激光投射装置的制作方法

专利名称：激光投射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过用激光对被投射面二维地进行扫描从而在被投射面显示二 维图像的激光投射装置。
背景技术：
以往，提出了各种如下的激光投射装置作为偏转装置(Deflection apparatus) 使用MEMS(Micro Electro MechanicalSystems 微机电系统)反射镜等，通过偏转装置使 激光二维地进行偏转而对被投射面二维地进行扫描，从而在被投射面显示二维图像。在这 种激光投射装置中，作为将针对偏转装置的入射光与反射光进行分离的方式，有偏振光分 离方式和角度分离方式。偏振光分离方式是利用偏振光来分离入射光与反射光的方式。例如在专利文献1 中，公开了采用偏振光分离方式的投射器(Projector)。在该投射器中，由PBS来反射激光 (例如S偏振光)，并利用1/4波长板将其转换为圆偏振光之后，垂直地入射到MEMS反射镜， 另一方面，利用上述1/4波长板将从MEMS反射镜垂直地射出的反射光转换为P偏振光，使 其透过上述PBS而垂直地投射到屏幕。在这种偏振光分离方式中，将来自MEMS反射镜的光垂直地投射到屏幕，因此具有 显示于屏幕的图像(投影图像)的梯形失真少这样的优点，但是具有如下缺点。即，如果将 投射器放在桌子上或者地面(foolr)而使用，则投影图像的下半部分显示于桌子上或者地 面，因此如果不用手拿着投射器来使用，则无法在屏幕整体上显示(投影)图像。在用手拿 着投射器来使用的情况下，投射器容易摇晃，难以长时间使用投射器。为了应对这种问题， 如果将投射器本身倾斜地放在桌子上使用，这次就会产生因倾斜投射所致的梯形失真。另 外，在将投影图像进行彩色化的情况下，需要使用红(R)、绿(G)、蓝(B)的各颜色的光，但是 难以将上述的PBS、l/4波长板设计成对于所有颜色的光具有良好的光学特性，在波长不同 于设计波长的光中容易产生损失，难以得到鲜明的投影图像。另一方面，角度分离方式是通过使激光倾斜地入射到偏转装置从而分离入射光与 反射光的方式。在该角度分离方式中，由偏转装置反射的光倾斜地投射到屏幕，因此即使在 将投射器放在桌子上使用的情况下，也能够在屏幕整体中显示图像。另外，由于不需要如上 述的PBS、1/4波长板那样的光学部件，因此也不会产生如上所述的光量损失的问题。因而， 在投射器的易使用性、投影图像的鲜明度方面，可以说角度分离方式更优于偏振光分离方 式。专利文献1 美国专利申请公开第2008/0037090号说明书

发明内容
另外，角度分离方式使光倾斜地投射到屏幕，因此经常带来投影图像的梯形失真 的问题，需要想一些抑制梯形失真的方法。关于这点，例如如果在偏转装置的屏幕侧配置透 射光学系统，则能够通过该投射光学系统来校正梯形失真。但是，在偏转装置的屏幕侧配置投射光学系统，这成为阻碍投射器的薄型化的主要原因。因而，在使光倾斜地投射到屏幕的 结构中，优选不配置投射光学系统而抑制梯形失真。本发明是为了解决上述问题点而作出的，目的在于提供一种薄型的激光投射装 置，以倾斜地投射到被投射面的结构，不用配置投射光学系统就能够抑制投影图像的梯形失真。本发明的激光投射装置，具备激光光源；以及偏转装置，通过反射部件使来自所 述激光光源的光向相互正交的第一扫描方向以及第二扫描方向偏转，对被投射面二维地进 行扫描，根据所述偏转装置的偏转状态来调整所述激光光源的输出，由此在所述被投射面 显示二维图像，所述激光投射装置的特征在于，所述偏转装置的第一扫描方向的扫描速度 比第二扫描方向的扫描速度快，所述偏转装置通过使来自所述激光光源的光进行偏转，由 此在第二扫描方向上倾斜地投射到所述被投射面，将来自所述激光光源的光线被所述偏转 装置进行偏转后入射到所述被投射面的画面中心时的所述偏转装置的偏转状态设为画面 中心显示状态，在第二扫描方向上将被所述偏转装置进行了偏转的光线向所述被投射面的 入射角度从小的一方朝向大的一方的方向设为正时，来自所述激光光源的光从第二扫描方 向的负侧入射到所述偏转装置，所述画面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部件 的法线，相对于所述被投射面的法线向第二扫描方向的负侧倾斜。在本发明的激光投射装置中，优选所述第二扫描方向是铅直方向。本发明的激光投射装置优选满足下面的条件式(1)。艮口，0. 25 < θ mems/ θ in < 0. 75... (1)其中，θ mems 画面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部件的法线与所述被投 射面的法线在第二扫描方向上形成的角度；θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的 所述反射部件时的第二扫描方向的入射角度。本发明的激光投射装置进一步优选还满足下面的条件式(la)。艮口，0. 3 < θ mems/ θ in < 0. 7... (la)在本发明的激光投射装置中也可以构成为所述激光光源的光的射出方向，与画 面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部件的法线方向正交，所述激光投射装置还 具备向上反射镜，向折弯的方向，向上射出来自所述激光光源的光；以及向下反射镜，向 所述偏转装置，向下射出由所述向上反射镜向上射出的光。在本发明的激光投射装置中，优选以压电驱动方式来驱动所述偏转装置，其中，所 述压电驱动方式是如下方式通过向压电元件施加电压而使所述反射部件转动，由此使入 射到所述反射部件的来自所述激光光源的光进行偏转。本发明的激光投射装置优选满足下面的条件式O)。艮口，θ in/ θ scan (V) > 1. 5... (2)其中，θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的 所述反射部件时的第二扫描方向的入射角度；θ scan(V)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第二扫描方向的机械扫描角度。本发明的激光投射装置优选还满足下面的条件式Ca)。艮口，θ in/ θ scan (V) > 2... (2a)本发明的激光投射装置优选满足下面的条件式(3)。艮口，θ in ^ 35°... (3)本发明的激光投射装置优选满足下面的条件式0)。艮口，1. 1 < cos ( θ in) X θ scan (H) / θ scan (V) <1.5 …其中，θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的 所述反射部件时的第二扫描方向的入射角度；θ scan(H)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第一扫描方向的机械扫描角 度；θ scan(V)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第二扫描方向的机械扫描角度。根据本发明，来自激光光源的光通过偏转装置(例如MEMS反射镜)的反射部件向 第一扫描方向(例如水平方向)以及第二扫描方向(例如铅直方向)这两个方向进行反射 偏转，并被导入到被投射面。此时，偏转装置的第一扫描方向的扫描速度比第二扫面方向的 扫描速度快，这能够通过将第一扫描方向的驱动例如设为正弦驱动、将第二扫描方向的驱 动例如设为线性驱动来实现。通过偏转装置对被投射面二维地进行扫描，并且根据偏转装 置的偏转状态来调整激光光源的输出，由此在被投射面显示二维图像。在此，来自激光光源的光从第二扫描方向的负侧入射到偏转装置，偏转装置通过 使上述光进行偏转，由此在第二扫描方向上对被投射面进行倾斜投射。一般在倾斜投射的 结构中，容易产生投影图像(投影画面)的梯形失真，但是在本发明的结构中，画面中心显 示状态下的偏转装置的反射部件的法线相对于被投射面的法线，向第二扫描方向的负侧倾 斜，因此能够减轻针对被投射面的倾斜投射的程度。由此，即使不配置用于校正梯形失真的 投射光学系统，也能够抑制梯形失真。其结果，实现了装置的薄型化，并且即使从偏转装置 到被投射面不配置投射光学系统，也能够抑制梯形失真。


图1是表示本发明的实施方式1的激光投射装置的整体结构的垂直剖视图。图2是将上述激光投射装置的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图3是表示本发明的实施方式2的激光投射装置的整体结构的垂直剖视图。图4是将上述激光投射装置的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图5是表示本发明的实施方式3的激光投射装置的整体结构的垂直剖视图。图6是将上述激光投射装置的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图7是表示本发明的实施方式4的激光投射装置的整体结构的垂直剖视图。图8是将上述激光投射装置的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图9是表示上述各激光投射装置所具备的偏转装置的概要结构的俯视图。图10的(a) (e)是上述偏转装置的剖视图。
图11是用于说明θ in和θ scan (V)的说明图。图12是用于说明θ mems的说明图。图13是用于说明θ scan (H)的说明图。图14是用于说明投影画面的梯形失真和扫描失真的说明图。图15是表示梯形失真最小时的θ in与θ mems的关系的曲线图。图16是表示梯形失真最小时以及士 5%时的各自的θ in与θ mems的关系、并且表示用直线来近似θ in与θ mems的关系时的各种直线的曲线图。图17的(a)是表示实施方式4的激光投射装置的变形例的结构的主视图，(b)是 上述激光投射装置的侧视图。图18是示意性地示出上述激光投射装置中的光路的立体图。图19是示意性地示出θ in/ θ scan (V) = 1. 5时的朝向偏转装置的反射镜部的入 射光与反射光的光路的说明图。图20是示意性地示出θ in/ θ scan (V) = 2时的朝向偏转装置的反射镜部的入射 光与反射光的光路的说明图。图21是表示θ in与扫描失真的关系的曲线图。图22是在θ in = 20°下梯形失真最小时的投影画面的歪曲图。图23是在θ in = 25°下梯形失真最小时的投影画面的歪曲图。图M是在θ in = 35°下梯形失真最小时的投影画面的歪曲图。图25是在θ in = 40°下梯形失真最小时的投影画面的歪曲图。图沈是表示cos ( θ in) X θ scan (H) / θ scan (V)的值与投影画面的纵横比的关系 的曲线图。图27是示意性地示出实施例1的激光投射装置中的朝向偏转装置的反射镜部的 入射光与反射光的光路的说明图。图观是示意性地示出实施例2的激光投射装置中的朝向偏转装置的反射镜部的 入射光与反射光的光路的说明图。图四是示意性地示出实施例3的激光投射装置中的朝向偏转装置的反射镜部的 入射光与反射光的光路的说明图。图30是示意性地示出实施例4的激光投射装置中的朝向偏转装置的反射镜部的 入射光与反射光的光路的说明图。附图标记说明1 激光光源；3 偏转装置；4 向上反射镜(upward reflectionmirror) ；5 向下 反射镜(downward reflection mirror) ；10 反射镜部(反射部件)；51 压电元件；52 压 电元件；53 压电元件；54 压电元件；SC 屏幕(被投射面)。
具体实施例方式如果根据附图来说明本发明的各实施方式，则成为如下。此外，为了在以下便于说 明，将被投射面的画面长边方向设为H方向(水平方向)，将画面短边方向设为V方向(垂 直方向、铅直方向)。此外，关于被投射面，在此设想屏幕，但是也可以是墙壁。(1.激光投射装置的结构)
图1是表示实施方式1的激光投射装置PJ的整体结构的垂直剖视图，图2是将上 述激光投射装置PJ的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图3是示出实施方 式2的激光投射装置PJ的整体结构的垂直剖视图，图4是将上述激光投射装置PJ的主要 部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。图5是示出实施方式3的激光投射装置PJ的 整体结构的垂直剖视图，图6是将上述激光投射装置PJ的主要部分的结构进行放大而示出 的垂直剖视图。图7是示出实施方式4的激光投射装置PJ的整体结构的垂直剖视图，图8 是将上述激光投射装置PJ的主要部分的结构进行放大而示出的垂直剖视图。各实施方式1 4的激光投射装置PJ具备激光光源1、入射光学系统2、以及偏转 装置3。这些激光投射装置PJ采用使激光倾斜地入射到偏转装置3从而将入射光与反射光 进行分离的角度分离方式。并且，在各激光投射装置PJ中构成为通过由偏转装置3偏转 来自激光光源1的光，由此，从V方向的倾斜方向投射到屏幕SC。激光光源1是射出激光的光源装置，在此由射出RGB三色激光的光源、和颜色合成 单元构成。颜色合成单元是将RGB的激光的光路进行合成而射出的单元，例如由二向色棱 镜(dichroic prism)、分色镜(dichroic mirror)所构成。入射光学系统2是在激光光源1与偏转装置3之间的光路中设置的、例如由凸透 镜构成的聚光透镜。设置该入射光学系统2的目的在于，当使从激光光源1射出的光经过 偏转装置3而投射到屏幕SC时，在屏幕SC上使射束直径最小。偏转装置3是使从激光光源1射出后经过入射光学系统2而入射的光向相互正交 的H方向(第一扫描方向)以及V方向(第二扫描方向)进行偏转从而对屏幕SC 二维地 进行扫描的二维偏转单元，例如由MEMS反射镜构成。此外，在后面叙述偏转装置3的详细 情况。偏转装置3在H方向上被正弦驱动(高速谐振驱动)，在V方向上被线性驱动(低速 驱动)。即，偏转装置3的H方向的扫描速度比V方向的扫描速度更快。根据上述结构，来自激光光源1的光经过入射光学系统2而倾斜地入射到偏转装 置3，并通过偏转装置3的反射部件(后述的反射镜部10)向H方向以及V方向反射偏转， 从V方向的倾斜方向投射到屏幕SC。通过偏转装置3，利用上述光对屏幕SC 二维地进行扫 描，并且根据偏转装置3的偏转状态(反射部件的倾斜位置)来调整激光光源1的输出，由 此能够在屏幕SC显示二维图像。(2.偏转装置的细节)接着，说明上述偏转装置3的细节。图9是表示偏转装置3的概要结构的俯视图。 另外，图10的(a) 图10的(e)是以与X轴垂直的剖面来剖开图9的偏转装置3时的剖 视图。偏转装置3是具有反射镜部10、可动框30以及固定框70的MEMS反射镜。固定框 70是用于将偏转装置3固定于框体(未图示)的部分，在该固定框70的内侧，作为可动部 分以框形状形成有可动框30，在可动框30的内侧，以方形形状形成有反射镜部10。反射镜部10构成使来自激光光源1的光二维地进行偏转的反射部件，经过扭力杆 (torsion bar) 21,22被外侧的可动框30弹性地支撑。扭力杆21、22沿着通过反射镜部10 中心的Y轴，从反射镜部10的对向的两边向外方延伸。可动框30经过曲梁41 44被外侧的固定框70弹性地支撑。曲梁41 44的一 端，分别连接到可动框30中的与Y轴正交的X轴(与扭力杆21、22正交，且通过反射镜部 10的中心)附近的连接部30a 30d。反射镜部10、扭力杆21、22、可动框30、曲梁41
844以及固定框70通过硅基板的各向异性蚀刻而一体地形成。在曲梁41 44的表面，通过粘接等而粘贴有压电元件51 M，形成四个单压电 晶片部(unimorph portion)61 64。如图10的(a)所示，在压电元件51的正反面分别设 有上部电极51a和下部电极51b，在压电元件52的正反面分别设有上部电极5 和下部电 极52b。另外，在压电元件53、54的正反面也同样地分别设有上部电极以及下部电极。例如，通过在不引起分极反转的范围中向上部电极51a以及下部电极51b施加交 流电压，由此，压电元件51进行伸缩，在单压电晶片方面在厚度方向上发生变位。因而，根 据通过向各电极施加电压而产生的压电元件51 M的弯曲变形，曲梁41 44针对可动 框30，绕Y轴以及绕X轴而作用独立的旋转转矩，由此能够使可动框30以Y轴以及X轴为 两个轴来进行转动。下面详细说明这种转动动作。首先，说明绕X轴的转动动作。在压电元件51、52未伸缩的图10的(a)的状态下， 向压电元件51施加伸长的方向的电压，向压电元件52施加收缩的方向的电压(与向压电 元件51施加的电压相反相位的电压)。于是，各单压电晶片部61、62的一端被固定框70固 定并保持，因此如图10的(b)所示，单压电晶片部61弯曲成另一端向下方变位，另一方面， 单压电晶片部62弯曲成另一端向上方变位。同样地，当向压电元件53、54也分别施加与对压电元件51、52施加的电压相同相 位的电压时，各单压电晶片部63、64的一端被固定框70固定并保持，因此单压电晶片部63 弯曲成另一端向下方变位，另一方面，单压电晶片部64弯曲成另一端向上方变位。由此，以 X轴为中心的旋转转矩作用于可动框30，可动框30以X轴为中心向一个方向(P方向)倾 斜。另外，当向压电元件51 M施加与上述电压相反相位的电压时，根据同样的原理，如 图10的(c)所示，以X轴为中心的反方向的旋转转矩作用于可动框30，以X轴为中心向与 上述方向相反方向⑴方向)倾斜。当向压电元件51 M施加保持上述相位关系的交流电压时，单压电晶片部61 64追踪交流电压而重复进行上下方向的振动，起伏式(seesaw)的旋转转矩作用于可动框 30，可动框30以X轴为中心旋转振动至规定变位角度。单压电晶片部61 64与可动框30 连接的连接部30a 30d的宽度变窄，因此比其它部分容易弯曲。因此，能够通过单压电晶 片部61 64的稍微的弯曲，如图10的(b)、(c)所示使可动框30的X轴附近较大地倾斜， 使反射镜部10较大地倾斜。此外，关于连接部30a 30d，除了使宽度变窄之外，也可以使 厚度比其它部分薄。接着，说明绕Y轴的转动动作。当向压电元件51、52的任意一个都施加伸长的方向 的电压时，单压电晶片部61、62的一端被固定框70固定并保持，因此如图10的(d)所示， 单压电晶片部61、62都弯曲成另一端向下方变位。另一方面，当向压电元件5354施加与 压电元件51、52相反相位的电压(收缩的方向的电压)时，单压电晶片部63、64的一端被 固定框70固定并保持，因此如图10的(e)所示，单压电晶片部63、64都弯曲成另一端向上 方变位。此外，为了便于说明，在图10的(e)中省略了反射镜部10的图示。由此，以Y轴 为中心的旋转转矩作用于可动框30，可动框30以Y轴为中心倾斜。当向压电元件51 M施加保持上述相位关系的交流电压时，单压电晶片部61 64追踪交流电压而重复进行上下方向的振动，起伏式的旋转转矩作用于可动框30，可动框 30以Y轴为中心旋转振动至规定变位角度。因而，通过向四个单压电晶片部61 64分别施加规定的电压，能够任意地控制被可动框30支撑的反射镜部10的绕X轴、Y轴的倾斜。如以上那样，以压电驱动方式驱动偏转装置3，其中，所述压电驱动方式是如下方 式通过向压电元件51 M施加电压而使反射镜部10转动，由此使入射到反射镜部10 的来自激光光源1的光进行偏转。在此，作为MEMS反射镜的驱动方式，除了上述的压电驱 动方式之外，还有电磁驱动方式、静电驱动方式。在电磁驱动方式中，需要在反射部件的背 面配置永磁铁，导致偏转装置大型化，因此不利于装置的薄型化。另外，静电驱动方式是使 用与反射部件对向的电极的静电力来驱动反射部件的方式，因此具有驱动电压搞这样的缺 点。与此相对，在上述的压电驱动方式中，能够通过向薄的压电元件施加电压而使反射部件 转动，使入射光进行偏转，另外其驱动电压较低也可。因而，通过采用压电驱动方式来作为 偏转装置3的驱动方式，能够对装置的薄型化有贡献，另外还能够降低功耗。此外，这里虽然将反射镜部10的形状设为方形形状，但是不限于该形状，例如也 可以由直径为1.5mm左右的圆形构成。(3.关于抑制梯形失真的结构)接着，说明在激光投射装置PJ中抑制因倾斜投射而产生的梯形失真的结构。此 外，以下为了便于说明，如下那样定义用语。首先，将从激光光源1射出的光线通过偏转装置3进行了偏转后入射到屏幕SC的 画面中心时的偏转装置3的偏转状态(反射镜部10的倾斜状态)设为画面中心显示状态。 并且，如图11所示，在画面中心显示状态下将来自激光光源1的主光线(中心光线)入射 到偏转装置3的反射镜部10时的V方向的入射角度设为9in(° )，如图12所示，将画面 中心显示状态下的偏转装置3的反射镜部10的法线与屏幕SC的法线在V方向上所成的角 度设为emems(° )。另外，如图11所示，将偏转装置3从画面中心显示状态起的V方向的 机械扫描角度设为θ scan(V) )，如图13所示，将偏转装置3从画面中心显示状态起的 H方向的机械扫描角度设为θ scan(H) )。此外，当以正的符号的值来记载0scan(V)、 θ scan (H)时，有时指该值本身，而有时指机械扫描角度的绝对值。另外，如图14所示，将把画面左上的角部与画面右上的角部进行了连接的直线的 长度设为B3 (mm)、将把画面左下的角部与画面右下的角部进行了连接的直线的长度设为 Bl (mm)、将通过画面中心的投影画面的水平方向的长度设为B2 (mm)时，通过利用下面的公 式计算出的量来进行梯形失真的评价。梯形失真(%) = {(B3-B1)/B2} XlOO当以相对于屏幕SC平行地配置了偏转装置3的状态对屏幕SC进行倾斜投射时， 原理上在投影图像中产生梯形失真。但是，通过在相对于屏幕SC倾斜地配置了偏转装置3 的状态下对屏幕SC进行倾斜投射，能够减轻对屏幕SC的倾斜投射的程度。由此，能够抑制 上述梯形失真。例如，图15是表示梯形失真最小时的θ in与θ mems的关系的曲线图。此外，梯 形失真最小是表示利用上述梯形失真的公式导出的值的绝对值为最小即0。另外，在此， θ scan(H)例如为士8°，θ scan(V)例如为士6°。根据该图可知，在角度分离方式中，如 果生成θ mems、即在画面中心显示状态下使偏转装置3的反射镜部10相对于屏幕SC在V 方向上向光入射侧倾斜，则能够使梯形失真最小。鉴于以上点，在各激光投射装置PJ中，如下地配置偏转装置3。即，将偏转装置3配置成在相对屏幕SC的倾斜投射方向即V方向上，将由偏转装置3进行了偏转的光线向 屏幕SC的入射角度从小的一方朝向大的一方的方向设为正时(将其反方向设为负)，在来 自激光光源1的光从V方向的负侧入射到偏转装置3的情况下，画面中心显示状态下的偏 转装置3的反射镜部10的法线相对于屏幕SC的法线，向V方向的负侧倾斜(参照图11)。 由此，即使在偏转装置3的屏幕SC侧不配置用于校正梯形失真的投射光学系统，也能够抑 制梯形失真，与不需要投射光学系统相应地，能够实现装置的薄型化和小型化，并且抑制梯 形失真。特别是，屏幕SC等被投射面一般平行于V方向，但是通过相对于被投射面向V方 向倾斜地配置偏转装置3，由此在这种对被投射面进行倾斜投射的最一般的投射方式中能 够得到上述的效果，是有效的。另外，一般θ scan(H)比0scan(V)大，因此通过将第二扫描方向设为V方向，并 设为在机械扫描角度小的V方向上使光路折弯而进行倾斜投射的结构，由此能够使偏转装 置3中的偏转分离(入射光与反射光的光线分离)所需的入射到偏转装置3的光的入射角 度比在H方向进行倾斜投射的结构小，能够进一步实现装置的薄型化。这还涉及装置整体 的小型化。另外，从图15可知，梯形失真最小时的θ in和emems具有大致比例关系。在图 15中，大体上成为θ mems/ θ in = 0. 5的关系，因此如果将θ in以及θ mems设定成满足该 关系，则能够将梯形失真抑制为最小。但是，如果梯形失真在士 5%范围内，则在用人的眼睛 进行观察时投影图像的梯形失真不那么显著。图16是表示梯形失真最小时以及士 5%时的各自的θ in与0mems的关系、并 且表示用直线来近似θ in与θ mems的关系时的各种直线的曲线图。此外，直线Al A7 分别表示成为 θ mems/ θ in = 0. 75,0. 7、0· 65,0. 5、0· 35,0. 3、0· 25 的直线。另外，在此， θ scan(H)例如为士8°，θ scan(V)例如为士6°。根据该图，可以说如果(θ in, θ mems) 的坐标在被直线Al与直线A7夹住的区域内，则梯形失真大体上在士 5%的范围内。由此， 可以说作为用于抑制投影图像的梯形失真的条件，优选满足下面的条件式(1)。0. 25 < θ mems/ θ in < 0. 75... (1)S卩，当超过条件式(1)的上限以及下限时，梯形失真将超过士5%，梯形失真变大， 因此通过满足条件式(1)，由此将梯形失真较小地抑制在士 5%以内，能够得到良好的投影 图像。此外，根据该图，可以说更优选满足下面的条件式(Ia)，更进一步优选满足下面的条 件式(Ib)。0. 3 < θ mems/ θ in < 0. 7... (la)0. 35 < θ mems/ θ in < 0. 65...(lb)(4.关于向偏转装置的入射光的光路的折弯)图17的(a)是表示实施方式4的激光投射装置PJ的变形例的结构的主视图，图 17的(b)是上述激光投射装置PJ的侧视图。另外，图18是示意性地示出上述激光投射装 置PJ中的光路的立体图。在上述激光投射装置PJ中，除了上述的激光光源1、入射光学系 统2以及偏转装置3之外，还具备向上反射镜4以及向下反射镜5。向上反射镜4是向折弯 的方向，向上射出从激光光源1射出的光的第一反射镜。向下反射镜5是向偏转装置3，向 下射出被上述向上反射镜4向上射出的光的第二反射镜。这里，说明激光光源1的详细结构。激光光源1具有光源1B、1G、1R、透镜6B、6G、6R、反射镜7、以及分色镜8、9。从光 源IB向H方向射出的B的激光经过透镜6B入射到反射镜7，因此向V方向折弯光路而入射 到分色镜8。从光源IG向H方向射出的G的激光经过透镜6G而入射到分色镜8，因此与B 的激光进行光路合成而向V方向射出，并入射到分色镜9。从光源IR向H方向射出的R的 激光经过透镜6R而入射到分色镜9，因此与B以及G的激光进行光路合成而向H方向射出， 并入射到入射光学系统2。因而，作为从激光光源1整体射出的光的射出方向，成为H方向。在上述激光投射装置PJ中，使画面中心显示状态下的偏转装置3的反射镜部10 的法线方向(在图17(b)中与纸面平行的方向)与激光光源1的光的射出方向(H方向) 正交。并且构成为通过向上反射镜4向折弯的方向，向上射出来自激光光源1的光，接着 通过向下反射镜5向下射出到偏转装置3。根据这种结构，能够在装置的厚度方向(与H方 向以及V方向垂直的方向)上折弯从激光光源1向H方向射出的光的光路，因此能够使装 置整体薄型化。(5.关于 θ in/ θ scan (V))为了通过偏转装置3进行入射光与反射光的光线分离，原理上只要θ in比 θ scan(V)大即可。但是，当θ in过小时，光线分离所需的距离、即偏转装置3的法线方向 的距离变大，装置整体的厚度增大。作为装置薄型化的目标，光线分离所需的距离优选为偏 转装置3的反射镜部10的直径的10倍以下。另外，在考虑了上述折回反射镜(向上反射 镜4、向下反射镜5)等的设置的情况下，光线分离所需的距离优选为反射镜部10的直径的 8倍以下。这里，图19是示意性地示出当θ scan(V) = 6°的情况下设为θ in = 9°时、即 θ in/ θ scan(V) = 1. 5时的向偏转装置3的反射镜部10的入射光与反射光的光路的说明 图。此外，该图的纵轴表示偏转装置3的反射镜部10的V方向的长度(mm)，横轴表示光线 分离所需的距离(mm)。另外，在该图中，进行了偏转的激光所通过的区域表示当通过反射镜 部10在θ scan(V) = 士6°的范围内使激光进行了偏转时进行了偏转的激光所通过的区 域。在反射镜部10的V方向的长度为1. 5mm的情况下，光线分离所需的距离根据该图成为 14. 15mm，这成为反射镜部10的V方向的长度的10倍以下(9. 4倍)。另夕卜，图20是示意性地示出当θ scan(V) = 6°的情况下设为θ in = 12°时、 即θ in/ θ scan(V) = 2时的向偏转装置3的反射镜部10的入射光与反射光的光路的说明 图。在反射镜部10的V方向的长度为1. 5mm的情况下，光线分离所需的距离根据该图成为 7. 06mm，这成为反射镜部10的V方向的长度的8倍以下(4. 7倍)。根据以上，可以说各实施方式1 4的激光投射装置PJ优选满足下面的条件式 O)，可以说更优选满足条件式Oa)。通过满足条件式( ，由此能够可靠地进行光线分离， 并且使光线分离所需的距离为反射镜部10的V方向的长度的10倍以下，而使装置薄型化。 另外，通过进一步满足条件式Oa)，由此能够使光线分离所需的距离为反射镜部10的V方 向的长度的8倍以下，而确保折回反射镜的设置空间并且使装置薄型化。θ in/ θ scan (V) > 1. 5— (2)θ in/ θ scan (V) > 2…(2a)此外，在扫描型的激光投射装置PJ中，屏幕SC上的光点(spot)尺寸的最小值是由光圈面(偏转装置3的反射镜部10兼具光圈的情况较多)的直径而决定的，因此V方向 的图像的分辨率是由θ scan (V)而决定的。在反射镜部10兼具光圈的情况下，反射镜部10 的直径为1 2mm程度，因此要实现VGA、XGA时，θ scan (V)成为5°以上。于是，根据条件 式(2)，只要 θ in 比 1. 5X θ scan (V) = 7. 5° 大即可。(6.关于抑制扫描失真的结构)当通过偏转装置3对屏幕SC 二维地进行扫描时，朝着伴随扫描的向下方向产生凸 型的歪曲、即在屏幕SC上的H方向的1线(line)进行弯曲的扫描失真。也就是说，倾斜投 射角度越大，在画面上部该扫描失真越显著显现。另外，图21是表示θ in和扫描失真的关 系的曲线图，但是可知当θ in增大时，扫描失真也增大。此外，图21中的扫描失真是在图 14中将通过投影画面的画面中心的V方向的长度设为A(mm)、并将通过投影画面的画面中 心的V方向的最上部与画面右上(或者左上)的角部的V方向的距离设为a(mm)时的用如 下公式来算出的。扫描失真(%) = (a/A) X 100这里，图22 图25是梯形失真最小时的投影画面的歪曲图，分别表示θ in = 20°、25°、35°、40°时的歪曲图。此外，在这些图中，只示出了投影画面的右半部分的歪 曲，但是在整个画面中是左右对称的歪曲。另外，横轴(X轴)对应于H方向，纵轴对应于V 方向。根据这些图，可以说在θ in = 20°、25°、35°中扫描失真小，但是在θ in = 40° 中扫描失真大，无法得到良好的投影图像。根据以上，可以说各实施方式1 4的激光投射装置PJ优选满足下面的条件式 (3)。通过满足该条件式(3)，能够抑制投影画面的扫描失真显著显现的情况。θ in ^ 35°... (3)根据以上，当综合条件式(2)、(2a)、(3)时，还能够如下表现与θ in相关的条件式。1. 5X θ scan(V) < θ in ^ 35°2X θ scan(V) < θ in ^ 35°(7.关于投射画面的纵横比)各实施方式1 4的激光投射装置PJ优选满足下面的条件式(4)。艮口，1. 1 < cos( θ in) X θ scan(H) / θ scan(V) < 1. 5…(4)其理由如下。图沈是表示cos( θ in) X θ scan (H)/θ scan (V)的值与投影画面的纵横比的关系 的曲线。根据该图，当COS ( θ in) X θ scan (H)/θ scan (V)的值小于1. 1时，投影画面成为纵 长。在这种情况下，为了投影出普通的横长的图像(例如纵横=3 4)，将投影画面的上 下进行剪裁而使用，无法有效地利用投影画面整体。另一方面，当COS(Qin) X θ scan(H)/ θ scan (V)的值大于1. 5时，关于投影画面的画面尺寸，比起纵向在横向上变得过长，在投 影普通的横长的图像的情况下，也会将投影画面的左右进行剪裁而使用，仍然无法有效地 利用投影画面整体。因而，通过满足条件式(4)，能够使投影画面的纵横比良好，从而能够有 效地利用投影画面整体。特别是，普通的横长的图像的纵横比(3/4= (0. 75))进入到与条 件式⑷的上限以及下限对应的范围内(0.65 1.0)，因此即使在投影普通的横长的图像 的情况下，也能够有效地利用投影画面整体。(8.关于实施例)
接着，关于各实施方式l一4的激光投射装置P丁的实施例，作为实施例l一4举出结构数据(C。nStruCti。n data)等来进一步具体地进行说明。此外，实施例l一4是分别与各实施方式l一4对应的数值实施例，表示各实施方式l一4的光学结构图(图l一图8)也直接应用在相对应的实施例l一4中。
此外，在下面所示的结构数据中，Si(i—l，2，3，…)是表示以入射光学系统2的聚光透镜的光入射面为基准面(S1)并从那里起向屏幕SC侧的第i个面。另外，由面顶点坐标(X，y，Z)和旋转角度o(X旋转tilt(倾斜))以及根据需要的旋转角度p(Y旋转tilt)的各面数据，来分别确定各面Si的配置。面Si的面顶点坐标是以其面顶点为局部的正交坐标系统(X，Y，Z)的原点而用全局的正交坐标系统(X，y，Z)中的局部的正交坐标系统(X，Y，Z)的原点的坐标(X，y，Z)来表示的(单位设为mm)，用以其面顶点为中心的绕X轴的旋转角度(’ )以及绕Y轴的旋转角度(’)来表示面Si的倾斜。
此外，当朝向X轴的行进方向时(从负侧朝向正侧时)，将逆时针的方向设为绕X轴的旋转角度的正方向。另外，当朝向Y轴的行进方向时(从负侧朝向正侧时)，将顺时针的方向设为绕Y轴的旋转角度的正方向。其中，坐标系统全部是用右手系未定义的，全局的正交坐标系统(X，y，Z)成为与基准面(S1)的局部的正交坐标系统(X，Y，Z)一致的绝对坐标系统。
此外，R表示曲率半径(mm)，Nd以及Vd分别表示针对d线的折射率以及阿贝数。另外，在全部的实施例l一4中，偏转装置3在H方向上进行正弦驱动，在V方向上进行线性驱动。其中，关于H方向，使用一个周期的扫描时间中的75％，关于V方向，使用一个周期的扫描时间中的90％。另外，在各实施例l一4的数据中，偏转装置3的偏心数据表示偏转装置3的偏转角相对于H方向以及V方向为o’时的值。
(实施例1)
<偏心数据>
权利要求
1.一种激光投射装置，具备 激光光源；以及偏转装置，通过反射部件使来自所述激光光源的光向相互正交的第一扫描方向以及第 二扫描方向偏转，对被投射面二维地进行扫描，根据所述偏转装置的偏转状态来调整所述激光光源的输出，由此在所述被投射面显示 二维图像，所述激光投射装置的特征在于，所述偏转装置的第一扫描方向的扫描速度比第二扫描方向的扫描速度快， 所述偏转装置通过使来自所述激光光源的光进行偏转，由此在第二扫描方向上倾斜地 投射到所述被投射面，将来自所述激光光源的光线被所述偏转装置偏转后入射到所述被投射面的画面中心 时的所述偏转装置的偏转状态设为画面中心显示状态，在第二扫描方向上将被所述偏转装 置进行了偏转的光线向所述被投射面的入射角度从小的一方朝向大的一方的方向设为正 时，来自所述激光光源的光从第二扫描方向的负侧入射到所述偏转装置， 所述画面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部件的法线，相对于所述被投射 面的法线向第二扫描方向的负侧倾斜。
2.根据权利要求1所述的激光投射装置，其特征在于， 所述第二扫描方向是铅直方向。
3.根据权利要求1或者2所述的激光投射装置，其特征在于， 满足下面的条件式(1)，0. 25 < θ rnems/ θ in < 0. 75…(1)其中，θ mems 画面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部件的法线与所述被投射面 的法线在第二扫描方向上形成的角度；θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的所述 反射部件时的第二扫描方向的入射角度。
4.根据权利要求3所述的激光投射装置，其特征在于， 还满足下面的条件式(Ia)，0. 3 < θ mems/ θ in < 0. 7... (la)。
5.根据权利要求1 4中的任意一项所述的激光投射装置，其特征在于，所述激光光源的光的射出方向，与画面中心显示状态下的所述偏转装置的所述反射部 件的法线方向正交，所述激光投射装置还具备向上反射镜，向折弯的方向，向上射出来自所述激光光源的光；以及 向下反射镜，向所述偏转装置，向下射出由所述向上反射镜向上射出的光。
6.根据权利要求1 5中的任意一项所述的激光投射装置，其特征在于，以压电驱动方式来驱动所述偏转装置，其中，所述压电驱动方式是如下方式通过向压 电元件施加电压而使所述反射部件转动，由此使入射到所述反射部件的来自所述激光光源的光进行偏转。
7.根据权利要求1 6中的任意一项所述的激光投射装置，其特征在于， 满足下面的条件式0)，θ in/ θ scan (V) > 1. 5— (2)其中，θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的所述 反射部件时的第二扫描方向的入射角度；θ scan(V)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第二扫描方向的机械扫描角度。
8.根据权利要求7所述的激光投射装置，其特征在于， 还满足下面的条件式Ca)，θ in/ θ scan (V) > 2…Ca)。
9.根据权利要求7或者8所述的激光投射装置，其特征在于， 满足下面的条件式(3)，θ in ≤ 35°…⑶。
10.根据权利要求1 9中的任意一项所述的激光投射装置，其特征在于， 满足下面的条件式G)，.1. 1 < cos ( θ in) X θ scan (H) / θ scan (V) <1.5 … 其中，θ in 在画面中心显示状态下来自所述激光光源的主光线入射到所述偏转装置的所述 反射部件时的第二扫描方向的入射角度；θ scan(H)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第一扫描方向的机械扫描角度； θ scan(V)所述偏转装置从画面中心显示状态起的第二扫描方向的机械扫描角度。
全文摘要
通过偏转装置(3)的反射镜部(10)使来自激光光源(1)的光向相互正交的第一扫描方向及第二扫描方向进行偏转而二维地扫描屏幕(SC)，从而在屏幕(SC)显示二维图像。偏转装置(3)在扫描速度比第一扫描方向(例如水平方向)慢的第二扫描方向(例如铅直方向)上被倾斜地配置，对屏幕(SC)进行倾斜投射。此时，在第二扫描方向上，将由偏转装置(3)偏转后的光线向屏幕(SC)的入射角度从小的一方向大的一方的方向设为正时，来自激光光源(1)的光从第二扫描方向的负侧入射到偏转装置(3)，画面中心显示状态下的偏转装置(3)的反射镜部(10)的法线相对于屏幕(SC)的法线，向第二扫描方向的负侧倾斜。
文档编号G02B26/10GK102132191SQ200980132258
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月19日 优先权日2008年8月21日
发明者山田惠子, 金野贤治 申请人:柯尼卡美能达精密光学株式会社