JP2005234157A - 2次元走査装置及びそれを用いた走査型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光源手段101から発せられた光束を第1の走査方向と、該第1の走査方向と直交する第2の走査方向に偏向する偏向手段105と、該偏向手段により偏向された偏向光束を被走査面107上に導光する走査光学系106と、を有する2次元走査装置において、該被走査面の画角中心に入射する光束の主光線が、該第1、第2の走査方向のうち少なくとも1つの第1の走査方向において、該被走査面に対し傾いて入射し、該走査光学系は、非回転対称形状の反射面を少なくとも2つ有し、該少なくとも2つの反射面は、該第1の走査方向において、該偏向光束の光路を折り畳むように配置されていること。
【選択図】 図1
Description
光源手段と、該光源手段から発せられた光束を第1の走査方向と、該第1の走査方向と直交する第2の走査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導光する走査光学系と、を有する2次元走査装置において、
該被走査面の画角中心に入射する光束の主光線が、該第1、第2の走査方向のうち少なくとも1つの第1の走査方向において、該被走査面に対し傾いて入射し、
該走査光学系は、非回転対称形状の反射面を少なくとも2つ有し、該少なくとも2つの反射面は、該第1の走査方向において、該偏向光束の光路を折り畳むように配置されていることを特徴としている。
前記偏向光束の主光線が前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面で反射してから他方の反射面へ到達するまでの光路を基準軸とするとき、該少なくとも2つの反射面の形状は、各々該基準軸に対して前記第1の走査方向において非対称であることを特徴とし
ている。
前記偏向光束の主光線が前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面で反射してから他方の反射面へ到達するまでの光路を基準軸とするとき、該基準軸を含み前記第1の走査方向とで形成される第1の走査断面内において、該少なくとも2つの反射面は、その該第1の走査断面内における前記第2の走査方向の曲率が該第1の走査方向に沿って移動するに従い大から小へ、もしくは小から大へ徐々に変化する曲率単調変化アナモルフィック面であることを特徴としている。
前記少なくとも2つの反射面のうち1つの反射面は、前記第1の走査断面内における前記第2の走査方向の形状が凸であり、他の1つの反射面は、該第1の走査断面内における該第2の走査方向の形状が凹であることを特徴としている。
前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面は、前記第1の走査断面内における前記第2の走査方向のパワーが他の反射面のパワーに比べて強い方と、他方の反射面の該第1の走査断面内における該第2の走査方向のパワーが他の反射面のパワーに比べて弱い方とを揃えるようにしている。
前記光源手段から発せられた光束を前記第1の走査方向から斜めに前記偏向手段の偏向面へ斜入射させたことを特徴としている。
前記第1の走査方向において、前記偏向手段から前記走査光学系までの光路でみたとき、前記被走査面への入射角が小さい偏向光束が通過する方のサイドから、前記光源手段から発せられた光束を該偏向手段の偏向面へ斜入射させたことを特徴としている。
前記走査光学系は全体として負のパワーを有し、前記偏向手段と前記被走査面との間に自然収束点を有する収束光束を、該走査光学系により該被走査面近傍に集光させたことを特徴としている。
前記走査光学系の瞳を前記偏向手段近傍に配置し、該瞳の像を虚像としたことを特徴としている。
前記走査光学系は、2つの非回転対称形状の反射面を有することを特徴としている。
前記走査光学系は、非回転対称形状の反射面を少なくとも2つ含むプリズムを有していることを特徴としている。
前記第1の走査方向における画角をθd1、前記第2の走査方向における画角をθd2、前記被走査面上に入射する光束の前記第1の走査方向における幅をWi1、該第2の走査方向における幅をWi2とするとき、
前記走査光学系の第2の走査方向の幅をDx、第1の走査方向の幅をDy、水平走査方向及び垂直走査方向とに垂直なZ軸方向の幅をDzとするとき、
Dx≦40(mm)
Dy≦30(mm)
Dz≦35(mm)
なる条件を満足することを特徴としている。
前記光源手段は、互いに異なる波長の光束を複数発することを特徴としている。
前記光源手段は、光変調可能な発光素子を有していることを特徴としている。
請求項1乃至15の何れか1項に記載の2次元走査装置を搭載したことを特徴としている。
クリーン面107上に2次元画像を表示している。
く発生して表示画像の品位を低下させて問題となる。
R : 曲率半径
K : コーニック定数
Cmn : XmYnの係数
m,n : 整数 ( m + n ≦ 8 )
そして第1、第2の走査ミラー106a,106bの反射面は各々水平走査方向においては基準軸BAに対して対称な形状をしており、垂直走査方向においては基準軸BAに対して非対称な形状をした回転対称軸を有さない非回転対称面より成り、更に垂直走査方向においてはシフトやチルトさせて配置している。
直走査方向と直交する水平走査方向(第2の走査方向)の曲率が小から大へ単調増加もしくは大から小へ単調減少する面形状を指している。このため垂直走査方向の反射面形状は基準軸BAに対して非対称な形状をしており、かつ垂直走査方向と水平走査方向とでは曲率が異なるアナモルフィック面であって、回転対称軸を有さない非回転対称面で形成されている。
つまり各面106a、106bのパワーで比較すると形状a<形状b,形状c>形状dなので、形状aと形状c、そして形状bと形状dの組み合わせに構成している。
ため右辺や左辺など垂直走査方向に伸びる線の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。
下辺 L2 : b/B×100(%)
左辺 L3 : c/A×100(%)
右辺 L4 : d/A×100(%)
また図9(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面の枠が傾斜した量を示した収差量であり、画面の角の変異量を画面の幅で割ったものである。よって画面枠の各辺における台形歪みは以下の式で表される。
下辺 L2 : f/2/B×100(%)
左辺 L3 : g/2/A×100(%)
右辺 L4 : h/2/A×100(%)
また比較例として第1の偏向器105aと第2の偏向器105bとで被走査面107上に光走査して画像を表示させた例を用いる。比較例は本実施例における2次元走査装置の走査光学系を省いた構成であり、斜め投影方式で被走査面107上を光走査することや、第1の走査ミラー106aに垂直走査方向から角度20(deg)で入射させる点は本実施例の構成と同様である。
第1の走査ミラー106aの間の光路に着目し、斜入射の方向を説明する。
Dx≦40(mm) … (2)
Dy≦30(mm) … (3)
Dz≦35(mm) … (4)
なる条件を満足するように各要素を設定している。本実施例では、
Dx=25.16(mm)
Dy=16.06(mm)
Dz=18.16(mm)
であり、これは上記条件式(2),(3),(4)を全て満足している。
Dy≦23(mm) … (3a)
Dz≦25(mm) … (4a)
さらに偏向手段105の中で最もスクリーン面107に近い第2の偏向器105bから2次元走査方向系106の最もスクリーン面に近い位置までのZ軸方向の距離をLdとするとき、
Ld≦40(mm) … (5)
なる条件を満足させている。本実施例では、
Ld=26.67(mm)
であり、これは上記条件式(5)を満足している。
本実施例ではこれら各条件式を満足させることにより、2次元走査装置が非常にコンパクトなものとなり、この2次元走査装置を搭載する走査型画像表示装置を小型化することができるメリットがある。また光学部品の単価やこれを保持するメカ部材の材料費、ならびに保管場所の占有容積を低減することができるので、コストダウンが図れる等のメリットもある。
ョンが生じ、さらには斜め投影方式で表示することでTVディストーションに加えて台形歪みが発生し、走査画像の品位を著しく劣化させていたが、上記の如く本実施例の効果により、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。これにより常に高品位な走査画像を表示することのできる2次元走査装置を達成することができる。
しては不図示の使用者が携帯機器122を手で持ちながら、表示部126を直接見ることもできる。しかしながら、より大きな画面で観察したい場合や表示部126のエリアでは見ることができないような場合、使用者の操作により投射表示部124から画像を投影することができる。例えば壁などの被走査面107に向けて画像を投射し、走査画像128を表示している。
みを良好に補正している。
Dx=23.72 (mm)
Dy=21.29 (mm)
Dz=16.27 (mm)
であり、これは前記条件式(2),(3),(4)を全て満足している。
Ld=26.05 (mm)
であり、これは前記条件式(5)を満足している。
スクリーン面107の下方に到達する偏向光束Lvlの入射角θvlは0.00(deg)である。
Dx=22.58 (mm)
Dy=17.07 (mm)
Dz=21.17 (mm)
であり、これは前記条件式(2),(3),(4)を全て満足している。
Ld=29.61 (mm)
であり、これは前記条件式(5)を満足している。
102 集光レンズ(コリメータレンズ)
103 開口絞り
104 収束光束変換光学系
105,205,305 偏向手段(偏向器:MEMSミラー、ガルバノミラー)
106,206,306 走査光学系(走査ミラー、プリズム)
107 被走査面(スクリーン面)
208 合成手段(ダイクロイックプリズム)
108,109 走査線(往路走査線、復路走査線)
110 被走査面の有効エリア
111 走査帰線
112 垂直走査方向
113 光源部の制御回路
114 水平走査手段の駆動手段
115 垂直走査手段の駆動手段
116 光路
117 水平走査手段の揺動向き
118 垂直走査手段の揺動向き
119 水平走査手段の駆動回路
120 垂直走査手段の駆動回路
121 機器の制御回路
122 携帯機器
123 本体
124 投射表示部
125 入力部
126 表示部
127 アンテナ
128 表示画像、表示文字
129 走査型画像表示装置
130 本体部
131 ヘッド部
132 接続部
133 携帯情報端末
134 ケーブル
Claims (16)
- 光源手段と、該光源手段から発せられた光束を第1の走査方向と、該第1の走査方向と直交する第2の走査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導光する走査光学系と、を有する2次元走査装置において、
該被走査面の画角中心に入射する光束の主光線が、該第1、第2の走査方向のうち少なくとも1つの第1の走査方向において、該被走査面に対し傾いて入射し、
該走査光学系は、非回転対称形状の反射面を少なくとも2つ有し、該少なくとも2つの反射面は、該第1の走査方向において、該偏向光束の光路を折り畳むように配置されていることを特徴とする2次元走査装置。 - 前記偏向光束の主光線が前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面で反射してから他方の反射面へ到達するまでの光路を基準軸とするとき、該少なくとも2つの反射面の形状は、各々該基準軸に対して前記第1の走査方向において非対称であることを特徴とする請求項1記載の2次元走査装置。
- 前記偏向光束の主光線が前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面で反射してから他方の反射面へ到達するまでの光路を基準軸とするとき、該基準軸を含み前記第1の走査方向とで形成される第1の走査断面内において、該少なくとも2つの反射面は、その該第1の走査断面内における前記第2の走査方向の曲率が該第1の走査方向に沿って移動するに従い大から小へ、もしくは小から大へ徐々に変化する曲率単調変化アナモルフィック面であることを特徴とする請求項1又は2記載の2次元走査装置。
- 前記少なくとも2つの反射面のうち1つの反射面は、前記第1の走査断面内における前記第2の走査方向の形状が凸であり、他の1つの反射面は、該第1の走査断面内における該第2の走査方向の形状が凹であることを特徴とする請求項3記載の2次元走査装置。
- 前記少なくとも2つの反射面のうち一方の反射面は、前記第1の走査断面内における前記第2の走査方向のパワーが他の反射面のパワーに比べて強い方と、他方の反射面の該第1の走査断面内における該第2の走査方向のパワーが他の反射面のパワーに比べて弱い方とを揃えるようにしたことを特徴とする請求項3記載の2次元走査装置。
- 前記光源手段から発せられた光束を前記第1の走査方向から斜めに前記偏向手段の偏向面へ斜入射させたことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記第1の走査方向において、前記偏向手段から前記走査光学系までの光路でみたとき、前記被走査面への入射角が小さい偏向光束が通過する方のサイドから、前記光源手段から発せられた光束を該偏向手段の偏向面へ斜入射させたことを特徴とする請求項6記載の2次元走査装置。
- 前記走査光学系は全体として負のパワーを有し、前記偏向手段と前記被走査面との間に自然収束点を有する収束光束を、該走査光学系により該被走査面近傍に集光させたことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記走査光学系の瞳を前記偏向手段近傍に配置し、該瞳の像を虚像としたことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記走査光学系は、2つの非回転対称形状の反射面を有することを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記走査光学系は、非回転対称形状の反射面を少なくとも2つ含むプリズムを有していることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記走査光学系の第2の走査方向の幅をDx、第1の走査方向の幅をDy、水平走査方向及び垂直走査方向とに垂直なZ軸方向の幅をDzとするとき、
Dx≦40(mm)
Dy≦30(mm)
Dz≦35(mm)
なる条件を満足することを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の2次元走査装置。 - 前記光源手段は、互いに異なる波長の光束を複数発することを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 前記光源手段は、光変調可能な発光素子を有していることを特徴とする請求項1乃至14の何れか1項に記載の2次元走査装置。
- 請求項1乃至15の何れか1項に記載の2次元走査装置を搭載したことを特徴とする走査型画像表示装置。
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