JP2004138748A - ２次元走査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光束を２次元方向に偏向走査して２次元画像を形成する場合に生じるＴＶディストーションを容易かつ良好に補正する。
【解決手段】光源１からの光束を２次元方向に偏向する偏向手段４と、偏向手段により偏向された光束を被走査面に導く走査光学系５とを有する２次元走査装置において、走査光学系に、偏向ユニットによる光束の２次元偏向範囲の中心軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度βをなすようにチルトした光学面を設ける。
【選択図】　図１３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を２次元方向に走査することによって２次元画像を表示する走査型画像表示装置に用いられる２次元走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光スポットを２次元方向に走査し、その残像効果によって２次元画像を形成する２次元走査装置は種々提案されている。
【０００３】
ところで、光束が２次元的に偏向および走査されることにより、被走査面上の２次元画像に歪み、所謂ディストーションが生ずることが一般に知られている。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、直進走査性のディストーション、さらには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。
【０００４】
特許文献１では、光源から出射した光束を偏向手段によって２次元方向に偏向し、歪曲特性としてｆ・ｓｉｎθ特性を有した走査レンズを通して光スポットを２次元方向に走査して画像を形成する２次元走査装置が提案されている。
【０００５】
これは、光の２次元方向走査によって画像を形成する際に生じる画像の歪みであるＴＶディストーションを、走査レンズのｆ・ｓｉｎθ特性と電気的な補正とによって補正することができるとしたものである。
【０００６】
また、特許文献２，３では、屈折面と反射面とを含む光学素子を用い、該光学素子の内部で光路を折り返すようにした２次元走査装置であって、偏心収差を補正するために屈折面もしくは反射面を面内面外ともに回転対称軸を有さない回転非対称面にて構成したものが提案されている。
【０００７】
これは、１つの光学素子を用いて構成された２次元走査装置でありながらも、広い走査角にわたって、被走査面における走査光の等速性を良好に補正するものである。また、高精度な描画に必要なテレセントリック性を達成することもできるものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１４６３２０号公報
【特許文献２】
特開平１１−８４２９１号公報
【特許文献３】
特開２０００−２８１５８３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１にて提案の２次元走査装置では、走査レンズの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ようとするものであるが、実際に電気的にＴＶディストーションを補正することは困難である。
【００１０】
また、特許文献２，３にて提案の２次元走査装置は、そもそもＴＶディストーションを補正するものではない。また、２次元走査装置を構成する光学素子に光学パワーを有する反射面が設けられており、面精度が非常に厳しいことからＴＶディストーションを安定的に補正することが難しい。また、光学素子の内部に折り返し光路を確保する必要があるため、光学素子の厚みが増大する傾向がある。さらに、光学素子をプラスチックで構成した場合には、内部屈折率の分布や複屈折の影響を大きく受けることとなる。
【００１１】
そこで、本発明は、容易かつ良好にＴＶディストーションや台形歪みを含むディストーション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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成するために、本発明の２次元走査装置は、光源からの光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、偏向手段により偏向された光束を被走査面に向ける走査光学系とを有し、該走査光学系は、偏向手段による光束の２次元偏向範囲の中心軸に対して最大画角よりも大きな角度をなすようにチルトした光学面を含むことを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記光学面を有する光学素子が上記２次元偏向範囲の中心軸に対して最大画角よりも大きな角度をなすようにチルトしているようにしてもよい。
【００１４】
また、上記光学面のチルトした方向が上記２次元方向のうちの一方である第１の１次元方向に対応するようにしてもよい。
【００１５】
また、光源からの光束が、偏向手段における２つの偏向軸（例えば、偏向手段が揺動可能な反射面を有する場合の揺動軸）のうち少なくとも一方に対して斜め方向から入射するようにしてもよい。
【００１６】
また、上記被走査面が上記２次元偏向範囲の中心軸に対してチルトした光学面と同一方向にチルトするようにしてもよい。
【００１７】
また、上記チルトした光学面が上記２次元偏向範囲の中心軸に対してシフトしているようにしてもよい。
【００１８】
また、上記チルトした光学面の面頂点における法線を出射側に延ばしたときに、上記２次元偏向範囲の中心軸に対して該法線が延びる側に該光学面がシフトするようにしてもよい。
【００１９】
また、上記チルトした光学面の面頂点が、上記２次元偏向範囲外に位置し、偏向手段により偏向された光束を被走査面に導光するために該光学面の座標中心（面頂点）から片側の部分のみが使用されるようにしてもよい。
【００２０】
また、上記チルトした光学面が複数あり、これら複数の光学面のチルト量が互いに異なるようにしてもよい。
【００２１】
また、上記チルトした光学面が複数あり、これら複数の光学面（例えば、チルトした光学素子の入射面および出射面）のうち被走査面側の光学面（出射面）が、偏向手段側の光学面（入射面）に比べて、上記２次元偏向範囲の中心軸に対して大きな角度をなすようにチルトするようにしてもよい。
【００２２】
また、上記チルトした光学面が複数あり、これら複数の光学面（例えば、チルトした光学素子の入射面および出射面）が互いに異なる量、上記２次元偏向範囲の中心軸に対してシフトするようにしてもよい。
【００２３】
また、上記チルトした光学面が複数あり、これら複数の光学面（例えば、チルトした光学素子の入射面および出射面）のうち被走査面側の光学面（出射面）の面頂点が、偏向手段側の光学面（入射面）の面頂点での法線に比べて上記２次元偏向範囲の中心軸から遠い位置にあるようにしてもよい。
【００２４】
また、上記チルトした光学面がアナモルフィック面であるようにしてもよい。
【００２５】
また、上記チルトした光学面が回転非対称面であるようにしてもよい。
【００２６】
また、上記チルトした光学素子が偏向手段側に凹面を向けたメニスカスレンズであるようにしてもよい。
【００２７】
また、上記チルトした光学面（若しくは光学素子）が走査光学系のうち最も被走査面側に配置されているようにしてもよい。
【００２８】
また、上記チルトした光学素子が、反射面を有さない透過型光学素子であるようにしてもよい。
【００２９】
また、上記チルトした光学素子が、プラスチックにより形成されているようにしてもよい。
【００３０】
また、上記チルトした光学面における偏向手段により偏向された光束を被走査面に導光するための全ての使用部分が上記２次元偏向範囲の中心軸に対して最大画角よりも大きな角度をなすようにチルトしていてもよい。
【００３１】
また、上記２次元偏向範囲の中心軸に対して最大画角よりも大きな角度をなすようにチルトした光学素子が複数あるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記第１の１次元方向での画角が、この第１の１次元方向に直交する第２の１次元方向での画角よりも狭いようにしてもよい。
【００３３】
また、上記第１の１次元方向での画角が、この第１の１次元方向に直交する第２の１次元方向での画角よりも広いようにしてもよい。
【００３４】
また、偏向手段に入射する光束が収束光束であるようにしてもよい。
【００３５】
さらに、被走査面におけるディストーションを、上記光学系により光学的に補正されるか、又は上記光学系による光学的補正と偏向手段を制御する回路による電気的補正との組み合わせにより補正されるようにしてもよい。
【００３６】
そして、以上の２次元走査装置を用いて、プロジェクタや、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等に設けられる電子ファインダといった走査型画像表示装置を構成することができる。
【００３７】
この場合、光源から互いに異なる波長の複数の光束を偏向手段に入射させることによって被走査面にカラー画像を形成するようにしてもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１である２次元走査装置の全体構成を示している。図２は、上記２次元走査装置の拡大図である。本実施形態および後述する各実施形態は、同装置をプロジェクタ等の画像表示装置に使用した場合の例である。
【００３９】
これらの図において、１はレーザーダイオード、ＬＥＤ、ランプ等からなり、後述するパーソナルコンピュータ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤー等の画像情報供給装置から入力された画像信号に応じて動作する、不図示の駆動回路によって発光制御される光源である。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２によって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る。
【００４０】
４は偏光ユニットであり、本実施形態では、１次元方向に揺動可能な反射面を有する２つの偏向器（第１偏向器４ａおよび第２偏向器４ｂ）を備えている。これら偏向器４ａ，４ｂの２つの反射面は互いに直交する２つの軸回りで揺動が可能である。また、偏向器４ａ，４ｂは、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスを用いて構成されている。ＭＥＭＳデバイスを用いた偏向器４ａ，４ｂは、後述するように、その共振運動により反射面を揺動させることができる。また、ＭＥＭＳ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・軽量化できる利点がある。
【００４１】
光源１から発せられた光束は、第１偏向器４ａによって水平方向に偏向され、この第１偏向器４ａで偏向された光束は、第２偏向器４ｂによって垂直方向に偏向される。これにより、光源１から発せられた光束は、偏向ユニット４により２次元方向に偏向される。
【００４２】
５はｆθ特性を有する走査光学系である。走査光学系５は、２枚の非球面レンズ５ａ，５ｂを有しており、偏向ユニット４によって２次元方向に偏向された光束（偏向光束）を被走査面６に導くとともに、被走査面６にスポットとして結像させる。この結像スポットが第１偏向デバイス４ａによって水平方向に、第２偏向デバイス４ｂによって垂直方向に走査されることにより、被走査面６に光の残像効果を利用した２次元画像が形成される。
【００４３】
ここで、図３（ａ）には、ＭＥＭＳデバイスとしての第１偏向器４ａの概略構成を示している。図３（ａ）において、反射面４ｃはトーションバー４ｄによって筐体４ｅに支持されており、反射面４ｃの裏面に備えられた磁石が図示しないコイルから発生する磁力に反応して、トーションバー４ｄ（偏向軸）を中心にして、１次元方向に共振振動（揺動）する。この振動する反射面４ｃに入射し反射した光束が水平方向（Ｘ方向）に偏向されるように、第１偏向器４ａの向きが設定されている。
【００４４】
図３（ｂ）には、ＭＥＭＳデバイスとしての第２偏向器４ｂの概略構成を示している。図３（ｂ）において、反射面４ｃ’はトーションバー４ｄ’によって筐体４ｅ’に支持されており、反射面４ｃ’の裏面に備えられた磁石が図示しないコイルから発生する磁力に反応して、トーションバー４ｄ’（偏向軸）を中心にして、１次元方向に共振振動（揺動）する。この振動する反射面４ｃ’に入射し反射した光束が垂直方向（Ｙ方向）に偏向されるように、第２偏向器４ｂの向きが設定されている。
【００４５】
これら第１偏光器４ａおよび第２偏向器４ｂによって、光源１からの光束を２つの偏向軸を中心（要）として２次元方向に偏向可能な偏向ユニット４が構成されている。なお、本実施形態においては、第１偏向器４ａと第２偏向器４ｂとの間隔を３．０（ｍｍ）に設定している。
【００４６】
図４には、本実施形態との比較に用いる比較例１としての２次元走査装置の垂直断面（ＸＺ断面）を示している。
【００４７】
比較例１は、本実施形態と同様に、光源１から発せられた発散光束を集光レンズ２により収束光束に変換し、開口絞り３によって光束幅を制限して、偏向ユニット４によって水平および垂直方向の２次元方向に偏向される。また、比較例１には、ｆθ特性を有する走査光学系５’が設けられている。走査光学系５’は２枚のプラスチック製の回転対称軸を有さない回転非対称非球面レンズ５ａ’，５ｂ’を有しており、偏向ユニット４によって偏向された光束（偏向光束）を被走査面６上にスポットとして結像させる。このとき、偏向ユニット４が水平および垂直方向に偏向されることにより、偏向光束は、走査光学系５’を介して被走査面６上で走査される。
【００４８】
ここで、偏向ユニット４によって光束が２次元方向に偏向される範囲を２次元偏向範囲と呼び、この２次元偏向範囲における水平方向および垂直方向の中心に位置する軸（中心軸）を、本実施形態では偏向走査軸Ｌｄｃと呼ぶこととする。なお、図５には、比較例１における２次元走査装置の数値例（レンズデータ）を示している。
【００４９】
図４に示した比較例１では、偏向走査軸Ｌｄｃと走査光学系５’の光軸とが一致している。走査光学系５’を構成する２枚の走査レンズ（第１走査レンズ５ａおよび第２走査レンズ５ｂ）には、偏向走査軸Ｌｄｃに対してチルトやシフトを与えておらず、全ての面の面頂点が光軸（偏向走査軸Ｌｄｃ）上に配置されている。また、被走査面６にもチルトを与えておらず、走査光学系５’の光軸を通過してきた偏向光束は、被走査面６に垂直に入射する。
【００５０】
このとき、被走査面６上に描かれる画像には、偏向ユニット４によって２次元方向に偏向されることに起因するＴＶディストーションが発生する。
【００５１】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて、ＴＶディストーションならびに台形歪みの算出方法を説明する。
【００５２】
図６（Ａ）は、ＴＶディストーションの算出方法を説明する図である。ＴＶディストーションは、表示された画像（画面）の枠が湾曲した量を示した収差量であり、図中に一点鎖線で示す画像中央を通る軸（水平軸、垂直軸）に沿った変異量を画像の幅（水平方向幅Ａ、垂直方向幅Ｂ）で割ったものである。よって、画像枠の各辺におけるＴＶディストーションは以下の式で表される。
【００５３】
上辺Ｌ１；　ａ／Ｂ×１００（％）
下辺Ｌ２；　ｂ／Ｂ×１００（％）
左辺Ｌ３；　ｃ／Ａ×１００（％）
右辺Ｌ４；　ｄ／Ａ×１００（％）
また、図６（Ｂ）は、台形歪みの算出方法を説明する図である。台形歪みは、表示された画像の枠が傾斜した量を示した収差量であり、画像の角の変異量を画像の幅で割ったものである。よって、画像枠の各辺における台形歪みは以下の式で表される。
【００５４】
上辺Ｌ１；　ｅ／２／Ｂ×１００（％）
下辺Ｌ２；　ｆ／２／Ｂ×１００（％）
左辺Ｌ３；　ｇ／２／Ａ×１００（％）
右辺Ｌ４；　ｈ／２／Ａ×１００（％）
図７には、比較例１の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示している。また、図８には、該表示画像におけるＴＶディストーションおよび台形歪みの量を示している。
【００５５】
図７に示すように、画像の枠を構成する４本の線（辺）は理想的にはすべて直線になるべきであるが、枠の上辺Ｌ１および下辺Ｌ２はほぼ直線となっているものの、左辺Ｌ３および右辺Ｌ４の中央部が画像中央側に窪んだ曲線となっており、ＴＶディストーションが大きく発生していることが分かる。このとき、ＴＶディストーションは、上辺が０．１２（％）、下辺が０．１２（％）、左辺が１．５３（％）、右辺が１．５３（％）であった（図８参照）。比較例１では、偏向走査軸Ｌｄｃに対して走査光学系５’を対称に配置しているため、台形歪みは発生しない。
【００５６】
このように、偏向走査軸Ｌｄｃに対して走査光学系５’の光軸を重ねた一般的な光学配置では、２次元方向に偏向走査することによるＴＶディストーションが大きく発生してしまう。そして、ＴＶディストーションの発生により画像が歪み、表示画像の品位が劣化する。
【００５７】
図９には、比較例２における２次元走査装置の垂直断面（ＸＺ断面）を示している。比較例２では、走査光学系５”は、２枚の走査レンズ（第１走査レンズ５ａ”および第２走査レンズ５ｂ”）により構成されており、各走査レンズ５ａ”，５ｂ”は走査光学系５”の光軸上に配置されている。走査光学系５”は垂直断面内において偏向走査軸Ｌｄｃに対して偏心して配置されている。
【００５８】
具体的には、垂直断面内の端にて最大画角（偏向走査軸Ｌｄｃに対する最も大きな偏向角度）をなす偏向光束Ｂｄｍが走査光学系５”の光軸を通過するように偏向ユニット４の向きと位置が設定されており、最大画角と各走査レンズ５ａ”，５ｂ”のチルト量とを一致させている。
【００５９】
このように、各走査レンズ５ａ”，５ｂ”の光軸上を垂直断面内の端にある偏向光束が通過していくので、垂直断面内においては、走査レンズ５ａ”，５ｂ”における光軸から片側の部分のみを使用することとなり、走査レンズ５ａ”，５ｂ”は光軸に対して非対称な使われ方をする。
【００６０】
図１０には、比較例２の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示している。また、図１１には、該表示画像におけるＴＶディストーションおよび台形歪みの量を示している。
【００６１】
比較例２においては、図１０に示すように、ＴＶディストーションが左右方向（水平方向）で非対称に発生している。すなわち、偏向光束が走査レンズ５ａ”，５ｂ”の光軸付近を通過する左辺側では、ＴＶディストーションの発生量が少なく、走査レンズ５ａ”，５ｂ”の光軸から離れた位置を通過する右辺側では、ＴＶディストーションの発生量が大きくなっている。
【００６２】
図１１に示すように、ＴＶディストーションは、上辺が０．９０（％）、下辺が０．９０（％）、左辺が０．００（％）、右辺が１．７０（％）であった（図１１参照）。また、台形歪みは、上辺が１．０２（％）、下辺が１．０２（％）、左辺が０．００（％）、右辺が０．００（％）であった（図１１参照）。
【００６３】
この比較例２においても、ＴＶディストーションや台形歪みが大きく発生してしまい、表示画像の品位を劣化させる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、走査光学系５および被走査面６の配置を工夫してＴＶディストーションおよび台形歪みを補正している。
【００６５】
図１２には、本発明の実施形態１における２次元走査装置の垂直断面（ＸＺ断面：以下の実施形態でも同様）を示している。また、図１３には、上記２次元走査装置の一部を拡大して示している。また、図１４には、本実施形態の２次元走査装置の数値実施例（レンズデータ）を示している。図１４において、光学面の面頂点の位置を表す座標は、図１３において、最大画角をなす偏向光束Ｂｄｍが第２偏向器４ｂで反射偏向される点を原点とし、最大画角をなす偏向光束Ｂｄｍが進む方向をＺ軸とし、Ｚ軸に対して垂直な水平方向をＸ軸（図１３中の右方である偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向が正）とし、Ｚ軸とＸ軸に対して垂直な方向をＹ軸として示している。また、面間隔は、各面頂点の座標位置をＺ軸方向に沿った距離で示している。
【００６６】
以下、これらの図を用いて、本実施形態における走査光学系５および被走査面６の配置を説明する。
【００６７】
本実施形態の走査光学系５は、２枚の走査レンズで構成され、偏向ユニット４側から第１走査レンズ５ａ、第２走査レンズ５ｂとする。
【００６８】
本実施形態では、水平方向の最大画角αは偏向走査軸Ｌｄｃを中心として±２０．３（ｄｅｇ）であり、垂直方向の最大画角は偏向走査軸Ｌｄｃを中心として±１５．２（ｄｅｇ）である。
【００６９】
まず、走査光学系５は、その光軸上を水平方向（Ｘ方向）において最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍの中心光線ＬＢｄｍが通るように、偏向走査軸Ｌｄｃに対して偏心して配置されている。
【００７０】
偏向ユニット４側に配置された第１走査レンズ５ａは、その入射面および出射面の面頂点が走査光学系５の光軸（偏向光束Ｂｄｍの中心光線ＬＢｄｍ）上に位置するように配置されている。
【００７１】
一方、被走査面６側に配置された第２走査レンズ５ｂは、水平方向において、走査光学系５の光軸に対してチルトおよびシフトが与えられて配置されている。本実施形態では、第２走査レンズ５ｂは、第２走査レンズ５ｂの光軸Ｌ５ｂ（入射面の面頂点Ａｓｉでの法線および出射面の面頂点Ａｓｅでの法線：面法線）と偏向光束Ｂｄｍ（中心光線ＬＢｄｍ）とのなす角度β’が１５．６（ｄｅｇ）　となるようにチルトしている。これにより、第２走査レンズ５ｂは、その光軸Ｌ５ｂが偏向走査軸Ｌｄｃに対して角度β＝３５．９（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしていることになる。この角度βは、最大画角α＝２０．３（ｄｅｇ）　よりも１５．６（ｄｅｇ）　大きな角度である。
【００７２】
また、第２走査レンズ５ｂは、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍ上に配置されており、第２走査レンズ５ｂの光軸Ｌ５ｂ（入射面の面法線）を出射側に延ばしたときに偏向走査軸Ｌｄｃに対して該光軸Ｌ５ｂが傾いて延びる側、つまり図１２および図１３中右側へ、その入射面の面頂点Ａｓｉ（つまりは光軸Ｌ５ｂ）が偏向走査軸Ｌｄｃに対して１０．５（ｍｍ）離れるようにシフトしている。
【００７３】
よって、第２走査レンズ５ｂの入射面の面頂点が最大画角の偏向光束上に配置され、第２走査レンズ５ｂの出射面の面頂点が偏向光束の偏向範囲（２次元偏向範囲）の外側に位置するように配置されており、第２走査レンズ５ｂの入出射面はそれぞれの面頂点から片側の部分のみが使用される。
【００７４】
さらに、本実施形態では、垂直断面内において、被走査面６（の法線）は最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して、図１２中の反時計回り方向にγ’＝１０．１（ｄｅｇ）チルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対してはγ＝３０．４（ｄｅｇ）チルトしている。このとき、被走査面６は偏向走査軸Ｌｄｃに対して第２走査レンズ５ｂと同一方向にチルトしている。また、被走査面６も最大画角αよりも大きな角度チルトしている。
【００７５】
以上のように構成される走査光学系５の２枚の走査レンズ５ａ，５ｂは、ともに回転対称軸を有さない回転非対称非球面であり、第１走査レンズ５ａは負の光学パワー（焦点距離の逆数：屈折力）を有し、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズである。また、第２走査レンズ５ｂは、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズである。
【００７６】
本実施形態における回転非対称非球面は、偏向光束Ｂｄｍが進む方向（Ｚ方向）における変位量Ｚが、水平方向（Ｘ方向）および垂直方向（Ｙ方向）の各位置において、次式で表現される形状となっている。
【００７７】
【式１】

【００７８】
ここで、ｚ；Ｚ軸に平行な面のサグ
ｃ；頂点の曲率
ｋ；コーニック係数
Ｃｊ　；ｘｍｙｎの係数
である。
【００７９】
図１５には、本実施形態の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示している。また、図１６には、該表示画像のＴＶディストーションおよび台形歪みの量を示している。
【００８０】
図１５に示した画像のＴＶディストーションは、枠の上辺Ｌ１が０．１５（％）、下辺Ｌ２が０．１５（％）、左辺Ｌ３が０．２７（％）、右辺Ｌ４が０．０４（％）であり、湾曲していた上辺Ｌ１および下辺Ｌ２をほぼ直線に補正している。また、台形歪みは、上辺Ｌ１および下辺Ｌ２がともに０．０５（％）であり、左辺Ｌ３および右辺Ｌ４がともに０（％）であって、傾斜していた線を垂直な線に補正している。
【００８１】
このように、本実施形態によれば、走査光学系５の光軸を偏向走査軸Ｌｄｃから偏心させ、走査光学系を構成する光学素子としての走査レンズ５ａ，５ｂに適切なチルトやシフトを与え、且つ被走査面６をチルトさせることにより、表示画像のＴＶディストーションおよび台形歪みを良好に補正することができる。
【００８２】
具体的には、走査光学系５に含まれる光学素子のうち少なくとも１つの光学素子（第２走査レンズ５ｂ）を偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度βでチルトさせ、該光学素子の入射面の面頂点での法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該面法線が延びる側へシフトさせている。さらに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して被走査面６を該光学素子と同一方向にチルトさせている。
【００８３】
ここで、ＴＶディストーションの補正メカニズムについて説明する。走査光学系（走査レンズ５ａ，５ｂ）を偏向走査軸Ｌｄｃから偏心させることにより、表示画像のＴＶディストーションは非対称に発生する。走査光学系５の光軸付近ではＴＶディストーションは小さく、走査光学系５の光軸から離れるにしたがってＴＶディストーションは大きくなる。このとき、第２走査レンズ５ｂをチルトさせることにより、走査光学系５の光軸付近には殆ど影響を与えずに、走査光学系５の光軸から離れた位置のＴＶディストーションを補正することができる。
【００８４】
つまり、走査光学系５を偏向走査軸Ｌｄｃから偏心させて配置したことと走査光学系５を構成する光学素子（第２走査レンズ５ｂ）を走査光学系５の光軸に対してチルトさせることにより、ＴＶディストーションを良好に補正（若しくは問題ない程度に小さく）することができる。
【００８５】
これを言い換えると、走査光学系５を偏向走査軸Ｌｄｃからシフトさせることにより、ＴＶディストーションを非対称に発生させ、走査光学系５を構成する光学素子（第２走査レンズ５ｂ）をチルトさせることにより非対称なＴＶディストーションを補正することができる。このとき、いずれの偏向光束が偏向走査軸Ｌｄｃに対してなる角度よりも大きな角度（最大画角αより大きな角度）で光学素子（第２走査レンズ５ｂ）をチルトさせることにより、ＴＶディストーションの補正効果が大きくなる。
【００８６】
次に、台形歪みの補正メカニズムを説明する。走査光学系５（走査レンズ５ａ，５ｂ）を偏向走査軸Ｌｄｃから偏心させたことにより、台形歪みが発生するが、被走査面６をチルトさせることにより、逆向きの台形歪みを発生させることができる。これによって両者をキャンセルさせて台形歪みを補正することができる。
【００８７】
以上により、本実施形態によれば、被走査面６に形成される表示画像に発生するＴＶディストーションおよび台形歪みを良好に補正し、高品位な画像を表示できる２次元走査装置を実現することができる。
【００８８】
なお、本実施形態の２次元走査装置を、プロジェクタとして使用する場合において、被走査面６をチルトさせることによりスクリーン等の被投射面に対して斜め方向から画像を投射することが可能となる。これにより、プロジェクタの後方等から画像を観察する場合に、画像がプロジェクタの陰になってしまうことを避けることができるとともに、プロジェクタの配置自由度も増すというメリットがある。
【００８９】
また、本実施形態では、チルトさせる第２走査レンズ（反射面を有さない透過型光学素子）５ｂを偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカス形状としているが、これにより、第２走査レンズ５ｂのチルトによるＴＶディストーションおよび台形歪みの補正効果を保ったまま、像面湾曲に与える影響を軽減することができる。つまり、ＴＶディストーションや台形歪み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ディストーションおよび台形歪みの補正が容易となる。
【００９０】
また、本実施形態の走査光学系５を構成する２つの光学素子の光学面は、全て透過型の屈折面にて構成している。この場合、屈折面に要求される精度は反射面に対して１／４で足りることから、光学素子の製造が容易となるメリットがある。また、反射面を用いる場合、反射面で光路をチルトさせた（折り曲げた）後、該光路を取り回す上での制約が生じるが、透過型の屈折面はそのような影響を受けないので、配置の自由度が大きいというメリットもある。
【００９１】
さらに、画像を表示する光線に対し、反射率と比べて透過率は高いので、光量損失が非常に少ないというメリットもあり、特に光学面数が多い場合にそのメリットが顕著である。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。
【００９２】
また、屈折面と反射面とが混在する光学素子では、光学素子の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。
【００９３】
しかし、光学面を屈折面のみで構成した光学素子を用いる場合、光学素子内で光路を確保する必要のないことから、該光学素子の薄型化が可能であり、２次元走査装置の小型化に有利である。
【００９４】
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、前述した特開平１１−８４２９１や特開２００１−２８１５８３号公報にて提案されているように、反射面を持つ光学部材を用いるに比べて、様々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のに使用できる。
【００９５】
また、本実施形態では、走査光学系５を構成する２つの光学素子をプラスチックレンズとしたが、プラスチックレンズは、射出成形により安価に製造できるとともに、ガラスに比べて軽いというメリットがある。このため、この２次元走査装置を搭載した画像表示装置を軽量化でき、持ち運びに有利となる。なお、屈折面と反射面とが混在する大型の光学素子をプラスチック成形で作った場合には、屈折率分布や複屈折の影響が大きく出るおそれがあるが、本実施形態のように光学素子を小型化（薄型化）した場合にはそのような影響が少ない。
【００９６】
（実施形態２）
図１７には、本発明の実施形態２における２次元走査装置の垂直断面を示している。また、図１８には、本実施形態の２次元走査装置の数値実施例（レンズデータ）を示している。以下、これらの図を用いて本実施形態を説明する。本実施形態において、実施形態１と共通する構成要素には実施形態１と同じ符号を付して説明に代える。
【００９７】
本実施形態は、偏向ユニット４に入射する光束を平行光束とした点および走査光学系の構成において実施形態１と異なる。
【００９８】
本実施形態における走査光学系１５は、実施形態１と同様に、水平方向において偏向走査軸Ｌｄｃから偏心して配置されており、水平方向において最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍの中心光線が走査光学系１５の光軸上を通過するように配置されている。
【００９９】
走査光学系１５は、２枚の走査レンズ（第１走査レンズ１５ａ，第２走査レンズ１５ｂ）で構成されている。偏向ユニット４側に配置された第１走査レンズ１５ａにはチルトやシフトが与えられておらず、第１走査レンズ１５ａは走査光学系５の光軸上に入射面および出射面の面頂点が位置するように（つまりは、第１走査レンズ１５ａの光軸が走査光学系５の光軸上に位置するように）配置されている。
【０１００】
一方、被走査面６側に配置された第２走査レンズ１５ｂは、その入射面の面頂点での法線（面法線）が水平方向において最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して、図１７中の反時計回り方向にβ’＝２５．０（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては該面法線がβ＝４５．３（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしている。本実施形態においても、最大画角αは２０．３（ｄｅｇ）　であるので、第２走査レンズ１５ｂは、偏向走査軸Ｌｄｃに対して、最大画角αよりも大きな角度βでチルトしていることになる。
【０１０１】
さらに、第２走査レンズ１５ｂは、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向、つまりは第２走査レンズ１５ｂの入射面の面頂点での法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該法線が傾いて延びる側（図１７中の右側）へ、その入射面の面頂点が該偏向光束Ｂｄｍに対して２０．０（ｍｍ）離れるようにシフトしている。よって、第２走査レンズ１５ｂは、その入出射面の面頂点が偏向光束の偏向範囲（２次元偏向範囲）の外側に位置するように配置され、第２走査レンズ１５ｂの入出射面はそれぞれの面頂点から片側の部分のみが使用される。
【０１０２】
また、被走査面６も垂直断面において最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して、図１７中の反時計回り方向にγ’＝６．８（ｄｅｇ）チルトしている。これは、被走査面６が偏向走査軸Ｌｄｃに対して、第２走査レンズ１５ｂと同一方向へ最大画角αよりも大きな角度γ＝２７．１（ｄｅｇ）　チルトしていることになる。
【０１０３】
このように構成される走査光学系１５において、第１走査レンズ１５ａは、球面レンズである。また、第２走査レンズ１５ｂは、入出射面ともアナモルフィック面で構成されたアナモルフィックレンズであり、両面とも垂直断面と垂直断面とで異なる非球面量を有する回転非対称非球面である。
【０１０４】
また、第２走査レンズ１５ｂの出射面は、この出射面の面頂点の法線が偏向走査軸Ｌｄｃに対してなす角度が、入射面の面頂点の法線が偏向走査軸Ｌｄｃに対してなす角度よりも８．１（ｄｅｇ）大きくなるように、入射面の面頂点の法線に対してチルトしており、さらに第２走査レンズ１５ｂの出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向へ４９．４（ｍｍ）シフトしている。
【０１０５】
図１９には、本実施形態の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示しており、図２０には、該表示画像のＴＶディストーションと台形歪みの量を示している。
【０１０６】
ＴＶディストーションは、画像の枠の上辺Ｌ１で０．１６（％）、下辺Ｌ２で０．１６（％）、左辺Ｌ３で０．１９（％）、右辺Ｌ４で０．１１（％）であり、良好に補正されている。また、台形歪みは、画像の枠の上辺Ｌ１・下辺Ｌ２ともに０．１１（％）で、左辺Ｌ３・右辺Ｌ４ともに０．０（％）であり、良好に補正されている。
【０１０７】
このように、第２走査レンズ１５ｂを偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度でチルトさせつつ、第２走査レンズＢ５ｂの入射面および出射面のそれぞれのチルト量ならびにシフト量を異ならせることにより、ＴＶディストーションの補正効果を向上させることができる。
【０１０８】
本発明は常に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を目的としている。ＴＶディストーションとは、表示画像の枠の直線性を示す収差量であるが、高品位な画像を表示するためには、表示画像の枠より内側の位置における直線性を良好に補正する必要がある。しかし、一般に画像の位置や方向によって発生する直線性が異なっており、走査光学系をチルトやシフトさせても枠の内側は補正しきれない場合がある。
【０１０９】
そこで、本実施形態では、第２走査レンズ１５ｂを入出射面を回転非対称非球面で構成している。このようにレンズ面を非球面とすることによって、画像内の各位置における直線性を確保できるレンズ面形状とすることができ、回転非対称非球面とすることで、画像内の各方向における直線性を確保できるレンズ面形状とすることができる。このように、チルトした第２走査レンズ１５ｂを回転非対称レンズとすることにより、第２走査レンズ１５ｂＫチルトでは補正しきれない画像内の各位置や各方向における直線性を補正することができる。さらには、ＴＶディストーションも効果的に補正することができる。
【０１１０】
また、第２走査レンズ１５ｂは、入射面および出射面がいずれも水平方向と垂直方向とで光学パワーが異なるアナモルフィック面として構成されたアナモルフィックレンズである。これにより、第２走査レンズ１５ｂをチルトさせたときに発生するアスを補正することができる。
【０１１１】
本実施形態では、チルトもしくはシフトさせた第２走査レンズ１５ｂ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ているが、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ディストーションおよ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。
【０１１２】
また、本実施形態のように、チルトならびにシフトさせたレンズを、使用する部分のみを残してそれ以外の部分をカットすることで、２次元走査装置をコンパクト化することができる。
【０１１３】
（実施形態３）
図２１には、本発明の実施形態３である２次元走査装置の垂直断面を示している。また、図２２には、本実施形態における２次元走査装置の数値実施例（レンズデータ）を示している。以下、これらの図を用いて本実施形態を説明する。なお、本実施形態において、他の実施形態と共通する構成要素には他の実施形態と同じ符号を付して説明に代える。
【０１１４】
本実施形態は、走査光学系２５を構成する２つの光学素子（２５ａ，２５ｂ）が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して、偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向にシフトし、両光学素子のすべての面頂点が偏向光束が偏向される２次元偏向範囲の外に配置されている点で実施形態２と異なる。また、本実施形態では、両光学素子の各光学面のシフト量が互いに異なっている。
【０１１５】
本実施形態においても、実施形態２と同様に、走査光学系２５は２枚のガラスレンズ２５ａ，２５ｂにより構成されており、偏向ユニット４側から第１走査レンズ２５ａ、第２走査レンズ２５ｂとする。
【０１１６】
第１走査レンズ２５ａは、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、入出射面ともに球面で構成されている。ここで、本実施形態では、第１走査レンズ２５ａは、その入射面の面頂点が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向に、該偏向光束Ｂｄｍから３２．１（ｍｍ）離れるようにシフトしている。また、第１走査レンズ２５ａの出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに近づく方向に２６．０（ｍｍ）シフトしている。
【０１１７】
第２走査レンズ２５ｂは、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、入出射面ともに回転対称軸を有さない回転非対称非球面で構成されている。ここで、第２走査レンズ２５ｂは、その入射面の面頂点での法線（面法線）が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対してβ’＝３０（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては該面法線がβ＝５０．３（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしている。本実施形態においても、実施形態１，２と同様に、水平方向の最大画角αは２０．３ｄｅｇ　であり、第２走査レンズ２５ｂの偏向走査軸Ｌｄｃに対するチルト量（β）は、最大画角αよりも大きくなっている。
【０１１８】
また、第２走査レンズ２５ｂは、その入射面の面頂点の法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該面法線が傾いている側、つまり最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向（図２１中の右側）に、その入射面の面頂点が該偏向光束Ｂｄｍから１３．４（ｍｍ）離れるようにシフトしており、さらに第２走査レンズ２５ｂの出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向に１３５．７（ｍｍ）　シフトしている。
【０１１９】
よって、走査光学系２５に含まれる全ての光学素子（走査レンズ２５ａ，２５ｂ）の全ての光学面（入出射面）は、偏向光束が偏向される２次元偏向範囲の外側に配置され、全ての光学素子における光軸に対して片側の部分のみが使用される。このような構成によって、ＴＶディストーションをより良好に補正することが可能となる。
【０１２０】
このとき、第２走査レンズ５ｂの入射面および出射面における偏向光束の通過領域（偏向光束の導光に使用される部分）の全域における法線は、偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度で傾いている。これにより、ＴＶディストーションをより効果的に補正することができる。
【０１２１】
また、被走査面６も垂直断面において最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して、図２１中の反時計回り方向にγ’＝５．０（ｄｅｇ）チルトしている。これは、被走査面６が偏向走査軸Ｌｄｃに対して、第２走査レンズ１５ｂと同一方向へ最大画角αよりも大きな角度γ＝２５．３（ｄｅｇ）　チルトしていることになる。
【０１２２】
図２３には、本実施形態の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示しており、図２４には、該表示画像のＴＶディストーションと台形歪みの量を示している。
【０１２３】
ＴＶディストーションは、画像の枠の上辺Ｌ１で０．０４（％）、下辺Ｌ２で０．０４（％）、左辺Ｌ３で０．０６（％）、右辺Ｌ４で０．１１（％）であり、きわめて良好に補正されている。また、台形歪みは、画像の枠の上辺Ｌ１・下辺Ｌ２ともに０．０１（％）、左辺Ｌ３・右辺Ｌ４ともに０．００（％）であり、ほとんど台形歪みがなくなるように補正されている。
【０１２４】
このように、走査光学系に含まれる光学素子のうち２つ以上の光学素子を偏向光束が偏向される２次元偏向範囲外に配置することにより、ＴＶディストーションおよび台形歪みを補正する効果が大きくなる。よって、きわめて高品位な２次元画像を表示することが可能な２次元走査装置を実現することができる。
【０１２５】
なお、本実施形態では、第１走査レンズ２５ａを球面レンズとしたが、アナモルフィックレンズや回転非対称非球面レンズとすることで、ＴＶディストーションの補正効果をさらに高めることができる。また、光源１に互いに異なる波長（色光）を発する複数の光源を用いた場合には、回折格子を備えたレンズを用いることで色消しを行うことも可能である。
【０１２６】
（実施形態４）
図２５には、本発明の実施形態４である２次元走査装置の垂直断面を示している。また、図２６には、本実施形態における２次元走査装置の数値実施例（レンズデータ）を示している。以下、これらの図を用いて本実施形態を説明する。なお、本実施形態において、他の実施形態と共通する構成要素には他の実施形態と同じ符号を付して説明に代える。
【０１２７】
本実施形態は、走査光学系３５を構成する２つの光学素子（３５ａ，３５ｂ）が偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度でチルトしている点で実施形態３と異なる。また、本実施形態では、各光学素子のレンズ面のチルト量も互いに異なっている。
【０１２８】
本実施形態でも、実施形態２と同様に、走査光学系３５は２枚のガラスレンズ３５ａ，３５ｂで構成されており、偏向ユニット４側から第１走査レンズ３５ａ、第２走査レンズ３５ｂとする。
【０１２９】
第１走査レンズ３５ａは、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、入出射面とも回転対称軸を有さない回転非対称非球面で構成されている。ここで、第１走査レンズ３５ａは、その入射面の面頂点が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向（入射面の面頂点における法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該法線が延びる側）に、該偏向光束Ｂｄｍから２７．２（ｍｍ）離れるようにシフトしている。また、第１走査レンズ３５ａの出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに近づく方向へ３４．２（ｍｍ）シフトしている。
【０１３０】
さらに、第１走査レンズ３５ａは、その入射面の面頂点での法線（面法線）が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対してβ１’＝７．５（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては該面法線がβ１＝２７．８（ｄｅｇ）をなすようにチルトしている。また、第１走査レンズ３５ａの出射面は、その面法線が入射面の面法線に対して　−９．３（ｄｅｇ）の角度をなすようにチルトしている。
【０１３１】
第２走査レンズ３５ｂは、偏向ユニット４側に凹面を向けたメニスカスレンズであり、入出射面ともに回転対称軸を有さない回転非対称非球面である。ここで、第２走査レンズ３５ｂは、その入射面の面頂点での法線（面法線）が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対してβ２’＝２８．２（ｄｅｇ）をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては該面法線がβ２＝４８．５（ｄｅｇ）をなすようにチルトしている。本実施形態においても、実施形態１〜３と同様に、水平方向の最大画角αは２０．３　（ｄｅｇ）であり、第１走査レンズ３５ａ、第２走査レンズ３５ｂとも偏向走査軸Ｌｄｃに対するチルト量（β１，β２）は最大画角αよりも大きい。
【０１３２】
また、第２走査レンズ３５ｂは、その入射面の面頂点が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向（入射面の面頂点における法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該法線が延びる側）に、該偏向光束Ｂｄｍから１１．３（ｍｍ）離れるようにシフトしている。また、第２走査レンズ３５ｂの出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向に１０８．４（ｍｍ）　シフトしている。
【０１３３】
このように、本実施形態では、走査光学系３５に含まれる２つの光学素子（３５ａ，３５ｂ）を偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度でチルトさせている。また、各光学素子の光学面のシフト量ならびにチルト量を互いに異ならせている。特に、偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度でチルトしている第２走査レンズ３５ｂの出射面に関し、そのチルト量を入射面のチルト量よりも大きくし、シフト量も入射面のシフト量よりも大きくしている。
【０１３４】
これらの構成の１つ１つには、ＴＶディストーションを良好に補正する効果があり、これらを１つにまとめた構成を採ることにより、ＴＶディストーションをきわめて良好に補正することが可能となる。
【０１３５】
図２７には、本実施形態の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示しており、図２８には、該表示画像のＴＶディストーションと台形歪みの量を示している。
【０１３６】
ＴＶディストーションは、画像の枠の上辺Ｌ１で０．０６（％）、下辺Ｌ２で０．０６（％）、左辺Ｌ３で０．０７（％）、右辺Ｌ４で０．０６（％）であり、きわめて良好に補正されている。また、台形歪みは、画像の枠の上辺Ｌ１・下辺Ｌ２とも０．０１（％）、左辺Ｌ３・右辺Ｌ４とも０．００（％）であり、ほとんど台形歪みがなくなるように補正されている。
【０１３７】
このように、走査光学系に含まれる光学素子のうち２つ以上の光学素子を、偏向走査軸に対して最大画角よりも大きな角度でチルトさせることにより、ＴＶディストーションおよび台形歪みの補正効果を向上させることができる。また、各光学素子の光学面ごとにチルト量やシフト量を異ならせることにより、ＴＶディストーションや台形歪みの補正効果をさらに高めることができる。したがって、きわめて高品位な２次元画像を表示することが可能な２次元走査装置を実現することができる。
【０１３８】
なお、本実施形態では、チルトおよびシフトさせる光学素子を２つとしたが、本発明はこれに限られず、例えば３つ以上の光学素子をチルトさせたりシフトさせたりしても同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
（実施形態５）
図２９には、本発明の実施形態５である２次元走査装置の垂直断面を示している。また、図３０には、本実施形態における２次元走査装置の数値実施例（レンズデータ）を示している。以下、これらの図を用いて本実施形態を説明する。なお、本実施形態において、他の実施形態と共通する構成要素には他の実施形態と同じ符号を付して説明に代える。
【０１４０】
本実施形態は、走査光学系４５を１つの光学素子（４５ａ）で構成した点で他の実施形態と異なる。
【０１４１】
本実施形態における走査光学系４５は、ガラスモールドで成形された１枚の走査レンズ４５ａにより構成されている。走査レンズ４５ａは、偏向走査軸Ｌｄｃに対して偏心して配置されている。走査レンズ４５ａは、その入射面の面頂点での法線（面法線）が、最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して図２９中の反時計回り方向にβ１’＝２５．０（ｄｅｇ）をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては該面法線が反時計回りにβ１＝４５．３（ｄｅｇ）をなすようにチルトしている。
【０１４２】
さらに、走査レンズ４５ａの出射面は、その面頂点の法線（面法線）が入射面の面法線に対して反時計回り方向にβ２’＝１１．０（ｄｅｇ）　をなすようにチルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては射出面の面法線が反時計回り方向にβ２＝５６．３（ｄｅｇ）をなすようにチルトしている。本実施形態においても、実施形態１〜４と同様に、水平方向の最大画角αは偏向走査軸Ｌｄｃを基準として±２０．３ｄｅｇ　であり、走査レンズ４５ａは、偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きなチルト量を有している。このことは走査レンズ４５ａの入出射面とも同様である。
【０１４３】
また、走査レンズ４５ａは、入射面の面法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該面法線が傾いて延びる側、つまり最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向に、その入射面の面頂点が該偏向光束Ｂｄｍから１２．９（ｍｍ）離れるようにシフトしている。さらに、出射面の面頂点は、入射面の面頂点に対して偏向走査軸Ｌｄｃから遠ざかる方向へ５５．４（ｍｍ）シフトしている。これにより、走査レンズ４５ａの入出射面（すべての光学面）は、偏向光束が偏向される２次元偏向範囲の外側に配置されていることになる。
【０１４４】
また、被走査面６も最大画角αをなす偏向光束Ｂｄｍに対して図２９中の反時計回り方向にγ’＝８．４（ｄｅｇ）　チルトしており、偏向走査軸Ｌｄｃに対しては、最大画角αより大きいγ＝２８．７（ｄｅｇ）　チルトしている。なお、被走査面６のチルト方向は、偏向走査軸Ｌｄｃに対する走査レンズ４５ａのチルト方向と同じである。
【０１４５】
このように、本実施形態では、走査光学系４５を１枚の走査レンズ４５ａのみで構成しているので、部品点数を削減することができ、コストダウンや製造の容易化を図ることができる。
【０１４６】
また、本実施形態では、走査レンズ４５ａは、その入出射面をアナモルフィック面で構成したアナモルフィックレンズとしており、さらに入出射面は垂直断面と垂直断面とで異なる非球面量を有する回転非対称非球面で構成している。
【０１４７】
図３１には、本実施形態の２次元走査装置により走査表示される画像（格子）を示し、図３２には該表示画像のＴＶディストーションと台形歪みの量を示している。
【０１４８】
ＴＶディストーションは、画像の上辺Ｌ１で０．１７（％）、下辺Ｌ２で０．１７（％）、左辺Ｌ３で０．１３（％）、右辺Ｌ４で０．２０（％）であり、十分に補正されている。また、台形歪みは、上辺Ｌ１・下辺Ｌ２ともに０．１０（％）、左辺Ｌ３・右辺Ｌ４とも０．００（％）であり、良好に補正されている。
【０１４９】
このように、走査光学系４５を１つの光学素子（４５ａ）によって構成した場合においても、光学素子を偏向走査軸Ｌｄｃに対して最大画角αよりも大きな角度でチルトさせ、入射面の面頂点での法線を出射側に延ばしたときに、偏向走査軸Ｌｄｃに対して該法線が延びる側へ光学素子をシフトさせ、かつ被走査面を偏向走査軸Ｌｄｃに対して光学素子と同じ方向へチルトさせることによって、ＴＶディストーションを良好に補正することができる。
【０１５０】
さらに、チルトする光学素子に回転非対称非球面を用いたり、偏向光束が偏向される２次元偏向範囲外に光学素子の面頂点を配置したり、光学素子の各光学面のチルト量やシフト量を互いに異ならせたりすることにより、ＴＶディストーションおよび台形歪みの補正効果を格段に向上させることができる。
【０１５１】
なお、上記各実施形態では、走査光学系を構成する光学素子としてガラスレンズを用いた場合について説明したが、ガラスレンズ以外の光学素子、例えば射出成型により作られたプラスチックレンズを用いることにより、製造が容易になり、コストダウンが図れると共に、２次元走査装置の軽量化を図ることができる。
【０１５２】
また、光源に青、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できる。この場合、回折格子を備えた光学素子を用いて色消しを行えばよい。これにより、高品位のカラー画像を走査表示できる走査型画像表示装置を実現することができる。この場合、例えば、青、緑、赤の３色の光を順次（フィールドシーケンシャルに）又は同時に偏向ユニットに向けるようにすればよい。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、偏向ユニットに向けるようにすることができる。
【０１５３】
このように光源から青、緑、赤の３色の光を偏向ユニットへ向けつつ、偏向ユニット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や偏向ユニットの制御方法についての説明は省略する。
【０１５４】
また、上記各実施形態では、偏向ユニットとして、１次元方向に共振揺動が可能なＭＥＭＳデバイスを用いた偏向器を２つ備えた場合について説明したが、図３３に示すようなＭＥＭＳデバイスを１つ用いてもよい。このＭＥＭＳデバイスを用いた偏向器は、反射面５４ａをトーションバー５４ｂを介して振動枠５４ｃに支持させ、さらにこの振動枠５４ｃをトーションバー５４ｂに直交する方向に延びるトーションバー５４ｄを介して筐体５４ｅに支持させることにより、反射面５４ａをトーションバー５４ｂ，５４ｄ（偏向軸）を中心として、２次元方向に共振揺動させる。
【０１５５】
また、ＭＥＭＳデバイスを用いた偏向器に代えて、反射面が回転運動するガルバノミラーやポリゴンミラーを用いてもよい。
【０１５６】
また、前述した特開平８−１４６３２０号公報にて提案されているように、電気的にＴＶディストーションを補正する技術もあるが、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。
【０１５７】
ＴＶディストーションを電気的に補正する場合、偏向手段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。
【０１５８】
（第６実施形態）
図３４には、本実施形態の２次元走査装置を備えた走査型画像表示装置の例を示している。図３４（Ａ）には、壁面等に設けられたスクリーン１０５に画像を表示するプロジェクタ１００を示しており、筐体１０１内に本実施形態の２次元走査装置１０２が収納されている。
【０１５９】
また、図３４（Ｂ）には、パーソナルコンピュータのディスプレイの代わり等として、机面上に画像を表示するスタンド型のプロジェクタ１１０を示しており、机面の上方に支持された雲台１１１内に本実施形態の２次元走査装置１１２が収納されている。
【０１６０】
いずれのプロジェクタ１００，１１０にも、パーソナルコンピュータ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤー等の画像情報供給装置１５０が接続され、画像表示システムが構成されている。プロジェクタ１００，１１０内には、画像情報供給装置１５０から入力された画像情報に基づいて光源１から発せられる単色光又は複数色光を変調する駆動回路が設けられている。これにより、プロジェクタ１００，１１０は、画像情報供給装置１５０から供給された画像情報に応じた画像をスクリーン１０５上や机面１１５上に走査表示することができる。
【０１６１】
以上説明した各実施形態は、被走査面上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）を例にとって説明したが、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する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。
【０１６２】
さらに、本発明は、偏向手段の反射面に、光源からの光束が該反射面の揺動軸（偏向軸）に対して斜め方向から入射する場合にも、適用することができる。
【０１６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光束を２次元方向に偏向走査して２次元画像を形成する場合に生じるＴＶディストーションや台形歪みを含むディストーションを容易かつ良好に補正することができる。これにより、歪みが少ない高品位な画像を表示することが可能な２次元走査装置および走査型画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である２次元走査装置の斜視図。
【図２】上記実施形態１の２次元走査装置の要部概要図。
【図３】２次元走査装置で用いられる１次元偏向器の要部概要図。
【図４】本発明の比較例１である２次元走査装置の垂直断面図。
【図５】上記比較例１の２次元走査装置の数値例を示す表図。
【図６】ＴＶディストーションおよび台形歪みを説明する図
【図７】上記比較例１における表示画像（格子）の説明図。
【図８】上記比較例１におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図９】本発明の比較例２である２次元走査装置の垂直断面図。
【図１０】上記比較例２における表示画像（格子）の説明図。
【図１１】上記比較例２におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図１２】上記実施形態１の２次元走査装置の垂直断面図。
【図１３】上記実施形態１の２次元走査装置の要部拡大図。
【図１４】上記実施形態１の２次元走査装置の数値実施例を示す表図。
【図１５】上記実施形態１における表示画像（格子）の説明図。
【図１６】上記実施形態１におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図１７】本発明の実施形態２である２次元走査装置の垂直断面図。
【図１８】上記実施形態２の２次元走査装置の数値実施例を示す表図。
【図１９】上記実施形態２における表示画像（格子）の説明図。
【図２０】上記実施形態２におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図２１】本発明の実施形態３である２次元走査装置の垂直断面図。
【図２２】上記実施形態３の２次元走査装置の数値実施例を示す表図。
【図２３】上記実施形態３における表示画像（格子）の説明図。
【図２４】上記実施形態３におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図２５】本発明の実施形態４である２次元走査装置の垂直断面図。
【図２６】上記実施形態４の２次元走査装置の数値実施例を示す表図。
【図２７】上記実施形態４における表示画像（格子）の説明図。
【図２８】上記実施形態４におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図２９】本発明の実施形態５である２次元走査装置の垂直断面図。
【図３０】上記実施形態５の２次元走査装置の数値実施例を示す表図。
【図３１】上記実施形態５における表示画像（格子）の説明図。
【図３２】上記実施形態５におけるＴＶディストーションと台形歪みの量を示す表図。
【図３３】２次元走査装置で用いられる２次元偏向器の要部概要図。
【図３４】上記各実施形態の２次元走査装置を備えたプロジェクタを示す概略図。
【符号の説明】
１　光源
２　集光レンズ
３　開口絞り
４　偏向ユニット
５，１５，２５，３５，４５　走査光学系
６　被走査面

Claims (2)

1. 光源からの光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向された光束を被走査面に向ける走査光学系とを有し、
   前記走査光学系は、前記偏向手段による光束の２次元偏向範囲の中心軸に対して最大画角よりも大きな角度をなすようにチルトした光学面を有することを特徴とする２次元走査装置。
2. 光源からの光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、
   前記偏向手段により偏向された光束を被走査面に向ける走査光学系とを有し、
   前記走査光学系は、前記偏向手段による光束の２次元偏向範囲の中心軸に対してチルトした光学面を有し、該チルトした光学面と同一の方向へ前記被走査面がチルトしていることを特徴とする２次元走査装置。

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