JPH07239660A - 光点投射器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光点投射器（ポインタ）の手ぶれを吸収して
光点を見やすくすることが可能な技術を提供することに
ある。 【構成】 光点投射器において、半導体レーザー２と、
該半導体レーザ２からのレーザー光を平行光とする光学
系３と、該光学系の一部に挿入される可動ミラー４と、
前記レーザー光の投射方向に直交する２軸の角速度を検
出する角速度センサー１１と、該角速度センサー１１の
信号に基づき可動ミラー４の回転を制御する制御回路１
２とを１つの筐体１の中に備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、離れた特定の場所を光
点で指し示す光点投射器（ポインタ）の操作性を向上さ
せる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、講演会などでスクリーン上の図面
などの特定の場所を講演位置から指し示すためには、図
面が拡大投影されているため、長い差し棒を用いる必要
があった。しかし、棒を用いても講演者が壇上を移動す
る必要があるなど、聴衆からみて講演の妨げになる場合
があった。そこで、講演者が光点をスクリーンに投射し
て指示する光点投射器（ポインタ）が用いられるように
なった。手元で光を投射するから、講演者がスクリーン
に近づく必要がなく、光源として赤色レーザーを用いる
と、光の輝度が高いことから聴衆の視認度が高い利点が
ある。

【０００３】図６に従来のレーザーポインタの構成を示
す。図６において、筐体１の中には筐体に剛に接続され
た半導体レーザー２とその発光光を平行ビームとし、投
影光路を決定するコリメートレンズ系３、及び電源回路
２１、電池ボックス２２、電源スイッチ２３が納められ
ている。

【０００４】この例の場合、筐体の空間的な配置が光路
と並進する自由度以外で変わると、光路が変わるから投
影される光点が当然移動する。実際のレーザーポインタ
の使用に当っては指し示す位置は任意であるから光の点
が移動できなくては困るが、ポインタを持つ人の意志に
係わらず、手ぶれなどで筐体の空間的位置が変動しても
同様に光点が移動した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、なれない人や講演者が緊張している場合な
ど、手元の微少なぶれが拡大して投影されるため、光点
がスクリーンを走り回り、かえって見ずらいという問題
があった。

【０００６】また、手元の触れを抑えるにはレーザーポ
インタ自体を重くし、ぶれの周波数を低くすれば良い
が、そうすると講演者が持ちづらく、操作性が悪くなる
という問題があった。

【０００７】また、投影する光点を拡大すると相対的に
ぶれが小さく見えるが、今度は輝度がさがるため、視認
度が低下するという問題があった。

【０００８】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、光点投射器（ポイ
ンタ）の手ぶれを吸収して光点を見やすくすることが可
能な技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示する発
明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すると、下記
のとおりである。

【００１１】すなわち、光点投射器において、半導体レ
ーザーと、該半導体レーザからのレーザー光を平行光と
する光学系と、該光学系の一部に挿入される可動ミラー
と、前記レーザー光の投射方向に直交する２軸の角速度
を検出する角速度センサーと、該角速度センサーの出力
信号に基づき可動ミラーの回転を制御する制御回路とを
１つの筐体の中に備えたことを最も主要な特徴とする。

【００１２】

【作用】前述した手段によれば、半導体レーザからのレ
ーザー光を平行光とし、該平行レーザー光の投射方向に
直交する２軸の角速度を検出し、検出された２軸の角速
度に基づいて可動ミラーを制御して前記平行レーザー光
の投射方向を補正することにより、手ぶれによる光点振
動を１つの軽量な可動ミラーで電気的に補正できるの
で、重量の増加もほとんどなしに明瞭な光指示を行うこ
とができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】図１は本発明による一実施例のレーザーポ
インタの構成を説明するための模式図であり、１は筐
体、２は半導体レーザ、３はコリメートレンズ系、４は
可動ミラー、１１は角速度センサー、１２は制御回路、
２１は電源回路、２２は電池ボックス、２３は電源スイ
ッチ、３１は電池である。

【００１５】本来の目的からすればポインタの機能を損
なわずにこの手ぶれによる光点の移動は除きたい。そこ
で、図２に示すような座標系で手ぶれの特徴を調べる
と、目的とする光軸位置を中心に、周波数２Ｈｚ〜１０
Ｈｚ，保持位置を中心として立体角数度の回転モード及
び１〜２ｍｍの平行移動運動が合成された形で振動して
いる現象であることが分かった。

【００１６】そこで、本実施例では、光路系に前記振動
成分を除去するフィルタを挿入し、手ぶれに相当する成
分を除去することにより、本来のポインタの目的である
見やすい光点による支持ができるようにしたものであ
る。

【００１７】前記振動モードのすべてを補正すれば、原
理的には手ぶれによる光点移動は全く無くなるが、回転
方向を２パラメータ、並進方向を２軸方向補正するため
には当然補正すべき可動ミラー４や制御回路１２が大き
くなる。そこで、それぞれの寄与度を検討すると、平行
移動成分はポインタとスクリーンの距離に係わらず等量
の光点移動となるが、回転モードはたとえ角度が小さく
ともポインタとスクリーンの距離に比例して光点移動を
大きくすることからより影響は大きい。

【００１８】本実施例では、平均的な光軸に直交する２
軸の角速度を検出する角速度センサー１１を筐体内に設
置し、光軸の並進運動方向の角速度を検出する。

【００１９】図３に本実施例の可動ミラー４の制御信号
の流れ及びその制御回路の機能ブロック図を示す。図３
において、１２１は増幅器、１２２は積分回路、１２３
はカットオフ周波数が数（１〜３）Ｈｚのハイパスフィ
ルタである。

【００２０】本実施例の可動ミラー４の制御は、図３に
示すように、角速度センサー１１により検出された可動
ミラー４の２軸の角速度信号を増幅器１２１で増幅し、
それを積分回路１２２で積分して角速度センサー１１の
位置における変位信号を得る。この変位信号を、さら
に、カットオフ周波数が数（１〜３）Ｈｚのハイパスフ
ィルター１２３を通して高周波側の成分のみを通過さ
せ、この変位信号により前記角速度による光路変動と逆
方向に光路が動くよう可動ミラー４を制御する。実際に
はマイクロプロセッサーを用いて角速度信号の積分及び
低域濾波を一気に行う。

【００２１】具体的には角速度センサー１１の信号をＤ
Ａ変換し、デジタル信号の加算により角速度信号の積分
を行うとともにデーターの時間的差分により低域濾波を
近似する。マイクロプロセッサーの動作クロックは目的
とする信号に比べて十分早く、例えば、信号周波数３０
Ｈｚに対し消費電力のきわめて小さな時計用プロセッサ
でも数ＭＨｚのクロックを持つから、２つのセンサー信
号を１つのプロセッサでタイムシェアで処理しても全く
問題はない。

【００２２】次に、本実施例のレーザーポインタ（光点
投射器）の動作を説明する。光源を含む筐体１（図１）
が角度θだけ変動すると、該角度θ方向の角速度センサ
ー１１に変動成分に比例した信号が検出される。図３に
示すように、この検出された信号を増幅器１２１で増幅
し、それを積分器１２２で積分して、筐体１の角度変化
が検出される。該角度変化信号をハイパスフィルター１
２３に通し、数Ｈｚ以上の成分についてのみ該角度変化
を補正するよう、可動ミラー４を逆方向に回転させる
と、実効的にレーザポインタから発射される光線は所定
の角度を保つ。また、角度φ方向の変動についても同様
にして光線の角度制御を行う。

【００２３】実際には、人間が手に持って操作するから
手ぶれの周波数は高くとも１０数Ｈｚであり、これ以上
高い周波数の信号が角速度センサー１１の出力にあらわ
れるのはポインタを落したり、何かにぶつけたりした場
合である。このような場合にまで角度変化を補正しよう
とすると、制御帯域が広くなって制御系の不安定動作や
消費電力の増大の原因となるから、実際には３０Ｈｚ程
度以上も除去するバンドパスフィルターを用いる方がよ
い。

【００２４】より低周波で筐体が角度変化した場合、こ
れはレーザポインタを操作する人間が意図して動かす成
分であるから補正してはならないが、本実施例では手ぶ
れとの切り分けを角度変化の周波数成分で行っているか
ら、このような低周波成分はフィルターを通過せず、可
動ミラー４を回転させる信号とはならず、そのまま光線
発射角度の変化となる。

【００２５】可動ミラー４は実際には直交する２軸の回
転を補正する必要がある。この目的のためには１軸方向
に回転できるミラーを２つ用いても良いが、部品数が増
えコストや重量が増加する。

【００２６】そこで、本発明では、補正すべき角度量が
数度あれば良いこと、消費電力が小さく、重量が極めて
軽くできることから、本発明者は、図４（全体斜視図）
及び図５（図４のＸ−Ｘ線で切った断面図）に示すよう
な、２軸に自由回転できる全く新しいミラーとして可動
ミラー４０１中心をピボット４０２で支持する皿回し状
静電可動ミラー装置４００を開発した。

【００２７】本発明にかかる皿回し状静電可動ミラー装
置４００は、図４及び図５に示すように、全部もしくは
一部が磁性金属で構成されたテーパ状（スリ鉢状）のミ
ラー板４０１ａの上部に反射鏡（ミラー）４０１ｂを設
けた皿回し状静電可動ミラー４０１が、ミラー台４０３
に設けられたピボット４０２上に可動可能に搭載されて
いる。ミラー台４０３のミラー板４０１ａと対向する部
分には直交する複数の電極４０４がミラー台４０３と絶
縁されて配置されている。さらに、ミラー台４０３の下
部には永久磁石４０５が配置され、ミラー台４０３の全
体を取り囲むように磁気ヨーク４０６が配置される。

【００２８】本実施例の皿回し状静電可動ミラー装置の
組み立ては、図４及び図５に示すように、複数の電極４
０４が配置されているミラー台４０３の下面部の中心部
に永久磁石４０５はめ込み、導電性接着剤で接着して取
り付ける。これを磁気ヨーク４０６の筒状部にはめ込
み、導電性接着剤で磁気ヨーク４０６の円板状の底を接
着して取り付ける。次に、ミラー台４０３の上面部の中
心部に針状のピボット４０２を導電性接着剤で接着して
取り付ける。このピボット４０２の針状の先端部に、皿
回し状静電可動ミラー４０１のテーパ状（スリ鉢状）穴
の底部を回転自在に載置支持して完成する。

【００２９】任意の電極４０４に電圧を印加すると、ミ
ラー台４０３ひいては電気的に接続されているピボット
４０２を介してミラー板４０１ａとの間に電位差が生
じ、皿回し状静電可動ミラー４０１は電極方向に近づく
ようにピボット４０２を中心として回転する。直交して
電極が配置されているから直交電極の各々に適当な電圧
を印加することにより任意の２軸回転ができることにな
る。

【００３０】ミラー板４０１ａと磁気ヨーク４０６を磁
気回路として永久磁石４０５の磁力線が閉磁路を構成す
るから、電圧の印加を解除すると、磁気回路全体のエネ
ルギーが最小の位置に皿回し状静電可動ミラー４０１が
自立的に設定される。ミラー板４０１ａがミラー台４０
３に平行の状態で磁気ヨーク４０６との距離が最小とな
るように設計しておくと、該位置がエネルギー最小とな
ることは周知である。また、このように、永久磁石４０
５を用いて位置の平行を取るようにしておくと、皿回し
状静電可動ミラー４０１をピボット４０２上に置くだけ
で皿回し状静電可動ミラー４０１とミラー台４０３の位
置を変化させても、極端にはひっくり返しても動作には
問題はなく、きわめて単純な部品構成で２軸の可動ミラ
ーを実現することができる。

【００３１】反射鏡４０１ｂの大きさとしてはポインタ
のビーム径が１〜２ｍｍであるから直径（φ）５ｍｍも
あれば十分であり、光を反射するだけであるからミラー
板４０１ａの厚さもきわめて薄く、例えば、１０μｍ程
度にしても全く問題はなく、きわめて軽量のミラーにす
ることができる。このため、一般には発生力の小さい静
電力を用いても問題なく動作できることは、マイクロマ
シンの動作解析を待つまでもなく中学理科で教えるとこ
ろのライデンビンの実権を想起しても明白である。

【００３２】また、静電駆動であるから消費電力はきわ
めてわずかであることも、本皿回し状静電可動ミラー装
置４００の特徴の一つであり、手に持って使用するレー
ザーポインタの電池寿命を短くする度合いが少ないとい
える。

【００３３】具体的にはセンサーの信号をＤＡ変換し、
デジタル信号の加算により角速度信号の積分を行うとと
もにデーターの時間的差分により低域濾波を近似する。
マイクロプロセッサーの動作クロックは目的とする信号
に比べて十分早く、例えば、信号周波数３０Ｈｚに対し
消費電力のきわめて小さな時計用プロセッサでも数ＭＨ
ｚのクロックを持つから、２つのセンサー信号を１つの
プロセッサでタイムシェアで処理しても全く問題はな
い。

【００３４】従来のレーザーポインタに比較して前記補
正をするため、筐体内で使用する電力が増えることにな
るが、その量はわずかであり、例えば、レーザー自体の
消費電力数１００ｍＷ（発光出力数ｍＷ）に対し、ＣＭ
ＯＳのマイクロプロセッサを用いた場合で数十μＷとほ
とんど問題にならない。また、制御が不可能となるよう
な電池消耗状態ではレーザーも発振しないから故障以外
の原因で動作中に手ぶれ補正ができなくなることはな
く、きわめて安心して使用できる。

【００３５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００３６】

【発明の効果】本願において開示された発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００３７】光点投射器において、手ぶれによる光点振
動を１つの軽量な可動ミラーで電気的に補正できるの
で、重量の増加もほとんどなしに明瞭な光指示を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例のレーザーポインタの構
成を説明するための模式図である。

【図２】本実施例のレーザーポインタの動作を説明する
ための座標系を示す図である。

【図３】本実施例の可動ミラーの制御信号の流れ及びそ
の制御回路の機能構成を示すブロック図である。

【図４】本発明にかかる皿回し状静電可動ミラー装置の
構成を示す斜視図である。

【図５】図４のＸ−Ｘ線で切った断面図である。

【図６】従来のレーザーポインタの構成を説明するため
の模式図である。

【符号の説明】

１…筐体、２…半導体レーザー、３…コリメートレンズ
系、４…可動ミラー、１１…角速度センサー、１２…制
御回路、２１…電源回路、２２…電池ボックス、２３…
電源スイッチ、３１…電池、１２１…増幅器、１２２…
積分回路、１２３…カットオフ周波数が数（１〜３）Ｈ
ｚのハイパスフィルタ、４００…皿回し状静電可動ミラ
ー装置、４０１…皿回し状静電可動ミラー、４０１ａ…
ミラー板、４０１ｂ…反射鏡（ミラー）、４０２…ピボ
ット、４０３…ミラー台、４０４…電極、４０５…永久
磁石、４０６…磁気ヨーク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザーと、該半導体レーザから
   のレーザー光を平行光とする光学系と、該光学系の一部
   に挿入される可動ミラーと、前記レーザー光の投射方向
   に直交する２軸の角速度を検出する角速度センサーと、
   該角速度センサーの出力信号に基づき可動ミラーの回転
   を制御する制御回路とを１つの筐体の中に備えたことを
   特徴とする光点投射器。