３光学部材の上端部）までの高さ（厚み）にすることができるので、プロジェクタ用光学装置の高さをより小さくすることができる。

上記一の局面によるプロジェクタ用光学装置において、好ましくは、第２レーザ光発生部の下方に配置され、第３のレーザ光を照射する第３レーザ光発生部をさらに備え、第３レーザ光発生部から照射された第３のレーザ光の光軸と、第２レーザ光発生部から照射された第２のレーザ光の光軸とは、各々水平方向に対して互いに反対の方向に略同じ角度で傾斜するように構成されている。このように構成すれば、第２光学部材により投影部に向けて反射された第３のレーザ光の光軸と、第２光学部材により投影部に向けて透過された第２のレーザ光の光軸とを正確に一致させることができる。

本発明の一実施形態によるレーザ光源が実装された携帯電話機の使用状態を示した模式図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源が実装された携帯電話機の構成を示したブロック図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源の構成を示したブロック図である。比較例によるレーザ光源の一部を示した図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源の一部を示した図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源において、光軸の傾斜角度に対するビームスポットの直径の変化量を示したシミュレーション結果である。本発明の一実施形態によるレーザ光源において、開口数（ＮＡ）が０．０１２の場合の光軸の傾斜角度に対するビームスポットの直径の変化量を示した図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源において、開口数（ＮＡ）が０．０２２の場合の光軸の傾斜角度に対するビームスポットの直径の変化量を示した図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源において、開口数（ＮＡ）が０．０３３の場合の光軸の傾斜角度に対するビームスポットの直径の変化量を示した図である。本発明の一実施形態によるレーザ光源において、開口数（ＮＡ）が０．０４２の場合の光軸の傾斜角度に対するビームスポットの直径の変化量を示した図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による携帯電話機１００の構成を説明する。

本発明の一実施形態による携帯電話機１００では、装置本体内部にレーザ光源６０（図２参照）が実装されている。これにより、図１に示すように、携帯電話機１００をテーブル１０上に載置して使用することにより、プレゼンテーション用の画像１２をスクリーン１などの投影領域に向けて投影するように構成されている。なお、レーザ光源６０は、本発明の「プロジェクタ用光学装置」の一例である。

携帯電話機１００には、装置本体の各種操作を行うための複数の操作ボタン２０と、静止画像または動画を表示するための表示画面部２１と、音声を出力するスピーカ２２と、音声を拾うマイク２３とが設けられている。

また、図２に示すように、装置本体（携帯電話機１００）内部には、制御処理ブロック３０と、データ処理ブロック４０と、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５０と、上述のレーザ光源６０と、ＶｉｄｅｏＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）７０と、ビームスプリッタ８０と、拡大レンズ９０とが内蔵されている。

制御処理ブロック３０は、装置本体（携帯電話機１００）の制御を司る制御部３１と、外部ビデオ信号を受信するためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）としてのＶｉｄｅｏＩ／Ｆ３２と、ＳＤ−ＲＡＭ３３と、外部Ｉ／Ｆ３４とを含んでいる。

制御部３１は、使用者の操作ボタン２０の操作内容に応じた信号を受信するように構成されている。また、ＶｉｄｅｏＩ／Ｆ３２には、携帯電話機１００の外部から与えられた外部ビデオ信号が入力されるように構成されている。また、外部Ｉ／Ｆ３４は、たとえば、ＳＤカード９１などのメモリを装着することが可能に構成されている。そして、制御部３１は、ＳＤカード９１からデータを読み出して、ＶｉｄｅｏＲＡＭ７０に格納する制御を行うように構成されている。

データ処理ブロック４０は、データ／階調変換器４１と、ビットデータ変換器４２と、タイミングコントローラ４３と、データコントローラ４４とを含んでいる。デジタル信号プロセッサ５０は、ミラーサーボブロック５１と、変換器５２とを含んでいる。

データ処理ブロック４０では、タイミングコントローラ４３は、制御部３１と相互に通信することにより、制御部３１から出力される信号に基づいて、データコントローラ４４を介してＶｉｄｅｏＲＡＭ７０に保持されているデータを読み出すように構成されている。データコントローラ４４は、読み出したデータをビットデータ変換器４２に送信するように構成されている。ビットデータ変換器４２は、タイミングコントローラ４３からの信号に基づいて、データをデータ／階調変換器４１に送信するように構成されている。

データ／階調変換器４１は、ビットデータ変換器４２から出力されたデータを赤色（Ｒ：Ｒｅｄ）、緑色（Ｇ：Ｇｒｅｅｎ）および青色（Ｂ：Ｂｌｕｅ）の３色の階調データに変換し、変換後の各データをレーザ光源６０（図３参照）の赤色レーザ制御回路６１と、緑色レーザ制御回路６２と、青色レーザ制御回路６３とにそれぞれ送信するように構成されている。

また、図３に示すように、赤色レーザ制御回路６１と、緑色レーザ制御回路６２と、青色レーザ制御回路６３とには、それぞれ、赤色レーザ光を照射する赤色ＬＤ（レーザダイオード）６１ａと、緑色レーザ光を照射する緑色ＬＤ６２ａと、青色レーザ光を照射する青色ＬＤ６３ａとが接続されている。また、レーザ光源６０において、赤色ＬＤ６１ａは、青色ＬＤ６３ａよりも装置の高さ方向（Ｚ方向）の上方（矢印Ｚ１方向）に配置されており、青色ＬＤ６３ａは、緑色ＬＤ６２ａの上方（矢印Ｚ１方向）に配置されている。つまり、高さ方向に沿って（下方から上方に向かって）、緑色ＬＤ６２ａ、青色ＬＤ６３ａおよび赤色ＬＤ６１ａの順序で配置されている。なお、赤色ＬＤ６１ａ、緑色ＬＤ６２ａおよび青色ＬＤ６３ａは、それぞれ、本発明の「第２レーザ光発生部」、「第１レーザ光発生部」および「第３レーザ光発生部」の一例である。また、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光は、本発明の「第２のレーザ光」、「第１のレーザ光」および「第３のレーザ光」の一例である。

また、赤色レーザ制御回路６１は、データ／階調変換器４１から入力された赤色の階調データを赤色ＬＤ６１ａに送信するように構成されている。同様にして、青色レーザ制御回路６３は、データ／階調変換器４１から入力された青色の階調データを青色ＬＤ６３ａに送信するように構成されている。また、緑色レーザ制御回路６２は、データ／階調変換器４１から入力された緑色の階調データを緑色ＬＤ６２ａに送信するように構成されている。

また、レーザ光源６０は、ミラー６４と、４つのコリメートレンズ６５ａ、６５ｂ、６５ｃおよび６５ｄと、２つのビームスプリッタ６６ａおよび６６ｂと、レンズ６７と、レーザ光を水平方向および垂直方向に走査するためのＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）ミラー６８と、ミラー６９と、ＭＥＭＳミラー６８を水平方向および垂直方向に駆動させるためのアクチュエータ７１とを含んでいる。なお、ミラー６４は、本発明の「第１光学部材」の一例であり、ビームスプリッタ６６ａは、本発明の「第２光学部材」の一例である。また、ＭＥＭＳミラー６８は、本発明の「投影部」の一例であり、ミラー６９は、本発明の「第３光学部材」の一例である。また、ミラー６９は、ＭＥＭＳミラー６８の上方に配置されるとともに、ＭＥＭＳミラー６８により反射されたレーザ光をスクリーン１１（図２参照）などの投影領域に照射するように構成されている。

赤色ＬＤ６１ａは、ＭＥＭＳミラー６８側（矢印Ｙ１方向）に向けて赤色レーザ光を照射するように構成されている。ここで、本実施形態では、赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置は、ミラー６９の上端部６９１の高さ位置と略同じになるように、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸が、水平方向（Ｙ方向）に対して時計回り方向（下方）に傾斜するように配置されている。

また、赤色レーザ光は、コリメートレンズ６５ａを透過して、ビームスプリッタ６６ａの赤色ＬＤ６１ａ側（矢印Ｙ２方向側）の入射面６６１ａに入射されるように構成されている。なお、本実施形態では、ビームスプリッタ６６ａの分解能を示す指数である開口数（ＮＡ）を０．０２２としている。また、赤色レーザ光がビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ａに入射される際には、赤色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ａと垂直な方向（Ｙ方向）に対して時計回り方向に約１１°以下の傾斜角度αで入射されるように構成されている。

また、赤色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａのＭＥＭＳミラー６８側（矢印Ｙ１方向側）の出射面６６１ｂと垂直な方向（Ｙ方向）に対して時計回り方向に約１１°以下の傾斜角度αで出射されるように構成されている。なお、ビームスプリッタ６６ａから出射されるレーザ光（赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光）のビームスポットの直径は、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ａに対して垂直に入射されるレーザ光のビームスポットの直径と比較して、ビームスポットの直径の変化量が約８．２％（１割（１０％）以下）に抑制された状態で出射されるように構成されている。なお、ビームスポットの直径とは、レーザ光のＭＥＭＳミラー６８の照射面（反射面）に照射されるビームスポットの直径である。

また、ビームスプリッタ６６ａを透過した赤色レーザ光は、コリメートレンズ６５ｂおよびレンズ６７のそれぞれの入射面に対して垂直に入射されるとともに、透過されるように構成されている。そして、レンズ６７を透過したレーザ光は、ＭＥＭＳミラー６８およびミラー６９により反射された後、スクリーン１１（図２参照）に投影されるように構成されている。

また、緑色ＬＤ６２ａは、水平方向（矢印Ｙ２方向）に緑色レーザ光を照射するように構成されている。この緑色レーザ光は、ミラー６４により矢印Ｚ１方向に反射されるとともに、コリメートレンズ６５ｄおよびビームスプリッタ６６ｂのそれぞれの入射面に対して垂直に入射されるとともに透過された後、ビームスプリッタ６６ａのビームスプリッタ６６ｂ側（矢印Ｚ２方向側）の入射面６６１ｃに入射されるように構成されている。また、本実施形態では、緑色ＬＤ６２ａから照射され、ミラー６４により反射された緑色レーザ光の光軸は、鉛直方向（Ｚ方向）に対して反時計回り方向に傾斜するように配置されている。

また、緑色レーザ光がビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃに入射される際には、緑色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃと垂直な方向（Ｚ方向）に対して反時計回り方向に約１１°以下の傾斜角度αで入射されるように構成されている。つまり、本実施形態では、緑色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃと垂直な方向に対する傾斜角度αと、赤色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ａと垂直な方向に対する傾斜角度αとが互いに一致するように、ビームスプリッタ６６ａの傾斜角度が調整されている。

また、ビームスプリッタ６６ａに入射された緑色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａ内において赤色レーザ光と合成されるとともに矢印Ｙ１方向に反射されるように構成されている。その後、緑色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａのＭＥＭＳミラー６８側（矢印Ｙ１方向側）の出射面６６１ｂと垂直な方向（矢印Ｙ１方向）に対して約１１°以下の傾斜角度αでビームスプリッタ６６ａから出射されるように構成されている。その後、緑色レーザ光は、コリメートレンズ６５ｂおよびレンズ６７を透過して、ＭＥＭＳミラー６８に入射されるように構成されている。

また、青色ＬＤ６３ａは、矢印Ｙ１方向に青色レーザ光を照射するように構成されている。また、本実施形態では、青色ＬＤ６３ａから照射された青色レーザ光の光軸は、水平方向（Ｙ方向）に対して反時計回り方向に傾斜するように配置されている。つまり、青色レーザ光の光軸と、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸とは、水平方向（Ｙ方向）に対して互いに反対方向に略同じ角度αで傾斜するように構成されている。具体的には、青色レーザ光の光軸は、水平方向（Ｙ方向）に対して反時計回り方向に傾斜するように配置されており、赤色レーザ光の光軸は、水平方向（Ｙ方向）に対して時計回り方向に傾斜するように配置されている。

また、青色レーザ光は、コリメートレンズ６５ｃを透過して、ビームスプリッタ６６ｂの入射面に対して垂直に入射されるように構成されている。このとき、青色レーザ光の光軸は、緑色レーザ光の光軸に対して垂直に入射されるように構成されている。そして、青色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ｂ内において緑色レーザ光と合成されるとともに矢印Ｚ１方向に反射および透過された後に、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃに入射されるように構成されている。

また、青色レーザ光がビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃに入射される際には、青色レーザ光は、緑色レーザ光がビームスプリッタ６６ａに入射する際と同様に、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃと垂直な方向に対して反時計回り方向に約１１°の傾斜角度αで入射されるように構成されている。つまり、青色レーザ光がビームスプリッタ６６ａに入射する際においても、青色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃと垂直な方向に対する傾斜角度αと、赤色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ａと垂直な方向に対する傾斜角度αとが互いに一致するように、ビームスプリッタ６６ａの傾斜角度が調整されている。

そして、青色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａ内において赤色レーザ光と合成されるとともに矢印Ｙ１方向に反射および透過された後に、ビームスプリッタ６６ａの矢印Ｙ１方向側の出射面６６１ｂと垂直な方向に対して約１１°以下の傾斜角度αでビームスプリッタ６６ａから出射されるように構成されている。その後、青色レーザ光は、コリメートレンズ６５ｂおよびレンズ６７を透過して、ＭＥＭＳミラー６８に入射されるように構成されている。

次に、図４および図５を参照して、本実施形態によるミラー６９の上端部６９１の高さ位置と赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置とが略同じになるように、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸が水平方向に対して下方に傾斜するように配置されている場合と、比較例によるミラー６９の上端部６９１の高さ位置が赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置よりも高く、かつ、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸が水平方向に対して傾斜しないように（水平方向に）配置されている場合とについて説明する。

図４に示すように、比較例によるレーザ光源１６０では、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸は、水平方向（Ｙ方向）に対して傾斜しないように配置されている。また、ミラー６９の上端部６９１は、赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置（Ｚ方向）よりも高い位置に配置されており、ミラー６９の上端部６９１の高さと、赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さとの差は、ｈ１である。ここで、レーザ光源１６０の高さ（緑色ＬＤ６２ａの下端部からミラー６９の上端部６９１までの最大高さ）は、ｈ２である。

また、緑色ＬＤ６２ａから矢印Ｙ２方向（水平方向）に照射された緑色レーザ光は、ミラー６４により矢印Ｚ１方向（鉛直方向）に反射され、コリメートレンズ６５ｄおよびビームスプリッタ６６ｂを透過して、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃに対してそれぞれ垂直に入射するように構成されている。また、ビームスプリッタ６６ａに入射された緑色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａ内において矢印Ｙ１方向に反射および透過され、ビームスプリッタ６６ａの出射面６６１ｂに対して垂直にビームスプリッタ６６ａから出射されように構成されている。

また、青色ＬＤ６３ａから照射された青色レーザ光の光軸は、矢印Ｙ１方向（水平方向）に対して傾斜しないように配置されている。そして、青色レーザ光は、コリメートレンズ６５ｃを透過して、ビームスプリッタ６６ｂに対して垂直に入射されるように構成されている。また、ビームスプリッタ６６ｂに入射された青色レーザ光は、緑色レーザ光と合成されるとともに、矢印Ｚ１方向（鉛直方向）に反射および透過され、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃに対して垂直に入射するように構成されている。また、ビームスプリッタ６６ａに入射された青色レーザ光は、ビームスプリッタ６６ａ内において矢印Ｙ１方向に反射および透過され、ビームスプリッタ６６ａの出射面６６１ｂに対して垂直にビームスプリッタ６６ａから出射されように構成されている。

一方、上記比較例によるレーザ光源１６０の構成に対して、本実施形態によるレーザ光源６０では、図５に示すように、ミラー６９の上端部６９１の高さ位置と、赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置とを水平方向に一致させて（揃えて）いる。このため、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸が、水平方向に対して傾斜するように配置されている。これにより、本実施形態によるレーザ光源６０の最大高さは、緑色ＬＤ６２ａの下端部から赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａ（ミラー６９の上端部６９１）までの高さｈ４となり、比較例によるレーザ光源１６０の高さｈ２から高さｈ３だけ小さくすることが可能である。

次に、図６〜図１０を参照して、本実施形態によるレーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面と垂直な方向に対する傾斜角度α［°］と、レーザ光のビームスプリッタ６６ａの透過反射後のビームスポットの直径の変化量［％］との関係について、開口数（ＮＡ）を０．０１２、０．０２２、０．０３３および０．０４２の各値に変化させた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、レーザ光のビームスプリッタ６６ａの透過反射後のビームスポットの直径の変化量［％］は、各開口数（ＮＡ）における傾斜角度を０°とした場合のビームスポットの直径の大きさを基準として算出している。

図６において、横軸は、ビームスプリッタ６６ａに入射する赤色（緑色、青色）レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面と垂直な方向に対する傾斜角度を示している。また、縦軸は、赤色（緑色、青色）レーザ光のビームスプリッタ６６ａの透過反射後のビームスポットの直径の変化量［％］を示している。

まず、図６および図７に示すように、ＮＡ＝０．０１２の場合について説明する。傾斜角度が０°の場合には、ビームスポットの直径が５０７［μｍ］であり、変化量が０．０［％］である。傾斜角度が４°の場合には、ビームスポットの直径が５１６［μｍ］であり、変化量が１．８［％］であった。傾斜角度が８°の場合には、ビームスポットの直径が５１６［μｍ］であり、変化量が１．８［％］であった。傾斜角度が１２°の場合には、ビームスポットの直径が５１５［μｍ］であり、変化量が１．６［％］であった。傾斜角度が１６°の場合には、ビームスポットの直径が５１６［μｍ］であり、変化量が１．８［％］であった。傾斜角度が２０°の場合には、ビームスポットの直径が５１６［μｍ］であり、変化量が１．８［％］であった。なお、本実施形態では、ビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下である場合を実用上問題がない許容範囲内と判断した。これにより、ＮＡ＝０．０１２の場合では、傾斜角度が２０°以下の範囲において、傾斜角度に関係なくビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下であるので、実用上問題がない許容範囲内であることが判明した。

次に、図６および図８に示すように、ＮＡ＝０．０２２の場合について説明する。傾斜角度が０°の場合には、ビームスポットの直径が４２７［μｍ］であり、変化量が０．０［％］である。傾斜角度が４°の場合には、ビームスポットの直径が４６１［μｍ］であり、変化量が８．０［％］であった。傾斜角度が８°の場合には、ビームスポットの直径が４６１［μｍ］であり、変化量が８．０［％］であった。傾斜角度が１１°の場合には、ビームスポットの直径が４６２［μｍ］であり、変化量が８．２［％］であった。傾斜角度が１２°の場合には、ビームスポットの直径が４６３［μｍ］であり、変化量が８．４［％］であった。傾斜角度が１６°の場合には、ビームスポットの直径が４６５［μｍ］であり、変化量が８．９［％］であった。傾斜角度が１７°の場合には、ビームスポットの直径が４６６［μｍ］であり、変化量が９．１［％］であった。傾斜角度が１８°の場合には、ビームスポットの直径が４６８［μｍ］であり、変化量が９．６［％］であった。傾斜角度が１９°の場合には、ビームスポットの直径が４７２［μｍ］であり、変化量が１０．５［％］であった。傾斜角度が２０°の場合には、ビームスポットの直径が４７５［μｍ］であり、変化量が１１．２［％］であった。これにより、ＮＡ＝０．０２２の場合では、傾斜角度が１８°以下の範囲において、傾斜角度に関係なくビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下であるので、実用上問題がない許容範囲内であることが判明した。また、傾斜角度が１９°以上の範囲において、ビームスポットの直径の変化量が１０［％］よりも大きいため、実用上問題が発生すると考えられる許容範囲外であることが判明した。

次に、図６および図９に示すように、ＮＡ＝０．０３３の場合について説明する。傾斜角度が０°の場合には、ビームスポットの直径が４３６［μｍ］であり、変化量が０．０［％］である。傾斜角度が４°の場合には、ビームスポットの直径が４６４［μｍ］であり、変化量が６．４［％］であった。傾斜角度が８°の場合には、ビームスポットの直径が４５８［μｍ］であり、変化量が５．０［％］であった。傾斜角度が１２°の場合には、ビームスポットの直径が４６８［μｍ］であり、変化量が７．３［％］であった。傾斜角度が１５°の場合には、ビームスポットの直径が４７７［μｍ］であり、変化量が９．４［％］であった。傾斜角度が１６°の場合には、ビームスポットの直径が４８０［μｍ］であり、変化量が１０．１［％］であった。傾斜角度が１７°の場合には、ビームスポットの直径が４８４［μｍ］であり、変化量が１１．０［％］であった。傾斜角度が１８°の場合には、ビームスポットの直径が４９２［μｍ］であり、変化量が１２．８［％］であった。傾斜角度が２０°の場合には、ビームスポットの直径が５０７［μｍ］であり、変化量が１６．３［％］であった。これにより、ＮＡ＝０．０３３の場合では、傾斜角度が１５°以下の範囲において、傾斜角度に関係なくビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下であるので、実用上問題がない許容範囲内であることが判明した。また、傾斜角度が１６°以上の範囲において、ビームスポットの直径の変化量が１０［％］よりも大きいため、実用上問題が発生すると考えられる許容範囲外であることが判明した。

次に、図６および図１０に示すように、ＮＡ＝０．０４２の場合について説明する。傾斜角度が０°の場合には、ビームスポットの直径が４４９［μｍ］であり、変化量が０．０［％］である。傾斜角度が４°の場合には、ビームスポットの直径が４５３［μｍ］であり、変化量が０．９［％］であった。傾斜角度が８°の場合には、ビームスポットの直径が４５６［μｍ］であり、変化量が１．６［％］であった。傾斜角度が１２°の場合には、ビームスポットの直径が４６７［μｍ］であり、変化量が４．０［％］であった。傾斜角度が１３°の場合には、ビームスポットの直径が４７２［μｍ］であり、変化量が５．１［％］であった。傾斜角度が１４°の場合には、ビームスポットの直径が４７９［μｍ］であり、変化量が６．７［％］であった。傾斜角度が１５°の場合には、ビームスポットの直径が５０７［μｍ］であり、変化量が１２．９［％］であった。傾斜角度が１６°の場合には、ビームスポットの直径が５３３［μｍ］であり、変化量が１８．７［％］であった。傾斜角度が２０°の場合には、ビームスポットの直径が８６４［μｍ］であり、変化量が９２．４［％］であった。これにより、ＮＡ＝０．０４２の場合では、傾斜角度が１４°以下の範囲において、傾斜角度に関係なくビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下であるので、実用上問題がない許容範囲内であることが判明した。また、傾斜角度が１５°以上の範囲において、ビームスポットの直径の変化量が１０［％］よりも大きいため、実用上問題が発生すると考えられる許容範囲外であることが判明した。なお、上記シミュレーションでは、開口数（ＮＡ）に関係なく１４°以下の傾斜角度において、ビームスポットの直径の変化量が１０［％］以下であることが確認されるとともに、実用上問題がない許容範囲内であることが判明した。

本実施形態では、上記のように、ミラー６９の高さ位置が赤色ＬＤ６１ａの高さ位置と重なるように、赤色ＬＤ６１ａからＭＥＭＳミラー６８に向けて照射された赤色レーザ光の光軸を水平方向（Ｙ方向）に対して下方（矢印Ｚ２方向）に傾斜するように配置することによって、ミラー６９および赤色ＬＤ６１ａをレーザ光源６０内の高さ方向（Ｚ方向）において適切な位置に配置することができるので、レーザ光源６０の高さを小さくしやすくすることができる。これにより、レーザ光源６０の高さが小さくなる分、レーザ光源６０の薄型化を図ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ミラー６４により反射された緑色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面と垂直な方向に対する第１傾斜角度（約１１°）と、赤色ＬＤ６１ａからビームスプリッタ６６ａに向けて照射された赤色レーザ光の光軸のビームスプリッタ６６ａの入射面と垂直な方向に対する第２傾斜角度（約１１°）とが互いに略一致するように、ビームスプリッタ６６ａの水平方向（Ｙ方向）に対する傾斜角度（約１１°）を調整することによって、ビームスプリッタ６６ａにより反射された緑色レーザ光の光軸と、ビームスプリッタ６６ａにより透過された赤色レーザ光の光軸とを正確に一致させてＭＥＭＳミラー６８に向けて照射させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、ビームスプリッタ６６ａの入射面６６１ｃおよび入射面６６１ａと垂直な方向から緑色レーザ光および赤色レーザ光がビームスプリッタ６６ａに入射する場合のビームスポット径に対する、ビームスプリッタ６６ａに第１傾斜角度（約１１°）で入射する緑色レーザ光およびビームスプリッタ６６ａに第２傾斜角度（約１１°）で入射する赤色レーザ光のビームスポットの直径の変化量が１割以下になるように、ビームスプリッタ６６ａの水平方向（Ｙ方向）に対する傾斜角度を調整することによって、ビームスプリッタ６６ａにより反射された緑色レーザ光およびビームスプリッタ６６ａにより透過された赤色レーザ光のビームスポットの直径の変化量を実用上問題のない１割以下に抑制した状態で、緑色レーザ光および赤色レーザ光をＭＥＭＳミラー６８に向けて照射させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａの高さ位置と、ミラー６９の上端部６９１の高さ位置とを、略同じにすることによって、レーザ光源６０の高さを緑色ＬＤ６２ａの下端部から赤色ＬＤ６１ａの上端部６１１ａ（ミラー６９の上端部６９１）までの高さ（厚み）にすることができるので、レーザ光源６０のＺ方向の高さをより小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、青色ＬＤ６３ａから照射された青色レーザ光の光軸と、赤色ＬＤ６１ａから照射された赤色レーザ光の光軸とを、各々水平方向（Ｙ方向）に対して互いに反対の方向に略同じ角度（約１１°）で傾斜させることによって、ビームスプリッタ６６ａにより投影部に向けて反射された青色レーザ光の光軸と、ビームスプリッタ６６ａにより投影部に向けて透過された赤色レーザ光の光軸とを正確に一致させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明のプロジェクタ用光学装置を携帯電話機に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）やＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）などに適用してもよい。

また、上記実施形態では、赤色ＬＤの上端部の高さ位置とミラー６９の上端部の高さ位置とを略同じにする場合を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、水平方向から見て赤色ＬＤの高さ位置がミラー６９の高さ位置と重なる（オーバラップする）ように赤色ＬＤおよびミラーを配置してもよい。

また、上記実施形態では、赤色レーザ光の光軸がビームスプリッタの入射面と垂直な方向に対して時計回り方向に約１１°以下の傾斜角度で入射される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図６に示した上記シミュレーション結果に基づき、開口数（ＮＡ）が０．０１２の場合には、約２０°以下の範囲内において赤色レーザ光の光軸を傾斜させてもよい。また、開口数（ＮＡ）が０．０２２の場合には、約１８°以下の範囲内において赤色レーザ光の光軸を傾斜させてもよい。また、開口数（ＮＡ）が０．０３３の場合には、約１５°以下の範囲内において赤色レーザ光の光軸を傾斜させてもよい。また、開口数（ＮＡ）が０．０４２の場合には、約１４°以下の範囲内において赤色レーザ光の光軸を傾斜させてもよい。この変形例のように構成しても、ビームスポットの直径の変化量を１割以下にすることが可能である。

また、上記実施形態では、本発明の第１のレーザ光を照射する第１レーザ光発生部の一例として緑色レーザ光を照射する緑色ＬＤを示し、本発明の第２のレーザ光を照射する第２レーザ光発生部の一例として赤色レーザ光を照射する赤色ＬＤを示し、本発明の第３のレーザ光を照射する第３レーザ光発生部の一例として青色レーザ光を照射する青色ＬＤを示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、第１のレーザ光を照射する第１レーザ光発生部に緑色以外のレーザ光発生部を適用してもよいし、第２のレーザ光を照射する第２レーザ光発生部に赤色以外のレーザ光発生部を適用してもよいし、第３のレーザ光を照射する第３レーザ光発生部に青色以外のレーザ光発生部を適用してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の第１光学部材の一例として、ミラーを適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、レーザ光を反射することが可能であれば、ミラー以外のビームスプリッタまたはダイクロイックミラーなどの光学部材でも適用可能である。

また、上記実施形態では、本発明の第２光学部材の一例として、ビームスプリッタを適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、レーザ光を反射および透過することが可能であれば、ビームスプリッタ以外のダイクロイックミラーなどの光学部材でも適用可能である。

６０レーザ光源（プロジェクタ用光学装置）
６１ａ赤色ＬＤ（第２レーザ光発生部）
６２ａ緑色ＬＤ（第１レーザ光発生部）
６３ａ青色ＬＤ（第３レーザ光発生部）
６４ミラー（第１光学部材）
６６ａビームスプリッタ（第２光学部材）
６８ＭＥＭＳミラー（投影部）
６９ミラー（第３光学部材）

Claims

任意の投影領域に画像を投影する投影部と、
第１のレーザ光を照射する第１レーザ光発生部と、
前記第１レーザ光発生部の上方に配置され、第２のレーザ光を照射する第２レーザ光発生部と、
前記第１レーザ光発生部から照射された前記第１のレーザ光を反射するための第１光学部材と、
前記第１光学部材により反射された前記第１のレーザ光を前記投影部に向けて反射し、かつ、前記第２レーザ光発生部から照射された前記第２のレーザ光を前記投影部に向けて透過するための第２光学部材と、
前記投影部の上方に配置されるとともに、前記投影部により導光された前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光を反射する第３光学部材とを備え、
前記第３光学部材の高さ位置が前記第２レーザ光発生部の高さ位置と重なるように、前記第２レーザ光発生部から前記投影部に向けて照射された前記第２のレーザ光の光軸が水平方向に対して下方に傾斜するように配置されている、プロジェクタ用光学装置。
前記第１光学部材により反射された前記第１のレーザ光の光軸は、鉛直方向に対して所定の角度傾斜するように構成されており、
前記第１光学部材により反射された前記第１のレーザ光の光軸の前記第２光学部材の入射面と垂直な方向に対する第１傾斜角度と、前記第２レーザ光発生部から前記第２光学部材に向けて照射された前記第２のレーザ光の光軸の前記第２光学部材の入射面と垂直な方向に対する第２傾斜角度とが互いに略一致するように、前記第２光学部材の水平方向に対する傾斜角度が調整されている、請求項１に記載のプロジェクタ用光学装置。
前記第２光学部材の入射面と垂直な方向から前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光が前記第２光学部材に入射する場合のビームスポット径に対する、前記第２光学部材に前記第１傾斜角度で入射する前記第１のレーザ光および前記第２光学部材に前記第２傾斜角度で入射する前記第２のレーザ光のビームスポット径の変化量が１割以下になるように、前記第２光学部材の水平方向に対する傾斜角度が調整されている、請求項２に記載のプロジェクタ用光学装置。
前記第２レーザ光発生部の上端部の高さ位置と、前記第３光学部材の上端部の高さ位置とは、略同じである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロジェクタ用光学装置。
前記第２レーザ光発生部の下方に配置され、第３のレーザ光を照射する第３レーザ光発生部をさらに備え、
前記第３レーザ光発生部から照射された前記第３のレーザ光の光軸と、前記第２レーザ光発生部から照射された前記第２のレーザ光の光軸とは、各々水平方向に対して互いに反対の方向に略同じ角度で傾斜するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロジェクタ用光学装置。