JP6335674B2 - 光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、投影装置に関し、特に複数のレーザプロジェクタを走査して投影面上に画像を投影する投影装置に関する。

近年、投影装置として携帯電話、ノートパソコン等の小型情報機器への接続が可能な小型のレーザプロジェクタが用いられている。このようなレーザプロジェクタには、光学系の小型化を図るため、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーが用いられることがある。半導体レーザ（以下、ＬＤともいう）の出射するレーザ光をこのＭＥＭＳミラーで２次元的に走査することによって、スクリーン等の投影面上に所定の情報が表示される。

特許文献１には、１つのレーザプロジェクタを用いた投影装置で、かかる投影装置の内部に設けられたＭＥＭＳミラーの振動を用いたＸＹ方向の走査によってスクリーン上に画像を表示する技術が開示されている。図１４は、特許文献１の投影装置によるレーザ光の軌跡を示した模式図である。この投影装置は、ＭＥＭＳミラーによりレーザ光のスポットを走査させて、図１４に点線および実線で示したような軌跡を形成する。

また、特許文献２および特許文献３は、複数の投射光を用いてスクリーン上に画像を形成する技術についての文献である。特許文献２には、複数の光走査部を用いてビーム光の走査を分担させ、走査領域同士の継目部分が目立たない高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置が開示されている。特許文献３には、複数の投影機を用いて複数の部分画像を立体（三次元）スクリーンに投影することにより、対象物上に合成画像を形成する投影システムが開示されている。

また、特許文献４には、２本の光ビームによって同一の走査線を重複して走査し、その際に各光ビームによって形成されるドット間隔ｄのドット列をそれぞれｄ／２ずつ主走査方向にずらすようにする画像形成装置が開示されている。特許文献５には、マイクロミラーの回動により光ビームを被走査面で走査する光ビーム走査方法において、被走査面で走査位置が異なる複数の光ビームを用い、被走査面での一回の走査中に複数の光ビームを数回時分割して使用する光ビーム走査方法が開示されている。

特開２０１３−１６４５０３号公報（第６−７頁、図２） 特開２００７−２５１９０号公報（第８−９頁、図１２） 特開２０１３−１１８５９６号公報（第８−９頁、図１） 特開２００４−２２３７５４号公報 特開２００５−３３８５１２号公報

特許文献１に示された技術は、１つのレーザプロジェクタを用いた投影装置であり、レーザ光源も１つのみ用いられている。そのため、この１つのレーザ光源によって十分な光量を得るためには、レーザ光源の光量を高める必要がある。しかしながら、１つのレーザ光源において光量を高めると、万が一、人間の眼に入ったときにレーザ光の安全基準を超え、眼の機能に影響を及ぼすおそれがある。

また、単一のレーザ光源によって画像を形成すると、レーザのコヒーレンシーに起因するスペックルが生じることがあり、それを低減するために別途デスペックル素子を設ける必要が生じることがある。

特許文献２および特許文献３では、複数のプロジェクタによる合成投射画像のスペックルを低減するための各プロジェクタの画像の同期や合成方法については言及がない。したがって、特許文献２および特許文献３のプロジェクタでは、依然としてスペックルが生じるおそれがある。

本発明の目的は、投影装置における安全性を向上させ、レーザのコヒーレンシーに起因するスペックルを低減可能な投影装置を提供することである。

本発明に係る投影装置は、駆動のタイミング信号の同期を各々取った複数のレーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を走査して投影面上に画像を投影する走査手段と、複数のレーザ光源が同一の画像を投影面上に表示する際に、複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御部とを備えることを特徴とする。
上記の投影装置では、制御部は、投影面上の所定の画素を、一のレーザ光源と他のレーザ光源とが異なるフレーム周期において照射するように制御することが好ましい。
上記の投影装置では、制御部は、一のレーザ光源と他のレーザ光源とによって投影面上の異なる走査線を同時に照射させることが好ましい。
上記の投影装置では、制御部は、所定の時間において、一のレーザ光源と他のレーザ光源とによって投影面上の異なる画素を照射させることが好ましい。

上記の投影装置では、レーザ光源から投影面までの距離を深度情報として検知する検知部をさらに有し、制御部は、深度情報に基づいて前記発光タイミングを制御することが好ましい。
上記の投影装置では、レーザ光源は、互いに色が異なり発光点が同一面上にある複数のレーザ光を、複数のレーザ光の各投射点が投影面上で走査手段の走査方向に沿って一列に並ぶように出射することが好ましい。

上記の投影装置では、レーザ光源は、互いに色が異なる各色レーザ光を、色ごとに分けられた複数のファイバからそれぞれ出射可能であり、各色レーザ光の投射点が投影面上で走査手段の走査方向に沿って一列に並ぶように複数のファイバを固定する固定具をさらに有することが好ましい。
上記の投影装置では、走査手段は、複数のレーザ光源のそれぞれに対応して設けられ、対応するレーザ光源からのレーザ光を偏向させて投影面上を走査する複数のＭＥＭＳスキャナであることが好ましい。

上記の投影装置では、複数のレーザ光源は、赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれが含む複数組のレーザ光を複数のファイバから出射可能であり、複数組のレーザ光の投射点が投影面上で走査手段の走査方向に交差する方向に互いにずれるように複数のレーザ光源のファイバを固定する固定具をさらに有することが好ましい。

本発明によれば、投影装置における安全性を向上させ、レーザのコヒーレンシーに起因するスペックルを低減可能な投影装置を提供することができる。

投影装置１の構成を説明するための模式図である。 レーザプロジェクタ２の構成を説明するための図である。 ＭＥＭＳスキャナ２５の概略図である。 フェルール２３とファイババンドルを説明するための図である。 ファイババンドルの変形例を示した図である。 高集積度に実装されＳＨＧ素子を用いて緑色を発光する緑色レーザダイオード１２を示した断面図である。 第１のレーザプロジェクタの走査線Ｌｐを示した図である。 第２のレーザプロジェクタの走査線Ｌｑを示した図である。 第１のレーザプロジェクタの走査線と第２のレーザプロジェクタの走査線を重ねた状態を示した図である。 片側走査の場合における第１のレーザプロジェクタの走査線Ｌｐと第２のレーザプロジェクタの走査線Ｌｑを重ねた状態を示した図である。 変形例における第１のレーザプロジェクタの走査線と第２のレーザプロジェクタの走査線を示した模式図である。 投影装置１’の概略構成図である。 フェルール２３’により固定されるファイバ２２ａ，２２ｂと各組ＲＧＢレーザ光による走査線Ｌｐ，Ｌｑとの位置関係の例を示した図である。 従来の投影装置によるレーザ光の軌跡を示した模式図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

図１は、投影装置１の構成を説明するための模式図である。投影装置１は、並列に配置された第１のレーザプロジェクタ２ａと第２のレーザプロジェクタ２ｂを有し、それぞれのレーザプロジェクタからレーザ光２８を投影面５０に投射する。以下では、第１のレーザプロジェクタ２ａと第２のレーザプロジェクタ２ｂを区別せず単に「レーザプロジェクタ２」ともいう。

第１のレーザプロジェクタ２ａはホスト側であり、内部にタイミング制御手段６０を有する。第２のレーザプロジェクタ２ｂはスレーブ側であり、ホスト側の第１のレーザプロジェクタ２ａから同期信号等を受信して制御される。タイミング制御手段６０は、複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する。

なお、投影装置１では、一方のレーザプロジェクタ２をホスト、他方のレーザプロジェクタ２をスレーブとして、タイミング制御手段６０が、ホスト側のレーザプロジェクタ２からスレーブ側のレーザプロジェクタ２に同期信号等を送信する。しかしながら、レーザプロジェクタ２とは独立してタイミング制御手段６０を設け、タイミング制御手段６０によって、レーザプロジェクタ２のレーザ光の走査位置や発光タイミングを制御することも可能である。

図２は、レーザプロジェクタ２の構成を説明するための図である。レーザプロジェクタ２は、それぞれ、レーザ光源１０と、出射部２０と、検知部３０と、制御部４０とを主要な構成要素として有する。レーザプロジェクタ２は、レーザ光源１０から出射された各色のレーザ光を、フェルール２３により束ねられた複数のファイバ２１からそれぞれ出力し、揺動するＭＥＭＳスキャナ２５を介して２次元状に走査して、投影面５０上に画像を投影する。

レーザ光源１０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各色レーザ光を出射するレーザダイオード（ＬＤ）１１、１２および１３を有する。レーザ光源１０では、各レーザダイオード１１、１２および１３の発光タイミングや発光強度等が、投影される画像の画像データに応じて制御部４０により制御される。このとき、２台のレーザプロジェクタ２のレーザ光源１０によって投影面５０上に画像を投影するため、１台当たりのレーザ光源１０の発光強度を低減することが可能となる。

出射部２０は、レーザ光源１０からの各色レーザ光を投影面５０に向けて出射する。出射部２０は、複数のファイバ２１と、フェルール２３と、投影レンズ２４と、ＭＥＭＳスキャナ２５と、ＭＥＭＳドライバ２６と、遮蔽部２９とを有する。

複数のファイバ２１には、レーザ光源１０からの各色レーザ光をそれぞれ伝送するファイバと、図示しないダミーのファイバが含まれる。それぞれのファイバは、例えばシングルモードの光ファイバである。以下では、レーザダイオード１１、１２および１３からのＲ、ＧおよびＢのレーザ光を伝送するファイバのことを、それぞれＲファイバ、Ｇファイバ、Ｂファイバという。これらのファイバをまとめて、ＲＧＢファイバともいう。また、ダミーファイバのことをＤファイバという。レーザプロジェクタ２は、Ｒファイバ、ＧファイバおよびＢファイバを１本ずつ有し、Ｄファイバを複数本有する。

フェルール２３は、固定具の一例であり、Ｒファイバ、Ｇファイバ、ＢファイバおよびＤファイバを、レーザ光源１０とは反対側の端部で束ねて固定する。ＲＧＢの各色レーザ光は、フェルール２３の端部にある各ファイバ２１の出射端面から出射される。

投影レンズ２４は、各ファイバ２１の出射端面から出射された各色レーザ光がＭＥＭＳスキャナ２５に照射されるように整形する。

ＭＥＭＳスキャナ２５は、走査手段の一例であり、ＭＥＭＳドライバ２６によって例えば水平方向および垂直方向に高速に揺動される。水平方向には、ＭＥＭＳスキャナ２５は例えば約２０ＫＨｚで共振駆動され、その走査角は正弦波状に時間変化する。垂直方向には、ＭＥＭＳスキャナ２５は鋸波状の強制駆動により例えば６０Ｈｚで駆動され、その走査角は鋸波状に時間変化する。これにより、ＭＥＭＳスキャナ２５は、投影レンズ２４からの各色レーザ光を投影面５０上に２次元状に走査する。

ＭＥＭＳドライバ２６は、制御部４０による制御データに応じてＭＥＭＳスキャナ２５を駆動し、ＭＥＭＳスキャナ２５を水平方向および垂直方向に高速に揺動させる。この駆動方式は、静電方式や、電磁方式、ピエゾ方式等のどれを用いてもよい。また、水平走査と垂直走査で異なる駆動方式を組み合わせてもよい。

遮蔽部２９は、矩形の開口２９ａ（図１を参照）を有する枠体であり、ＭＥＭＳスキャナ２５により走査されるレーザ光２８の走査領域の周囲を遮光する。遮蔽部２９の開口２９ａ内を通過するレーザ光２８が投影面５０上に画像を表示する。

検知部３０は、出射部２０でのレーザ光の発光点から投影面５０までの距離（以下、深度情報という）を検知する。検知部３０は、赤外線照射部３１と、赤外線検知部３２とを有する。赤外線照射部３１は、レーザプロジェクタ２が設置されている空間内に赤外線を照射する。赤外線検知部３２は、例えば赤外線カメラであり、赤外線照射部３１から照射された赤外線がその空間内の物体や、床、壁等により反射された反射光を受光する。検知部３０は、例えばタイムオブフライト（ＴＯＦ）方式を利用し、赤外線照射部３１が赤外線を照射してから赤外線検知部３２が反射光を受光するまでの光の飛行時間を計測することにより深度情報を検知する。検知部３０は、その深度情報を制御部４０に通知する。なお、投影装置１では検知部３０をレーザ光源１０とは別に設置しているが、後述するように、赤外線等を照射するレーザダイオードをレーザ光源１０とともに設け、赤外線等用のファイバを設けることによって深度情報を検知することも可能である。

制御部４０は、レーザプロジェクタ２の動作を制御する。制御部４０は、ＣＰＵ４１と、ＲＡＭ４２と、ＲＯＭ４３と、Ｉ／Ｏ４４とを有する。Ｉ／Ｏ４４は、レーザ光源１０、出射部２０および検知部３０との間でデータの受渡しを行うためのインタフェースである。制御部４０は、画像データおよび検知部３０から取得した深度情報に応じて、後述するようにレーザ光源１０の発光タイミングを制御する。また、制御部４０は、出射部２０を制御してレーザ光２８を投影面５０上に投影させる。

また、図２には示していないが、ホストとなるレーザプロジェクタ２は、内部にタイミング制御手段６０（図１を参照）を有し、スレーブとなるレーザプロジェクタ２に同期信号を送信する機能を有する。逆に、スレーブとなるレーザプロジェクタ２では、制御部４０が、ホストとなるレーザプロジェクタ２からの同期信号を受信する機能を有する。タイミング制御手段６０の機能は、ホスト側のレーザプロジェクタ２の制御部４０により実現してもよいし、タイミング制御手段６０は制御部４０とは別の制御部であってもよい。

各レーザプロジェクタ２がＭＥＭＳスキャナ２５を揺動させることによって、レーザ光２８の投射点５１は、図１の矢印方向に移動して、破線および実線で示した正弦波状の軌跡Ｌ１を描く。投射点５１の軌跡Ｌ１は、投影面５０上をほぼ水平方向に繰り返し往復しながら投影面５０上を２次元状に走査する。

図１では、水平方向をＸ方向とし、垂直方向をＹ方向としている。レーザ光２８は、Ｘ方向表示幅Ａ１とＹ方向表示幅Ｂ１で囲まれた矩形内で走査される。投射点５１の軌跡Ｌ１は、点Ｐ１を始点として破線および実線で示す正弦波状の曲線に沿って矢印方向に移動する。軌跡Ｌ１は、開口２９ａ内では軌跡Ｌａ１，Ｌａ２のようなほぼＸ方向の曲線を描き、遮蔽部２９上では軌跡Ｌｂ１，Ｌｂ２のような曲線を描くという動きを周期的に繰り返す。軌跡Ｌ１は、最下端の点Ｐ２に到達すると、細かい点線で示す正弦波状の曲線Ｌｃ１、Ｌｃ２に沿って上方に向かい、始点Ｐ１に戻る。これにより１画面分の描画が終了する。各レーザプロジェクタ２は、以上の操作を繰り返すことによって連続的に画像を投影する。

各レーザプロジェクタ２における走査は以上の通りである。投影装置１では、ホストとなる第１のレーザプロジェクタ２ａ内のタイミング制御手段６０が、スレーブとなる第２のレーザプロジェクタ２ｂに同期信号を送信し、第２のレーザプロジェクタ２ｂの走査位置や発光タイミングを制御する。

図３は、ＭＥＭＳスキャナ２５の概略図である。ＭＥＭＳスキャナ２５は、反射面となる微小ミラー２５１がトーションバー２５２，２５３で支持された構造を有する。微小ミラー２５１は、トーションバー２５２が捻れることにより、軸２５４を中心軸として水平方向（Ｘ方向）に揺動する。これにより、微小ミラー２５１の反射面の法線がＸ方向に変化するため、微小ミラー２５１に入射するレーザ光の反射角がＸ方向に変化する。また、微小ミラー２５１は、トーションバー２５３が捻れることにより、軸２５４に直交する軸２５５を中心軸として垂直方向（Ｙ方向）に揺動する。これにより、微小ミラー２５１の反射面の法線がＹ方向に変化するため、微小ミラー２５１に入射するレーザ光の反射角がＹ方向に変化する。このようにして、ＭＥＭＳスキャナ２５によりレーザ光は２次元状に走査される。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、フェルール２３とファイババンドルを説明するための図である。図４（Ａ）は、フェルール２３の破断斜視図である。図４（Ｂ）は、フェルール２３により固定されるファイババンドルの断面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示した各ファイバ２１がどのファイバであるかを説明するための図である。

フェルール２３は、例えばジルコニアにより円筒形に構成される。フェルール２３は、円筒形の貫通孔２３ａの中に、Ｒファイバ２１ｒ、Ｇファイバ２１ｇ、Ｂファイバ２１ｂをそれぞれ１本ずつと、Ｄファイバ２１ｄを４本の、計７本のファイバを固定する。

各ファイバ２１は、コア２１１と、コアの周囲を覆うクラッド２１２とを有する。コア２１１は、ファイバ２１の芯の中心に形成され、レーザ光を伝送する。クラッド２１２は、コア２１１の外周に形成され、コア２１１よりも屈折率が低い。ＲＧＢファイバのそれぞれには、図４（Ａ）に示した端部と反対側の端部（図示せず）に、レーザダイオード１１、１２および１３が接続される。そして、図４（Ａ）に示したＲＧＢファイバのそれぞれの端部から、各色レーザ光が出射される。

Ｇファイバ２１ｇ以外の６本のファイバは、中心となるＧファイバ２１ｇを取り囲むように同心円状に配置される。さらに、Ｒファイバ２１ｒ、Ｇファイバ２１ｇおよびＢファイバ２１ｂは、その同心円の直径上で図４（Ｃ）のＡ方向に並ぶように配置される。各ファイバ２１の直径は略等しく、隣接する２つのコア２１１間の距離も略等しくなる。フェルール２３は、こうした配置で束ねられたファイババンドルを固定する。なお、フェルール２３はレーザプロジェクタ２に対して固定されている。すなわち、レーザプロジェクタごと（装置ごと）に、各ファイバ２１の配置は固定されている。

このように、レーザプロジェクタ２では、ＲＧＢの各ファイバからの光を１本のファイバに結合するのではなく、ＲＧＢファイバを含む複数のファイバ２１を単に束ねてファイババンドルとし、フェルール２３で固定する。これにより、レーザプロジェクタ２では、融着されたファイバで起こり得るファイバ相互間での影響を抑えて、レーザ光の利用効率を向上させる。

なお、フェルール２３は、ステンレス鋼等の他の材質で構成してもよい。また、フェルール２３とは別の固定具を用いて上記のファイババンドルを固定してもよい。さらに、コンバイナを用いることも可能である。

また、図２の検知部３０をファイババンドルに組み込むこともできる。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ファイババンドルの変形例を示した図である。フェルール２３が固定する複数のファイバ２１の組合せには、図４（Ｃ）に示したものの他に、例えば図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す２通りがある。

図５（Ａ）は、ダミーのＤファイバのうちの１本を、深度情報を検知するための赤外線を出力するファイバとした変形例である。以下では、このファイバのことをＩＲファイバという。ＩＲファイバは赤外線照射用ファイバの一例である。この変形例では、ＩＲファイバの位置は、Ｄファイバがあった（ＲＧＢファイバ以外の）４箇所のうちどこでもよい。

図５（Ａ）の場合、赤外線を照射するレーザダイオード（ＬＤ）（図示せず）がレーザ光源１０とともに設けられる。そして、画像を投影するときにＲＧＢのレーザ光と一緒に、または画像を投影する前に、ＩＲファイバを介してフェルール２３の端部から、そのレーザダイオードで生成された赤外線が照射される。深度情報は、ＩＲファイバから照射された赤外線の反射光を赤外線検知部３２が受光することにより検知される。この場合、検知部３０の赤外線照射部３１を外付けで設ける必要はなくなり、検知部３０は赤外線検知部３２だけを含めばよい。

また、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の３本のＤファイバを、ＩＲファイバから照射された赤外線の、投影面での反射光が入力されるファイバとした変形例である。以下では、このファイバのことをＰＤファイバという。ＰＤファイバは赤外線受光用ファイバの一例である。この変形例では、ＰＤファイバのフェルール２３とは反対側の端部に、フォトダイオード（ＰＤ）（図示せず）が設けられる。赤外線は、投影面で反射される反射光のうち、ＭＥＭＳスキャナ２５の大きさに相当する立体角の分だけが各ＰＤファイバに入り、そのフォトダイオードで受光される。

図５（Ｂ）の場合、深度情報は、ＩＲファイバから照射された赤外線の反射光を３本のＰＤファイバが受光することにより検知される。即ち、外付けの検知部３０ではなく、ＲＧＢファイバとともにフェルール２３で固定されたＩＲファイバとＰＤファイバにより、深度情報が検知される。このように、ＲＧＢとともに、深度情報を検知するためのＩＲファイバとＰＤファイバもフェルール２３で束ねると、外付けの検知部３０を設ける必要がなくなるため、レーザプロジェクタ２をさらに小型化することが可能になる。

さらに、上記のファイバに加えて、色検出用の可視ＰＤに接続されたファイバも束ねてもよい。また、ＲＧＢ以外も含むレーザ光のファイババンドルをマルチコアファイバに置き換えてもよい。

次に、走査型投影表示装置である投影装置１に用いられるレーザ光源に関して説明する。

レーザ光源１０では、赤色レーザダイオード１１および青色レーザダイオード１３には直接発光型のレーザダイオードを使用し、緑色レーザダイオード１２には励起用半導体レーザとＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）素子を用いたＳＨＧレーザを使用する。ただし、３色ともＳＨＧレーザを用いてもよい。

図６は、高集積度に実装されＳＨＧ素子を用いて緑色を発光する緑色レーザダイオード１２を示した断面図である。

緑色レーザダイオード１２は、Ｓｉプラットホーム７０と、励起用の近赤外ＬＤ７１と、導波路タイプのＳＨＧ素子７３と、光ファイバ７５と、ベース部７８と、恒温ブロック７９とを有する。ＬＤ７１、ＳＨＧ素子７３および光ファイバ７５は、Ｓｉプラットホーム７０上に搭載されている。恒温ブロック７９は、例えばペルチェ素子であり、熱伝導性の良い金属材料からなるベース部７８を介してＳｉプラットホーム７０の下面に固着されている。近赤外ＬＤ７１は、幅広い発光スペクトルを有するＳＬＤ（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｓｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）タイプのＬＤであり、グレーティング素子と組み合わせて外部共振回路を形成し、特定の波長でレーザ発振させて用いられる。なお、Ｓｉプラットホーム７０は、Ｓｉ基板に配線パターン、ランド、ロジックＬＳＩ、温度センサ等を形成し、さらに、光配線、回路となる導波路も形成したものである。

緑色レーザダイオード１２では、ＬＤ７１とＳＨＧ素子７３の導波路７２、７４が光結合するように、Ｓｉプラットホーム７０の上面にＬＤ７１とＳＨＧ素子７３が位置決め接合されている。そして、光ファイバ７５も、そのコア７６とＳＨＧ素子７３の導波路７４とが光結合するように位置決め接合されている。

ＬＤ７１とＳＨＧ素子７３は極めて近接して配置固着され、ＬＤ７１の導波路７２から出射する近赤外光は、ＳＨＧ素子７３の導波路７４に直接光結合により入射し、導波路７４内で緑色光に変換されてＳＨＧ素子７３より出力される。出力された緑色光はさらに光ファイバ７５のコア７６に導かれる。一方、変換されずに透過した近赤外光は、光ファイバ７５に組み込まれたＦＢＧ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）型の反射素子７７により反射し、ＬＤ７１とＦＢＧ反射素子７７により形成される外部共振器で選択的に反射された共振波長でＳＨＧ素子７３に入射する。緑色レーザダイオード１２は、このようにして変換効率を高めて緑色変換光を出射する。

次に、複数台のレーザプロジェクタ２を用いた投射方法について説明する。

ファイババンドル型等の多重化構造とされたレーザ光源１０および出射部２０からＲＧＢおよびＮＩＲ（Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａ−Ｒｅｄ）の任意のパターンを同じエリアに投射できるように調整されたレーザプロジェクタ２を複数台、投影面５０に対して設置する。各レーザプロジェクタ２は、Ｍ−Ａｒｒａｙ等のＮＩＲの投射パターンをＮＩＲカメラで取得して、検知部３０において３角測量で深度情報を計算できる機能を有している。

はじめに、ホスト側の第１のレーザプロジェクタ２ａから投影面５０の投射位置に基準点を投射する。投影面５０としては、スクリーン対象物を用いることもできるし、身近にある手のひらやテーブルトップを用いることもできる。

次に、投影面５０の投射位置に投射された基準点をスレーブ側の第２のレーザプロジェクタ２ｂに備えられたカメラで取得して、スレーブ側の基準点を設定する。

ホスト側の第１のレーザプロジェクタ２ａの検知部３０において、デプスセンシングを行い、深度情報に関する幾何補正データを取得する。

また、スレーブ側の第２のレーザプロジェクタ２ｂの検知部３０において、デプスセンシングを行い、深度情報に関する幾何補正データを取得する。

ホスト側の第１のレーザプロジェクタ２ａの制御部４０は、幾何補正データによって幾何補正を行い、補正されたグリッドパターンを投影面５０に投射させる。

次に、スレーブ側の第２のレーザプロジェクタ２ｂにおいて、ホスト側で投射されたグリッドパターンを取得する。

次に、第２のレーザプロジェクタ２ｂの制御部４０は、スレーブ側で取得した、ホスト側で投射されたグリッドパターンに重なるように、スレーブ側のグリッドパターンを補正する。

そして、第１のレーザプロジェクタ２ａおよび第２のレーザプロジェクタ２ｂの制御部４０は、ホスト側とスレーブ側の双方の補正パターンにより補正されたＲＧＢ画像を投影面５０に投射させる。このとき、ホスト側パターンおよびスレーブ側パターンが混信しないように、ホストとスレーブは投射タイミングを同期駆動させる。以上のようにして、投影装置１のタイミング制御手段６０は、デプスセンシングにより取得された深度情報に基づいて各レーザプロジェクタのレーザ光源の発光タイミングを制御することで、ホストとスレーブの投射タイミングを同期駆動させる。

次に、２つのレーザプロジェクタ２からの表示画像、つまり表示画素を重ねる方法について説明する。

投影装置１は、２つのレーザプロジェクタ２から、インターレースのように同じ画像・映像の奇数ラインと偶数ラインを相互に補間する画像を同時に投射する。このとき、第１のレーザプロジェクタ２ａと第２のレーザプロジェクタ２ｂとでは、共振振動方向の位相が１８０゜ずれて、照射位置が相互に異なるように設定されている。２台のレーザプロジェクタ２が同時に走査して、同じ画像・映像の奇数・偶数ラインを相互に補間する形になるため、レーザプロジェクタ２が１台の場合と比べて、縦方向の走査線の本数が実質的に倍になる。

図７は第１のレーザプロジェクタの走査線Ｌｐを示した図であり、図８は第２のレーザプロジェクタの走査線Ｌｑを示した図である。図９は、第１のレーザプロジェクタの走査線と第２のレーザプロジェクタの走査線を重ねた状態を示した図である。つまり、第１のレーザプロジェクタ２ａが表示している画像（画素）と、第２のレーザプロジェクタ２ｂが表示している画像（画素）の照射位置は異なっているが、同一の画像が表示されている。この方法の場合、往復で走査すると中央近傍では走査線が重なってしまうため、実効的な解像度を上げることができない。そのため、それぞれのレーザプロジェクタ２は、図１におけるＬａ２等ではレーザ光源１０をオフとして、片側走査とすることが好ましい。

図１０は、片側走査の場合における第１のレーザプロジェクタの走査線Ｌｐと第２のレーザプロジェクタの走査線Ｌｑを重ねた状態を示した図である。走査線Ｌｐ，Ｌｑのうち、実線部分ではレーザ光源１０が点灯（オン）し、破線部分ではレーザ光源１０が消灯（オフ）しているとする。

共振側のフレーム周期について１８０゜位相をずらして２台のレーザプロジェクタ２の像を重ねる場合には、図１０のように一方のレーザプロジェクタ２の走査線を補間するように、他方のレーザプロジェクタ２の走査線が重なる。このため、レーザプロジェクタ２が１台の場合と比べて、片側走査時の垂直走査線の本数が２倍となり、垂直解像度を２倍とすることができる。また、片側走査のため、各走査線は有効表示エリアにおいてほぼ平行となるので、走査線同士が重なることもない。

図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、変形例における第１のレーザプロジェクタの走査線と第２のレーザプロジェクタの走査線を示した模式図である。本変形例においては、いわゆるインターレース方式の走査が行われ、２つのレーザプロジェクタの照射位置が相互に異なるように設定されている。

図１１（Ａ）に示すように、奇数枚目のフレームにおいて、投影装置１は、第１のレーザプロジェクタ２ａによって奇数本目の走査線を走査し（Ｌｏ１）、第２のレーザプロジェクタ２ｂによって偶数本目の走査線を走査する（Ｌｏ２）。また、図１１（Ｂ）に示すように、偶数枚目のフレームにおいて、投影装置１は、第２のレーザプロジェクタ２ｂによって奇数本目の走査線を走査し（Ｌｅ２）、第１のレーザプロジェクタ２ａによって偶数本目の走査線を走査する（Ｌｅ１）。つまり、タイミング制御手段６０は、２つのレーザプロジェクタ２のレーザ光源が互いに異なるフレーム周期において投影面上の各画素を照射するように制御する。

図１０〜図１１（Ａ）に示す例では、タイミング制御手段６０は、２つのレーザプロジェクタ２のレーザ光源が投影面上の異なる走査線を同時に照射するように制御する。さらに、図１０〜図１１（Ａ）に示す例では、タイミング制御手段６０は、連続して走査されるビーム軌道のうちで片側走査に必要な照射時間において、２つのレーザプロジェクタ２のレーザ光源が投影面上の異なる画素を照射するように制御する。

以上のような走査を行うことで、垂直方向の解像度が２倍になるとともに、第１のレーザプロジェクタ２ａからの画像と第２のレーザプロジェクタ２ｂからの画像とが投影面上の同じ位置に交互に表示されるため、異なる位置から同一箇所を照射することで角度多重が可能となり、多重度（本変形例の場合２）の平方根（１／√２）分だけスペックルを低減することが可能となる。なお、本変形例を３台以上のレーザプロジェクタを用いた投影装置に適用することも可能である。

投影装置１のさらなる変形例として、一方のレーザプロジェクタ２と他方のレーザプロジェクタ２の間で水平同期信号を一画素分ずらして、同じ画像または映像を投影することもできる。つまり、２台のレーザプロジェクタ２で照射位置が一画素分ずれている。これにより、水平方向の解像度を向上させることができる。その際、フレームとして同期が取れていれば、画素をずらした状態で走査してもよい。

投影装置１やその変形例では、２台のレーザプロジェクタ２から投影面５０に投影を行っているが、さらに多くの台数のレーザプロジェクタ２を用いて投影面５０に投影を行ってもよい。また、レーザプロジェクタ２ではＭＥＭＳスキャナ２５を用いているが、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いてもよい。

投影装置１やその変形例では、独立した光源を持つ複数台のレーザプロジェクタから投影面に投影を行っているため、レーザのコヒーレンシーに起因するスペックルを軽減することが可能となる。特に、複数台のレーザプロジェクタからそれぞれ異なる角度でレーザ光が投射されるため、角度多重によるスペックル軽減が可能である。また、複数台のレーザプロジェクタからのレーザ光によって画像を形成しているため、所定の光量を得るための１台当たりのレーザプロジェクタの光量を低減することができる。このため、万が一レーザ光が眼に入ったとき等の安全性を向上させることができる。

上記の投影装置１は複数台のレーザプロジェクタ２で構成され、それぞれのレーザプロジェクタ２はレーザ光源１０とＭＥＭＳスキャナ２５を有している。ただし、投影装置は、複数組のＲＧＢレーザ光源と１つの走査手段を有する１台のレーザプロジェクタで実現することも可能である。以下では、このような投影装置について説明する。

図１２は、投影装置１’の概略構成図である。投影装置１’は、図２に示したレーザプロジェクタ２と同様の１台のレーザプロジェクタにより構成され、レーザ光源１０’と、出射部２０’と、検知部３０と、制御部４０とを主要な構成要素として有する。検知部３０および制御部４０については、レーザプロジェクタ２のものと同様であるため、説明を省略する。投影装置１’の制御部４０は、複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する。

レーザ光源１０’は、２組のＲＧＢレーザ光源として、レーザダイオード１１ａ、１２ａおよび１３ａと、レーザダイオード１１ｂ、１２ｂおよび１３ｂとを有し、さらに各組のＲＧＢレーザ光を合波する融着型ＲＧＢコンバイナ１５ａ，１５ｂを有する。レーザダイオード１１ａ，１１ｂは赤色の、レーザダイオード１２ａ，１２ｂは緑色の、レーザダイオード１３ａ，１３ｂは青色のレーザ光をそれぞれ出射する。レーザダイオード１１ａ〜１３ａからのＲＧＢレーザ光は融着型ＲＧＢコンバイナ１５ａにより、レーザダイオード１１ｂ〜１３ｂからのＲＧＢレーザ光は融着型ＲＧＢコンバイナ１５ｂにより、それぞれ合波される。

出射部２０’は、ファイバ２２ａ，２２ｂと、フェルール２３’と、投影レンズ２４と、ＭＥＭＳスキャナ２５とを主要な構成要素として有し、レーザ光源１０’からの２組のＲＧＢレーザ光を投影面５０に向けて出射する。投影レンズ２４およびＭＥＭＳスキャナ２５については、レーザプロジェクタ２のものと同様であるため、説明を省略する。また、図示を省略するが、出射部２０’も、図２の出射部２０と同様のＭＥＭＳドライバと、遮蔽部を有する。

ファイバ２２ａ，２２ｂは、融着型ＲＧＢコンバイナ１５ａ，１５ｂにより合波された各組のＲＧＢレーザ光をそれぞれ導波する。フェルール２３’は、固定具の一例であり、図４（Ａ）に示すフェルール２３と同様に円筒形の形状を有する。フェルール２３’は、ファイバ２２ａ，２２ｂをレーザ光源１０’とは反対側の端部で束ねて固定する。図１２に示すように、ファイバ２２ａ，２２ｂは、フェルール２３’の円形の断面上で、互いに異なる位置に固定される。各色のＲＧＢレーザ光は、フェルール２３’の端部にあるファイバ２２ａ，２２ｂの出射端面から出射される。

なお、融着型ＲＧＢコンバイナ１５ａ，１５ｂを用いずに、ＲＧＢレーザ光をそれぞれ導波する複数組のＲファイバ、ＧファイバおよびＢファイバをフェルール２３’により束ねてファイババンドルを構成してもよい。また、レーザ光源１０’には３組以上のＲＧＢレーザ光源を設けて、フェルール２３’の端部から３組以上のＲＧＢレーザ光を出射してもよい。

図１３は、フェルール２３’により固定されるファイバ２２ａ，２２ｂと各組ＲＧＢレーザ光による走査線Ｌｐ，Ｌｑとの位置関係の例を示した図である。投影装置１’では、図１３に矢印Ｃで示すように、フェルール２３’を光軸の周りに回転させることにより、ファイバ２２ａからのＲＧＢレーザ光による走査線Ｌｐと、ファイバ２２ｂからのＲＧＢレーザ光による走査線Ｌｑとの間隔が調整される。フェルール２３’は、２組のレーザ光の投射点が投影面５０上でＭＥＭＳスキャナ２５の垂直走査方向（水平走査方向に交差する方向）にずれるように、ファイバ２２ａ，２２ｂを固定する。このように、投影装置１’では、フェルール２３’により形成されるファイババンドルの角度を微調整することで、２組のＲＧＢレーザ光による走査線Ｌｐ，Ｌｑの間隔を最適化することが可能になる。

投影装置１’による２組のＲＧＢレーザ光の走査は、図１０〜図１１（Ｂ）を用いて上述した投影装置１の場合と同様に、片側走査とすることが好ましい。図１３に示すように、フェルール２３’の回転により各走査線は垂直走査方向（Ｙ方向）にずれるため、片側走査をすれば、２組のＲＧＢレーザ光の走査線が互いに重なることはない。

また、投影装置１’も、投影装置１と同様に、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すようなインターレース方式の走査を行う。すなわち、投影装置１’は、奇数枚目のフレームでは、レーザダイオード１１ａ〜１３ａで奇数本目の走査線を走査し（Ｌｏ１）、レーザダイオード１１ｂ〜１３ｂで偶数本目の走査線を走査する（Ｌｏ２）とともに、偶数枚目のフレームでは、レーザダイオード１１ｂ〜１３ｂで奇数本目の走査線を走査し（Ｌｅ２）、レーザダイオード１１ａ〜１３ａで偶数本目の走査線を走査する（Ｌｅ１）。つまり、投影装置１’の制御部４０は、２組のＲＧＢレーザ光が投影面５０上の異なる走査線を同時に照射し、かつ互いに異なるフレーム周期において投影面５０上の各画素を照射するように、レーザ光源１０’の発光を制御する。また、投影装置１’の制御部４０は、連続して走査されるビーム軌道のうちで片側走査に必要な照射時間において、レーザダイオード１１ａ〜１３ａとレーザダイオード１１ｂ〜１３ｂが投影面上の異なる画素を照射するように制御する。

このように、投影装置１’では、複数組のＲＧＢレーザ光源であるレーザ光源１０’を使用し、各組のＲＧＢレーザ光の投射点を垂直走査方向（Ｙ方向）にずらして走査することにより、Ｙ方向の交互走査線の本数を増加させる。投影装置１’では、２組のＲＧＢレーザ光による走査線の間隔をフェルール２３’の回転角により微調整できるため、投影装置１と比べて垂直走査方向の高解像度化を容易に実現することができる。なお、各組のＲＧＢレーザ光による投射点の水平走査方向（Ｘ方向）のずれは、各レーザダイオードの発光タイミングを前後させることにより打ち消すことが可能である。

また、投影装置１’では、複数組のＲＧＢレーザ光源から投影面に投影するため、例えば波長のわずかに異なる同色のレーザを使用するなど、使用するレーザの組合せによってスペックルの軽減も可能となる。また、複数組のＲＧＢレーザ光源からのレーザ光によって画像を形成するため、所定の光量を得るための１組当たりのＲＧＢレーザ光源の光量を低減することも可能である。瞬間的には、２つの光源からのビームスポットが異なる位置を走査していることになる。このため、万が一、レーザ光が眼に入ったとき等の安全性を向上させることができる。

投影装置１’は、走査線の本数をＲＧＢレーザ光源の多重度分だけ増やせるため、ライトフィールドディスプレイ（Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の光学エンジンとしても応用可能である。従来の構成では、ピコプロジェクタを水平方向および垂直方向に多数個並べてライトフィールドを形成していたが、これでは装置の小型化と高精細化を同時に実現することが難しく、製造コストも高くなっていた。しかしながら、投影装置１’では、装置自体の小型化と高精細化が可能であるため、ライトフィールドディスプレイ等への応用も考えられる。

なお、フェルール２３，２３’により、ファイバ２１，２２ａ，２２ｂに加えてＲＧＢ以外の波長の光を導波するファイバも束ねて、フェルール２３，２３’の端部から、ＲＧＢレーザ光に加えて、例えば近赤外線や他の波長の可視光などを一緒に出射してもよい。

１，１’ 投影装置
２ レーザプロジェクタ
２ａ 第１のレーザプロジェクタ
２ｂ 第２のレーザプロジェクタ
１０，１０’ レーザ光源
１１，１１ａ，１１ｂ 赤色レーザダイオード
１２，１２ａ，１２ｂ 緑色レーザダイオード
１３，１３ａ，１３ｂ 青色レーザダイオード
１５ａ，１５ｂ 融着型ＲＧＢコンバイナ
２０，２０’ 出射部
２１，２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ，２１ｄ，２２ａ，２２ｂ ファイバ
２１１ コア
２１２ クラッド
２３，２３’ フェルール
２４ 投影レンズ
２５ ＭＥＭＳスキャナ
２５１ 微小ミラー
２５２，２５３ トーションバー
２５４，２５５ 軸
２６ ＭＥＭＳドライバ
２８ レーザ光
２９ 遮蔽部
３０ 検知部
３１ 赤外線照射部
３２ 赤外線検知部
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＡＭ
４３ ＲＯＭ
４４ Ｉ／Ｏ
５０ 投影面
５１ 投射点
６０ タイミング制御手段
７０ Ｓｉプラットホーム
７１ 近赤外ＬＤ
７２，７４ 導波路
７３ ＳＨＧ素子
７５ 光ファイバ
７６ コア
７７ ＦＢＧ反射素子
７８ ベース部
７９ 恒温ブロック

Claims (8)

1. 駆動のタイミング信号の同期を各々取った複数のレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を走査して投影面上に画像を投影する走査手段と、
   前記複数のレーザ光源が同一の画像を前記投影面上に表示する際に、前記複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、前記複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御部と、を備え、
   前記レーザ光源は、互いに色が異なり発光点が同一面上にある複数のレーザ光を、前記複数のレーザ光の各投射点が前記投影面上で前記走査手段の走査方向に沿って一列に並ぶように出射する、
   ことを特徴とする投影装置。
2. 前記レーザ光源は、互いに色が異なる各色レーザ光を、色ごとに分けられた複数のファイバからそれぞれ出射可能であり、
   前記各色レーザ光の投射点が前記投影面上で前記走査手段の走査方向に沿って一列に並ぶように前記複数のファイバを固定する固定具をさらに有する、請求項１に記載の投影装置。
3. 駆動のタイミング信号の同期を各々取った複数のレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を走査して投影面上に画像を投影する走査手段と、
   前記複数のレーザ光源が同一の画像を前記投影面上に表示する際に、前記複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、前記複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御部と、を備え、
   前記複数のレーザ光源は、赤色、緑色および青色のレーザ光をそれぞれが含む複数組のレーザ光を複数のファイバから出射可能であり、
   前記複数組のレーザ光の投射点が前記投影面上で前記走査手段の走査方向に交差する方向に互いにずれるように前記複数のレーザ光源のファイバを固定する固定具をさらに有する、
   ことを特徴とする投影装置。
4. 駆動のタイミング信号の同期を各々取った複数のレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を走査して投影面上に画像を投影する走査手段と、
   前記複数のレーザ光源が同一の画像を前記投影面上に表示する際に、前記複数のレーザ光源のうちの一のレーザ光源が照射する位置と他のレーザ光源が照射する位置とを異ならせるように、前記複数のレーザ光源の発光タイミングを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   奇数枚目のフレームにおいて、前記一のレーザ光源によって、奇数本目の走査線を走査させ、前記他のレーザ光源によって、偶数本目の走査線を走査させるとともに、
   偶数枚目のフレームにおいて、前記他のレーザ光源によって、奇数本目の走査線を走査させ、前記一のレーザ光源によって、偶数本目の走査線を走査させる、
   ことを特徴とする投影装置。
5. 前記制御部は、前記一のレーザ光源と前記他のレーザ光源とによって前記投影面上の異なる走査線を同時に照射させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の投影装置。
6. 前記制御部は、所定の時間において、前記一のレーザ光源と前記他のレーザ光源とによって前記投影面上の異なる画素を照射させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の投影装置。
7. 前記レーザ光源から前記投影面までの距離を深度情報として検知する検知部をさらに有し、
   前記制御部は、前記深度情報に基づいて前記発光タイミングを制御する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の投影装置。
8. 前記走査手段は、前記複数のレーザ光源のそれぞれに対応して設けられ、対応するレーザ光源からのレーザ光を偏向させて前記投影面上を走査する複数のＭＥＭＳスキャナである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の投影装置。

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