(57)【要約】【課題】小型化することが可能な走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを提供する。【解決手段】レーザ光を出射するレーザ光源部１と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系１１、１７、１９と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する光学部品と、光学部品により導光されて入射するレーザ光を、走査ミラー３に向けて投射する投射部材（投射部材８、投射プリズム８１）と、投射されたレーザ光を投影面に向けて反射する前記走査ミラー３を有し、該走査ミラーを二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部２と、を備える走査光学系１０およびそれを備えたプロジェクタ１００とし、投射部材が、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａと対向する側に第一反射面を備えた構成とした。【選択図】図１
2013108999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源部と、
出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、
平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、
前記光学部品により導光されて入射する前記レーザ光を、走査ミラーに向けて投射する投射部材と、
投射されたレーザ光を投影面に向けて反射する前記走査ミラーを有し、該走査ミラーを二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部と、を備え、
前記投射部材は、前記ミラーの非駆動状態の反射面と対向する側に第一反射面を備えたことを特徴とする走査光学系。
【請求項２】
前記第一反射面は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の走査光学系。
【請求項３】
前記投射部材は、導光された前記レーザ光を前記第一反射面に向けて反射するように、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面と同じ側を向いた第二反射面を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の走査光学系。
【請求項４】
前記投射部材が、前記導光されたレーザ光が入射する入射面と、該入射したレーザ光を内部反射する第二反射面と、該第二反射面により反射されたレーザ光を内部反射する第一反射面と、該第一反射面で反射されたレーザ光を前記走査ミラーに向けて投射する投射面と、を備える一体的に形成された投射プリズムであることを特徴とする請求項３に記載の走査光学系。
【請求項５】
前記レーザ光は、前記複数の光学部品により、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対してほぼ平行な平面に沿って進み、前記投射部材に入射する手前で前記走査ミラーに近づく方向に導光されることで前記第二反射面に入射し、該第二反射面により前記走査ミラーと離れる方向に反射されて前記第一反射面に入射することを特徴とする請求項３または４に記載の走査光学系。
【請求項６】
前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して、前記レーザ光の出射方向が平行になるように、前記レーザ光源部を配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の走査光学系。
【請求項７】
前記走査部は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラーを組み込んだ微小電気機械システムによって構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の走査光学系。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の走査光学系を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
前記プロジェクタは、複数の面からなる薄型の筐体を有し、
前記走査光学系は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、前記筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、前記筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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。
【０００３】
従来のレーザプロジェクタでは、赤色、緑色および青色の三原色のレーザ光を得るために、赤色、緑色および青色のレーザ光を生成するレーザ光源が装置内に装着されている。さらに、レーザ光源に加えて、そこから出射されるレーザ光を走査する走査ミラーなどの光学系も装置内に装着されている。そして、従来では、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）によって構成されたＭＥＭＳミラーを走査ミラーとして用いたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
具体的に説明すると、特許文献１には、レーザ光の二次元走査を２つのＭＥＭＳミラーによって行うレーザプロジェクタが開示されている。すなわち、この特許文献１のレーザプロジェクタは、２つのＭＥＭＳミラーのうちの一方のＭＥＭＳミラーでレーザ光を水平方向に走査し、他方のＭＥＭＳミラーでレーザ光を垂直方向に走査するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６８７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年では、携帯電話などのモバイル端末にレーザプロジェクタを搭載するために、レーザプロジェクタの小型化が要求されている。特に、携帯電話においては小型化が進んでいるため、携帯電話に搭載するレーザプロジェクタのさらなる小型化は必須である。しかしながら、特許文献１のレーザプロジェクタでは、ＭＥＭＳミラーを走査ミラーとして用いることで、ある程度は小型になっているが、携帯電話への搭載を考慮すると、そのサイズは未だ大き過ぎるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、小型化することが可能な走査光学系およびそれを備え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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、レーザ光を出射するレーザ光源部と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する複数の光学部品と、前記光学部品により導光されて入射する前記レーザ光を、走査ミラーに向けて投射する投射部材と、投射されたレーザ光を投影面に向けて反射する前記走査ミラーを有し、該走査ミラーを二次元走査することによりレーザ光の走査を行う走査部と、を備え、前記投射部材は、前記ミラーの非駆動状態の反射面と対向する側に第一反射面を備えた走査光学系としたことを特徴としている。
【０００９】
上記の構成によると、投射部材の反射面を走査ミラーの反射面と対向して設けるので、走査光学系を小型化することが可能となる。
【００１０】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記第一反射面は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して平行に配置されることを特徴としている。この構成によると、投射部材の反射面を走査部と平行に配置するので、走査ミラーの上部に投射ミラーを斜めに傾斜して配置する構成と比較して走査光学系の厚みを薄くすることが可能となる。なお、走査光学系の厚みとは、非駆動状態の走査ミラーの反射面の法線方向に沿った方向の厚みのことである。
【００１１】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記投射部材は、導光された前記レーザ光を前記第一反射面に向けて反射するように、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面と同じ側を向いた第二反射面を備えたことを特徴としている。この構成によると、第二反射面から第一反射面に向けて立ち上げるように反射し、第一反射面から走査ミラーに向けて立ち下げるように反射するので、第二反射面にレーザ光を入射する光学部品の光路の高さ位置の設定に対する自由度が増加し、走査光学系を小型化する際に有効となる。また、走査ミラーに向けて立ち下げるようにしてレーザ光を投射する反射面となる第一反射面が走査ミラーと平行に設置されるので、走査光学系の薄型化を図ることが可能となる。
【００１２】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記投射部材が、前記導光されたレーザ光が入射する入射面と、該入射したレーザ光を内部反射する第二反射面と、該第二反射面により反射されたレーザ光を内部反射する第一反射面と、該第一反射面で反射されたレーザ光を前記走査ミラーに向けて投射する投射面と、を備える一体的に形成された投射プリズムであることを特徴としている。この構成によると、第一反射面と第二反射面と投射面とを一体的に備えた投射プリズムを用いることで、走査光学系の小型化を図ることが容易となる。
【００１３】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記レーザ光は、前記複数の光学部品により、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対してほぼ平行な平面に沿って進み、前記投射部材に入射する手前で前記走査ミラーに近づく方向に導光されることで前記第二反射面に入射し、該第二反射面により前記走査ミラーと離れる方向に反射されて前記第一反射面に入射することを特徴としている。この構成によると、複数の光学部品を介して走査ミラーに近づく位置までレーザ光を走査ミラーと平行に導光し、その後、一旦、走査ミラーから遠ざけて、第一反射面を介して走査ミラーに立ち下げるように投射するので、走査光学系の薄型化と小型化を図ることができる。
【００１４】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面に対して、前記レーザ光の出射方向が平行になるように、前記レーザ光源部を配置したことを特徴としている。この構成によると、走査部と平行な面に光路を形成するように光学系を配置することができ走査部の厚みを小さくして、走査光学系を薄型にすることが可能となる。
【００１５】
また本発明は上記構成の走査光学系において、前記走査部は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラーを組み込んだ微小電気機械システムによって構成されていることを特徴としている。この構成によると、走査部の厚みを小さくすることができ、１つの走査ミラーでレーザ光の二次元走査を行うことができ、走査光学系の薄型化を図ることが容易となる。
【００１６】
また本発明のプロジェクタは、上記の構成の走査光学系を備えている。この構成によると、容易にプロジェクタを小型化することができる。
【００１７】
また本発明は上記構成のプロジェクタにおいて、前記プロジェクタは、複数の面からなる薄型の筐体を有し、前記走査光学系は、前記走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、前記筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、前記筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されることを特徴としている。この構成によると、走査光学系を薄型にすることができるので、プロジェクタの薄型化と小型化が可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを容易に小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る走査光学系の概要を示す断面図である。
【図２】本発明に係る走査光学系の構成を示す平面図である。
【図３】投射プリズムを使用した変形例であって、（ａ）に第一の変形例の概略断面図を示し、（ｂ）に第二の変形例の概略断面図を示す。
【図４】走査部の一例を示す平面図である。
【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】本発明に係るプロジェクタを搭載したモバイル端末の使用状態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
【００２１】
本実施形態に係るプロジェクタ１００は、例えば図６に示すように、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などのモバイル端末４０に搭載されるものである。従って、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、前述したプロジェクタが備える走査光学系について、図１〜図５を用いて説明する。図１および図２に示す走査光学系１０は、赤色、緑色および青色の三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１０は、レーザ光を出射するレーザ光源部１と、出射されたレーザ光を平行化するレンズ光学系と、平行化されたレーザ光を所定の光路に導光する光学部品と、導光されたレーザ光を投影面に向けて射出して二次元走査する走査ミラー３を有する走査部２とを備えており、それらが、所定のケース部材１０ａに収納された構成となっている。なお、図中において、レーザ光は二点鎖線で表している。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
レーザ光源部１−Ｇは、例えば、赤外半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたものであって、赤外半導体レーザからのレーザ光の波長を波長変換素子で１／２に波長変換することにより緑色のレーザ光を生成するようになっている。なお、レーザ光源部１−Ｇの構造としては特に限定されるものではないが、赤外半導体レーザと波長変換素子とを組み合わせたものの方が効率がよい。
【００２８】
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。
【００２９】
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６参照）に向けて射出する走査ミラー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。
【００３０】
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（例えば、１辺の長さが約１ｃｍ）となっている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
駆動部５は、Ｘ軸方向において固定枠４と細い接続梁で接続され、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。
【００３４】
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となる領域が変形する。すなわち、駆動部５は、電力が供給されることで駆動する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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の圧電素子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の圧電素子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の圧電素子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の圧電素子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。
【００４０】
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の圧電素子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の圧電素子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の圧電素子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の圧電素子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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記のように走査部２は、駆動源と、該駆動源により、互いに直交している２軸周りに回動可能な走査ミラー３を組み込んだ微小電気機械システムによって構成されているので、走査部２の厚みを小さくすることができ、１つの走査ミラー３でレーザ光の二次元走査を行うことができ、走査光学系の薄型化を図ることが容易となる。
【００４３】
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１および図２に示すような光路（図中の二点鎖線）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１参照）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。
【００４４】
まず、ケース部材１０ａ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になり、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に対して平行になるように配置されている。
【００４５】
また、走査ミラー３の上方付近（図１参照）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に投射するための第一反射面を備える投射部材８が設置されている。また、この投射部材８として、例えば、第一反射面を形成する投射ミラー８Ａと、レーザ光を投射ミラー８Ａに向けて反射する反射ミラー８Ｂが配置されている。すなわち、この投射部材８（投射ミラー８Ａ、反射ミラー８Ｂ）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。
【００４６】
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、レンズ光学系１１、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および反射ミラー８Ｂ、投射ミラー８Ａをこの順番で経由し、投射ミラー８Ａの反射面（第一反射面）で反射されることによって走査ミラー３に投射される。
【００４７】
なお、レンズ光学系１１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１２および１５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って、本発明の「光学部品」の一例である。ダイクロイックミラー１３は、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、赤色および青色のレーザ光を合成する機能を持つ。また、ダイクロイックミラー１４は、赤色および青色のレーザ光を反射し、緑色のレーザ光を透過するものであり、図２に示すように配置することで、赤色、緑色および青色のレーザ光を合成する機能を持つ。これらダイクロイックミラー１３および１４も、本発明の「光学部品」の一例である。
【００４８】
この赤色のレーザ光は、レンズ光学系１１で平行化された後に、同一の平面内において、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。
【００４９】
緑色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｇから出射された後、折り曲げミラー１６、レンズ光学系１７、折り曲げミラー１８、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および反射ミラー８Ｂ、投射ミラー８Ａをこの順番で経由し、投射ミラー８Ａの反射面（第一反射面）で反射されることによって走査ミラー３に投射される。なお、緑色のレンズ光学系１７は２枚で構成されているが、１枚で構成してもよい。
【００５０】
なお、レンズ光学系１７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１８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って、本発明の「光学部品」の一例である。折り曲げミラー１６については、他の折り曲げミラーと同様の機能を持つが、平行化される前のレーザ光を反射するように配置されている。すなわち、緑色のレーザ光は、出射直後に折り曲げミラー１６に入射することで進行方向を変えた後、レンズ光学系１７によって平行化される。
【００５１】
この緑色のレーザ光においては、レンズ光学系１７で平行化された後、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、レンズ光学系１７で平行化された後に、同一の平面内において、折り曲げミラー１８、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。
【００５２】
青色のレーザ光は、レーザ光源部１−Ｂから出射された後、レンズ光学系１９、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および投射部材８をこの順番で経由し、投射部材８が備える第一反射面で反射されることによって走査ミラー３に投射される。なお、レンズ光学系１９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。
【００５３】
この青色のレーザ光においては、レンズ光学系１９で平行化された後、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、レンズ光学系１９で平行化された後に、同一の平面内において、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４および折り曲げミラー１５をこの順番で経由している。
【００５４】
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、投射部材８（ここでは、反射ミラー８Ｂに導光されるまで）に至る光路が同一の平面内に含まれており、その平面が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａの法線方向Ｎと直交している。言い換えると、上記の平面が非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行になっている。
【００５５】
また、本実施形態では、図２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５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、折り曲げミラー１２、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および反射ミラー８Ｂ、投射ミラー８Ａの順番で反射されるため、その反射回数は５回となる。緑色のレーザ光は、折り曲げミラー１６、折り曲げミラー１８、折り曲げミラー１５および反射ミラー８Ｂ、投射ミラー８Ａの順番で反射されるため、その反射回数は５回となる。また、青色のレーザ光は、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１４、折り曲げミラー１５および反射ミラー８Ｂ、投射ミラー８Ａの順番で反射されるため、その反射回数は５回となる。なお、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。
【００５６】
また本実施形態では、合成されたレーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射部材８として、第一反射面を形成する投射ミラー８Ａと、レーザ光を第一反射面に向けて反射する第二反射面を形成する反射ミラー８Ｂを用いている。第一反射面は、走査ミラー３の非駆動状態の反射面と対向する側に設けられている反射面である。このように、投射部材８の反射面を走査ミラーの反射面３ａと対向して設けるので、走査光学系の厚みを薄くすることが可能となって、走査光学系を小型化することが可能となる。
【００５７】
また、この第一反射面は、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対して平行に配置することが好ましい。この構成であれば、投射部材の反射面（第一反射面）を走査部２とほぼ平行に配置するので、走査ミラー３の上部に投射ミラーを斜めに傾斜して配置する構成と比較して走査光学系の厚みをさらに薄くすることが可能となって、走査光学系を小型化することが可能となる。
【００５８】
折り曲げミラー１５から走査部２と平行（非駆動状態の走査ミラー３の反射面３ａに対して平行）に反射される入射光Ｒ１は、第二反射面（反射ミラー８Ｂ）から第一反射面（投射ミラー８Ａ）に向けて立ち上げられ、第一反射面から走査ミラー３に向かう投射光Ｒ２Ｂとして立ち下げられている。
【００５９】
また、走査ミラー３から射出光Ｒ３が射出されるが、この射出光Ｒ３は、投射光Ｒ２Ｂとは逆方向に射出されていて、投射部材８（投射ミラー８Ａ、反射ミラー８Ｂ）と干渉しない方向に射出される構成となる。
【００６０】
本実施形態では、走査ミラー３の上部に、第一反射面を備える投射ミラー８Ａを走査部２と平行に配置することができるので、走査ミラー３の上部に投射ミラーを斜めに傾斜して配置する構成と比較して走査光学系の厚みを薄くすることが可能となって好ましい。
【００６１】
ここで、図２に示す走査部２は、レーザ光源部１−Ｒとレーザ光源部１−Ｂの大部分、および複数の光学部品が重畳する位置に設置されている。そのために、この構成であれば走査光学系の平面積を容易に小さくすることができる。また、このサイズの走査部２に替えてより小さいサイズの走査部２Ａ（図中の想像線に示す）を用いると、レーザ光源部１やその他の光学部品と重畳しない構成とすることができる。この構成であれば、レーザ光の光路をより走査部２Ａの面に接近させることが可能となって、走査光学系の厚みをさらに薄くできる。さらに、レーザ光の光路の配設空間の自由度が増して走査光学系のレイアウト構成の自由度が大きくなって好ましい。
【００６２】
次に、投射ミラー８Ａと反射ミラー８Ｂを備えた投射部材に替えて投射プリズムを用いた変形例について図３（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）に示す第一の変形例の投射プリズム８１は、折り曲げミラー１５からの入射光Ｒ１が入射する入射面８１ａと、走査ミラー３に向かう投射光Ｒ２Ｄを投射する投射面８１ｄを備えている。また、投射プリズム８１に入射したレーザ光を内部に反射する第二反射面８１ｂ、第一反射面８１ｃを備えている。第二反射面８１ｂ、第一反射面８１ｃが全反射する反射面であれば、入射光Ｒ１を全て投射光Ｒ２Ｄとして投射することが可能となる。
【００６３】
また、第二反射面８１ｂ、第一反射面８１ｃのいずれか一方の反射面を、プリズム内部を進行するレーザ光Ｒ２Ｃの一部を透過する半透過型として、透過光をフォトダイオードなどの光検出器に導光してレーザ光の光量を検出してレーザ光出力を調節する構成としてもよい。
【００６４】
第二反射面８１ｂは、プリズム体の側面に設ける入射面８１ａから入射したレーザ光を第一反射面８１ｃに向けて立ち上げるようにして反射する傾斜反射面である。第一反射面８１ｃは、プリズム体の上面に設けられる上部反射面として走査ミラー３に向かうレーザ光を立ち下げるように反射しており、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対して平行に設置されている。また、第一反射面８１ｃから反射されたレーザ光を投射する投射面８１ｄを走査ミラー３に対向する傾斜面としている。このように、投射プリズム８１の上面を走査ミラー３にレーザ光を立ち下げる第一反射面とすることができるので、走査光学系の薄型化を図ることが容易となる。
【００６５】
この変形例でも、走査ミラー３から射出される射出光Ｒ３は、投射光Ｒ２Ｄとは逆方向に射出されて、投射プリズム８１と干渉しない方向に射出される構成となる。そのために、投射部材である投射プリズム８１の設置位置に制限を受けることがなく、コンパクトな設計が可能となる。また、投射プリズム８１の上面を形成すると共に反射面となる第一反射面８１ｃを走査部２と平行に配置することができるので、走査光学系の厚みを薄くすることも可能となる。
【００６６】
また、この投射プリズム８１を用いる構成であれば、プリズム体の上面を反射面としているので、先に説明した投射ミラー８Ａの厚みの分、走査光学系の厚みを薄くすることができ、さらに好ましいといえる。
【００６７】
このように、導光されたレーザ光が入射する入射面８１ａと、該入射したレーザ光を内部反射する第二反射面８１ｂと、該第二反射面により反射されたレーザ光を内部反射する第一反射面８１ｃと、該第一反射面で反射されたレーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射面８１ｄと、を備える一体的に形成された投射プリズム８１を用いることで、走査光学系の小型化を図ることが容易となる。
【００６８】
この際に、複数の光学部品により導光されるレーザ光は、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対してほぼ平行な平面に沿って進み、投射部材（例えば、投射プリズム８１）に入射する手前で走査ミラー３に近づく方向に導光されるように第二反射面８１ｂに入射し、該第二反射面により前記走査ミラー３と離れる方向に反射されて第一反射面８１ｃに入射することが好ましい。この構成であれば、複数の光学部品を介して走査ミラー３に近づく位置までレーザ光を走査ミラー３と平行に導光し、その後、一旦、走査ミラー３から遠ざけて、第一反射面を介して走査ミラー３に立ち下げるように投射するので、走査光学系の薄型化と小型化を図ることができる。
【００６９】
図３（ｂ）に示す第二の変形例の投射プリズム８２は、先に示した投射プリズム８１と同様に、折り曲げミラー１５からの入射光Ｒ１が入射する入射面８２ａと、走査ミラー３に向かう投射光Ｒ２Ｄを投射する投射面８２ｄと、投射プリズム８２に入射したレーザ光を内部に反射する第二反射面８２ｂと第一反射面８２ｃを備えている。
【００７０】
ただし、上部反射面として、走査ミラー３に向けてレーザ光を反射する第一反射面８２ｃが、走査ミラー３の非駆動状態の反射面３ａに対して平行に設置されておらず、先端側が反射面３ａに近づく方向に少し傾斜している点が相違している。また、折り曲げミラー１５と入射面８２ａも少し傾斜して、この折り曲げミラー１５から、レーザ光を立ち下げるようにして導光している点も相違している。
【００７１】
そのために、折り曲げミラー１５で、レーザ光を走査ミラー３に近づく方向に反射し、立ち下げるようにして投射部材（投射プリズム８２）に導光する。それから、導光されたレーザ光を第二反射面８２ｂで反射して、走査ミラー３から離れる方向に立ち上げるようにして内部反射し、立ち上がったレーザ光を、第一反射面８２ｃで内部反射して、立ち下げるようにして走査ミラー３に投射する構成となる。
【００７２】
上記の構成であれば、小型化を維持しながら、走査ミラー３の法線方向により近づく方向に、レーザ光を反射できるようになり、走査ミラー３の広い上部空間領域に向けて投影可能となり、プロジェクタの小型化に対して有効となる。
【００７３】
上記したように、本実施形態に係る走査光学系は、導光されるレーザ光を走査ミラー３に向けて投射する投射部材（投射部材８、投射プリズム８１、投射プリズム８２）を有している。また、この投射部材が、導光されたレーザ光を走査ミラー３に向けて立ち下げるように反射する第一反射面を備えると共に、この第一反射面を走査ミラー３の反射面と対向して設けた構成としている。
【００７４】
そのために、本実施形態に係る走査光学系は、容易に小型化することができる。また、所望のレーザ光を二次元走査して正しく出射するので、本実施形態に係る走査光学系を備えたプロジェクタの小型化を図ることが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態に係る投射部材は、走査ミラーの非駆動状態の反射面と対向する側に設ける第一反射面と、走査ミラーの非駆動状態の反射面と同じ側を向いた第二反射面とを備え、走査部に対してほぼ平行に導光されるレーザ光を第二反射面から第一反射面に向けて走査ミラーと離れる方向に反射し、第一反射面から走査ミラーに向けて反射しているので、第二反射面にレーザ光を入射する光学部品の光路の高さ位置の設定に対する自由度が増加し、走査光学系を小型化する際に有効となる。
【００７６】
例えば、上記のように、圧電素子を用いたユニモルフ構造により、互いに直交している２軸周りに回動可能とされる走査ミラー３を組み込んだＭＥＭＳ（微小電気機械システム）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、走査光学系１０を薄型にするのが容易となる。また、互いに直交している２軸周りに走査ミラー３を回動させるので、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１０のさらなる小型化を図ることが可能となる。
【００７７】
また、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を駆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。
【００７８】
また、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。
【００７９】
また、上記のように、導光されるレーザ光を走査ミラー３に向けて立ち下げるように反射する第一反射面を走査部２と平行に設ける構成とすることで、薄型化を図ることが可能となり、容易に小型化することができる。
【００８０】
なお、図６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。
【００８１】
また、モバイル端末４０に搭載するプロジェクタ１００の薄型化を図るために、このプロジェクタ１００は、複数の面からなる薄型の筐体を有した構成とされる。また、このプロジェクタ１００に装着する走査光学系は、走査ミラーの非駆動状態の反射面を含む平面と、筐体を構成する最も広い面とが平行になるように配置され、筐体の最も広い面に設置された開口部からレーザ光が投射されるように構成する。
【００８２】
この構成であれば、走査光学系を薄型にすることができるので、プロジェクタが薄型になり、モバイル端末の小型化が可能となる。
【００８３】
以上、本発明に係る走査光学系について、モバイル端末用プロジェクタの実施形態を中心に説明したが、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載およびこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【００８４】
例えば、上記実施形態では、携帯電話やＰＤＡなどのモバイル端末にプロジェクタを搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、モバイル端末以外の装置にプロジェクタを搭載するようにしてもよい。また、プロジェクタ単体で使用可能となるように構成してもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、図２に示した状態となるように光学部品を配置したが、本発明はこれに限らず、光学部品の配置位置や使用個数は用途に応じて変更可能である。
【００８６】
また、上記実施形態では、走査部に圧電素子を組み込み、その圧電素子を利用して走査ミラーを駆動するようにしたが、本発明はこれに限らず、走査ミラーの駆動手段としてはどのようなものであってもよい。ただし、圧電素子を用いた方が走査部の薄型化を図り易い。
【００８７】
以上説明したように、本発明に係る走査光学系およびそれを備えたプロジェクタによれば、走査光学系およびそれを備えたプロジェクタを容易に小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
そのために、本発明に係る走査光学系およびそれを備えたプロジェクタは、小型化を目指すモバイル端末用のレーザプロジェクタに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１、１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ    レーザ光源部
２    走査部
３    走査ミラー
３ａ  反射面
５ａ  圧電素子
８    投射部材
８Ａ  投射ミラー（第一反射面）
８Ｂ  反射ミラー（第二反射面）
８１、８２    投射プリズム（投射部材）
８１ｃ、８２ｃ  第一反射面
１０    走査光学系
１１、１７、１９    レンズ光学系
１２、１５、１６、１８    折り曲げミラー（光学部品）
１３、１４    ダイクロイックミラー（光学部品）
４１    投影面
１００    プロジェクタ
Ｒ１    入射光
Ｒ２Ｂ、Ｒ２Ｄ    投射光
Ｒ３    射出光
【図１】
2013108999.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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