(57)【要約】画像情報を表示するための投影システムであって、光ビームを生成するための照明システムと、該生成された光ビームを走査してスクリーン上に像を形成するための鏡を有する走査装置と、該走査装置と協働して前記生成された光ビームの走査角を拡大するための走査角拡大器とを有するシステムが記載される。走査角拡大器は反射性偏光子、四分の一波長板および前記反射性偏光子と当該鏡との間で少なくとも一度、四分の一波長板を介して光ビームを反射させるよう構成されている鏡を有する。この構成は、携帯電話およびPDAのような小型携帯機器における使用のための投影システムのコンパクトな組み立てを許容する。
2007531909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報を表示する投影システムであって：
光ビームを生成するための照明システムと、
前記光ビームを走査してスクリーン上に像を形成するための鏡を有する走査装置と、
前記走査装置と協働して偏光ビームの走査角を拡大する走査角拡大器とを有しており、
前記走査角拡大器が反射性偏光子と、四分の一波長板と、前記反射性偏光子および当該鏡の間で少なくとも一度、前記四分の一波長板を介して光ビームを反射させるよう構成されている鏡とを有することを特徴とする投影システム。
【請求項２】
前記反射性偏光子が第一の部分および第二の部分を有しており、第一の部分の偏光軸が第二の部分の偏光軸に垂直であることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項３】
前記反射性偏光子が前記第一および第二の部分の間に位置される一つまたは複数の第三の部分を有しており、前記一つまたは複数の部分の偏光軸が、該一つまたは複数の第三の部分のそれぞれが前記鏡から受ける一つまたは複数の反射光ビームのそれぞれの偏光方向に垂直であることを特徴とする、請求項２記載の投影システム。
【請求項４】
前記四分の一波長板の高速軸の配向が前記反射性偏光子の偏光軸に対して45°の角度を向いていることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項５】
請求項１記載の投影システムであって、前記反射性偏光子の配向および前記四分の一波長板の配向が第一の軸および該第一の軸に垂直な第二の軸に平行な第一の平面内を向いており、前記鏡の配向が、光ビームの高次反射を前記鏡とは異なる方向に向けるために、前記第一の軸に平行で前記第二の軸に対して所定の傾斜角θにある第二の平面内を向いていることを特徴とする投影システム。
【請求項６】
光ビームの所定の次数の反射を透過させるために前記反射性偏光子とスクリーンとの間に位置する角度ビーム分離器が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項７】
前記角度ビーム分離器が、長軸が前記第一の軸と平行な方向を向いた長方形の開口を具備することを特徴とする、請求項６記載の投影システム。
【請求項８】
前記角度ビーム分離器が円筒形レンズおよび絞りを有することを特徴とする、請求項６記載の投影システム。
【請求項９】
前記鏡、前記四分の一波長板および前記反射性偏光子が平坦で構造のない光学要素であることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項１０】
前記四分の一波長板および前記反射性偏光子が単一の光学要素に統合されていることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項１１】
前記照明システムが直線偏光ビームを生成するための半導体レーザーを有することを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項１２】
前記鏡が回転可能な六角形の反射表面によって形成されることを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【請求項１３】
偏光ビームを変調するための変調装置を有することを特徴とする、請求項１記載の投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報を表示するための投影システムであって、偏光した光ビームを生成するための照明システムと、該偏光した光ビームを走査してスクリーン上に像を形成するための走査装置と、該走査装置と協働して前記偏光した光ビームの走査角を拡大する走査角拡大器とを有する投影システムに関する。
【０００２】
そのような投影システムは、コンパクトに構築することができ、したがって携帯電話、携帯情報端末（PDA）および電子ゲーム装置といった小型携帯電子機器において使用可能である。
【背景技術】
【０００３】
そのような投影システムはUS5,751,464から既知である。該既知の投影システムは、データ、ビデオおよび静止画といったあらゆる種類の情報を表示するために使うことができる。該既知の装置は、半導体レーザー、副走査方向に屈折力をもつ円筒形レンズ、第一の像形成系としてはたらく反射鏡、光偏光器としてはたらく中心軸のまわりに回転可能なポリゴンミラーならびに第二の像形成系としてはたらく第一および第二の曲面鏡を有している。動作では、円筒形レンズがレーザー光線を副走査方向に集束させ、該レーザービームをポリゴンミラーの反射面上に直線の像として結像させる。ミラーが回転軸の中心のまわりに回転しているため、ポリゴンミラーは第一および第二の曲面鏡と組み合わさって、スクリーンの表面上に像を走査し、結像させる。
【０００４】
この既知の投影システムは、固定した鏡が複雑な曲面形状および比較的大きな動作領域を必要とするという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
比較的容易に組み立てられ、コンパクトな大きさをもち、小型の携帯機器での使用を許す投影システムを提供することが本発明の目的である。この目的を達成するため、本発明は請求項において指定されているような投影システムを提供する。
【０００６】
本発明は、中でも、この構成では、反射、反射された光ビームの偏光変換および光ビームの選択的透過の組み合わせを利用することによって光ビームの走査角が拡大されうるという認識に基づいている。反射性偏光子の選択的反射は、平面状で構造のない光反射器の適用を、そして走査角の拡大のための鏡の位置決めのコンパクトな方法を許容する。動作では、反射性偏光子は、第一の所定の方向の偏光をもつ直線偏光の光ビームのみを透過させる。四分の一波長板は反射性偏光子からの直線偏光をたとえば左円偏光のビームに変換する。鏡はその円偏光ビームを四分の一波長板を介して反射性偏光子に向けて反射する。反射に際し、鏡は光ビームの左円偏光を右円偏光に変換する。四分の一波長板は反射された光ビームの右円偏光を第二の方向の直線偏光に変換する。反射性偏光子はこの光ビームを反射して四分の一波長板を介して前記鏡に返す。四分の一波長板は第二の方向の偏光方向をもつ直線偏光を右円偏光のビームに変換する。鏡は再び円偏光ビームを四分の一波長板を介して反射性偏光子に向けて反射し、反射に際して右円偏光を左円偏光に変換する。四分の一波長板は反射された光ビームの左円偏光を第一の方向の直線偏光方向に変換する。反射性偏光子はこの直線偏光のビームをスクリーンに向けて透過させる。鏡を２回通る結果として、投影システムを出る光ビームは、鏡の方向と反射性偏光子および四分の一波長板の両方の方向との間の所定の角度の２倍に等しい角度をもつ。この構成では、四分の一波長板と反射性偏光子は鏡領域の近くに位置されることができる。さらに、鏡領域は、単一反射の場合の鏡に必要とされる鏡領域よりもわずかに大きくなりうる。その結果、この投影システムは小型の携帯用電子装置に組み込むためにコンパクトな大きさに比較的容易に組み立てることができる。
【０００７】
あるさらなる実施形態が請求項に記載されている。この構成では、反射性偏光子は２つの部分に分割され、反射性偏光子の各部分と鏡との間での光ビームのさらなる反射を許容し、走査角のさらなる拡大が可能となる。
【０００８】
さらなる実施形態が請求項では規定されている。反射性偏光子に一つまたは複数の第三の部分を追加することによって、鏡と反射性偏光子との間での光ビームの反射回数がさらに増し、走査角のさらなる拡大がされる。
【０００９】
さらなる実施形態が請求項では規定されている。コントラストを最大限にするため、四分の一波長板の高速軸は反射性偏光子の偏光軸に対して45°の角度に位置される。
【００１０】
さらなる実施形態が請求項では規定されている。反射性偏光子および四分の一波長板に対する鏡の傾きは系から異なる方向に出て行く光ビームの異なる次数の反射を引き起こす。
【００１１】
さらなる実施形態が請求項では規定されている。角度ビーム分離器は０次および３次以上の光ビームの反射をフィルタ除去する。この構成では、光ビームの２次の反射だけが像形成に使われる。角度ビーム分離器は長方形のスリットをもつ。代替的には、この角度フィルタは円筒形レンズおよび絞りによって形成される。
【００１２】
さらなる実施形態では、鏡、四分の一波長板および反射性偏光子は平坦で構造のない表面を具備する。
【００１３】
さらなる実施形態では、四分の一波長板および反射性偏光子は単一の光学要素に統合される。
【００１４】
さらなる実施形態が請求項では規定されている。半導体レーザーが直線偏光ビームを生成し、この投影システムにおいて効率的に使用されることができる。
【００１５】
これらのことを含む本発明のさまざまな側面は、以下に記載する実施形態から明らかであり、これを参照することによって明快となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
図１は、画像情報を表示するための投影システム１の第一の実施形態を示している。投影システム１は第一の方向の偏光方向をもつ直線偏光ビームを生成するための照明システム、たとえば628nmの波長をもつ半導体レーザー３を有している。動作では、半導体レーザー３は光ビームを変調するためにデータ信号２１によって駆動されうる。さらに、投影システム１は、光ビームを投影される画像の第一の方向すなわち低速方向で走査するための、第一の可動鏡５およびアクチュエータ１３によって形成される走査装置を有している。第一の可動鏡５は検流計アクチュエータ１３、圧電アクチュエータまたはその他の型の振動アクチュエータを有しうる。この例では、この第一の低速方向は、紙面に垂直なY軸に平行である。
【００１７】
第一の可動鏡５およびアクチュエータ１３の代わりに、代替として線形レーザーアレイが適用されることができる。該レーザーアレイはたとえばY軸に平行な方向を向く直線上に１２８個のレーザー光源を有するものである。
【００１８】
走査装置はさらに、X軸に平行な第二の方向すなわち高速方向に変調された光ビームを走査してスクリーン３５上に像を形成するために、第二の回転可能鏡７および該第二の回転可能鏡７にシャフトを介して接続された駆動モーター１５を有する。該第二の回転可能鏡７は、駆動モーター１５にシャフトを介して接続された回転可能な六角形の反射性表面によって形成されることができる。さらに、投影システム１は、偏光ビームの走査角を拡大するために該第二の回転可能な鏡７と協働する、四分の一波長板１１および反射性偏光子９によって形成される走査角拡大器を有している。反射性偏光子の偏光方向は、入射光ビーム２７の偏光方向である第一の方向と平行である。反射性偏光子９は３Ｍ（登録商標）から入手できるDBEF箔から形成されることができる。あるいはまた、ワイヤーグリッド偏光子を反射性偏光子として適用することもできる。ワイヤーグリッド偏光子そのものは既知であり、Moxtek（登録商標）から入手できる。
【００１９】
さらに、光ビームが、低速走査方向に光ビームを走査するために第一の鏡を、高速の走査方向に光ビームを走査するために第二の鏡を通る順序を逆にすることも可能である。
【００２０】
図２は、反射性偏光子９の偏光軸P1に対する四分の一波長板１１の高速軸および第二の回転可能な鏡７の配向を示す。最適なコントラストのため、四分の一波長板１１の高速軸１０は、反射性偏光子９の偏光軸P1に対して４５°の角度を向いていることができる。
【００２１】
さらに、投影システム１は、データ処理および同期装置１７を有する。動作では、このデータ処理および同期装置は駆動信号２３、２５を発生させ、該駆動信号２３、２５はそれぞれ第一の走査鏡５のアクチュエータ１３および第二の回転可能鏡７の駆動モーター１５に送られる。さらに、データ処理および同期装置は、はいってくるビデオまたはデータグラフィック信号１９に依存して半導体レーザー３を変調するためのデータ信号２１を発生させ、第二の回転可能鏡７および可動鏡５の走査運動をはいってくるビデオ信号またはデータグラフィック信号１９と同期させてスクリーン３５に像が投影されるようにする。
【００２２】
図３は、第二の回転可能鏡７と反射性偏光子９との間で四分の一波長板１１を介して反射され、透過される光ビームの詳細な図を示している。反射性偏光子９の平面は第二の回転可能鏡７に対して角度α1の方向を向いている。動作では、半導体レーザー３からの入射直線偏光ビーム２７は、反射性偏光子９および四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に、該第二の回転可能鏡７の表面の法線に対する角度α1で入射する。入射光ビームの偏光は第一の方向を向いている。反射性偏光子９は、偏光軸P1が該第一の方向の偏光方向と平行になるよう配向されており、偏光ビーム２７を第二の回転可能鏡７に向けて透過させる。四分の一波長板１１は光ビーム２７の直線偏光をたとえば左回転の円偏光に変換する。第二の回転可能鏡７は第一の光ビームのその左円偏光を右円偏光に変換し、光ビーム２９を四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射光ビーム２９の右円偏光を前記第一の方向の偏光方向に垂直な第二の方向の偏光方向をもつ直線偏光ビームに変換する。反射性偏光子９の偏光軸は光ビーム２９の第二の偏光方向に垂直であり、反射性偏光子９はこの光ビーム３１を四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に反射して返す。四分の一波長板１１は第二の方向の偏光方向をもつ直線偏光ビーム３１を右回転の円偏光をもつ円偏光ビームに変換する。第二の回転可能鏡７は右円偏光を左円偏光に変換し、円偏光ビーム３３を四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射された光ビームの左円偏光を第一の偏光方向をもつ直線偏光ビームに変換する。反射性偏光子９の偏光軸は光ビーム３３の偏光方向に平行であり、反射性偏光子９はこの反射された光ビームを出射光ビーム３３としてスクリーン３５に向けて透過させる。この出射光ビームの入射光ビーム２７に対する角度α2は２α1である。この構成では、走査鏡を使ってはいても反射性偏光子９および四分の一波長板１１を有する走査角拡大器をもたない従来式の投影システムにおいて得ることのできる角度２α1に対して、走査角が倍になっている。
【００２３】
あるさらなる実施形態では、四分の一波長板１１は、反射性偏光子に遅相層を設けることによって反射性偏光子９と統合されることができる。さらに、回転可能鏡７および反射性偏光子９は平坦な表面を有していてもよい。この実施形態では、四分の一波長板１１と反射性偏光子９とは、回転可能鏡７の近くに位置させることができ、よって回転可能鏡７の面積は単一反射しかもたない従来式の使用のためのものにほとんど等しくでき、コンパクトな投影システムが得られる。第二の回転可能鏡７、四分の一波長板１１および反射性偏光子９の配向はXY平面に平行であってもよい。
【００２４】
図４は、回転可能鏡７、四分の一波長板１１、反射性偏光子９および角度ビーム分離器の配置を示している。角度ビーム分離器は、四分の一波長板１１および反射性偏光子９はXY平面に平行な向きのままである一方、回転可能鏡７がXY平面に対して傾いていることによって形成される。さらに、長方形の開口すなわちスリット３７が反射性偏光子９とスクリーン３５との間に位置される。スリットの長軸方向はX軸に平行な方向を向いている。反射性偏光子９に対して回転可能鏡７が縦に傾いている結果として、反射された光ビームの異なる通過は異なる角度で現れ、スリット３７によってフィルタ除去されうる。この角度ビーム分離器は、四分の一波長板１１および反射性偏光子９の不完全性に起因する光ビームの０次の通過、１次の通過、３次の通過およびより高次の通過を減らす。さらに、光ビームの所望の反射だけを透過させるためには、長方形スリットの代わりに、円筒形レンズ３８および絞り３９が適用されることもできる。円筒形レンズの軸はY軸に平行な方向を向いている。
【実施例１】
【００２５】
図５は本投影システムの走査角拡大器のさらなる実施形態を示している。この実施形態は、反射性偏光子９、四分の一波長板１１および第二の回転可能鏡７を有している。この実施形態では、反射性偏光子９は長方形の第一の部分９１および長方形の第二の部分９２を有している。ここで、第一の部分９１の偏光方向は回転可能鏡７からの入射直線偏光ビーム２７の偏光方向に平行である。さらに、第二の部分９２の偏光方向は出て行く光ビームの偏光方向に平行であり、第一および第二の部分９１、９２の偏光軸は互いに垂直である。
【００２６】
動作では、半導体レーザー３からの入射する直線偏光ビーム２７は、反射性偏光子９の第一の部分および四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に、該第二の回転可能鏡７の表面の法線に対する角度α1で入射する。入射光ビームの偏光は第一の方向を向いている。偏光軸が入射する直線偏光ビーム２７の第一の方向の偏光方向と平行になるよう配向された反射性偏光子９の第一の部分９１は、直線偏光ビーム２７を透過させる。四分の一波長板１１は光ビーム２７の直線偏光をたとえば左回転の円偏光に変換する。第二の回転可能鏡７は第一の光ビームのその左円偏光を右円偏光に変換し、光ビーム２９を四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９の第一の部分９１に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射光ビーム２９の右円偏光を前記第一の偏光方向に垂直な第二の偏光方向をもつ直線偏光ビームに変換する。反射性偏光子９の第一の部分９１の偏光軸は光ビーム２９の第二の方向の偏光方向に垂直であり、反射性偏光子９はこの光ビーム３１を四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に向けて反射して返す。四分の一波長板１１は第二の偏光方向をもつ直線偏光ビーム３１を右回転の円偏光ビームに変換する。第二の回転可能鏡７は右円偏光を左円偏光に変換し、円偏光ビーム３３を四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９の第二の部分９２に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射された光ビームの左円偏光を第一の方向の偏光方向を向いた直線偏光に変換する。反射性偏光子９の第二の部分９２の偏光軸は光ビーム３３の第一の方向の偏光方向に垂直であり、反射性偏光子９の第二の部分９２はこの反射された光ビームを四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に向けて反射して返す。四分の一波長板１１が第二の偏光方向をもつ直線偏光ビーム４１を左円偏光をもつ円偏光ビームに変換する。第二の回転可能鏡７はこの左円偏光を右円偏光に変換し、その円偏光ビーム４３を四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９の第二の部分９２に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射された光ビームの右円偏光を第二の偏光方向を向いた直線偏光に変換する。反射性偏光子９の第二の部分９２の偏光軸は第二の偏光方向に平行であり、反射性偏光子９の第二の部分９２は光ビームを出射光ビーム４３として透過させる。この構成では、走査角は走査角２α1に対して３倍となる。
【実施例２】
【００２７】
反射性偏光子が前記第一と第二の部分の間に、反射性偏光子の第三の部分を一つまたは複数有する実施形態では、走査角のより大きな拡大が得られる。この実施形態では、第三の部分は、回転可能鏡からの反射光ビームを受ける各部分の偏光軸が、それぞれの反射光ビームの偏光方向と垂直な方向を向いているよう配置される。
【００２８】
図６は、投影システムの走査角拡大器のさらなる実施形態を示している。この実施形態は、反射性偏光子９、四分の一波長板１１および第二の回転可能鏡７を有している。この実施形態では、反射性偏光子９は長方形の第一および第二の部分９３、９５を有している。ここで、第一の部分９３の偏光方向は鏡５からの入射直線偏光ビーム２７の偏光方向に平行である。第二の部分９５の偏光方向は出て行く直線偏光ビームの偏光方向に一致する。さらに、反射性偏光子９は前記の第一および第二の部分９３、９５の間に第三の長方形の部分９４を有している。第三の部分９４の偏光軸は、第二の回転可能鏡７から３度目に反射された直線偏光ビーム４３の偏光方向に垂直である。
【００２９】
この実施形態の動作は図５を参照しつつ述べた実施形態の場合と同様であるが、直線偏光ビームが第二の回転可能鏡７から３度目に反射されたのち、第三の部分９４がその直線偏光ビームを四分の一波長板１１を介して第二の回転可能鏡７に向けて反射して返す。反射性偏光子の偏光軸が光ビーム４３の偏光方向と垂直だからである。四分の一波長板１１は光ビーム４５の直線偏光を右円偏光に変換する。第二の回転可能鏡７はその右円偏光を左円偏光に変換し、その円偏光ビームを四分の一波長板１１を介して反射性偏光子９の第二の部分９５に向けて反射する。四分の一波長板１１は反射された光ビームの左円偏光を前記第二の方向を向いた直線偏光に変換する。反射性偏光子９の第二の部分９５の偏光方向は反射された直線偏光ビームの第二の偏光方向に平行であり、反射性偏光子９の第二の部分９５はこの光ビームを出射光ビーム４７として透過させる。この構成では、走査角δは走査角２αに対して４倍となる。
【００３０】
この実施形態では、四分の一波長板は第二の回転可能鏡と統合されて光ビームの有限の断面積をもつ画像投影を許容するようにしてもよい。
【００３１】
まとめると、画像情報を表示するための投影システムであって、光ビームを生成するための照明システムと、該生成された光ビームを走査してスクリーン上に像を形成するための鏡を有する走査装置と、該走査装置と協働して前記生成された光ビームの走査角を拡大するための走査角拡大器とを有するシステムが開示されている。走査角拡大器は反射性偏光子、四分の一波長板および前記反射性偏光子と当該鏡との間で少なくとも一度、四分の一波長板を介して光ビームを反射させるよう構成されている鏡を有する。この構成は、携帯電話およびPDAのような小型携帯機器における使用のための投影システムのコンパクトな組み立てを許容する。
【００３２】
付属の請求項の範囲から外れることなく、本発明の範囲内で数多くの変形が可能であることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】投影システムの第一の実施形態を図式的に示す図である。
【図２】走査鏡、四分の一波長板および反射性偏光子の第一の実施形態の詳細を示す図である。
【図３】四分の一波長板および反射性偏光子の配向を示す図である。
【図４】四分の一波長板および反射性偏光子に対する走査鏡の傾きを示す図である。
【図５】走査鏡、四分の一波長板および偏光軸の異なる二つの部分を有する反射性偏光子の第二の実施形態を示す図である。
【図６】走査鏡、四分の一波長板および三つの異なる部分を有する反射性偏光子の第三の実施形態を示す図である。
【図１】
2007531909.tif 000003
【図２】
2007531909.tif 000004
【図３】
2007531909.tif 000005
【図４】
2007531909.tif 000006
【図５】
2007531909.tif 000007
【図６】
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【国際調査報告】
2007531909.tif 000009
2007531909.tif 000010
2007531909.tif 000011
2007531909.tif 000012
2007531909.tif 000013