(57)【要約】  各走査線の書き出し位置を高精度に揃えるため、走査型投影装置を、光束を照射する少なくとも一つの光源部と、照射された光束を被走査面上に主走査方向、副走査方向の二方向に走査する走査部と、被走査面上の有効走査外領域に配置され、該有効走査領域より高い反射率の第一反射面を持つ第一反射部と、第一反射部上を走査した光束の反射光を検知する反射光検知部と、反射光検知手段による反射光の検知のタイミングに従い、少なくとも一つの光源部に投影画像に応じた発光制御を行う発光制御部とを有する構成にした。
2010058462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被走査面上に光束を主走査方向と、該主走査方向と直交する副走査方向の二方向に走査する走査型投影装置において、
前記光束を照射する少なくとも一つの光源部と、
前記照射された光束を偏向して前記被走査面上で前記二方向に走査する走査部と、
前記被走査面上の有効走査外領域に配置され、該被走査面上の有効走査領域より高い反射率を有する第一反射部と、
前記第一反射部により反射された光束を戻して前記走査部に再入射させる光束戻し部と、
前記走査部に再入射されて偏向された反射光の一部を検知する反射光検知部と、
前記反射光検知部による前記反射光の検知のタイミングに従い、前記少なくとも一つの光源部に投影画像に応じた発光制御を行う発光制御部と、
を有することを特徴とする走査型投影装置。
【請求項２】
前記第一反射部は、前記副走査方向に長い辺を持つ長尺状の反射部であることを特徴とする、請求項１に記載の走査型投影装置。
【請求項３】
前記第一反射部は、前記被走査面上における前記光束の前記主走査方向の書き出しが予定される位置に近接して配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項４】
前記発光制御部は、前記反射光検知部により前記反射光が検知されてから所定時間経過後に、前記少なくとも一つの光源部に対して前記発光制御を行うことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項５】
前記第一反射部の前記辺に対して所定の角度をなす辺を有する第二反射部をさらに有し、
前記反射光検知部は、前記第一反射部、前記第二反射部それぞれの反射光を検知して、
前記発光制御部は、前記第一反射部、前記第二反射部それぞれの反射光の検知の時間間隔に基づき前記被走査面上における前記光束の副走査方向の書き出し位置を制御することを特徴とする、請求項２を引用する請求項３または請求項４の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項６】
前記第一反射部又は前記第二反射部は、前記有効走査外領域に取り付けられた反射部材であり、又は該有効走査外領域に塗布又は印刷された反射領域であることを特徴とする、請求項１から請求項５の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項７】
前記光束戻し部は、前記第一反射部又は前記第二反射部に入射された光束を入射時と略同一の光路に戻すため、該光束を該第一反射部又は該第二反射部に略垂直に入射させる垂直入射光学素子を有することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項８】
前記垂直入射光学素子は、前記被走査面に近接して配置されたフレネルレンズであることを特徴とする、請求項７に記載の走査型投影装置。
【請求項９】
前記略同一の光路に戻されて前記走査部により偏向された前記反射光の少なくとも一部を該光路から偏向して前記反射光検知部に導く反射光偏向部をさらに有することを特徴とする、請求項７または請求項８の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項１０】
前記走査部は、前記光源部側から順に、
前記光束を前記主走査方向又は前記副走査方向に偏向する偏向器、
前記偏向器により偏向された前記光束を前記被走査面上で走査する走査光学系、
を有し、
前記反射光偏向部は、前記偏向器近傍に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の走査型投影装置。
【請求項１１】
前記光束を偏向する前記偏向器の偏向面と、前記反射光を検知する前記反射光検知部の検知面との光学的な瞳を共役に結ぶ共役光学系をさらに有することを特徴とする、請求項１０に記載の走査型投影装置。
【請求項１２】
前記偏向器は、前記光束を前記二方向に偏向する二次元走査型ガルバノミラー又は二次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、或いは面倒れ付きポリゴンミラーであることを特徴とする、請求項１０または請求項１１の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項１３】
前記第一反射部又は前記第二反射部は、該第一反射部又は該第二反射部に入射される前記光束を発散度を大きくして反射させるように構成され、前記反射光偏向部は、該反射光束の周辺の光を前記反射光検知部に偏向することを特徴とする、請求項９から請求項１２の何れかに記載の走査型投影装置。
【請求項１４】
前記第一反射部又は前記第二反射部は、該第一反射部又は該第二反射部に入射される前記光束のスポットサイズと同等又は大きいサイズの単一の凸形状で構成され、或いは該スポットサイズより小さいサイズの複数の凸形状で構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の走査型投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロジェクタやレーザープリンタ、イメージスキャナといった画像形成装置に搭載される走査型投影装置に関連し、詳しくは、被走査面上における各走査線の書き出し位置を高精度に揃えることができる走査型投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源から照射された光束を二次元走査してスクリーン等の被走査面上に拡大投影する二次元走査型投影装置が知られている。この種の走査型投影装置は、例えばスクリーン背後から画像を投影し、該画像をスクリーン正面から観察する、いわゆるリアプロジェクタとしての利用に適している。【０００３】
走査型投影装置の一例が国際公開ＷＯ２００４／００４１６７公報（以下、「特許文献１」と記す。）に開示されている。特許文献１に記載の走査型投影装置は、スクリーンと走査光学系との間の有効走査外領域に配置されたリニア検出器を有している。該走査型投影装置は、リニア検出器を用いて走査光を検出し、所定の遅延時間が経過した後に各走査線を書き出している。しかし、各走査線の書き出し位置は、各部品の個体差や取付誤差、収差等に起因してばらつき、スクリーンに投影される画像を歪ませたり色ずれさせたりする問題を生み出す。このような問題の発生を避けるべく、一般的な走査型投影装置は、組立後製品出荷前の調整工程において、各走査線の書き出し位置が電気的に調整されて揃えられている。【０００４】
ところが、走査型投影装置の使用環境（例えば温度等）が変化したとき、当該変化に起因して各部品の寸法等が変動し、その結果、各走査線の書き出し位置にばらつきが生じることがある。走査型投影装置が大型であるほど、スクリーンと他の部品との光学的（物理的）距離が必然的に長くなるため、スクリーン（より正確には各走査線の書き出しが行われるべき位置）と各部品との相対位置の変動が顕著に現れる。かかる相対位置の変動は、実使用時において各走査線の書き出し位置のばらつきを生じさせる主要因の一つであり、問題視されている。【０００５】
また、特許文献１の構成に基づいて副走査（二次元走査）も行おうとした場合には、走査範囲中の全ての走査線に対応するレーザー光を受光して信号検出を行うために、副走査方向に長尺な受光エリアを持つリニア検出器が構成上必須である。しかし、副走査方向に長尺なリニア検出器は、外形寸法が大きいため実装スペースが制限される上、単価が高いといった欠点を有している。【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コスト面に優れ、小型化に適した簡易な構成でありつつも温度変化等が生じた際に懸念される各走査線の書き出し位置のばらつきを効果的に抑えることができる走査型投影装置を提供することである。【０００７】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る走査型投影装置は、被走査面上に光束を主走査方向と、該主走査方向と直交する副走査方向の二方向に走査する装置であり、以下の特徴を有する。すなわち、かかる走査型投影装置は、光束を照射する少なくとも一つの光源部と、照射された光束を偏向して被走査面上で二方向に走査する走査部と、被走査面上の有効走査外領域に配置され、該被走査面上の有効走査領域より高い反射率を有する第一反射部と、該第一反射部により反射された光束を戻して走査部に再入射させる光束戻し部と、走査部に再入射されて偏向された反射光の一部を検知する反射光検知部と、反射光検知部による反射光の検知のタイミングに従い、少なくとも一つの光源部に投影画像に応じた発光制御を行う発光制御部とを有することを特徴としている。【０００８】
このように、本発明においては、第一反射部の反射光を検知して光源部の発光制御を行う。第一反射部は被走査面上に直接配置されているため、温度等の使用環境に変化が生じた場合にも、被走査面上の各走査線の書き出しが行われるべき位置と第一反射部との相対位置の変動は略生じない。すなわち、使用環境の変化時にも各走査線の書き出しが依然として揃っているため、歪みや色ずれの無い精細な画像が被走査面上に投影される。【０００９】
また、本発明に係る反射光検知部には、光束戻し部により戻された、走査方向に画角を持たない戻り光が入射される。したがって、反射光検知部は、特許文献１のリニア検出器のように走査方向の画角に対応する受光エリアを有する検知器である必要がなく、例えば走査型投影装置の小型化やコストダウンに適した単一セルの小型なセンサであればよい。【００１０】
ここで、第一反射部を副走査方向に実質的に平行で長い辺を持つ長尺状の反射部にすることで、反射光の検知のタイミングが略定期的となり制御が容易となる。また、第一反射部を有効走査領域の副走査方向の長さより長い辺を持つ構成とすることでタイミング検知の確実性を高めることが出来るが、スクリーンの小型化・製造の容易性のため、副走査方向の辺を短くしたり、途切れを持たせたりした構成（サイズの小さい反射部が副走査方向に断続的に並ぶ構成）としてもよい。【００１１】
第一反射部は、各走査線の設計上の書き出し位置に対する第一反射部の位置決めをより一層容易にするため、好ましくは、被走査面上における光束の主走査方向の書き出しが予定される位置に近接して配置される。【００１２】
発光制御部は、反射光検知部により反射光が検知されてから例えば所定時間経過後に、少なくとも一つの光源部に対して発光制御を行うように構成される。【００１３】
本発明に係る走査型投影装置は、第一反射部の辺に対して所定の角度をなす辺を有する長尺状の第二反射部をさらに有する構成であることが望ましい。この場合に、反射光検知部は、第一反射部、第二反射部それぞれの反射光を検知する。そして、発光制御部は、第一反射部、第二反射部それぞれの反射光の検知の時間間隔に基づき被走査面上における光束の副走査方向の書き出し位置を制御する。すなわち、かかる構成によれば、主走査方向の書き出しだけでなく副走査方向の書き出し位置も良好にコントロールすることができる。【００１４】
第一反射部又は第二反射部は、有効走査外領域に取り付けられた反射部材であってもよく、或いは量産性や位置精度に優れると共にコスト面でも有利である、該有効走査外領域に塗布又は印刷された反射領域であってもよい。【００１５】
光束戻し部は、第一反射部又は第二反射部に入射された光束を入射時と略同一の光路に戻すため、該光束を該第一反射部又は該第二反射部に略垂直に入射させる垂直入射レンズを有する構成としてもよい。ここで垂直入射レンズは、例えば被走査面に近接して配置されたフレネルレンズである。すなわち垂直入射レンズは、専用品である必要がなく、一般的な走査型投影装置が持つフレネルレンズ、つまり汎用的なレンズであってもよい。【００１６】
かかる走査型投影装置は、入射時と略同一の光路に戻され走査部により偏向された反射光の少なくとも一部を該光路から偏向して反射光検知部に導く反射光偏向部をさらに有する構成であってもよい。【００１７】
さらに、走査部は、光源部側から順に、主走査方向又は副走査方向に偏向する偏向器、および偏向器により偏向された光束を被走査面上で走査する走査光学系を有する構成としてもよい。かかる場合に、反射光偏向部は、偏向器により偏向された光束を反射光検知部に効率良く導くため、偏向器近傍に配置されることが好ましい。【００１８】
また、当該走査型投影装置は、光束を偏向する偏向器の偏向面と、反射光を検知する反射光検知部の検知面を瞳共役にする共役光学系をさらに有する構成であってもよい。【００１９】
ここで偏向器は、例えば光束を二方向に偏向する二次元走査型ガルバノミラー又は二次元ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、或いは面倒れ付きポリゴンミラーである。また、偏向器は、光束を一方向に偏向する偏向器であってもよい。かかる一次元偏向器は、例えば当該一次元偏向器への光束の入射角度を操る、別の偏向器や光源システムと組み合わせて使用される。【００２０】
第一反射部又は第二反射部は、該第一反射部又は該第二反射部に入射される光束を発散度を大きくして反射させ、反射光束径を大きくするように構成されてもよい。この場合に、反射光偏向部は、反射光束の周辺の光を反射光検知部に偏向するように構成される。【００２１】
また、第一反射部又は第二反射部は、該第一反射部又は該第二反射部に入射される光束のスポットサイズと同等又は大きいサイズの単一の凸形状で構成されてもよく、或いは該スポットサイズより小さいサイズの複数の凸形状で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置の外観（正面）を示す外観正面図である。
【図２】本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置の構成を概略的に示す主走査断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置の構成を概略的に示す副走査断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置が有する反射部材の主走査断面図である。
【図５】本発明の別の実施形態の二次元走査型投影装置が有する反射部材の主走査断面図である。
【図６】本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置が有する受光センサが出力する信号波形を示す図である。
【図７】本発明の第二実施形態の二次元走査型投影装置の外観（正面）を示す外観正面図である。
【図８】本発明の第二実施形態における副走査方向の書き出し位置の補正処理を説明するための図である。
【図９】本発明の第三実施形態の二次元走査型投影装置が有する面倒れ付きポリゴンミラーの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第四実施形態の二次元走査型投影装置の構成を概略的に示す主走査断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の二次元走査型投影装置について説明する。【００２４】
図１は、本発明の第一実施形態の二次元走査型投影装置１００の外観（正面）を示す外観正面図である。二次元走査型投影装置１００は、例えば視聴者が画像をスクリーン正面から観察できるよう、スクリーン背後から画像を投影するリアプロジェクタとして構成されている。【００２５】
図１に示されるように、二次元走査型投影装置１００の正面には画像が投影されるスクリーンＳが備えられている。二次元走査型投影装置１００は、スクリーンＳをはじめとする二次元走査型投影装置１００を構成する各種部品を保持する筐体Ｈを有している。なお、本明細書において、スクリーンＳと直交する方向（図１で紙面と直交する方向）を「Ｘ方向」と定義し、スクリーンＳに平行な第一の方向（図１で紙面に平行な左右方向）を「Ｙ方向」と定義し、スクリーンＳに平行でかつ第一の方向に直交する第二の方向（図１で紙面に平行な上下方向）を「Ｚ方向」と定義する。すなわち、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、互いに直交する方向として定義される。さらに、Ｙ方向を「主走査方向」と定義し、Ｚ方向を「副走査方向」と定義する。【００２６】
図２、図３はそれぞれ、二次元走査型投影装置１００の筐体Ｈの内部に保持された各種部品の配置構成を概略的に示す図である。図２、図３においては、説明の便宜上、二次元走査型投影装置１００を構成する光学部品を主に図示し、それ以外の部品（例えば保持部材、電気回路等）の図示は原則省略する。図２、図３の各図中一点鎖線は、二次元走査型投影装置１００の中心軸（光軸）ＡＸである。二次元走査型投影装置１００の中心軸ＡＸとスクリーンＳとが交差する点は、スクリーンＳの有効走査領域（別の表現によれば、画像が投影される有効表示領域）の中心点Ｓ０と一致する。なお、二次元走査型投影装置１００の光路を展開した状態において、二次元走査型投影装置１００の中心軸ＡＸと主走査方向を含む断面を「主走査断面」と定義し、中心軸ＡＸと副走査方向を含む断面を「副走査断面」と定義する。かかる定義によれば、図２、図３はそれぞれ、二次元走査型投影装置１００の構成を概略的に示す主走査断面図、副走査断面図である。但し、図３において、後述する光束分離ミラー８ａ、センサ用光学系８ｂ、受光センサ８ｃは便宜上図示したものであり、実際には副走査断面から離れた位置に配置されている。【００２７】
図２、図３に示されるように、二次元走査型投影装置１００は、レーザー光（平行光）を照射する光源部を複数（ここでは光源部１ａ、１ｂ、１ｃの合計３つ）有している。各光源部は同一の構成を有し、副走査断面上に並ぶように配置されている。光源部からスクリーンＳに至る二次元走査型投影装置１００の光路上には、光源部側から順に、二次元偏向器４、走査光学系５、フレネルレンズ６の各種光学部品が配置されている。なお、図２においては、光源部からスクリーンＳ側に向かう光束を点線で、スクリーンＳから光源部側に向かう光束を実線で示す。図３においては、図面を明瞭にするため、各光源部から照射された光束は、主光線のみを実線によって簡略的に示す。【００２８】
二次元走査型投影装置１００は、装置全体の制御を統括的に行うシステムコントローラ１０、およびスクリーンＳへの投影が予定される画像のデータ（画像データ）を生成する画像処理部２０を有している。画像処理部２０は、システムコントローラ１０の制御下で画像データに応じた変調信号を生成して各光源部に出力する。各光源部は、入力される変調信号に応じてレーザー光を変調して照射する。各光源部は、スクリーンＳに３本の走査線を同時に走査すべく、変調されたレーザー光を同時に照射する。各光源部から照射されたレーザー光は、二次元偏向器４の偏向面４Ｐに入射される。【００２９】
二次元偏向器４は、例えば偏向面４Ｐが副走査断面又は主走査断面上で高速振動するように構成された偏向器（例えば周知の二次元走査型ガルバノミラー又は二次元ＭＥＭＳミラー）であり、光源部から偏向面４Ｐに入射されたレーザー光をスクリーンＳに対して主走査方向、副走査方向の２方向に走査する。偏向面４Ｐに入射されたレーザー光は、該偏向面４Ｐによって、その振動状態に応じた角度で連続して偏向されつつ走査光学系５に入射される。【００３０】
走査光学系５は、複数枚のレンズから構成されており、全体として例えばｆθ特性を有している。走査光学系５から射出されたレーザー光は、フレネルレンズ６に入射される。フレネルレンズ６は、スクリーンＳの有効走査領域全域を十分に覆う形状および寸法を有している。ここで、スクリーンＳの有効走査領域は、図１（又は図２、図３）に示される主走査方向の有効走査幅Ｓｍと、副走査方向の有効走査高さＳｖとがなす矩形領域として定義される。【００３１】
フレネルレンズ６に入射されたレーザー光は、その入射角度に拘わらず、フレネルレンズ６の光学作用によりスクリーンＳの面に略垂直な方向に偏向される。フレネルレンズ６とスクリーンＳの間には、図示省略されたレンチキュラーレンズが配置されている。フレネルレンズ６によって偏向されたレーザー光は、かかるレンチキュラーレンズの光学作用によって左右に拡散された後、スクリーンＳに入射される。スクリーンＳに入射されたレーザー光は、走査光学系５によって与えられたｆθ特性により、スクリーンＳ上を主走査方向に略等速で走査する。二次元走査型投影装置１００は、フレネルレンズ６とレンチキュラーレンズの光学作用により、広範な視野角が確保されている。【００３２】
二次元走査型投影装置１００では、二次元偏向器４による主走査方向への走査一回につき、二次元偏向器４が副走査方向に所定角度回動するように構成されている。ここで所定角度は、スクリーンＳの走査に同時使用される、副走査方向に並ぶレーザー光の本数（第一実施形態では３本）に、該レーザー光によってスクリーンＳ上に形成されるスポットサイズ（副走査方向のスポット径）を乗じた長さに対応する角度として定義される。かかる主走査方向の走査を繰り返し行いつつ副走査方向の走査も同時に行うことにより、スクリーンＳ上に二次元画像が形成される。【００３３】
スクリーンＳにおけるレーザー光の実際上の走査範囲は、二次元走査型投影装置１００を構成する各種部品の個体差や、使用環境に起因する各種部品の外形寸法の変動、或いは光学部品の光学性能の変動等を考慮して、スクリーンＳの有効走査領域よりも一回り広く設定されている。具体的には、スクリーンＳにおけるレーザー光の主走査方向の走査幅は、有効走査幅Ｓｍよりも広範な走査幅Ｓ’ｍである。また、スクリーンＳにおけるレーザー光の副走査方向の走査高さは、有効走査高さＳｖよりも広範な走査高さＳ’ｖである。すなわち、スクリーンＳにおけるレーザー光の実際上の走査範囲は、走査幅Ｓ’ｍと走査高さＳ’ｖとがなす矩形領域として定義される。ここで、図１に示されるように、スクリーンＳにおけるレーザー光の実際上の走査範囲から、スクリーンＳの有効走査領域を除いた範囲を「有効走査外領域Ｒ」と定義する。【００３４】
第一実施形態の二次元走査型投影装置１００には、各走査線の書き出し位置のズレを良好に補正すべく、図１、図２の各図に示されるように、各走査線の理想的な書き出し位置（図１の有効走査領域の右辺、又は図２の有効走査幅Ｓｍの上端）から主走査方向に所定距離離れた有効走査外領域Ｒ上の位置（書き出し位置に近接した位置であって、図１においては外観フレームの裏側）に反射部材７が配置されている。反射部材７は、例えば樹脂成形品であり、スクリーンＳと正対する方向から臨んだときに有効走査高さＳｖより長尺な矩形形状を有する。当該方向から臨まれる面は反射面７ａであり、金属等の高反射率を有する材料が蒸着されている。反射面７ａは、当該方向から臨むときに反射部材７の外形寸法と略一致する矩形形状を持ち、長手方向が副走査方向に平行である。反射部材７の前面側（走査光学系５側）は、フレネルレンズ６によって覆われている。そのため、反射部材７には、走査光学系５から射出されたレーザー光がフレネルレンズ６を介して入射される。【００３５】
反射部材７は、主走査断面と平行な何れの面で切断した場合も断面が常に同じになるような形状を有している。ここで図４に、反射部材７の主走査断面図を示す。図４に示されるように、反射部材７の反射面７ａは凸面状に形成されている。反射面７ａの幅（主走査方向の長さ）は、フレネルレンズ６を介して入射されるレーザー光のスポットサイズと略同等か若しくは大きいサイズを有している。よって、レーザー光は、反射面７ａにもれなく入射され、主走査方向にのみやや発散して反射される。すなわち、反射面７ａにより反射されたレーザー光は、図２の点線（入射光）と実線（反射光）とを比較すると明らかなように、主走査方向に関して入射光よりも径が太くなっている。【００３６】
ところで、レーザー光は、フレネルレンズ６の光学作用によって偏向されて、反射面７ａに略垂直に入射されている。そのため、反射面７ａにより反射されたレーザー光は、入射時と同一の光路を戻る。同一光路を戻るレーザー光は、フレネルレンズ６、走査光学系５を順に透過して、二次元偏向器４の偏向面４Ｐにより偏向される。【００３７】
反射面７ａには、様々な形状が想定される。図５（ａ）〜図５（ｃ）に、反射面７ａの形状を三例示す。図５（ａ）に示される反射面７ａは、反射面７ａに入射されるレーザー光のスポットサイズよりも小さいサイズの凸面形状を複数有した構成を持つ。図５（ｂ）に示される反射面７ａは、スクリーンＳに対して傾斜した面形状を有した構成を持つ。かかる面形状は、曲率が非常に大きい凸面形状の一部とみなすことができる。図５（ｃ）に示される反射面７ａは凹面形状を有している。図５（ｃ）の反射面７ａの端部はＲ面取りされている。図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるいずれの反射面７ａも図４の反射面７ａと同じく、入射されたレーザー光を主走査方向に対してやや発散させて反射する。【００３８】
ここで想定される反射面７ａはなめらかな面であるが、別の実施形態では粗い面であってもよい。反射面７ａは、例えばブラスト加工等によって粗めに仕上げられた、所定サイズの微細な凹凸形状を有する面である。粗い面の場合、反射面７ａに入射されたレーザー光は多様な方向に反射して、やや広がりを持つ光束となって入射時の光路を戻り、フレネルレンズ６からセンサ用光学系８ｂに至る光路を進行して受光センサ８ｃにより受光される。【００３９】
図２に示されるように、二次元走査型投影装置１００は、二次元偏向器４の偏向面４Ｐに対向する、二次元偏向器４近傍の位置に光束分離ミラー８ａを有している。光束分離ミラー８ａは、偏向面４Ｐと対向する面にのみ反射面を有している。光束分離ミラー８ａが配置されている位置は、光源部から偏向面４Ｐに向かうレーザー光（図２の点線）の有効光束径外である。そのため、光源部から偏向面４Ｐに向かうレーザー光が光束分離ミラー８ａによって遮蔽されることはない。しかし、光束分離ミラー８ａの位置は、反射光（図２の実線）の有効光束径内（有効光束径の周辺部）である。したがって、反射光の一部は、光束分離ミラー８ａの反射面に入射され反射される。なお、各光源部の前段には図示省略された光アイソレータが配置されており、各光源部への戻り光は遮蔽されている。【００４０】
光束分離ミラー８ａの反射面により反射されたレーザー光は、センサ用光学系８ｂにより集光されて、受光センサ８ｃの受光面に受光される。受光センサ８ｃの受光面は、センサ用光学系８ｂにより、二次元偏向器４の偏向面４Ｐの光学的な瞳と共役な位置に配置されている。そのため、反射光は、受光面上の略一点に受光される。したがって、受光センサ８ｃは、例えば特許文献１に記載のリニア検出器のように複数セルを有する構成である必要がなく、単一セルを持つ単一の小型なセンサであればよい。このようなセンサは、二次元走査型投影装置の小型化やコストダウンに適している。なお、光束分離ミラー８ａは、光源部から偏向面４Ｐに向かうレーザー光（図２の点線）の有効光束径外であり且つ二次元偏向器４との機械的干渉を起こさない位置であれば、二次元偏向器４近傍に配置されるほど好ましい。光束分離ミラー８ａは、二次元偏向器４近傍に配置されるほど、反射光（図２の実線）の有効光束径の周辺部をより一層効率良くに反射させて、受光センサ８ｃに導くことができるからである。別の側面によれば、光束分離ミラー８ａは小型化された場合であっても、二次元偏向器４近傍に配置されていれば信号検知に十分な光量を受光センサ８ｃに導くことができる。【００４１】
受光センサ８ｃは、受光したレーザー光に応じた電圧を発生させて、書き出し位置を決定するための検知信号としてシステムコントローラ１０に出力する。図６に、受光センサ８ｃからシステムコントローラ１０に入力される信号波形を示す。図６に示されるように、システムコントローラ１０には、受光センサ８ｃから検知信号が繰り返し入力される。システムコントローラ１０は、検知信号が入力されてから（別の表現によれば、信号波形の立ち上がりを検知してから）所定時間ｔ経過した時、スクリーンＳを走査するレーザー光が書き出し位置（図１の有効走査領域の右辺、又は図２の有効走査幅Ｓｍの上端）に到達すると判断して、各光源部の発光制御を行うように画像処理部２０に指示を出力する。画像処理部２０が全ての走査線に対して当該指示に応じた光源部の発光制御を行うことにより、各走査線の書き出し位置が揃うこととなる。その結果、歪みや色ずれの無い画像がスクリーンＳに投影される。なお、所定時間ｔを設定する際、実際には信号遅延等を考慮する必要があることを言い添えておく。また、画像処理部２０は、図６の画像描画期間中３つの光源部の発光制御を行うが、それ以外の期間は検知信号を得るために何れか一つの光源部のみを発光制御する。後者の期間中は連続光が照射される。【００４２】
このように第一実施形態の二次元走査型投影装置１００においては、スクリーンＳ上に反射部材７が直接取り付けられている。そのため、各走査線の書き出しが行われるべき位置に対する反射部材７の位置は、実使用時において温度変化等が生じた場合にも略変動しない。すなわち、温度変化等が生じた場合にも各走査線の書き出しが行われるべき位置と反射部材７との相対位置の変動が実質的に生じない。そのため、各走査線の書き出し位置は依然として揃い、スクリーンＳに投影される画像に歪みや色ずれが実質的には生じない。また、特許文献１のように、走査線検出用のセンサとスクリーンとの相対位置が別の保持部材を介して間接的に決められている場合には、輸送時の振動等により該センサ、スクリーン等の取付位置が微少に動くことがある。その場合に生じ得る該相対位置の最大の変動量は、該センサ、スクリーン自体の許容公差だけでなく、該センサ又はスクリーンを直接又は間接的に保持する全ての部品の許容公差の積み重ねである。そのため、特許文献１においては、輸送後に各走査線の書き出し位置が大きくばらつきかねない。一方、第一実施形態の二次元走査型投影装置１００では、反射部材７がスクリーンＳに直接取り付けられている。そのため、該相対位置の最大の変動量は、反射部材７とスクリーンＳの許容公差の合計に過ぎない。すなわち、第一実施形態の二次元走査型投影装置１００によれば、輸送時の振動等により懸念される各走査線の書き出し位置のばらつきが有効に抑えられている。【００４３】
反射部材７の取付位置は、第一実施形態のように各走査線の書き出し位置の直前であることが好ましい。書き出し位置直前に反射部材７を配置する場合、書き出し位置に対する反射部材７の位置決めが容易であるためである。但し、別の実施形態では、反射部材７は、有効走査外領域Ｒ内であれば何れの箇所に取り付けられてもよい。【００４４】
以上説明された第一実施形態によれば、各走査線の書き出し位置は温度変化等が生じた場合にも依然として揃っているため、スクリーンＳに投影される画像に主走査方向の歪みや色ずれが生じることはない。一方、スクリーンＳの有効走査領域に対する副走査方向の書き出し位置はオープン制御で決定されている。そのため、厳密には、温度等の使用環境の変化に応じて副走査方向の書き出し位置が変動し得る。そこで、各走査線の書き出し位置に加えて、副走査方向の書き出し位置の補正も行うことが望ましい。第二実施形態として、各走査線の書き出し位置、副走査方向の書き出し位置の両方を補正することができる構成を説明する。なお、以下では、各実施形態独自の構成や特徴についてのみ説明し、それ以外の第一実施形態と同様の構成等は上記を参照する。【００４５】
図７は、第二実施形態の二次元走査型投影装置１００ｚの外観（正面）を示す外観正面図である。図７に示されるように、二次元走査型投影装置１００ｚは、外観フレームの裏側に反射部材７に加えてさらに反射部材７’を有している。反射部材７’は、各走査線の理想的な書き出し位置（図７の有効走査領域の右辺、又は図２の有効走査幅Ｓｍの上端）と反射部材７の間の有効走査外領域Ｒ上の位置に、副走査方向（別の表現によれば、反射部材７の長手方向）に対して斜めに配置されている。【００４６】
反射部材７’は、反射部材７と長手方向の長さが異なるものの、例えば断面については同一形状、同一寸法を有している。反射部材７’の前面側（走査光学系５側）も反射部材７と同じく、フレネルレンズ６によって覆われている。第二実施形態の二次元走査型投影装置１００ｚは、反射部材７’を利用して副走査方向の書き出し位置の補正を行っている。【００４７】
図８は、副走査方向の書き出し位置の補正処理を説明するための図である。図８（ａ）は、スクリーンＳを走査光学系５側から臨んだときの図である。図８（ａ）中、主走査方向に延びる矢印は走査線Ａ１〜Ａ３を示す。図８（ｂ）、図８（ｃ）、図８（ｄ）はそれぞれ、走査線Ａ１、Ａ２、Ａ３の走査時に受光センサ８ｃが出力する信号波形を示す。【００４８】
図８（ａ）に示されるように、走査線Ａ１〜Ａ３は、２つの反射面（反射部材７の反射面７ａ、および反射部材７’の反射面７’ａ）上を走査する。そのため、受光センサ８ｃは、反射光を短期間に２回受光して、図８（ｂ）〜（ｄ）に示されるように２つの検知信号を出力する。ここで、反射面７ａに対応する検知信号を「第一検知信号」と定義し、反射面７’ａに対応する検知信号を「第二検知信号」と定義する。各走査線上における反射面７ａと反射面７’ａとの間隔はそれぞれ異なるため、第一検知信号と第二検知信号との時間間隔も走査線毎に異なる。【００４９】
第二実施形態の二次元走査型投影装置１００ｚは、ｎ個の光源部を有している。すなわち二次元走査型投影装置１００ｚは、ｎ行の走査線を同時に走査するように構成されている。ここで、１番目の光源部に対応する第一検知信号と第二検知信号との設計上の時間間隔を「間隔ｔ０」と定義し、ｉ番目、（ｉ＋１）番目の光源部それぞれに対応する設計上の該時間間隔の差を「間隔差Δｔ」と定義し、ｉ番目の光源部に対応する設計上の該時間間隔を「間隔ｔｉ」と定義する。このとき間隔ｔｉは、ｔ０＋（ｉ−１）Δｔで表される。ｉ番目の光源部とは、同時に走査されるｎ行の走査線中、上からｉ行目の走査線を走査する光源部をいう。【００５０】
第二実施形態では検知信号を得るため、ｎ個中ａ番目の光源部のみが画像描画期間以外の期間中連続光を照射する。ａ番目の光源部に対応する第一検知信号と第二検知信号との設計上の時間間隔は、ｔａ（＝ｔ０＋（ａ−１）Δｔ）である。システムコントローラ１０は、受光センサ８ｃから入力される第一検知信号と第二検知信号との実際の時間間隔ｔ’ａと、設計上の時間間隔ｔａとを比較する。【００５１】
システムコントローラ１０は、かかる比較結果に基づき副走査方向の書き出し位置のズレ量を推定する。副走査方向の書き出し位置のズレ量は、所定の数式ｆ（ｆ＝（ｔ’ａ−ｔａ）／Δｔ）により走査線本数に換算することができる。副走査方向の書き出し位置のズレ量が例えば走査線本数換算で２本分である場合を考える。この場合、システムコントローラ１０は、ｉ番目の光源部が出力すべき変調光を（ｉ−２）番目の光源部が出力するように画像処理部２０に指示を出す。このような補正を行うことにより、副走査方向の書き出し位置が使用環境等に拘わらず常に一定に保たれる。【００５２】
図９は、第三実施形態の二次元走査型投影装置１００ｙが有する二次元偏向器１４の構成を示す。第三実施形態の二次元走査型投影装置１００ｙは、二次元偏向器４の代替として、二次元偏向器１４を有している。図９に示されるように、二次元偏向器１４は、例えば面倒れ付きポリゴンミラーである。面倒れ付きポリゴンミラーは、各偏向面が隣接する偏向面に対して副走査方向に所定角度傾斜した構成を有している。ここでは偏向面を８面（偏向面Ｐ１〜Ｐ８）有する面倒れ付きポリゴンミラーを例にとり、説明を行う。【００５３】
図９（ａ）は、面倒れ付きポリゴンミラーの概略構成を示す主走査断面図である。図９（ａ）に示されるように、偏向面Ｐ１は副走査方向に平行な面である一方、他の偏向面Ｐ２〜Ｐ８は副走査方向に対して角度を持つ。図９（ｂ）は、面倒れ付きポリゴンミラーの面倒れ形状を説明するための図である。かかる形状を説明する便宜上、図９（ｂ）には、偏向面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のみを示している。図９（ｂ）に示されるように、隣接する偏向面Ｐ１とＰ２、又は偏向面Ｐ２とＰ３はそれぞれ、面倒れ角度αをなすように構成されている。偏向面Ｐの添字が１増えるほど当該偏向面と副走査方向とがなす角度がα度増える。偏向面Ｐ８は、偏向面Ｐ１（副走査方向）に対して角度７α傾斜している。面倒れ付きポリゴンミラーの各偏向面は、入射されたレーザー光を面倒れ角度に応じた分だけ副走査方向に偏向する。すなわち、副走査方向の走査幅、走査間隔等は、各偏向面の面倒れ角度により定義される。【００５４】
有効走査外領域Ｒを含む全範囲の走査線本数が５６０本で、面倒れ付きポリゴンミラーの偏向面が１６面の場合を例に考える。この場合、二次元走査型投影装置１００ｙには、光源部として例えば３５個の光源が副走査方向に配列されたアレイ光源が実装される。そして、３５本のレーザー光が各偏向面に同時に入射されて偏向され、後段の光学系を介してスクリーンＳに同時に走査される。各偏向面を使用して３５本の走査線が走査されるため、全走査線本数が同時走査本数の３５本に偏向面の面数１６を乗じた５４０本に達する。【００５５】
二次元走査型投影装置１００ｙに実装すべき光源の個数および面倒れ付きポリゴンミラーの偏向面の面数は、必要な走査線本数や走査速度等に応じて適宜選択される。なお、面倒れ付きポリゴンミラーの詳細は、例えば特開昭６１−１９８２０８号公報に開示されている。【００５６】
図１０は、第四実施形態の二次元走査型投影装置１００ｘの構成を概略的に示す主走査断面図である。図１０に示されるように、二次元走査型投影装置１００ｘは、光束分離ミラー８ａの代替として、ビームスプリッタ１８を有している。ビームスプリッタ１８は、光源部から照射されたレーザー光を透過する一方、反射部材７や７’からの反射光を反射する。ビームスプリッタ１８により反射された反射光は、センサ用光学系８ｂにより集光されて、受光センサ８ｃに受光される。第四実施形態の構成によれば、より一層の光量の反射光が受光センサ８ｃに導かれる。受光センサ８ｃは多くの反射光を受光できるため、安定したレベルの検知信号を出力することができる。【００５７】
ところで、ビームスプリッタ１８は、二次元走査型投影装置１００ｘの中心軸ＡＸ（別の表現によれば、光源部から照射されるレーザー光）と交差する位置に配置されている。そのため、第四実施形態の構成の場合、反射部材７により反射されるレーザー光は、主走査方向に幅が広げられない場合もビームスプリッタ１８により偏向されて、受光センサ８ｃに導かれる。したがって、第四実施形態においては、反射部材７の反射面７ａは、凸面である必要がなく例えば平面で構成されてもよい。【００５８】
以上が本発明の実施形態である。本発明に係る二次元走査型投影装置は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば本発明に係る二次元走査型投影装置は、マルチビーム型の二次元走査型投影装置に限らず、シングルビーム型の二次元走査型投影装置であってもよい。【００５９】
また、別の実施形態の二次元走査型投影装置では、反射部材７や７’のような光学部品に代替して、スクリーンＳ上の反射部材７や７’に対応する領域に反射性を有する材料を塗布又は印刷した構成であってもよい。かかる場合、塗布剤は、反射面７ａに入射されたレーザー光の発散度を高めて、やや広がりを持つ光束として反射させる作用を有している。反射部材７や７’は、印刷等により製造される場合、量産性や位置精度に優れると共に、コスト面でも有利である。【００６０】
また、第四実施形態のビームスプリッタ１８の代替として、絞り兼用ミラーを有した二次元走査型投影装置が想定される。絞り兼用ミラーは、主走査方向において、光源部から照射されるレーザー光の幅よりも広く且つ反射部材７からの反射光の幅よりも狭いスリットを有する。そのため、光源部から照射されたレーザー光は、絞り兼用ミラーのスリットを通過する。一方、反射部材７からの反射光の一部は、絞り兼用ミラーの遮蔽部に入射される。ここで絞り兼用ミラーの遮蔽部は反射面又は回折面として構成されている。したがって、反射部材７からの反射光の一部は、遮蔽部により偏向又は回折されてセンサ用光学系８ｂに入射され、受光センサ８ｃに導かれる。【００６１】
また、本発明に係る二次元走査型投影装置は、プロジェクタへの搭載を想定しているが、他の画像形成装置、例えばレーザープリンタやイメージスキャナ等にも好適に使用することができる。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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