JP2009251282A - 走査型画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影する画像の制御を容易にしつつ、光学系全体をコンパクト化しやすい走査型画像投影装置。
【解決手段】画像情報に基づいて変調された光束を射出する光源と、その光束を反射して２次元方向に偏向走査する偏向器と、その偏向器により反射された光束を投影方向に向けて射出し、２次元の投影画像を形成する投影光学系とを有し、投影光学系６は、投影画像の中心に至る光束の主光線２１に対して傾いて配置された複数の反射面１２、１３を有し、複数の反射面１３，１４の中の少なくとも１つの反射面は、主光線２１の介する位置にて凹形状の曲面反射面であり、画像の端に至る光束の主光線は、投影光学系６から射出する際に投影画像の中心に至る光束の主光線２１から離れる方向に射出される走査型画像投影装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、走査型画像投影装置に関し、特に、光束を２次元走査することによって表示をする走査型画像投影装置に関するものである。

従来、光束走査型の画像投影装置として、映像信号に従って変調されたＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色の光束を偏向器にて反射偏向し、２次元走査することによって画像を投影する走査型の画像投影装置は、例えば特許文献１、２にて知られている。

特許文献１には、偏向器としてポリゴンミラーとガルバノミラーを用い、スクリーン上に光束を２次元走査することで画像を投影する走査型画像投影装置が開示されている。

特許文献２には、特許文献１の偏向器のような方式や、偏向器として可動ミラーが２軸のガルバノミラー、若しくは、直交するする１軸のガルバノミラーの組み合わせにより、スクリーン上に光束を２次元走査することで画像を投影する走査型画像投影装置が開示されている。
特開２００３−８４７０７号公報 特開２００６−１８６２４３号公報

しかしながら、従来の映像信号によって変調されたＲＧＢ３色の光ビームを偏向器にて反射偏向しスクリーン上に２次元走査するものは、偏向器の偏向角に従って光ビームを走査するものだが、偏向器とスクリーンの間に光学素子がない。そのため、偏向器による偏向後の光束は偏向器に入射する前の光学系によってのみ制御される。

そのため、スクリーンにおける表示画面のディストーション補正、若しくは、偏向器を介した後の光ビームの径の制御等がされないため、投影する画像の全体形状の補正、及び、画像の高精細表示等に対応することができない。

本発明は従来技術のこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、投影する画像の制御を容易にしつつ、光学系全体をコンパクト化しやすい走査型画像投影装置を提供することである。

上記目的を達成する本発明の走査型画像投影装置は、画像情報に基づいて変調された光束を射出する光源と、
前記光束を反射して２次元方向に偏向走査する偏向器と、
前記偏向器により反射された光束を投影方向に向けて射出し、２次元の投影画像を形成する投影光学系とを有し、
前記投影光学系は、前記投影画像の中心に至る光束の主光線に対して傾いて配置された複数の反射面を有し、
前記複数の反射面の中の少なくとも１つの反射面は、前記投影画像の中心に至る光束の主光線の介する位置にて凹形状の曲面反射面であり、
前記画像の端に至る光束の主光線は、前記投影光学系から射出する際に前記投影画像の
中心に至る光束の主光線から離れる方向に射出されることを特徴とするものである。

このように構成することで、光源から発せられた光束は、偏向器で偏向走査され、投影光学系に入射する。

投影光学系を配置することで、偏向角に対応して走査倍率や光束径の大きさを決めることができるため、投影される画像の周辺での歪みを抑え、かつ、画面全体にコントラストを高めることが可能となる。

そして、投影画像の中心に至る光束の主光線に対して傾いて配置された複数の反射面を配置することで、投影光学系内の光路の確保と小型化に有利となる。

そして、複数の反射面の中の少なくとも１つの反射面は投影画像の中心に至る光束の主光線の介する位置にて凹形状とすることで、この反射面に正の光学パワーを持たせられ、小型化に有利な光学設計が可能となる。

そして、投影画像の端に至る光束の主光線が投影光学系から射出する際に投影画像の中心に至る光束の主光線から離れる方向に射出されるようにすることで、投影光学系に対する投影画像のサイズを大きくしやすくなる。

なお、以下、軸上主光線と記載したときは、投影画像の中心に至る光束の主光線を意味し、投影光学系による投影画像の中心と投影光学系の入射瞳の中心の双方を通る光線と定義する。

上述の発明において、さらには以下の何れかの構成を満足することがより好ましい。

すなわち、前記投影光学系中の前記曲面反射面の形状は非回転対称の非球面形状であることが望ましい。

このように構成すると、回転対称の反射面に比べ、偏心による収差の低減に有利となり、投影画像の歪みの低減やコントラストの向上に一層有利となる。

また、前記曲面反射面を第１の曲面反射面としたとき、前記投影光学系は前記第１の曲面反射面の他に第２の曲面反射面を有するものとしてもよい。

このように構成し、少なくとも２つの反射面をそれぞれ曲面反射面とすることで、偏心による収差の補正を行いやすくなり、投影光学系の小型化に有利となる。

その場合に、前記第１及び第２の曲面反射面のそれぞれの形状は、非回転対称の非球面形状であることが望ましい。

このように構成して、２つの非回転対称の非球面形状を用いることで、設計自由度が大幅に高くなるため、偏心による収差の補正、画像の歪みの低減、コントラストの向上に一層有利となり、小型化しやすくなる。

また、前記投影光学系は前記第１及び第２の曲面反射面を内面反射面としたプリズムを有することが望ましい。

このように構成すると、複数の曲面反射面の相対的な位置ズレを抑えやすくなり、製造誤差を軽減できる。特に、射出成形等で製造する場合には、プリズムの各面の形状、及び
、相対的な面の配置の製造誤差が小さく抑えられ、入射瞳位置となる偏向器と投影光学系の位置調整はプリズムを所望の位置に固定すればよく、調整工程を省略することができる。

また、入射側の屈折面の屈折作用により画像の端に至る光束と軸上主光線とのなす角を小さくできる。一方、射出側の屈折面の屈折作用により画像の端に向かう光束と軸上主光線とのなす角を大きくできるので、投影光学系の小型化と投影画角の確保の両立に有利となる。

この場合に、前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、前記第１面から前記第３面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器からの光束は前記第１面を透過してプリズム内部に入り、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとるものとすることができる。

このように構成して、第２面である反射面を反射と透過の双方の機能を持たせることで、プリズム内の光路を確保しつつプリズムサイズを小さくできるので、小型化に有利となる。この構成は後記の実施例１が対応する。

また、前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用をする第３面、透過作用を有する第４面の４つの光学面を有し、前記第１面から前記第４面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器側からの光束は前記第１面を透過して媒質内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第４面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとるものとすることができる。

このように構成して、第１面と第４面の屈折作用により、プリズムの小型化と投影画角の確保の両立に有利となる。また、第２面と第３面の曲面反射により光束の集光性や像の歪みの修正をバランスさせやすくなり、投影光学系内の光路の確保と小型化に有利となる。この構成は後記の実施例２が対応する。

この場合に、前記第２面と前記第３面はそれぞれ投影画像の中心に至る光束を鋭角で反射し、かつ、前記投影画像の中心に至る光束をプリズム内で交差させる位置に配置し、かつ、前記第２面と前記第３面は前記投影画像の中心に至る光束の主光線の介する位置が凹面であるようにすることが望ましい。

このように構成することで、入射瞳となる偏向器の偏向反射面からの光束はプリズム内の第２面で反射する光路と、第３面で反射して第４面から射出する光路とが対称的な配置となる。かつ、２つの反射面に正のパワーを分配するようにしたため、偏心した反射面での発生する収差を抑えやすくなる。この構成は後記の実施例２が対応する。

この場合、前記第４面は射出側に凹の面であることが望ましい。

このように構成して、射出面である第４面に負のパワーを与えることで、軸外収差である像面湾曲を抑える効果を得るのに有利となる。この構成は後記の実施例２が対応する。

また、前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面が共に凹面反射面であり、前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面の間の光路中に中間像を形成するようにすることが望ましい。

このように構成することで、偏向器からの光束を投影光学系内で一度集光させ、２次元の点の集まり、すなわち中間像（１次像）を形成する。その中間像を投影することで、投影倍率の制御が容易となる。中間像よりも偏向器側の光路に配置された凹面反射面は光束を集光し中間像を形成することに寄与し、中間像よりも投影側の光路に配置された凹面反射面は中間像からの光束の広がりを制御し光束径の調整や投影倍率の調整に寄与する。この構成は後記の実施例３〜５が対応する。

この場合に、前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面は前記中間像を間にはさみ向かい合って位置することが望ましい。

このように構成することで、中間像の直前直後に正パワーの凹面を配置することでの投影光学系の小型化に有利となる。この構成は後記の実施例３〜５が対応する。

そして、前記投影光学系内でかつ前記中間像よりも投影側に入射瞳と共役な瞳を形成するようにすることが望ましい。

このように、投影光学系内に中間像と瞳を形成することで、投影光学系内の光路の確保と小型化の両立に一層有利となる。この構成は後記の実施例３〜５が対応する。

また、前記投影光学系中の前記プリズムは、少なくとも４つの光学面を有し、前記プリズム内部で中間像を形成し、その中間像を拡大投影するようにすることが望ましい。

このように構成して、偏向器からの光束をプリズム内で一度集光させ、２次元の点の集まり、すなわち中間像（１次像）を形成する。その中間像を拡大投影することで、投影倍率を制御が容易となる。この構成は後記の実施例３〜５が対応する。

また、前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用と反射作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用を有する第３面、透過作用を有する第４面の４つの光学面を有し、前記第１面と前記第４面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器から射出される光束は、前記第１面を透過してプリズム内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第１面で反射され、次いで前記第３面で反射し、次いで前記第４面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとり、前記第２面と前記第３面との間に前記中間像を形成するようにすることができる。

このような構成で、第１面は、投影光学系の入射瞳となる偏向器の反射面から射出した光束をプリズム内部に導入する透過面と、内部反射面である第２面で反射した光束を反射する２つの作用を有する面となっている。そのため、光路確保と投影光学系の小型化に有利となる。そして、光束は第３面で反射され、第４面で透過されて投影される。この構成は後記の実施例３、５が対応する。

また、第２面と第３面の間に中間像が形成されるので、投影光学系のコンパクト化や投影倍率の調整を行いやすくなる。

この場合に、前記プリズム内に瞳を形成するようにすることが望ましい。

このように構成すると、光路を細くできるのでプリズムの小型化に一層有利となる。

そして、前記瞳が前記中間像と前記第３面の間の光路に形成されることが望ましい。

このように構成すると、プリズムの小型化に一層有利となる。

また、前記第１面は、前記第２面で反射した光束が当たる位置に光束を反射する反射コートが施されているものとしてもよい。

すなわち、第１面の光束が反射する箇所の近傍にて中間像や瞳が形成されるため、第１面における反射領域は光が集まった状態になる。そのため、第１面の反射領域は狭い領域となり、透過領域とは別の領域に設定できるので、この箇所に反射コートを施しても透過領域への影響を軽減できる。

反射コートとしては、例えばアルミニウムをコーティングを行い、内部反射を行うことができる。

また、中間像と瞳との間の光路に第１面の反射面が位置することが、第１面の透過領域を確保する上でより好ましい。

また、４つの光学面で構成する場合、前記中間像は前記第２面から前記第１面への光路中に形成され、前記第２面と前記第１面は凹面反射面を持つものとすることができる。

このように構成すると、プリズムの小型化と光束の制御の両立が一層行いやすくなる。

また、前記第３面から前記第４面への光路が前記第１面から前記第２面への光路及び前記第２面から前記第１面への光路の双方と交差するようにすることができる。

このように構成して、光路の折り返しを繰り返すことで、プリズム内の光路の確保とプリズムの小型化の両立に有利となる。

また、少なくとも４つの光学面を有する場合、前記走査光学系の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用を有する第３面、内部反射作用を有する第４面と、透過作用を有する第５面の５つの光学面を有し、前記第１面と前記第５面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器から射出される光束は、前記第１面を透過して媒質内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射し、次いで前記第４面で反射し、次いで前記第５面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとり、前記第２面と前記第４面との間に前記中間像を形成するものとすることができる。

このように構成すると、第１面は、投影光学系の入射瞳となる偏向器の反射面から射出した光束をプリズム内部に導入する透過面であり、第１面を透過した光束は内部反射面である第２面、第３面、第４面で反射され、第５面で透過されて投影される。第２面と第４面の間に中間像が形成されるので、投影光学系のコンパクト化や投影倍率の調整を行いやすくなる。この構成は後記の実施例４が対応する。

この場合に、前記プリズム内に瞳を形成するようにすることが望ましい。

このように構成すると、光路を細くできるのでプリズムの小型化に一層有利となる。

そして、前記瞳が前記中間像と前記第４面の間の光路に形成されることが望ましい。

このように構成すると、プリズムの小型化に一層有利となる。

また、５つの光学面で構成する場合、前記中間像は前記第２面から前記第３面への光路中に形成され、前記第２面と前記第３面は凹面反射面を持つことが望ましい。

このように構成すると、プリズムの小型化と光束の制御の両立が一層行いやすくなる。

その場合、前記第４面が凸形状の反射面を有することが望ましい。

このように構成した場合、第２、第３面が正のパワーを持つため、第４面の反射面に負のパワーを持たせることで光学系全体のペッツバール和を小さくすることに寄与している。また、この負のパワーによって軸外光線のプリズムからの射出角を大きくし、投影画角拡大に有利となる。

また、前記第４面から前記第５面への光路が前記第１面から前記第２面への光路及び前記第２面から前記第３面への光路の双方と交差するようにすることができる。

このように構成すると、光路の折り返しを繰り返すことでプリズム内の光路の確保とプリズムの小型化の両立に有利となる。

以上において、前記偏向器は、互いに直交する２軸を回転軸とするミラーを有するものとすることができる。

このように構成すると、投影光学系における入射瞳が走査方向によらず略同じ位置にでき、入射瞳を投影光学系に近づけやすくなり、投影画角の確保と投影光学系の小型化の両立に有利となる。

また、前記光源と前記偏向器との間に、前記光源からの光束を所定形状の光束径に変換する変換光学系を有することが望ましい。

このように構成すると、変換光学系により光束径が制御されることで、投影される画像のコントラストを高めやすくなる。

また、前記光源がレーザー光源であることが望ましい。

このように光源としてレーザー光源を用いることで、投影画像の明るさの確保に有利となる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、投影する画像の制御（例えば、投影画像のディストーション補正やスクリーン上における光束径の制御）を容易にしつつ、光学系全体をコンパクト化しやすい走査型画像投影装置を提供することができる。

以下に、本発明による走査型画像投影装置を実施例に基づいて説明する。

まず、以下の各実施例における基本構成を模式的に図１に示す。光源としてレーザー光源１を用いている。このレーザー光源は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色を発するレーザー光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを備え、この３原色のレーザー光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂはそれぞれ画像情報に基づいて変調された光束を射出する。それぞれの光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂから射出した光束は、２つのダイクロイックミラー３ａ、３ｂにより合成され、レーザー光源１から射出する。

レーザー光源１から射出した光束は、変換光学系４により所定形状の光束径に変換され、略平行光束となって変換光学系４から射出する。変換光学系４は、レーザー光源１からの光束の広がりを調整するコリメーターレンズ系（不図示）と光束の形状を整える光束形状調整光学系（不図示）を備えている。

変換光学系４を射出した略平行の光束は、垂直方向と水平方向の互いに直交する２軸を回転軸とするジンバル形式の２軸式ガルバノミラー５で反射される。この２軸式ガルバノミラー５における反射方向とレーザー光源１から発する光束の色相、輝度は相関を持っており、光束が２軸式ガルバノミラー５により２次元的に走査された際に投影側に２次元の画像を形成するように制御される。

２軸式ガルバノミラー５で反射した光束は、投影光学系６に入射する。

投影光学系６に入射した光束は、投影光学系６内の複数の反射面で反射し、投影方向が制御される。また、投影光学系６の反射面はそれぞれが曲面で構成され（図１は模式図であり、投影光学系６の反射面は平面的に描かれいるが、後の実施例から明らかなように、自由曲面等の曲面で構成されている。）、光束のまとまりや投影画像の歪みを補正する機能を持つ。

本実施の形態では、偏向器として２軸式のガルバノミラー５を用いているが、１軸式のガルバノミラーを複数用いてもよい。また、ポリゴンミラーを用いてもよい。

図１では、レーザー光源１や変換光学系４、変調の方式は簡略化して示したが、従来技術に記載されるように、公知の構成、変調方式を用いることが可能である。

次に、上述の構成における投影光学系の具体例を示す。なお、以下の各投影光学系は単一のプリズムで構成しているが、補助的なレンズを追加する等の変更を行ってもよいのはもちろんである。

また、各投影光学系は、プリズムの小型化と投影画角の確保を有利とするために、入射瞳の位置が垂直方向、水平方向共に同じ位置となる構成としているが、垂直方向と水平方向で異なる位置であっても構わない。

また、各投影光学系は、入射瞳を通過する軸上主光線を回転対称軸として回転移動させた構成としてもよい。

各実施例における入射瞳の中心は、２軸式ガルバノミラー５（図１）のそれぞれの回転対称軸の交点とし、その交点に２軸式ガルバノミラー５に入射する光束の中心と反射面が重なるように構成されているものとする。

各実施例におけるＹ−Ｚ平面は、投影画像の垂直方向となるが、Ｙ−Ｚ平面が投影画像の水平方向となるようにプリズムを配置してもよい。

以下、本発明の走査型画像投影装置に用いる投影光学系６の実施例１〜５について説明する。なお、各実施例の構成パラメータは後に示す。

まず、以下の実施例の説明で用いる座標系及び偏心面、自由曲面について説明する。

各実施例において、図３に示すように、軸上主光線２１を入射瞳２０（図１の２軸式ガ
ルバノミラー５の開口が対応する。）中心を通り、投影面２２（図２）中心に到る光線で定義する。

そして、入射瞳２０の中心を原点として、軸上主光線２１に沿って進む方向をＺ軸正方向とし、このＺ軸と像面中心を含む平面をＹ−Ｚ平面とし、原点を通りＹ−Ｚ平面に直交し、紙面の手前から裏面側に向かう方向をＸ軸正方向とし、Ｘ軸、Ｚ軸と右手直交座標系を構成する軸をＹ軸とする。

実施例１〜５では、このＹ−Ｚ平面内で各面の偏心を行っており、また、各回転非対称自由曲面の唯一の対称面をＹ−Ｚ面としている。

偏心面については、光学系の原点の中心からその面の面頂位置の偏心量（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向をそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ）と、その面の中心軸（自由曲面については、後記（ａ）式のＺ軸、非球面については、後記（ｂ）式のＺ軸）のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれを中心とする傾き角（それぞれα，β，γ（°））とが与えられている。その場合、αとβの正はそれぞれの軸の正方向に対して反時計回りを、γの正はＺ軸の正方向に対して時計回りを意味する。なお、面の中心軸のα，β，γの回転のさせ方は、面の中心軸とそのＸＹＺ直交座標系を、まずＸ軸の回りで反時計回りにα回転させ、次に、その回転した面の中心軸を新たな座標系のＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させると共に１度回転した座標系もＹ軸の回りで反時計回りにβ回転させ、次いで、その２度回転した面の中心軸を新たな座標系の新たな座標系のＺ軸の回りで時計回りにγ回転させるものである。

また、各実施例の光学系を構成する光学作用面の中、特定の面とそれに続く面が共軸光学系（平面反射プリズムを含む）を構成する場合には、面間隔が与えられており、その他、媒質の屈折率、アッベ数が慣用法に従って与えられている。

また、本発明で用いる自由曲面とは、以下の式（ａ）で定義されるものである。なお、その定義式のＺ軸が自由曲面の軸となる。

Ｚ＝（ｒ² ／Ｒ）／［１＋√｛１−（１＋ｋ）（ｒ／Ｒ）² ｝］
₆₆
＋Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=1
・・・（ａ）
ここで、（ａ）式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。

球面項中、
Ｒ：頂点の曲率半径
ｋ：コーニック定数（円錐定数）
ｒ＝√（Ｘ² ＋Ｙ² ）
である。

自由曲面項は、
₆₆
Σ Ｃ_j Ｘ^m Ｙ^n
j=1
＝Ｃ₁
＋Ｃ₂ Ｘ＋Ｃ₃ Ｙ
＋Ｃ₄ Ｘ² ＋Ｃ₅ ＸＹ＋Ｃ₆ Ｙ²
＋Ｃ₇ Ｘ³ ＋Ｃ₈ Ｘ² Ｙ＋Ｃ₉ ＸＹ² ＋Ｃ₁₀Ｙ³
＋Ｃ₁₁Ｘ⁴ ＋Ｃ₁₂Ｘ³ Ｙ＋Ｃ₁₃Ｘ² Ｙ² ＋Ｃ₁₄ＸＹ³ ＋Ｃ₁₅Ｙ⁴
＋Ｃ₁₆Ｘ⁵ ＋Ｃ₁₇Ｘ⁴ Ｙ＋Ｃ₁₈Ｘ³ Ｙ² ＋Ｃ₁₉Ｘ² Ｙ³ ＋Ｃ₂₀ＸＹ⁴
＋Ｃ₂₁Ｙ⁵
＋Ｃ₂₂Ｘ⁶ ＋Ｃ₂₃Ｘ⁵ Ｙ＋Ｃ₂₄Ｘ⁴ Ｙ² ＋Ｃ₂₅Ｘ³ Ｙ³ ＋Ｃ₂₆Ｘ² Ｙ⁴
＋Ｃ₂₇ＸＹ⁵ ＋Ｃ₂₈Ｙ⁶
＋Ｃ₂₉Ｘ⁷ ＋Ｃ₃₀Ｘ⁶ Ｙ＋Ｃ₃₁Ｘ⁵ Ｙ² ＋Ｃ₃₂Ｘ⁴ Ｙ³ ＋Ｃ₃₃Ｘ³ Ｙ⁴
＋Ｃ₃₄Ｘ² Ｙ⁵ ＋Ｃ₃₅ＸＹ⁶ ＋Ｃ₃₆Ｙ⁷
・・・・・・
ただし、Ｃ_j （ｊは１以上の整数）は係数である。

上記自由曲面は、一般的には、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面共に対称面を持つことはないが、本発明ではＸの奇数次項を全て０にすることによって、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式（ａ）においては、Ｃ₂ 、Ｃ₅ 、Ｃ₇ 、Ｃ₉ 、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₆、Ｃ₁₈、Ｃ₂₀、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₂₉、Ｃ₃₁、Ｃ₃₃、Ｃ₃₅・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また、Ｙの奇数次項を全て０にすることによって、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面が１つだけ存在する自由曲面となる。例えば、上記定義式においては、Ｃ₃ 、Ｃ₅ 、Ｃ₈ 、Ｃ₁₀、Ｃ₁₂、Ｃ₁₄、Ｃ₁₇、Ｃ₁₉、Ｃ₂₁、Ｃ₂₃、Ｃ₂₅、Ｃ₂₇、Ｃ₃₀、Ｃ₃₂、Ｃ₃₄、Ｃ₃₆・・・の各項の係数を０にすることによって可能である。

また上記対称面の方向の何れか一方を対称面とし、それに対応する方向の偏心、例えば、Ｙ−Ｚ面と平行な対称面に対して光学系の偏心方向はＹ軸方向に、Ｘ−Ｚ面と平行な対称面に対しては光学系の偏心方向はＸ軸方向にすることで、偏心により発生する回転非対称な収差を効果的に補正しながら同時に製作性をも向上させることが可能となる。

また、上記定義式（ａ）は、前述のように１つの例として示したものであり、本発明は、対称面を１面のみ有する面対称自由曲面を用いることで偏心により発生する回転非対称な収差を補正し、同時に製作性も向上させるということが特徴であり、他のいかなる定義式に対しても同じ効果が得られることは言うまでもない。

なお、データの記載されていない自由曲面に関する項は０である。屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。長さの単位はｍｍである。

図２は、実施例１の投影光学系６の軸上主光線２１を含むＹ−Ｚ断面図であり、図３は、図２の投影光学系６を構成する偏心プリズム１０の拡大図である。この光学系は、入射瞳２０より表示面側の偏心プリズム１０と、表示面２２よりなり、入射瞳２０の前には、図示していないレーザー光源１と変換光学系４とコリメーターレンズ系と光束形状調整光学系とが配置され、コリメーターレンズ系によって略平行光とし、光束形状調整光学系（ビーム整形手段）によってレーザ光を所望のビーム形状にされている。そして、入射瞳２０の位置に２軸式のガルバノミラー５が位置し、ミラーの外形形状が入射瞳２０を構成する。偏心プリズム１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用と透過作用を兼ねた第２面１２と、反射作用を有する第３面１３とからなる屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成されており、入射瞳２０を通った物体（光源）からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で全反射され、次いで第３面１３で反射され、今度は第２面１２を透過して偏心プリズム１０の外へ出て、表示面２２に結像する。

そして、偏心プリズム１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差
を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。

このように、走査型画像投影装置の投影光学系６に、３面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない投影光学系を構成することができる。

上記実施例１の投影光学系の横収差図を図４〜図６に示す。これらの横収差図において、括弧内に示された数字は（Ｘ方向画角、Ｙ方向画角）を表し、その画角における横収差を示す。以下、同じである。

なお、実施例１の光学系の仕様は、
画角 ４０°×３０．５２°（水平、垂直）
入射瞳径 φ２．０ｍｍ
である。

図７は、実施例２の投影光学系６の軸上主光線２１を含むＹ−Ｚ断面図であり、図８は、図７の投影光学系６を構成する偏心プリズム１０の拡大図である。この光学系は、入射瞳２０より表示面側の偏心プリズム１０と、表示面２２よりなり、入射瞳２０の前には、図示していないレーザー光源１と変換光学系４とコリメーターレンズ系と光束形状調整光学系とが配置され、コリメーターレンズ系によって略平行光とし、光束形状調整光学系（ビーム整形手段）によってレーザ光を所望のビーム形状にされている。そして、入射瞳２０の位置に２軸式のガルバノミラー５が位置し、ミラーの外形形状が入射瞳２０を構成する。偏心プリズム１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用を有する第２面１２と、反射作用を有する第３面１３と、透過作用を有する第４面１４からなり、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成されており、入射瞳２０を通った物体（光源）からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で反射され、次いで第３面１３で反射され、今度は第４面１４を透過して偏心プリズム１０の外へ出て、表示面２２に結像する。そして、第２面１２と第３面１３はそれぞれ軸上主光線２１を鋭角で反射し、かつ、第１面１１から第２面１２への光路と第３面１３から第４面１４への光路とをプリズム内で交差させる位置に配置されている。

そして、偏心プリズム１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３、第４面１４は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。

このように、走査型画像投影装置の投影光学系６に、４面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない投影光学系を構成することができる。

上記実施例２の投影光学系の横収差図を図９〜図１１に示す。

なお、実施例２の光学系の仕様は、
画角 ３０°×２２．７２°（水平、垂直）
入射瞳径 φ１．０ｍｍ
である。

図１２は、実施例３の投影光学系６の軸上主光線２１を含むＹ−Ｚ断面図であり、図１３は、図１２の投影光学系６を構成する偏心プリズム１０の拡大図である。この光学系は、入射瞳２０より表示面側の偏心プリズム１０と、表示面２２よりなり、入射瞳２０の前には、図示していないレーザー光源１と変換光学系４とコリメーターレンズ系と光束形状調整光学系とが配置され、コリメーターレンズ系によって略平行光とし、光束形状調整光学系（ビーム整形手段）によってレーザ光を所望のビーム形状にされている。そして、入射瞳２０の位置に２軸式のガルバノミラー５が位置し、ミラーの外形形状が入射瞳２０を構成する。偏心プリズム１０は、入射面である透過及び反射作用を有する第１面１１と、反射作用を有する第２面１２と、反射作用を有する第３面１３と、透過作用を有する第４面１４からなり、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成されており、入射瞳２０を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で反射され、次いで再び第１面１１のミラーコーティングされている領域で反射され、第３面１３で反射され、今度は第４面１４を透過して偏心プリズム１０の外へ出て、表示面２２に結像する。そして、第１面１１と第２面１２と第３面１３とはそれぞれ軸上主光線２１を鋭角で反射し、かつ、第３面１３から第４面１４への光路が第１面１１から第２面１２への光路及び第２面１２から第１面１１への光路の双方と交差するように配置されている。

また、第２面１２の反射面と第１面１１の反射面の間の光路中に光源の中間像Ａを形成するようになっており、さらには、偏心プリズム１０内でかつ中間像Ａよりも投影側に入射瞳２０と共役な瞳Ｂを形成するように配置されている。そして、その中間像Ａはその後にある正のパワーを有する第１面１１、第３面１３の反射面と射出面である第４面１４を介して表示面２２に結像する。

そして、偏心プリズム１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３、第４面１４は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。

このように、走査型画像投影装置の投影光学系６に、４面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない投影光学系を構成することができる。

上記実施例３の投影光学系の横収差図を図１４〜図１６に示す。

なお、実施例３の光学系の仕様は、
画角 ３０°×２２．７２°（水平、垂直）
入射瞳径 φ１．０ｍｍ
である。

図１７は、実施例４の投影光学系６の軸上主光線２１を含むＹ−Ｚ断面図であり、図１８は、図１７の投影光学系６を構成する偏心プリズム１０の拡大図である。この光学系は、入射瞳２０より表示面側の偏心プリズム１０と、表示面２２よりなり、入射瞳２０の前には、図示していないレーザー光源１と変換光学系４とコリメーターレンズ系と光束形状調整光学系とが配置され、コリメーターレンズ系によって略平行光とし、光束形状調整光学系（ビーム整形手段）によってレーザ光を所望のビーム形状にされている。そして、入射瞳２０の位置に２軸式のガルバノミラー５が位置し、ミラーの外形形状が入射瞳２０を構成する。偏心プリズム１０は、入射面である透過作用を有する第１面１１と、反射作用を有する第２面１２、第３面１３、第４面１４と、透過作用を有する第５面１５からなり
、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成されており、入射瞳２０を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で反射され、次いで第３面１３で反射され、第４面１４で反射し、第５面１５を透過して偏心プリズム１０の外へ出て、表示面２２に結像する。そして、第２面１２と第３面１３と第４面１４とはそれぞれ軸上主光線２１を鋭角で反射し、かつ、第４面１４から第５面１５への光路が第１面１１から第２面１２への光路及び第２面１２から第３面１３への光路の双方と交差するように配置されている。

また、第２面１２の反射面と第３面１３の反射面の間の光路中に光源の中間像Ａを形成するようになっており、さらには、偏心プリズム１０内でかつ中間像Ａよりも投影側に入射瞳２０と共役な瞳Ｂを形成するように配置されている。そして、その中間像Ａはその後にある正のパワーを有する第３面１３、第４面１４の反射面と射出面である第５面１５を介して表示面２２に結像する。

そして、偏心プリズム１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３、第４面１４（第５５面は平面）は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。

このように、走査型画像投影装置の投影光学系６に、５面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない投影光学系を構成することができる。

上記実施例４の投影光学系の横収差図を図１９〜図２１に示す。

なお、実施例４の光学系の仕様は、
画角 ３０°×２２．７２°（水平、垂直）
入射瞳径 φ１．０ｍｍ
である。

図２２は、実施例５の投影光学系６の軸上主光線２１を含むＹ−Ｚ断面図であり、図２３は、図２２の投影光学系６を構成する偏心プリズム１０の拡大図である。この光学系は、入射瞳２０より表示面側の偏心プリズム１０と、表示面２２よりなり、入射瞳２０の前には、図示していないレーザー光源１と変換光学系４とコリメーターレンズ系と光束形状調整光学系とが配置され、コリメーターレンズ系によって略平行光とし、光束形状調整光学系（ビーム整形手段）によってレーザ光を所望のビーム形状にされている。そして、入射瞳２０の位置に２軸式のガルバノミラー５が位置し、ミラーの外形形状が入射瞳２０を構成する。偏心プリズム１０は、入射面である透過及び反射作用を有する第１面１１と、反射作用を有する第２面１２と、反射作用を有する第３面１３と、透過作用を有する第４面１４からなり、屈折率が１．３よりも大きい媒質で形成されており、入射瞳２０を通った物体からの光線は、第１面１１を透過して媒質内部に入り、第２面１２で反射され、次いで再び第１面１１のミラーコーティングされている領域で反射され、第３面１３で反射され、今度は第４面１４を透過して偏心プリズム１０の外へ出て、表示面２２に結像する。そして、第２面１２と第１面１１と第３面１３とはそれぞれ軸上主光線２１を鋭角で反射し、かつ、第３面１３から第４面１４への光路が第１面１１から第２面１２への光路及び第２面１２から第１面１１への光路の双方と交差するように配置されている。

また、第２面１２の反射面と第１面１１の反射面の間の光路中に光源の中間像Ａを形成
するようになっており、さらには、偏心プリズム１０内でかつ中間像Ａよりも投影側に入射瞳２０と共役な瞳Ｂを形成するように配置されている。そして、その中間像Ａはその後にある正のパワーを有する第１面１１、第３面１３の反射面と射出面である第４面１４を介して表示面２２に結像する。

そして、偏心プリズム１０の第１面１１、第２面１２、第３面１３、第４面１４は何れもＹ−Ｚ面を唯一の対称面とする自由曲面からなり、光束にパワーを与えかつ偏心により発生する収差を補正する回転非対称な面形状を有するように構成されている。偏心により発生する収差を補正するために、特に反射面にこのような面形状をとることは有効である。

このように、走査型画像投影装置の投影光学系６に、４面の中少なくとも１面は回転非対称面で構成されている偏心プリズム１０を用いることで、部品点数が少ない簡単な構成で、画角を広くとっても周辺の解像力が高く歪みの少ない投影光学系を構成することができる。

上記実施例５の投影光学系の横収差図を図２４〜図２６に示す。

なお、実施例５の光学系の仕様は、
画角 ２０°×１５．０７°（水平、垂直）
入射瞳径 φ１．０ｍｍ
である。

この実施例では、偏向器による走査角よりも投影する走査角が広くした一例である。偏心プリズム１０への入射角は上記のように水平及び垂直の全角が２０°×１５．０７°であったものが、偏心プリズム１０から射出する光束は水平及び垂直の全角が３８．３５°×２７．２９°の投影角で射出される。

以下に上記実施例１〜５の構成パラメータを示す。これら表中の“ＦＦＳ”は自由曲面、“ＲＳ”は反射面、“ＨＰＰ”は仮想面を示す。なお、下記データ中、“E-00n （n は整数）”は“×10^-n”を意味する。

実施例１
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（絞り面）
2 ＦＦＳ[1] 偏心(1) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[2] （ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2
4 ＦＦＳ[3] （ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[2] 偏心(2)
6 ∞（ＨＰＰ） 580.79 偏心(4)
像 面 ∞
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 7.8211e-004 Ｃ₆ -3.0540e-003 Ｃ₈ 7.9638e-005
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 2.4895e-004 Ｃ₆ 5.2606e-004 Ｃ₈ 5.9100e-006
Ｃ₁₀ -7.4194e-006
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ 5.9881e-004 Ｃ₆ 2.4684e-003 Ｃ₈ -1.1941e-006
Ｃ₁₀ -8.5629e-006
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 13.28 Ｚ 7.14
α 12.60 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.10 Ｚ 10.30
α -49.22 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.12 Ｚ -21.19
α -69.80 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.00 Ｚ 0.00
α -6.85 β 0.00 γ 0.00 。

実施例２
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（絞り面） 偏心
2 ＦＦＳ[1] 偏心(1) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[2] （ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2
4 ＦＦＳ[3] （ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[4] 偏心(4)
像 面 ∞ 偏心(5)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 3.2336e-003 Ｃ₆ 3.4762e-004 Ｃ₈ 1.7106e-004
Ｃ₁₀ -1.0704e-003 Ｃ₁₁ 1.8307e-006 Ｃ₁₃ -6.7084e-005
Ｃ₁₅ 1.2066e-004
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ 1.0143e-004 Ｃ₆ -5.5935e-004 Ｃ₈ -4.3497e-005
Ｃ₁₀ -7.2330e-005
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -4.0301e-005 Ｃ₆ -1.3377e-004 Ｃ₈ -3.7990e-005
Ｃ₁₀ -8.8667e-005 Ｃ₁₁ -1.2060e-006 Ｃ₁₃ 2.0679e-006
Ｃ₁₅ -3.2127e-006
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 1.3919e-003 Ｃ₆ 7.9802e-004 Ｃ₈ -8.2113e-005
Ｃ₁₀ -1.6745e-004 Ｃ₁₁ -1.9684e-006 Ｃ₁₃ 1.1748e-005
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.00 Ｚ 3.13
α 3.25 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ -1.05 Ｚ 13.01
α -20.86 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 5.00 Ｚ 8.87
α -68.91 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.46 Ｚ 6.85
α -92.64 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -523.02 Ｚ -49.46
α -96.28 β 0.00 γ 0.00 。

実施例３
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（絞り面）
2 ＦＦＳ[1] 偏心(1) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[2] （ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2
4 ＦＦＳ[1] （ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[3] （ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2
6 ＦＦＳ[4] 偏心(4)
像 面 ∞ 偏心(5)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -1.8864e-003 Ｃ₆ 2.6799e-002 Ｃ₈ -5.1216e-003
Ｃ₁₀ 3.3812e-003 Ｃ₁₁ 2.4721e-004 Ｃ₁₃ 2.6888e-004
Ｃ₁₅ -2.7287e-004
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ -2.4378e-002 Ｃ₆ -4.1927e-002 Ｃ₈ -6.1601e-004
Ｃ₁₀ 2.2410e-004
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -3.2053e-002 Ｃ₆ -1.1008e-002 Ｃ₈ -1.5706e-003
Ｃ₁₀ 1.1238e-003 Ｃ₁₁ 6.1963e-005 Ｃ₁₃ 1.1598e-005
Ｃ₁₅ 9.4628e-005
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 7.1494e-002 Ｃ₆ -6.1509e-003 Ｃ₈ -4.0304e-003
Ｃ₁₀ 1.0843e-003 Ｃ₁₁ -5.8804e-004 Ｃ₁₃ -1.4946e-004
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -0.15 Ｚ 3.95
α 35.34 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.82 Ｚ 11.51
α 7.10 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.19 Ｚ 5.60
α 78.93 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -1.97 Ｚ 9.13
α 124.49 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -651.28 Ｚ -28.48
α 86.73 β 0.00 γ 0.00 。

実施例４
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 ∞（絞り面）
2 ＦＦＳ[1] 偏心(1) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[2] （ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2
4 ＦＦＳ[3] （ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[4] （ＲＳ） 偏心(4) 1.5254 56.2
6 ∞ 偏心(5)
像 面 ∞ 偏心(6)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ 4.4321e-003 Ｃ₆ -1.4428e-002 Ｃ₈ -3.0159e-003
Ｃ₁₀ 2.8753e-003 Ｃ₁₁ 1.0928e-003 Ｃ₁₃ 8.6408e-004
Ｃ₁₅ -4.2448e-004
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ -2.1923e-002 Ｃ₆ -3.8514e-002 Ｃ₈ -4.4917e-004
Ｃ₁₀ -6.1158e-005 Ｃ₁₁ -7.9019e-006 Ｃ₁₃ -7.1068e-005
Ｃ₁₅ 1.6403e-005
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ 2.1281e-002 Ｃ₆ 3.4223e-002 Ｃ₈ 4.9564e-004
Ｃ₁₀ 2.0107e-004 Ｃ₁₁ 1.0048e-004 Ｃ₁₃ 1.9023e-004
Ｃ₁₅ -3.5865e-006
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ -1.8124e-002 Ｃ₆ 3.8989e-003 Ｃ₈ -7.3645e-007
Ｃ₁₀ 7.3406e-005 Ｃ₁₁ 2.1544e-004 Ｃ₁₃ 7.7401e-005
Ｃ₁₅ -5.4784e-005
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ -0.72 Ｚ 3.35
α 1.19 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 1.01 Ｚ 16.15
α -15.06 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 9.40 Ｚ 5.53
α -62.34 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.98 Ｚ 6.02
α -98.08 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ 6.88 Ｚ 11.70
α 63.99 β 0.00 γ 0.00
偏心(6)
Ｘ 0.00 Ｙ 492.64 Ｚ 269.61
α 62.08 β 0.00 γ 0.00 。

実施例５
面番号 曲率半径 面間隔 偏心 屈折率 アッベ数
物体面 ∞ ∞
1 絞り面
2 ＦＦＳ[1] 偏心(1) 1.5254 56.2
3 ＦＦＳ[2] （ＲＳ） 偏心(2) 1.5254 56.2
4 ＦＦＳ[1] （ＲＳ） 偏心(1) 1.5254 56.2
5 ＦＦＳ[3] （ＲＳ） 偏心(3) 1.5254 56.2
6 ＦＦＳ[4] 偏心(4)
像 面 ∞ 偏心(5)
ＦＦＳ[1]
Ｃ₄ -1.4999e-002 Ｃ₆ 3.7510e-002 Ｃ₈ -7.3349e-003
Ｃ₁₀ 3.1467e-003 Ｃ₁₁ 3.0604e-004 Ｃ₁₃ -2.9467e-004
Ｃ₁₅ 5.5794e-005
ＦＦＳ[2]
Ｃ₄ -2.5781e-002 Ｃ₆ -2.7720e-002 Ｃ₈ -1.1244e-003
Ｃ₁₀ 2.8792e-004
ＦＦＳ[3]
Ｃ₄ -5.2913e-002 Ｃ₆ -2.7602e-002 Ｃ₈ -1.5934e-004
Ｃ₁₀ -7.4192e-004 Ｃ₁₁ -1.1320e-004 Ｃ₁₃ 1.2255e-004
Ｃ₁₅ 2.1700e-006
ＦＦＳ[4]
Ｃ₄ 6.8149e-002 Ｃ₆ 9.4781e-003 Ｃ₈ -2.6667e-003
Ｃ₁₀ 2.0910e-004 Ｃ₁₁ -4.3883e-004 Ｃ₁₃ -1.7984e-004
偏心(1)
Ｘ 0.00 Ｙ 0.89 Ｚ 4.02
α 25.73 β 0.00 γ 0.00
偏心(2)
Ｘ 0.00 Ｙ 2.46 Ｚ 12.17
α 4.34 β 0.00 γ 0.00
偏心(3)
Ｘ 0.00 Ｙ 7.41 Ｚ 5.02
α 73.68 β 0.00 γ 0.00
偏心(4)
Ｘ 0.00 Ｙ -2.87 Ｚ 7.35
α 119.32 β 0.00 γ 0.00
偏心(5)
Ｘ 0.00 Ｙ -620.53 Ｚ -157.53
α 74.99 β 0.00 γ 0.00 。

本発明の走査型画像投影装置の各実施例における基本構成を模式的に示す図である。 実施例１の投影光学系の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図である。 図２の投影光学系を構成する偏心プリズムの拡大図である。 実施例１の投影光学系の横収差図である。 実施例１の投影光学系の横収差図である。 実施例１の投影光学系の横収差図である。 実施例２の投影光学系の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図である。 図７の投影光学系を構成する偏心プリズムの拡大図である。 実施例２の投影光学系の横収差図である。 実施例２の投影光学系の横収差図である。 実施例２の投影光学系の横収差図である。 実施例３の投影光学系の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図である。 図１２の投影光学系を構成する偏心プリズムの拡大図である。 実施例３の投影光学系の横収差図である。 実施例３の投影光学系の横収差図である。 実施例３の投影光学系の横収差図である。 実施例４の投影光学系の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図である。 図１７の投影光学系を構成する偏心プリズムの拡大図である。 実施例４の投影光学系の横収差図である。 実施例４の投影光学系の横収差図である。 実施例４の投影光学系の横収差図である。 実施例５の投影光学系の軸上主光線を含むＹ−Ｚ断面図である。 図２２の投影光学系を構成する偏心プリズムの拡大図である。 実施例５の投影光学系の横収差図である。 実施例５の投影光学系の横収差図である。 実施例５の投影光学系の横収差図である。

符号の説明

１…レーザー光源
２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ…レーザー光源
３ａ、３ｂ…ダイクロイックミラー
４…変換光学系
５…２軸式ガルバノミラー
６…投影光学系
１０…偏心プリズム
１１…第１面
１２…第２面
１３…第３面
１４…第４面
１５…第５面
２０…入射瞳
２１…軸上主光線
２２…投影面
Ａ…中間像
Ｂ…入射瞳と共役な瞳

Claims (28)

1. 画像情報に基づいて変調された光束を射出する光源と、
   前記光束を反射して２次元方向に偏向走査する偏向器と、
   前記偏向器により反射された光束を投影方向に向けて射出し、２次元の投影画像を形成する投影光学系とを有し、
   前記投影光学系は、前記投影画像の中心に至る光束の主光線に対して傾いて配置された複数の反射面を有し、
   前記複数の反射面の中の少なくとも１つの反射面は、前記投影画像の中心に至る光束の主光線の介する位置にて凹形状の曲面反射面であり、
   前記画像の端に至る光束の主光線は、前記投影光学系から射出する際に前記投影画像の中心に至る光束の主光線から離れる方向に射出されることを特徴とする走査型画像投影装置。
2. 前記投影光学系中の前記曲面反射面の形状は非回転対称の非球面形状であることを特徴とする請求項１記載の走査型画像投影装置。
3. 前記曲面反射面を第１の曲面反射面としたとき、前記投影光学系は前記第１の曲面反射面の他に第２の曲面反射面を有することを特徴とする請求項１又は２記載の走査型画像投影装置。
4. 前記第１及び第２の曲面反射面のそれぞれの形状は、非回転対称の非球面形状であることを特徴とする請求項３記載の走査型画像投影装置。
5. 前記投影光学系は前記第１及び第２の曲面反射面を内面反射面としたプリズムを有することを特徴とする請求項３又は４記載の走査型画像投影装置。
6. 前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用と透過作用を有する第２面、反射作用を有する第３面の３つの光学面を有し、前記第１面から前記第３面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器からの光束は前記第１面を透過してプリズム内部に入り、前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第２面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとることを特徴とする請求項５記載の走査型画像投影装置。
7. 前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用をする第３面、透過作用を有する第４面の４つの光学面を有し、前記第１面から前記第４面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器側からの光束は前記第１面を透過して媒質内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射され、次いで前記第４面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとることを特徴とする請求項５記載の走査型画像投影装置。
8. 前記第２面と前記第３面はそれぞれ投影画像の中心に至る光束を鋭角で反射し、かつ、前記投影画像の中心に至る光束をプリズム内で交差させる位置に配置し、かつ、前記第２面と前記第３面は前記投影画像の中心に至る光束の主光線の介する位置が凹面であることを特徴とする請求項７記載の走査型画像投影装置。
9. 前記第４面は射出側に凹の面であることを特徴とする請求項８記載の走査型画像投影装置。
10. 前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面が共に凹面反射面であり、前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面の間の光路中に中間像を形成することを特徴とする請求項３又は４記載の走査型画像投影装置。
11. 前記第１の曲面反射面と前記第２の曲面反射面は前記中間像を間にはさみ向かい合って位置することを特徴とする請求項１０記載の走査型画像投影装置。
12. 前記投影光学系内でかつ前記中間像よりも投影側に入射瞳と共役な瞳を形成することを特徴とする請求項１０又は１１記載の走査型画像投影装置。
13. 前記投影光学系中の前記プリズムは、少なくとも４つの光学面を有し、前記プリズム内部で中間像を形成し、その中間像を拡大投影することを特徴とする請求項５記載の走査型画像投影装置。
14. 前記投影光学系中の前記プリズムは、透過作用と反射作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用を有する第３面、透過作用を有する第４面の４つの光学面を有し、前記第１面と前記第４面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器から射出される光束は、前記第１面を透過してプリズム内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第１面で反射され、次いで前記第３面で反射し、次いで前記第４面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとり、前記第２面と前記第３面との間に前記中間像を形成することを特徴とする請求項１３記載の走査型画像投影装置。
15. 前記プリズム内に瞳を形成することを特徴とする請求項１４記載の走査型画像投影装置。
16. 前記瞳が前記中間像と前記第３面の間の光路に形成されることを特徴とする請求項１５記載の走査型画像投影装置。
17. 前記第１面は、前記第２面で反射した光束が当たる位置に光束を反射する反射コートが施されていることを特徴とする請求項１６記載の走査型画像投影装置。
18. 前記中間像は前記第２面から前記第１面への光路中に形成され、前記第２面と前記第１面は凹面反射面を持つことを特徴とする請求項１４から１７の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
19. 前記第３面から前記第４面への光路が前記第１面から前記第２面への光路及び前記第２面から前記第１面への光路の双方と交差することを特徴とする請求項１４から１８の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
20. 前記走査光学系の前記プリズムは、透過作用を有する第１面、内部反射作用を有する第２面、内部反射作用を有する第３面、内部反射作用を有する第４面と、透過作用を有する第５面の５つの光学面を有し、前記第１面と前記第５面の間の光路が１．３よりも大きい屈折率を持つ媒質で満たされ、前記偏向器から射出される光束は、前記第１面を透過して媒質内部に入り、次いで前記第２面で反射し、次いで前記第３面で反射し、次いで前記第４面で反射し、次いで前記第５面を透過してプリズム外に射出する反射光路をとり、前記第２面と前記第４面との間に前記中間像を形成することを特徴とする請求項１３記載の走査型画像投影装置。
21. 前記プリズム内に瞳を形成することを特徴とする請求項２０記載の走査型画像投影装置。
22. 前記瞳が前記中間像と前記第４面の間の光路に形成されることを特徴とする請求項２１記載の走査型画像投影装置。
23. 前記中間像は前記第２面から前記第３面への光路中に形成され、前記第２面と前記第３面は凹面反射面を持つことを特徴とする請求項２０から２２の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
24. 前記第４面が凸形状の反射面を有することを特徴とする請求項２３記載の走査型画像投影装置。
25. 前記第４面から前記第５面への光路が前記第１面から前記第２面への光路及び前記第２面から前記第３面への光路の双方と交差することを特徴とする請求項２０から２４の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
26. 前記偏向器は、互いに直交する２軸を回転軸とするミラーを有することを特徴とする請求項１から２５の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
27. 前記光源と前記偏向器との間に、前記光源からの光束を所定形状の光束径に変換する変換光学系を有することを特徴とする請求項１から２６の何れか１項記載の走査型画像投影装置。
28. 前記光源がレーザー光源であることを特徴とする請求項２７記載の走査型画像投影装置。

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