JP2004138719A - Two-dimensional scanner and picture display device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To excellently correct TV distortion and trapezoidal distortion. <P>SOLUTION: The TV distortion and the trapezoidal distortion are corrected by tilting and shifting the spherical lens 5b of a scanning optical system 5 guiding luminous flux from a two-dimensional deflector 4 to a surface to be scanned 6 and shifting a spherical lens 5c thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を2次元的に走査することによって2次元画像を投影表示する2次元走査装置ならびにこれを用いた走査型画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
被走査面上を光スポットで2次元的に走査してい2次元画像を形成する2次元走査装置はこれまで種々提案されている。
【0003】
例えば、特開平08−146320号公報では、光源手段から出射した光束を2次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、歪曲特性がf・sinθ特性を成している走査レンズにより被走査面上を2次元的に走査する2次元走査装置が開示されている。これは、走査レンズのf・sinθ特性と電気的な補正とにより画像の歪みを補正したものである。
【0004】
また、特開2000−281583号公報では、光源から発せられた光を偏向手段により偏向し、光学パワーを有し偏心した非回転対称面を含む2面以上の反射面を有する光学部材を含んだ走査光学系により被走査面上を2次元走査する例が開示されている。これは、光学パワーを有する反射面のレンズ作用と偏向作用とにより、走査光学系を小型化したものである。更に、軸上光線でも偏心によってコマ収差、非点収差等の偏心収差が発生するが、反射面を回転非対称面とすることでこの偏心収差を補正したものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、2次元走査装置は光源手段から発せられた光束を2次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、走査光学系を介して被走査面上に2次元画像を形成している。このとき、光束が偏向手段により2次元的に偏向されることにより、被走査面上の2次元画像が歪むことが一般に知られている。所謂ディストーションである。ディストーションには、台形歪み、等速走査性のディストーションと直進走査性のディストーション、及び被走査面上に描かれた画像の枠が湾曲することを称したTVディストーションとがある。
【0006】
特開平08−146320号公報では、走査光学系のf・sinθ特性と電気的な補正とによりTVディストーションを補正したものであるが、電気的に補正することは困難であった。
【0007】
特開2000−281583号公報では、TVディストーションについて考慮したものではなかった。
【0008】
また、走査光学系を構成する光学部材に光学的パワーを有する被回転対称反射面を有しており、面精度が非常に厳しいという難点があった。また、光学素子の内部に折り返しの光路を確保する必要がある為、光学素子の厚みが増大するという問題があった。更に光学素子をプラスチックで構成した場合には、内部屈折率分布や複屈折の影響を大きく受けることとなり問題であった。
【0009】
そこで、本発明では光学パワーを有した反射面を含まない走査光学系を用いてTVディストーションや台形歪みを補正することができる2次元走査装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光学系における光学的パワーを有する反射面を持たず且つチルト及び/又はシフトした光学素子をTVディストーションならびに台形歪みの補正に用いることを特徴とする。ここで、チルト及び/又はシフトした光学素子とは、偏向手段による光束の2次元偏向範囲の中心にある軸(光線)に対して光軸或いは基準軸がチルト及び/又はシフトした光学素子である。
【0011】
本発明の幾つかの形態は、〔特許請求の範囲〕の〔請求項1〕〜〔請求項8〕のそれぞれに記載されているが、より具体的には、次に述べるような形態がある。
【0012】
〔請求項1〕〜〔請求項8〕のいずれか1項記載の装置において、例えば、光源からの光束を2次元方向に偏向する偏向手段と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に向ける走査光学系とを有し、前記光学系は、前記光束が前記偏向手段によって偏向される範囲の中心の軸に対してチルトした、光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子を有し、前記光源からの光束が前記偏向手段の偏向器の反射面に斜入射するように構成してあり、その際の入射平面に沿う方向に前記2次元方向のうちの一方の1次元方向が対応しており、前記光学素子は、前記入射平面に垂直な軸の回りで、前記偏向器へ前記光束が斜入射する側へチルトしている(傾いている)2次元走査装置において、
(A)前記光学素子は前記偏向器側に凹面を向けたメニスカスレンズである。
(B)前記光学素子は前記一方の1次元方向と該方向に直交する他方の1次元方向とで互いに光学的パワーが異なるアナモフィックレンズである。
(C)前記光学素子は前記一方の1次元方向の光学的パワーが該1次元方向に直交する他方の1次元方向の光学的パワーよりも小さい(好ましくはノンパワーに近い)アナモフィックレンズである。
(D)前記光学素子は非回転対称な非球面を有する非球面レンズである。
(E)前記光学素子は光入射面と光出射面とが互いに偏心している。
(F)前記光学系は複数の光学素子を有し、前記1次元方向において、前記偏向器へ前記光束が斜入射する側をマイナス側、その反対側をプラス側としたとき、前記光学素子は前記マイナス側にチルト及びシフト(変位)しており、他の第2の光学素子はプラス側へシフトしている。
【0013】
前記1次元方向において、前記偏向器へ前記光束が斜入射する側をマイナス側、その反対側をプラス側としたとき、前記光学素子は前記マイナス側にチルトしており、前記光学素子は前記プラス側へシフトしている。
【0014】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1における2次元走査装置の斜視図であり、本実施例1は同装置をプロジェクター等の画像表示装置に使用した例である。
【0015】
図1中、1は光源である。光源1は、レーザダイオード、LED、ランプ等より成り、不図示の駆動回路により例えば画像信号に応じて発光を制御される。光源1から発せられた発散光束は2枚の集光レンズ2a,2bを貼り合わせた集光レンズ系2により収束光束に変換され、開口絞り3によって光束幅を制限されている。4は偏向器であり、例えば、互いに直交する方向に延びる2つの回転軸回りに回動可能な1面の反射面を有し2次元方向に共振可能な偏向器(偏向手段)であり、偏向器4は、光源1から発し、集光レンズ系2、開口絞り3を経て、折り返しミラー7で折り返された光束を、反射して偏向し、水平及び垂直の2次元方向(X,Y方向)に偏向している。偏向器4は不図示の駆動回路により例えば画像信号に応じてその傾斜方向と傾斜角度が制御される。
【0016】
5はfθ特性を有する走査光学系である。走査光学系5は3枚の球面レンズ5a,5b,5cを有しており偏向手段4によって偏向された偏向光束を被走査面6上にスポットとして結像させている。このとき、偏向光束は走査光学系5を介して被走査面6上に導光され、偏向器が水平・垂直方向に共振運動することによって被走査面6上を光走査している。これにより、被走査面6上に2次元画像を表示している。
【0017】
本実施例1の2次元偏向器4は、例えば半導体製造技術などを用いた公知のMEMS(Micro Electro−Mechanical Scanner)であり、非常に小型・軽量である。
【0018】
図2に偏向器4の要部概要図を示すが、同時に示されるものは一例であり、本発明においては偏向器の構成に制限は無い。
【0019】
図2において、4aは反射面であり、ここに光源1からの光束が入射し、反射及び偏向される。反射面4aはY軸方向に延びる第1のトーションバー4bによって第1の筐体4cへ支持されており、第1のトーションバー4bを回転中心軸として反射面4aを水平方向(X軸方向)に振動させることができる。また、第1の筐体4cはX軸方向に延びる第2のトーションバー4dによって第2の筐体4eへ支持されており、第2のトーションバーを回転中心軸として第1の筐体4cならびにそれに支持された反射面4aを垂直方向(Y方向)に振動させることができる。これにより、偏向器4は、2次元光偏向デバイスとして、水平及び垂直の2次元方向に振動可能となる。
【0020】
また、2次元偏向デバイスは、例えば半導体製造技術などを用いたMEMS技術で作製されており、非常に小型・軽量である利点がある。
【0021】
図3は本実施例1における2次元走査装置の垂直断面(YZ断面)図である。ここでは、この垂直断面は偏向器4の反射面4aに光束が斜入射する時の入射平面に対応している。
【0022】
本実施例では、光源1からの光束を偏向器4へ入射させる際、入射光束を垂直方向の下側(図3中偏向器4の右側)から角度15(deg)で偏向器4の反射面4aへ入射させている。偏向器4は2次元光偏向デバイスであり、図2に示した反射面4aを水平方向へ振動させる際の回転中心軸となる第1のトーションバー4bは垂直方向と平行に、反射面4aを垂直方向へ振動させる際の中心軸となる第2のトーションバーは水平方向と平行に配置してある。よって、光源手段1からの光束は第1のトーションバー4bに対して斜入射させていることとなる。このように、偏向手段4の中心軸に対して斜入射させた場合、通常は、被走査面(例えばスクリーン)上に表示された画像はTVディストーションが大きく発生して問題となる。
【0023】
しかしながら、本実施例1においては、球面レンズ5bを反射面4aに入射する光束の入射平面に垂直な軸であるX軸に平行な軸の回りで、偏向器4へ光束が斜入射する側(マイナス側)へ、偏向器4の光束偏向範囲の中心の軸(光線)Aに対してチルト及びシフトさせるとともに、球面レンズ5cを偏向器4へ光束が斜入射する側とは反対側(プラス側)へ、光束偏向範囲の中心の軸(光線)Aに対してシフトさせることにより、このディストーションを良好に補正している。これに関しては、数値例を挙げて後で詳しく述べる。
【0024】
図4は、本実施例1に対する比較例である2次元走査装置の垂直断面図を示す。
【0025】
図4に示す比較例おいては、本実施例と同様に、光源1から発せられた発散光束が集光レンズ系2により収束光束に変換され、開口絞り3によって光束幅を制限され、偏向器4により水平及び垂直の2次元方向に反射・偏向されている。5はfθ特性を有する走査光学系である。走査光学系5は、互いに共軸の3枚の球面レンズ5a,5b,5cを有しており、偏向手段4によって偏向された偏向光束を被走査面6上に光スポットとして結像させている。このとき、偏向器4が水平及び垂直方向に共振運動することにより走査光学系5を介して被走査面6上を光走査している。
【0026】
表1に比較例の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【0027】
比較例では、走査光学系5を構成する3枚の球面レンズ5a,5b,5cはシフトやチルトを与えておらず、被走査面6上に表示される画像の中心へ向かう光束は夫々の球面レンズ5a,5b,5cの光軸を通過する。
【0028】
また、光源1からの光束を垂直断面内の下方から角度15(deg)で偏向器4の反射面へ入射させており、垂直断面において斜入射の方式で光束を偏向器4へ入射させており、被走査面6上では偏向手段5で2次元方向に光走査することによるTVディストーションと偏向器4へ斜入射させたことによる台形歪みとが発生し問題となる。
【0029】
図5に比較例における表示画像(格子)を示した。また、表2に比較例におけるTVディストーションならびに台形歪みの量を示した。
【0030】
図5に示す通り、画像の枠を構成する4本の線のうち、枠の上辺L1及び下辺L2は水平に延びる直線のはずであるが、各辺の中央部が下側に湾曲したTVディストーションが発生している。このとき、TVディストーションは上辺が1.59%、下辺が1.93%であった(表2参照)。また、枠の左辺L3及び右辺L4は垂直に延びる直線のはずであるが、画像の上側から下側にかけて間隔が広がるように傾斜しており、台形歪みが発生している。このとき、台形歪みは左辺・右辺ともに2.11%であった(表2参照)。
【0031】
このように、比較例の構成ではTVディストーションや台形歪みが大きく発生して良好な2次元画像を得ることができない。
【0032】
そこで、本実施例1では前述したとおり、走査光学系を構成する球面レンズ5a,5b,5cのうち、少なくとも1つのレンズをチルトさせ、少なくとも1つのレンズをシフトさせてことにより、TVディストーションならびに台形歪みを良好に補正若しくは問題ない程度に小さくしている。
【0033】
表3に本実施例1の走査光学系5の構成を示すレンズデータを示す。
【0034】
走査光学系5は3枚の球面レンズ5a,5b,5cから成り、偏向器4側から順に第1走査レンズ、第2走査レンズ、第3走査レンズとする。第1走査レンズ5aは負の光学的パワー(屈折力、1/焦点距離)を有し、偏向器4側に凹面を向けたメニスカスレンズである。第2走査レンズ5bは正のパワーを有し偏向器4側に凹面を向けたメニスカスレンズ、第3走査レンズ5cは正のパワーを有し偏向器4側に凹面を向けたメニスカスレンズである。
【0035】
このとき、垂直断面内において第2走査レンズ5bを時計周り(マイナス側)に36.1(deg)チルトさせている。これは、第2走査レンズ5bの光軸が偏向器4へ斜入射する光束L側に傾けており、斜入射する光束Lと平行に近づく方向である。また、第2走査レンズ5bは下側(マイナス側)に4.64(mm)シフトしている。これは、斜入射する光束Lに近づく方向へ移動させている。よって、第2走査レンズ5bは回転中心が偏向器4側にあり、入射光束に近づくようにチルトさせている。このとき、回転中心は第2走査レンズ5bの光入射面から6.36(mm)偏向器4側へ移動した位置(z,x,y)=(11.14,0,0)にある。
【0036】
更に、第3走査レンズ5cを上側(プラス側)に2.76(mm)シフトさせている。これは、入射光束から離れる方向である。
【0037】
図6に本実施例1における表示画像(格子)を示す。また、表4に本実施例におけるTVディストーションならびに台形歪みの量を示す。
【0038】
図6に示した画像のTVディストーションは、枠の上辺L1が0.12%、下辺L2が0.21%であり、比較例では湾曲していた上辺L1ならびに下辺L2をほぼ直線に補正している。また、台形歪みは、左辺・右辺ともに0.10%であり、比較例では傾斜していた線を垂直な線に補正している。このように、走査光学系5を構成する走査レンズに適切なチルトやシフトを与えることにより、TVディストーションと台形歪みを、問題ない程度に小さくし、良好に補正することができる。
【0039】
本実施例1の走査光学系は、特に、第2走査レンズ5bをチルトさせることでTVディストーションを補正し、第2走査レンズ5bならびに第3走査レンズ5cをシフトさせることで台形歪みを補正している。しかし、これらチルトによる補正とシフトによる補正は互いにも影響を与えるので、バランスをとることが重要となる。
【0040】
よって、偏向器4に光源からの光束を斜入射させ、斜入射させた断面内、即ち入射平面内において、走査光学系5を構成する透過型光学素子のうち、少なくとも1つの透過型光学素子をチルトさせ、少なくとも1つの透過型光学素子をシフトさせることにより、被走査面6上に表示された画像のTVディストーションならびに台形歪みを良好に補正し、高品位な画像を表示できる2次元走査装置を提供することができる。
【0041】
また、本実施例1では、チルトさせる走査レンズ(光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子)5bを偏向器4側に凹面を向けたメニスカス形状としている。これにより、走査レンズ5bがチルトした際に、TVディストーション及び台形歪みに与える影響力を保ったまま、像面湾曲に与える影響を軽減することができる。よって、TVディストーションや台形歪みの補正を像面湾曲とは切り分けて補正することが可能となり、TVディストーションならびに台形歪みの補正が容易となる効果がある。
【0042】
本実施例1では偏向手段に2次元方向に共振可能な1つの偏向器4を使う例を挙げたが、これに限ったものではなく、1次元方向に共振する偏向器を2つ組合せて2次元方向に偏向可能な偏向手段としても本実施例1と同等の効果を有することができる。また、偏向器は共振運動するものに限ったものではなく、回転運動する例えばガルバノミラーやポリゴンミラーとしてもよい。
【0043】
本実施例1の走査光学系を構成する3つの光学素子(走査レンズ)の光学面(被走査面へ向けるために光に作用する面)は全て光を透過させつつその波面を制御する屈折面にて構成している。屈折面は反射面に対して1/4の精度で良いことから、製造が容易となるメリットがある。また、反射面はチルトさせた後の光路に取り回しの制約を受けるが、透過型の屈折面はその影響を受けないので、配置の自由度が大きいメリットもある。更に、通常、反射面での反射率と比べて屈折面での透過率が高く、屈折面は光量損失が非常に少ないメリットもあり、特に面数が多い場合に効果的である。また、反射防止膜を付けることにより透過率は非常に高くなる。
【0044】
また、屈折面と反射面とが混在する光学素子では光学素子内部で光路を確保する必要があり、光学素子自体が大型化する問題がある。更に、この大型化の問題は、光学素子をプラスチック成形で作ると生じる屈折率分布や複屈折の影響が大きくでるという問題も生じさせてしまう。
【0045】
しかしながら、本実施例1のように光学面を屈折面にて構成した走査レンズでは光路を確保する必要のないことから薄肉化が可能であり、小型化に有利である。
【0046】
従って、走査光学系に被走査面に光を向ける反射面を持たない光学素子を用いると、前述の特開2001−281583号公報の同反射面を持つ光学部材に比べて、様様な効果を享受できる。また、本発明においては、屈折面の代わりに、或いは屈折面と組み合わせて光を透過回折する回折面を用いる光学素子も、被走査面における画像の歪みを補正するに使用できる。
【0047】
また、本実施例1では、光源手段からの光束をZY平面内において斜入射させたがこれに限ったものでなく、ZX平面内において斜入射させた場合は透過型光学素子をZX平面内においてチルト及び/又はシフトさせることにより、本実施例1と同様にTVディストーションや台形歪みを補正することができ、ZX平面とZY平面の両方において斜入射させた場合は透過型光学素子をZX平面とZY平面の少なくともどちらか一方の1次元方向において透過型光学素子をチルト及び/又はシフトさせることにより、本実施例1と同様にTVディストーションや台形歪みを補正することができる。
【0048】
(実施例2)
図7は本発明の実施例2における2次元走査装置の垂直断面図である。
【0049】
本実施例2と実施例1との相違点は、被走査面6上に表示する画面サイズを大きくした点であり、そのため走査光学系の構成が異なっているが、図7に示す装置は走査光学系を除いて図3の装置と同じ構成を有している。
【0050】
本実施例2は、実施例1と比較して画面サイズを1.4倍大きくできる走査光学系でありながら、全長(偏向器4と被走査面6の間隔)は1.1倍となるだけといった、小型化を図った例である。
【0051】
表5に本実施例2における走査光学系5の構成を表すレンズデータを示す。
【0052】
本実施例2においても、実施例1と同様に、走査光学系5を構成する3枚の走査レンズ5a,5b,5cのうち、第2走査レンズ5bをチルト及びシフトさせ、第3走査レンズ5cをシフトさせることにより、被走査面6上に表示される画像のTVディストーションならびに台形歪みを補正している。このとき、ZY平面である垂直断面内において、第2走査レンズ5bは、偏向器4へ光源手段1からの光束が斜入射する側(マイナス側)に44.38(deg)チルトさせ、且つ偏向器4へ光源手段1からの光束が斜入射する側(マイナス側)へ5.05mmシフトさせている。また、第3走査レンズ5cは偏向手段4へ光源手段1からの光束が斜入射する側とは反対の側(プラス側)へ24.57mmシフトさせている。
【0053】
図8に本実施例2の表示画像(格子)を示し、表6に本実施例2のTVディストーションと台形歪みの量を示す。
【0054】
本実施例2においては、TVディストーションは、画像の枠の上辺で0.12%、下辺で0.24%、左辺で0.11%、右辺で0.11%であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。また、台形歪みは、画像の枠の左辺及び右辺で0.06%であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。
【0055】
また、画面サイズを大きくしつつ全長をコンパクト化したい場合、TVディストーションもしくは台形歪みを補正するには走査レンズ5bのチルト量が大きくなり、走査レンズ5bのチルトに起因する被走査面6上で発生するアスの量も増大する。そこで、本実施例2では、アナモフィックなパワーを有する光学素子を走査光学系の中に含めている。具体的には、第2走査レンズ5bと第3走査レンズ5cの双方の両面共にアナモフィック面に構成したアナモフィックレンズとしている。
【0056】
特に、第2走査レンズ5bにおいては、垂直断面(ZY断面)の光学的パワーを水平断面(ZX断面)の光学的パワーよりも小さくしてノンパワーに近づけて、第2走査レンズ5bがチルトしたことによる垂直断面内の像面湾曲の傾きを低減させている。これにより、第2走査レンズ5bを大きく傾けてTVディストーションならびに台形歪みを良好に補正することができる。また、第3走査レンズ5cもアナモフィックレンズとすることで、アスを補正することができる。
【0057】
チルトさせる走査レンズは偏向手器4に凹を向けたメニスカスレンズとすることが好ましので、第2走査レンズ5bは水平断面および垂直断面共に偏向器4側に凹面を向けたメニスカスな形状をしたアナモフィックレンズである。
【0058】
また、第2走査レンズ5bは、水平断面の曲率半径に対して垂直断面の曲率半径を緩くする(絶対値の大きな曲率半径にする)ことにより、TVディストーションならびに台形歪みを補正する効果を大きくすることができる。
【0059】
このように、アナモフィックな光学的パワーを有する光学素子をチルト及び/又はシフトさせることによりTVディストーションや台形歪みを補正する効果とアスを補正する効果を得ることができ、高品位な大画面が得られる2次元走査装置を提供することができる。
【0060】
特に、チルトさせる光学素子をアナモフィックなパワーとし、チルトさせる断面を第1の断面とし、第1の断面と光軸とに直交する断面を第2の断面としたときに、第1の断面における光学的パワーを第2の断面における光学的パワーよりも小さくしてノンパワーに近づけることにより、チルトさせることの像面湾曲への影響を小さくしてTVディストーションや台形歪みの補正に集中させることができ、TVディストーションや台形歪みを独立して補正することができるメリットがある。
【0061】
本実施例2のように、チルト及び/又はシフトさせた、使用しない部分が多い走査レンズ5b,5cは、使用する部分のみを残してカットすることで、光学箱にコンパクトに収めることができる。
【0062】
(実施例3)
図8は本発明の本実施例3における2次元走査装置の垂直断面図である。
【0063】
本実施例3と実施例2との相違点は、被走査面6上に表示する画面サイズを更に大きくした点であり、本実施例3は、基本的な構成が実施例2と同じであるので、相違点のみ詳しく述べる。
【0064】
本実施例3は、被走査面6上に表示する画面サイズを4.1(inch)としており、実施例2に対して画面サイズを2.86倍大きくした走査光学系を有している。
【0065】
表7に本実施例3の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【0066】
本実施例3では、第2走査レンズ5bを偏向手段4側へ凹を向けたメニスカス形状を有したアナモフィックレンズとし、且つ両面が水平断面(ZX断面)と垂直断面(ZY断面)とで互いに異なる非球面量を有する回転非対称非球面に構成している。
【0067】
また、本実施例における非球面は、光軸方向(Z方向)における変位量Zが、水平方向(X方向)及び垂直方向(Y方向)の各位置において、次式で表現される形状としている。
【0068】
【外1】

Figure 2004138719
【0069】
ここで
z −−−−− z軸に対して平行な面のサグ
CUX,CUY −−−−− それぞれxとyの曲率
KX,KY−−−−− それぞれxとyの円錐係数で、ASP面タイプのKと同様の方法で離心率を求めます。
AR,BR,CR,DR −−−−− 円錐から4次,6次,8次,10次の変形した回転対称部を表します。
AP,BP,CP,DP −−−−− 円錐から4次,6次,8次,10次の変形した非回転対称部を表します。
【0070】
本実施例3は、全長は実施例2に対して2.77倍と画面サイズを大きくした倍率にほぼ等しく、更に偏向器4から第3走査レンズ5cまでの距離を42.00(mm)として実施例2とほぼ等距離に配置している。これは、全長に対する偏向器4から第3走査レンズ5cまでの距離を縮小しており、走査光学系の小型化を図っている。本実施例3において、全長L=175.88(mm)、偏向器4から最も被走査面6の近くに配置された走査レンズ5cまでの距離d=42.00(mm)であり、
d/L=0.24
となって、画面サイズが大きいにも係わらず、非常にコンパクトな2次元走査光学系を構成できている。
【0071】
本実施例3では、第2走査レンズ5bを偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側へ53.74(deg)チルトさせると共に、斜入射する側へ6.42(mm)シフトさせている。更に、第3走査レンズ5cを偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側へ2.76(deg)チルトさせると共に、斜入射する側とは反対側へへ22.49(mm)シフトさせている。
【0072】
図10に本実施例3の表示画像(格子)を示し、表8に本実施例3のTVディストーションと台形歪みの量を示す。
【0073】
本実施例3は、TVディストーションは、画像の上辺で0.23%、下辺で0.36%、左辺で0.12%、右辺で0.12%であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。また、台形歪みは、左辺、右辺共に0.38%であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。
【0074】
本実施例3のようにチルトされる光学素子に回転非対称非球面(屈折面また透過回折面)を用いることで、より効果的にTVディストーションならびに台形歪みを補正することができる。また、本実施例3ではチルト及びシフトさせた透過型光学素子は2つとしたがこれに限ったものではなく、例えば3つ以上の透過型光学素子をチルト及び/又はシフトさせても本発明の効果を十分に得ることができる。
【0075】
(実施例4)
図11は、本発明の実施例4における2次元走査装置の垂直断面図である。
【0076】
本実施例4の実施例1との相違点は、1次元方向に偏向可能な1次元偏向器を2つ用いて2次元偏向手段を構成している点である。
【0077】
本実施例4の2つの偏向器は双方とも、反射面が1つのトーションバーによって筐体に支持されたものであり、図2中の反射面4aと第1のトーションバー4b及び第1の筐体4cから構成される。
【0078】
光源1から発せられた発散光束は、集光レンズ2によって収束光束に変換され、開口絞り3にて光束幅を制限される。偏向器4は垂直方向へ偏向可能な第1の1次元偏向器41と水平方向に偏向可能な第2の1次元偏向器42とで構成されており、光源1からの光束は第1の偏向器41により垂直方向に偏向され、第2の偏向器42により水平方向に偏向され、これにより2次元方向に偏向される。偏向器4により偏向された光束は3枚の走査レンズから成る走査光学系5により被走査面6上に光スポットとして結像される。
【0079】
表9に本実施例4における走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【0080】
本実施例4の走査光学系5も3枚の走査レンズから構成され、偏向器4側から順に第1走査レンズ5a、第2走査レンズ5b、第3走査レンズ5cとしたとき、第1走査レンズ5aは偏向器4側に凹面を向けた負の光学液パワーを有するメニスカスレンズであり、第2走査レンズ5bは偏向器4側に凹面を向けた正の光学的パワーを有するメニスカスレンズであり且つ両面をアナモフィック面で構成しており、第3走査レンズ5cは正の光学的パワーを有する両凸レンズである。
【0081】
本実施例4では、光源1からの光束を、まずは垂直方向に偏向可能な第1の偏向器41に入射させ、次に水平方向に偏向可能な第2の偏向器42へ入射させている。このとき、光源1からの光束は垂直断面内において第1の偏向器41に入射させている。第1の偏向器41の回転中心軸は水平断面内にあり、入射光束と偏向器の反射面の回転中心軸とが別の断面に存在する。しかし、第2の偏向器42の回転中心軸は入射光束同様垂直断面内に存在するので、第1の偏向器41で偏向された光束は第2の偏向器42に斜入射することとなる。これによって、TVディストーションと台形歪みが発生し問題となる。
【0082】
そこで、本実施例4では、垂直断面内において第2走査レンズ5bを、第2の偏向器42へ光源1からの光束が斜入射する側(図11中の時計周り)に42.27(deg)チルトさせ、かつ第2の偏向器42へ光源1からの光束が斜入射する側に(図11中右側)4.02(mm)シフトさせている。また、第3走査レンズ5cを第2走査レンズ5bとは逆側に5.84(mm)シフトさせている。
【0083】
図12に本実施例4の表示画像(格子)を示し、表10に本実施例のTVディストーションと台形歪みの量を示す。
【0084】
本実施例4では、TVディストーションは、上辺で0.29%、下辺で0.17%、左辺で0.11%、右辺で0.11%であり、問題ない程度に小さくし、十分に補正されている。また、台形歪みは、左辺、右辺共に0.18%であり、問題ない程度に小さくし、良好に補正されている。
【0085】
このように、1次元偏向器を2つ用いた2次元偏向手段を用いた場合、後方に配置された1次元偏向器の中心軸(回転軸)に対して光源手段から発せられた光束が斜入射し、TVディストーションならびに台形歪みを発生させて問題となるが、走査光学系を構成する透過型光学素子のうち、光学的パワーを有する反射面を持たない素子を1つチルトさせ、光学的パワーを有する反射面を持たない素子を1つをシフトさせることでTVディストーションならびに台形歪みを補正することができる。
【0086】
(実施例5)
図13は本発明の実施例5における2次元走査装置の垂直断面図である。
【0087】
本実施例5と実施例1との相違点は、走査光学系5を2枚の走査レンズ5a,5bにて構成した点である。
【0088】
表11に本実施例5の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【0089】
本実施例5では、第1走査レンズ5aと第2走査レンズ5bの双方の両面を回転非対称非球面にて構成している。本実施例5における非球面は、光軸方向(Z方向)における変位量Zが、水平方向(X方向)及び垂直方向(Y方向)の各位置において、次式で表現される形状としている。
【0090】
【外2】
Figure 2004138719
【0091】
ここで
z −−−− z軸に平行な面のサグ
c −−−−− 頂点の曲率(CUY)
k −−−− コーニック定数
 −−−−−− xの係数
【0092】
本実施例5おいては、第2走査レンズ5bを、偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側(図14中の時計回り)に21.53(deg)チルトさせ且つ偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側とは反対側へ6.06(mm)シフトさせている。更に、第2走査レンズ5bの光出射面はその光入射面に対して、偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側とは反対側(図23中の反時計回り)に1.60(deg)チルトさせ且つ偏向器4へ光源1からの光束が斜入射する側とは反対側へ0.20(mm)シフトさせている。これにより、被走査面6上に表示される画像のTVディストーションならびに台形歪みを補正している。
【0093】
本実施例5では、特に第2走査レンズ5bを回転非対称非球面レンズで構成し且つ上述のとおりチルト及びシフトさせることにより、1枚のレンズのチルト・シフトのみでTVディストーションならびに台形歪みを良好に補正している。
【0094】
図14に本実施例5の表示画像(格子)を示し、表12に本実施例5のTVディストーションならびに台形歪みの量を示す。TVディストーションは、上辺で0.07%、下辺で0.01%、左辺で0.01%、右辺で0.01%であり、問題ない程度に小さく、極めて良好に補正されている。また、台形歪みは、左辺,右辺共に0.02%であり、問題ない程度に小さく、極めて良好に補正されている。
【0095】
本実施例5のように走査光学系5を構成する透過型光学素子のうち、チルトもしくは、シフトさせる光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子を回転非対称非球面レンズとすることでTVディストーションならびに台形歪みの補正効果を大きくすることができる。また、走査レンズを1枚だけチルト及びシフトさせるだけで、TVディストーションと台形歪みの補正が可能となり、走査光学系5を構成する光学素子の数を削減することができる。
【0096】
本実施例5では、チルト及びシフトさせた走査レンズの回転非対称非球面に(m+n)≦4までの非球面係数を使用したが、これに限ったものではなく、より高次(m+n)≧6の非球面係数を用いることにより、TVディストーション及び台形歪みの補正をより効果的に行うことが可能となる。
【0097】
以上説明した各実施例(レンズデータ)では、各光学素子にガラスレンズを使ったものを例に取ったがこれに限ったものではなく、例えば、射出成型により成形されたプラスチックレンズを少なくとも一枚の光学素子に用いることにより、製造が容易になり、コストダウンが図れる。
【0098】
また、光源手段に青、緑、赤の3色の発光部を備えることにより、2次元カラー画像を表示させることも可能である。これによって、走査型カラー画像表示装置を提供することができる。この場合、青、緑、赤の3色の光を順次/又は同時に偏向器に向けることになる。これ以外にも、白色の光源と青、緑、赤の3色のフィルタを回転可能なターレット上に配置したものとを組み合わせて、青、緑、赤の3色の光を順次/又は同時に偏向器に向けることができる。
【0099】
このように光源手段から青、緑、赤の3色の光を順次/又は同時に偏向手段へ向けつつ偏向器と走査光学系を使ってカラーの2次元画像を形成する際の光源手段や偏向手段の制御方法は公知なので、ここでは詳細な説明はしない。
【0100】
また、偏向手段には2次元方向に共振可能なMEMS偏向デバイスや、1次元方向に共振可能なMEMS偏向デバイスを例に挙げたが、これに限ったものではなく、ガルバノミラーやポリゴンミラーを用いても本発明の効果を十分に得ることができる。
【0101】
また、前述の特開平8−146320号公報に記載があるように電気的にTVディストーションを補正する技術もあるので、この種の電気的な補正と本発明における走査光学系による光学的な補正とを組み合わせて画像の歪みを補正する構成を採ることも可能である。
【0102】
電気的に補正する場合、偏向器を制御する駆動回路(不図示)により2次元走査の際の反射面の傾斜角度を、光学的補正後の残存ディストーションを補正するように、制御する。
【0103】
また、以上説明した各実施例は、被走査面にスクリーン等がありその画像を直接観察する形態の画像表示装置(例えばプロジェクター)を例にとり説明したが、例えば被走査面に形成した画像をリレー光学系等を介して観察形態の画像表示装置(例えばファインダー)にも、本発明は適用できる。
【0104】
【表1】
Figure 2004138719
【0105】
【表2】
Figure 2004138719
【0106】
【表3】
Figure 2004138719
【0107】
【表4】
Figure 2004138719
【0108】
【表5】
Figure 2004138719
【0109】
【表6】
Figure 2004138719
【0110】
【表7】
Figure 2004138719
【0111】
【表8】
Figure 2004138719
【0112】
【表9】
Figure 2004138719
【0113】
【表10】
Figure 2004138719
【0114】
【表11】
Figure 2004138719
【0115】
【表12】
Figure 2004138719
【0116】
【発明の効果】
以上、本発明は、走査光学系における光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子(例えば球面レンズ)をチルト及び/又はシフトさせることにより、TVディストーションや台形歪みを良好に補正することができる。これによって、TVディストーションや台形歪みが良好に補正できた2次元走査装置と、この2次元走査装を用いて高品位な画像を表示することが可能な画像表示装置とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における斜視図
【図2】2次元偏向器(2次元偏向デバイス)の要部概要図
【図3】本発明の実施例1における垂直断面図
【図4】本発明の比較例における垂直断面図
【図5】本発明の比較例における表示画像(格子)
【図6】本発明の実施例1における表示画像(格子)
【図7】本発明の実施例2における垂直断面図
【図8】本発明の実施例2における表示画像(格子)
【図9】本発明の実施例3における垂直断面図
【図10】本発明の実施例3における表示画像(格子)
【図11】本発明の実施例4における垂直断面図
【図12】本発明の実施例4における表示画像(格子)
【図13】本発明の実施例5における垂直断面図
【図14】本発明の実施例5における表示画像(格子)
【符号の説明】
1 光
2 集光レンズ系
3 開口絞り
4 偏向器
5 走査光学系
6 被走査面(スクリーン)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a two-dimensional scanning device for projecting and displaying a two-dimensional image by two-dimensionally scanning light and a scanning image display device using the same.
[0002]
[Prior art]
Various two-dimensional scanning devices that form a two-dimensional image by scanning a scanned surface two-dimensionally with a light spot have been proposed.
[0003]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-146320, a light beam emitted from a light source means is deflected by a deflecting means capable of two-dimensionally deflecting, and a scanning lens having a distortion characteristic of f.sin .theta. There is disclosed a two-dimensional scanning device that scans two-dimensionally. This is obtained by correcting image distortion by f · sin θ characteristics of the scanning lens and electrical correction.
[0004]
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-281585 includes an optical member that deflects light emitted from a light source by a deflecting unit and has two or more reflecting surfaces including an eccentric non-rotationally symmetric surface having optical power. An example in which a scanning optical system scans a scanned surface two-dimensionally is disclosed. This is a downsizing of the scanning optical system by the lens action and the deflection action of the reflecting surface having the optical power. In addition, decentering causes decentering aberrations such as coma and astigmatism even on an axial ray. This decentering aberration is corrected by making the reflecting surface a rotationally asymmetric surface.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the two-dimensional scanning device deflects the light beam emitted from the light source means by the two-dimensionally deflectable deflecting means, and forms a two-dimensional image on the surface to be scanned via the scanning optical system. . At this time, it is generally known that the light beam is two-dimensionally deflected by the deflecting means, so that a two-dimensional image on the surface to be scanned is distorted. This is a so-called distortion. The distortion includes a trapezoidal distortion, a constant-speed scanning distortion and a straight-scanning distortion, and a TV distortion that refers to a curved image frame drawn on the surface to be scanned.
[0006]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-146320, the TV distortion is corrected by the f · sin θ characteristic of the scanning optical system and the electrical correction, but it is difficult to electrically correct the TV distortion.
[0007]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-281585 does not consider TV distortion.
[0008]
In addition, the optical member constituting the scanning optical system has a rotationally symmetric reflection surface having optical power, and has a drawback that surface accuracy is extremely severe. Further, since it is necessary to secure a folded optical path inside the optical element, there is a problem that the thickness of the optical element increases. Further, when the optical element is made of plastic, there is a problem that the optical element is greatly affected by the internal refractive index distribution and the birefringence.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a two-dimensional scanning device capable of correcting TV distortion and trapezoidal distortion using a scanning optical system that does not include a reflection surface having optical power.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is characterized in that a tilted and / or shifted optical element having no reflecting surface having optical power in an optical system is used for TV distortion and trapezoidal distortion correction. Here, the tilted and / or shifted optical element is an optical element whose optical axis or reference axis is tilted and / or shifted with respect to an axis (ray) at the center of the two-dimensional deflection range of the light beam by the deflection unit. .
[0011]
Some embodiments of the present invention are described in each of [Claims 1] to [Claim 8] of [Claims], and more specifically, there are the following embodiments. .
[0012]
In the apparatus according to any one of claims 1 to 8, for example, a deflecting unit that deflects a light beam from a light source in a two-dimensional direction, and scans the deflecting light beam deflected by the deflecting device. A scanning optical system for directing light onto a surface, wherein the optical system is tilted with respect to an axis in the center of a range where the light beam is deflected by the deflecting unit, and has no reflecting surface having optical power. And a light beam from the light source is obliquely incident on a reflecting surface of a deflector of the deflecting means, and one of the two-dimensional directions is arranged along a plane of incidence at that time. In a two-dimensional scanning apparatus, the directions correspond, and the optical element is tilted (tilted) around an axis perpendicular to the plane of incidence to a side where the light beam is obliquely incident on the deflector.
(A) The optical element is a meniscus lens having a concave surface facing the deflector.
(B) The optical element is an anamorphic lens having different optical powers in the one-dimensional direction and the other one-dimensional direction orthogonal to the one-dimensional direction.
(C) The optical element is an anamorphic lens in which the optical power in one one-dimensional direction is smaller (preferably close to non-power) than the optical power in the other one-dimensional direction orthogonal to the one-dimensional direction.
(D) The optical element is an aspheric lens having a non-rotationally symmetric aspheric surface.
(E) In the optical element, the light entrance surface and the light exit surface are eccentric to each other.
(F) The optical system has a plurality of optical elements. In the one-dimensional direction, when the side on which the light beam is obliquely incident on the deflector is a minus side and the opposite side is a plus side, the optical element is The second optical element is tilted and shifted (displaced) to the minus side, and is shifted to the plus side.
[0013]
In the one-dimensional direction, when the side on which the light beam is obliquely incident on the deflector is a minus side and the opposite side is a plus side, the optical element is tilted to the minus side, and the optical element is the plus side. Has shifted to the side.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view of a two-dimensional scanning device according to a first embodiment of the present invention. The first embodiment is an example in which the two-dimensional scanning device is used for an image display device such as a projector.
[0015]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source. The light source 1 includes a laser diode, an LED, a lamp, and the like, and light emission is controlled by a drive circuit (not shown) according to, for example, an image signal. The divergent light beam emitted from the light source 1 is converted into a convergent light beam by a condenser lens system 2 in which two condenser lenses 2a and 2b are bonded, and the light beam width is limited by an aperture stop 3. Reference numeral 4 denotes a deflector, for example, a deflector (deflecting means) having one reflecting surface rotatable around two rotation axes extending in directions orthogonal to each other and capable of resonating in a two-dimensional direction. The reflector 4 reflects and deflects the light flux emitted from the light source 1 and passed through the condenser lens system 2 and the aperture stop 3 and returned by the return mirror 7, and performs two-dimensional horizontal and vertical directions (X and Y directions). Is deflected. The tilt direction and tilt angle of the deflector 4 are controlled by a drive circuit (not shown) according to, for example, an image signal.
[0016]
Reference numeral 5 denotes a scanning optical system having fθ characteristics. The scanning optical system 5 has three spherical lenses 5a, 5b, 5c, and forms an image of the deflected light beam deflected by the deflecting means 4 as a spot on the surface 6 to be scanned. At this time, the deflected light beam is guided onto the surface 6 to be scanned via the scanning optical system 5, and the deflector resonates in the horizontal and vertical directions to optically scan the surface 6 to be scanned. Thus, a two-dimensional image is displayed on the scanned surface 6.
[0017]
The two-dimensional deflector 4 of the first embodiment is a known MEMS (Micro Electro-Mechanical Scanner) using, for example, a semiconductor manufacturing technique, and is extremely small and lightweight.
[0018]
FIG. 2 shows a schematic diagram of a main part of the deflector 4, which is shown at the same time as an example, and the configuration of the deflector is not limited in the present invention.
[0019]
In FIG. 2, reference numeral 4a denotes a reflection surface, on which a light beam from the light source 1 enters, is reflected and deflected. The reflection surface 4a is supported by the first housing 4c by a first torsion bar 4b extending in the Y-axis direction, and the reflection surface 4a is set in the horizontal direction (X-axis direction) with the first torsion bar 4b as a rotation center axis. Can be vibrated. Further, the first housing 4c is supported by the second housing 4e by a second torsion bar 4d extending in the X-axis direction. The first housing 4c and the second housing 4c have the second torsion bar as a rotation center axis. The reflecting surface 4a supported thereby can be vibrated in the vertical direction (Y direction). Thus, the deflector 4 can vibrate in a horizontal and vertical two-dimensional direction as a two-dimensional light deflecting device.
[0020]
Further, the two-dimensional deflection device is manufactured by MEMS technology using, for example, a semiconductor manufacturing technology, and has an advantage that it is extremely small and lightweight.
[0021]
FIG. 3 is a vertical sectional view (YZ section) of the two-dimensional scanning device according to the first embodiment. Here, this vertical cross section corresponds to the plane of incidence when the light beam is obliquely incident on the reflecting surface 4a of the deflector 4.
[0022]
In this embodiment, when the light beam from the light source 1 is incident on the deflector 4, the incident light beam is reflected from the lower side in the vertical direction (right side of the deflector 4 in FIG. 3) at an angle of 15 (deg) from the reflection surface of the deflector 4. 4a. The deflector 4 is a two-dimensional light deflecting device. A first torsion bar 4b serving as a rotation center axis when the reflecting surface 4a shown in FIG. 2 is vibrated in the horizontal direction is parallel to the vertical direction. A second torsion bar serving as a central axis when vibrating in the vertical direction is arranged parallel to the horizontal direction. Therefore, the light flux from the light source means 1 is obliquely incident on the first torsion bar 4b. As described above, when the light is obliquely incident on the central axis of the deflecting means 4, usually, an image displayed on the surface to be scanned (for example, a screen) has a problem that a large TV distortion occurs.
[0023]
However, in the first embodiment, the side where the light beam is obliquely incident on the deflector 4 around the axis parallel to the X-axis, which is an axis perpendicular to the plane of incidence of the light beam incident on the reflecting surface 4a, through the spherical lens 5b ( It is tilted and shifted with respect to the axis (light ray) A at the center of the light beam deflection range of the deflector 4 to the minus side, and the spherical lens 5c is shifted to the opposite side (plus side) to the side where the light beam obliquely enters the deflector 4. This distortion is favorably corrected by shifting the axis (light ray) A at the center of the light beam deflection range. This will be described later in detail with numerical examples.
[0024]
FIG. 4 is a vertical sectional view of a two-dimensional scanning device which is a comparative example of the first embodiment.
[0025]
In the comparative example shown in FIG. 4, the divergent light beam emitted from the light source 1 is converted into a convergent light beam by the condenser lens system 2, the light beam width is limited by the aperture stop 3, and the deflector is 4, the light is reflected and deflected in two horizontal and vertical directions. Reference numeral 5 denotes a scanning optical system having fθ characteristics. The scanning optical system 5 has three spherical lenses 5a, 5b, and 5c coaxial with each other, and forms an image of the deflected light beam deflected by the deflecting means 4 on the surface 6 to be scanned as a light spot. . At this time, the deflector 4 resonates in the horizontal and vertical directions to optically scan the surface 6 to be scanned via the scanning optical system 5.
[0026]
Table 1 shows lens data representing the configuration of the scanning optical system of the comparative example.
[0027]
In the comparative example, the three spherical lenses 5a, 5b, 5c constituting the scanning optical system 5 do not shift or tilt, and the luminous flux toward the center of the image displayed on the surface 6 to be scanned is the spherical surface. It passes through the optical axes of the lenses 5a, 5b, 5c.
[0028]
Further, the light beam from the light source 1 is incident on the reflecting surface of the deflector 4 at an angle of 15 (deg) from below in the vertical cross section, and the light beam is incident on the deflector 4 in the vertical cross section by oblique incidence. On the surface 6 to be scanned, a TV distortion caused by optical scanning in the two-dimensional direction by the deflecting means 5 and a trapezoidal distortion caused by obliquely entering the deflector 4 occur.
[0029]
FIG. 5 shows a display image (grating) in the comparative example. Table 2 shows the amounts of TV distortion and trapezoidal distortion in Comparative Examples.
[0030]
As shown in FIG. 5, among the four lines constituting the frame of the image, the upper side L1 and the lower side L2 of the frame should be horizontally extending straight lines, but the TV distortion in which the center of each side is curved downward. Has occurred. At this time, the TV distortion was 1.59% on the upper side and 1.93% on the lower side (see Table 2). Further, the left side L3 and the right side L4 of the frame should be straight lines extending vertically, but are inclined so that the interval increases from the upper side to the lower side of the image, and trapezoidal distortion occurs. At this time, the trapezoidal distortion was 2.11% for both the left and right sides (see Table 2).
[0031]
As described above, in the configuration of the comparative example, TV distortion and trapezoidal distortion are largely generated, and a good two-dimensional image cannot be obtained.
[0032]
Therefore, in the first embodiment, as described above, at least one of the spherical lenses 5a, 5b, and 5c constituting the scanning optical system is tilted and at least one lens is shifted, so that the TV distortion and the trapezoidal shape are obtained. The distortion is satisfactorily corrected or reduced to the extent that no problem occurs.
[0033]
Table 3 shows lens data indicating the configuration of the scanning optical system 5 of the first embodiment.
[0034]
The scanning optical system 5 includes three spherical lenses 5a, 5b, and 5c, which are referred to as a first scanning lens, a second scanning lens, and a third scanning lens in this order from the deflector 4 side. The first scanning lens 5a is a meniscus lens having negative optical power (refractive power, 1 / focal length) and having a concave surface facing the deflector 4 side. The second scanning lens 5b is a meniscus lens having a positive power and having a concave surface facing the deflector 4 side, and the third scanning lens 5c is a meniscus lens having a positive power and having a concave surface facing the deflector 4 side.
[0035]
At this time, the second scanning lens 5b is tilted clockwise (minus side) by 36.1 (deg) in the vertical section. This is a direction in which the optical axis of the second scanning lens 5b is inclined toward the light beam L obliquely incident on the deflector 4, and approaches the light beam L obliquely incident. The second scanning lens 5b is shifted 4.64 (mm) downward (minus side). This moves in a direction approaching the obliquely incident light flux L. Therefore, the rotation center of the second scanning lens 5b is on the deflector 4 side, and is tilted so as to approach the incident light beam. At this time, the rotation center is located at a position (z, x, y) = (11.14, 0, 0) moved to the deflector 4 side by 6.36 (mm) from the light incident surface of the second scanning lens 5b.
[0036]
Further, the third scanning lens 5c is shifted upward (plus side) by 2.76 (mm). This is the direction away from the incident light beam.
[0037]
FIG. 6 shows a display image (grating) according to the first embodiment. Table 4 shows the amounts of TV distortion and trapezoidal distortion in this example.
[0038]
The TV distortion of the image shown in FIG. 6 is such that the upper side L1 of the frame is 0.12% and the lower side L2 is 0.21%. In the comparative example, the curved upper side L1 and lower side L2 are corrected to be substantially straight lines. I have. The trapezoidal distortion is 0.10% for both the left and right sides. In the comparative example, the inclined line is corrected to a vertical line. As described above, by giving an appropriate tilt or shift to the scanning lens constituting the scanning optical system 5, the TV distortion and the trapezoidal distortion can be reduced to a level that does not cause any problem, and the correction can be performed well.
[0039]
The scanning optical system of the first embodiment corrects the TV distortion by tilting the second scanning lens 5b, and corrects the trapezoidal distortion by shifting the second scanning lens 5b and the third scanning lens 5c. I have. However, since the tilt correction and the shift correction affect each other, it is important to balance them.
[0040]
Therefore, the light beam from the light source is obliquely incident on the deflector 4, and at least one transmission optical element of the transmission optical elements constituting the scanning optical system 5 is provided in the obliquely incident cross section, that is, in the incident plane. By tilting and shifting at least one transmission optical element, a two-dimensional scanning apparatus capable of satisfactorily correcting TV distortion and trapezoidal distortion of an image displayed on the surface 6 to be scanned and displaying a high-quality image is provided. Can be provided.
[0041]
In the first embodiment, the scanning lens (optical element having no reflecting surface having optical power) 5b to be tilted has a meniscus shape with the concave surface facing the deflector 4 side. Thereby, when the scanning lens 5b is tilted, the influence on the field curvature can be reduced while maintaining the influence on the TV distortion and the trapezoidal distortion. Therefore, it is possible to correct the TV distortion and the trapezoidal distortion separately from the curvature of field, and it is possible to easily correct the TV distortion and the trapezoidal distortion.
[0042]
In the first embodiment, an example in which one deflector 4 capable of resonating in the two-dimensional direction is used as the deflecting means, but the present invention is not limited to this. The same effect as that of the first embodiment can be obtained as a deflecting unit that can deflect in the dimensional direction. Further, the deflector is not limited to the one that resonates, but may be a galvanomirror or a polygon mirror that rotates.
[0043]
The optical surfaces (surfaces acting on light to be directed to the surface to be scanned) of the three optical elements (scanning lenses) constituting the scanning optical system of the first embodiment are all refractive surfaces that transmit light and control the wavefront thereof. It consists of. The refracting surface has a merit that the manufacturing is easy since the refracting surface has a precision of 1/4 of the reflecting surface. In addition, the reflection surface is restricted in the arrangement of the optical path after the tilt, but the transmission type refraction surface is not affected by the restriction. Furthermore, the transmittance on the refraction surface is higher than the reflectance on the reflection surface, and the refraction surface has an advantage that the loss of light amount is very small, and is particularly effective when the number of surfaces is large. Further, the transmittance becomes extremely high by attaching the antireflection film.
[0044]
Further, in an optical element in which a refracting surface and a reflecting surface are mixed, it is necessary to secure an optical path inside the optical element, and there is a problem that the optical element itself becomes large. Further, the problem of the enlargement also causes a problem that the influence of the refractive index distribution and birefringence generated when the optical element is formed by plastic molding becomes large.
[0045]
However, the scanning lens in which the optical surface is constituted by a refracting surface as in the first embodiment does not need to secure an optical path, so that it can be made thinner, which is advantageous for miniaturization.
[0046]
Therefore, when an optical element having no reflecting surface for directing light to the surface to be scanned is used in the scanning optical system, various effects can be obtained as compared with the above-described optical member having the reflecting surface in JP-A-2001-281584. it can. In the present invention, an optical element using a diffractive surface that transmits and diffracts light instead of or in combination with the refractive surface can also be used to correct image distortion on the scanned surface.
[0047]
Further, in the first embodiment, the light beam from the light source means is obliquely incident on the ZY plane. However, the present invention is not limited thereto. By tilting and / or shifting, TV distortion and trapezoidal distortion can be corrected in the same manner as in the first embodiment. When oblique incidence is performed on both the ZX plane and the ZY plane, the transmission optical element is shifted to the ZX plane. By tilting and / or shifting the transmission optical element in at least one one-dimensional direction of the ZY plane, TV distortion and trapezoidal distortion can be corrected as in the first embodiment.
[0048]
(Example 2)
FIG. 7 is a vertical sectional view of the two-dimensional scanning device according to the second embodiment of the present invention.
[0049]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the screen size displayed on the surface 6 to be scanned is increased. Therefore, the configuration of the scanning optical system is different. It has the same configuration as the device of FIG. 3 except for the optical system.
[0050]
The second embodiment is a scanning optical system capable of increasing the screen size by 1.4 times as compared with the first embodiment, but the total length (the distance between the deflector 4 and the surface 6 to be scanned) is only 1.1 times. This is an example of miniaturization.
[0051]
Table 5 shows lens data representing the configuration of the scanning optical system 5 in the second embodiment.
[0052]
In the second embodiment, as in the first embodiment, of the three scanning lenses 5a, 5b, and 5c constituting the scanning optical system 5, the second scanning lens 5b is tilted and shifted, and the third scanning lens 5c is moved. Are shifted, the TV distortion and the trapezoidal distortion of the image displayed on the scanned surface 6 are corrected. At this time, in the vertical section which is the ZY plane, the second scanning lens 5b tilts the light beam from the light source means 1 obliquely into the deflector 4 (44.38 (deg)) on the side (minus side) and deflects. The light beam from the light source means 1 is shifted 5.05 mm to the obliquely incident side (negative side) to the container 4. The third scanning lens 5c is shifted by 24.57 mm to the side (plus side) opposite to the side on which the light beam from the light source unit 1 is obliquely incident on the deflecting unit 4.
[0053]
FIG. 8 shows a display image (grating) of the second embodiment, and Table 6 shows TV distortions and trapezoidal distortion amounts of the second embodiment.
[0054]
In the second embodiment, the TV distortion is 0.12% on the upper side of the image frame, 0.24% on the lower side, 0.11% on the left side, and 0.11% on the right side, which are small enough to cause no problem. , Has been well corrected. The trapezoidal distortion is 0.06% on the left and right sides of the image frame, is small enough to cause no problem, and is well corrected.
[0055]
Further, when it is desired to reduce the overall length while increasing the screen size, the tilt amount of the scanning lens 5b increases to correct TV distortion or trapezoidal distortion, and the tilt amount of the scanning lens 5b is generated on the scanned surface 6 due to the tilt of the scanning lens 5b. The amount of ass produced increases. Therefore, in the second embodiment, an optical element having anamorphic power is included in the scanning optical system. Specifically, both of the second scanning lens 5b and the third scanning lens 5c are anamorphic lenses formed on the anamorphic surface.
[0056]
In particular, in the second scanning lens 5b, the optical power in the vertical section (ZY section) is made smaller than the optical power in the horizontal section (ZX section) to approach non-power, and the second scanning lens 5b tilts. This reduces the inclination of the curvature of field in the vertical section. This makes it possible to satisfactorily correct the TV distortion and the trapezoidal distortion by tilting the second scanning lens 5b greatly. In addition, assembling can be corrected by using the third scanning lens 5c as an anamorphic lens.
[0057]
Since the scanning lens to be tilted is preferably a meniscus lens having a concave surface directed to the deflector 4, the second scanning lens 5b has a meniscus shape with a concave surface facing the deflector 4 side in both horizontal and vertical sections. An anamorphic lens.
[0058]
In addition, the second scanning lens 5b increases the effect of correcting TV distortion and trapezoidal distortion by making the radius of curvature of the vertical section smaller than the radius of curvature of the horizontal section (making the radius of curvature larger in absolute value). be able to.
[0059]
As described above, by tilting and / or shifting the optical element having anamorphic optical power, the effect of correcting TV distortion and trapezoidal distortion and the effect of correcting astigmatism can be obtained, and a high-quality large screen can be obtained. A two-dimensional scanning device can be provided.
[0060]
In particular, when an optical element to be tilted has anamorphic power, a section to be tilted is a first section, and a section orthogonal to the first section and the optical axis is a second section, the optical section in the first section is By making the optical power smaller than the optical power in the second cross section and approaching the non-power, the influence of tilting on the field curvature can be reduced and the focus can be concentrated on the correction of TV distortion and trapezoidal distortion. , TV distortion and trapezoidal distortion can be independently corrected.
[0061]
As in the second embodiment, the scanning lenses 5b and 5c, which are tilted and / or shifted and have many unused portions, can be compactly stored in an optical box by cutting while leaving only the used portions.
[0062]
(Example 3)
FIG. 8 is a vertical sectional view of the two-dimensional scanning device according to the third embodiment of the present invention.
[0063]
The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the screen size displayed on the scanned surface 6 is further increased, and the third embodiment has the same basic configuration as the second embodiment. Therefore, only the differences will be described in detail.
[0064]
In the third embodiment, the screen size to be displayed on the scanned surface 6 is 4.1 (inch), and the scanning optical system has a screen size 2.86 times larger than that of the second embodiment.
[0065]
Table 7 shows lens data representing the configuration of the scanning optical system of the third embodiment.
[0066]
In the third embodiment, the second scanning lens 5b is an anamorphic lens having a meniscus shape concave toward the deflecting means 4, and both surfaces are different from each other in a horizontal section (ZX section) and a vertical section (ZY section). It is configured as a rotationally asymmetric aspherical surface having an aspherical amount.
[0067]
Further, the aspherical surface in the present embodiment has a shape in which the displacement amount Z in the optical axis direction (Z direction) is expressed by the following equation at each position in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction). .
[0068]
[Outside 1]
Figure 2004138719
[0069]
here
z −−−−− サ Sag of plane parallel to z axis
CUX, CUY {−−−−−} Curvature of x and y respectively
KX, KY-----Estimate the eccentricity using the same method as for the ASP surface type K, using the cone coefficients of x and y, respectively.
AR, BR, CR, DR − − 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 − 4 4 − 4 4 4 4 − − 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
AP, BP, CP, DP {---------} Represents the transformed non-rotationally symmetric part of the fourth, sixth, eighth and tenth order from the cone.
[0070]
In the third embodiment, the total length is 2.77 times that of the second embodiment, which is almost equal to the magnification obtained by increasing the screen size, and the distance from the deflector 4 to the third scanning lens 5c is 42.00 (mm). They are arranged at substantially the same distance as in the second embodiment. This reduces the distance from the deflector 4 to the third scanning lens 5c with respect to the entire length, thereby miniaturizing the scanning optical system. In the third embodiment, the total length L is 175.88 (mm), and the distance d from the deflector 4 to the scanning lens 5c disposed closest to the surface 6 to be scanned is d = 42.00 (mm).
d / L = 0.24
Thus, a very compact two-dimensional scanning optical system can be configured despite the large screen size.
[0071]
In the third embodiment, the second scanning lens 5b is tilted 53.74 (deg) to the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters the deflector 4 and is shifted 6.42 (mm) to the side where the oblique incidence occurs. ing. Further, the third scanning lens 5c is tilted by 2.76 (deg) to the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters the deflector 4, and shifted by 22.49 (mm) to the side opposite to the obliquely incident side. Let me.
[0072]
FIG. 10 shows a display image (grating) of the third embodiment, and Table 8 shows TV distortion and trapezoidal distortion amounts of the third embodiment.
[0073]
In the third embodiment, the TV distortion is 0.23% on the upper side of the image, 0.36% on the lower side, 0.12% on the left side, and 0.12% on the right side. Has been corrected. The trapezoidal distortion is 0.38% for both the left and right sides, is small enough to cause no problem, and is well corrected.
[0074]
By using a rotationally asymmetric aspherical surface (refractive surface or transmission diffraction surface) for the tilted optical element as in the third embodiment, TV distortion and trapezoidal distortion can be more effectively corrected. In the third embodiment, two transmission optical elements are tilted and shifted. However, the present invention is not limited to this. For example, even if three or more transmission optical elements are tilted and / or shifted, The effect can be sufficiently obtained.
[0075]
(Example 4)
FIG. 11 is a vertical sectional view of the two-dimensional scanning device according to the fourth embodiment of the present invention.
[0076]
The difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that a two-dimensional deflecting unit is configured using two one-dimensional deflectors that can deflect in a one-dimensional direction.
[0077]
Each of the two deflectors of the fourth embodiment has a reflection surface supported by the housing by one torsion bar, and the reflection surface 4a, the first torsion bar 4b, and the first housing in FIG. It is composed of a body 4c.
[0078]
The divergent light beam emitted from the light source 1 is converted into a convergent light beam by the condenser lens 2, and the light beam width is limited by the aperture stop 3. The deflector 4 includes a first one-dimensional deflector 41 that can deflect in the vertical direction and a second one-dimensional deflector 42 that can deflect in the horizontal direction. The light is deflected in the vertical direction by the deflector 41 and is deflected in the horizontal direction by the second deflector 42, thereby being deflected in the two-dimensional direction. The light beam deflected by the deflector 4 is imaged as a light spot on a scanned surface 6 by a scanning optical system 5 including three scanning lenses.
[0079]
Table 9 shows lens data representing the configuration of the scanning optical system in the fourth embodiment.
[0080]
The scanning optical system 5 according to the fourth embodiment also includes three scanning lenses. When the first scanning lens 5a, the second scanning lens 5b, and the third scanning lens 5c are sequentially arranged from the deflector 4 side, the first scanning lens 5a is a meniscus lens having a negative optical liquid power with a concave surface facing the deflector 4 side, the second scanning lens 5b is a meniscus lens with a positive optical power having a concave surface facing the deflector 4 and Both surfaces are constituted by anamorphic surfaces, and the third scanning lens 5c is a biconvex lens having a positive optical power.
[0081]
In the fourth embodiment, the light beam from the light source 1 is first made incident on the first deflector 41 which can be deflected in the vertical direction, and then is made incident on the second deflector 42 which can be deflected in the horizontal direction. At this time, the light beam from the light source 1 is incident on the first deflector 41 in the vertical section. The rotation center axis of the first deflector 41 is in a horizontal cross section, and the incident light beam and the rotation center axis of the reflection surface of the deflector exist in different cross sections. However, since the rotation center axis of the second deflector 42 exists in the vertical cross section like the incident light beam, the light beam deflected by the first deflector 41 obliquely enters the second deflector 42. As a result, TV distortion and trapezoidal distortion occur, which is a problem.
[0082]
Therefore, in the fourth embodiment, the second scanning lens 5b is moved to the second deflector 42 in the vertical cross section by 42.27 (deg.) On the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters (clockwise in FIG. 11). ) It is tilted and shifted by 4.02 (mm) to the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters the second deflector 42 (right side in FIG. 11). Further, the third scanning lens 5c is shifted by 5.84 (mm) to the opposite side of the second scanning lens 5b.
[0083]
FIG. 12 shows a display image (grating) of the fourth embodiment, and Table 10 shows the amounts of TV distortion and trapezoidal distortion of the fourth embodiment.
[0084]
In the fourth embodiment, the TV distortion is 0.29% on the upper side, 0.17% on the lower side, 0.11% on the left side, and 0.11% on the right side. Have been. The trapezoidal distortion is 0.18% for both the left side and the right side, which is small enough to cause no problem, and is well corrected.
[0085]
As described above, when the two-dimensional deflecting means using two one-dimensional deflectors is used, the light beam emitted from the light source means is oblique with respect to the central axis (rotation axis) of the one-dimensional deflector arranged behind. Incident, causing TV distortion and trapezoidal distortion, which is problematic. Among the transmission type optical elements constituting the scanning optical system, one element having no reflection surface having optical power is tilted, and the optical power is tilted. The TV distortion and the trapezoidal distortion can be corrected by shifting one of the elements having no reflecting surface having the following.
[0086]
(Example 5)
FIG. 13 is a vertical sectional view of the two-dimensional scanning device according to the fifth embodiment of the present invention.
[0087]
The difference between the fifth embodiment and the first embodiment is that the scanning optical system 5 is composed of two scanning lenses 5a and 5b.
[0088]
Table 11 shows lens data representing the configuration of the scanning optical system of the fifth embodiment.
[0089]
In the fifth embodiment, both surfaces of the first scanning lens 5a and the second scanning lens 5b are constituted by rotationally asymmetric aspheric surfaces. The aspherical surface in the fifth embodiment has a shape in which the displacement Z in the optical axis direction (Z direction) is expressed by the following equation at each position in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction).
[0090]
[Outside 2]
Figure 2004138719
[0091]
here
z --- Sag of plane parallel to z-axis
c-------Curvature of the vertex (CUY)
k −−−− conic constant
Cj −−−−−−−XmynCoefficient
[0092]
In the fifth embodiment, the second scanning lens 5b is tilted by 21.53 (deg) to the side where the light beam from the light source 1 is obliquely incident on the deflector 4 (clockwise in FIG. 14), and the deflector 4 is tilted. The light beam from the light source 1 is shifted 6.06 (mm) to the side opposite to the side obliquely incident. Further, the light exit surface of the second scanning lens 5b is positioned on the opposite side (counterclockwise in FIG. 23) of the light entrance surface from the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters the deflector 4. It is tilted by 60 (deg) and shifted by 0.20 (mm) to the side opposite to the side where the light beam from the light source 1 obliquely enters the deflector 4. Thereby, TV distortion and trapezoidal distortion of the image displayed on the scanned surface 6 are corrected.
[0093]
In the fifth embodiment, in particular, the second scanning lens 5b is formed of a rotationally asymmetric aspherical lens and is tilted and shifted as described above, so that TV distortion and trapezoidal distortion can be satisfactorily achieved only by tilt shift of one lens. It has been corrected.
[0094]
FIG. 14 shows a display image (grating) of the fifth embodiment, and Table 12 shows TV distortion and trapezoidal distortion amounts of the fifth embodiment. The TV distortion is 0.07% on the upper side, 0.01% on the lower side, 0.01% on the left side, and 0.01% on the right side, which are small enough to cause no problem and are corrected very well. The trapezoidal distortion is 0.02% for both the left side and the right side, is small enough to cause no problem, and is corrected very well.
[0095]
As in the fifth embodiment, among the transmission optical elements constituting the scanning optical system 5, an optical element having no reflection surface having an optical power for tilting or shifting is made to be a rotationally asymmetric aspherical lens, so that TV distortion is achieved. In addition, the effect of correcting trapezoidal distortion can be increased. Further, the TV distortion and the trapezoidal distortion can be corrected only by tilting and shifting one scanning lens, and the number of optical elements constituting the scanning optical system 5 can be reduced.
[0096]
In the fifth embodiment, the aspherical coefficient up to (m + n) ≦ 4 is used for the rotationally asymmetric aspherical surface of the tilted and shifted scanning lens. However, the present invention is not limited to this. By using the aspherical coefficient of (1), it is possible to more effectively correct TV distortion and trapezoidal distortion.
[0097]
In each of the embodiments (lens data) described above, an example in which a glass lens is used for each optical element is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, at least one plastic lens molded by injection molding is used. By using such an optical element, the manufacturing becomes easy and the cost can be reduced.
[0098]
Further, by providing the light source means with light emitting units of three colors of blue, green and red, it is possible to display a two-dimensional color image. Thereby, a scanning type color image display device can be provided. In this case, light of three colors of blue, green, and red is sequentially and / or simultaneously directed to the deflector. In addition, a white light source is combined with a blue, green, and red filter arranged on a rotatable turret to deflect blue, green, and red light sequentially and / or simultaneously. Can be turned to a bowl.
[0099]
The light source means and the deflecting means for forming a two-dimensional color image using the deflector and the scanning optical system while sequentially and / or simultaneously directing the three color lights of blue, green and red from the light source means to the deflecting means. Since the control method is well known, a detailed description will not be given here.
[0100]
The MEMS deflection device capable of resonating in a two-dimensional direction and the MEMS deflection device capable of resonating in a one-dimensional direction have been exemplified as the deflecting means. However, the present invention is not limited to this, and a galvano mirror or a polygon mirror may be used. However, the effect of the present invention can be sufficiently obtained.
[0101]
There is also a technique for electrically correcting TV distortion as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-146320. Therefore, this kind of electrical correction and optical correction by the scanning optical system according to the present invention are required. May be combined to correct image distortion.
[0102]
In the case of electrical correction, a drive circuit (not shown) for controlling the deflector controls the inclination angle of the reflection surface during two-dimensional scanning so as to correct the residual distortion after optical correction.
[0103]
In each of the embodiments described above, an image display device (for example, a projector) having a screen or the like on the surface to be scanned and directly observing the image has been described. However, for example, an image formed on the surface to be scanned is relayed. The present invention can be applied to an image display device (for example, a finder) in an observation form via an optical system or the like.
[0104]
[Table 1]
Figure 2004138719
[0105]
[Table 2]
Figure 2004138719
[0106]
[Table 3]
Figure 2004138719
[0107]
[Table 4]
Figure 2004138719
[0108]
[Table 5]
Figure 2004138719
[0109]
[Table 6]
Figure 2004138719
[0110]
[Table 7]
Figure 2004138719
[0111]
[Table 8]
Figure 2004138719
[0112]
[Table 9]
Figure 2004138719
[0113]
[Table 10]
Figure 2004138719
[0114]
[Table 11]
Figure 2004138719
[0115]
[Table 12]
Figure 2004138719
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, TV distortion and trapezoidal distortion can be satisfactorily corrected by tilting and / or shifting an optical element (for example, a spherical lens) having a reflection surface having optical power in a scanning optical system. . As a result, it is possible to provide a two-dimensional scanning device capable of favorably correcting TV distortion and trapezoidal distortion, and an image display device capable of displaying a high-quality image using the two-dimensional scanning device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a main part of a two-dimensional deflector (two-dimensional deflection device).
FIG. 3 is a vertical sectional view according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a vertical sectional view of a comparative example of the present invention.
FIG. 5 is a display image (grid) in a comparative example of the present invention.
FIG. 6 is a display image (grating) according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a vertical sectional view according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a display image (grating) according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a vertical sectional view according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a display image (grating) according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a vertical sectional view according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a display image (grating) according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a vertical sectional view according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a display image (grating) according to the fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 light
2 Condensing lens system
3 aperture stop
4 deflector
5 scanning optical system
6 Scanned surface (screen)

Claims (8)

光源からの光束を2次元方向に偏向する偏向手段と、
該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面上に向ける光学系とを有する2次元走査装置において、
前記走査光学系は、光学的パワーを有する反射面を持たず且つチルト及び/又はシフトした光学素子を有することを特徴とする2次元走査装置。
Deflecting means for deflecting a light beam from the light source in a two-dimensional direction;
An optical system for directing a deflected light beam deflected by the deflecting means onto a surface to be scanned.
The two-dimensional scanning apparatus, wherein the scanning optical system does not have a reflective surface having optical power and has a tilted and / or shifted optical element.
前記光源からの光束が前記偏向手段の反射面へ斜入射するように構成してあり、その際の入射平面に沿う方向に前記2次元方向のうちの一方の1次元方向が対応しており、
前記光学素子は、前記入射平面に垂直な軸の回りで、前記偏向器へ前記光束が斜入射する側へチルトしていることを特徴とする請求項1記載の2次元走査装置。
The light flux from the light source is obliquely incident on the reflection surface of the deflecting unit, and one of the two-dimensional directions corresponds to a direction along the plane of incidence at that time,
2. The two-dimensional scanning device according to claim 1, wherein the optical element is tilted to a side on which the light beam obliquely enters the deflector around an axis perpendicular to the incident plane. 3.
前記2次元方向のうち少なくとも一方の1次元方向において、前記光源手段からの光束が前記偏向手段で偏向される範囲の中心の軸に対して斜めから入射させており、
前記光学素子は、前記1次元方向において、前記光束が斜入射する側へチルトしていることを特徴とする請求項1記載の2次元走査装置。
In at least one one-dimensional direction of the two-dimensional direction, a light beam from the light source means is obliquely incident on an axis at the center of a range deflected by the deflecting means,
2. The two-dimensional scanning device according to claim 1, wherein the optical element is tilted in the one-dimensional direction to a side where the light flux is obliquely incident. 3.
前記光学素子は前記1次元方向にシフトしていることを特徴とする請求項2又は請求項3記載の2次元走査装置。The two-dimensional scanning device according to claim 2, wherein the optical element is shifted in the one-dimensional direction. 前記光学系は前記1次元方向にシフトした第2の光学素子を有し、該第2の光学素子は光学的パワーを有する反射面を持たないことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の2次元走査装置。The said optical system has the 2nd optical element shifted in the said one-dimensional direction, The 2nd optical element does not have the reflective surface which has optical power, The Claim 2 or Claim 3 characterized by the above-mentioned. Two-dimensional scanning device. 前記被走査面におけるディストーションは前記光学系により光学的に補正されるか、又は前記光学系による光学的補正と前記偏向手段を制御する回路による電気的補正の組み合わせにより補正されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の2次元走査装置。Distortion on the surface to be scanned is corrected optically by the optical system, or corrected by a combination of optical correction by the optical system and electrical correction by a circuit that controls the deflecting unit. The two-dimensional scanning device according to claim 1. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の2次元走査装置によって前記被走査面に画像を形成する手段を有することを特徴とする画像表示装置。An image display device comprising: means for forming an image on the surface to be scanned by the two-dimensional scanning device according to claim 1. 赤、緑、青等の3色の光束を供給する光源手段を有し、該3色の光束を前記偏向器に順次/又は同時に入射させることによって前記被走査面にカラー画像を形成することを特徴とする請求項7に記載の画像表示装置。Light source means for supplying light beams of three colors, such as red, green, and blue, and forming a color image on the surface to be scanned by sequentially and / or simultaneously entering the light beams of the three colors into the deflector. The image display device according to claim 7, wherein:
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