(57)【要約】  走査型投射装置（ＰＪ）においては、光源装置（１）から射出される光を偏向素子（３）にて２次元的に偏向し、投射光学系（７）を介してスクリーン（ＳＣ）に斜め投射する。投射光学系（７）は、複数の反射面（Ｓ５、Ｓ８）と、屈折面（Ｓ６）とを有している。投射光学系（７）の各光学面の面形状を適切に設定することにより、最もスクリーン（ＳＣ）側に配置される反射面（Ｓ８）に台形歪みの補正の機能を持たせ、屈折面（Ｓ６）に像面湾曲の補正の機能を持たせる。これにより、斜め投射を行う走査型投射装置（ＰＪ）において、装置全体の小型化を図りつつ、台形歪みと像面湾曲とを両方とも良好に補正し、画面全体にわたって良好な画像を形成する。
2009057522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
光源手段から射出された光を、互いに直交する第１の走査方向および第２の走査方向に偏向する偏向部材と、
偏向部材によって偏向された光を被走査面に導く投射光学系とを有し、上記光で被走査面上を２次元走査する走査型投射装置であって、
上記第１の走査方向は、被走査面の画面短辺方向と一致しており、
上記投射光学系は、複数の反射面と、屈折面とを有しており、
画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面上で画面上下端に入射する光線のうちで画面に対する入射角度のより小さい光線を第１の光線とし、画面に対する入射角度のより大きい光線を第２の光線としたとき、複数の反射面のうちで最も被走査面側に配置される反射面と上記第１の光線との第１の交点位置における第２の走査方向の曲率が、正であり、かつ、上記反射面と上記第２の光線との第２の交点位置における第２の走査方向の曲率よりも、正の曲率が大きいことを特徴とする走査型投射装置。
【請求項２】
上記最も被走査面側に配置される反射面は、上記画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称で、第２の走査方向に関して凸の形状をしており、かつ、以下の条件式（１）を満たす領域を有していることを特徴とする請求項１に記載の走査型投射装置；
｜φ１／φ２｜＜０．８          ・・・（１）
ただし、
φ１：上記対称面上での第１の走査方向の曲率
φ２：上記対称面上での第２の走査方向の曲率
である。
【請求項３】
上記第１の交点位置において、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする請求項２に記載の走査型投射装置；
｜φ１／φ２｜＜０．２          ・・・（２）
である。
【請求項４】
複数の反射面のうちで最も偏向部材側に配置される反射面と上記第１の光線との交点位置における第２の走査方向の曲率が、負であり、かつ、上記最も偏向部材側に配置される反射面と上記第２の光線との交点位置における第２の走査方向の曲率よりも負の方向に大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項５】
最も被走査面側に配置される反射面と上記第１の光線との上記第１の交点位置における第２の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系の他の反射面および屈折面と上記第１の光線との各交点位置における第２の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項６】
最も被走査面側に配置される反射面は、非回転対称な面であり、かつ、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称な形状であり、
上記第１の光線を含む光束と上記反射面とが交わる領域において、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第２の走査方向の曲率の絶対値が大きくなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項７】
複数の反射面により、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面内で、上記投射光学系の光路が折りたたまれていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項８】
上記屈折面は、非回転対称な自由曲面であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項９】
上記屈折面と上記第１の光線との交点位置において、第２の走査方向の曲率が負であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項１０】
上記屈折面は、最も被走査面側に配置される反射面と最も偏向部材側に配置される反射面との間に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項１１】
上記第２の光線を含む光束と、最も被走査面側に配置される反射面とが交わる領域において、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第２の走査方向の曲率が負の方向に変化することを特徴とする請求項６に記載の走査型投射装置。
【請求項１２】
光源手段から射出された光を偏向部材に導く光学部材をさらに有しており、
上記光学部材は、正のパワーを有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の走査型投射装置。
【請求項１３】
上記光学部材は、アナモフィックなパワーを有していることを特徴とする請求項１２に記載の走査型投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等に適用され、光束を２次元的に偏向して被走査面を走査することにより、被走査面上に画像を表示する小型の走査型投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型の投射装置として、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device；米国テキサスインスツルメント社製）や液晶素子などの光変調素子を用いたプロジェクタが知られている。光変調素子によって表示される映像を拡大投影する方式は、いわゆるマイクロディスプレイ方式と呼ばれる。マイクロディスプレイ方式のプロジェクタでは、２次元画像を投影すべく、照明光学系や投影光学系が大きくなるため、装置の小型化に限界がある。【０００３】
これに対して、近年では、いわゆるレーザー走査方式のプロジェクタの開発が盛んに行われている。レーザー走査方式とは、光源から射出されるレーザー光の出力を変調しながら、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）ミラー等の小さなミラーでレーザー光を偏向し、被走査面を走査することにより、被走査面上に画像を投影（表示）する方式である。レーザー走査方式のプロジェクタは、（１）走査ミラーがＤＭＤ等と比較して小さい、（２）光源がレーザー光源であり、レーザー光を走査ミラーに照射するだけなので、照明光学系も小さくなる、（３）被走査面を点（光のスポット）で走査するだけなので、投射光学系も２次元投射光学系と比較すると小さくなる、等の種々の利点があり、装置全体の小型化が可能である。【０００４】
レーザー走査方式を採用した小型の投射装置は、例えば特許文献１、２に開示されている。これらの投射装置では、光走査手段としてガルバノミラーやＭＥＭＳミラーを用い、光走査手段からの光束を画面に対して斜めに投射している。ガルバノミラーやＭＥＭＳミラーを共振駆動することにより、これらのミラーを高速かつ大きな振幅（機械偏向角度）で駆動して被走査面を走査することができる。また、斜め投射により、走査画像を上方にシフトさせ、観察者にとって見やすい位置に走査画像を表示することができる。さらに、投射装置を搭載した走査型画像表示装置を机の上に置いた場合に、走査画像を机上に表示することなく、全て画面上に表示することが可能となっている。【０００５】
【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】
ところで、斜め投射を行うプロジェクタでは、斜め投射角度が大きくなるに従って画面上側が下側に比較して大きくなる台形歪みが顕著に現れる。このとき、マイクロディスプレイ方式のプロジェクタでは、画像表示素子（光変調素子）と被走査面（スクリーン面）とを、いわゆるシャインプルーフの関係に近づけることにより、斜め投射角度が大きい場合でも台形歪みを補正することが可能である。【０００７】
これに対して、レーザー走査方式のプロジェクタにおいては、スクリーン面と共役な画像表示素子が存在せず、光源から射出した光束は、正のパワーを有する光学部材に入射した後、偏向部材近傍の絞りを経て、収束しつつ偏向部材に入射し、その後、負のパワーを有する投射光学系によってスクリーンに導かれる。このような構成では、上記の台形歪みの他に、斜め投射時に画面の高さによって光路長が異なることに起因して像面湾曲が生じる。【０００８】
しかし、特許文献１および２では、斜め投射によって生じる台形歪みを適切に補正しつつ、像面湾曲を適切に補正して、スクリーン上に良好な画像を形成する手法については何ら述べられてはいない。レーザー走査方式のプロジェクタでは、装置全体の小型化を図れるという利点を損なわずに、台形歪みの補正と像面湾曲の補正とを両立することが望まれる。【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、斜め投射を行う構成において、台形歪みと像面湾曲とを両方とも良好に補正することができ、これによって、装置全体の小型化を図りつつ、画面全体にわたって良好な画像を形成することができる走査型投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の走査型投射装置は、光源手段と、光源手段から射出された光を、互いに直交する第１の走査方向および第２の走査方向に偏向する偏向部材と、偏向部材によって偏向された光を被走査面に導く投射光学系とを有し、上記光で被走査面上を２次元走査する走査型投射装置であって、上記第１の走査方向は、被走査面の画面短辺方向と一致しており、上記投射光学系は、複数の反射面と、屈折面とを有しており、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面上で画面上下端に入射する光線のうちで画面に対する入射角度のより小さい光線を第１の光線とし、画面に対する入射角度のより大きい光線を第２の光線としたとき、複数の反射面のうちで最も被走査面側に配置される反射面と上記第１の光線との第１の交点位置における第２の走査方向の曲率が、正であり、かつ、上記反射面と上記第２の光線との第２の交点位置における第２の走査方向の曲率よりも、正の曲率が大きいことを特徴としている。【００１１】
本発明の走査型投射装置では、上記最も被走査面側に配置される反射面は、上記画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称で、第２の走査方向に関して凸の形状をしており、かつ、以下の条件式（１）を満たす領域を有していることが望ましい。すなわち、
｜φ１／φ２｜＜０．８          ・・・（１）
ただし、
φ１：上記対称面上での第１の走査方向の曲率
φ２：上記対称面上での第２の走査方向の曲率
である。【００１２】
本発明の走査型投射装置は、上記第１の交点位置において、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。すなわち、
｜φ１／φ２｜＜０．２          ・・・（２）
である。【００１３】
本発明の走査型投射装置では、複数の反射面のうちで最も偏向部材側に配置される反射面と上記第１の光線との交点位置における第２の走査方向の曲率が、負であり、かつ、上記最も偏向部材側に配置される反射面と上記第２の光線との交点位置における第２の走査方向の曲率よりも負の方向に大きいことが望ましい。【００１４】
本発明の走査型投射装置では、最も被走査面側に配置される反射面と上記第１の光線との上記第１の交点位置における第２の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系の他の反射面および屈折面と上記第１の光線との各交点位置における第２の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きいことが望ましい。【００１５】
本発明の走査型投射装置では、最も被走査面側に配置される反射面は、非回転対称な面であり、かつ、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称な形状であり、上記第１の光線を含む光束と上記反射面とが交わる領域において、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第２の走査方向の曲率の絶対値が大きくなることが望ましい。【００１６】
本発明の走査型投射装置では、複数の反射面により、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面内で、上記投射光学系の光路が折りたたまれていることが望ましい。【００１７】
本発明の走査型投射装置では、上記屈折面は、非回転対称な自由曲面であることが望ましい。【００１８】
本発明の走査型投射装置では、上記屈折面と上記第１の光線との交点位置において、第２の走査方向の曲率が負であることが望ましい。【００１９】
本発明の走査型投射装置では、上記屈折面は、最も被走査面側に配置される反射面と最も偏向部材側に配置される反射面との間に配置されていることが望ましい。【００２０】
本発明の走査型投射装置では、上記第２の光線を含む光束と、最も被走査面側に配置される反射面とが交わる領域において、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第２の走査方向の曲率が負の方向に変化することが望ましい。【００２１】
本発明の走査型投射装置は、光源手段から射出された光を偏向部材に導く光学部材をさらに有しており、上記光学部材は、正のパワーを有している構成であってもよい。【００２２】
本発明の走査型投射装置では、上記光学部材は、アナモフィックなパワーを有していてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、投射光学系において最も被走査面側に配置される反射面の曲率を上記のように設定することにより、被走査面の例えば画面下辺に斜めに入射する光束を第２の走査方向に広げて台形歪みを補正することが可能となる。また、投射光学系に屈折面を導入することにより、投射光学系を複数の反射面でコンパクトに構成しつつ、小さいパワーで像面湾曲を補正することが可能となる。つまり、本発明によれば、斜め投射を行う構成において、投射光学系の反射面および屈折面にそれぞれ異なる収差の補正機能を持たせることにより、装置全体を小型化しながら両方の収差を良好に補正することができ、画面全体にわたって良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図２】上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図４】上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図６】上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。
【図７】各実施の形態１〜３の走査型投射装置に用いられる偏向素子の概略の構成を示す平面図である。
【図８Ａ】上記偏向素子の断面図である。
【図８Ｂ】上記偏向素子の断面図である。
【図８Ｃ】上記偏向素子の断面図である。
【図８Ｄ】上記偏向素子の断面図である。
【図８Ｅ】上記偏向素子の断面図である。
【図９】実施例１におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図１０】実施例１におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図１１】実施例１におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図１２】実施例２におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図１３】実施例２におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図１４】実施例２におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図１５】実施例３におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図１６】実施例３におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図１７】実施例３におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図１８】実施例１のＳ５面の面形状を、傾き成分を除いて示す説明図である。
【図１９】実施例２のＳ５面の面形状を、傾き成分を除いて示す説明図である。
【図２０】曲率の定義を説明するための説明図である。
【図２１】実施例１における２次元投影画像の歪みを示す説明図である。
【図２２】実施例２における２次元投影画像の歪みを示す説明図である。
【図２３】実施例３における２次元投影画像の歪みを示す説明図である。
【図２４】台形歪みを示す説明図である。
【図２５】ＴＶ歪曲を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      光源装置（光源手段）
２      入射光学系
３      偏向素子（偏向部材）
４      第１反射ミラー
５      屈折レンズ
６      第２反射ミラー
７      投射光学系
ＰＪ      走査型投射装置
ＳＣ      スクリーン（被走査面）
Ｐ１      交点位置
Ｐ２      交点位置
Ｑ１      交点位置
Ｑ２      交点位置
Ｒ１      交点位置（第１の交点位置）
Ｒ２      交点位置（第２の交点位置）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
（１．走査型投射装置の全体構成について）
図１は、実施の形態１に係る走査型投射装置ＰＪの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図２は、図１の走査型投射装置ＰＪの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。また、図３は、実施の形態２に係る走査型投射装置ＰＪの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図４は、図３の走査型投射装置ＰＪの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。さらに、図５は、実施の形態３に係る走査型投射装置ＰＪの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図６は、図５の走査型投射装置ＰＪの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。【００２７】
なお、ここでは、被走査面であるスクリーンＳＣに表示される画面の短辺方向を垂直方向とし、画面の長辺方向を水平方向とする。また、スクリーンＳＣ上では、画面短辺方向をｙ方向とし、画面長辺方向をｘ方向とし、画面に垂直な方向をｚ方向とする。なお、画面短辺方向は、後述する偏向素子３による第１の走査方向と一致し、画面長辺方向は、偏向素子３による第２の走査方向と一致する。したがって、第１の走査方向と第２の走査方向とは、互いに直交している。【００２８】
各実施の形態１〜３の走査型投射装置ＰＪは、光源装置１と、入射光学系２と、偏向素子３と、投射光学系７とを有して構成されている。【００２９】
光源装置１は、ＲＧＢの３色のレーザー光を射出する光源と、色合成手段とを有する光源手段である。Ｒ光、Ｂ光を射出する光源はそれぞれ半導体レーザーで構成されており、Ｇ光を射出する光源は半導体励起の固体レーザーで構成されている。ＲＧＢのレーザー光の中心波長は、例えば６３０ｎｍ（Ｒ光）、５３２ｎｍ（Ｇ光）、４４５ｎｍ（Ｂ光）である。色合成手段は、ＲＧＢのレーザー光の光路を合成して射出するものであり、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構成されている。【００３０】
入射光学系２は、光源装置１から射出された光を偏向素子３に導く集光光学系であり、光入射側がアナモフィック面であり、光射出側が平面であるレンズで構成されている。つまり、上記レンズは、垂直方向と水平方向とで曲率の異なるアナモフィックレンズである。特に、上記レンズは、水平方向については正のパワーを有している。したがって、光源装置１から射出された光は、入射光学系２を通過することにより、水平方向には収束光として、垂直方向にはほぼ平行光として偏向素子３に入射する。このように、入射光学系２としてアナモフィックレンズを用いることにより、垂直方向と水平方向とで光束径（光束幅）の異なる光を偏向素子３に入射させることができる。【００３１】
偏向素子３は、光源装置１から射出されて入射光学系２を介して入射する光を、水平方向および垂直方向に偏向する２次元偏向部材であり、例えばＭＥＭＳミラーで構成されている。なお、偏向素子３の詳細については後述する。偏向素子３は、水平方向には正弦駆動（高速共振駆動）され、垂直方向には線形駆動（低速駆動）される。【００３２】
偏向素子３としては、１つの素子でありながら、水平方向の駆動と垂直方向の駆動とを同時に実現できるものを用いることが好ましい。このような偏向素子３を用いることにより、走査手段の数を減らしてコストを低減することができ、また、調整の手間も大いに減らすことができる。さらに、入射光を２次元的に偏向する偏向素子３は、画像表示領域を２次元的に有する光変調素子（例えばＬＣＤやＤＭＤ）に比べて小型であるので、偏向素子３の後段の投射光学系７も小型に構成することができる。したがって、このような偏向素子３を用いることにより、装置全体を小型化することが可能となる。【００３３】
投射光学系７は、偏向素子３によって偏向された光をスクリーンＳＣに導く光学系であり、全体として負のパワーを有し、画面サイズを拡大する役割と、後述する台形歪みおよび像面湾曲の補正の役割を担っている。この投射光学系７は、第１反射ミラー４と、屈折レンズ５と、第２反射ミラー６とを有して構成されている。【００３４】
第１反射ミラー４は、偏向素子３にて偏向された光を反射させて屈折レンズ５に導くものであり、非回転対称なＸＹ自由曲面形状からなるミラーで構成されている。【００３５】
屈折レンズ５は、第１反射ミラー４にて反射された光を屈折させて第２反射ミラー６に導く屈折部材であり、光入射側が非回転対称なＸＹ自由曲面からなり、光射出側が平面からなるレンズで構成されている。第１反射ミラー４と第２反射ミラー６との間に屈折レンズ５を配置することにより、装置の構成をコンパクトにすることが可能となる。なお、屈折レンズ５は、光入射側のみパワーを有しているが、光射出側のみパワーを有していてもよく、さらには両面にパワーを有していてもよい。【００３６】
第２反射ミラー６は、第１反射ミラー４から屈折レンズ５を介して入射する光を反射させてスクリーンＳＣに導くものであり、非回転対称なＸＹ自由曲面形状からなるミラーで構成されている。【００３７】
上記の構成によれば、画像入力装置（図示せず）から走査型投射装置ＰＪに画像信号が入力されると、走査型投射装置ＰＪでは、画像処理回路（図示せず）によって、偏向素子３におけるミラーの偏向角とそれに応じたＲＧＢの各レーザー光の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き、偏向素子３が駆動されるとともに、それに併せて、光源装置１におけるＲＧＢのレーザー光の出力（輝度、光量）が変調される。【００３８】
光源装置１から射出された光は、入射光学系２を介して偏向素子３に入射し、そこで水平方向および垂直方向に偏向される。偏向素子３にて偏向された光は、第１反射ミラー４、屈折レンズ５および第２反射ミラー６を順に介してスクリーンＳＣに投射される。したがって、上記光の出力を変調しながら、偏向素子３の上述した２次元駆動によってその光を２次元的に偏向し、上記光でスクリーンＳＣ上を２次元的に走査することにより、スクリーンＳＣ上に画像を２次元的に表示することができる。【００３９】
このとき、ＲＧＢのレーザー光の最大出力をそれぞれ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。なお、この場合の光源装置１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投射装置ＰＪを実現することができる。【００４０】
なお、Ｇのレーザー光の変調方式は、励起用レーザーの直接変調（ＰＰＬＮ（Periodically  Poled  Lithium  Niobate）導波路によって第２高調波を発生させる方式を含む）であってもよいし、音響光学素子（ＡＯ（Acousto-Optics）素子）等の外部変調であってもよいが、前者の方式のほうがＡＯ素子を必要としない点で好ましい。【００４１】
ところで、各実施の形態１〜３では、スクリーンＳＣ上でカラー画像を表示するために、ＲＧＢの３つの光源からの光を合成し、投射光学系７を介してスクリーンＳＣ上に投射している。この際に、色収差（倍率色収差、軸上色収差）が発生すると、色にじみとなり、像の性能が劣化するので、投射光学系７は色収差を抑えた光学系であることが必要である。このとき、パワーの大きな屈折レンズを用いて投射光学系７を構成すると、色収差が大きく発生してしまい、補正することが困難となってしまう。そこで、色収差の発生のない反射光学系か、もしくは色収差の発生が小さい、パワーの小さい屈折レンズを用いて投射光学系７を構成することが好ましい。【００４２】
また、投射光学系７が反射光学系で構成される場合は、入射光線と反射光線とを分離できるように偏向素子３を配置する必要があるが、投射光学系７での光線分離方向は垂直方向であることが好ましい。これは、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、短い辺に沿った方向での光線分離のほうが分離を行いやすく、全体を小型にできるからである。また、通常、プロジェクタなどの投射装置は、スクリーン等の被投射面に対して手前下方から投射するが、垂直方向の分離であると、下方からの斜め投射を行いやすいというのも理由の一つである。【００４３】
また、各実施の形態１〜３では、光束が垂直方向に角度を持って偏向素子３に入射している。このように偏向素子３に対して垂直方向に光束を斜め入射させることにより、偏向素子３の偏向面（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、偏向による光量ロスを低減することが可能となる。【００４４】
また、各実施の形態１〜３では、入射光学系２が正のパワーを有する光学部材（アナモフィックレンズ）で構成されている。これにより、光源装置１から射出される光束を収束させながら偏向素子３に入射させた後、負のパワーを持つ投射光学系７によってスクリーンＳＣに拡大投射することができる。つまり、画角を広げて画面サイズを拡大することが可能となる。また、上記レンズがアナモフィックなパワーを有していることにより、投射光学系７のパワーが、水平方向と垂直方向とで異なる場合であっても、スクリーンＳＣ上でのスポット形状を良好（例えば真円）にすることができる。【００４５】
（２．偏向素子の詳細について）
次に、偏向素子３の詳細について説明する。
図７は、偏向素子３の概略の構成を示す平面図である。また、図８Ａ〜図８Ｅは、図７の偏向素子３をＹ軸に平行な断面で切ったときの断面図である。偏向素子３は、ミラー部１０、可動枠３０および固定枠７０を有するＭＥＭＳミラーである。固定枠７０は、偏向素子３を筐体（図示せず）に固定するための部分であり、その固定枠７０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１０が方形状に形成されている。【００４６】
ミラー部１０は、光源装置１からの光を２次元的に偏向する反射面を構成しており、対向する２辺からミラー部１０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２１・２２によって、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２１・２２と直交し、かつ、ミラー部１０の中心を通るＸ軸の近傍３０ａ〜３０ｄ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７０に弾性的に支持されている。ミラー部１０、トーションバー２１・２２、可動枠３０、曲がり梁４１〜４４および固定枠７０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。【００４７】
曲がり梁４１〜４４の表面には、圧電素子５１〜５４が接着等により貼り付けられて、４つのユニモルフ部６１〜６４が形成されている。図８Ａに示すように、圧電素子５１の表裏には、上部電極５１ａと下部電極５１ｂとがそれぞれ設けられており、圧電素子５２の表裏には、上部電極５２ａと下部電極５２ｂとがそれぞれ設けられている。また、圧電素子５３・５４の表裏にも、同様に、上部電極および下部電極がそれぞれ設けられている。【００４８】
例えば、上部電極５１ａおよび下部電極５１ｂに、分極反転を起こさない範囲で交流の電圧を印加することにより、圧電素子５１が伸縮し、ユニモルフ的に厚み方向に変位する。したがって、各電極への電圧印加によって生ずる圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、曲がり梁４１〜４４は、可動枠３０に対しＹ軸回りおよびＸ軸回りに独立した回転トルクを作用させ、これによって、可動枠３０をＹ軸およびＸ軸を２軸として回動させることが可能となる。以下、このような回動動作の詳細について説明する。【００４９】
まず、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。圧電素子５１・５２が伸び縮みしていない図８Ａの状態で、圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に縮む方向の電圧（圧電素子５１への印加電圧とは逆位相の電圧）を印加する。すると、各ユニモルフ部６１・６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図８Ｂに示すように、ユニモルフ部６１は他端が下方に変位するように曲がる一方、ユニモルフ部６２は他端が上方に変位するように曲がる。【００５０】
同様に、圧電素子５３・５４にも圧電素子５１・５２に印加される電圧と同じ位相の電圧をそれぞれ印加すると、各ユニモルフ部６３・６４の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、ユニモルフ部６３は他端が下方に変位するように曲がる一方、ユニモルフ部６４は他端が上方に変位するように曲がる。これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした回転トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として一方向（Ｐ方向）に傾く。また、圧電素子５１〜５４に上記と逆位相の電圧を印加すると、同様の原理で、図８Ｃに示すように、可動枠３０にＸ軸を中心とした逆方向の回転トルクが作用し、Ｘ軸を中心として上記とは逆方向（Ｑ方向）に傾く。【００５１】
圧電素子５１〜５４に上記位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な回転トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。ユニモルフ部６１〜６４が可動枠３０に接続される部分３０ａ〜３０ｄは、幅が狭くなっているので、他の部分より曲がりやすい。このため、ユニモルフ部６１〜６４の僅かな撓みで、図８Ｂおよび図８Ｃに示したように可動枠３０のＸ軸近傍が大きく傾き、ミラー部１０を大きく傾けることができる。なお、接続部３０ａ〜３０ｄは幅を狭くするほかに厚みを他の部分より薄くしてもよい。【００５２】
次に、Ｙ軸回りの回動動作について説明する。圧電素子５１・５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１・６２の一端は固定枠７０に固定・保持されているので、図８Ｄに示すように、ユニモルフ部６１・６２はいずれも他端が下方に変位するように曲がる。一方、圧電素子５３・５４に圧電素子５１・５２とは逆位相の電圧（縮む方向の電圧）を印加すると、ユニモルフ部６３・６４の一端は固定枠７０に固定・保持されているので、図８Ｅに示すように、ユニモルフ部６３・６４はいずれも他端が上方に変位するように曲がる。なお、図８Ｅでは、便宜上、ミラー部１０の図示を省略している。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした回転トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。【００５３】
圧電素子５１〜５４に上記位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な回転トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。したがって、４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１０のＸ軸・Ｙ軸回りの傾きを任意に制御することができる。【００５４】
（３．実施例について）
次に、各実施の形態１〜３の走査型投射装置ＰＪの実施例について、実施例１〜３として、コンストラクションデータ等を挙げてさらに具体的に説明する。そして、その後、実施例１〜３で示した光学面を参照しながら、台形歪みおよび像面湾曲の補正について説明する。なお、実施例１〜３は、各実施の形態１〜３にそれぞれ対応する数値実施例であり、各実施の形態１〜３を表す光学構成図（図１〜図６）は、対応する実施例１〜３にもそのまま適用される。【００５５】
なお、以下に示すコンストラクションデータにおいて、Ｓｉ（ｉ＝１，２，３，・・・）は、光源装置１側から数えてｉ番目の面を示している。また、各面Ｓｉの配置は、面頂点座標（ｘ，ｙ，ｚ）と回転角度（Ｘ回転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（単位はｍｍとする）、その面頂点を中心とするＸ軸回りの回転角度（Ｘ回転）で面Ｓｉの傾きが表されている（単位は°であり、Ｘ軸の正方向から見て反時計回りの方向がＸ回転の回転角度の正方向とする）。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。【００５６】
なお、絞り面上の絞り径は、各実施例１〜３とも、Φ１ｍｍである。また、RX、RYは、Ｘ方向およびＹ方向の曲率半径（ｍｍ）をそれぞれ示しており、Ndおよびνdは、ｄ線に対する屈折率おけるアッベ数をそれぞれ示している。【００５７】
また、非回転対称の自由曲面からなる面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）を用いた以下の数１式で定義される。【００５８】
【数１】
2009057522.tif 000003
【００５９】
ただし、数１式において、ｚは高さｒの位置でのＺ軸方向の変位量（面頂点基準）を示し、ｃは面頂点での曲率（＝１／曲率半径（ｍｍ））を示し、ｋはコーニック係数を示し、ｃ（ｉ，ｊ）は、Ｘのｉ次、Ｙのｊ次の自由曲面係数を示している。なお、各実施例中では、ｃ（ｉ，ｊ）をＸｉＹｊとして記載している。また、表記の無い項の係数は全て０であり、全てのデータに関して、Ｅ−ｎ＝×１０−ｎとする。【００６０】
（実施例１）
2009057522.tif 000004
【００６１】
2009057522.tif 000005
【００６２】
Ｓ５面；自由曲面
2009057522.tif 000006
【００６３】
Ｓ６面；自由曲面
2009057522.tif 000007
【００６４】
Ｓ８面；自由曲面
2009057522.tif 000008
【００６５】
（実施例２）
2009057522.tif 000009
【００６６】
2009057522.tif 000010
【００６７】
Ｓ５面；自由曲面
2009057522.tif 000011
【００６８】
Ｓ６面；自由曲面
2009057522.tif 000012
【００６９】
Ｓ８面；自由曲面
2009057522.tif 000013
【００７０】
（実施例３）
2009057522.tif 000014
【００７１】
2009057522.tif 000015
【００７２】
Ｓ５面；自由曲面
2009057522.tif 000016
【００７３】
Ｓ６面；自由曲面
2009057522.tif 000017
【００７４】
Ｓ８面；自由曲面
2009057522.tif 000018
【００７５】
また、図９〜図１１は、実施例１におけるＳ５面、Ｓ６面およびＳ８面の面形状をそれぞれ示したものである。なお、図９〜図１１において、Ｘ方向およびＹ方向の数値は、ローカル座標での値を示しており、Ｚ方向の数値は、画面中心主光線の入射位置を基準（０ｍｍ）として、そこからのＺ方向のズレ量（変動量）を示している。なお、画面中心主光線とは、光源装置１から射出されて、絞り（偏向素子３上にあるＳ３面）の中心を通り、スクリーンＳＣの画面中心に入射する光線を指す。【００７６】
図１２〜図１４は、実施例２におけるＳ５面、Ｓ６面およびＳ８面の面形状をそれぞれ示したものである。また、図１５〜図１７は、実施例３におけるＳ５面、Ｓ６面およびＳ８面の面形状をそれぞれ示したものである。なお、これらの図面における図示の仕方は、実施例１に関する図９〜図１１と全く同じである。【００７７】
また、図１８は、図９に示した実施例１のＳ５面の面形状を、傾き成分（Ｙの１次の項を含む成分）を除いて示したものである。同様に、図１９は、図１２に示した実施例２のＳ５面の面形状を、傾き成分を除いて示したものである。図９および図１２の自由曲面形状には面の傾きがのっており、傾きに対して面のうねり量が小さいため、うねり量が埋もれている。図１８および図１９は、図９および図１２の自由曲面形状から傾き成分を取り除くことによって、面のうねりをより明確に表している。なお、図９〜図１９において、光線は面の上側から入射する。【００７８】
（４．台形歪みおよび像面湾曲の補正について）
以下、図９〜図１９に示した各光学面の面形状を参照しながら、台形歪みおよび像面湾曲の補正について説明する。なお、以下での説明の便宜上、Ｐ１、Ｐ２、Ｑ１、Ｑ２、Ｒ１、Ｒ２を、それぞれ以下のように定義する。【００７９】
すなわち、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面（ｙｚ面）上で画面上下端に入射する光線のうち、画面に対する入射角度のより小さい光線Ａ（第１の光線；図１、図３、図５参照）と、Ｓ５面（すなわち、投射光学系７が有する複数の反射面のうちで最も偏向素子３側に配置される反射面）との交点位置をＰ１とする。そして、上記断面上で画面上下端に入射する光線のうち、画面に対する入射角度のより大きい光線Ｂ（第２の光線；図１、図３、図５参照）とＳ５面との交点位置をＰ２とする。なお、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面は、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面でもある。【００８０】
また、上記断面上で画面に入射する光線Ａと、Ｓ６面（すなわち、投射光学系７が有する屈折面）との交点位置をＱ１とする。そして、上記断面上で画面に入射する光線ＢとＳ６面との交点位置をＱ２とする。一方、上記断面上で画面に入射する光線Ａと、Ｓ８面（すなわち、投射光学系７が有する複数の反射面のうちで最もスクリーンＳＣ側に配置される反射面）との交点位置をＲ１（第１の交点位置）とする。そして、上記断面上で画面に入射する光線ＢとＳ８面との交点位置をＲ２（第２の交点位置）とする。【００８１】
さらに、曲率の正負を以下のように定義する。すなわち、図２０に示すように、光源装置１から射出された光ＬＴが偏向素子３を介してスクリーンＳＣに向かう光路中に、反射面または屈折面からなる面Ｓが存在するときに、光ＬＴが凸面としての面Ｓにぶつかるときのその面Ｓの曲率を正の曲率とし、光ＬＴが凹面としての面Ｓにぶつかるときのその面Ｓの曲率を負の曲率とする。【００８２】
なお、曲率は、面の形状から一意的に求めることができる（すなわち、曲率＝１／曲率半径）。一方、パワーは、光線が入射した面によって、進行方向が変化する度合いを示しており、面の形状に加えて、光線の入射位置、入射角度にも依存して決まる。つまり、面の形状のみから、曲率を求めることはできてもパワーまでを求めることはできない。この点で、本明細書では、曲率とパワーとを区別して用いている。【００８３】
図１１、図１４および図１７に示すように、Ｓ８面は、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面（ＹＺ面に対応）に対して対称な形状であり、しかも、交点位置Ｒ１が光線入射側に突出した形状となっている。つまり、Ｓ８面の交点位置Ｒ１では、第１の走査方向（Ｙ方向に対応）に垂直な断面内で、第２の走査方向（Ｘ方向に対応）の曲率が正となっている。そして、交点位置Ｒ１を通り、第１の走査方向に垂直な断面での面形状は、交点位置Ｒ２を通り、第１の走査方向に垂直な断面での面形状よりも、正の曲率が大きい形状となっている。【００８４】
スクリーンＳＣに対して斜め投射を行う構成では、スクリーンＳＣに対する光線の入射角が大きくなるに従い、画面下辺の長さが画面上辺の長さよりも短くなる台形歪みが大きくなる。しかし、Ｓ８面の形状を上記のように設定することにより、交点位置Ｒ１を通り、第１の走査方向に垂直な断面内では、第２の走査方向に大きな負のパワーを付与することができる。つまり、Ｓ８面において、画面下辺に入射する光線Ａが通過する領域に負のパワーを持たせることができる。したがって、画面下部の第２の走査方向の幅を広げて、斜め投射に伴って発生する台形歪みを補正することが可能となる。【００８５】
このとき、最もスクリーンＳＣ側に配置されるＳ８面以外の面を用いて台形歪みの補正を行うと、その反射面よりもスクリーンＳＣ側の面において、面内の有効領域が拡大し、光学系のサイズが大きくなる。このため、台形歪みの補正を行う面は、最もスクリーンＳＣ側の面であるＳ８面であることが望ましい。【００８６】
台形歪みを抑えると、光利用効率を向上させたり、投影画像を明るくすることが可能となる。つまり、従来、画面が歪む端部ではレーザー光をＯＦＦにすることで、矩形の領域のみをスクリーンＳＣ上に表示させていたが、台形歪みを抑えることで、レーザー光をＯＦＦにしていた時間を本来の画像表示に使うことができ、光利用効率が向上する。また、画像表示面積を従来と同じとすれば、レーザー光をＯＦＦにしていた時間を本来の画像表示に使うことで、１ラインの走査速度を落とすことができる。これにより、明るい投影画像を得ることができる。【００８７】
また、投射光学系７が複数の反射面（Ｓ５面、Ｓ８面）を有していることにより、これらの反射面によって、光路を折りたたむことができるので、投射光学系７をコンパクトに構成することができる。各実施例１〜３では、複数の反射面により、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面内で、投射光学系７の光路が折りたたまれており、投射光学系７をコンパクトにして装置全体の小型化が図られている。さらに、斜め投射に伴う台形歪みの補正には、上述のように大きな負のパワーが必要であるが、反射面を用いることにより、同じパワーの屈折面では生じるような色収差がなく、色収差を低減することが可能である。【００８８】
ところで、走査型投射装置の特徴を活かす上で、光学系はできるだけコンパクトにすることが望ましいが、反射面のみを用いて光学系を構成すると、光線と面との分離のために、光学系の体積が拡大する。一方、斜め投射角度が大きい系では、画面上辺に入射する光線Ｂと画面下辺に入射する光線Ａとで各画角ごとに光路長の差が大きくなる結果、像面湾曲が発生する。しかし、この像面湾曲は、比較的弱いパワーの面で補正することが可能である。【００８９】
そこで、投射光学系７に屈折面であるＳ６面を導入することにより、投射光学系７をできるだけコンパクトに構成しながら、Ｓ６面に比較的弱いパワーを持たせ、色収差の発生を極力低減しつつ像面湾曲を補正することが可能となる。このような屈折面の導入は、特に、第２の走査方向に発生する像面湾曲の補正に効果的である。【００９０】
ここで、図２１は、実施例１における２次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものである。なお、図２１では、全画面の右半分のみ歪曲を示しているが、全画面では左右対称の歪曲である。図２２は、実施例２における２次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものであり、図２３は、実施例３における２次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものである。【００９１】
また、各実施例１〜３において、偏向素子３の走査角最大値（°）、投射に使用する機械走査角度（°）、最大光学走査角度（°）および角度利用効率（％）は、以下の表１に示す通りである。なお、偏向素子３にて入射光を反射させて偏向する場合、最大光学走査角度は、物理的に機械走査角度の２倍の角度となる。また、前述の通り、偏向素子３は水平方向には正弦駆動されるが、反射面偏向時に速度がゼロとなる時点（振れ角が最大となる時点）を含む一定期間は、スクリーンＳＣ上で投影画像が局所的に明るくなるのを防ぐため、偏向素子３へのレーザー光の入射をＯＦＦにしている。したがって、水平方向における角度利用効率とは、水平方向に１ライン走査する時間に対して上記一定期間を除いた時間の割合のことを指している。一方、垂直方向における角度利用効率とは、水平方向に１ラインの走査を開始してから次の１ラインの走査を開始するまでの時間に対して、次の１ライン走査に移る際にレーザー光をＯＦＦにする期間を除いた時間の割合を指している。【００９２】
【表１】
2009057522.tif 000019
【００９３】
各実施例１〜３における台形歪みおよびＴＶ歪曲を表２に示す。なお、台形歪みの評価は、図２４に示すように、画面左上の角部と画面右上の角部とを結んだ直線の長さをＬ１（ｍｍ）とし、画面左下の角部と画面右下の角部とを結んだ直線の長さをＬ２（ｍｍ）としたときに、以下の式で算出される量で行っている。
台形歪み（％）＝｛（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２｝×１００【００９４】
一方、ＴＶ歪曲とは、スクリーンＳＣ上に表示された画面の枠が湾曲した量を示した収差量であり、図２５に示すように、画面中央を通る軸に沿った変位量（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を画面の幅（ＡまたはＢ）で割ったものである。つまり、画面枠の各辺におけるＴＶ歪曲は、
ＴＶ歪曲上辺；ａ／Ａ×１００（％）
ＴＶ歪曲下辺；ｂ／Ａ×１００（％）
ＴＶ歪曲左辺；ｃ／Ｂ×１００（％）
ＴＶ歪曲右辺；ｄ／Ｂ×１００（％）
で示される。なお、ＴＶ歪曲の符号は、各辺が画面中心から遠ざかる（ふくれる）方向を正とし、画面中心に近づく（へこむ）方向を負としている。【００９５】
【表２】
2009057522.tif 000020
【００９６】
２次元走査系では、斜め投射に伴う台形歪みなどの非回転対称な歪曲や像面湾曲が画面上で発生する。しかし、各実施例１〜３のように、複数の反射面（Ｓ８面、Ｓ５面）と、屈折面（Ｓ６面）とを用いて投射光学系７を構成し、Ｓ８面の面形状を適切に設定することにより、台形歪みおよび像面湾曲の両者を良好に補正して、画面全体にわたって良好な画像を形成できることがわかる。しかも、補正する収差を反射面と屈折面とに分担させているので、投射光学系７のサイズをコンパクトにしつつ、色収差が少なくて良好な性能を持った走査型投射装置ＰＪを実現することが可能となる。【００９７】
（５．Ｓ８面についての補足）
各実施例１〜３では、図１１、図１４、図１７に示すように、Ｓ８面は連続的な形状をしており、画面上の光線Ａが入射する側（画面下辺）に入射する光束が通過する領域では、領域全体が第２の走査方向に凸面形状となっている。また、Ｓ８面は、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面に対して対称な形状である。このことから、Ｓ８面は、上記断面に対して対称であり（以下ではこの断面を対称面とも称する）、第２の走査方向に関して凸の形状をした領域を有していると言える。このとき、各実施例１〜３において、Ｓ８面の上記領域は、以下の条件式（１）を満足している。すなわち、
｜φ１／φ２｜＜０．８          ・・・（１）
ただし、
φ１：対称面上での第１の走査方向の曲率（１／ｍｍ）
φ２：対称面上での第２の走査方向の曲率（１／ｍｍ）
である。【００９８】
上記の条件式は、走査光学系で斜め投影を行う際に、良好な画面形状を得るための条件を規定しており、上限値は、良好な画面縦横比を得るための好ましい値である。走査光学系では、偏向部材（偏向素子３）の絞り径と走査角度とによって、画面の解像度が決まる。走査光学系で斜め投影を行うと、画面の縦方向のサイズは斜め投影角度に応じて拡大するが、画面の横方向サイズは変化しないため、縦長の画面となる。条件式を満足することにより、第２の走査方向のパワーが、第１の走査方向のパワーよりも大きくなり、画面の横方向のサイズを広げて、適切な縦横比の画面とすることが可能となる。【００９９】
特に、Ｓ８面の交点位置Ｒ１において、以下の条件式（２）を満足すれば、上記の効果を確実に得ることができる点で望ましい。すなわち、
｜φ１／φ２｜＜０．２          ・・・（２）
である。【０１００】
表３は、各実施例１〜３における、Ｙ方向の曲率φ１と、Ｘ方向の曲率φ２と、それらの比の絶対値｜φ１／φ２｜とをそれぞれ示している。なお、表３におけるφ１およびφ２は、ＭＥＭＳミラーの各走査角度での光束の主光線とＳ８面との交点における値である。また、Ｅ−ｎ＝×１０−ｎを指す。ここで、ＭＥＭＳミラーの水平方向の走査角度をＨ（°）とし、垂直方向の走査角度をＶ（°）とすると、各実施例１〜３では、Ｈ＝０°のとき、光束の主光線はＳ８面の対称面上に入射し、Ｈ＝０°、Ｖ＝６．４°のときの光束の主光線とＳ８面との交点が、上述した交点位置Ｒ１に相当する。また、図２のＳ８面で反射される光線束５本のうちの真ん中の光線束の主光線がＨ＝０°、Ｖ＝０°に相当し、上から２番目の光線束の主光線がＨ＝０°、Ｖ＝−３．２°に相当する。表３より、各実施例１〜３は、いずれも上記の条件式（１）（２）を満足していることがわかる。【０１０１】
【表３】
2009057522.tif 000021
【０１０２】
また、各実施例１〜３では、Ｓ８面と光線Ａとの交点位置Ｒ１における第２の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系７の他の反射面（Ｓ５面）および屈折面（Ｓ６面）と光線Ａとの各交点位置Ｐ１・Ｑ１における第２の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きくなるように、各光学面の面形状が設定されている。このような設定により、画面下辺に入射する光線Ａが通過する各交点位置Ｐ１・Ｑ１・Ｒ１の中で、最もスクリーンＳＣに近い位置に配置されるＳ８面の交点位置Ｒ１において、第２の走査方向に強い負のパワーを持つことになるので、画面下辺を第２の走査方向に広げて、画面下辺の台形歪みを効果的に補正することが可能となる。【０１０３】
また、各実施例１〜３において、上述したように、Ｓ８面は連続的な形状をしており、画面上の光線Ａが入射する側（画面下辺）に入射する光束が通過する領域では、領域全体が第２の走査方向に凸面形状となっている。これにより、斜め投影により、画面上の光線Ａが入射する側の第２の走査方向の幅を広げて台形歪みを補正し、歪みの少ない画面形状にすることができる。【０１０４】
また、各実施例１〜３において、Ｓ８面は、非回転対称な自由曲面となっている。これにより、非回転対称な収差である台形歪みを、少ない光学素子（例えばＳ８面を有する第２反射ミラー６のみ）によって補正することができる。【０１０５】
さらに、Ｓ８面は、画面中心主光線を含むスクリーンＳＣに垂直な断面に対して対称な形状であり、画面上辺または画面下辺に入射する光束のうちで光線Ａを含む光束とＳ８面とが交わる領域（交点位置Ｒ１を通り、第２の走査方向に沿った領域）では、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、Ｓ８面における第２の走査方向の曲率の絶対値が大きくなっている。つまり、Ｓ８面は、交点位置Ｒ１から、第２の走査方向で、かつ、上記対称面から離れる方向に向かうにつれて、面の傾きが大きくなる形状、すなわち、曲率が正の方向に大きくなる形状となっている。【０１０６】
このようなＳ８面の形状により、Ｓ８面の上記領域において、対称面から第２の走査方向に離れるに従って負のパワーが強くなる。これにより、画面下辺の第２の走査方向の幅を確実に広げて、斜め投射に伴う台形歪みを効果的に補正しつつ、光路長の変化に応じて焦点距離を変化させて、画面下辺におけるスポット位置をスクリーンＳＣの近傍に近づけることが可能となる。【０１０７】
また、各実施例１〜３では、画面上辺または画面下辺に入射する光束のうちで光線Ｂを含む光束とＳ８面とが交わる領域（交点位置Ｒ２を通り、第２の走査方向に沿った領域）では、対称面から第２の走査方向に離れるに従って、第２の走査方向の曲率が負の方向に変化している。【０１０８】
偏向素子３によって２次元的な走査を行うと、画面上では糸巻き状の走査歪みが発生し、斜め投射の構成においては、特に画面上方において走査歪みが顕著に発生する。そこで、Ｓ８面の形状を上記のように設定することにより、交点位置Ｒ２から第２の走査方向に離れるにつれて、第２の走査方向のパワーをプラス方向に変化させることができ、（例えば正の曲率を小さくして負のパワーを小さくすることができ）、画面上辺端部の広がりを抑制して、上記の走査歪みを低減することが可能となる。【０１０９】
なお、Ｓ８面において、交点位置Ｒ２を通り、第１の走査方向に垂直な断面での面形状は、光線入射側に凸であっても凹であってもよい（交点位置Ｒ２においては、第２の走査方向に負の曲率を有していてもよいし、正の曲率を有していてもよい）。要は、Ｓ８面において、交点位置Ｒ１から交点位置Ｒ２に向かうにつれて、第２の走査方向における凸面形状がゆるくなればよい（第１の走査方向に垂直な断面内での曲率が負の方向に変化すればよい）。このようにＳ８面の面形状を設定すれば、交点位置Ｒ２を通り、第１の走査方向に垂直な断面での第２の走査方向のパワーよりも、交点位置Ｒ１を通り、第１の走査方向に垂直な断面での第２の走査方向のパワーを負側に大きくできるので、上述した台形歪みを確実に補正することが可能となる。【０１１０】
（６．Ｓ６面についての補足）
各実施例１〜３では、屈折面としてのＳ６面は、非回転対称な自由曲面で構成されている。これにより、Ｓ６面で、像面で発生する非回転対称な歪みである台形歪みを補正しつつ、像面湾曲を補正することが可能となる。【０１１１】
また、実施例１および２では、Ｓ６面における光線Ｂとの交点位置Ｑ２から第２の走査方向に離れるに従って、負の曲率が増大しており、負のパワーが強くなっている。Ｓ８面による走査歪みの補正に伴い、画面上辺の端部に入射する光束のスポット位置がスクリーンＳＣからずれるが、Ｓ６面の面形状を上記のように設定することにより、上記スポット位置のずれを補正することができる。【０１１２】
一方、実施例３では、図１６に示すように、Ｓ６面と光線Ｂとの交点位置Ｑ２において、第１の走査方向に垂直な断面内で第２の走査方向の曲率が正であり、第２の走査方向に正のパワーとなっている。２次元走査系では、斜め投射角度が大きくなるほど（画面上部ほど）走査歪みが顕著に発生することは上述の通りであるが、Ｓ６面の面形状を上記のように設定することにより、画面上部の幅を第２の走査方向に狭めることができるので、上記の台形歪みや像面湾曲に加えてさらに走査歪みもＳ６面で補正することが可能となる。【０１１３】
また、各実施例１〜３では、Ｓ６面と光線Ａとの交点位置Ｑ１においては、第１の走査方向に垂直な断面内で、第２の走査方向の曲率が負となっている。この場合、上記断面内で第２の走査方向のパワーが負となるので、画面下部を第２の走査方向に広げることができ、斜め投射によって発生する台形歪みを効果的に補正することができる。【０１１４】
また、各実施例１〜３では、Ｓ６面は、最もスクリーンＳＣ側に配置される反射面（Ｓ８面）と最も偏向素子３側に配置される反射面（Ｓ８面）との間に配置されている。このような配置では、Ｓ６面は、第２の走査方向に負のパワーが最も強い反射面（Ｓ８面）よりも偏向素子３側に配置されることになるので、光学系のサイズをコンパクトに保ちつつ、良好な像性能を得ることができる。【０１１５】
（７．Ｓ５面について）
斜め投射を行う構成では、投射光学系７の最終面（Ｓ８面）からスクリーンＳＣまでの距離が、画面上辺よりも画面下辺において短くなるため、像面湾曲が発生するとともに、光線ＡのスクリーンＳＣ上でのスポット位置が、スクリーンＳＣ上から大きくはずれ、スポットが肥大する。なお、像面湾曲の補正は、上述したように、屈折面（Ｓ６面）で行うことが可能であるが、屈折面ではパワーが弱いために像面湾曲を補正しきれない場合や、色収差を低減しつつ像面湾曲を補正することが困難な場合がある。一方、台形歪みを補正するために、画面下辺に入射する光線は、第２の走査方向に強い負のパワーを有するＳ８面を通過する。【０１１６】
そこで、各実施例１〜３では、最も偏向素子３側に配置される反射面としてのＳ５面と光線Ａとの交点位置Ｐ１において、第１の走査方向に垂直な断面内で第２の走査方向の曲率が負となるように、Ｓ５面の面形状を設定している。特に、画面中心主光線を含む断面内で、交点位置Ｐ１における第２の走査方向の曲率が、交点位置Ｐ２における第２の走査方向の曲率よりも負の方向に大きくなるように、Ｓ５面の面形状を設定している。【０１１７】
このような設定では、Ｓ５面の交点位置Ｐ１において第２の走査方向に正のパワーが付与されるので、画面下辺に入射する光線の主光線近傍での焦点距離を、画面上辺に入射する光線の主光線近傍での焦点距離よりも短くすることができる。これにより、Ｓ８面にて台形歪みを補正しながら、Ｓ６面では補正しきれない像面湾曲を、Ｓ５面によって補正することができる。また、画面中心主光線を含む断面上において、画面に対する入射角度が最も小さくなる画角でのスポット位置（光線Ａのスポット位置）がスクリーンＳＣの近傍となり、スクリーンＳＣ上でのスポットサイズの肥大を防止することができる。【０１１８】
このように、Ｓ５面の交点位置Ｐ１における正のパワーと、Ｓ８面の交点位置Ｒ１における負のパワーとをうまくバランスさせることにより、像面湾曲の補正と台形歪みの補正とを確実に両立することが可能である。また、最も偏向素子３側の反射面であるＳ５面の交点位置Ｐ１のパワーを正にすることにより、Ｓ５面よりもスクリーンＳＣ側の面の有効領域を拡大しないため、投射光学系７をコンパクトに構成することができる。【０１１９】
また、上述したように、偏向素子３は、水平方向には高速で正弦駆動される。このような正弦駆動の場合、水平方向の走査速度は、水平方向の端部よりも中央部で大きくなる。このため、１画素に相当するスポットの軌跡は、中央部では水平方向に長くなり、端部では短くなる。【０１２０】
このような走査速度の違いによる、１画素に相当するスポットの軌跡の大きさを補正するためには、走査速度に合わせてスポットのサイズを調整する必要がある。すなわち、中央部においては、水平方向のスポットサイズを小さくし、端部においては、水平方向のスポットサイズを大きくすることにより、走査速度の違いによる１画素に相当するスポットの軌跡の大きさを、水平方向１ライン内で同等にすることができる。【０１２１】
Ｓ５面の面形状を上記のように設定することにより、画面下辺の中央部のスポットサイズを小さくすることができる。したがって、例えば、画面下辺の中央部に入射する光線については、スポットサイズを小さくするために像面湾曲の補正を重視し、画面下辺の端部に入射する光線については台形歪みの補正を重視する、というように、補正を重視する収差を走査１ライン内の位置に応じて異ならせることも可能となる。その結果、像面湾曲の補正、台形歪みの補正および走査速度の違いによるスポット形状の補正をバランスよく行って、良好な画像をスクリーンＳＣに投影することが可能となる。【０１２２】
なお、以上では、走査型投射装置ＰＪによって投射される被走査面をスクリーンＳＣとしたが、被走査面は壁であってもよい。また、走査型投射装置ＰＪとスクリーンＳＣとを用いて投射型の画像表示装置を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の走査型投射装置は、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等に利用可能である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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