(57)【要約】      （修正有）【課題】高ＮＡ光源から高発散角で出射されたビームを有効に整形できるレンズ及びそれを用いたプロジェクタを提供する。【解決手段】光源から発散角をもって出射した、光軸直交方向断面が略楕円形状のビームを、円形断面に近づけるように整形するために、光軸直交方向における第１の方向とそれに交差する第２の方向とで異なる屈折力を有する単玉のレンズであって、ビームの発散角が最も小さい方向を第１方向、ビームの発散角が最も大きい方向を第２方向とした場合に、少なくとも光源側にある入射面側の面形状が第１方向と第２方向共に非球面形状を有し、また入射面に対向する出射面側の面形状は少なくとも第２方向が非円弧形状を有し、光軸方向光源側に凸形状を正とし、Ｃｖｍ２を出射側面の第２方向のマージナル光線が通過する位置の局所曲率とすると、Ｃｖｍ２≧０を満足する。【選択図】図６
2014002332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発散角をもって出射した、光軸直交方向断面が略楕円形状のビームを、円形断面に近づけるように整形するために、光軸直交方向における第１の方向とそれに交差する第２の方向とで異なる屈折力を有する単玉のレンズであって、
前記ビームの発散角が最も小さい方向を前記第１方向、前記ビームの発散角が最も大きい方向を前記第２方向とした場合に、少なくとも前記光源側にある入射面側の面形状が前記第１方向と前記第２方向共に非球面形状を有し、また前記入射面に対向する出射面側の面形状は少なくとも前記第２方向が非円弧形状を有し、
光軸方向光源側に凸形状を正とした場合、以下の式が成立することを特徴とするレンズ。
Ｃｖｍ２≧０      （１）
但し、
Ｃｖｍ２：前記出射側面の前記第２方向のマージナル光線が通過する位置の局所曲率
【請求項２】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のレンズ。
Ｃｖｍ２＞０      （１’）
【請求項３】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のレンズ。
ＮＡｖ／ＮＡｈ≧２      （２）
但し、
ＮＡｖ：前記第２方向の光線についての開口数
ＮＡｈ：前記第１方向の光線についての開口数
【請求項４】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレンズ。
ＮＡｖ≧０．５      （３）
【請求項５】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレンズ。
ｆｂ≧１．８      （４）
但し、
ｆｂ：前記レンズのバックフォーカス（ｍｍ）
【請求項６】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレンズ。
ｄ≦３．４      （５）
但し、
ｄ：前記レンズの軸上厚（ｍｍ）
【請求項７】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレンズ。
（６−ｄ）＊ｆＨ≧１０      （６）
但し、
ｄ：前記レンズの軸上厚（３ｍｍ≦ｄ≦３．４ｍｍ）
ｆＨ：前記第１方向の光線における焦点距離（ｍｍ）
【請求項８】
前記出射側面の前記第２方向の局所曲率は、有効径内で反転することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレンズ。
【請求項９】
以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレンズ。
ＮＡｖ×ｄ≧φ１／φ２≧１      （７）
但し、
φ１：前記第２方向における断面においてマージナル光線ＮＡ＞０．５における前記入射側面の有効径（ｍｍ）
φ２：前記第２方向における断面においてマージナル光線ＮＡ＞０．５における前記出射側面の有効径（ｍｍ）
ＮＡｖ：前記第２方向の光線についての開口数
ｄ：前記レンズの軸上厚（ｍｍ）
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のレンズを用いたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームを整形するレンズ、及びそのレンズを用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクリーンなどの投影面に投影する画像表示装置として、レーザ光を平行化し、その平行化したレーザ光を投影面上において二次元方向（水平方向および垂直方向）に走査するレーザプロジェクタが知られている。特に携帯可能な程度に小型のプロジェクタにおいては、大出力のレーザ光源を用いることが困難な場合もあるので、レーザ光源から出射されたレーザ光を効率的に利用することが望まれている。
【０００３】
例えばレーザ光源から出射されたレーザ光は、光軸直交方向断面が楕円形状であることが多い。このようなレーザ光を効率的に利用する為に、その断面形状を楕円から円形に整形するアナモルフィックレンズからなるビーム整形素子が用いられることが多い。特許文献１、２には、このようなビーム整形素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３３０２７５号明細書
【特許文献２】特開２００３−６６３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、レーザ光の有効利用を図るためには、ビーム整形素子は開口数ＮＡが０．５以上の高発散角でレーザ光を入射すると好ましいが、特許文献１、２のビーム整形素子は、開口数ＮＡが０．５以上のレーザ光を入射するのに適した設計になっておらず、これではレーザ光を有効に利用することができない。又、小型のプロジェクタ等においては、携帯に便利なようにコンパクト性も重要であるが、特許文献１，２に開示されたレンズは軸上厚が厚いので、そのような用途に適していない。更に、特許文献１，２のレンズは、レーザ光源からビーム整形素子までの距離（バックフォーカス）を大きく確保出来ないから、特に小型のプロジェクタ等に用いた場合に、部品同士の干渉を回避できない恐れがある。
【０００６】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、軸上厚が薄く、バックフォーカスを確保しながらも、高ＮＡ光源から高発散角で出射されたビームを有効に整形できるレンズ及びそれを用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のレンズは、光源から発散角をもって出射した、光軸直交方向断面が略楕円形状のビームを、円形断面に近づけるように整形するために、光軸直交方向における第１の方向とそれに交差する第２の方向とで異なる屈折力を有する単玉のレンズであって、
前記ビームの発散角が最も小さい方向を前記第１方向、前記ビームの発散角が最も大きい方向を前記第２方向とした場合に、少なくとも前記光源側にある入射面側の面形状が前記第１方向と前記第２方向共に非球面形状を有し、また前記入射面に対向する出射面側の面形状は少なくとも前記第２方向が非円弧形状を有し、
光軸方向光源側に凸形状を正とした場合、以下の式が成立することを特徴とする。
Ｃｖｍ２≧０      （１）
但し、
Ｃｖｍ２：前記出射側面の前記第２方向のマージナル光線が通過する位置の局所曲率
【０００８】
例えばレーザ光の有効利用を図るためには、高ＮＡレーザ光源から出射する開口数ＮＡが０．５以上の高発散角ビームをレンズで無駄なく捕捉して、光軸直交断面が円形に近づくように整形することが好ましい。しかるに、通常のレーザ光は、光軸直交方向断面が楕円形状を有し前記第１方向と前記第２方向とで発散角差が大きいから、長軸方向になる前記第２方向の光成分を、いかに有効に出射光に変換するかが問題となる。
【０００９】
本発明においては、（１）式を満たしているので、光軸方向光源側に凸形状を正とした場合に、前記出射側面の前記第２方向の局所曲率Ｃｖｍ２は、マージナル光線が通過する位置においてゼロ以上の値をとる。つまり、前記出射側面のマージナル光線が通過する位置では、ノンパワーもしくは負のパワーを有するようになる。言い換えると、前記第２方向に沿った断面において、前記レンズの入射面側で屈折されたビームは、有効径付近で平行もしくは所定の収束角を持ち、更に前記出射面側でそのまま透過もしくは屈折して平行光とするので、前記第２方向に沿って高発散角で入射するビームの光成分を楕円長軸方向端の方まで有効に捕捉することができ、これにより、いわゆるガウシャン形状に光強度分布を有するレーザ光を、良好な円形断面ビームに成形することができるのである。
【００１０】
又、本発明によれば、第１方向については出射側面より入射側面の近軸パワーを強くし、且つ入射側面の光学面形状を非球面形状にすることで、入射側面においてマージナル光線が通過する位置をなるべく光源から遠ざけることが出来、レンズのフランジバックを確保しつつも、軸上厚を抑えることができるから、特に小型のプロジェクタ等に用いるのに好適である。
【００１１】
請求項２に記載のレンズは、請求項１に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
Ｃｖｍ２＞０      （１’）
【００１２】
本発明によれば、前記第２方向において、有効径付近で所定の収束角を持つビームを、前記出射面側で平行光となるように屈折するので、前記出射面において有効径の内側から出射する光束の光強度を高めることが出来、レーザ光の利用効率を高めることができると共に、スポット形状を良好なものとできる。
【００１３】
請求項３に記載のレンズは、請求項１又は２に記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
ＮＡｖ／ＮＡｈ≧２      （２）
但し、
ＮＡｖ：前記第２方向の光線についての開口数
ＮＡｈ：前記第１方向の光線についての開口数
【００１４】
本発明によれば、（２）式に示すように、長径が短径の２倍以上もある楕円形状を有するビームでも、有効に円形に近づくように整形することができる。
【００１５】
請求項４に記載のレンズは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
ＮＡｖ≧０．５      （３）
【００１６】
これにより、前記第２方向に沿って高発散角で出射されたビームを、前記入射側面で無駄なく捕捉することができ、レーザ光の有効利用を図れる。
【００１７】
請求項５に記載のレンズは、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
ｆｂ≧１．８      （４）
但し、
ｆｂ：前記レンズのバックフォーカス（ｍｍ）
【００１８】
本発明によれば、（４）式を満たすようにバックフォーカスを大きく確保することで、部品同士の干渉を抑えることができる。また、より望ましくは、以下の式を満たすことである。
ＦＢ≧１．８      （４’）
但し、
ＦＢ：前記レンズの光源側（入射面側）におけるフランジバック（ｍｍ）
【００１９】
上記式を満たすことでレンズの光源側におけるフランジバックを確保することができる。なお、ここで言うフランジバックとは第１方向の入射面側においてマージナル光線（ＮＡｈ≧０．２５の光線）が通過する位置から発光点までの光軸上の距離（カバーガラスが存在する場合はカバーガラスの厚みを含む）のことを言う。
【００２０】
請求項６に記載のレンズは、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
ｄ≦３．４      （５）
但し、
ｄ：前記レンズの軸上厚（ｍｍ）
【００２１】
本発明によれば、（４）式を満たすように軸上厚を薄くすることで、光学系をコンパクトにしつつ、レンズのコストを低く抑えることができる。
【００２２】
請求項７に記載のレンズは、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
（６−ｄ）＊ｆＨ≧１０      （６）
但し、
ｄ：前記レンズの軸上厚（３ｍｍ≦ｄ≦３．４ｍｍ）
ｆＨ：前記第１方向の光線における焦点距離（ｍｍ）
【００２３】
これにより、前記第１方向においてバックフォーカスを十分確保でき、高ＮＡ光源にも対応させることができる。
【００２４】
請求項８に記載のレンズは、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、前記出射側面の前記第２方向の局所曲率は、有効径内で反転することを特徴とする。
【００２５】
これにより、前記第２方向における前記出射側面は光軸近傍では正のパワーを有し、周辺に行くにつれて負のパワーとなることで、前記第２方向の高NA光源の光を平行光にでき且つバックフォーカスを確保することができる。
【００２６】
請求項９に記載のレンズは、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、以下の式を満たすことを特徴とする。
ＮＡｖ×ｄ≧φ１／φ２≧１      （７）
但し、
φ１：前記第２方向における断面においてマージナル光線ＮＡ＞０．５における前記入射側面の有効径（ｍｍ）
φ２：前記第２方向における断面においてマージナル光線ＮＡ＞０．５における前記出射側面の有効径（ｍｍ）
ＮＡｖ：前記第２方向の光線についての開口数
ｄ：前記レンズの軸上厚（ｍｍ）
【００２７】
（７）式の値が下限値以上であれば、前記入射面側の有効径φ１を前記出射面側の有効径φ２以上とできるから、前記第２方向に沿って高発散角で出射されたビームを、前記入射側面で十分に捕捉することができ、レーザ光の有効利用を図れる。一方、（７）式の値が上限値以下であれば、前記入射面側の有効径φ１と前記出射面側の有効径φ２との差を小さく抑えることが出来、レンズ設計が容易になる。
【００２８】
請求項１０に記載のプロジェクタは、請求項１〜９のいずれかに記載のレンズを用いたことを特徴とする。
【００２９】
本発明のレンズは、ガラス又はプラスチック製であり、光軸直交方向における第１の方向とそれに交差する第２の方向とで異なる屈折力を有する単玉のレンズであり、光軸直交方向断面が略楕円形状のビームを、円形断面に近づけるように整形することができる。前記ビームの発散角が最も小さい方向を前記第１方向、前記ビームの発散角が最も大きい方向を前記第２方向とした場合に、少なくとも前記光源側にある入射面側の面形状が前記第１方向と前記第２方向共に非球面形状を有し、また前記入射面に対向する出射面側の面形状は少なくとも前記第２方向が非円弧形状を有する。ビームの発散角が最も小さくなる方向が不明瞭である場合、ビームの発散角が最も大きくなる方向（第２方向）に対して直交し、且つ光軸に直交する方向を第１方向とすることができる。前記第１方向の形状は任意である。「非円弧形状」とは、非球面形状又は平面を含む。前記第１方向が水平方向、前記第２方向が垂直方向であると好ましい。
【００３０】
本発明のレンズは、光軸方向光源側に凸形状を正とした場合、以下の式が成立する。
Ｃｖｍ２≧０      （１）
但し、
Ｃｖｍ２：前記出射側面の前記第２方向のマージナル光線が通過する位置の局所曲率
【００３１】
好ましくは、以下の式が成立することである。
Ｃｖｍ２＞０      （１）
【００３２】
前記光源はレーザ光源であると好ましい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、軸上厚が薄く、バックフォーカスを確保しながらも、高ＮＡ光源から高発散角で出射されたビームを有効に整形できるレンズ及びそれを用いたプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態によるプロジェクタがモバイル端末に搭載された状態を示した図である。
【図２】本実施形態による走査光学系の構成を説明するための図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った断面に対応する図である。
【図４】図２に示した走査光学系の走査部の平面図である。
【図５】図４に示した走査部の一部（駆動部）を拡大した断面図である。
【図６】（ａ）は、実施例１にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、（ｂ）は、実施例１にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。
【図７】（ａ）は、実施例２にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、（ｂ）は、実施例２にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。
【図８】（ａ）は、実施例３にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、（ｂ）は、実施例３にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。
【図９】（ａ）は、実施例４にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、（ｂ）は、実施例４にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。
【図１０】縦軸に局所曲率Ｃｖｍ２をとり、横軸に光軸からの高さをとって示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１を参照して、プロジェクタ１００は、例えば、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのモバイル端末４０に搭載されると好適である。したがって、このプロジェクタ１００は、モバイル端末４０内の小さなスペースに収納することが可能な程度に小型化されている。
【００３６】
プロジェクタ１００の光源としてはレーザ光を生成するものが用いられており、投影面４１上においてレーザ光を水平方向（Ｈ方向）および垂直方向（Ｖ方向）に走査することによって、プロジェクタ１００に入力された画像情報を投影面４１に投影するようになっている。この投影面４１としては、別途準備したスクリーンでもよいが、スクリーン以外のものでもよい。例えば、壁面などを投影面４１としてもよい。
【００３７】
また、プロジェクタ１００に入力された画像情報の色調の再現については、光の三原色である赤色、緑色および青色のレーザ光を高速で強度変調し、それらを合成することによって行われる。この場合、赤色のレーザ光の波長は、例えば、約６４０ｎｍに設定されるとともに、緑色のレーザ光の波長は、例えば、約５３０ｎｍに設定される。また、青色のレーザ光の波長は、例えば、約４５０ｎｍに設定される。
【００３８】
また、図２〜図５を参照して、走査光学系２０は、赤色、緑色および青色のレーザ光を生成して平行化した後に、それらを合成して走査するように構成されている。すなわち、走査光学系２０は、レーザ光源部１と、走査部２と、ミラーなどの複数個の光学部品とを備えており、それらが所定のケース部材（筐体）２０ａに収納された構成となっている。なお、図２および図３において、レーザ光は２点鎖線で表している。
【００３９】
レーザ光源部１は、赤色、緑色および青色のレーザ光を生成するためのものである。以下、赤色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｒと言うとともに、緑色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｇと言う。また、青色のレーザ光を生成するレーザ光源部１をレーザ光源部１−Ｂと言う。
【００４０】
レーザ光源部１−Ｒは、発光強度が強く、かつ、強度の高速変調が可能な赤色半導体レーザからなっている。このレーザ光源部１−Ｒとしての赤色半導体レーザは、ＣＡＮパッケージタイプであり、ステムと称される放熱基台にレーザチップが取り付けられ、そのレーザチップが保護部材であるキャップで覆われた構造となっている。
【００４１】
レーザ光源部１−Ｇは、発光強度が強く、かつ、強度の高速変調が可能なＣＡＮパッケージタイプの青色半導体レーザからなっており、その構造はレーザ光源部１−Ｒと略同じである。
【００４２】
レーザ光源部１−Ｂは、発光強度が強く、かつ、強度の高速変調が可能なＣＡＮパッケージタイプの青色半導体レーザからなっており、その構造はレーザ光源部１−Ｒと略同じである。
【００４３】
また、走査部２は、合成後のレーザ光を二次元走査するためのものであって、合成後のレーザ光を投影面４１（図１参照）に向けて反射する走査ミラー３を少なくとも有している。この走査ミラー３の傾斜角（反射角）は変動可能となっており、走査ミラー３の傾斜角を変動させることにより、走査部２による合成後のレーザ光の二次元走査が行われる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、走査ミラー３をＭＥＭＳ（微小電気機械システム）に組み込み、その走査ミラー３が組み込まれたＭＥＭＳを走査部２としている。また、この走査部２は、略平坦で厚みが小さく、かつ、その外形が平面視（図２参照）において略正方形状（１辺の長さが約１ｃｍ）となっている。
【００４５】
具体的な構造としては、図４に示すように、走査部２はシリコン基板に対してエッチング処理などを施すことで得られる構造体からなっており、走査ミラー３に加えて、固定枠４、駆動部５および可動枠６などを一体的に有している。なお、以下の説明では、走査ミラー３の中心を図４の横方向に横切る軸をＸ軸とし、走査ミラー３の中心を図４の縦方向に横切る軸をＹ軸とする。言い換えると、Ｘ軸とＹ軸とが直交する点を走査ミラー３の中心とする。
【００４６】
固定枠４は、走査部２の外縁に相当する部分であって、他の部分（走査ミラー３、駆動部５および可動枠６など）を取り囲んでいる。
【００４７】
駆動部５は、Ｘ軸方向において固定枠４と分離され、Ｙ軸方向において固定枠４と連結されている。さらに、駆動部５は４つのユニモルフ構造を含んでいるとともに、その４つのユニモルフ構造がＸ軸およびＹ軸のそれぞれを対称軸として対称となり、かつ、互いに離間した状態となるように配置されている。また、駆動部５としてのユニモルフ構造は、図５に示すように、圧電素子（ＰＺＴなどを原料とした焼結体を分極処理したもの）５ａを一対の電極５ｂで挟持し、それをシリコン基板の駆動部５となる領域上に貼り付けることによって形成されている。
【００４８】
このような駆動部５では、一対の電極５ｂに電圧が印加されると、一対の電極５ｂに挟持された圧電素子５ａが伸長または収縮する。そして、圧電素子５ａが伸長または収縮すると、それに応じて、シリコン基板の駆動部５となる領域が伸長または収縮する。すなわち、駆動部５は、電力が供給されることで駆動する。
【００４９】
また、図４に示すように、可動枠６は、駆動部５の内側に位置する略ひし形形状の枠である。この可動枠６のＸ軸上の両端部は駆動部５と連結され、それ以外の部分は駆動部５から分離されている。これにより、可動枠６は、Ｘ軸周りに回動可能となっていることになる。
【００５０】
可動枠６の内側には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のトーションバー７が設けられている。この一対のトーションバー７は、Ｙ軸と重なり、かつ、Ｘ軸に対して対称となるように配置されている。さらに、一対のトーションバー７のそれぞれの一方端は、可動枠６のＹ軸上の端部に連結されている。
【００５１】
そして、走査ミラー３は、一対のトーションバー７のそれぞれの他方端の間に配置されており、その他方端によって支持されている。このため、走査ミラー３は、可動枠６と共にＸ軸周りに回動され、トーションバー７を回動軸としてＹ軸周りに回動されることになる。なお、走査ミラー３は、略円形状に形成されており、金やアルミニウムなどからなる反射膜をシリコン基板の走査ミラー３となる領域上に貼り付けることで得ている。
【００５２】
本実施形態の走査部２は、上記のような構造となっている。そして、この走査部２の走査動作は、４つの駆動部５を駆動（伸縮）させるタイミングを調整し、走査ミラー３をＸ軸周りおよびＹ軸周りに振動させることによって行われる。例えば、Ｘ軸周りに振動するときの周波数は約６０Ｈｚに設定され、Ｙ軸周りに振動するときの周波数は約３０ｋＨｚに設定される。
【００５３】
４つの駆動部５のそれぞれに５−１〜５−４の符号を付して具体的に説明すると、走査ミラー３をＸ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−３を一方の組とするとともに、駆動部５−２および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部５−１および５−３が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−２および５−４が収縮する方向に変形し、一方の組である駆動部５−１および５−３が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−２および５−４が伸長する方向に変形する。これにより、走査ミラー３が可動枠６と共にＸ軸周りに振動し、走査ミラー３の傾きがＸ軸周りに変動する。なお、トーションバー７のねじれ方向はＸ軸周りの振動方向と直交する方向であるため、この走査ミラー３のＸ軸周りの振動には影響しない。
【００５４】
また、走査ミラー３をＹ軸周りに振動させる際には、駆動部５−１および５−２を一方の組とするとともに、駆動部５−３および５−４を他方の組とし、一方の組および他方の組のそれぞれに印加する電圧の正負を反転させる。この場合、一方の組である駆動部５−１および５−２が伸長する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−３および５−４が収縮する方向に変形し、一方の組である駆動部５−１および５−２が収縮する方向に変形すると、他方の組である駆動部５−３および５−４が伸長する方向に変形する。これにより、走査ミラー３が可動枠６と共にＹ軸周りに振動し、走査ミラー３の傾きがＹ軸周りに変動する。
【００５５】
このとき、駆動部５を変形させることのみで走査ミラー３をＹ軸周りに傾かせようとすると、走査ミラー３のＹ軸周りの傾きの変動は小さくなってしまう。このため、実際に走査動作を行う際には、駆動部５に印加される電圧の周波数によって走査ミラー３が共振するように、駆動部５への印加電圧の周波数が設定される。すなわち、走査ミラー３のＹ軸周りの振動は、トーションバー７を基準としてなされる。
【００５６】
上記のように走査部２を動作させることで、互いに直交している２軸周りに走査ミラー３を回動させることができ、合成後のレーザ光を１つの走査ミラー３で二次元走査することが可能となる。従って、プロジェクタに入力された画像信号に応じて、赤色、緑色および青色のレーザ光源部を個々に同期して点滅させ、出射されたレーザ光の組み合わせでカラー画像を投影面４１上に表示できる。
【００５７】
ところで、本実施形態では、赤色、緑色および青色のレーザ光が、図２および図３に示すような光路（図中の２点鎖線）をとるように構成されている。すなわち、赤色、緑色および青色のレーザ光を平行化した後、それらを複数個の光学部品で反射することによって、赤色、緑色および青色のレーザ光を走査ミラー３に向かって進行させている。また、互いに異なる２つの光学部品の間の光路を１つの光路とした場合に、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎ（図３参照）に対して、少なくとも２つの光路を含む平面を直交させている。以下に、赤色、緑色および青色のレーザ光の光路について詳細に説明する。
【００５８】
まず、ケース部材２０ａの内部において、図２の上側から下側に向かって、レーザ光源部１−Ｇ、１−Ｒおよび１−Ｂがこの順番で並べられている。さらに、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂは、それぞれの出射方向が互いに同じ方向となり、かつ、それぞれの出射方向が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行となるように配置されている。また、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂは、平面視（図２参照）において、それぞれの一部が走査部２と重畳している。そのうち、レーザ光源部１−Ｒ１−Ｇおよび１−Ｂについて、それぞれの光出射側の大部分が完全に走査部２と重畳した状態となっている。
【００５９】
また、走査ミラー３の上方付近（図３参照）には、図２には図示しないが、合成後のレーザ光を走査ミラー３に投射するための投射ミラー８が配置されている。すなわち、この投射ミラー８によって、合成後のレーザ光が走査ミラー３に向けて反射される。
【００６０】
具体的な光路としては、赤色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｒから出射された後、レンズ２１、ダイクロイックミラー２２、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に入射される。
【００６１】
なお、レンズ２１は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。折り曲げミラー２４および２５は、レーザ光の進行方向を単に変化させるためのものである。
ダイクロイックミラー２２は、緑色のレーザ光を透過し、赤色のレーザ光を反射するものであり、図２に示すように配置することで、緑色および赤色のレーザ光を合成する機能を持つ。ダイクロイックミラー２３は、緑色及び赤色のレーザ光を透過し、青色のレーザ光を反射するものであり、図２に示すように配置することで、緑色、赤色および青色のレーザ光を合成する機能を持つ。
【００６２】
この赤色のレーザ光においては、レンズ２１で平行光とされた後に、投射ミラー８の前後（折り曲げミラー２５の後）を除く光路を同一の平面内にとっている。すなわち、赤色のレーザ光は、レンズ２１で平行光とされた後に、同一の平面内において、ダイクロイックミラー２２、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４および折り曲げミラー２５をこの順番で経由している。
【００６３】
緑色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｇから出射された後、レンズ２６、折り曲げミラー２７、ダイクロイックミラー２２、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に入射される。
【００６４】
なお、レンズ２６は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。折り曲げミラー２７は、レーザ光の進行方向を単に変化させるためのものである。
【００６５】
この緑色のレーザ光においては、レンズ２６で平行光とされた後に、投射ミラー８の前後（折り曲げミラー２５の後）を除く光路を同一の平面内にとっている。すなわち、緑色のレーザ光は、レンズ２６で平行光とされた後に、同一の平面内において、折り曲げミラー２７、ダイクロイックミラー２２，２３、折り曲げミラー２４および折り曲げミラー２５をこの順番で経由している。
【００６６】
青色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｂから出射された後、レンズ２８、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８をこの順番で経由し、投射ミラー８で反射されることによって走査ミラー３に入射される。なお、レンズ２８は、レーザ光を発散光から平行光にするためのものである。
【００６７】
この青色のレーザ光においては、レンズ２８で平行光とされた後に、投射ミラー８の前後（折り曲げミラー２５の後）を除く光路を同一の平面内にとっている。すなわち、青色のレーザ光は、レンズ２８で平行光とされた後に、同一の平面内において、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４および折り曲げミラー２５をこの順番で経由している。
【００６８】
そして、本実施形態では、赤色、緑色および青色のレーザ光の全てにおいて、投射ミラー８の前後（折り曲げミラー２５の後）を除く光路を同一の平面内にとっており、その平面を非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎ（図３参照）と直交させている。そして、上記の平面内に含まれる光路の少なくとも一部を走査部２上の領域に配置している。ただし、赤色、緑色および青色の全てのレーザ光が、折り曲げミラー２４に入射される少し前まで走査部２上の領域に光路をとり、折り曲げミラー２５で反射された後に、再び走査部２上の領域に光路をとるようにしている。
【００６９】
また、図２および図３に示すような状態となるように種々の光学部品を配置することで、赤色、緑色および青色のレーザ光が、走査ミラー３に入射するまでに４回ずつ反射されることになる。すなわち、赤色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２２、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８の順番で反射されることから、その反射回数は４回となる。緑色のレーザ光は、折り曲げミラー２７、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８の順番で反射されることから、その反射回数は４回となる。青色のレーザ光は、ダイクロイックミラー２３、折り曲げミラー２４、折り曲げミラー２５および投射ミラー８の順番で反射されることから、その反射回数は４回となる。なお、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎと直交する平面内においては、赤色、緑色および青色のレーザ光は３回ずつ反射される。
【００７０】
さらに、平面視（図２参照）において、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの一部を走査部２と重畳させている。特に、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの光出射側の大部分が完全に走査部２と重畳した状態となっている。したがって、赤色、緑色および青色の全てのレーザ光が、出射直後から走査部２上の領域に光路をとることになる。
【００７１】
上記のように、赤色、緑色および青色の全てのレーザ光の光路のそれぞれの一部（折り曲げミラー２４の少し前までの光路）を走査部２上の領域に配置することによって、さらに小型化された走査光学系２０を得ることができる。なお、この走査光学系２０は、平面視（図２参照）における外形サイズが約１８ｍｍ×約２４ｍｍとなり、厚みが約７ｍｍとなる。
【００７２】
本実施形態ではダイクロイックミラーは折り返しミラーを示しているが、レーザ光を合成する手段としては、ダイクロイックプリズムや反射プリズムでもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、上記のように、赤色、緑色および青色のレーザ光が、走査ミラー３に入射するまでに４回ずつ反射されるように構成することによって、光路のコンパクト化を容易に行うことができる。また、容易に、赤色、緑色および青色のレーザ光を合成した後、その合成したレーザ光を走査ミラー３に入射させることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、上記のように、走査ミラー３を組み込んだＭＥＭＳで走査部２を構成することによって、走査部２の厚みを小さくすることができるので、走査光学系２０を薄型にするのが容易になる。
【００７５】
また、本実施形態では、上記のように、互いに直交している２軸周りに走査ミラー３を回動させることが可能なように構成することによって、合成後のレーザ光の二次元走査を１つの走査ミラー３で行うことができるようになり、合成後のレーザ光の二次元走査を２つの走査ミラーで行う必要がなくなる。これにより、走査ミラー用の設置スペースが小さくなるので、走査光学系２０のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態では、上記のように、走査ミラー３が圧電素子５ａで駆動されるように構成することによって、圧電素子５ａは薄型の構造で走査ミラー３を振動させることができるので、圧電駆動方式の走査部２は非常に薄型となる。
【００７７】
また、本実施形態では、上記のように、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの出射方向が、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行となるように構成することによって、容易に、非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎと直交する平面内に少なくとも２つの光路を配置することができる。また、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂのそれぞれの一部を走査部２と重畳させることで、走査光学系２０の平面積を容易に小さくすることができる。
【００７８】
また、本実施形態では、上記のように、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂをそれぞれ赤色半導体レーザ、緑色半導体レーザおよび青色半導体レーザで構成することによって、半導体レーザは小型であるため、レーザ光源部１−Ｒ、１−Ｇおよび１−Ｂを小さくすることができる。このため、容易に、走査光学系２０の平面積や厚みをより小さくすることができる。
【００７９】
なお、図１を参照して、モバイル端末４０を設置台（図示せず）に設置して投影を行うと仮定すると、設置台側とは反対側に向くことになる面４０ａからレーザ光が出射されるようにすれば、モバイル端末４０を薄型に保持したまま、レーザ光を投影面４１に向けて進行させることができる。また、この場合には、投影時にモバイル端末４０を傾かせる必要がない。
【００８０】
（実施例）
次に、実施例について説明する。ここで示す実施例は、図２に示すレンズ２８として好適なものであるが、レンズ２１，２６に適用しても良い。尚、これ以降（表のレンズデータ含む）において、１０のべき乗数（例えば、２．５×１０-3）を、Ｅ（例えば、２．５×Ｅ−３）を用いて表す場合がある。また、レンズの入射面及び出射面は、それぞれ数１式に表に示す係数を代入した数式で規定される、光軸の周りに軸対称な非球面又は平面に形成されている。尚、Ｘ軸を垂直方向（第２方向）、Ｙ軸を水平方向（第１方向）とする。
【００８１】
【数１】
2014002332.tif 000003
【００８２】
ここで、ｚは光軸方向の軸（光の進行方向を正とする）、ＫＸは垂直方向のコーニック係数、ＫＹは水平方向のコーニック係数、ｈは光軸からの高さ、ｒｘは垂直方向の近軸曲率半径、ｒｙは水平方向の近軸曲率半径である。但し、局所曲率半径Ｒ及び局所曲率Ｃは、以下の式で求められる。
【００８３】
【数２】
2014002332.tif 000004
【００８４】
（実施例１）
実施例１のレンズデータを表１に示す。ここで表１中のｒiｘは第i面の垂直方向の近軸曲率半径、ｒiｙは第i面の水平方向の近軸曲率半径である。また、Nは波長４４５ｎｍにおける硝材の屈折率である。図６（ａ）は、実施例１にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、図６（ｂ）は、実施例１にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。実施例１の入射面及び出射面は、垂直方向及び水平方向において非球面形状である。又、垂直方向における出射面は、有効径近傍に変曲点を有する。図６（ａ）に示す垂直方向においては、光源から出射した発散光は入射面で屈折するが、光軸から所定の高さまでの光線は、入射面を通過して弱発散光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。一方、光軸から所定の高さを超えた光線は、入射面を通過して収束光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。図６（ａ）から明らかであるが、出射面から出射する光線は、有効径の内側で密度が高くなっており、これにより周辺強度が高い光束を得ることができる。
【００８５】
これに対し、図６（ｂ）に示す水平方向においては、光源から出射した発散光は、入射面で屈折して一様に発散光となり、更に出射面で屈折して平行光となる。
【００８６】
【表１】
2014002332.tif 000005
【００８７】
（実施例２）
実施例２のレンズデータを表２に示す。ここで表２中のｒiｘは第i面の垂直方向の近軸曲率半径、ｒiｙは第i面の水平方向の近軸曲率半径である。また、Nは波長４４５ｎｍにおける硝材の屈折率である。図７（ａ）は、実施例２にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、図７（ｂ）は、実施例２にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。実施例２の入射面及び出射面は、垂直方向及び水平方向において非球面形状である。又、垂直方向における出射面は、有効径近傍に変曲点を有する。図７（ａ）に示す垂直方向においては、光源から出射した発散光は入射面で屈折するが、光軸から所定の高さまでの光線は、入射面を通過して弱発散光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。一方、光軸から所定の高さを超えた光線は、入射面を通過して収束光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。図７（ａ）から明らかであるが、出射面から出射する光線は、有効径の内側で密度が高くなっており、これにより周辺強度が高い光束を得ることができる。
【００８８】
これに対し、図７（ｂ）に示す水平方向においては、光源から出射した発散光は、入射面で屈折して一様に発散光となり、更に出射面で屈折して平行光となる。
【００８９】
【表２】
2014002332.tif 000006
【００９０】
（実施例３）
実施例３のレンズデータを表３に示す。ここで表３中のｒiｘは第i面の垂直方向の近軸曲率半径、ｒiｙは第i面の水平方向の近軸曲率半径である。また、Nは波長４４５ｎｍにおける硝材の屈折率である。図８（ａ）は、実施例３にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、図８（ｂ）は、実施例３にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。実施例３の入射面及び出射面は、垂直方向及び水平方向において非球面形状である。又、垂直方向における出射面は、有効径近傍に変曲点を有する。図８（ａ）に示す垂直方向においては、光源から出射した発散光は入射面で屈折するが、光軸から所定の高さまでの光線は、入射面を通過して弱発散光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。一方、光軸から所定の高さを超えた光線は、入射面を通過して収束光となり、出射面で屈折して平行光として出射する。図８（ａ）から明らかであるが、出射面から出射する光線は、有効径の内側で密度が高くなっており、これにより周辺強度が高い光束を得ることができる。
【００９１】
これに対し、図８（ｂ）に示す水平方向においては、光源から出射した発散光は、入射面で屈折して一様に発散光となり、更に出射面で屈折して平行光となる。
【００９２】
【表３】
2014002332.tif 000007
【００９３】
（実施例４）
実施例４のレンズデータを表４に示す。ここで表４中のｒiｘは第i面の垂直方向の近軸曲率半径、ｒiｙは第i面の水平方向の近軸曲率半径である。また、Nは波長４４５ｎｍにおける硝材の屈折率である。図９（ａ）は、実施例４にかかるレンズの光軸方向及び垂直方向の断面図であり、図９（ｂ）は、実施例４にかかるレンズの光軸方向及び水平方向の断面図である。実施例４の入射面は、垂直方向及び水平方向において非球面形状であるが、出射面は、垂直方向において平面であり、水平方向において非球面形状である。図９（ａ）に示す垂直方向においては、光源から出射した発散光は入射面で屈折して平行光となり、そのまま出射面を透過する。
【００９４】
これに対し、図９（ｂ）に示す水平方向においては、光源から出射した発散光は、入射面で屈折して一様に発散光となり、更に出射面で屈折して平行光となる。
【００９５】
【表４】
2014002332.tif 000008
【００９６】
図１０は、縦軸に局所曲率Ｃｖｍ２をとり、横軸に光軸からの高さをとって示すグラフであり、各実施例の垂直方向における出射面の値をプロットしている。実施例１〜３については光軸からの高さが１ｍｍ付近で、局所曲率の値が負から正へと変化し、変曲点を持つことが分かる。
【００９７】
各実施例について、請求項に記載の値及び諸値を表５，６にまとめて示す。
【００９８】
【表５】
2014002332.tif 000009
【００９９】
【表６】
2014002332.tif 000010
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明のレンズは、プロジェクタに限らず、レーザ光源から出射されたレーザ光を整形するビームシェイパとして、広範に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ レーザ光源部
２ 走査部
３ 走査ミラー
３ａ 反射面
４ 固定枠
５ 駆動部
５ａ 圧電素子
５ｂ 電極
６ 可動枠
７ トーションバー
８ 投射ミラー
２０ 走査光学系
２０ａ ケース部材
２１ レンズ
２２ ダイクロイックミラー
２３ ダイクロイックミラー
２４ 折り曲げミラー
２５ 折り曲げミラー
２６ レンズ
２７ 折り曲げミラー
２８ レンズ
４０ モバイル端末
４１ 投影面
【図１】
2014002332.tif 000011
【図２】
2014002332.tif 000012
【図３】
2014002332.tif 000013
【図４】
2014002332.tif 000014
【図５】
2014002332.tif 000015
【図６】
2014002332.tif 000016
【図７】
2014002332.tif 000017
【図８】
2014002332.tif 000018
【図９】
2014002332.tif 000019
【図１０】
2014002332.tif 000020