(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次元的に走査、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。スクリーンＳＣに対する入射角の範囲を適切に規定することにより、投射光学系７が画像観察の際の妨げとなることがなく、スポット形状の補正を困難にさせることもなくなる。また、垂直方向および水平方向における走査角度拡大倍率の比を適切に規定することにより、垂直方向と水平方向とにおける解像度の差を小さくすることができ、斜め投射であっても、高画質で良好な画像を表示することが可能となる。
2009041342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段と、
前記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、
前記偏向部材によって偏向された前記光を被走査面に導く投射光学系とを有し、前記光で前記被走査面の上を２次元走査する走査型投射装置であって、
前記第１の走査方向は、前記被走査面の画面短辺方向と一致しており、
以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする走査型投射装置。
５＜θｉｎ＜６０                                ・・・（１）
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．５                  ・・・（２）
ただし、
Ａ＝｛Ｓｈ／Ｓｖ｝×ｔａｎ（２θｖ）
Ｂ＝２ｔａｎ（θｈ）×ｃｏｓ2（θｉｎ）
Ｃ＝１−ｔａｎ（θｉｎ）×ｔａｎ（２θｖ）
θｉｎ：画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、
前記被走査面に入射する光線のうち、前記被走査面に対する入射角
が最も小さい光線のその入射角
Ｓｈ  ：前記被走査面の画面長辺方向の長さ
Ｓｖ  ：前記画面短辺方向の長さ
θｈ  ：前記画面長辺方向の最大光学走査角度
θｖ  ：前記画面短辺方向の最大光学走査角度
である。なお、前記画面中心主光線とは、前記光源手段から射出されて、絞りの中心を通り、前記被走査面の画面中心に入射する光線を指す。
【請求項２】
前記走査型投射装置は、以下の条件式（２ａ）を満足することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の走査型投射装置。
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．０                  ・・・（２ａ）
【請求項３】
前記投射光学系は、少なくとも１面の非回転対称自由曲面を有していることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の走査型投射装置。
【請求項４】
前記投射光学系は、反射面を有しており、
前記反射面において、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線と前記反射面とが交わる領域を第１の領域とし、前記断面内で、画面上辺に入射する光線と前記反射面とが交わる領域を第２の領域とすると、
前記反射面は、前記断面に対して対称な形状で、前記第１の領域が光線入射側に突出した形状であり、
前記第１の領域を通り、前記第１の走査方向に垂直な断面での面形状は、前記第２の領域を通り、前記第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であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の走査型投射装置。
【請求項５】
前記反射面は、前記第１の領域から、前記第２の走査方向で、かつ、前記画面中心主光線を含む断面から離れる方向に向かうにつれて、曲率が正の方向に大きくなる形状であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の走査型投射装置。
【請求項６】
前記反射面は、最も前記被走査面に近い側に配置されていることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の走査型投射装置。
【請求項７】
前記反射面は、前記第２の領域から、前記第２の走査方向で、かつ、前記画面中心主光線を含む断面から離れる方向に向かうにつれて、曲率が負の方向に変化する形状であることを特徴とする請求の範囲第４項乃至第６項のいずれか１項に記載の走査型投射装置。
【請求項８】
前記反射面を第２の反射面とすると、
前記投射光学系は、第１の反射面をさらに有しており、
前記第１の反射面および前記第２の反射面により、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、前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の範囲第４項乃至第７項のいずれか１項に記載の走査型投射装置。
【請求項９】
前記第１の反射面において、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線と前記第１の反射面との交点近傍における前記第２の走査方向の曲率が、画面上辺に入射する光線と前記第１の反射面との交点近傍における前記第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の範囲第８項に記載の走査型投射装置。
【請求項１０】
前記投射光学系は、曲率を有する面を少なくとも３面有していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の走査型投射装置。
【請求項１１】
前記光源手段から射出された前記光を前記偏向部材に導く入射光学系をさらに含み、
前記入射光学系は、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とで曲率の異なるアナモフィックレンズを有していることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項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。
【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】
【０００５】
ところで、走査型の投射装置で斜め投射を行う構成では、被走査面への斜め投射角度が大きくなるにつれて、被走査面上での光の照射スポットが縦方向に延びる。その結果、縦方向と横方向とで解像度に差が生じ、良好な画像を表示することができなくなる。しかし、特許文献１、２では、斜め投射による縦方向および横方向での解像度の違いを補正する方法については何ら述べられてはいない。走査型の投射装置では、上述のように小型の装置を実現し得るが、さらには、高品質の画像を表示できるようにすることが望まれる。【０００６】
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、小型、コンパクトな構成で、斜め投射による画面縦横の両方向での解像度の違いを補正して良好な画像を表示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】
【０００７】
本発明の課題は、以下の構成により解決される。【０００８】
１．光源手段と、
前記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、
前記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、前記光で前記被走査面上を２次元走査する走査型投射装置であって、
前記第１の走査方向は、前記被走査面の画面短辺方向と一致しており、
以下の条件式（１）および（２）を満足することを特徴とする走査型投射装置。【０００９】
５＜θｉｎ＜６０                                ・・・（１）
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．５                  ・・・（２）
ただし、
Ａ＝｛Ｓｈ／Ｓｖ｝×ｔａｎ（２θｖ）
Ｂ＝２ｔａｎ（θｈ）×ｃｏｓ2（θｉｎ）
Ｃ＝１−ｔａｎ（θｉｎ）×ｔａｎ（２θｖ）
θｉｎ：画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面内で、
被走査面に入射する光線のうち、被走査面に対する入射角が最も
小さい光線のその入射角
Ｓｈ  ：画面長辺方向の長さ
Ｓｖ  ：画面短辺方向の長さ
θｈ  ：画面長辺方向の最大光学走査角度
θｖ  ：画面短辺方向の最大光学走査角度
である。なお、前記画面中心主光線とは、前記光源手段から射出されて、絞りの中心を通り、前記被走査面の画面中心に入射する光線を指す。【００１０】
２．前記走査型投射装置は、以下の条件式（２ａ）を満足することを特徴とする前記１に記載の走査型投射装置。【００１１】
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．０                  ・・・（２ａ）
３．前記投射光学系は、少なくとも１面の非回転対称自由曲面を有していることを特徴とする前記１または２に記載の走査型投射装置。【００１２】
４．前記投射光学系は、反射面を有しており、
前記反射面において、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線と前記反射面とが交わる領域を第１の領域とし、前記断面内で、画面上辺に入射する光線と前記反射面とが交わる領域を第２の領域とすると、
前記反射面は、前記断面に対して対称な形状で、前記第１の領域が光線入射側に突出した形状であり、
前記第１の領域を通り、前記第１の走査方向に垂直な断面での面形状は、前記第２の領域を通り、前記第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であることを特徴とする前記１乃至３のいずれか１項に記載の走査型投射装置。【００１３】
５．前記反射面は、前記第１の領域から、前記第２の走査方向で、かつ、前記画面中心主光線を含む断面から離れる方向に向かうにつれて、曲率が正の方向に大きくなる形状であることを特徴とする前記４に記載の走査型投射装置。【００１４】
６．前記反射面は、最も前記被走査面に近い側に配置されていることを特徴とする前記４または５に記載の走査型投射装置。【００１５】
７．前記反射面は、前記第２の領域から、前記第２の走査方向で、かつ、前記画面中心主光線を含む断面から離れる方向に向かうにつれて、曲率が負の方向に変化する形状であることを特徴とする前記４乃至６のいずれか１項に記載の走査型投射装置。【００１６】
８．前記反射面を第２の反射面とすると、
前記投射光学系は、第１の反射面をさらに有しており、
前記第１の反射面および前記第２の反射面により、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、前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前記４乃至７のいずれか１項に記載の走査型投射装置。【００１７】
９．前記第１の反射面において、前記画面中心主光線を含み、かつ、前記画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線と前記第１の反射面との交点近傍における前記第２の走査方向の曲率が、画面上辺に入射する光線と前記第１の反射面との交点近傍における前記第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前記８に記載の走査型投射装置。【００１８】
１０．前記投射光学系は、曲率を有する面を少なくとも３面有していることを特徴とする前記９に記載の走査型投射装置。【００１９】
１１．前記光源手段から射出された前記光を前記偏向部材に導く入射光学系をさらに含み、
前記入射光学系は、前記第１の走査方向と前記第２の走査方向とで曲率の異なるアナモフィックレンズを有していることを特徴とする前記１乃至１０のいずれか１項に記載の走査型投射装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、入射光を２次元的に走査、偏向する偏向部材を用いることにより、装置を小型化することが容易となる。また、斜め投射により、投射光学系から被走査面までの距離を短くすることができ、全体の構成をコンパクトにすることができる。さらに、条件式（１）を満足することにより、投射光学系が画像観察の際の妨げとなることがなく、スポット形状の補正を困難にさせることもない。そして、条件式（２）を満足することにより、垂直方向と水平方向とにおける解像度の差を小さくすることができ、斜め投射であっても、高画質で良好な画像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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８】（ａ）〜（ｅ）は、上記偏向素子の断面図である。
【図９】（ａ）は、スクリーンに対して光が垂直に入射する場合のスポット形状を示す説明図であり、（ｂ）は、スクリーンに対して光が斜めに入射する場合のスポット形状を示す説明図である。
【図１０】スクリーンに入射する光の入射角を変化させたときの、入射角とスポットの大きさとの関係を示すグラフである。
【図１１】スクリーンに対する入射角および画面短辺方向の長さを図示した走査型投射装置の垂直断面図である。
【図１２】画面長辺方向の長さの半分を図示した走査型投射装置の水平断面図である。
【図１３】上記走査型投射装置の偏向素子付近の垂直断面図である。
【図１４】上記走査型投射装置の偏向素子付近の水平断面図である。
【図１５】スクリーンに入射する光の入射角を変化させたときの台形歪みの変化を示すグラフである。
【図１６】台形歪みを示す説明図である。
【図１７】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１８】実施例１におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図１９】実施例１におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図２０】実施例１におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図２１】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２２】実施例２におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図２３】実施例２におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図２４】実施例２におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図２５】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２６】実施例３におけるＳ５面の面形状を示す説明図である。
【図２７】実施例３におけるＳ６面の面形状を示す説明図である。
【図２８】実施例３におけるＳ８面の面形状を示す説明図である。
【図２９】ＴＶ歪曲を示す説明図である。
【図３０】曲率の定義を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
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（反射面、第１の反射面）
５      屈折レンズ
６      第２反射ミラー（反射面、第２の反射面）
７      投射光学系
ＰＪ      走査型投射装置
ＳＣ      スクリーン（被走査面）
Ｒ１      第１の領域
Ｒ２      第２の領域
Ｐ１      交点
Ｐ２      交点
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。【００２４】
（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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。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、例えば、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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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、第１反射ミラー４（第１の反射面）と、屈折レンズ５と、第２反射ミラー６（第２の反射面）とを有して構成されている。【００３２】
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。【００３３】
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に導くものであり、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。【００３４】
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。【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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。【００４２】
（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。【００４３】
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８（ａ）〜図８（ｅ）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。【００４４】
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。【００４５】
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８（ａ）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。【００４６】
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。【００４７】
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８（ａ）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８（ｂ）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。【００４８】
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８（ｃ）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。【００４９】
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８（ｂ）（ｃ）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。【００５０】
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８（ｄ）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８（ｅ）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８（ｅ）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。【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。【００５２】
（３．スポット形状の補正について）
次に、スクリーンＳＣ上に投射される光のスポット形状の補正について説明する。【００５３】
走査型の投射装置によって被走査面に光を投射した場合、被走査面に対する斜め投射角度の大きさに応じて、画面上のスポットの形状が変化する。つまり、図９（ａ）に示すように、被走査面であるスクリーンＳＣに対して光が垂直に入射する場合、その光による画面上のスポットＳＰ１の形状は真円であるが、図９（ｂ）に示すように、スクリーンＳＣに対して光が斜めに入射する場合、その光による画面上のスポットＳＰ２の形状は楕円形になる。【００５４】
図１０は、実施の形態１の走査型投射装置ＰＪにおいて、投射光学系７を取り除き、偏向素子３の偏向角を垂直方向および水平方向のいずれについても０度にした状態で、スクリーンＳＣの傾きを変化させて、スクリーンＳＣに入射する光の入射角を変化させたときの、入射角とスポットの大きさとの関係を示すグラフである。なお、縦軸のスポットサイズは、垂直方向のスポットサイズを角度ゼロの時のスポットサイズで規格化した値を示している。【００５５】
同図に示すように、スクリーンＳＣに入射する光の入射角θｉｎが大きくなるにつれて、垂直方向のスポットサイズが増大する。このとき、各入射角θｉｎごとの規格化スポットサイズは、スクリーンＳＣに対する垂直方向の入射角θｉｎの余弦の逆数（１／ｃｏｓθｉｎ）にほぼ一致している。つまり、画面上でのスポットサイズが、垂直方向にほぼ１／ｃｏｓθｉｎの割合で大きくなる。スポットサイズの拡大は、スクリーンＳＣに対する入射角θｉｎに依存して発生し、斜め投射を行うと、斜め投射を行う方向（一般的に垂直方向）にスポットの拡大が顕著となる。【００５６】
スポットが拡大した方向では、画面上での解像度が低下するため、斜め投射を行うと、垂直方向と水平方向とで解像度が異なる。したがって、例えば、水平方向の焦点距離を垂直方向の焦点距離よりも長くすることにより、スポットの形状を補正して、垂直方向および水平方向での解像度の差を補正することが可能となる。以下、この点について詳細に説明する。【００５７】
各実施の形態１〜３の走査型投射装置ＰＪは、以下の条件式（１）および（２）を満足するように構成されている。【００５８】
５＜θｉｎ＜６０                                ・・・（１）
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．５                  ・・・（２）
ただし、
Ａ＝｛Ｓｈ／Ｓｖ｝×ｔａｎ（２θｖ）
Ｂ＝２ｔａｎ（θｈ）×ｃｏｓ２（θｉｎ）
Ｃ＝１−ｔａｎ（θｉｎ）×ｔａｎ（２θｖ）
θｉｎ：入射角
Ｓｈ  ：画面長辺方向の長さ
Ｓｖ  ：画面短辺方向の長さ
θｈ  ：画面長辺方向の最大光学走査角度
θｖ  ：画面短辺方向の最大光学走査角度
である。【００５９】
なお、図１１は、例えば実施の形態１の走査型投射装置ＰＪの垂直断面図において、入射角θｉｎ（°）および画面短辺方向の長さＳｖ（ｍｍ）を図示したものである。また、図１２は、例えば実施の形態１の走査型投射装置ＰＪの水平断面図において、画面長辺方向の長さＳｈ（ｍｍ）の半分を図示したものである。図１１に示すように、入射角θｉｎ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内で、スクリーンＳＣに入射する光線のうち、スクリーンＳＣに対する入射角が最も小さい光線のその入射角を示す。【００６０】
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（例えば偏向素子３上にある）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。また、画面中心主光線の光路は、上述した偏向素子３や反射ミラー（第１反射ミラー４、第２反射ミラー６）によって折り曲げられることから、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面は、画面中心主光線を含み、かつ、画面に垂直なｙｚ平面とも表現することができる。【００６１】
また、図１３は、例えば実施の形態１の走査型投射装置ＰＪの偏向素子３付近の垂直断面図である。画面短辺方向の最大光学走査角度θｖ（°）は、偏向素子３によって画面短辺方向に偏向走査したときに、偏向素子３にて反射されて画面上端に入射する光線と偏向素子３にて反射されて画面下端に入射する光線とが偏向素子３の直後で張る角度の１／２とする。【００６２】
また、図１４は、例えば実施の形態１の走査型投射装置ＰＪの偏向素子３付近の水平断面図である。画面長辺方向の最大光学走査速度θｈ（°）は、偏向素子３によって画面長辺方向に偏向走査したときに、偏向素子３にて反射されて画面右端に入射する光線と偏向素子３にて反射されて画面左端に入射する光線とが偏向素子３の直後で張る角度の１／２とする。【００６３】
条件式（１）は、スクリーンＳＣに斜めに入射する光の入射角の適切な範囲を規定している。条件式（１）の下限を下回ると、スクリーンＳＣに斜めに入射する光の入射角が小さくなり、投射光学系７と画面下辺とが略同じ高さとなるため、使用時に投射光学系７が観察の際の妨げとなる。一方、条件式（１）の上限を上回ると、特に画面上方での入射角が大きくなり、スポットの垂直方向の伸びが顕著となるため、条件式（２）による投射光学系７でのスポット形状の補正が困難となる。【００６４】
したがって、条件式（１）を満足することにより、投射光学系７が画像観察の際の妨げとなることがなく、条件式（２）によるスポット形状の補正を困難にさせることもなくなる。【００６５】
また、条件式（１）の上限を上回ると、画面上での台形歪みが顕著となり、投射光学系７で台形歪みを補正することが困難となる。なお、台形歪みは、特に第２反射ミラー６の面形状を適切に設定することによって補正することが可能であるが、この点については後述する。参考として、図１５に、偏向素子３のみで投射光学系７のない構成において、スクリーンＳＣに入射する光の入射角を変化させたときの台形歪みの変化をグラフで示す。同図に示すように、入射角θｉｎが大きくなるにつれて、台形歪みが顕著となることがわかる。【００６６】
なお、台形歪みの評価は、図１６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。【００６７】
台形歪み（％）＝｛（Ｌ１−Ｌ２）／Ｌ２｝×１００
条件式（１）を満足することにより、上記の台形歪みを抑えることができる。これにより、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。【００６８】
また、条件式（１）を満足することにより、偏向素子３にて偏向された光を、スクリーンＳＣのどの位置に対しても斜めに（画面短辺方向に対して入射角θｉｎを有して）入射させる構成となるので、投射光学系７からスクリーンＳＣまでの距離を短くして、全体の構成をコンパクトにできる効果もある。【００６９】
一方、条件式（２）は、スクリーンＳＣ上でのスポット形状を補正し、垂直方向および水平方向での解像度の差を補正するための条件として、垂直方向および水平方向における走査角度拡大倍率の比を規定したものである。つまり、条件式（２）の下限を下回ると、投射光学系７において、角度拡大倍率が水平方向よりも垂直方向で大きくなるため、垂直方向の焦点距離が水平方向よりも長くなる。この結果、スポットの形状がさらに垂直方向に伸び、スポット形状を真円に近づくように補正して、画面解像度の差を補正することができなくなる。逆に、条件式（２）の上限を上回ると、スポットの形状が水平方向に過剰に補正（拡大）され、スポットが横長になる。【００７０】
したがって、条件式（２）を満足することにより、斜め投射時に画面上で垂直方向に伸びるスポットの形状を真円に近づくように補正して、垂直方向と水平方向とにおける解像度の差を小さくすることができ、斜め投射であっても、高画質で良好な画像を表示することが可能となる。【００７１】
なお、スポット形状の補正は、水平方向よりも垂直方向の倍率を下げてスポットを垂直方向に縮小することで行ってもよい。この手法であっても、条件式（１）（２）を両方とも満足させることができる。つまり、条件式（１）（２）を満足するように各パラメータを設定し、水平方向よりも垂直方向の倍率を下げてスポットを垂直方向に縮小することも可能である。この手法では、垂直方向に伸びるスポットを垂直方向に縮小して真円に近づけることで、水平方向および垂直方向ともにスポット形状が小さくなるので、投影画像の解像度を向上させることが可能となる。【００７２】
ところで、各実施の形態１〜３では、入射光学系２として上述したアナモフィックレンズを用いており、垂直方向と水平方向とで光束径の異なる光を偏向素子３に入射させている。これにより、スクリーンＳＣ上に投射される光のスポット形状を垂直方向または水平方向に変化させて真円に近づける補正をさらに良好に行うことができる。【００７３】
なお、斜め投射に伴って発生するスポット形状の歪みをさらに良好に補正するためには、以下の条件式（２ａ）を満足することがより望ましく、以下の条件式（２ｂ）を満足することがより一層望ましい。【００７４】
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜２．０                  ・・・（２ａ）
１．０＜Ａ／（Ｂ×Ｃ）＜１．８                  ・・・（２ｂ）
（４．実施例について）
以下、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。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。【００７５】
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＝０，１，２，３，・・・）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。【００７６】
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、Ｎｄおよびνｄは、ｄ線に対する屈折率およびアッベ数をそれぞれ示している。【００７７】
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。【００７８】
【数１】
2009041342.tif 000003
【００７９】
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）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。【００８０】
（実施例１）
面番号          部材                      面              面形状
Ｓ１        入射光学系（入射面）        屈折面        アナモフィック
Ｓ２        入射光学系（射出面）        屈折面            平面
Ｓ３        絞り面                      屈折面            平面
Ｓ４        偏向素子                    反射面            平面
Ｓ５        第１反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ６        屈折レンズ（入射面）        屈折面          自由曲面
Ｓ７        屈折レンズ（射出面）        屈折面            平面
Ｓ８        第２反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ９        スクリーン面                                  平面
面番号      x y z tilt Nd νd
Ｓ１        0 0 -19.9000 0 1.487 70.4
Ｓ２        0 0 -19.4000 0
Ｓ３        0 0 0 0
Ｓ４        0 0 0 -25.9081
Ｓ５        0 45.3841 6.0108 -7.3927
Ｓ６        0 11.4218 -7.7563 69.6336 1.531 55.7
Ｓ７        0 12.3593 -7.4083 69.6336
Ｓ８        0 -67.1920 8.2761 -8.5439
Ｓ９        0 190.7152 -258.8548 7.4490
Ｓ５面；自由曲面
k: 0
Y: 1.85006E-01 , X2:-1.87641E-02 , Y2: 2.41306E-03 ,
X2Y:-1.89662E-04 , Y3:-4.29630E-08 , X4: 1.35324E-05 ,
X2Y2: 3.50754E-07 , Y4:-6.43952E-07 , X4Y:-1.63386E-06 ,
X2Y3:-1.88073E-07 , Y5: 8.33801E-09 , X6: 2.45828E-06 ,
X4Y2: 4.24488E-08 , X2Y4: 3.20958E-09 , Y6:-4.94327E-11 ,
X6Y: 4.24482E-08 , X4Y3:-3.99984E-10 , X2Y5:-3.04611E-11 ,
Y7:-9.90251E-13 , X8:-1.39506E-07 , X6Y2: 1.36407E-09 ,
X4Y4:-7.31958E-11 , X2Y6:-2.49371E-12 , Y8: 5.43278E-14
Ｓ６面；自由曲面
k: 0
Y:-1.27901E-03 , X2:-9.28872E-04 , Y2: 6.63720E-05 ,
X2Y: 5.89863E-06 , Y3: 5.46470E-06 , X4:-2.83021E-06 ,
X2Y2: 2.46599E-07 , Y4:-1.69521E-07 , X4Y:-3.50758E-06 ,
X2Y3: 7.09030E-08 , Y5: 3.85370E-09 , X6:-2.71185E-07 ,
X4Y2:-6.64366E-08 , X2Y4: 1.34858E-09 , Y6: 3.21096E-10
Ｓ８面；自由曲面
k: 0
Y:-2.60812E-01 , X2: 5.52000E-02 , Y2: 2.95656E-03 ,
X2Y:-8.17688E-04 , Y3:-7.52391E-07 , X4:-3.87641E-05 ,
X2Y2: 1.67712E-06 , Y4:-6.46564E-08 , X4Y: 6.35862E-07 ,
X2Y3: 4.86969E-09 , Y5:-4.44317E-10 , X6:-1.96747E-07 ,
X4Y2: 5.36537E-09 , X2Y4: 5.58255E-12 , Y6: 1.81104E-12 ,
X6Y: 8.51521E-10 , X4Y3:-8.42496E-12 , X2Y5:-5.31038E-13 ,
Y7: 2.42507E-15 , X8:-3.07159E-10 , X6Y2: 2.46540E-11 ,
X4Y4:-8.72344E-13 , X2Y6: 9.50531E-15 , Y8:-4.62201E-19
（実施例２）
面番号          部材                      面            面形状
Ｓ１        入射光学系（入射面）        屈折面        アナモフィック
Ｓ２        入射光学系（射出面）        屈折面            平面
Ｓ３        絞り面                      屈折面            平面
Ｓ４        偏向素子                    反射面            平面
Ｓ５        第１反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ６        屈折レンズ（入射面）        屈折面          自由曲面
Ｓ７        屈折レンズ（射出面）        屈折面            平面
Ｓ８        第２反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ９        スクリーン面                                  平面
面番号      x y z tilt Nd νd
Ｓ１        0 0 -19.9000 0 1.487 70.4
Ｓ２        0 0 -19.4000 0
Ｓ３        0 0 0 0
Ｓ４        0 0 0 -25.7086
Ｓ５        0 34.2536 4.5430 -7.9733
Ｓ６        0 7.6147 2.5686 70.2698 1.531 55.7
Ｓ７        0 8.5559 2.9062 70.2698
Ｓ８        0 6.7434 15.0862 -9.4767
Ｓ９        0 79.0200 -268.2245 4.6454
Ｓ５面；自由曲面
k: 0
Y: 2.01272E-01 , X2:-1.24437E-02 , Y2: 1.40177E-03 ,
X2Y:-2.54759E-04 , Y3: 1.48718E-05 , X4:-3.82535E-04 ,
X2Y2: 1.22346E-06 , Y4:-6.27522E-07 , X4Y:-1.59517E-05 ,
X2Y3:-1.22288E-07 , Y5:-4.80306E-09 , X6: 1.30165E-05 ,
X4Y2:-1.56775E-07 , X2Y4: 1.04746E-09 , Y6: 1.91115E-11 ,
X6Y: 4.93539E-07 , X4Y3:-1.88469E-09 , X2Y5:-1.70989E-13 ,
Y7:-2.41232E-12 , X8:-1.96012E-07 , X6Y2: 6.00718E-09 ,
X4Y4:-1.02504E-11 , X2Y6:-1.35910E-12 , Y8: 4.03319E-14
Ｓ６面；自由曲面
k: 0
Y:-2.18072E-03 , X2:-2.09726E-03 , Y2: 2.16461E-04 ,
X2Y: 3.54635E-06 , Y3: 1.88538E-05 , X4: 2.29579E-05 ,
X2Y2:-1.40692E-05 , Y4: 1.30500E-07 , X4Y: 2.01578E-06 ,
X2Y3:-2.54149E-06 , Y5:-2.70920E-08 , X6: 1.28865E-08 ,
X4Y2: 2.11277E-08 , X2Y4:-1.15208E-07 , Y6: 1.69494E-10 ,
X6Y: 1.05355E-10 , X4Y3:-5.77940E-11 , X2Y5: 1.49040E-11 ,
Y7: 2.21891E-12 , X8:-1.91099E-11 , X6Y2:-4.47339E-12 ,
X4Y4: 5.89526E-12 , X2Y6: 7.36385E-13 , Y8:-2.50458E-16
Ｓ８面；自由曲面
k: 0
Y: 6.91900E-03 , X2: 2.34251E-03 , Y2: 1.27469E-06 ,
X2Y:-9.21919E-05 , Y3: 1.18567E-07 , X4: 6.79710E-06 ,
X2Y2:-7.11279E-06 , Y4: 3.45570E-08 , X4Y:-4.86256E-07 ,
X2Y3: 7.24449E-08 , Y5:-2.26420E-09 , X6: 2.79256E-09 ,
X4Y2: 5.62303E-09 , X2Y4: 6.26533E-09 , Y6:-6.70193E-10
（実施例３）
面番号          部材                      面              面形状
Ｓ１        入射光学系（入射面）        屈折面        アナモフィック
Ｓ２        入射光学系（射出面）        屈折面            平面
Ｓ３        絞り面                      屈折面            平面
Ｓ４        偏向素子                    反射面            平面
Ｓ５        第１反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ６        屈折レンズ（入射面）        屈折面          自由曲面
Ｓ７        屈折レンズ（射出面）        屈折面            平面
Ｓ８        第２反射ミラー              反射面          自由曲面
Ｓ９        スクリーン面                                  平面
面番号      x y z tilt Nd νd
Ｓ１        0 0 -19.9000 0 1.513 67.7
Ｓ２        0 0 -19.5000 0
Ｓ３        0 0 0 0
Ｓ４        0 0 0 -13.1952
Ｓ５        0 47.7603 -5.8927 -3.1989
Ｓ６        0 -3.9866 -3.9866 50.4182 1.531 55.7
Ｓ７        0 5.2681 -3.6680 50.4182
Ｓ８        0 -77.3592 3.1406 -3.6237
Ｓ９        0 307.2258 -484.8813 -1.3753
Ｓ５面；自由曲面
k: 0
Y: 1.55807E-01 , X2:-1.35381E-02 , Y2: 2.41843E-03 ,
X2Y:-2.99047E-04 , Y3:-1.94661E-05 , X4: 4.09766E-05 ,
X2Y2:-2.62286E-07 , Y4:-5.83656E-07 , X4Y:-1.41860E-06 ,
X2Y3:-7.98256E-08 , Y5: 7.78319E-09 , X6:-4.23649E-07 ,
X4Y2:-3.79711E-08 , X2Y4:-7.30299E-10 , Y6: 1.82918E-10 ,
X6Y:-2.20734E-26 , X4Y3: 1.13922E-10 , X2Y5: 1.14142E-12 ,
Y7: 1.62882E-13 , X8:-6.01979E-27 , X6Y2: 1.81994E-10 ,
X4Y4:-4.45798E-12 , X2Y6:-3.13051E-14 , Y8:-4.34497E-15
Ｓ６面；自由曲面
k: 0
Y:-9.09979E-05 , X2:-3.72690E-04 , Y2: 2.53377E-09 ,
X2Y: 7.63926E-05 , Y3: 2.67749E-07 , X4: 4.95363E-06 ,
X2Y2: 2.02322E-06 , Y4:-1.17859E-06 , X4Y:-1.80538E-06 ,
X2Y3: 1.30967E-07 , Y5: 4.44714E-09 , X6:-1.20022E-08 ,
X4Y2:-1.32380E-07 , X2Y4: 6.77809E-08 , Y6: 5.67911E-09
Ｓ８面；自由曲面
k: 0
Y:-2.18117E-01 , X2: 4.98475E-02 , Y2: 3.11867E-03 ,
X2Y:-8.60777E-04 , Y3:-7.54430E-06 , X4:-3.30037E-06 ,
X2Y2: 3.17820E-06 , Y4: 1.94052E-08 , X4Y: 6.21243E-08 ,
X2Y3: 1.01322E-08 , Y5:-1.21209E-09 , X6:-8.59452E-09 ,
X4Y2:-4.03336E-11 , X2Y4:-4.13618E-11 , Y6: 8.37561E-12 ,
X6Y: 2.02912E-18 , X4Y3: 2.85773E-12 , X2Y5:-1.54769E-15 ,
Y7:-3.73294E-15 , X8:-6.42589E-22 , X6Y2: 3.61039E-13 ,
X4Y4:-1.69525E-14 , X2Y6:-1.15406E-15 , Y8:-4.79933E-17
各実施例１〜３において、上述した条件式（１）（２）の対象となるθｉｎ、Ａ／（Ｂ×Ｃ）の各値は以下の表１の通りであり、条件式（１）（２）をともに満足している。したがって、各実施例１〜３によれば、垂直方向と水平方向とにおける解像度の差を小さくして、斜め投射であっても高画質で良好な画像を表示することができると言える。【００８１】
【表１】
2009041342.tif 000004
【００８２】
また、図１７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１７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。また、図１８〜２０は、実施例１におけるＳ５面の面形状、Ｓ６面の面形状、Ｓ８面の面形状をそれぞれ示したものである。なお、図１８〜２０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。【００８３】
図２１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２２〜図２４は、実施例２におけるＳ５面の面形状、Ｓ６面の面形状、Ｓ８面の面形状をそれぞれ示したものである。また、図２５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り、図２６〜図２８は、実施例３におけるＳ５面の面形状、Ｓ６面の面形状、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１７〜図２０と全く同じである。【００８４】
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２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。【００８５】
【表２】
2009041342.tif 000005
【００８６】
また、各実施例１〜３における台形歪みおよびＴＶ歪曲を表３に示す。なお、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２９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）を画面の垂直方向の幅Ａまたは水平方向の幅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（凸になる）方向を正とし、画面中心に近づく（凹になる）方向を負としている。【００８７】
【表３】
2009041342.tif 000006
【００８８】
２次元走査系では、走査に伴う下向きに凸型の歪曲（走査歪み）や、斜め投射に伴う台形歪みなど、非回転対称な歪曲が画面上で発生する。しかし、各実施例１〜３のように、投射光学系７が非回転対称自由曲面を少なくとも１面有していることにより、このような歪曲を容易に補正することが可能となる。特に、投射光学系７が非回転対称自由曲面を、Ｓ５面、Ｓ６面、Ｓ８面の３面有していることにより、その効果を確実に得ることができる。【００８９】
また、投射光学系７は、曲率を有する面を、Ｓ５面、Ｓ６面、Ｓ８面の少なくとも３面有していることにより、結像性能を満足しつつ、像面湾曲や、台形歪み、走査歪みなどの歪曲を補正することができるとも言える。【００９０】
（Ｓ８面について）
次に、各実施例１〜３において、投射光学系７が有する反射面の１つであるＳ８面の詳細について、先に示した図２０、図２４および図２８に基づいて説明する。【００９１】
なお、以下での説明の便宜上、Ｓ８面において、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線とＳ８面とが交わる領域を第１の領域Ｒ１とし、上記断面内で、画面上辺に入射する光線とＳ８面とが交わる領域を第２の領域Ｒ２とする。また、画面下辺とは、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺に平行な断面内で、スクリーンＳＣに対する入射角が最も小さい光線とスクリーンＳＣとの交点を含む辺であって、画面長辺に平行な辺を指す。一方、画面上辺とは、上記断面内で、スクリーンＳＣに対する入射角が最も大きい光線とスクリーンＳＣとの交点を含む辺であって、画面長辺に平行な辺を指す
また、曲率の正負を以下のように定義する。すなわち、図３０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（図３０に示した例）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。【００９２】
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。【００９３】
各実施例１〜３において、Ｓ８面は、上記断面に対して対称な形状で、第１の領域Ｒ１が光線入射側に突出した形状（正の曲率を有する形状）となっている。そして、第１の領域Ｒ１を通り、第１の走査方向（Ｙ方向に対応する）に垂直な断面での面形状は、第２の領域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。【００９４】
投射光学系７がこのようなＳ８面を反射面として有していることにより、その反射面によって、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。また、上述したように屈折面を用いる場合に生じるような色収差の発生もない。【００９５】
また、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、台形歪みが大きくなることは上述した通りである（図１５参照）。しかし、上記したような形状の反射面（Ｓ８面）を投射光学系７に導入することにより、第１の領域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（Ｘ方向に対応する）に大きな負のパワーを付与することができ、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。【００９６】
なお、Ｓ８面において、第２の領域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。要は、Ｓ８面において、第１の領域Ｒ１から第２の領域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、第２の領域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、第１の領域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、台形歪みを補正することが可能となる。【００９７】
また、各実施例１〜３において、Ｓ８面は、第１の領域Ｒ１から、第２の走査方向で、かつ、上記画面中心主光線を含む断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。これにより、上記方向に向かうにつれて負のパワーを大きくすることができるので、画面下辺の第２の走査方向の幅を確実に広げることができ、台形歪みを確実に補正することが可能となる。【００９８】
このようなＳ８面は、投射光学系７の光路中で最もスクリーンＳＣ側に配置されている。上記光路中で最もスクリーンＳＣ側の位置では、各画角において入射光線と反射光線とを大きく分離することができるので、そのような位置にＳ８面を配置することにより、台形歪みを効果的に補正することができる。【００９９】
また、各実施例１〜３において、Ｓ８面は、第２の領域Ｒ２から、第２の走査方向で、かつ、上記画面中心主光線を含む断面から離れる方向に向かうにつれて、曲率が負の方向に変化する形状となっている。偏向素子３によって２次元的な走査を行うと、画面上では第２の走査方向の１ラインが湾曲する、いわゆる走査歪みが発生する。この走査歪みは、斜め投射角度が大きくなるほど、つまり、画面上部において顕著に現れる。そこで、Ｓ８面の形状を上記のように設定することにより、第２の領域Ｒ２から第２の走査方向外側に向かうにつれて、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）、上記の走査歪みを補正することが可能となる。【０１００】
（Ｓ５面について）
次に、各実施例１〜３において、投射光学系７が有する他の反射面であるＳ５面について説明する。【０１０１】
各実施例１〜３の投射光学系７では、第２の反射面としてのＳ８面に加えて、第１の反射面としてのＳ５面を有している。そして、図１〜図６に示すように、Ｓ８面およびＳ５面により、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面内で、投射光学系７の光路が折りたたまれている。これにより、上記断面内での投射光学系７の厚さを薄くしてコンパクトにすることができ、装置全体の小型化が可能となる。【０１０２】
また、先の図１８、図２２および図２６に示したＳ５面において、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面内で、画面下辺に入射する光線とＳ５面との交点Ｐ１の近傍における第２の走査方向（Ｘ方向に対応する）の曲率が、画面上辺に入射する光線とＳ５面との交点Ｐ２の近傍における第２の走査方向の曲率よりも負の方向に大きくなっている。【０１０３】
斜め投射角度が大きい系では、画面上辺に入射する光線と画面下辺に入射する光線とで光路長の差が大きくなる結果、像面湾曲が発生する。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、上述したように、第２の走査方向に強い正の曲率を有するＳ８面を通過する。そこで、Ｓ５面の曲率を上記のように設定することにより、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、Ｓ８面によって台形歪みを補正する効果を得ながらにして、像面湾曲を補正することが可能となる。【０１０４】
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】
【０１０５】
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】
2009041342.tif 000007
【図２】
2009041342.tif 000008
【図３】
2009041342.tif 000009
【図４】
2009041342.tif 000010
【図５】
2009041342.tif 000011
【図６】
2009041342.tif 000012
【図７】
2009041342.tif 000013
【図８】
2009041342.tif 000014
【図９】
2009041342.tif 000015
【図１０】
2009041342.tif 000016
【図１１】
2009041342.tif 000017
【図１２】
2009041342.tif 000018
【図１３】
2009041342.tif 000019
【図１４】
2009041342.tif 000020
【図１５】
2009041342.tif 000021
【図１６】
2009041342.tif 000022
【図１７】
2009041342.tif 000023
【図１８】
2009041342.tif 000024
【図１９】
2009041342.tif 000025
【図２０】
2009041342.tif 000026
【図２１】
2009041342.tif 000027
【図２２】
2009041342.tif 000028
【図２３】
2009041342.tif 000029
【図２４】
2009041342.tif 000030
【図２５】
2009041342.tif 000031
【図２６】
2009041342.tif 000032
【図２７】
2009041342.tif 000033
【図２８】
2009041342.tif 000034
【図２９】
2009041342.tif 000035
【図３０】
2009041342.tif 000036
【国際調査報告】
2009041342.tif 000037
2009041342.tif 000038
2009041342.tif 000039