(57)【要約】【課題】２次元走査による斜め画像投影でも台形歪が良好に補正された高品質の画像が得られる小型の走査型画像投影装置を提供する。【解決手段】走査型画像投影装置ＰＪは、光源装置Ｐ０と、その光源装置Ｐ０から発せられた光束の広がり状態をアナモフィックに変化させる入射光学系Ｐ１と、その入射光学系Ｐ１から射出した光束を互いに直交するＶ方向とＨ方向とに偏向させる偏向装置Ｐ２と、その偏向装置Ｐ２で偏向した光束を中間結像無しにスクリーン面ＳＣに導いて２次元画像を形成する走査光学系Ｐ３と、を備える。入射光学系Ｐ１から射出した光束が、Ｖ方向には発散光として偏向装置Ｐ２に入射し、Ｈ方向には略平行光として偏向装置Ｐ２に入射する。走査光学系Ｐ３が、Ｖ方向に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置Ｐ２側に位置する光学面は正パワーを有する光学面である。【選択図】図１
2010008735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、その光源装置から発せられた光束の広がり状態をアナモフィックに変化させる入射光学系と、その入射光学系から射出した光束を互いに直交する第１走査方向と第２走査方向とに偏向させる偏向装置と、その偏向装置で偏向した光束を中間結像無しにスクリーン面に導いて２次元画像を形成する走査光学系と、を備えた走査型画像投影装置であって、
第１走査方向と第２走査方向のいずれに関しても偏向角度範囲中心で偏向される光束の主光線を画面中心主光線とし、その画面中心主光線を含みスクリーン面に垂直な平面を基準平面とすると、前記第２走査方向が基準平面に垂直な方向であり、前記第１走査方向が基準平面に平行な方向であり、基準平面での断面においてスクリーン面に対する画面中心主光線の入射角度が０°ではなく、
前記入射光学系から射出した光束が、第１走査方向には発散光として前記偏向装置に入射し、第２走査方向には略平行光として前記偏向装置に入射し、
前記走査光学系が、第１走査方向に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置側に位置する光学面が前記正パワーを有する光学面であることを特徴とする走査型画像投影装置。
【請求項２】
以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする請求項１記載の走査型画像投影装置；
θlow＞10  …(1)
θup＜70  …(2)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
θlow：画面下端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
θup：画面上端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
である。
【請求項３】
前記走査光学系が、第２走査方向に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置側に位置する光学面が前記正パワーを有する光学面であることを特徴とする請求項１又は２記載の走査型画像投影装置。
【請求項４】
基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とすると、画面下端に入射する光束が、前記第２走査方向に正パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域を通過し、前記第２走査方向に負パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域を通過することを特徴とする請求項３記載の走査型画像投影装置。
【請求項５】
以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項３又は４記載の走査型画像投影装置；
0.05＜Pup／Plow＜0.6  …(3)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
Pup：画面上端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
Plow：画面下端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
である。
【請求項６】
以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の走査型画像投影装置；
0.3＜Ry×|Py|＜2.0  …(4)
ただし、
Ry：第１走査方向に正パワーを有する光学面が画面中心主光線との交点位置に有する第１走査方向の曲率半径(mm)、
Py：第１走査方向における入射光学系のパワー(mm-1)、
である。
【請求項７】
スクリーン面上での画面形状が略長方形であり、前記第１走査方向がスクリーン面上での画面短辺方向に相当し、前記第２走査方向がスクリーン面上での画面長辺方向に相当し、前記走査光学系が反射面を少なくとも２面有し、その少なくとも２面の反射面によって前記走査光学系の光路が画面短辺方向に折り曲げられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の走査型画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は走査型画像投影装置に関するものであり、例えば、レーザー光をミラーで２次元に偏向走査してスクリーン面に画像を投影するレーザープロジェクタ等の走査型画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型の画像投影装置として、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，液晶素子等の光変調素子を用いたプロジェクタが従来より知られている。しかし、光変調素子で表示される画像を拡大投影する方式(いわゆるマイクロディスプレイ方式)では、装置の小型化に限界がある。２次元の画像を投影しようとすれば、照明光学系や投影光学系の大型化を避けることが難しいからである。
【０００３】
また、レーザープロジェクタ等の走査型画像投影装置も、小型の画像投影装置として従来より知られている。例えば、レーザープロジェクタに採用されているレーザー走査方式の場合、レーザー光を互いに直交する第１，第２走査方向に偏向させ、スクリーン面上をビームスポットで２次元的に走査することにより、２次元の画像形成が行われる。レーザー光の偏向にはＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等の小さな反射ミラーが用いられ、また、偏向走査に追随してレーザー光の輝度変調が行われる。
【０００４】
上記走査型画像投影装置には、(I)偏向用の反射ミラーがＤＭＤ等の光変調素子と比較して小さいこと、(II)光源がレーザ光源であり、レーザー光を偏向反射ミラーに照射するだけなので、そのための入射光学系を小さくできること、(III)スクリーン面上をビームスポットで走査するだけなので、光変調素子の２次元画像を投影する投影光学系と比較すると走査光学系を小さくできること等、様々な特長がある。したがって、この方式を採用すると装置の小型化が可能である。
【０００５】
上記レーザー走査方式を採用した画像投影装置が、特許文献１，２で提案されている。その画像投影装置には、偏向用の反射ミラーとしてガルバノミラーやＭＥＭＳミラーが用いられており、その反射ミラーを高速かつ大きな振幅(機械偏向角度)で駆動するために、駆動方式には共振が用いられている。また、特許文献１，２で提案されている画像投影装置では、光束を画面に対して斜めに投影する方式(いわゆる斜め投影方式)が採用されている。斜め投影方式によると、スクリーン面上に表示した投影画像を上方にシフトさせて、観察者にとって見やすい位置に投影画像を表示することができる。また、プロジェクタを机の上に置いた場合に、投影画像が机上に表示されることなく、全てスクリーン面上に表示することができる。
【特許文献１】特開２００６−１７８３４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３４１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に記載されている走査型画像投影装置では、画面に対する光線の入射角度が小さいため、実際の使用に際しては、光学系を所望の高さまで持ち上げる必要がある。スクリーン面に対する光線の入射角度(いわゆる斜め投影角度)を大きくすれば、画面を光学系よりも上方に高く配置することができ、より使用しやすい形態となる。しかし、斜め投影を行うと、通常、台形歪が発生してしまい、斜め投影角度が大きいほど台形歪も大きくなる。つまり、斜め投影角度が大きくなるにしたがって、画面の上側が下側に比べて大きくなる。
【０００７】
電気的に画面の歪領域から長方形部分を切り取ることにより台形歪補正を行うと、画像性能が低下するため、台形歪は可能な限り光学的に補正することが望ましい。また、画面短辺方向(垂直走査方向)の走査角度に応じて画面長辺方向(水平走査方向)の走査角度を電気的に変化させ、台形歪のある画像において、長い長辺側の水平走査角度を短い長辺側の水平走査角度よりも小さくすることにより、台形歪補正を行う方法も知られているが、その方法では、台形歪の短い方の長辺の長さによって水平走査方向の画面サイズが決まるため、台形歪が大きい光学系においては画面サイズが著しく小さくなってしまう。したがって、光学系の小型化と台形歪の補正とを両立させる構成が望まれている。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、２次元走査による斜め画像投影でも台形歪が良好に補正された高品質の画像が得られる小型の走査型画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、第１の発明の走査型画像投影装置は、光源装置と、その光源装置から発せられた光束の広がり状態をアナモフィックに変化させる入射光学系と、その入射光学系から射出した光束を互いに直交する第１走査方向と第２走査方向とに偏向させる偏向装置と、その偏向装置で偏向した光束を中間結像無しにスクリーン面に導いて２次元画像を形成する走査光学系と、を備えた走査型画像投影装置であって、第１走査方向と第２走査方向のいずれに関しても偏向角度範囲中心で偏向される光束の主光線を画面中心主光線とし、その画面中心主光線を含みスクリーン面に垂直な平面を基準平面とすると、前記第２走査方向が基準平面に垂直な方向であり、前記第１走査方向が基準平面に平行な方向であり、基準平面での断面においてスクリーン面に対する画面中心主光線の入射角度が０°ではなく、前記入射光学系から射出した光束が、第１走査方向には発散光として前記偏向装置に入射し、第２走査方向には略平行光として前記偏向装置に入射し、前記走査光学系が、第１走査方向に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置側に位置する光学面が前記正パワーを有する光学面であることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明の走査型画像投影装置は、上記第１の発明において、以下の条件式(1)及び(2)を満足することを特徴とする。
θlow＞10  …(1)
θup＜70  …(2)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
θlow：画面下端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
θup：画面上端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
である。
【００１１】
第３の発明の走査型画像投影装置は、上記第１又は第２の発明において、前記走査光学系が、第２走査方向に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置側に位置する光学面が前記正パワーを有する光学面であることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明の走査型画像投影装置は、上記第３の発明において、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とすると、画面下端に入射する光束が、前記第２走査方向に正パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域を通過し、前記第２走査方向に負パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域を通過することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明の走査型画像投影装置は、上記第３又は第４の発明において、以下の条件式(3)を満足することを特徴とする。
0.05＜Pup／Plow＜0.6  …(3)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
Pup：画面上端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
Plow：画面下端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
である。
【００１４】
第６の発明の走査型画像投影装置は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする。
0.3＜Ry×|Py|＜2.0  …(4)
ただし、
Ry：第１走査方向に正パワーを有する光学面が画面中心主光線との交点位置に有する第１走査方向の曲率半径(mm)、
Py：第１走査方向における入射光学系のパワー(mm-1)、
である。
【００１５】
第７の発明の走査型画像投影装置は、上記第１〜第６のいずれか１つの発明において、スクリーン面上での画面形状が略長方形であり、前記第１走査方向がスクリーン面上での画面短辺方向に相当し、前記第２走査方向がスクリーン面上での画面長辺方向に相当し、前記走査光学系が反射面を少なくとも２面有し、その少なくとも２面の反射面によって前記走査光学系の光路が画面短辺方向に折り曲げられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、走査光学系が、第１走査方向に関して、正パワー，負パワーの光学面を少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置側に位置する光学面が正パワーの光学面であるため、走査光学系の小型化が可能である。また、偏向装置に入射する光束が、第１，第２走査方向に発散光，略平行光の各状態にあるため、斜め画像投影に起因する台形歪みの良好な補正が可能である。したがって、２次元走査による斜め画像投影でも台形歪が良好に補正された高品質の画像が得られる小型の走査型画像投影装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る走査型画像投影装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。本発明に係る走査型画像投影装置は、光束の２次元的な偏向走査によりスクリーン面に画像を斜め投影するものである。その概略構成を図１に示す。走査型画像投影装置ＰＪは、光源装置Ｐ０と、その光源装置Ｐ０から発せられた光束の広がり状態をアナモフィックに変化させる入射光学系Ｐ１と、その入射光学系Ｐ１から射出した光束を互いに直交する第１走査方向と第２走査方向とに偏向させる偏向装置Ｐ２と、その偏向装置Ｐ２で偏向した光束を中間結像無しにスクリーン面(被走査面)ＳＣに導いて２次元画像を形成する走査光学系Ｐ３と、を備えている。その特徴的な部分は光学構成にあるので、走査型画像投影装置ＰＪはポケットプロジェクタやデータプロジェクタに限らず、リアプロジェクションテレビ等の画像表示装置における光学エンジン部分にも適用可能である。
【００１８】
第１走査方向と第２走査方向のいずれに関しても偏向角度範囲中心(偏向角度：０°)で偏向される光束の主光線を「画面中心主光線」とし、その画面中心主光線を含みスクリーン面に垂直な平面を「基準平面」とすると、第２走査方向は基準平面に垂直な方向であり、第１走査方向は基準平面に平行な方向である。また、走査型画像投影装置ＰＪには斜め投影方式が採用されているため、図２に示す基準平面での断面において、スクリーン面ＳＣに対する画面中心主光線Ｌcenの入射角度θcenは０°ではない(Ｎcen：画面中心主光線Ｌcenの入射位置でのスクリーン面ＳＣの法線)。したがって、スクリーン面ＳＣと画面中心主光線Ｌcenとの関係から、第１走査方向と第２走査方向は一義的に決まる。
【００１９】
以下の説明では、形成される２次元画像上での対応する方向に関して、図１に示すように、垂直走査方向(Ｖ方向)が第１走査方向に相当し、水平走査方向(Ｈ方向)が第２走査方向に相当するものとする。また、スクリーン面ＳＣ上での画面形状が略長方形であるものとして、スクリーン面ＳＣ上での画面短辺方向が第１走査方向(Ｖ方向)に相当し、スクリーン面ＳＣ上での画面長辺方向が第２走査方向(Ｈ方向)に相当するものとする。なお、第１走査方向(Ｖ方向)と第２走査方向(Ｈ方向)は、後述するローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)におけるＸ方向とＹ方向にそれぞれ相当する。
【００２０】
走査型画像投影装置ＰＪのように中間結像をしない走査光学系Ｐ３では、通常、偏向装置Ｐ２からの光路長が大きくなるに従って光学部材中の光束入射領域が大きくなり、結果として走査光学系Ｐ３全体のサイズが増大してしまう。これを解決するため、走査光学系Ｐ３は、第１走査方向(Ｖ方向)に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有しており、そのうちの最も偏向装置Ｐ２側に位置する光学面が正パワーを有する光学面になっている。走査光学系Ｐ３において、正パワーを有する光学面を偏向装置Ｐ２に近い位置に少なくとも１面配置することにより、その分、光束の広がりを抑えることができる。これにより、偏向装置Ｐ２から射出する光束の走査角度(偏向角度)を実質的に小さくし、その後に設置されている走査光学系Ｐ３中の光学部材の有効領域を縮小することができる。したがって、走査光学系Ｐ３のサイズをコンパクトにすることが可能である。なお、後述する実施の形態や実施例では、走査光学系Ｐ３を構成している光学面はどの領域でもそれぞれの走査方向に関して同じ符号のパワーを有しているが、第１，第２走査方向(Ｖ方向，Ｈ方向)における光学面のパワーの符号は、少なくとも基準平面での断面における第１，第２走査方向に関するものであればよい。
【００２１】
図１に示すように走査型画像投影装置ＰＪでは、入射光学系Ｐ１から射出した光束が、第１走査方向(Ｖ方向)には発散光として偏向装置Ｐ２に入射し、第２走査方向(Ｈ方向)には略平行光として偏向装置Ｐ２に入射する。偏向装置Ｐ２に対して第１走査方向に発散した光束を入射させることにより、偏向装置Ｐ２の後に配置されている走査光学系Ｐ３中の正パワーを有する光学面のパワーを強くすることができる。これにより、走査光学系Ｐ３のサイズを更にコンパクト化することが可能となる。また、走査光学系Ｐ３中の正パワーを有する光学面のパワーを強くすることにより、走査光学系Ｐ３で特に問題となる糸巻き状の歪曲も効果的に補正することができる。なお、図１に示す走査型画像投影装置ＰＪでは光源装置Ｐ０がコリメータレンズを有しており、それによってＨ方向・Ｖ方向共に平行光束が入射光学系Ｐ１に入射するように構成されているが、光源装置Ｐ０から射出する光束や入射光学系Ｐ１に入射する光束は必ずしも平行光束である必要はない。偏向装置Ｐ２に入射する光束の状態が、第１走査方向(Ｖ方向)には発散光であり、第２走査方向(Ｈ方向)には略平行光であればよい。
【００２２】
通常、スクリーン面ＳＣに対して光束を斜めに投射する斜め投影の構成をとると、第２走査方向(Ｈ方向)の幅が画面上部と画面下部とで異なる台形歪が発生してしまう。第２走査方向について台形歪補正を行えば、画面サイズを拡大することができる。そして、画面下部で第２走査方向の幅を拡大する強い負パワーを持つ光学面を配置すれば、台形歪を補正することができる。しかし、強い負パワーを持つ光学面を配置すると、第１走査方向(Ｖ方向)と第２走査方向(Ｈ方向)とで焦点距離が大きく異なってしまうため、スクリーン面ＳＣ上でのスポット形状が崩れて画像性能が低下することになる。偏向装置Ｐ２に入射する光束を第１走査方向に発散させれば、第１走査方向と第２走査方向の焦点距離の差を緩和することも可能である。なお、基準平面での断面において、スクリーン面ＳＣに対して光束の主光線が小さい側の入射角度を成す画面部分が「画面下部」であり、スクリーン面ＳＣに対して光束の主光線が大きい側の入射角度を成す画面部分が「画面上部」である。
【００２３】
また、斜め投影の構成をとると、第１走査方向(Ｖ方向)の画面サイズが斜め投影角度θに応じて1／cosθで拡大する。一方、第２走査方向(Ｈ方向)の斜め投影による拡大率はＶ方向の高さによって異なる。したがって、斜め投影を行った際に所望の画面縦横比を実現するには、走査光学系Ｐ３によって、Ｈ方向の画面サイズを画面のＶ方向高さに応じて拡大する必要があるが、画面上の多くの領域においては、Ｖ方向の拡大率よりもＨ方向の拡大率が大きくなる。また、画面下部に入射する光束は、画面上部に入射する光束と比較して光路長が短いため、スポット位置をスクリーン面ＳＣを近づけるための強い正パワーを持つ光学面が必要である。Ｈ方向の画面サイズを拡大するためにＨ方向に発散する光束を偏向装置Ｐ２に入射させた場合、画面下部のＨ方向の焦点距離が長くなり、スクリーンＳＣ上でのスポットが大きくなるため、良好な画像を得ることはできない。以上の理由により、偏向装置Ｐ２に入射する光束は、第１走査方向(Ｖ方向)に発散した光束であることが望ましい。
【００２４】
斜め投影に起因する問題点を解消するという上記観点から、走査型画像投影装置ＰＪは以下の条件式(1)及び(2)を満足することが望ましい。
θlow＞10  …(1)
θup＜70  …(2)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
θlow：画面下端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
θup：画面上端に入射する光束の主光線がスクリーン面に対して成す入射角度(°)、
である。なお、図２中、Ｌlow：画面下端に入射する光束の主光線、Ｎlow：主光線Ｌlowの入射位置でのスクリーン面ＳＣの法線、Ｌup：画面上端に入射する光束の主光線、Ｎup：主光線Ｌupの入射位置でのスクリーン面ＳＣの法線、である。
【００２５】
条件式(1)及び(2)は、斜め投影角度に関する好ましい条件範囲を規定している。条件式(1)の下限を下回ると、斜め投影角度が不十分になって、使用時に画像投影装置が観察領域内に入るために使いづらくなる。条件式(2)の上限を上回ると、スクリーン面ＳＣの画面上部における斜め投影角度が大きくなりすぎて、スポットが斜め投影の方向に大きく伸びた楕円形状となり、画像性能が損なわれてしまう。
【００２６】
走査光学系Ｐ３は、第２走査方向(Ｈ方向)に関して、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを少なくとも１面ずつ有し、そのうちの最も偏向装置Ｐ２側に位置する光学面が正パワーを有する光学面であることが望ましい。これは、第２走査方向に発生する台形歪を補正しつつ、スクリーン面ＳＣにピント位置を近づける上で好ましい構成である。偏向装置Ｐ２に近い位置に正パワーの光学面を配置することにより、光束の走査角度(偏向角度)を実質的に小さくして、光学素子の有効領域をコンパクト化することができる。結果として、走査光学系Ｐ３全体をコンパクト化することができる。また、画面サイズを確保しつつ台形歪補正を行うには、画面下部に入射する光束の走査幅を広げることが有効であり、そのためには負パワーの光学面を少なくとも１面配置することが望ましい。
【００２７】
基準平面での断面において、スクリーン面ＳＣに対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を「画面下端」とすると、画面下端に入射する光束が、第２走査方向(Ｈ方向)に正パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域(つまり正パワーの大きい側の領域)を通過し、第２走査方向(Ｈ方向)に負パワーを有する光学面において第２走査方向にパワーの強い領域(つまり負パワーの絶対値が大きい側の領域)を通過することが望ましい。画面下部に入射する光束は、画面上部に入射する光束よりも、走査光学系Ｐ３の最終面からスクリーン面ＳＣまでの光路長が短いため、負パワーの光学面によって光束の走査幅を広げると、光束のピント位置がスクリーン面ＳＣから離れるという問題がある。画面下端に入射する光束が、Ｈ方向について正，負の各光学面でパワーの強い領域を通過するようにすれば、正パワーを有する光学面でピント位置の補正を行うことができ、上記の問題点を解消することができる。なお、画面下端に入射する光束が、第２走査方向(Ｈ方向)に正パワーを有するすべての光学面において第２走査方向にパワーの強い領域(つまり正パワーの大きい側の領域)を通過し、第２走査方向(Ｈ方向)に負パワーを有するすべての光学面において第２走査方向にパワーの強い領域(つまり負パワーの絶対値が大きい側の領域)を通過することが更に望ましい。
【００２８】
第２走査方向(Ｈ方向)に関しては、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。走査光学系Ｐ３が、第２走査方向にパワーを有する光学面として、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを１面ずつ有し、以下の条件式(3)を満足することが更に望ましい。
0.05＜Pup／Plow＜0.6  …(3)
ただし、基準平面での断面において、スクリーン面に対して光束の主光線が最小の入射角度を成す画面位置を画面下端とし、スクリーン面に対して光束の主光線が最大の入射角度を成す画面位置を画面上端とすると、
Pup：画面上端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
Plow：画面下端に入射する光束の主光線が第２走査方向に負パワーを有する光学面に入射するとき、第２走査方向に負パワーを有する光学面がその入射位置に有する第２走査方向のパワー、
である。
【００２９】
条件式(3)は、第２走査方向に負パワーを有する光学面のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。上記条件式(3)を満足することにより、斜め投影により発生する台形歪を良好に補正することができる。条件式(3)の下限を下回ると、台形歪の補正が不十分になる。条件式(3)の上限を上回ると、台形歪のうち横幅が狭い領域において焦点距離が長くなり、スクリーン面ＳＣ上でのスポットが横長になる。したがって、画像性能は劣化することになる。
【００３０】
第１走査方向(Ｖ方向)に関しては、以下の条件式(4)を満足することが望ましい。走査光学系Ｐ３が、第１走査方向にパワーを有する光学面として、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを１面ずつ有し、以下の条件式(4)を満足することが更に望ましい。
0.3＜Ry×|Py|＜2.0  …(4)
ただし、
Ry：第１走査方向に正パワーを有する光学面が画面中心主光線との交点位置に有する第１走査方向の曲率半径(mm)、
Py：第１走査方向における入射光学系のパワー(mm-1)、
である。
【００３１】
条件式(4)は、第１走査方向に正パワーを有する光学面のパワーに関する好ましい条件範囲を規定している。上記条件式(4)を満足することにより、走査光学系をコンパクト化し、スクリーン上で良好なスポットを得ることが可能となる。条件式(4)の上限を上回ると、正パワー面のパワーが弱くなるため、正パワー面以降の光学面の有効領域が大きくなり、走査光学系をコンパクトにすることが困難となる。また、走査歪の補正も困難となる。条件式(4)の下限を下回ると、画面下部において、スポットが第１走査方向に拡大する。
【００３２】
スクリーンＳＣ面上での画面形状が略長方形であり、第１走査方向がスクリーン面上での画面短辺方向に相当し、第２走査方向がスクリーン面上での画面長辺方向に相当し、走査光学系Ｐ３が反射面を少なくとも２面有し、その少なくとも２面の反射面によって走査光学系Ｐ３の光路が画面短辺方向に折り曲げられることが望ましい。反射面はパワーを有する光学面(例えば、正パワーを有する光学面と負パワーを有する光学面とを１面ずつ)であってもよく、パワーを持たない平面反射面であってもよい。画面短辺方向に光路を折り曲げることにより、光路の分離が行い易くなり、走査光学系Ｐ３の構成をコンパクト化することが可能となる。
【００３３】
次に、第１，第２の実施の形態を挙げて、本発明に係る走査型画像投影装置ＰＪの具体的な光学構成(光学素子，光学装置等)を説明する。図３に第１の実施の形態の光路及び光学構成の全体を垂直走査断面(ｙｚ断面)で示し、図４に第１の実施の形態の光路及び光学構成の全体を水平走査断面(ｘｚ断面)で示す。図５に第１の実施の形態の光路及び光学構成の一部を拡大して垂直走査断面(ｙｚ断面)で示し、図６に第１の実施の形態の光路及び光学構成の一部を拡大して水平走査断面(ｘｚ断面)で示す。図１０に第２の実施の形態の光路及び光学構成の全体を垂直走査断面(ｙｚ断面)で示し、図１１に第２の実施の形態の光路及び光学構成の一部を拡大して垂直走査断面(ｙｚ断面)で示す。
【００３４】
第１，第２の実施の形態の走査型画像投影装置ＰＪは、光源装置Ｐ０(図１)と、その光源装置Ｐ０から発せられたレーザー光の広がり状態をアナモフィックに変化させる入射光学系Ｐ１と、その入射光学系Ｐ１から射出したレーザー光を互いに直交する第１走査方向(Ｖ方向)と第２走査方向(Ｈ方向)とに、２次元偏向部材である偏向反射ミラーＭＲで偏向反射させる偏向装置Ｐ２と、その偏向装置Ｐ２で偏向したレーザー光を中間結像無しにスクリーン面(被走査面)ＳＣに導いて２次元画像を形成する走査光学系Ｐ３と、を備えている。レーザー走査方式を採用しているので、光源装置Ｐ０から走査光学系Ｐ３までを非常にコンパクトに構成することができる。
【００３５】
第１，第２の実施の形態の走査型画像投影装置ＰＪでは、フルカラーの画像投影を想定している。単色の画像投影を行う場合には、光源装置Ｐ０として単色のレーザー光を射出するものを用いればよいが、フルカラーの画像投影を行う場合には、Ｒ(赤色)・Ｇ(緑色)・Ｂ(青色)の３色のレーザー光源を用意して、色合成用の光学素子(例えば、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー)で色合成した後、偏向装置Ｐ２に入射させる構成にすればよい。用いるレーザー光源としては、例えば、Ｒ用に中心波長６３０ｎｍの半導体レーザー、Ｇ用に中心波長５３２ｎｍの半導体励起の固体レーザー、Ｂ用に中心波長４４５ｎｍの半導体レーザーが挙げられる。
【００３６】
Ｒ・Ｇ・Ｂの最大レーザ出力をそれぞれ１５０ｍＷ，１２０ｍＷ，８３ｍＷとすると、白色が綺麗で色再現領域の広い非常に鮮やかな画面を得ることができる。この場合の光源装置Ｐ０からの出力値は約１００ルーメンであり、光学系によるロス(面反射ロス，ＭＥＭＳ時間制御によるロス，色合成手段によるロス等)を合計で５０％とした場合には、５０ルーメンの明るさを有する走査型画像投影装置ＰＪを実現することができる。また、Ｇのレーザー光の変調は励起用レーザーの直接変調でもよいし、音響光学素子(ＡＯ(Acousto-Optics)素子)等の外部変調でもよい。ＰＰＬＮ(Periodic ally Poled Lithium Niobate)導波路によって第２高調波発生を行う方式で、励起用半導体レーザーの直接変調を行うようにすれば、ＡＯ素子を必要としないので好ましい。
【００３７】
色合成用の光学素子は、光源装置Ｐ０に備えるようにしてもよく、入射光学系Ｐ１に備えるようにしてもよい。図１６に、Ｒ・Ｇ・Ｂのレーザー光源ＬＳ，コリメータレンズＣＬ及びクロスダイクロイックプリズムＰＲを備えた光源装置Ｐ０を用いてフルカラー化した走査型画像投影装置ＰＪの第１構成例を示す。また図１７に、Ｒ・Ｇ・Ｂのレーザー光源ＬＳ及びコリメータレンズＣＬを備えた光源装置Ｐ０と、アナモフィックレンズＡＬ及びクロスダイクロイックプリズムＰＲを備えた入射光学系Ｐ１と、を用いてフルカラー化した走査型画像投影装置ＰＪの第２構成例を示す。図１６及び図１７において、(Ａ)は垂直走査断面(ｙｚ断面)を示しており、(Ｂ)は水平走査断面(ｘｚ断面)を示している。第１，第２構成例とも、光源装置Ｐ０はコリメータレンズＣＬを有しており、それによってＨ方向・Ｖ方向共に平行光束が入射光学系Ｐ１に入射することになる。
【００３８】
入射光学系Ｐ１は、図５，図６等に示すように、第１走査方向(Ｖ方向)と第２走査方向(Ｈ方向)とでパワーの異なるアナモルフィックレンズ１枚から成っており、その入射側(光源装置Ｐ０側)の屈折面がアナモフィック面であり、光射出側の屈折面が平面である。したがって、光源装置Ｐ０から平行光束として射出したレーザー光は、入射光学系Ｐ１を通過することにより、偏向装置Ｐ２の偏向反射ミラーＭＲに対し、第１走査方向(Ｖ方向)には発散光として入射し、第２走査方向(Ｈ方向)には略平行光として入射することになる。なお、ここで想定しているアナモフィックレンズはシリンドリカルレンズであるが、偏向装置Ｐ２に入射させる光束の状態を、第１走査方向(Ｖ方向)には発散光とし、第２走査方向(Ｈ方向)には略平行光とするものであれば、シリンドリカルレンズに限らない。
【００３９】
偏向装置Ｐ２は、第２走査方向(Ｈ方向)の偏向を偏向反射ミラーＭＲの正弦波駆動により行い、第１走査方向(Ｖ方向)の偏向を偏向反射ミラーＭＲの線形駆動により行う構成になっている。ここでは偏向装置Ｐ２として、１枚のミラーでの偏向反射により２次元的な偏向走査を行う偏向素子を想定しているが、２枚のミラーを組み合わせた偏向反射により２次元的な偏向を行う偏向器を用いてもよい。また、搭載される走査型画像投影装置ＰＪによっては、偏向装置Ｐ２は機械式に限らず、電気光学偏向器，音響光学偏向器等の非機械式のものを用いてもよい。
【００４０】
図１５に、偏向装置Ｐ２の一具体例を示す。この偏向装置Ｐ２は、シリコン上に微細加工されたＭＥＭＳミラーであり、可動枠３０，圧電素子３１〜３４，トーションバー３５，ミラー部３６，固定枠３７，曲がり梁４１〜４４等で構成されている。固定枠３７は偏向装置Ｐ２を筐体(不図示)に固定するための部分であり、その固定枠３７の内側に可動部分として可動枠３０が枠状に形成されており、可動枠３０の内側にミラー部３６が方形状に形成されている。
【００４１】
ミラー部３６は、偏向反射ミラーＭＲ(図５，図１１)に相当する部分であり、対向する辺からミラー部３６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー３５により、両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。可動枠３０は、トーションバー３５と直交し、かつ、ミラー部３６の中心を通るＸ軸の近傍でそれぞれ一端が接続された曲がり梁４１〜４４により、両側から固定枠３７に弾性的に支持されている。固定枠３７，曲がり梁４１〜４４，可動枠３０，ミラー部３６及びトーションバー３５は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。また、ミラー部３６の上には、金属薄膜(金，アルミニウム等)から成る反射膜が形成されており、入射光線の反射率を上げるようになっている。
【００４２】
曲がり梁４１〜４４の表面には、圧電素子３１〜３４が接着等により貼り付けられている。圧電素子３１〜３４に電圧を加えると、圧電素子３１〜３４の長さが電圧に応じて変化する。その変化に応じて、下に貼り付けられている曲がり梁４１〜４４が上下にたわむ。例えば、圧電素子３１と圧電素子３３に正の電圧を加え、圧電素子３２と圧電素子３４に負の電圧を加え、正負を交互に入れ替えて駆動させた場合、ミラー部３６はＸ軸を中心として回転する。また、圧電素子３１と圧電素子３２に正の電圧を加え、圧電素子３３と圧電素子３４に負の電圧を加え、正負を交互に入れ替えて駆動させた場合、ミラー部３６はＹ軸を中心として回転する。
【００４３】
Ｈ方向の駆動信号とＶ方向の駆動信号とを重畳した電圧を４つの圧電素子３１〜３４に加えることによって、上記のように内側のトーションバー３５を支点にしたＨ方向の共振駆動と、外側の可動枠３０全体を駆動させるＶ方向の駆動と、を実現することができる。この偏向装置Ｐ２のように、１つの偏向素子でありながら低速のＶ駆動と高速のＨ共振駆動とを同時に行うことができるものを用いることが好ましい。２次元駆動を同時に行うことができるので偏向部材の数を減らすことができ、それによってコストや調整の手間が不要になる等の効果が得られる。
【００４４】
また、第１，第２の実施の形態では、第１走査方向(Ｖ方向)に角度を持って光束が偏向反射ミラーＭＲに入射する。偏向素子に対して光束を第１走査方向に斜入射させる構成にすると、偏向反射面の向きの変化による、偏向可能な光束幅の減少が少なくなる。したがって、偏向による光量ロスを低減することが可能である。
【００４５】
第１，第２の実施の形態において、走査光学系Ｐ３は、光源装置Ｐ０側から順に、反射面がＸＹ自由曲面形状(基準平面に関して対称な自由曲面形状)から成る第１反射ミラーＭ１と、反射面がＸＹ自由曲面形状(基準平面に関して対称な自由曲面形状)から成る第２反射ミラーＭ２と、の２枚のミラーで構成されている。つまり、走査光学系Ｐ３は、パワーを有する光学面として反射面２面のみを有している。走査光学系Ｐ３が反射光学素子のみで構成されているため、前記第１，第２構成例(図１６，図１７)のように走査型画像投影装置ＰＪをフルカラー化しても色収差(倍率色収差，軸上色収差)は発生しない。したがって、色収差を補正する必要もない。色収差が発生すると色にじみとなって像性能が劣化するため、走査光学系Ｐ３では色収差を抑える必要がある。パワーの強い屈折レンズで走査光学系Ｐ３を構成すると、色収差が大きく発生してしまうため、その補正は困難になる。したがって、色収差の発生が無い反射光学素子のみで走査光学系Ｐ３を構成するか、あるいはパワーの弱い屈折レンズを用いて走査光学系Ｐ３を構成することが好ましい。
【００４６】
走査光学系Ｐ３が反射光学系である場合、入射光線と反射光線とを光線分離できるように偏向反射ミラーＭＲを配置する必要があるが、その光線分離方向はＶ方向であることが好ましい。つまり、第１，第２の実施の形態のように、偏向装置Ｐ２の偏向反射ミラーＭＲへの入射光線と反射光線との分離の方向は、第１走査方向(Ｖ方向)であることが好ましい。通常の表示画面は４：３や１６：９といった横長の画面であることが多く、短辺方向での光線分離の方が分離を行いやすく、全体を小型化できるからである。また、通常のプロジェクタではスクリーン面に対して手前下方から画像投影する場合が多いので、Ｖ方向に光線分離を行う構成にすれば、下方からの斜め投影が行いやすくなる。
【００４７】
第１，第２の実施の形態の走査型画像投影装置ＰＪでは、画像入力装置(不図示)から映像信号が入力されると、画像処理回路(不図示)によって、偏向反射ミラーＭＲの偏向角と、それに応じたＲ・Ｇ・Ｂのレーザー光源ＬＳの各レーザー出力と、が算出される。そして、画像処理回路からの指示に基づいて偏向装置Ｐ２が駆動制御されるとともに、光源装置Ｐ０でのレーザー出力が変調される。光源装置Ｐ０から射出したレーザー光は、入射光学系Ｐ１で広がり状態がアナモフィックに変化した後、偏向装置Ｐ２の偏向反射ミラーＭＲでＶ方向とＨ方向の２次元に偏向反射される。偏向装置Ｐ２で偏向したレーザー光は、走査光学系Ｐ３により中間結像無しにスクリーン面ＳＣに投射され、スクリーン面ＳＣ上を２次元的に走査して２次元画像を形成する。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を実施した走査型画像投影装置の光学構成等を、コンストラクションデータ等を挙げて更に具体的に説明する。ここで挙げる実施例１，２は、前述した第１，第２の実施の形態にそれぞれ対応する数値実施例であり、第１，第２の実施の形態を表す光学構成図(図３〜図６；図１０，図１１)は、対応する実施例１，２の光学構成，光路等をそれぞれ示している。
【００４９】
各実施例のコンストラクションデータとして、面データ１，面データ２，自由曲面データ及びその他のデータを示す。また、表１に各条件式の対応データ及び関連データを各実施例について示す。面データ１，２中、Ｓｉ(ｉ＝１，２，３，．．．)は光源装置Ｐ０側から数えてｉ番目の面を示している。面データ１では、面Ｓｉを構成している光学要素、並びに面Ｓｉの種類及び形状を示しており、面データ２では、面Ｓｉの配置データ、面Ｓｉの曲率半径(単位：ｍｍ)、並びに面Ｓｉと面Ｓｉ＋１との間に位置する光学材料のｄ線に関する屈折率ｎｄ及びｄ線に関するアッベ数ｖｄを示している。
【００５０】
各面Ｓｉの配置は、面データ２中の面頂点座標(ｘ，ｙ，ｚ)と回転角度(Tilt)の各面データでそれぞれ特定される。面Ｓｉの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)の原点として、グローバルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)におけるローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)の原点の座標(ｘ，ｙ，ｚ)で表されており(単位：ｍｍ)、その面頂点を中心とするＸ軸回りの回転角度(Tilt)で面Ｓｉの傾きが表されている(単位：°；Ｘ軸の正方向に対して反時計回りがＸ回転の回転角度の正方向である。)。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系(ｘ，ｙ，ｚ)は絞り面Ｓ３のローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)と一致した絶対座標系になっている。また、Ｘ方向，Ｙ方向は、面Ｓｉの面頂点を原点とし、かつ、面頂点での法線をＺ軸とする直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)における座標軸方向である。したがって、アナモフィック面Ｓ１に関しては、ＲＹが面Ｓ１のＹ方向の曲率半径(単位：ｍｍ)、ＲＸが面Ｓ１のＸ方向の曲率半径(単位：ｍｍ)をそれぞれ示している。
【００５１】
自由曲面から成る面Ｓｉは、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)を用いた以下の式(FS)で定義される。なお、各実施例の自由曲面データにおいて表記の無い項の係数は０であり、すべてのデータに関してE-n=×10-nである。
Ｚ＝（Ｃ０・ｈ2）／［１＋√{１−（１＋Ｋ）・Ｃ０2・ｈ2}］＋ΣΣ{Ａ（ｊ，ｋ）・Ｘj・Ｙk}  …(FS)
【００５２】
ただし、式(FS)中、
Ｚ：高さｈの位置でのＺ軸方向の変位量(面頂点基準)、
ｈ：Ｚ軸に対して垂直な方向の高さ(ｈ2＝Ｘ2＋Ｙ2)、
Ｃ０：面頂点での曲率(＝１／曲率半径)、
Ｋ：コーニック定数、
Ａ（ｊ，ｋ）：Ｘのｊ次、Ｙのｋ次の自由曲面係数、
である。
【００５３】
各実施例では、偏向装置Ｐ２としてＭＥＭＳミラーを想定しており、それに搭載される偏向反射ミラーＭＲが前述のミラー部３６(図１５)に相当する。偏向反射ミラーＭＲは、そのＸ方向とＹ方向とにレーザー光を偏向させることにより、スクリーン面ＳＣに対して２次元走査を行う構成になっており、レーザー光を偏向させる際のＸ方向が水平走査方向(Ｈ方向)に相当し、レーザー光を偏向させる際のＹ方向が垂直走査方向(Ｖ方向)に相当する。また、絞り面Ｓ３は偏光用ミラーＭＲ上にあり、その絞り径(絞り面Ｓ３の有効直径)がＭＥＭＳの有効径に相当する。なお、面データ２における偏向反射ミラーＭＲの反射面Ｓ４の回転角度(Tilt)は、偏向反射ミラーＭＲの走査角度がＨ方向，Ｖ方向のいずれについても０度のときの値である。
【００５４】
その他のデータとして、入射光学系Ｐ１のＶ方向の焦点距離(=1/Py，単位：ｍｍ)、物体位置(単位：ｍｍ)、絞り径(単位：ｍｍ)、投影に使用する機械走査角度(単位：°)、光学走査角度(単位：°)を示す。各実施例において、入射光学系Ｐ１を構成しているシリンダー形状のアナモフィックレンズにはコリメート光が入射し、アナモフィックレンズのＶ方向のパワーにより、Ｖ方向の物体位置は偏向反射ミラーＭＲ側に近づく。なお、２次元走査により得られる画面サイズは、走査するレーザー光が通過する領域に内接する、面積が最大の長方形の縦横サイズであり、各実施例ではＡ４サイズに相当する。
【００５５】
図７のグラフに、実施例１の第１反射ミラーＭ１(反射面Ｓ５)の面形状を示し、図８のグラフに、実施例１の第２反射ミラーＭ２(反射面Ｓ６)の面形状を示す。図１２のグラフに、実施例２の第１反射ミラーＭ１(反射面Ｓ５)の面形状を示し、図１３のグラフに、実施例２の第２反射ミラーＭ２(反射面Ｓ６)の面形状を示す。各グラフでは、ローカルな直交座標系(Ｘ，Ｙ，Ｚ)におけるＺ座標をΔ座標(画面中心主光線Ｌcenの入射位置を基準(０ｍｍ)とするＺ方向のズレ量(変動量))に置き換えて面形状を表している。
【００５６】
実施例１，２の反射面Ｓ５，Ｓ６の形状は、基準平面(ｙｚ平面)に関して対称な自由曲面形状である。図７，図１２に示すように、第１反射ミラーＭ１の反射面Ｓ５は、画面下端(スクリーン面ＳＣの下辺中心)に入射する光束の主光線と交わる部分で、Ｖ方向とＨ方向に面形状が凹形状となっており、Ｖ方向とＨ方向について正パワーを有している。また、図８，図１３に示すように、第２反射ミラーＭ２の反射面Ｓ６は、画面下端(スクリーン面ＳＣの下辺中心)に入射する光束の主光線と交わる部分で、Ｖ方向とＨ方向に面形状が凸形状となっており、Ｖ方向とＨ方向について負パワーを有している。反射面Ｓ６のＨ方向の負パワーは、画面下端に入射する光束の主光線と交わる領域からＶ方向に移動するにつれて弱くなっており、台形歪の補正に効果的な形状となっている。また、反射面Ｓ５，Ｓ６(図７，図１２；図８，図１３)の面形状から、画面下端に入射する光束が、反射面Ｓ５においてＨ方向にパワーの強い領域を通過し、反射面Ｓ６においてＨ方向にパワーの強い領域を通過することが分かる。
【００５７】
偏向反射ミラーＭＲに対し光線を入射させて走査すると、スクリーン面ＳＣ上でＨ方向に光線が湾曲する、いわゆる走査歪が発生する。走査歪はスクリーン面ＳＣに対する斜め投影角度が大きくなるほど顕著になる。実施例１，２では第１反射ミラーＭ１の反射面Ｓ５において、スクリーン面ＳＣの画面上部に入射する光線と交わる部分の形状を、対称面からの距離が大きくなるに従ってＨ方向のパワーがプラス方向に変化するように設定することにより、走査歪を補正している。
【００５８】
図９，図１４に、実施例１，２での２次元画像の歪みを歪曲図でそれぞれ示す(縦軸：Ｙ方向(垂直走査方向)，横軸：Ｘ方向(水平走査方向)；単位：ｍｍ)。各歪曲図は、偏向反射ミラーＭＲでの偏向走査によるスクリーン面ＳＣ上での光線位置を等時間間隔でプロットしたものである。
【００５９】
実施例１
面データ１
Ｓｉ  光学要素                  面種類  面形状
Ｓ１  入射光学系Ｐ１(入射側)    屈折面  アナモフィック面
Ｓ２  入射光学系Ｐ１(射出側)    屈折面  平面
Ｓ３  絞り面                    −−−  平面
Ｓ４  偏向反射ミラーＭＲ(Ｐ２)  反射面  平面
Ｓ５  第１反射ミラーＭ１(Ｐ３)  反射面  自由曲面
Ｓ６  第２反射ミラーＭ２(Ｐ３)  反射面  自由曲面
Ｓ７  スクリーン面ＳＣ
【００６０】
面データ２
Ｓｉ  x    y          z         Tilt      曲率半径         nd     vd
Ｓ１  0    0        -24.2677    0       RY=-67.47,RX=∞  1.5168  65.26
Ｓ２  0    0        -20.9677    0           ∞
Ｓ３  0    0          0         0
Ｓ４  0    0          0       -10.2301
Ｓ５  0    9.8045   -26.2789   -2.5331      ∞
Ｓ６  0   16.7846    -0.9275  -11.9490      ∞
Ｓ７  0  219.4078  -248.5550    0.0612
【００６１】
Ｓ５の自由曲面データ
K= 0,
A(0,1)= 0.0000E+00,
A(2,0)= 4.0747E-03,
A(0,2)= 4.7090E-03,
A(2,1)=-1.8229E-04,
A(0,3)=-7.3308E-05,
A(4,0)= 1.4280E-06,
A(2,2)=-5.1812E-07,
A(0,4)= 1.3032E-06,
A(4,1)= 2.7121E-07,
A(2,3)= 1.8182E-07,
A(0,5)= 1.7997E-07,
A(6,0)=-1.3200E-08,
A(4,2)= 1.8898E-09,
A(2,4)=-4.1476E-09,
A(0,6)=-4.8194E-09
【００６２】
Ｓ６の自由曲面データ
K= 0,
A(0,1)= 0.0000E+00,
A(2,0)= 6.4948E-03,
A(0,2)= 4.4197E-03,
A(2,1)=-3.1653E-04,
A(0,3)=-9.0700E-05,
A(4,0)= 4.2301E-06,
A(2,2)= 7.2503E-06,
A(0,4)= 2.9227E-06,
A(4,1)=-4.7777E-08,
A(2,3)=-1.2761E-07,
A(0,5)=-2.9659E-08,
A(6,0)=-6.9267E-09,
A(4,2)=-9.9613E-09,
A(2,4)=-7.8513E-09,
A(0,6)=-3.1003E-09,
A(6,1)= 8.9369E-10,
A(4,3)= 8.2624E-10,
A(2,5)= 5.0841E-10,
A(0,7)= 8.2112E-10,
A(8,0)=-1.2084E-11,
A(6,2)=-1.4364E-11,
A(4,4)=-3.3013E-11,
A(2,6)= 9.0163E-12,
A(0,8)=-3.9160E-11
【００６３】
その他のデータ
入射光学系Ｐ１のＶ方向の焦点距離(=1/Py)：-130mm
物体位置：偏向反射ミラーＭＲから入射光学系Ｐ１側に153.0mmの地点
絞り径：φ1.5mm
投影に使用する機械走査角度：±7.72°(Ｈ方向)，±5.64°(Ｖ方向)
光学走査角度：±15.44°(Ｈ方向)，±11.28°(Ｖ方向)
【００６４】
実施例２
面データ１
Ｓｉ  光学要素                  面種類  面形状
Ｓ１  入射光学系Ｐ１(入射側)    屈折面  アナモフィック面
Ｓ２  入射光学系Ｐ１(射出側)    屈折面  平面
Ｓ３  絞り面                    −−−  平面
Ｓ４  偏向反射ミラーＭＲ(Ｐ２)  反射面  平面
Ｓ５  第１反射ミラーＭ１(Ｐ３)  反射面  自由曲面
Ｓ６  第２反射ミラーＭ２(Ｐ３)  反射面  自由曲面
Ｓ７  スクリーン面ＳＣ
【００６５】
面データ２
Ｓｉ  x    y          z         Tilt      曲率半径         nd     vd
Ｓ１  0    0        -15.0000    0       RY=-56.41,RX=∞  1.4875  48.75
Ｓ２  0    0        -13.9000    0           ∞
Ｓ３  0    0          0         0
Ｓ４  0    0          0       -11.2731
Ｓ５  0   25.9031   -19.7753  -54.6284      ∞
Ｓ６  0  -74.4268    -1.3191  -55.3867      ∞
Ｓ７  0  354.9606  -465.9871   -6.4591
【００６６】
Ｓ５の自由曲面データ
K= 0,
A(0,1)=-1.0558E+00,
A(2,0)=-1.5700E-03,
A(0,2)= 1.3918E-02,
A(2,1)=-1.5993E-04,
A(0,3)=-2.7498E-04,
A(4,0)= 3.9385E-05,
A(2,2)= 3.4605E-05,
A(0,4)=-4.3391E-06,
A(4,1)= 1.7401E-06,
A(2,3)= 6.0934E-07,
A(0,5)=-1.5617E-08,
A(6,0)=-1.3322E-07,
A(4,2)= 1.7790E-08,
A(2,4)=-1.5871E-09,
A(0,6)= 4.6041E-09,
A(6,1)=-5.14496E-09
【００６７】
Ｓ６の自由曲面データ
K= 0,
A(0,1)=-1.6015E+00,
A(2,0)= 3.8505E-02,
A(0,2)= 1.4389E-03,
A(2,1)=-8.7865E-04,
A(0,3)= 1.4593E-05,
A(4,0)= 2.9505E-05,
A(2,2)= 3.4066E-06,
A(0,4)= 2.1010E-07,
A(4,1)=-5.8531E-07,
A(2,3)=-6.5625E-09,
A(0,5)= 1.7660E-09,
A(6,0)=-3.5656E-09,
A(4,2)= 4.1351E-09,
A(2,4)= 2.7380E-10,
A(0,6)=-5.2504E-12
【００６８】
その他のデータ
入射光学系Ｐ１のＶ方向の焦点距離(=1/Py)：-115.2mm
物体位置：偏向反射ミラーＭＲから入射光学系Ｐ１側に129.8mmの地点
絞り径：φ1.5mm
投影に使用する機械走査角度：±7.72°(Ｈ方向)，±5.64°(Ｖ方向)
光学走査角度：±15.44°(Ｈ方向)，±11.28°(Ｖ方向)
【００６９】
【表１】
2010008735.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】走査型画像投影装置の実施の形態を説明するための模式図。
【図２】走査型画像投影装置の実施の形態における垂直走査断面での光線角度を説明するための模式図。
【図３】第１の実施の形態(実施例１)の垂直走査断面での光路及び光学構成を示す全体図。
【図４】第１の実施の形態(実施例１)の水平走査断面での光路及び光学構成を示す全体図。
【図５】第１の実施の形態(実施例１)の垂直走査断面での光路及び光学構成を示す部分拡大図。
【図６】第１の実施の形態(実施例１)の水平走査断面での光路及び光学構成を示す部分拡大図。
【図７】実施例１の第１反射ミラーの面形状を示すグラフ。
【図８】実施例１の第２反射ミラーの面形状を示すグラフ。
【図９】実施例１の歪曲図。
【図１０】第２の実施の形態(実施例２)の垂直走査断面での光路及び光学構成を示す全体図。
【図１１】第２の実施の形態(実施例２)の垂直走査断面での光路及び光学構成を示す部分拡大図。
【図１２】実施例２の第１反射ミラーの面形状を示すグラフ。
【図１３】実施例２の第２反射ミラーの面形状を示すグラフ。
【図１４】実施例２の歪曲図。
【図１５】偏向装置の一具体例としてのＭＥＭＳミラーを示す平面図。
【図１６】走査型画像投影装置をフルカラー化する場合の第１構成例を示す模式図。
【図１７】走査型画像投影装置をフルカラー化する場合の第２構成例を示す模式図。
【符号の説明】
【００７１】
ＰＪ    走査型画像投影装置
Ｐ０    光源装置
ＬＳ    レーザー光源
ＣＬ    コリメータレンズ
ＰＲ    クロスダイクロイックプリズム
Ｐ１    入射光学系
ＡＬ    アナモフィックレンズ
Ｐ２    偏向装置
ＭＲ    偏向反射ミラー
Ｐ３    走査光学系
Ｍ１    第１反射ミラー
Ｍ２    第２反射ミラー
ＳＣ    スクリーン面
【図１】
2010008735.tif 000004
【図２】
2010008735.tif 000005
【図３】
2010008735.tif 000006
【図４】
2010008735.tif 000007
【図５】
2010008735.tif 000008
【図６】
2010008735.tif 000009
【図７】
2010008735.tif 000010
【図８】
2010008735.tif 000011
【図９】
2010008735.tif 000012
【図１０】
2010008735.tif 000013
【図１１】
2010008735.tif 000014
【図１２】
2010008735.tif 000015
【図１３】
2010008735.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2010008735.tif 000018
【図１６】
2010008735.tif 000019
【図１７】
2010008735.tif 000020