JP6100080B2 - プロジェクタ及び携帯端末 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、プロジェクタ及び携帯端末に関する。
携帯端末の情報を拡大して表示することが望まれている。このために、例えば、小型のプロジェクタが用いられる。プロジェクタにおいて、高表示品位の表示のために、高い解像度が望まれる。
特開2009−258569号公報
本発明の実施形態は、小型で高解像度のプロジェクタ及び携帯端末を提供する。
本発明の実施形態によれば、光源部と、光走査部と、フォーカス制御部と、を含むプロジェクタが提供される。前記光源部は、レーザ光を出射する。前記光走査部は、保持部と反射面とを含む。前記保持部は、第1方向を軸とした第1回転動作が可能である。前記反射面は、前記保持部に保持され、前記第1方向と交差する第2方向を軸とした第2回転動作が可能である。前記反射面には前記レーザ光が入射される。前記光走査部は、前記第1回転動作及び前記第2回転動作により前記レーザ光を走査する。前記フォーカス制御部は、前記レーザ光の光路上において前記光源部と前記光走査部との間に設けられる。前記フォーカス制御部は、前記第1回転動作に連動して前記レーザ光の収束度を変更する。前記光走査部から出射した前記レーザ光が形成する像面と、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と、の間の角度は、80度以上100度以下である。
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末を示す模式図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の一部を示す模式図である。 図3(a)〜図3(g)は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の特性を示す模式図である。 図4(a)〜図4(g)は、参考例のプロジェクタの特性を示す模式図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の特性を示すグラフ図である。 第1の実施形態に係る別のプロジェクタ及び携帯端末を示す模式的断面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的平面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的断面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的断面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的断面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的断面図である。 第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を示す模式的断面図である。 図13(a)〜図13(c)は、第2の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の動作を示す模式的平面図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(c)は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末を例示する模式図である。
図1(a)は、プロジェクタ及び携帯端末、並びに、それらの使用状態を例示する模式的斜視図である。図1(b)は、図1(a)のA1−A2線に対応する断面図である。図1(c)は、プロジェクタからの光を例示する模式図である。
図2は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の一部を例示する模式図である。
図1(a)及び図1(b)に表したように、本実施形態に係る携帯端末210は、プロジェクタ110と、通信部80と、を含む。通信部80は、例えば、携帯端末210の外部と、例えば電気信号または光信号などにより通信を行う。通信部80は、プロジェクタ110で表示されるデータを入手することが可能である。プロジェクタ110は、例えば、通信部80により授受されるデータなどに基づく画像を表示することができる。
プロジェクタ110は、光源部10と、光走査部30と、フォーカス制御部20と、を含む。この例では、制御部70がさらに設けられる。制御部70は、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20に接続され、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20の動作を制御する。
光源部10は、レーザ光L0を出射する。この例では、光源部10は、レーザ素子10aと、コリメート光学素子10bと、を含む。レーザ素子10aは、レーザ光L0を出射する。コリメート光学素子10bは、レーザ素子10aから出射したレーザ光L0をコリメートする。コリメート光学素子10bから出射するレーザ光L0は、例えば、実質的に平行光である。コリメート光学素子10bから出射するレーザ光L0の収束角は、例えば、±5度以下である。
光走査部30は、保持部32と、反射面31と、を含む。
図2は、光走査部30を例示している。保持部32は、第1方向D1を軸とした第1回転動作が可能である。反射面31は、保持部32に保持される。反射面31は、第2方向D2を軸とする第2回転動作が可能である。第2方向D2は、第1方向D1と交差する方向である。
例えば、保持部32は、第1保持体32aと第2保持体32bとを有する。第1保持体32aから第2保持体32bに向かう方向は、第1方向D1に対して平行である。第1保持体32a及び第2保持体32bにより、保持部32が、図示しない基板などに固定される。第1保持体32a及び第2保持体32bを軸として、保持部32の第1回転動作が行われる。
例えば、光走査部30に、第3保持体31a及び第4保持体31bが設けられる。第3保持体31aから第4保持体31bに向かう方向は、第2方向D2に対して平行である。第3保持体31aにより、反射面31の一端が、保持部32に固定される。第4保持体31bにより、反射面31の他端が、保持部32に固定される。第3保持体31a及び第4保持体31bを軸として、反射面31の第2回転動作が行われる。反射面31が保持部32に保持されることで、保持部32の第1回転動作につれて、反射面31も第1回転動作する。
反射面31には、レーザ光L0が入射される。
図1(a)及び図1(b)に例示したように、光走査部30は、第1回転動作及び第2回転動作により、レーザ光L0を走査する。この動作は、例えば制御部70により制御される。光走査部30には、例えばMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子などが用いられる。
第1回転動作の回転の角度(絶対値)は、例えば、10度以下である。第2回転動作の回転の角度(絶対値)は、例えば、20度以下である。このような小さい角度の回転も、回転動作に含まれる。実施形態における回転動作は、1回転よりも少ない角度の回転動作である。
フォーカス制御部20は、レーザ光L0の光路Lp上において、光源部10と光走査部30との間に設けられる。フォーカス制御部20は、第1回転動作に連動してレーザ光L0の収束度を変更する。この動作は、例えば、制御部70により制御される。
この例では、コリメート光学素子10bから出射したレーザ光L0がフォーカス制御部20に入射する。フォーカス制御部20から出射したレーザ光L0は、光走査部30の反射面31に入射する。反射面31が回転動作することで、反射面31で反射したレーザ光L0の進行方向が変化して、レーザ光L0の走査が行われる。
この例では、フォーカス制御部20は、収束光学素子を含む。収束光学素子には、光源部10から出射されたレーザ光L0が入射する。この例では、フォーカス制御部20は、第1収束光学素子21と、第2収束光学素子22と、を含む。第1収束光学素子21は、レーザ光L0の光路Lp上において、光源部10と第2収束光学素子22との間に配置される。第2収束光学素子22は、レーザ光L0の光路Lp上において、第1収束光学素子21と反射面31との間に配置される。第1収束光学素子21の焦点の位置は、第2収束光学素子22の焦点の位置と、実質的に一致する。第1収束光学素子21と、第2収束光学素子22と、のそれぞれには、例えば、2枚の凸レンズを用いることができる。
例えば、第1収束光学素子21は、レーザ光L0の光路Lpに沿って可動である。例えば、第1収束光学素子21の位置が変化することで、レーザ光L0の収束度が変化する。
このように、フォーカス制御部20は、収束するレーザ光L0を出射する可動性の収束光学素子を含むことができる。フォーカス制御部20として、可動性の収束光学素子を用いることで、フォーカス制御部20から出射するレーザ光L0の収束度が変更される。
この例では、プロジェクタ110は、筐体40を含む。筐体40の内部に、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20が格納される。携帯端末210においては、筐体40に、通信部80も格納される。例えば、筐体40は、窓部45を含む。窓部45から、光走査部30の反射面31で反射したレーザ光L0が出射する。
筐体40は、例えば、底面41を有している。筐体40は、例えば、机などの面65(例えば机などの上面)の上に載置される。底面41は、面65に対向する。すなわち、プロジェクタ110は、例えば、机などの面65の上に載置されて使用される。実施形態において、面65は、例えば、室内の壁などの表面でも良い。
プロジェクタ110から出射する走査されたレーザ光L0が、面65の上に照射される。レーザ光L0は、面65上において、結像する。すなわち、レーザ光L0は、像面60を形成する。実施形態において、例えば、像面60は、机などの面65に対して、実質的に平行となる。
例えば、像面60に対して垂直な方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向に対して垂直でX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。例えば、Z軸方向は、机などの面65に対して実質的に垂直である。
例えば、プロジェクタ110と、プロジェクタ110により形成される像面60と、は、Y軸方向において離間している。Y軸方向は、プロジェクタ110から遠ざかる方向である。例えば、第1方向D1を軸とした第1回転動作によってプロジェクタ110により表示される画面61の1つの辺(縦方向の辺)は、例えば、Y軸方向に実質的に沿う。第2方向D2を軸とした第2回転動作によってプロジェクタ110により表示される画面61の別の1つの辺(横方向の辺)は、例えば、X軸方向に実質的に沿う。後述するように、レーザ光L0が走査されて画面61が形成されるため、画面61の形状は、扇形になる。実施形態において、画面61の形状は、必ずしも矩形ではない。
例えば、光走査部30の反射面31において、第1方向D1を軸として回転させる第1回転動作が行われる。これにより、像面60上におけるレーザ光L0の位置は、例えば、画面61の縦方向に実質的に沿って変化する。光走査部30の反射面31を、第2方向D2を軸として回転させる第2回転動作により、像面60上におけるレーザ光L0の位置は、例えば、画面61の横方向に実質的に沿って変化する。これにより、縦方向と横方向とに沿ってレーザ光L0の照射位置が変化する。レーザ光L0の照射位置の変化に連動して、画像情報に対応するようにレーザ光L0の強度及び色が変調される。この動作は、例えば、制御部70により制御される。これにより、像面60上に、画像が表示できる。
例えば、縦方向の1つの位置において、レーザ光L0を横方向に実質的に沿って線状に走査する。その後、縦方向における位置を変えて、その位置において、レーザ光L0を横方向に実質的に沿って線状に走査する。これを繰り返すことで、像面60に画像が表示される。
上記では、説明を簡単にするために、像面60上におけるレーザ光L0の位置が、横方向または縦方向に実質的に沿って直線状に変化するとして説明した。実施形態においては、反射面31の回転動作により、レーザ光L0が走査されるため、例えば、像面60上におけるレーザ光L0の位置は、円弧状の線に沿って変化する。以下の説明においても、説明を簡単にするために、像面60上におけるレーザ光L0の位置が直線状に変化するとして説明する場合がある。
以下、説明を簡単にするために、第1回転動作による走査方向を縦方向とし、第2回転動作による走査方向を横方向として説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ110及び携帯端末210においては、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20による簡単な光学系を用いる。これにより、小型にできる。
本実施形態においては、フォーカス制御部20により、レーザ光L0の収束度が変更される。図1(c)に例示したように、レーザ光L0は、像面60上において収束する。レーザ光L0の収束度αは、例えば、レーザ光L0の光束の広がりの角度に対応する。
本実施形態においては、レーザ光L0の収束度αが、縦方向に沿って変更される。すなわち、フォーカス制御部20により、第1回転動作に連動してレーザ光L0の収束度αが変更される。
以下、まず、画面61の横方向の中心(図1(a)に図示した第1位置P1、第2位置P2及び第3位置P3を結ぶ線分)に着目して説明する。例えば、画面61の横方向の中心において、レーザ光L0が収束する。レーザ光L0の縦方向の位置の変化(第1位置P1と第2位置P2との間での変化)において、レーザ光L0の収束度αが変更される。画面61の横方向の中心において、レーザ光L0の縦方向の位置が変化したときも、レーザ光L0は収束する。これにより、像面60上の縦方向の位置にかかわらず、像面60上において、レーザ光L0のスポットのサイズが小さい状態が維持される。
例えば、図1(b)に表したように、像面60内の縦方向に実質的に沿った位置の変化に伴い、反射面31からの距離が変化する。例えば、像面60内の第1位置P1と、反射面31と、の間の距離は、短い。像面60内の第2位置P2と、反射面31と、の間の距離は、長い。像面60内において第1位置P1と第2位置P2との間の第3位置P3と、反射面31と、の距離は、中間である。
実施形態においては、反射面31からの距離の変化に連動させて、レーザ光L0の収束度αを変化させる。例えば、反射面31に近い第1位置P1に入射する第1レーザ光L1における収束度αを、第1収束度とする。第1収束度は、大きな角度である。例えば、反射面31から遠い第2位置P2に入射する第2レーザ光L2における収束度αを、第1収束度よりも小さい角度の第2収束度とする。第3位置P3に入射する第3レーザ光L3における収束度αを、第1収束度と第2収束度との間の第3収束度とする。
これにより、像面60内の縦方向の位置にかかわらず、像面60上において、レーザ光L0のスポットのサイズが小さい状態が維持できる。
本実施形態においては、像面60上におけるレーザ光L0の縦方向の位置は、反射面31の第1方向D1を軸とした第1回転動作により制御される。従って、本実施形態においては、フォーカス制御部20は、第1回転動作に連動してレーザ光L0の収束度αを変更する。これにより、像面60内の縦方向の位置にかかわらず、像面60上において、レーザ光L0のスポットのサイズが小さい状態が維持できる。
以下、像面60内の横方向の位置が変化したときの、レーザ光L0のスポットのサイズについて説明する。
ここで、第1方向D1と第2方向D2とを含む平面と、像面60と、の角度を角度θ(図1(b)参照)とする。本実施形態のように、第1回転動作に連動してレーザ光L0の収束度αを変更して、像面60上におけるレーザ光L0のスポットLsのサイズを変化させたときにおいて、像面60内の横方向の位置が変化したときのスポットLsのサイズの変化が、角度θに依存することが分かった。例えば、反射面31を、第1方向D1を軸として回転させ、さらに、第2方向D2を軸として回転させることで、画像が表示される。このとき、第1方向D1と第2方向D2との設定によっては、画面61内におけるスポットLsのサイズの変化が大きくなる場合と、小さくなる場合とがある。これは、レーザ光L0の走査において、第1方向D1の第1回転動作に連動して、第2方向D2の第2回転動作が行われるためである。
以下、レーザ光L0の、画面61内(像面60内)の横方向の位置の変化に対する、レーザ光L0のスポットLsのサイズの変化について説明する。
図3(a)〜図3(g)は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の特性を例示する模式図である。
これらの図は、像面60上におけるレーザ光L0のスポットLsのシミュレーション結果を例示している。このシミュレーションでは、第2回転動作(例えば横方向)による走査においては、レーザ光L0の収束度αは変更されない。すなわち、第1回転動作に連動してレーザ光L0の収束度αが変更され、第2回転動作に関しては、収束度αは一定である。
図3(a)〜図3(g)のそれぞれは、横方向上の異なる位置の特性に対応する。図3(a)は、図1(a)に例示した第1位置P1に対応する。図3(g)は、図1(a)に例示した第4位置P4に対応する。第1位置P1は、画面61の横方向の中心に対応する。第4位置P4は、画面61の横方向の端に対応する。図3(b)〜図3(f)は、この順で、第1位置P1から第4位置P4に向かって並ぶ位置のそれぞれに対応する。これらの図には、回折限界を示すエアリーディスクLadが描かれている。この例では、上記の角度θが87度である。
図3(a)〜図3(g)に示したように、横方向上の位置が異なる場合においても、レーザ光L0のスポットLsのサイズは、小さく、エアリーディスクLadのサイズと同等、または、それよりも小さい。角度θを87度(約90度)とすることで、像面60内の横方向の位置が変化したときも、スポットLsのサイズを小さく維持できる。
レーザ光L0を横方向に沿って走査する際、小さなデフォーカスが発生する。このため、例えば、図3(a)におけるスポットLsのサイズよりも、図3(g)におけるスポットLsのサイズが大きくなる。しかしながら、サイズの拡大の程度は低く、スポットLsのサイズは、エアリーディスクLadのサイズと同等程度に維持されている。
図4(a)〜図4(g)は、参考例のプロジェクタの特性を例示する模式図である。
この参考例においては、上記の角度θが33度である。角度θが87度である上記のプロジェクタ110においては、図1(b)に例示したように、反射面31に、斜め上方からレーザ光L0が照射される。一方、角度θが33度のこの参考例においては、反射面31に、下方からレーザ光L0が照射される。参考例における、面65を基準にした反射面31の位置は、プロジェクタ110における、面65を基準にした反射面31の位置と同じである。
図4(a)〜図4(g)は、図3(a)〜図3(g)で示した像面60内の位置に、それぞれ対応する。図4(a)〜図4(g)の縮尺は、図3(a)〜図3(g)の縮尺とは、異なる。図4(a)〜図4(g)にも、回折限界を示すエアリーディスクLadが、基準のサイズとして描かれている。
図4(a)〜図4(g)に示したように、参考例においては、横方向上の位置が異なると、レーザ光L0のスポットLsのサイズが大きく変化する。例えば、図4(a)においては、スポットLsのサイズは、エアリーディスクLadのサイズとほぼ同等である。しかしながら、図4(g)においては、スポットLsのサイズは、エアリーディスクLadのサイズに比べて非常に大きい。このように、角度θが33度である参考例においては、横方向上の位置によって、スポットLsのサイズが大きく変化し、高い解像度の表示が困難である。
これに対して、角度θを例えば、約90度(この例では87度)に設定することで、レーザ光L0のスポットLsのサイズが小さい状態が、縦方向だけではなく、横方向の位置の変化においても維持できる。角度θを約90度に設定することで、縦方向の走査に連動して収束度αを変更し横方向の走査においては収束度を変更しなくても、スポットLsのサイズが小さい状態が、縦方向及び横方向の両方において維持でき、高い解像度の表示が可能になる。
本実施形態においては、光走査部30から出射したレーザ光L0が形成する像面60と、反射面31と、の間の角度は、実質的に90度に設定される。例えば、第1方向D1と第2方向D2とを含む平面と、像面60と、の角度θ(図1(b)参照)は、80度以上100度以下である。これにより、レーザ光L0のスポットのサイズが、縦方向だけではなく横方向も含めて像面60内で均一に、小さくできる。
図5は、第1の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の特性を例示するグラフ図である。
図5は、角度θを変えたときの、像面60上におけるレーザ光L0のスポットLsのサイズの変化を例示している。横軸は、角度θである。縦軸は、所定のサイズの画面61内におけるレーザ光L0のスポットLsの最大値と最小値との差(変化ΔLs)を規格化して示している。スポットLsの変化ΔLsが小さいことが、画面61内においてスポットLsが均一に小さくなることを示す。
図5に表したように、角度θが約90度において、スポットLsの変化ΔLsは小さくなる。角度θが80度以上100度以下において、十分に小さい変化ΔLsが得られる。これにより、高い解像度に対応する小さいスポットLsが、画面61内の全体(縦方向及び横方向の両方)において得られる。
このように、第1方向D1と第2方向D2とを含む平面と、像面60と、の角度θを、80度以上100度以下にすることで、レーザ光L0のスポットLsのサイズが、均一に小さくでき、高解像度の表示が得られる。
すなわち、実施形態においては、角度θを約90度(80度以上100度以下)に設定することで、反射面31から集光点までの距離の変化を小さくできる。これにより、レーザ光L0の横方向の走査時のデフォーカスが抑制される。そして、レーザ光L0の縦方向の走査におけるフォーカス制御により、画面61の全体でピントの合った画像が得られる。これにより高い解像度の表示が得られる。
実施形態によれば、小型で高解像度のプロジェクタ及び携帯端末が提供できる。
反射面31で反射したレーザ光L0が、面65(例えば机の上面など)に斜め方向から照射されて、像面60が形成される。このため、反射面31が、面65に向けて倒れるように傾斜している場合に、面65上におけるレーザ光L0の軌跡の歪みが小さくなり、自然な像を形成し易いという考え方もある。しかしながら、本願発明者の行った検討結果(例えば、図4(a)〜図4(g)参照)から、反射面31を面65(すなわち像面60)に対して傾斜させる(角度θが80度未満)と、垂直(角度θが80度以上100度以下)の場合に比べて、レーザ光L0のスポットLsのサイズが大きく変化してしまうことが分かった。例えば、縦方向の走査に連動して収束度αを変更し横方向の走査においては収束度αを変更しない場合は、反射面31を面65に対して傾斜させると、レーザ光L0のスポットLsのサイズの変化が垂直の場合に比べて大きくなる。このため、反射面31を面65に対して傾斜させると、解像度の点で不利になる。
本実施形態において、縦方向の走査に対応する第1方向D1は、像面60に対して実質的に平行に設定される。例えば、第1方向D1と像面60との間の角度の絶対値は、5度以下である。これにより、レーザ光L0のスポットLsのサイズの変動を小さくし易い。
実施形態において、反射面31に入射するレーザ光L0の入射角は、10度以上80度以下の任意の角度に設定して良い。例えば、反射面31に入射するレーザ光L0と、反射面31に対して垂直な方向と、の間の角度は、10度以上80度以下である。この角度に設定することで、光を前斜め下方に導くことができる。
例えば、スマートフォンなど携帯端末の普及に伴い、携帯端末の多機能化が進んでいる。携帯端末において、便利さの維持のために、大型化に限度がある。このため、携帯端末に設けられる表示部の画面は大きくできない。携帯端末の画面を拡大して表示するために、小型プロジェクタを用いることが考えられる。
例えば、携帯端末にプロジェクタを設ける場合、携帯端末が載置される、例えば、机の上面に像が投射される構成がある。この構成により、プロジェクタによる表示が簡単に行えるようになり、携帯端末の便利さが維持できる。
小型のプロジェクタを実現するためには、複雑な投射光学系を用いることはできない。例えば、2軸型のMEMSミラーを用いた走査型の光学系を用いることで、小型のプロジェクタが得られる。
例えば、2軸型のMEMSミラーを用いたときに、低解像度の場合(画素サイズが例えば、500μm以上など)においては、コリメートされた平行レーザ光を走査する光学系を用いることで、小型のプロジェクタが実現できる。しかしながら、平行レーザ光を用いる場合には、スポットLsのサイズが大きくなってしまい、高い解像度の表示が得られない。
このため、このようなプロジェクタにおいて、フォーカスが制御された収束光を用いることが考えられる。フォーカス制御を行うことで、画面61内の縦方向の位置の変化において、スポットLsのサイズを小さく維持できる。しかしながら、上記の角度θが適切でない場合には、横方向の位置の変化において、スポットLsのサイズが大きくなる場合が生じる。
本実施形態においては、反射面31の角度(上記の角度θ)を適切に設定することで、図3(a)〜図3(g)に関して説明したように、画面61内の横方向の位置の変化においても、スポットLsのサイズを、小さく維持できる。すなわち、画面61の全体において、スポットLsのサイズが小さく維持でき、高い解像度の表示が実現できる。
図6は、第1の実施形態に係る別のプロジェクタ及び携帯端末を例示する模式的断面図である。
図6は、プロジェクタ及び携帯端末、並びに、それらの使用状態を例示している。図6は、図1(a)のA1−A2線に相当する断面図である。
図6に表したように、本実施形態に係る別の携帯端末211は、プロジェクタ111と、通信部80と、を含む。プロジェクタ111は、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20に加え、さらに、反射光学素子50、をさらに含む。通信部80、光源部10、光走査部30及びフォーカス制御部20については、携帯端末210及びプロジェクタ110に関して説明した構成を採用できるので、説明を省略する。
反射光学素子50は、レーザ光L0の光路Lp上において、フォーカス制御部20と光走査部30との間に設けられる。反射光学素子50は、フォーカス制御部20から出射したレーザ光L0を反射して、光走査部30に入射させる。すなわち、この例では、光源部10から出射したレーザ光L0が、反射光学素子50により折り畳まれて、光走査部30に入射する。
この例では、光源部10からフォーカス制御部20に向かう方向は、像面60に対して実質的に垂直に設定されている。例えば、光源部10からフォーカス制御部20に向かう方向と、像面60と、の間の角度は、80度以上100度以下である。そして、フォーカス制御部20から反射光学素子50に向かう方向も、像面60に対して実質的に垂直に設定される。例えば、フォーカス制御部20から反射光学素子50に向かう方向と、像面60と、の間の角度は、80度以上100度以下である。これにより、光源部10、フォーカス制御部20及び反射光学素子50が設けられる空間の幅が小さくでき、装置をさらに小型化できる。
プロジェクタ111及び携帯端末211によれば、さらに小型で、高解像度のプロジェクタ及び携帯端末が提供できる。
本実施形態において、例えば、プロジェクタに近づいたり遠ざかったりする方向(例えばY軸方向)が、画面61の縦方向に設定される。縦方向に対して垂直な方向が、画面61の横方向に設定される。MEMSミラーによるビーム走査において、例えば、画面61のリフレッシュレートの半分の周波数で、縦方向の走査が行われる。一方、横方向においては、リフレッシュレートの値の半分の値と、走査線の数の1/2の値と、の積、すなわち、リフレッシュレートの値と、走査線の数の値と、の積の1/4の値の高周波で走査が行われる。さらに、スキャン方式によっては、これらよりも高い周波数で動作させる場合もある。
この横方向の動作周波数には、収束光学素子の物理的なフォーカス動作を対応させることは困難な場合がある。このため、実施形態においては、フォーカス制御は、少なくとも、縦方向のビーム走査において行われる。すなわち、フォーカス制御部20は、少なくとも第1回転動作に連動して、レーザ光L0の収束度αを変更する。
例えば、フォーカス制御部20は、第2回転動作に連動するレーザ光L0の収束度αの変化を行わない。または、フォーカス制御部20における第1回転動作に連動するレーザ光L0の収束度αの変化の大きさは、フォーカス制御部20における第2回転動作に連動するレーザ光L0の収束度αの変化の大きさよりも大きい。第2回転動作に連動するレーザ光L0の収束度αの変化を実質的に行わないことで、装置が小型にできる。
本実施形態においては、フォーカス制御は、フォーカス制御部20により行われる。例えば、フォーカス制御部20に設けられる第1収束光学素子21の位置が、レーザ光L0の光路Lpに沿って移動する。これにより、フォーカス制御が行われる。例えば、この位置の移動には、ムービング・マグネット式、または、ムービング・コイル式などを用いることができる。
例えば、第1収束光学素子21の、第1収束光学素子21を通過するレーザ光L0の光路Lpに沿った移動距離d1は、2.0mm以下である。移動距離d1を、2.0mm以下に小さくすることで、第1収束光学素子21の動作を高速化できる。例えば、第1収束光学素子21の移動の動作周波数を高めることができる。移動距離d1は、例えば、0.8mm以下とすることで、第1収束光学素子21の動作をさらに高速化できる。
上記においては、第1収束光学素子21が可動性である場合について説明した。実施形態において、例えば、第2収束光学素子22が可動性であり、第1収束光学素子21が固定されていても良い。この場合も、上記と同様に、収束度αを制御でき、小型で高解像度のプロジェクタ及び携帯端末が得られる。
以下、本実施形態に係るフォーカス制御部20の別の例について説明する。
図7は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的平面図である。
この例では、フォーカス制御部20として、液晶レンズ25が用いられる。液晶レンズ25においては、液晶に印加される電圧により焦点距離が制御される。液晶レンズ25においては、同心円状の複数の第1光透過性電極25aと、第2光透過性電極25bと、が設けられる。これらの電極の間に、液晶層25cが設けられる。駆動部25dが、複数の第1光透過性電極25aと、第2光透過性電極25bと、に接続される。駆動部25dは、第1光透過性電極25aと第2光透過性電極25bとに電圧を印加して、液晶層25cの液晶配向を変化させて、液晶層25cの屈折率分布を変化させる。屈折率分布の変化により、レンズ効果が得られる。電圧の値を変更することで、レンズの焦点距離が変更できる。
図8は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的断面図である。
この例では、フォーカス制御部20として、液体レンズ26が用いられる。液体レンズ26においては、第1光透過性基板26aと、第2光透過性基板26bと、の間に、第1電極26e及び第2電極26fが設けられている。第1光透過性基板26aと、第2光透過性基板26bと、の間において、第1電極26eと第2電極26fとの間の領域に、第1液体26cと、第2液体26dと、が設けられる。第2液体26dの屈折率は、第1液体26cの屈折率とは異なる。第1液体26cと第2液体26dとの間において互いの溶解度は低い。これらの液体は、実質的に互いに混ざらない。すなわち、第1液体26cと第2液体26dとの間に界面26gが形成される。第1液体26cとして、例えば、水溶液が用いられる。第2液体26dとして、例えば、油が用いられる。駆動部26hは、第1電極26e及び第2電極26fに電圧を印加する。電圧により、界面26gの形状が変化する。駆動部26hは、界面26gの形状を変化させる。界面26gの形状の変化により、液体レンズ26は、焦点可変のレンズとして機能する。
図9は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的断面図である。
この例では、フォーカス制御部20として、静電ミラー27が用いられる。静電ミラー27においては、基板27bに接続された保持体27aにより薄膜ミラー27dが保持される。基板27bの上に電極27cが設けられており、電極27cと薄膜ミラー27dとは、互いに離間している。駆動部27eは、電極27cに電圧を印加して、電極27cと薄膜ミラー27dとの間に静電力を生じさせる。これにより、駆動部27eは、薄膜ミラー27dを変形させる。薄膜ミラー27dの曲率が、静電力により変化する。これにより、静電ミラー27における焦点距離が制御できる。このように、フォーカス制御部20には、反射型の光学素子を用いても良い。
上記の他、小型化が可能の任意の構成を、フォーカス制御部20に適用できる。
以下、本実施形態に用いられる光源部10の例について、説明する。
図10は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的断面図である。
図10は、光源部10の例を示している。この例では、光源部10は、第1光源素子11と、第2光源素子12と、第3光源素子13と、を含む。
第1光源素子11は、第1ピーク波長を有する第1成分レーザ光L11を出射する。第2光源素子12は、第2成分レーザ光L12を出射する。第2成分レーザ光L12は、第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する。第3光源素子13は、第3成分レーザ光L13を出射する。第3成分レーザ光L13は、第1ピーク波長とは異なり第2ピーク波長とは異なる第3ピーク波長を有する。
例えば、第1成分レーザ光L11は、赤色である。第2成分レーザ光L12は、緑色である。第3成分レーザ光L13は、青色である。このような構成を用いることで、カラー表示が可能になる。
この例では、光源部10は、第1ダイクロイックミラー15aをさらに含む。第1ダイクロイックミラー15aは、第1成分レーザ光L11の少なくとも一部を透過させ、第2成分レーザ光L12の少なくとも一部を反射させる。
さらに、光源部10は、第2ダイクロイックミラー15bをさらに含む。第2ダイクロイックミラー15bは、第2成分レーザ光L12の少なくとも一部を透過させ、第3成分レーザ光L13の少なくとも一部を反射させる。この例では、第2ダイクロイックミラー15bは、第1成分レーザ光L11の少なくとも一部をさらに透過させる。
このようなダイクロイックミラーを用いることで、異なる色の成分を含むレーザ光を混合することができる。
この例では、光源部10は、第1光源側コリメート光学素子11cをさらに含む。第1光源側コリメート光学素子11cは、第1光源素子11と第1ダイクロイックミラー15aとの間に設けられる。第1光源側コリメート光学素子11cは、第1成分レーザ光L11をコリメートする。光源部10は、第2光源側コリメート光学素子12cをさらに含む。第2光源側コリメート光学素子12cは、第2光源素子12と第1ダイクロイックミラー15aとの間に設けられる。第2光源側コリメート光学素子12cは、第2成分レーザ光L12をコリメートする。光源部10は、第3光源側コリメート光学素子13cをさらに含む。第3光源側コリメート光学素子13cは、第3光源素子13と第2ダイクロイックミラー15bとの間に設けられる。第3光源側コリメート光学素子13cは、第3成分レーザ光L13をコリメートする。
このような構成により、平行性の高いレーザ光が得られ、解像度をより向上できる。
図11は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的断面図である。 図11は、光源部10の別の例を示している。この例では、光源部10には、第1光源側コリメート光学素子11c及び第2光源側コリメート光学素子12cが設けられていない。そして、光源部10に、ダイクロイックミラー間コリメート光学素子15cが設けられている。それ以外は、図10に関して説明した光源部10の構成を用いることができる。
ダイクロイックミラー間コリメート光学素子15cは、例えば、第1ダイクロイックミラー15aと第2ダイクロイックミラー15bとの間に設けられる。このダイクロイックミラー間コリメート光学素子15cは、第1成分レーザ光L11及び第2成分レーザ光L12をコリメートする。
この例においては、光源部10に含まれる部品の数を削減することができる。
図12は、第1の実施形態に係るプロジェクタの一部を例示する模式的断面図である。 図12は、光源部10の例を示している。この例では、光源部10は、光源素子として、第二高調波発生素子(SHG素子)が用いられる。すなわち、光源部10は、赤外レーザ素子16と、第二高調波発生素子(SHG素子17)と、を含む。赤外レーザ素子16は、赤外レーザ光Laを出射する。SHG素子17には、赤外レーザ素子16から出射した赤外レーザ光Laが入射される。SHG素子17は、赤外レーザ光Laの波長の1/2の波長の光Lbを出射する。
例えば、SHG素子17は、交互に積層された複数の第1層17a及び複数の第2層17bを含む。これらの層には、例えば、強誘電性材料を用いることができる。例えば、第1層17aにおける自発分極の方向は、第2層17bにおける自発分極の方向と、逆方向である。このようなSHG素子17により、赤外レーザ光Laの波長を、1/2にすることができる。例えば、光Lbは、緑光となる。例えば、緑色のレーザ発光素子における発光効率が低く、赤外レーザ素子16おいて高い発光効率が得られる場合において、このような構成を用いることで、高効率の発光が得られる。
このような構成は、第1光源素子11、第2光源素子12及び第2光源素子13のいずれかに適用できる。例えば、第2光源素子12が緑色のレーザ光を出射する場合、この構成は、第2光源素子12に適用できる。
(第2の実施形態)
本実施形態においては、像面60内において、画像を表示する部分が制御される。本実施形態においては、第1の実施形態に関して説明したプロジェクタ及び携帯端末、並びに、それらの変形のいずれかが用いられる。
図13(a)〜図13(c)は、第2の実施形態に係るプロジェクタ及び携帯端末の動作を例示する模式的平面図である。
図13(a)は、像面60におけるレーザ光L0の照射領域を例示している。図13(b)は、像面60に設定される表示領域を例示している。図13(c)は、変調されたレーザ光L0の照射状態を例示している。
図13(a)に表したように、レーザ光L0の照射領域R0の形状は、扇状の一部である。これは、反射面31が回転動作することにより、レーザ光L0が走査されるためである。像面60上において、走査されたレーザ光L0の軌跡62は、円弧状となる。
このとき、図13(b)に表したように、本実施形態においては、像面60に、表示領域R1と、外側領域R2と、が設定される。表示領域R1は、予め定められる領域であり、表示が行われる領域である。外側領域R2は、表示領域R1の外側の領域である。
図13(c)に表したように、本実施形態においては、表示領域R1内で表示を行い、外側領域R2では、実質的に表示を行わない。例えば、外側領域R2においては、表示領域R1よりも、レーザ光L0の強度を低くして、表示の明るさを低くする。この動作は、光源部10から出射するレーザ光L0の強度を、表示領域R1と、外側領域R2と、で変化させることで行われる。
例えば、光源部10は、外側領域R2に向けて進行するレーザ光L0の強度を、表示領域R1に向けて進行するレーザ光L0の強度よりも低くなるように、レーザ光L0の強度を変化させる。この動作は、例えば、制御部70により行われる。これにより、予め定められた形状の表示領域R1で表示が行われ、外側領域R2では、実質的に表示が行われない。
このように、光学系を用いて走査されるビームが、例えば机の上に描く軌跡62は、矩形ではなく、扇状に歪む。このとき、所望の表示領域R1と、それ以外の領域(外側領域R2)と、でレーザ光L0を変調することで、所望の軌跡62の形状を得ることができる。これにより、所望の、例えば矩形の表示が得られる。
実施形態において、レーザ光L0の軌跡62の曲線に応じて、画像データを変調しても良い。これにより、所望の形状が、像面60に形成できる。この変調は、例えば、制御部70により行うことができる。
従来の机上投射型プロジェクタは、レーザを用いて低解像度な画像投射を行うか、極めて複雑で大型な光学系を用いて高解像度な投射を行うものしかなかった。
本実施形態においては、例えば、2軸型MEMSミラー(反射面31)を用いたレーザ走査型の机上投射光学系を用いる。第1方向D1を軸とする第1回転動作においては、低周波数で動作が行われる。第2方向D2を軸とする第2回転動作においては、高周波で動作が行われる。MEMSミラーから、投射面(像面60)までの光路長は、第1回転動作に応じて大きく変化する。このため、本実施形態においては、第1回転動作と同期したフォーカスサーボを、MEMSに入射する光に対して行う。一方、高速動作する第2回転動作においては、MEMSミラーを投射面とほぼ垂直に設定することで、MEMSミラーから投射面までの光路長の変化が小さくできる。これにより、第2回転動作において、フォーカスサーボを用いなくても、スポットLsのサイズが安定して小さくできる。
実施形態に係る構成を用いることで、MEMSミラーと、像面60と、との間に、複雑な光学系を設けなくても、高い解像度の表示が得られる。これにより、小型で単純な光学系でありつつ、高解像度が得られる。
実施形態によれば、小型で高解像度のプロジェクタ及び携帯端末が提供できる。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、プロジェクタ及び携帯端末に含まれる光源部、光走査部、フォーカス制御部、収束光学素子、レーザ素子、コリメート光学素子、光源素子、光源側コリメート光学素子、ダイクロイックミラー、赤外レーザ素子、SHG素子、駆動部、反射面、筐体、反射光学素子、及び、通信部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述したプロジェクタ及び携帯端末を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全てのプロジェクタ及び携帯端末も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。
10…光源部、 10a…レーザ素子、 10b…コリメート光学素子、 11…第1光源素子、 11c…第1光源側コリメート光学素子、 12…第2光源素子、 12c…第2光源側コリメート光学素子、 13…第3光源素子、 13c…第3光源側コリメート光学素子、 15a…第1ダイクロイックミラー、 15b…第2ダイクロイックミラー、 15c…ダイクロイックミラー間コリメート光学素子、 16…赤外レーザ素子、 17…SHG素子、 17a…第1層、 17b…第2層、 20…フォーカス制御部、 21…第1収束光学素子、 22…第2収束光学素子、 25…液晶レンズ、 25a…第1光透過性電極、 25b…第2光透過性電極、 25c…液晶層、 25d…駆動部、 26…液体レンズ、 26a…第1光透過性基板、 26b…第2光透過性基板、 26c…第1液体、 26d…第2液体、 26e…第1電極、 26f…第2電極、 26g…界面、 26h…駆動部、 27…静電ミラー、 27a…保持体、 27b…基板、 27c…電極、 27d…薄膜ミラー、 27e…駆動部、 30…光走査部、 31…反射面、 31a、31b…第3、第4保持体、 32…保持部、 32a、32b…第1、第2保持体、 40…筐体、 41…底面、 45…窓部、 50…反射光学素子、 60…像面、 61…画面、 62…軌跡、 65…面、 70…制御部、 80…通信部、 ΔLs…変化、 α…収束度、 θ…角度、 110、111…プロジェクタ、 210、211…携帯端末、 D1…第1方向、 D2…第2方向、 L0…レーザ光、 L1…第1レーザ光、 L11…第1成分レーザ光、 L12…第2成分レーザ光、 L13…第3成分レーザ光、 L2…第2レーザ光、 L3…第3レーザ光、 La…赤外レーザ光、 Lad…エアリーディスク、 Lb…光、 Lp…光路、 Ls…スポット、 P1〜P4…第1〜第4位置、 R0…照射領域、 R1…表示領域、 R2…外側領域、 d1…移動距離

Claims (19)

  1. レーザ光を出射する光源部と、
    第1方向を軸とした第1回転動作が可能な保持部と、
    前記保持部に保持され前記第1方向と交差する第2方向を軸とした第2回転動作が可能で前記レーザ光が入射される反射面と、
    を含み前記第1回転動作及び前記第2回転動作により前記レーザ光を走査する光走査部と、
    前記レーザ光の光路上において前記光源部と前記光走査部との間に設けられ、前記第1回転動作に連動して前記レーザ光の収束度を変更するフォーカス制御部と、
    を備え、
    前記光走査部から出射した前記レーザ光が形成する像面と、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面と、の間の角度は、80度以上100度以下であるプロジェクタ。
  2. 前記第1方向と、前記像面と、の間の角度の絶対値は、5度以下である請求項1記載のプロジェクタ。
  3. 前記光源部は、
    第1ピーク波長を有する第1成分レーザ光を出射する第1光源素子と、
    前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2成分レーザ光を出射する第2光源素子と、
    前記第1ピーク波長とは異なり前記第2ピーク波長とは異なる第3ピーク波長を有する第3成分レーザ光を出射する第3光源素子と、
    を含む請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  4. 前記光源部は、
    前記第1成分レーザ光の少なくとも一部を透過させ、前記第2成分レーザ光の少なくとも一部を反射させる第1ダイクロイックミラーをさらに含む請求項3記載のプロジェクタ。
  5. 前記光源部は、
    前記第2成分レーザ光の少なくとも一部を透過させ、前記第3成分レーザ光の少なくとも一部を反射させる第2ダイクロイックミラーをさらに含む請求項4記載のプロジェクタ。
  6. 前記光源部は、
    第1ピーク波長を有する第1成分レーザ光を出射する第1光源素子と、
    前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2成分レーザ光を出射する第2光源素子と、
    前記第1成分レーザ光の少なくとも一部を透過させ、前記第2成分レーザ光の少なくとも一部を反射させる第1ダイクロイックミラーと、
    前記第1光源素子と前記第1ダイクロイックミラーとの間に設けられ前記第1成分レーザ光をコリメートする第1光源側コリメート光学素子と、
    を含む請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  7. 前記光源部は、
    第1ピーク波長を有する第1成分レーザ光を出射する第1光源素子と、
    前記第1ピーク波長とは異なる第2ピーク波長を有する第2成分レーザ光を出射する第2光源素子と、
    前記第1成分レーザ光の少なくとも一部を透過させ、前記第2成分レーザ光の少なくとも一部を反射させる第1ダイクロイックミラーと、
    前記第1成分レーザ光をコリメートするコリメート光学素子と、
    を含み、前記第1光源素子と前記コリメート光学素子との間に前記第1ダイクロイックミラーが配置される請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  8. 前記光源部は、
    前記レーザ光を出射するレーザ素子と、
    前記レーザ素子から出射した前記レーザ光をコリメートするコリメート光学素子と、
    を含む請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  9. 前記光源部は、
    赤外レーザ光を出射する赤外レーザ素子と、
    前記赤外レーザ光が入射され前記赤外レーザ光の波長の1/2の波長の光を出射する第二高調波発生素子と、
    を含む請求項1または2に記載のプロジェクタ。
  10. 前記フォーカス制御部は、前記光源部から出射された前記レーザ光が入射される収束光学素子を含み、
    前記収束光学素子は、収束するレーザ光を出射し、可動性である請求項1〜9のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  11. 前記収束光学素子の、前記収束光学素子を通過する前記レーザ光の前記光路に沿う移動距離は、2.0mm以下である請求項10記載のプロジェクタ。
  12. 前記フォーカス制御部は、
    第1光透過性電極と、
    第2光透過性電極と、
    前記第1光透過性電極と前記第2光透過性電極との間に設けられた液晶層と、
    前記第1光透過性電極と前記第2光透過性電極とに電圧を印加して前記液晶層の液晶配向を変化させて前記液晶層の屈折率分布を変化させる駆動部と、
    を含む請求項1〜9のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  13. 前記フォーカス制御部は、
    第1屈折率を有する第1液体と、
    前記屈折率とは異なる第2屈折率を有し、前記第1液体との間に界面を形成可能な第2液体と、
    前記第1液体と前記第2液体とに対向する電極と、
    前記電極に電圧を印加して前記界面の形状を変化させる駆動部と、
    を含む請求項1〜9のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  14. 前記フォーカス制御部は、
    電極と、
    前記電極と離間する薄膜ミラーと、
    前記薄膜ミラーを保持する保持体と、
    前記電極に電圧を印加して前記電極と前記薄膜ミラーとの間に静電力を生じさせて前記薄膜ミラーを変形させる駆動部と、
    を含む請求項1〜9のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  15. 前記レーザ光の前記光路上において前記フォーカス制御部と前記光走査部との間に設けられ、前記フォーカス制御部から出射した前記レーザ光を反射して前記光走査部に入射させる反射光学素子をさらに備えた請求項1〜14のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  16. 前記フォーカス制御部から前記反射光学素子に向かう方向と、前記像面と、の間の角度は、80度以上100度以下である請求項15記載のプロジェクタ。
  17. 前記像面上において予め定められた表示領域と、前記表示領域の外側の外側領域と、が設けられ、
    前記光源部は、前記外側領域に向けて進行する前記レーザ光の強度を、前記表示領域に向けて進行する前記レーザ光の強度よりも低くなるように、前記レーザ光の強度を変化させる請求項1〜16のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  18. 前記反射面に入射する前記レーザ光と、前記反射面に対して垂直な方向と、の間の角度は、10度以上80度以下である請求項1〜17のいずれか1つに記載のプロジェクタ。
  19. 請求項1〜18のいずれか1つに記載のプロジェクタと、
    前記プロジェクタで表示されるデータを入手することが可能な通信部と、
    を備えた携帯端末。
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