(57)【要約】【課題】  走査角拡大光学システム及びそれを備えたレーザスキャニング装置を提供する。【解決手段】  入射光を走査させる複数のスキャナと、前記スキャナの間に配置して、前記複数のスキャナのうち一つのスキャナから走査されたスキャニングされた光を隣接するスキャナ側に反射させる、少なくとも一つのミラーとを備え、前記ミラーは、前記スキャナの数に応じて走査角度を増加させるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を走査させる複数のスキャナと、
前記スキャナの間に配置して、前記複数のスキャナのうち一つのスキャナから走査されたスキャニングされた光を隣接するスキャナ側に反射させる、少なくとも一つのミラーとを備え、前記ミラーは、前記スキャナの数に応じて走査角度を増加させるように構成されていることを特徴とする走査角拡大光学システム。
【請求項２】
前記ミラーが、曲面ミラーまたは平面ミラーであることを特徴とする請求項１に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項３】
前記ミラーが、楕円曲面ミラーであり、
前記スキャナが、楕円曲面ミラーの各焦点に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項４】
前記ミラーが、単一の楕円曲面ミラーからなり、
前記スキャナが、前記単一の楕円曲面ミラーの一つの焦点に配置された第１スキャナと前記単一の楕円曲面ミラーの別の焦点に配置された第２スキャナとを備えることを特徴とする請求項３に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項５】
前記ミラーが、複数の楕円曲面ミラーがアレイとして配置された楕円曲面ミラーアレイを備えることを特徴とする請求項３に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項６】
前記楕円曲面ミラーアレイの、隣接する楕円曲面ミラーが互いに焦点を共有するように形成されて、曲面ミラーの数がＮ個であるときに共有焦点Ｎ−１個を含むＮ＋１個の焦点が存在し、前記スキャナが、前記楕円曲面ミラーアレイの各焦点に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項７】
前記複数のスキャナの互いに隣接するスキャナは、入射光を互いに逆方向に走査することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項８】
前記複数のスキャナの各走査角度が、互いに同一または互いに異なることを特徴とする請求項７に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項９】
前記複数のスキャナが、入射光を反射させて走査するように、シーソー運動をする反射ミラーを備え、前記反射ミラーのシーソー運動軸が、入射光ビームの中心を横切ることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項１０】
前記複数のスキャナが、ＭＥＭＳスキャナまたはガルバノメータミラースキャナであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項１１】
前記複数のスキャナの各走査角度が、互いに同一または互いに異なることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システム。
【請求項１２】
光を照射する照明系と、
前記照明系から走査される光を走査する第１スキャナユニットを備え、
前記第１スキャナユニットが、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システムを備えることを特徴とするスキャニング装置。
【請求項１３】
前記照明系が、レーザ光源を使用するレーザ照明系であることを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項１４】
前記照明系が、画像信号によって変調されたＲ、Ｇ、Ｂレーザ光を含む波長別複数のレーザ光を、単一光路に出射することを特徴とする請求項１３に記載のスキャニング装置。
【請求項１５】
前記複数のスキャナの互いに隣接するスキャナが、入射光をそれぞれ逆方向に走査することを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項１６】
前記複数のスキャナの各走査角度が、互いに同一または互いに異なることを特徴とする請求項１５に記載のスキャニング装置。
【請求項１７】
前記複数のスキャナが、入射光を反射させて走査するようにシーソー運動をする反射ミラーを備え、前記反射ミラーのシーソー運動軸が、入射光ビームの中心を横切ることを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項１８】
前記複数のスキャナが、ＭＥＭＳスキャナまたはガルバノメータミラースキャナであることを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項１９】
前記複数のスキャナの各走査角度が、互いに同一または互いに異なることを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の走査角拡大光学システムまたはガルバノメータミラーシステムを備えた第２スキャナユニットを、さらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。
【請求項２１】
前記第１または第２スキャナユニットのいずれか一方が、光を水平方向に走査する水平スキャナユニットであり、他方が、光を垂直方向に走査する垂直スキャナユニットであることを特徴とする請求項２０に記載のスキャニング装置。
【請求項２２】
前記第１または第２スキャナユニットにより光を走査し、２次元プロジェクションイメージを形成するプロジェクション装置であることを特徴とする請求項２１に記載のスキャニング装置。
【請求項２３】
１スキャナユニットにより光を１次元に走査する１次元イメージ形成装置であることを特徴とする請求項１２に記載のスキャニング装置。                                                                                
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査角拡大光学システム及びそれを備えたレーザスキャニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチメディア社会への急速な発展と共に、表示画面の大型化及び高画質化が要求されている。最近は、高解像度に加えて、より自然な色の再現が重要になっている。
自然な色を完璧に再現するためには、レーザなどの色純度の高い光源の利用が必須である。レーザを利用して画面を実現する装置には、スキャナを利用したレーザスキャニング装置がある。スキャニング方式のレーザスキャニング装置においては、回転多面鏡及びガルバノメータミラーを利用したレーザスキャニング装置が主流となっている。しかし、このような回転多面鏡及びガルバノメータミラーを利用したスキャニング方式のレーザスキャニング装置は、小型化が困難であり、コスト高となる。
【０００３】
上記に鑑み、本出願人は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）スキャナを利用したレーザスキャニング装置を、特許文献１及びその対応の特許文献２において提案している。ＭＥＭＳスキャナを適用して大画面・高解像レーザスキャニング装置を実現するためには、十分な走査速度と走査角度及びミラー寸法が要求される。
【０００４】
レーザ光は、可干渉性光であるために、レーザビームの幅が小さくなるほど進行中に回折の発生が多くなるため、使われるレーザビームの幅を無限に小さくすることは困難である。また、公知の通り、光ビームは、回折特性により一点に焦点が結ばれないため、解像度に限界がある。レンズシステムに入射された光ビームが大きいほど、フォーカシングされる光ビームは小さくなる。したがって、解像度を高めるためには、光ビームを適切な大きさにする必要がある。一方、ラスター走査システムの性能は、θＤ ｐｒｏｄｕｃｔ［ｄｅｇ・ｍｍ］で定義される。ＶＧＡ級及びＸＧＡ級では、それぞれ約７．５０及び１２．００のθＤ ｐｒｏｄｕｃｔが要求され、また、高鮮明（ＨＤ：Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）級ディスプレイの実現のためには、約２２．５のθＤ ｐｒｏｄｕｃｔが要求されることが知られている。なお、θは、スキャナの一方向への最大走査角度であり、Ｄはビーム幅、つまり、レーザスキャニング装置ではミラー寸法に相当するものである。
【０００５】
したがって、高解像スキャニング装置を実現するには、ＭＥＭＳスキャナのミラー寸法を大きくすることが要求される。また、大画面高解像レーザスキャニング装置を実現するには、走査速度を高速化する必要がある。しかし、ミラー寸法を大きくすれば、逆に慣性モーメントなどの物理的性質により、ＭＥＭＳスキャナの最大駆動速度を向上させることが難しく、このため、走査速度が低下する。したがって、走査速度を向上させつつ、同時にミラー寸法を大きくすることは困難である。
また、ＭＥＭＳスキャナによる走査角度を無限に拡大することは不可能であり、走査角度には限界がある。
【０００６】
このように、大画面高解像を実現するには、ミラー寸法と走査速度及び走査角度が大きくなければならないのだが、これらは互いに二律背反の関係にある。
現在のＭＥＭＳ製造技術では、十分なミラー寸法を確保しつつ、高鮮明級の大画面高解像ディスプレイを実現するのに十分な走査速度及び走査角を満たすＭＥＭＳスキャナを得ることは困難であるため、大画面高解像スキャニング装置を実現することは困難である。
【特許文献１】大韓民国特許第０４−８６７０４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６３６，３３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述に鑑み、本発明は、光学的構造を改善し、走査角の拡大が可能な走査角拡大光学システム、及びそれを用いて、ミラーを適正寸法に形成することにより、十分な走査速度を持つ高解像ディスプレイを実現可能にするようなスキャニング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明による走査角拡大光学システムは、入射光を走査させる複数のスキャナと、前記スキャナの間に配置され、前記複数のスキャナのいずれか一つのスキャナによって走査され、このスキャニングされた光を隣接するスキャナの側に反射させる、少なくとも一つのミラーとを備え、前記ミラーは、前記スキャナの数に応じて走査角を増加させるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
前記ミラーは、曲面ミラー及び平面ミラーのいずれかである。
前記ミラーは、楕円曲面ミラーであり、前記スキャナは、楕円曲面ミラーの各焦点に配置される。
ここで、前記ミラーは、単一の楕円曲面ミラーを備え、前記スキャナは、前記単一の楕円曲面ミラーのいずれか一つの焦点に配置された第１スキャナと、前記単一の楕円曲面ミラーの別の焦点に配置された第２スキャナを備える。さらに、前記ミラーは、複数の楕円曲面ミラーがアレイに配置された楕円曲面ミラーアレイを備える。
【００１０】
前記楕円曲面ミラーアレイは、隣接する楕円曲面ミラー同士が焦点を共有するようになされ、曲面ミラーの数がＮ個である場合、共有の焦点Ｎ−１個を含み、Ｎ＋１個の焦点が存在する。また、前記スキャナは、前記楕円曲面ミラーアレイの各焦点に配置される。
前記複数のスキャナは、互いに隣接するスキャナが、入射光をそれぞれ逆方向に走査する。
前記複数のスキャナは、各走査角度が、互いに同一または互いに異なる。
前記複数のスキャナは、入射光を反射させて走査するような、シーソー運動をする反射ミラーを備え、前記反射ミラーのシーソー運動軸が、入射光ビームの中心を横切るように構成された駆動ミラーデバイスである。前記複数のスキャナは、ＭＥＭＳスキャナあるいはガルバノメータミラースキャナのいずれかである。
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明によるスキャニング装置は、光を照射する照明系と、前記照明系から走査された光を走査する第１スキャナユニットとを備え、前記第１スキャナユニットは、前記走査角拡大光学システムを備えることを特徴とする。
前記照明系は、好ましくは、レーザ光源を使用するレーザ照明系である。
前記照明系は、好ましくは、画像信号によって変調された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）レーザ光を含む波長別複数のレーザ光を、単一光路に出射する。
【００１２】
本発明によるスキャニング装置は、さらに、前記走査角拡大光学システムまたはガルバノメータミラーシステムのいずれかを備える第２スキャナユニットをさらに含む。なお、前記第１及び第２スキャナユニットは、好ましくは、いずれか一方が光を水平方向に走査する水平スキャナユニットであって、他方が光を垂直方向に走査する垂直スキャナユニットである。
この場合、本発明のスキャニング装置は、前記第１及び第２スキャナユニットにより光を走査することにより、２次元プロジェクションイメージを形成するプロジェクション装置として使われる。また、本発明によるスキャニング装置は、前記第１スキャナユニットにより光を１次元に走査する１次元イメージ形成装置として使われる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のスキャナを備え、隣接するスキャナが互いに逆方向に駆動されるため、走査角をスキャナの数だけ倍加させることができる。したがって、上述の通りに、スキャニング装置としてプロジェクション装置を構成するならば、スキャナのミラーを適正寸法で形成することにより、十分な走査速度を満たす高解像ディスプレイを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明による走査角拡大光学システム及びそれを備えた画像形成装置の好ましい実施形態について詳しく説明する。
本実施形態による走査角拡大光学システムは、複数のスキャナと、スキャナの間に配置された少なくとも一つのミラーとを備え、前記ミラーは、複数のスキャナのうち一つのスキャナから走査された光を隣接するスキャナの側に反射させる。このうち、少なくとも一つのミラーは、スキャナの数に応じて走査角度を拡大する。
【００１５】
図１は、本発明による走査角拡大光学システムの一実施形態を示している。図１では、本発明の走査角拡大光学システムは、第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０と、この第１スキャナ１０と第２スキャナ２０との間に配置され、第１スキャナ１０から走査された光を隣接の第２スキャナ２０側に反射させるミラー、例えば、曲面ミラー３０を備える。
前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０は、互いに同期化して同じ所定の角度範囲内をそれぞれ逆方向にシーソー運動するように往復回動しつつ、入射光を走査させる。
なお、前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０の走査角度の範囲が異なっていてもよい。
前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０は、駆動位相が同一周波数にて同期化（逆位相で逆方向に駆動）しているならば、最大駆動角度に多少差があっても構わない。ミラー同士の角度誤差、すなわち、工程による性能誤差が走査角拡大光学システムに大きく影響しないことが、本発明の大きな長所の一つである。
【００１６】
前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０としては、入射光を反射させて走査するようにシーソー運動をする反射ミラーを備え、前記反射ミラーのシーソー運動軸が、入射光ビームの中心を横切るような駆動ミラーデバイスを備えることができる。
さらに具体的には、前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０としては、好ましくは、各反射ミラー１１、反射ミラー２１を所定の角度範囲内で所定の周波数にて往復回動させるようになっているＭＥＭＳスキャナを備えており、ガルバノメータミラースキャナ（図９の８００参照）を備えていてもよい。なお、ガルバノメータミラースキャナは公知技術であるため、これに関する詳細な説明及び図示は省略する。前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０としては、例えば、図２及び図３に示すようなＭＥＭＳスキャナ５０を備えることができる。
【００１７】
図２は、大韓民国特許第０４−８６７０４号明細書に開示されたＭＥＭＳスキャナ５０の斜視図を示している。図３は、図２のＸ−Ｘ線の断面図を示している。図２及び図３に示すように、ＭＥＭＳスキャナ５０は、パイレックスガラスなどからなる基板５５の上で、ステージ５１ａが両側の支持体５６により支持されている。前記ステージ５１ａの両側エッジの中間部分には、前記ステージ５１ａのシーソー運動を支持するトーションバー５２が配置され、さらに、このトーションバー５２は、前記支持体５６に連結されている。
【００１８】
図３に示すように、前記ステージ５１ａの上面には、ミラー面５１が形成されており、その底面には、駆動コーム電極５３が所定の高さで平行に複数形成されている。前記駆動コーム電極５３は、任意線Ｉ−Ｉを中心として、それぞれ左右に分割されている。なお、前記ミラー面５１は図１の第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０の反射ミラー１１、反射ミラー２１に該当する。
一方、前記基板５５の上面には、前記駆動コーム電極５３と交差して配置された固定コーム電極５４が、所定の高さで平行に複数形成されている。この場合、前記ステージ５１ａの底面の駆動コーム電極５３に対応するように、前記固定コーム電極５４は、任意線Ｉ−Ｉを中心として、それぞれ左右に分割されている。
前記のような構造のＭＥＭＳスキャナによれば、前記Ｉ−Ｉ線を中心として、それぞれ左右に配置された駆動コーム電極５３と固定コーム電極５４の間の静電気力により、前記ステージ５１ａがシーソー運動をし、これにより、ミラー面５１に入射された光が、ミラー面５１により反射されて走査される。そして、トーションバー５２の弾性係数を利用した自体復原力により、元の位置まで復帰する。
【００１９】
本実施形態による走査角拡大光学システムにおいては、図２及び図３に示すＭＥＭＳスキャナ５０以外にも、ＭＥＭＳスキャナ分野において公知の各種構造からなるＭＥＭＳスキャナを適用してもよい。
図に示すように、走査角拡大光学システムにおいて、前記曲面ミラー３０は、楕円鏡であり、前記第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０は、この曲面ミラー３０の焦点ｆ１、ｆ２に配置されることが好ましい。図１の仮想線は、前記曲面ミラー３０が楕円鏡であることを示している。
このように曲面ミラー３０として楕円鏡を備え、第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０をこの曲面ミラー３０の焦点ｆ１、ｆ２に配置させた場合、焦点ｆ１にある第１スキャナ１０で反射し、曲面ミラー３０に入射された光は、入射角に関係なく常に曲面ミラー３０で反射して、もう一つの焦点ｆ２にある第２スキャナ２０に入射される。
【００２０】
上述の通りに構成された本発明の一実施形態による走査角拡大光学システムは、次のように走査角を拡大することができる。
図４Ａに示すように、第２スキャナ２０の反射ミラー２１を水平状態に配置して、第１スキャナ１０の反射ミラー１１のみを所定の角度範囲（−δ〜＋δ）内でシーソー運動をするように往復回動させた場合、光は−θ〜＋θの範囲内の走査角で走査される。すなわち、走査角幅は２θとなる。これは、単一のスキャナで走査した場合に相当する。図４Ａに示すように、第１スキャナ１０の反射ミラー１１は、水平状態に比べて、＋δだけ回動させた場合は光の走査角度は−θとなり、さらに、第１スキャナ１０の反射ミラー１１が、水平状態に比べて、−δだけ回動させた場合は光の走査角度は＋θとなる。
【００２１】
図４Ｂでは、第２スキャナ２０の反射ミラー２１を第１スキャナ１０と同期させて、同じ所定の角度範囲（−δ〜＋δ）内で第１スキャナ１０の反射ミラー１１と逆方向に往復回動させた場合、光は、−２θ〜＋２θの範囲内の走査角度で走査される。すなわち、第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０の反射ミラー１１、反射ミラー２１を互いに同期させて、同一角度範囲内で互いに逆方向にシーソー運動をするように往復回動させた場合、走査角度幅は４θとなり、第１スキャナ１０のみを駆動させた場合に比べて２倍に拡大される。すなわち、単一のスキャナのみを駆動する場合に比べて、その走査角はスキャナの数だけ倍加される。図４Ｂに示すように、水平状態に比べて第１スキャナ１０の反射ミラー１１が＋δだけ回動させると同時に、第２スキャナ２０の反射ミラー２１が−δだけ回動させた場合、光の走査角度は−２θとなり、さらに、水平状態に比べて第１スキャナ１０の反射ミラー１１が−δだけ回動させると同時に、第２スキャナ２０の反射ミラー２１が＋δだけ回動させた場合、光の走査角度は＋２θとなる。
【００２２】
したがって、図１に示すように、第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０と、第１スキャナ１０および第２スキャナ２０の間の光路上に曲面ミラー３０とを配置した構造ならば、単一のスキャナのみを使用した場合に比べて走査角が２倍に拡大される。図５は、本発明による走査角拡大光学システムの別の実施形態を示したものである。図５における本発明による走査角拡大光学システムでは、複数のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０と、互いに隣接する２つのスキャナの間に配置された複数の曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を備えてもよい。この場合、複数の曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０から曲面ミラーアレイ２００が構成されている。
【００２３】
前記複数のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の各々には、入射光を反射させて走査させるような、シーソー運動可能な反射ミラーを備え、前記反射ミラーのシーソー運動軸が、入射光ビームの中心を横切るような駆動ミラーデバイス、例えば、本発明の一実施形態のようにＭＥＭＳスキャナを備えているのが好ましく、あるいは、ガルバノメータミラースキャナを備えていてもよい。
【００２４】
前記曲面ミラーアレイ２００は、図５に示すように、複数の曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０が互いに連結されて単一体に形成されたものであってもよく、複数の個別の曲面ミラーが配列されたものであってもよい。
この場合、複数の曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、それぞれ同一な楕円鏡であって、隣接する曲面ミラー同士が焦点を共有するように形成され、前記複数のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０は、前記複数の曲面ミラーの焦点にそれぞれ配置されることが好ましい。例えば、曲面ミラーの数がＮ個ならば、共有焦点Ｎ−１個を含み、全体でＮ＋１個の焦点が存在するため、Ｎ＋１個のスキャナを各々の焦点に位置させればよい。図５で、ｆ１及びｆ６は、非共有焦点を表しており、ｆ２ないしｆ５は、共有焦点を表している。図５の仮想線は、前記曲面ミラーアレイ２００が複数の楕円曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０からなり、隣接する楕円曲面ミラーが互いに焦点を共有するように形成されていることを示す。
【００２５】
図５に示すように、曲面ミラーアレイ２００が５個の曲面ミラー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０からなる場合、４個の共有焦点ｆ２〜ｆ５を含み、全体で６個の焦点ｆ１〜ｆ６が存在する。したがって、この場合には、６個のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０が焦点ｆ１〜ｆ６にそれぞれ配置され、このうちの４個のスキャナ１１０、１２０、１３０、１４０が共有焦点ｆ２〜ｆ５に配置される。このように、本実施形態の走査角拡大光学システムは、２つ以上の曲面ミラーからなる曲面ミラーアレイ及び３つ以上のスキャナを備えることが可能である。
【００２６】
この場合、図１、図４Ａ及び図４Ｂにおいて説明した本発明の一実施形態と同じく、スキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の各々が同一または相異なる所定の角度範囲内でシーソー運動をするように互いに同期化して、同時に、隣接するスキャナがそれぞれ逆方向に往復回動する。このようなスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の駆動については、上述から十分に分かるため、これに関する詳細な説明は省略する。
【００２７】
上記の通り、本発明の別の実施形態による走査角拡大光学システムによれば、前記実施形態の場合と同じく、走査角をスキャナの数だけ倍加させることができる。
図５の場合では、６個のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０が使われているので、各スキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の駆動角度の範囲が−１．５゜〜＋１．５゜であるならば、６個のスキャナ１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０による全体の駆動角の範囲は、−９゜〜＋９゜となる。これにより、単一のスキャナを利用する場合に比べて、走査角を６倍に拡大させることができる。上記の説明通り、本発明の走査角拡大光学システムによれば、走査角をスキャナの数だけ倍加させることができるため、スキャナのミラー寸法に対する設計マージンが確保できる。
【００２８】
すなわち、ラスター走査システムの性能を定義するθＤ ｐｒｏｄｕｃｔを考慮した場合、本実施形態による走査角拡大光学システムによれば、単一のスキャナを使用した場合に比べ、走査角幅をスキャナの数だけ倍加できるため、適正寸法のミラーを有するスキャナを使用することにより、高解像の実現に要求されるθＤ ｐｒｏｄｕｃｔの大きさを達成することが可能となり、高解像、例えば、高鮮明級のディスプレイを実現できる。また、スキャナのミラーの駆動角の範囲を極端に大きくする必要がないため、低駆動電圧で正確な角度制御が容易となる。また、曲面ミラーを使用することにより色収差を減らすことができる。一方、本実施形態による走査角拡大光学システムは、図６に示すように、入射光を集束させる集束レンズ７１と、第１スキャナ１０及び第２スキャナ２０と曲面ミラー３０との間にリレイレンズユニット７３、７５とをさらに備えることもできる。
【００２９】
この場合、第１スキャナ１０は、前記集束レンズ７１の焦点に配置され、第１スキャナ１０とリレイレンズユニット７３との間と、リレイレンズユニット７３と曲面ミラー３０との間は、リレイレンズユニット７３の焦点距離だけ離隔され、曲面ミラー３０とリレイレンズユニット７５との間と、リレイレンズユニット７５と第２スキャナ２０との間は、リレイレンズユニット７５の焦点距離だけ離隔される。
【００３０】
この場合、入射光は、第１スキャナ１０の反射ミラー１１上にフォーカシングされ、第１スキャナ１０の反射ミラー１１より反射する。この反射された光は拡散されて、リレイレンズユニット７３により再び曲面ミラー３０上で集束され、曲面ミラー３０により反射され、拡散された光は、リレイレンズユニット７５により再び第２スキャナ２０の反射ミラー２１上で集束される。そして、この集束光は、第２スキャナ２０の反射ミラー２１により反射されて拡散される。
前記リレイレンズユニット７３、７５は、それぞれ同じ焦点距離を持つ２枚のレンズからなることができる。
【００３１】
この場合、リレイレンズユニット７３の各レンズの焦点距離をｆとすると、一方のレンズと第１スキャナ１０との間と、他方のレンズと曲面ミラー３０との間は、それぞれｆの距離だけ離隔することができる。また、第１スキャナ１０から反射されてリレイレンズユニット７３のレンズに入射された光は、平行光に変わり、他方のレンズによって集束されて曲面ミラー３０上で集束される。リレイレンズユニット７３の一方のレンズと他方のレンズとの距離は２ｆであるのが好ましい。
さらに、リレイレンズユニット７５の各レンズの焦点距離をｆとすると、曲面ミラー３０と一方のレンズとの間と、他方のレンズと第２スキャナ２０との間はｆの距離だけ離隔することができる。曲面ミラー３０から反射されてリレイレンズユニット７５の一方のレンズに入射された光は平行光に変わり、他方のレンズにより集束されて第２スキャナ２０上で集束される。リレイレンズユニット７５の一方のレンズと他方のレンズとの距離も、２ｆである場合が好ましい。
【００３２】
図６は、図１に示す本発明の一実施形態による走査角拡大光学システムにレンズ光学系を応用した例を示している。図５に示した本発明の他の実施形態による走査角拡大光学システムにおいても、図６に示した通り、レンズ光学系を含むことができる。これについては、図６での説明から十分に理解できるので、これに関する重複的な説明を省略する。
【００３３】
以上、本実施形態による走査角拡大光学システムは、少なくとも一つの曲面ミラー、好ましくは、楕円形曲面ミラーを備えることを、図示しつつ説明したが、楕円曲面ミラーの代りに、図７及び図８に示したように、平面ミラー３３０、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０を備えることもできる。図７は、図１に示した走査角拡大光学システムに、曲面ミラー３０の代りに平面ミラー３３０を備えた場合を示している。図８は、図５に示した走査角拡大光学システムに、曲面ミラーアレイ２００の代りに平面ミラーアレイ４００を備えた場合を示している。図８の場合、平面ミラーアレイ４００は、複数の平面ミラー４１０、４２０、４３０、４４０、４５０が、単一ベース部材に不連続的に形成されるか、個別に形成されたものを備えていてもよい。あるいは、単一の平面ミラーを用いて、図８に示した平面ミラーアレイ４００の各平面ミラー４１０、４２０、４３０、４４０、４５０が、この単一平面ミラーの有効ミラー領域を表したものであってもよい。
【００３４】
一方、図７及び図８に示すように、平面ミラーを備える走査角拡大光学システムの場合、図６を参照して説明したようなレンズ光学系を備えることが好ましい。このようなレンズ光学系を備える場合については、上記の説明から十分に理解できるので、これに関する詳細な説明は省略する。以上説明したように、本実施形態による走査角拡大光学システムは、複数のスキャナと、所定のスキャナにより反射された光を隣接するスキャナ側に反射させるような、少なくとも一つのミラーを備える。また、前記ミラーには、楕円曲面ミラーまたは平面ミラーを用いてもよく、その具体的な構成は多様に変更可能である。
【００３５】
上述のように、本発明の多様な実施形態による走査角拡大光学システムは、スキャニング装置、例えば、レーザスキャニング装置に適用可能である。
つまり、前記走査角拡大光学システムを、スキャナユニットとして使用することができる。前記走査角拡大光学システムからなる単一のスキャナユニットを備える場合、スキャニング装置は、スキャナユニットに光を走査させて、１次元イメージを形成するような装置、例えば、バーコードスキャニング装置として用いることができる。
【００３６】
また、二つのスキャナユニットを備え、この二つのスキャナユニットのうち少なくともいずれか一方が前記走査角拡大光学システムを備え、さらに、この二つのスキャナユニットのうちいずれか一方が、光を水平方向に走査する水平スキャナユニットであり、他方が、光を垂直方向に走査する垂直スキャナユニットである場合は、前記スキャニング装置を、２次元イメージを形成する装置、例えば、プロジェクション装置として用いることができる。
図９は、本発明による走査角拡大光学システムを適用した２次元レーザスキャニング装置の別の実施形態を示している。
【００３７】
図９を参照すれば、本発明によるスキャニング装置は、照明系６００と、光を水平方向に走査する水平スキャナユニット７００（特許請求記載の第１スキャナユニットに相当）と、光を垂直方向に走査する垂直スキャナユニット８００（特許請求記載の第２スキャナユニットに相当）とを含む。
前記照明系６００は、レーザ光源を使用するレーザ照明系であることが好ましい。前記照明系６００は、図９に示すように、波長別複数のレーザ光を、光路を分離して出力する複数のレーザ光源ユニットと、この複数のレーザ光源ユニットから出力される相異なる波長のレーザ光の光路を結合するための色光結合器６１５とを含むことができる。
前記複数のレーザ光源ユニットは、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂレーザ光を、光路を分離して出力する第１ないし第３レーザ光源ユニット６１０、６３０、６５０を含むことができる。
【００３８】
前記第１ないし第３レーザ光源ユニット６１０、６３０、６５０は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ波長のレーザ光を出射するレーザ光源を含むことができる。このレーザ光源としては、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長のレーザ光を出射する半導体レーザを備えることが好ましい。このように、レーザ光源として半導体レーザを備える場合、画像信号によって各波長のレーザ光出力を変調させて出力できるという利点がある。レーザ光源として、半導体レーザ以外に他のレーザ光源、例えば、固体レーザを備えられる。レーザ光源として、半導体レーザ以外に他のレーザ光源を備える場合には、このレーザ光源の前に各波長のレーザ光を画像信号によって変調させる別途の変調器（図示せず）を配置させることが好ましい。なお、半導体レーザを備える場合にも、レーザ光源の前に変調器を別途配置することができる。
【００３９】
前記色光結合器６１５は、例えば、第１ないし第３異色ミラー６２０、６４０、６６０を備えることができる。図９を参照して説明すれば、第１異色ミラー６２０は、第１レーザ光源ユニット６１０から出射される赤色レーザ光（Ｒ）を反射させる。第２異色ミラー６４０は、第２レーザ光源ユニット６３０から出射される緑色レーザ光（Ｇ）を反射させつつ、第１異色ミラー６２０側から入射される赤色レーザ光（Ｒ）は透過させて、赤色及び緑色レーザ光（Ｒ＋Ｇ）の光路を一致させる。第３異色ミラー６６０は、第３レーザ光源ユニット６５０から出射される青色レーザ光（Ｂ）を反射させ、第２異色ミラー６４０側から入射される赤色及び緑色レーザ光（Ｒ＋Ｇ）は透過させて、赤色、緑色及び青色レーザ光（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）の光路を一致させる。このような色光結合器６１５により第１ないし第３レーザ光源ユニット６１０、６３０、６５０から出射される赤色、緑色及び青色レーザ光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、その光路を一致させた状態で水平スキャナユニット７００に入射される。ここで、前記第１異色ミラー６２０の代りに全反射ミラーを配置することも可能である。
【００４０】
前記のようにレーザ光源を使用する前記照明系６００は、画像信号によって変調された複数の波長別レーザ光、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂレーザ光を同じ単一光路に出射する。
ここで、図９では、照明系６００がＲ、Ｇ、Ｂレーザ光を出射する３個のレーザ光源を備える場合を示しているが、これは例示に過ぎず、照明系６００の構成は多様に変更可能である。
【００４１】
例えば、本実施形態によるスキャニング装置は、図１０に示すような照明系１６００を備えることもできる。図１０では、照明系１６００は、白色レーザ光を出射するレーザ光源ユニット１６１０と、このレーザ光源ユニット１６１０から出射された白色光を、波長別複数のレーザ光、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂレーザ光に分離するための色光分離器１６５０と、各波長のレーザ光を変調させるための３つの変調器１６６１、１６６３、１６６５と、この変調器１６６１、１６６３、１６６５により変調されたＲ、Ｇ、Ｂ光の光路を結合するための色光結合器１６７０を備えた構成であってもよい。色光分離器１６５０及び色光結合器１６７０は、それぞれ３個の異色ミラー１６５１、１６５３、１６５５と１６７１、１６７３、１６７５からなることができる。また、色光分離器１６５０は例えば、青色レーザ光（Ｂ）を反射させるために、異色ミラー１６５５の代りに全反射ミラーを備えることもできる。また、色光結合器１６７０は、赤色レーザ光（Ｒ）を反射させるために、異色ミラー１６７１の代りに全反射ミラーを備えることもできる。再び図９を参照して、水平スキャナユニット７００は、前記照明系６００から走査される光を画面５００の水平方向に走査する。前記水平スキャナユニット７００は、高速で走査するように設けるのが好ましい。この水平スキャナユニット７００としては、本実施形態による走査角拡大光学システムを備えるのが好ましい。図９では、水平スキャナユニット７００として、図５に示す走査角拡大光学システムを装備した例を示す。
【００４２】
それ以外にも、前記水平スキャナユニット７００として、前述した本発明の多様な実施形態による走査角拡大光学システムのうちいずれか一つを適用でき、このような多様な変更例については、図９及び前記走査角拡大光学システムの多様な実施形態から十分に理解可能であるので、その図示及び詳細な説明を省略する。
【００４３】
なお、前記水平スキャナユニット７００として、本実施形態による走査角拡大光学システムの代わりにガルバノメータミラースキャナユニットを装備することもできる。
前記垂直スキャナユニット８００は、水平スキャナユニット７００を経由して入射される光を画面５００の垂直方向に走査するためのものであり、水平スキャナユニット７００よりも低速の走査速度で走査するように設けられる。図９では、垂直スキャナユニット８００に、ガルバノメータミラーシステムを装備した例を示す。前記垂直スキャナユニット８００として、前述した本発明の多様な実施形態による走査角拡大光学システムのうちいずれか一つを適用することも可能である。
【００４４】
本発明による走査角拡大光学システムでの走査速度は、スキャナ、例えば、ＭＥＭＳスキャナの駆動速度により定められる。したがって、水平スキャナユニット７００だけでなく、垂直スキャナユニット８００としても、本発明による走査角拡大光学システムを適用でき、この場合には、垂直スキャナユニット８００が水平スキャナユニット７００よりも相対的に低速で走査されるように、ＭＥＭＳスキャナの駆動速度を制御すればよい。なお、垂直スキャナユニット８００として、本発明の走査角拡大光学システムを適用し、水平スキャナユニット７００として、他の種類のスキャナを備えることもできる。
以上では、図９を参照して、本発明による走査角拡大光学システムを、水平スキャナユニット７００及び垂直スキャナユニット８００のいずれかに使用する例を説明した。図９の光学的構成は、本実施形態の一例を示したものであって、本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置の光学的構成は、本発明の技術的思想範囲内で多様に変更可能である。
【００４５】
上記の説明通り、本発明による走査角拡大光学システムをスキャニング装置に適用した場合、水平スキャナユニット及び垂直スキャナユニットにより光を走査して、２次元プロジェクションイメージを形成するプロジェクション装置、例えば、プロジェクタまたはプロジェクションテレビのようなプロジェクションディスプレイとして用いることができる。
この場合、前記照明系６００または１６００にレーザ光源を利用するならば、プロジェクション装置は、レーザプロジェクション装置となる。
【００４６】
また、本発明の走査角拡大光学システムをスキャニング装置に適用した場合の別例として、一つのスキャナユニットを装備することで、１次元イメージ形成装置として用いることも可能である。
以上、本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置がレーザ照明系を備えた場合を例として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置は、例えば、ＬＥＤのような発光素子を光源に用いた照明系を備えることもできる。
【００４７】
以上では、本発明の多様な実施形態による走査角拡大光学システム及びそれを適用したスキャニング装置について、図面に示す光学的構成に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その光学的構成は多様に変更可能である。例えば、本発明のスキャニング装置では、さらに集束レンズ、リレイレンズなどを適切な位置に備えることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置は、水平スキャナユニット及び垂直スキャナユニットにより光を走査して、２次元プロジェクションイメージを形成するプロジェクタまたはプロジェクションテレビのようなプロジェクションディスプレイとして用いることが可能である。
また、本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置は、一つのスキャナユニットを備えることで、１次元イメージ形成装置としても用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による走査角拡大光学システムの一実施形態を示した図面である。
【図２】大韓民国特許第０４−８６７０４号明細書に開示されたＭＥＭＳスキャナの斜視図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線の断面図である。
【図４Ａ】図１の走査角拡大光学システムでの走査角拡大の原理を説明するための図である。
【図４Ｂ】図１の走査角拡大光学システムでの走査角拡大の原理を説明するための図である。
【図５】本発明による走査角拡大光学システムの別の実施形態を示した図である。
【図６】本発明による走査角拡大光学システムの別の実施形態を示した図である。
【図７】本発明による走査角拡大光学システムの別の実施形態を示した図である。
【図８】本発明による走査角拡大光学システムの別の実施形態を示した図である。
【図９】本発明による走査角拡大光学システムを適用したスキャニング装置の一実施形態を示した図である。
【図１０】図９に適用可能な照明系の別例を示した図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０、２０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０  スキャナ
１１、２１  ミラー
３０、２１０、２２０、２３０、２４０、２５０  楕円曲面ミラー
５０  ＭＥＭＳスキャナ
２００  楕円曲面ミラーアレイ
３３０、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０  平面ミラー
６００、１６００  照明系
７００  水平スキャナユニット
８００  垂直スキャナユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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