(57)【要約】【課題】レーザ光のビームスポット形状の歪みを補償すること。【解決手段】投影光の出射方向に対して画像の上が画像投影装置から遠く前記画像の下が前記画像投影装置に近くなるように斜めに前記画像を投影する前記画像投影装置に用いる光学部品であって、レーザ光６０を走査することにより、前記投影光とする走査部３２と、前記走査部が前記画像内の上を走査する場合、合焦距離が長くなり、前記走査部が前記画像内の下を走査する場合、合焦距離が短くなるように前記レーザ光の合焦位置を調整する調整光学系２８と、前記レーザ光を左右方向に対し上下方向に拡張する拡張光学系３８と、拡張された前記レーザ光を前記画像が投影される面に集束させる集束光学系４４と、を具備する光学部品。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光の出射方向に対して画像の上が画像投影装置から遠く前記画像の下が前記画像投影装置に近くなるように斜めに前記画像を投影する前記画像投影装置に用いる光学部品であって、
レーザ光を走査することにより、前記投影光とする走査部と、
前記走査部が前記画像内の上を走査する場合、合焦距離が長くなり、前記走査部が前記画像内の下を走査する場合、合焦距離が短くなるように前記レーザ光の合焦位置を調整する調整光学系と、
前記レーザ光を上下方向に拡張する拡張光学系と、
拡張された前記レーザ光を前記画像が投影される面に集束させる集束光学系と、
を具備することを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記調整光学系は、
入射した前記レーザ光を集光させる集光レンズと、
集光された前記レーザ光をコリメートするコリメートレンズと、
前記走査部が前記画像内の上を走査する場合、前記集光レンズと前記コリメートレンズとの間隔を短くし、前記走査部が前記画像内の下を走査する場合、前記集光レンズと前記コリメートレンズとの間隔を長くする第１駆動部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記拡張光学系は、前記走査部が走査した前記レーザ光を拡張することを特徴とする請求項１または２記載の光学部品。
【請求項４】
前記拡張光学系は、前記コリメートされたレーザ光を上下方向に拡散する拡散光学系と、拡散した前記レーザ光をコリメートするコリメート光学系とを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の光学部品。
【請求項５】
前記集束光学系は、ｆθレンズであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光学部品。
【請求項６】
前記拡張光学系を、前記コリメートされた前記レーザ光の光軸に挿入および離脱する第２駆動部を具備することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光学部品。
【請求項７】
前記画像投影装置は、平面上に設置され、前記平面に画像を投影することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の光学部品。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項記載の光学部品を備えることを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品および画像投影装置に関し、例えば投影光の出射方向に対して斜めに画像を投影する画像投影装置およびそれに用いる光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯型の画像投影装置が用いられている。例えば、プロジェクタ機能を有する携帯電話端末等が用いられている。このような画像投影装置においては、レーザ光を走査することにより投影光とし画像を投影する。また、投影光の出射方向に対して斜めに画像を投影する画像投影装置がある。例えば、特許文献１には、画像投影装置を設置した平面に画像を投影する画像投影装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７０１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
投影光の出射方向に対して斜めに画像を投影すると、スクリーン上のレーザ光のビームスポット形状が歪んでしまう。スクリーン上において、隣接する画素同士のビームスポットが重なると、画像の解像度が低下する。特許文献１においては、レーザ光のビームの上下をカットすることにより、ビームスポット形状の歪みを補償している。しかしながら、特許文献１の方法では、レーザ光の光量が低下してしまう。また、画像が小さく、ピクセルサイズがそれに伴って小さくなると、ビームの上下をカットしても、回折の影響で所望のビーム形状にならない。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、レーザ光のビームスポット形状の歪みを補償することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、投影光の出射方向に対して画像の上が画像投影装置から遠く前記画像の下が前記画像投影装置に近くなるように斜めに前記画像を投影する前記画像投影装置に用いる光学部品であって、レーザ光を走査することにより、前記投影光とする走査部と、前記走査部が前記画像内の上を走査する場合、合焦距離が長くなり、前記走査部が前記画像内の下を走査する場合、合焦距離が短くなるように前記レーザ光の合焦位置を調整する調整光学系と、前記レーザ光を左右方向に対し上下方向に拡張する拡張光学系と、拡張された前記レーザ光を前記画像が投影される面に集束させる集束光学系と、を具備することを特徴とする光学部品である。本発明によれば、レーザ光のビームスポット形状の歪みを補償することができる。
【０００７】
上記構成において、前記調整光学系は、入射した前記レーザ光を集光させる集光レンズと、集光された前記レーザ光をコリメートするコリメートレンズと、前記走査部が前記画像内の上を走査する場合、前記集光レンズと前記コリメートレンズとの間隔を短くし、前記走査部が前記画像内の下を走査する場合、前記集光レンズと前記コリメートレンズとの間隔を長くする第１駆動部と、を備える構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記拡張光学系は、前記走査部が走査した前記レーザ光を拡張する構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記拡張光学系は、前記コリメートされたレーザ光を上下方向に拡散する拡散光学系と、拡散した前記レーザ光をコリメートするコリメート光学系とを含む構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記集束光学系は、ｆθレンズである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記拡張光学系を、前記コリメートされた前記レーザ光の光軸に挿入および離脱する第２駆動部を具備する構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記画像投影装置は、平面上に設置され、前記平面に画像を投影する構成とすることができる。
【００１３】
本発明は、上記光学部品を備えることを特徴とする画像投影装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、レーザ光のビームスポット形状の歪みを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、実施例１の画像投影装置の側面図、図１（ｂ）は、上面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｄ）は、レーザビームの形状を示す図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１の光学部品を示す側面図である。
【図４】図４は、実施例１の光学部品を示す上面図である。
【図５】図５は、実施例２の光学部品の側面図である。
【図６】図６は、実施例２の画像投影装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照し実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１（ａ）は、実施例１の画像投影装置の側面図、図１（ｂ）は、上面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、平面１６上に画像投影装置１０が置かれている。画像投影装置１０は、例えば携帯電話端末、カメラ、携帯用ナビゲーション装置、パーソナルコンピュータ、ゲーム機または単独の画像投影装置でもよい。画像投影装置１０の前面に投影口１８が設けられている。投影口１８から投影光１２が出射される。投影光１２はレーザ光を走査したものである。投影光１２は平面１６に照射され画像１４が投影される。このように、画像投影装置１０が置かれた平面１６を画像１４を投影するスクリーンとして用いる。例えば、平面１６は壁であり、画像投影装置１０を壁に設置してもよい。また、平面１６は、ホワイトボード等でもよい。
【００１８】
図１（ａ）において、画像１４の中心点Ｐ１を通る投影光１２ａと平面１６とのなす角度をθとする。画像１４内の上（画像投影装置１０から遠い方）の辺の中点をＰ２、画像１４内の下（画像投影装置１０から近い方）の辺の中点をＰ３とする。画像１４内の左右の辺の中点をそれぞれＰ４およびＰ５とする。このように、画像投影装置１０は、投影光１２の出射方向に対して画像１４内の上が画像投影装置１０から遠く画像１４内の下が画像投影装置１０に近くなるように斜めに画像１４を投影する。
【００１９】
図２（ａ）から図２（ｄ）は、レーザビームの形状を示す図である。図２（ａ）に示すように、投影光に垂直な断面のレーザビーム形状６２を直径φ０の略円形とする。この場合、図２（ｂ）に示すように、平面１６に投影されたレーザビームスポット形状６４は、上下に長い長軸φ１および短軸φ０の長円形となる。ここで形状６２の直径φ０と形状６４の短軸φ０とはほぼ同じとなる。長軸φ１と短軸φ０との比は角度θに依存する。角度θが５°程度であると、φ１／φ０は、約１０となる。ビームスポットの大きさは画像１４のピクセルサイズ程度とすることが好ましい。形状６４のようにビームスポットの形状が歪んでしまうとビームスポットが隣のピクセルと重なってしまい、画像の解像度が低下する。
【００２０】
そこで、図２（ｃ）に示すように、投影光に垂直な断面のレーザビーム形状６６を左右に長い長軸φ０および短軸φ２の長円形とする。このとき、φ０／φ２を約１０とする。図２（ｄ）に示すように、平面１６に投影されたビームスポットの形状６８は、直径φ０の略円形となる。
【００２１】
図２（ｃ）のようなレーザビームの形状６６を形成するためには、２つのプリズムと回折格子とを組み合わせることも考えられる。しかしながら、画像１４の大きさが小さい場合、例えば、ピクセルサイズが１ｍｍ程度以下の場合、短軸φ２を１００μｍ程度以下とすることになる。このため、略平行のレーザ光を用いた場合、回折限界を下回る短軸φ２を求めることになり、実現困難である。以下の実施例１に係る光学部品では、小さいピクセルサイズにおいてもビームスポットの歪みを補正することができる。
【００２２】
なお、以下の説明では、画像１４内の画像投影装置１０から遠い方向を上方向、近い方向を下方向とする。レーザ光６０等の上下方向とは、物理的な上下方向ではなく、画像１４内の上下方向に対応する方向とする。左右方向についても同様である。
【００２３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１の光学部品を示す側面図である。図４は、実施例１の光学部品を示す上面図である。図３（ａ）は、画像１４内の点Ｐ２に照射するレーザ光を出射する場合を示している。図３（ｂ）は、画像１４内の点Ｐ３に照射するレーザ光を出射する場合を示している。図４のレーザ光６０ａおよび６０ｂは画像１４内のそれぞれ点Ｐ４およびＰ５に照射されるレーザ光を示している。それぞれのレーザ光が３本の実線で示されているのは、レーザ光６０の中心、両端を示している。すなわち、３本の実線の間隔が広い場合は、レーザ光６０のビーム径が大きいことを示している。
【００２４】
図３（ａ）、図３（ｂ）および図４に示すように、光学部品５０は、レーザ光源２０、調整光学系２８、反射ミラー３０、走査部３２、拡張光学系３８および集束光学系４４を備えている。レーザ光源２０は、１または複数の波長のレーザ光を出射する。複数の波長のレーザ光６０は、例えば、赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光である。赤色、緑色および青色レーザ光の波長は、それぞれ６１０ｎｍ〜６６０ｎｍ、５１５ｎｍ〜５４０ｎｍおよび４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲でよい。複数のレーザ光６０は画像の隣の画素と重ならない程度に同一光軸上に出射される。
【００２５】
調整光学系２８は、レーザ光６０の合焦位置を調整する。調整光学系２８は、集光レンズ２２、コリメートレンズ２４および第１駆動部２６を備えている。集光レンズ２２は、入射したレーザ光６０を集光させる。コリメートレンズ２４は、集光されたレーザ光６０をコリメートする。コリメートレンズ２４は、レーザ光６０を厳密に平行光とするものではなくてもよい。例えば、集光レンズ２２により集光されたレーザ光６０に対し平行に近づく程度にレーザ光６０をコリメートすればよい。第１駆動部２６は、集光レンズ２２とコリメートレンズ２４との少なくとも一方を光軸方向に移動させる。これにより、集光レンズ２２とコリメートレンズ２４との間隔を変更する。反射ミラー３０は、レーザ光６０を反射する。走査部３２は、レーザ光６０を走査することにより、投影光１２とする。走査部３２は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーであり、上下左右にレーザ光を走査する。これにより、画像１４内をレーザビームが走査する。
【００２６】
拡張光学系３８は、レーザ光６０を上下方向に拡張する。例えば、拡張光学系３８は、上下方向にレーザ光６０を拡張させるが、左右方向には拡張させない。または、左右方向に対し上下方向の拡張率が大きくなるようにレーザ光６０を拡張する。拡張光学系３８は、拡散光学系３４とコリメート光学系３６とを備えている。拡散光学系３４は、略平行光を上下方向に拡散する拡散光とする。コリメート光学系３６は、上下方向に拡散したレーザ光６０をコリメートする。コリメート光学系３６は、レーザ光６０を厳密に平行光とするものではなくてもよい。例えば、コリメート光学系３６は、拡散光学系３４により拡散されたレーザ光６０に対し平行に近づく程度にレーザ光６０をコリメートすればよい。
【００２７】
拡散光学系３４は、例えば上下方向に凹レンズであり、左右方向には平坦である。このため、レーザ光６０は上下方向に拡散するが、左右方向には略平行光である。コリメート光学系３６は、例えば上下方向に凸レンズであり、左右方向には平坦である。このため、レーザ光６０は、上下方向および左右方向とも略平行光となる。これにより、拡散光学系３４を出射するレーザ光６０は、上下方向に拡張され、左右方向には拡張されない。図３（ａ）および図３（ｂ）では、拡散光学系３４は、レーザ光６０を上下方向に約３倍拡張している。
【００２８】
集束光学系４４は、拡張光学系３４により拡張されたレーザ光６０を画像１４が投影される面に集束させる。例えば、集束光学系４４は、上下方向および左右方向とも同程度にレーザ光６０を集束させる。集束光学系４４は、凹レンズ４０と凸レンズ４２とを備えており、例えばｆθレンズである。
【００２９】
集束光学系４４から出射するレーザ光６０は上下方向のＮＡ（開口数）が左右方向に比べ大きい。このため、レーザ光６０が合焦した断面におけるレーザビームの形状は、図２（ｃ）のように、上下方向に短く左右方向に長い長円形状となる。よって、投影された画像の面においては、図２（ｄ）のように、ビームスポットの形状は略円形となる。
【００３０】
以上のように、レーザ光６０の上下方向のＮＡを左右方向より大きくし、集束させることにより、図２（ｃ）のようなレーザビーム形状を形成する場合、レーザ光６０が画像１４を投影する面で合焦することが求められる。しかしながら、図１（ｂ）のように、画像１４の上下では、画像投影装置１０からの距離が異なっている。
【００３１】
そこで、実施例１においては、調整光学系２８は、走査部３２が画像１４内の上を走査する場合、合焦距離が長くなり、走査部３２が画像１４内の下を走査する場合、合焦距離が短くなるようにレーザ光６０の合焦位置を調整する。これにより、画像１４の上下において、レーザ光６０を合焦させることができ、画像１４のビームスポット形状の歪みを補償できる。さらに、特許文献１のように、レーザ光のビームの上下をカットしていないため、レーザ光の強度を保持できる。
【００３２】
図３（ａ）のように、第１駆動部２６は、走査部３２が画像１４内の上を走査する場合、集光レンズ２２とコリメートレンズ２４との間隔Ｌ１を短くする。図３（ｂ）のように、走査部３２が画像１４内の下を走査する場合、集光レンズ２２とコリメートレンズ２４との間隔Ｌ２を長くする。これにより、図３（ａ）では合焦距離を長くし、図３（ｂ）では、合焦距離を短くできる。調整光学系２８の合焦位置の調整は、走査部３２がレーザ光を上下方向に揺動させる同期信号を用いて行なうことができる。
【００３３】
さらに、拡張光学系３８は、走査部３２の前段に配置してもよいが、後段に配置することが好ましい。すなわち、走査部３２が走査したレーザ光６０を拡張することが好ましい。これにより、ＭＥＭＳミラーを小型化することができる。
【実施例２】
【００３４】
実施例２は、拡張光学系３８が脱着可能な例である。図５は、実施例２の光学部品の側面図である。光学部品５２は、第２駆動部４８を備えている。第２駆動部４８は、拡張光学系３８および集束光学系４４のうち拡張光学系３８のみを、調整光学系２８によりコリメートされたレーザ光６０の光軸に挿入および離脱する。その他の構成は、実施例１の図３（ａ）の図３（ｂ）および図４と同じであり説明を省略する。
【００３５】
図６は、実施例２の画像投影装置の側面図である。図６においては、第２駆動部４８が、拡張光学系３８をレーザ光６０の光軸から離脱させている。さらに、第１駆動部２６は、レーザ光６０を略平行光となるように、集光レンズ２２とコリメートレンズ２４との間隔を調整する。この場合、投影光１２の出射方向にほぼ直交する平面１７に画像を投影することができる。レーザ光６０のビーム形状はほぼ円形の状態で、平面１７にレーザ光６０が照射される。また、実施例１において拡張光学系３８が拡張させるレーザ光の倍率分、投影光の角度が広がる。よって、投影光１２の角度θ１を大きくできる。
【００３６】
実施例２によれば、第２駆動部４８が、拡張光学系３８をレーザ光６０の光軸に挿入すると、画像投影装置１０は、図１（ａ）および図１（ｂ）のように、投影光１２の出射方向に斜めな面に画像１４を投影できる。一方、拡張光学系３８をレーザ光６０の光軸から離脱させると、画像投影装置１０は、図６のように、投影光１２の出射方向に略直交する面１７に画像を投影できる。
【００３７】
実施例１および実施例２は、図１（ａ）のように、画像投影装置１０が、平面１６上に設置され、平面１６に画像を投影する例である。例えば、投影光の出射方向に対し略平行の平面に画像を投影する例である。この場合、図２（ｂ）のように、ビームスポットの歪が非常に大きくなる。そこで、実施例１および実施例２の光学部品を用いることが好ましい。例えば、図１（ａ）の角度θが１０°以下の場合、実施例１および実施例２の光学部品を用いることが有効である。実施例１および実施例２の光学部品は、投影光の出射方向に対して斜めに画像を投影する画像投影装置に用いることができる。
【００３８】
さらに、実施例１および実施例２においては、レーザ光として赤色、緑色および青色の３つの異なる波長を有する複数のレーザ光を例に説明した。このように、波長の異なる複数のレーザ光を用いる場合、各種光学系には色収差補正レンズを用いることが好ましい。
【００３９】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０          画像投影装置
１２          投影光
１４          画像
２０          レーザ光源
２２          集光レンズ
２４          コリメートレンズ
２６          第１駆動部
２８          調整光学系
３２          走査部
３４          拡散光学系
３６          コリメート光学系
３８          拡張光学系
４４          集束光学系
４８          第２駆動部
【図１】
2013109027.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013109027.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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