JP7674130B2 - 光源装置およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置と、この光源装置を内蔵するプロジェクタに関する。

従来、コンピュータの画面やビデオ画像等の画像をスクリーンに投影する画像投影装置としてプロジェクタが用いられてきた。これらのプロジェクタでは、光源装置から射出された光をＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーに反射させて走査することにより、画像をスクリーンに投影する（例えば、特許文献１）。

特開２００８－１８５９４３号公報

しかしながら、従来のプロジェクタでは、光源からの光をミラーに反射させる構成において光源とミラーとが離れた位置に配置されるため、プロジェクタを小型化することは困難であった。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る光源装置は、光を出射する発光素子と前記光を走査する走査素子とを備え、前記光の進行ベクトルが、前記走査素子の表面に対する垂直方向成分について正の成分のみを含むことを特徴とする。

また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が２軸方向に回動してもよい。

また、本発明に係る光源装置は、発光素子が前記走査素子に搭載されてもよい。

また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が光透過部を備え、前記発光素子の出射光が、前記光透過部を透過してもよい。

また、本発明に係る光源装置は、前記光透過部に光屈折素子が設けられてもよい。

また、本発明に係る光源装置は、前記走査素子が、固定フレームと、可動フレームと、可動部とを備え、前記可動フレームが、前記可動フレームの両側に形成された第１の梁を介して、前記固定フレーム内に接続され、前記可動部が、前記可動部の両側に形成された第２の梁を介して、前記可動フレームの内部に接続され、前記第１の梁の方向が、前記第２の梁の方向に垂直であってもよい。

また、本発明に係るプロジェクタは、前記光源装置と、制御部とを備える。

本発明によれば、発光素子と走査素子とを一体化でき、小型の光源装置およびプロジェクタを提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光源装置の動作を説明するための図である。 図３は、本発明の第１の実施例に係る光源装置の構成を示す図である。 図４は、本発明の第１の実施例に係る光源装置の動作を説明するための概略側面図である。 図５は、本発明の第２の実施例に係る光源装置の構成を示す図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る光源装置およびプロジェクタについて、図１、２を参照して説明する。

＜光源装置およびプロジェクタの構成＞
本実施の形態に係るプロジェクタ１は、図１に示すように、光源装置１＿１と制御部１＿４とを備える。光源装置１＿１は発光素子１＿２と走査素子１＿３を備え、制御部１＿４は発光素子駆動電源１＿５と走査素子駆動電源１＿６とを備える。発光素子１＿２が発光素子駆動電源１＿５と接続され、走査素子１＿３が走査素子駆動電源１＿６と接続される。

＜光源装置の動作＞
本実施の形態に係るプロジェクタ１における光源装置１＿１の動作を、図２（ａ）を参照して説明する。比較のために、図２（ｂ）に、従来のプロジェクタの光源装置の構成を示す。

ここで、光源装置１＿１または走査素子１＿３’の出射面（表面）に対する垂直方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向における正方向（Ｚ＋方向）を、光源装置１＿１または走査素子１＿３’から光が出射する側の方向とする。また、Ｚ方向における負方向（Ｚ－方向）を、光源装置１＿１または走査素子１＿３’から光が出射する側の反対側の方向とする。

従来のプロジェクタの光源装置の構成では、発光素子１＿２’の出射光Ｌを走査素子１＿３’で反射して、走査素子１＿３’を駆動（回動）して反射光Ｒを走査する。

この構成では、図２（ｂ）に示すように、発光素子１＿２’の出射光Ｌの進行ベクトルが、負のＺ方向成分（Ｚ－）を含み、走査素子１＿３’からの反射光Ｒの進行ベクトルが、正のＺ方向成分（Ｚ＋）を含む。

このように、この構成における光の進行ベクトルは、負のＺ方向成分（Ｚ－）と正のＺ方向成分（Ｚ＋）を含む。

したがって、従来のプロジェクタの光源装置の構成では、反射光Ｒを利用するので、発光素子１＿２’と走査素子１＿３’との間に所定の距離を要するため、プロジェクタの小型化が困難である。

一方、本実施の形態に係るプロジェクタ１の光源装置１＿１では、発光素子１＿２と走査素子１＿３とを一体化することにより、反射光を用いることなく、出射光Ｌまたは透過光Ｔを用いる。この出射光Ｌまたは透過光Ｔを、走査素子１＿３を駆動（回動）することにより走査して投影する。

この構成では、図２（ａ）に示すように、光源装置１＿１の出射光Ｌまたは透過光Ｔの進行ベクトルは、負のＺ方向成分（Ｚ－）を含まず、正のＺ方向成分（Ｚ＋）のみを含む。

したがって、本実施の形態に係る光源装置１＿１では、反射光を用いず、発光素子１＿２と走査素子１＿３とを一体化するので、プロジェクタを小型化できる。

＜第１の実施例＞
本発明の第１の実施例に係る光源装置およびプロジェクタについて図３、４を参照して説明する。

＜光源装置およびプロジェクタの構成＞
本実施例に係るプロジェクタ１０は、第１の実施の形態と同様の構成を有する。また、本実施例に係る光源装置１１は発光素子１２と走査素子１３を備える。

図３（ａ）、（ｂ）それぞれに、本実施例に係る光源装置１１の概略鳥瞰図と概略正面図を示す。光源装置１１において、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、走査素子１３に発光素子１２が搭載される。

走査素子１３には、電磁駆動型ＭＥＭＳを用いる。走査素子１３は、第１軸１３０＿１に対して回動可能に形成された可動フレーム１３２と、その可動フレーム１３２を支持する固定フレーム１３１と、第１軸１３０＿１に直交する第２軸１３０＿２に対して回動可能に形成された可動部１３３とを備える。

また、固定フレーム１３１の両側には、第１軸１３０＿１と第２軸１３０＿２との間の方向に磁場を形成するための第１の磁石（Ｎ極）１３５＿１及び第２の磁石（Ｓ極）１３５＿２がそれぞれ配置される。例えば、第１の磁石１３５＿１のＮ極と第２の磁石１３５＿２のＳ極が、固定フレーム１３１の対角線上に配置される。第１の磁石（Ｎ極）１３５＿１及び第２の磁石（Ｓ極）１３５＿２は、例えば、永久磁石または電磁石で形成できる。

可動フレーム１３２は、第１軸１３０＿１の方向に可動フレーム１３２の両側に形成された第１の梁１３４＿１を介して固定フレーム１３１内に接続されている。

また、図３（ｂ）に示すように、可動フレーム１３２には、可動フレーム１３２を、第１軸１３０＿１を中心軸として回動させるための第１の駆動コイル１３６＿１が配置される。例えば、第１の駆動コイル１３６＿１は、可動フレーム１３２の面内で複数回周回するように巻かれて構成され、その一端は第１の梁１３４＿１を介して固定フレーム１３１の第１の電極１３７＿１に接続され、他端は第１の梁１３４＿１を介して固定フレーム１３１の第２の電極１３７＿２に接続される。

第１の駆動コイル１３６＿１には、可動フレーム１３２を駆動させるための第１信号が印加される。第１の駆動コイル１３６＿１に第１信号が印加されれば、第１の磁石（Ｎ極）１３５＿１及び第２の磁石（Ｓ極）１３５＿２により形成された磁場と第１の駆動コイル１３６＿１に流れる電流により発生したローレンツ力が、可動フレーム１３２を駆動させ、第１軸１３０＿１を中心軸として回動させる。

一方、可動部１３３は、可動フレーム１３２の内部に配置され、可動フレーム１３２と接続される。可動部１３３は、第２軸１３０＿２方向に可動部１３３の両側に形成された第２の梁１３４＿２を介して可動フレーム１３２の内部に接続される。

ここで、第１軸１３０＿１の方向と第２軸１３０＿２の方向とは、互いに直交する方向である。したがって、第１の梁１３４＿１と第２の梁１３４＿２との延長線も互いに直交する。

また、図３（ｂ）に示すように、可動部１３３には、可動部１３３を、第２軸１３０＿２を中心軸として回動させるための第２の駆動コイル１３６＿２が配置される。例えば、第２の駆動コイル１３６＿２は、可動部１３３の面内で複数回周回するように巻かれて構成され、その一端は第１の梁１３４＿１と第２の梁１３４＿２を介して固定フレーム１３１の第３の電極１３７＿３に接続され、他端は第１の梁１３４＿１と第２の梁１３４＿２を介して固定フレーム１３１の第４の電極１３７＿４に接続される。

第２の駆動コイル１３６＿２には、可動部１３３を駆動させるための第２信号が印加される。第２の駆動コイル１３６＿２に第２信号が印加されれば、第１の磁石（Ｎ極）１３５＿１及び第２の磁石（Ｓ極）１３５＿２により形成された磁場と第２の駆動コイル１３６＿２に流れる電流により発生したローレンツ力が、可動部１３３を駆動させ、第２軸１３０＿２を中心軸として回動させる。

発光素子１２は、走査素子１３の可動部１３３に搭載される。発光素子１２は、赤色のレーザ光を射出する赤色光源素子と、緑色のレーザ光を射出する緑色光源素子と、青色のレーザ光を射出する素子とから構成される。

例えば、赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子はそれぞれ、中心波長が６３０ｎｍ、５３０ｎｍ、４３０ｎｍである半導体レーザ（ＬＤ）である。

このように、発光素子１２は、赤色の波長域光と、緑色の波長域光と、青色の波長域光を射出でき、それぞれの光が合成され、色度を変化させる。

本実施例に係るプロジェクタ１０では、発光素子駆動電源が、赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子それぞれを駆動する赤色光源駆動用電源と緑色光源駆動用電源と青色光源駆動用電源とを備え、それぞれを駆動する。

赤色光源素子、緑色光源素子、青色光源素子それぞれの駆動電流を変化させることによりそれぞれの光量（光強度）を変化させ、合成される光の色度を変化させる。

＜光源装置の動作＞
発光素子１２から出射される光は、走査素子１３を駆動させ、第２軸１３０＿２および第１軸１３０＿１を中心軸として回動させることにより、水平方向および垂直方向に走査する。その結果、画像がスクリーン上に２次元で投影される。

例えば、走査素子１３を第２軸１３０＿２を中心軸として回動させ、発光素子１２の出射光を水平方向に走査する場合、出射光を高速で走査するために、高周波信号により駆動することが望ましい。

そこで、走査素子１３の可動部１３３を水平方向に駆動する場合、走査素子駆動電源より第２の駆動コイル１３６＿２に印加される第２信号は、高周波信号を用いる。ここで、可動部１３３と第２の梁１３４＿２とは、それぞれ高周波振動に適した質量及び弾性剛性を有するように設計される。

また、例えば、走査素子１３を第１軸１３０＿１を中心軸として回動させ、発光素子１２の出射光を垂直方向に走査する場合、垂直方向には出射光を高速で走査させる必要はないので、低周波信号による駆動でもよい。

そこで、走査素子１３の可動フレーム１３２を垂直方向に駆動する場合、走査素子駆動電源より第１の駆動コイル１３６＿１に印加される第１信号は、低周波信号を用いる。ここで、可動フレーム１３２と第１の梁１３４＿１とは、それぞれ低周波振動に適した質量及び弾性剛性を有するように設計される。

このように、本実施例に係る光源装置１１は、走査素子１３を駆動させ、第２軸１３０＿２および第１軸１３０＿１を中心軸として回動させることにより、発光素子１２の出射光を水平方向および垂直方向に走査できる。

また、本実施例に係る光源装置１１では、従来の光源装置のように発光素子の出射光を反射させることなく、発光素子１２の出射光を走査して投影する。したがって、本実施例に係る光源装置１１における光の進行ベクトルは、図４に示すように、走査素子１３の表面に対する垂直方向成分について正の成分（Ｚ＋方向成分）のみを含む。

本実施例に係る光源装置およびプロジェクタによれば、発光素子と走査素子とを一体化できるので、光源装置およびプロジェクタを小型化できる。

＜第２の実施例＞
本発明の第２の実施例に係るプロジェクタについて、図５を参照して説明する。

＜光源装置およびプロジェクタの構成＞
本実施例に係るプロジェクタ２０は、第１の実施例に係るプロジェクタ１０と同様の構成を有する。

図５（ａ）、（ｂ）それぞれに、本実施例に係る光源装置２１の概略鳥瞰図と概略側面図を示す。光源装置２１は、図５（ａ）に示すように、支持台２７と走査素子２３と発光素子２２と備える。

光源装置２１では、発光素子２２の上方に走査素子２３を配置する。一例として、図５に示すように、支持台２７の底壁部の上面に発光素子２２を搭載して、発光素子２２の上方に走査素子２３を配置する。

走査素子２３は、可動部２３３に光透過部２３８を備える。光透過部２３８には、板状のガラス等の透過板またはレンズを設ける。また、光透過部２３８は、可動部２３３の全面に配置されてもよいし、一部に配置されてもよく、発光素子２２の出射光が透過されればよい。

走査素子２３において、光透過部２３８以外の駆動機構などの構成は、第１の実施例と同様である。

発光素子２２の構成は、第１の実施例と同様である。

＜光源装置の動作＞
図５（ｂ）に示すように、発光素子２２の出射光Ｌは、走査素子２３の光透過部２３８を透過して、透過光Ｔが走査素子２３の駆動により走査されスクリーン（図示せず）に投影される。図５（ｂ）では、走査素子２３における第１軸２３０＿１での回動の態様を示すが、第２軸２３０＿２においても同様に回動する。

光透過部２３８にレンズ２３９を設ける場合、発光素子２２の出射光Ｌが光透過部２３８およびレンズ２３９を透過、屈折して、透過光Ｔが走査素子２３から出射する。その結果、本実施例で透過板を設ける場合および第１の実施例に比べて、レンズ２３９での屈折角が大きいので、透過光Ｔの走査範囲を拡大できる。ここで、レンズ以外でもプリズムなどの光を屈折させる素子（光屈折素子）を設けても同様の効果を奏する。

また、光透過部２３８には、ハーフミラー、偏光板等を設けてもよい。また、回折格子、フォトニック結晶等を用いれば、単一色の光源でも走査素子の傾きにより色を変化させることができる。また、ホログラフィックに関連する素子など光の透過を利用する光学素子を設けてもよい。

また、光透過部２３８には、ブラインド構造を設けてもよい。例えば、ブラインド構造に、光を透過する部分と光を遮蔽する部分とが交互に配置されたものを用いる。走査素子の回動により、ブラインド構造を透過する光量を変化させることができる。

このように、本実施例に係る光源装置２１は、走査素子２３を駆動させ、第２軸および第１軸を中心軸として回動させることにより、発光素子２２の出射光を水平方向および垂直方向に走査できる。

また、本実施例に係る光源装置２１では、従来の光源装置のように発光素子２２の出射光を反射させることなく、発光素子２２の出射光Ｌを走査素子２３に透過させて投影する。したがって、本実施例に係る光源装置２１における光の進行ベクトルは、走査素子２３の表面に対する垂直方向成分について正の成分（Ｚ＋方向成分）のみを含む。

本実施例に係るプロジェクタによれば、発光素子と走査素子とを一体化できるので、プロジェクタを小型化できる。

本発明の実施の形態および実施例では、走査素子に電磁駆動型ＭＥＭＳを用いる例を示したが、静電駆動型ＭＥＭＳ、圧電駆動型ＭＥＭＳなどを用いてもよい。

静電駆動型ＭＥＭＳを用いる場合には、本発明の実施の形態における磁石の代わりに、固定フレームと可動フレームとの対向する部分および可動フレームと可動部との対向する部分に、静電容量用の電極を設ければよい。

また、圧電駆動型ＭＥＭＳを用いる場合には、本発明の実施の形態における磁石の代わりに、第１の梁および第２の梁に、圧電素子を設ければよい。

本発明の実施の形態および実施例では、光源装置およびプロジェクタの構成などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。プロジェクタの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

本発明は、投影型のプロジェクタ、画像表示装置に適用することができる。

１０ プロジェクタ
１１ 光源装置
１２ 発光素子
１３ 走査素子
１３１ 固定フレーム
１３２ 可動フレーム
１３３ 可動部
１３４＿１、１３４＿２ 梁
１３５＿１、１３５＿２ 磁石
１３６＿１、１３６＿２ 駆動コイル
１３７＿１、１３７＿２、１３７＿３、１３７＿４ 電極
１＿４ 制御部
１＿５ 発光素子駆動電源
１＿６ 走査素子駆動電源

Claims (3)

1. 光を出射する発光素子と
   前記光を走査する走査素子とを備え、
   前記光の進行ベクトルが、前記走査素子の表面に対する垂直方向成分について正の成分のみを含み、
   前記走査素子が２軸方向に回動し、
   前記走査素子が、固定フレームと、可動フレームと、可動部と、第１の磁石と、第２の磁石と、第１の駆動コイルと、第２の駆動コイルとを備え、
   前記可動フレームが、前記可動フレームの両側に形成された第１の梁を介して、前記固定フレーム内に接続され、
   前記可動部が、前記可動部の両側に形成された第２の梁を介して、前記可動フレームの内部に接続され、
   前記第１の梁の方向が、前記第２の梁の方向に垂直であり、
   前記第１の磁石のＮ極と前記第２の磁石のＳ極それぞれが、前記固定フレームの対角線上に配置され、
   前記第１の駆動コイルが、前記可動フレームの面内で複数回周回するように巻かれて配置され、
   前記第２の駆動コイルが、前記可動部の面内で複数回周回するように巻かれて配置され、
   前記走査素子が光透過部を備え、
   前記走査素子の一方の面から所定の距離離れて配置される前記発光素子の出射光が、前記光透過部を透過し、前記走査素子の他方の面から出射する
   ことを特徴とする光源装置。
2. 前記光透過部に光屈折素子が設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光源装置と、
   制御部と
   を備えるプロジェクタ。

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