JP2010049232A - 光走査装置、これを用いた画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ装置および携帯電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】偏向光学素子の偏向角が小さい場合であっても、大きな走査角を実現できる光走査装置及び至近距離に大きな２次元的な投影画像を形成できる画像投影装置及びこれを用いた車両用ヘッドアップディスプレイを提供すること。
【解決手段】光走査装置１０は、光源１１からの光束の発散角度を収束光に変換して投影対象（Ｓｃ）にスポットＳを形成するための正のパワーを有する発散角変換素子１２と、発散角変換素子１２からの光束を第一走査方向と、第一走査方向と直交する第二走査方向と、に偏向する偏向光学素子１３と、偏向光学素子１３により偏向された光束の偏向角を変換する負のパワーを有する偏向角変換素子１４とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光走査装置及びこれを用いた画像投影装置に関し、特に偏向光学素子を用いて光束を２次元的に走査することによって投影対象に２次元画像を形成する車両用ヘッドアップディスプレイおよび携帯電話機等の小型電子機器に搭載するのに好適な画像投影装置に関する。

従来から、光源を含む照明系と、この照明系からの照明光を強度変調する空間光変調装置と、この空間光変調装置を経た照明光を結像させる投影レンズとを備えた画像投影装置（プロジェクタ）が提案され、普及してきている。これに伴って、画像投影装置（プロジェクタ）の小型化に対する要求が急速に強まってきている。

更に、光源としてＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）が普及しつつあり、携帯電話機などの小型機器に画像投影装置（プロジェクタ）を搭載した電子機器も開発されつつある。

また、画像投影装置（プロジェクタ）には、空間光変調装置を用いるものとは別の方式として、光源からの光束を偏向光学素子によって２次元的に偏向し、投影対象の面上をスポットにより２次元的に光走査し、その残像効果によって２次元的な投影画像を形成する光走査装置が提案されている。この光走査装置では、光源からの光束を偏向する偏向光学素子として、ポリゴンミラーやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術（微小機械システム）等を用いて作製されたＭＥＭＳデバイスが用いられている。

ここで、このような光走査装置では、光源からの光束が２次元的に走査される構成であることに起因して、形成される投影画像には種々の歪み等が生じてしまう。この課題を解決するために、様々な提案がなされている。

その一例として、等速走査性および画像の歪みを補正するために、ｆアークサインθレンズとして非回転対称形状な走査光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、台形補正およびＴＶディストーションを補正するために、非回転対称形状の反射面による走査光学系も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、走査角による異なる明度分布を補正するための補正光学系として、凹面形状を持つ円柱レンズが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

ここで、携帯電話機等の小型電子機器等に画像投影装置（プロジェクタ）を用いる場合、その小型電子機器から投影対象の面までの距離を短くしつつ、大きな２次元画像を形成したいという近距離投影の要求が高まりつつある。このような近距離投影の要求としては、単に垂直投影（走査中心での光束の進行方向に直交する面を投影対象とする）で近くに投影（近距離の投影対象に投影する）するということだけではなく、例えば図２９に示すように、携帯電話機６０が置かれた載置面６１に２次元画像６２を形成することが考えられる。この携帯電話機６０には、超小型のプロジェクションエンジンとして画像投影装置が搭載されている。この画像投影装置では、設置面６１に投影画像として適切な２次元画像を形成可能であることが求められるとともに、小型化の観点から従来の複雑な構成の光学系ではなく比較的単純な構成の光学系であることが求められる。

ところが、上記したＭＥＭＳデバイス等の偏向光学素子の偏向角θには限界がある。例えば、偏向光学素子の偏向角θの最大値が±８ｄｅｇである場合、光束の走査角度は、±１６ｄｅｇであり、全画角が３２ｄｅｇの投影画像しか得られない。当該偏向光学素子を用いてＡ４サイズの投影画像を形成するものとすると、小型電子機器から５０ｃｍ以上離れた位置に投影画像を形成する必要があり、投影距離が長くなってしまう。

このことから、上記したように偏向光学素子で光束を２次元的に走査する光走査装置において、近距離投影を実現するためには、偏向光学素子によって偏向された光束の角度をより大きくすることが必要である。

しかしながら、上記した特許文献１、特許文献２に開示の走査光学系は、概して複雑かつ大型であり、携帯電話機等の小型電子機器に搭載するには不向きである。また、小型化を図りつつ近距離に投影画像を大きく投影するのにも不向きである。

また、上記した特許文献３には、走査光学系として、明度分布を均一にすることを目的として、像面（投影対象となる面）上におけるスポットの走査速度を一定にするために偏向角を補正する構成が開示されているが、小型化を図りつつ至近距離に大きな投影画像を投影する構成が開示も示唆さえもされていない。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、偏向光学素子の偏向角が小さい場合であっても、大きな走査角を実現できる光走査装置及び至近距離に大きな２次元的な投影画像を形成できる画像投影装置及びこれを用いた車両用ヘッドアップディスプレイ及び携帯電話機を提供することにある。

請求項１に記載の光走査装置は、光源からの光束の発散角度を収束光に変換して投影対象にスポットを形成するための正のパワーを有する発散角変換素子と、該発散角変換素子からの光束を第一走査方向と、該第一走査方向と直交する第二走査方向と、に偏向する偏向光学素子と、該偏向光学素子により偏向された光束の偏向角を変換する負のパワーを有する偏向角変換素子とを具備することを特徴とする。ここで、正のパワーとは、平行光を収束傾向の光線に変換するレンズパワーであり、負のパワーとは、平行光を発散傾向の光線に変換するレンズパワーである。

請求項２に記載の光走査装置は、請求項１に記載の光走査装置であって、前記偏向角変換素子は、単一のレンズで構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の光走査装置は、請求項１に記載の光走査装置であって、前記偏向角変換素子は、異なる硝材で形成された複数のレンズで構成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記偏向光学素子は、前記発散角変換素子からの光束を前記第一走査方向に偏向する第一偏向素子と、前記発散角変換素子からの光束を前記第二走査方向に偏向する第二偏向素子とを有し、該第二偏向素子と前記第一偏向素子とが一体的に構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の光走査装置は、請求項４に記載の光走査装置であって、前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向と、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向とが為す入射角が４５度以下とされていることを特徴とする。

請求項６に記載の光走査装置は、請求項４に記載の光走査装置であって、前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、前記偏向光学素子と前記偏向角変換素子との間には、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向を、前記偏向光学素子において前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向に一致させるべく、ビームスプリッターが設けられていることを特徴とする。

請求項７に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記偏向光学素子は、振幅中心を中心として前記第一走査方向および前記第二走査方向に往復回動される振動光学素子から構成され、該振動光学素子が振幅中心位置であるときに当該振動光学素子により偏向された光束が向かう方向を基準光軸として、前記偏向光学素子により偏向された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を偏向角θ、前記偏向角変換素子により偏向角が変換された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を走査角αとするとき、前記偏向角変換素子は、前記基準光軸上を通って入射する光束に関しては、θ＝αとし、前記基準光軸以外を通って入射する光束に関しては、θ＜αとする、ことを特徴とする。

請求項８に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記発散角変換素子と前記偏向角変換素子とは、光軸を中心とした回転対称形状のレンズ面を有することを特徴とする。

請求項９に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記偏向角変換素子は、非回転対称形状のレンズであることを特徴とする。

請求項１０に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記偏向角変換素子は、少なくとも一面が非球面形状であることを特徴とする。

請求項１１に記載の光走査装置は、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の光走査装置であって、前記偏向光学素子から前記偏向角変換素子を経る光軸方向は、前記偏向光学素子により前記第一走査方向および前記第二走査方向へと偏向され前記偏向角変換素子を経て出射される光束により２次元的に光走査される投影対象に対して傾斜されていることを特徴とする。

請求項１２に記載の画像投影装置は、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記光源の発光を制御する光源制御回路と、前記偏向光学素子の偏向角度を制御する偏向角制御回路と、取得した画像データを適宜補正して該偏向角制御回路および前記光源制御回路に送信する画像処理回路と、を有することを特徴とする。

請求項１３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、請求項１２に記載の画像投影装置を有することを特徴とする。

請求項１４に記載の携帯電話機は、請求項１２に記載の画像投影装置を有することを特徴とする。

本発明に係る光走査装置によれば、偏向光学素子により偏向された光束の偏向角を負のパワーを持つ偏向角変換素子で偏向することにより、当該偏向角を大きくすることができるので、光束の走査角度を大きくすることができる。このため、偏向光学素子として振幅の小さな回動ミラーを用いた場合でも、その振幅の上限に制限されることなく光束を大きく走査することができ、至近距離での投影が可能となる。

上記した構成に加えて、前記偏向角変換素子は、単一のレンズで構成されていることとすると、高画角（大きな画角）で光を走査できる光走査装置の小型化を容易なものとすることができ、その光走査装置を用いたプロジェクタの小型化にも資することとなる。

上記した構成に加えて、前記偏向角変換素子は、異なる硝材で形成された複数のレンズで構成されていることとすると、複数光源を用いてカラー画像を形成する場合の色収差を抑制することができ、色ずれの少ない高品質画像の画像投影装置（プロジェクタ）を提供することができる。

上記した構成に加えて、前記偏向光学素子は、前記発散角変換素子からの光束を前記第一走査方向に偏向する第一偏向素子と、前記発散角変換素子からの光束を前記第二走査方向に偏向する第二偏向素子とを有し、該第二偏向素子と前記第一偏向素子とが一体的に構成されていることとすると、偏向光学素子を小さな構成とすることができ、光走査装置全体の小型化を図ることができる。

上記した構成に加えて、前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向と、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向とが為す入射角が４５度以下とされていることとすると、入射角の大きさに起因する歪みを低減することができる。

上記した構成に加えて、前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、前記偏向光学素子と前記偏向角変換素子との間には、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向を、前記偏向光学素子において前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向に一致させるべく、ビームスプリッターが設けられていることとすると、複数光源を用いてカラー画像を形成する場合の色収差を抑制することができるとともに入射角の大きさに起因する歪みをなくすことができ、色ずれの少ない高品質画像の画像投影装置（プロジェクタ）を提供することができる。

上記した構成に加えて、前記偏向光学素子は、振幅中心を中心として前記第一走査方向および前記第二走査方向に往復回動される振動光学素子から構成され、該振動光学素子が振幅中心位置であるときに当該振動光学素子により偏向された光束が向かう方向を基準光軸として、前記偏向光学素子により偏向された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を偏向角θ、前記偏向角変換素子により偏向角が変換された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を走査角αとするとき、前記偏向角変換素子は、前記基準光軸上を通って入射する光束に関しては、θ＝αとし、前記基準光軸以外を通って入射する光束に関しては、θ＜αとする、こととすると、基準光軸から周辺へ向かうにしたがって、すなわち偏向光学素子による偏向角θが大きくなるに伴って、偏向角変換素子に入射する光束を大きく外側へ曲げる（基準光軸から離間させる）ことができ、偏向角θよりも走査角αを大きくすることができる。このため、偏向光学素子として振幅の小さな回動ミラーを用いた場合でも、その振幅の上限に制限されることなく光束を大きく走査することができ、至近距離での投影が可能となる。また、走査速度において、振幅中心を中心とした時間に対する等速性の範囲を広げることができるので、画像歪みや明度分布を補正することもできる。

上記した構成に加えて、前記発散角変換素子と前記偏向角変換素子とは、光軸を中心とした回転対称形状のレンズ面を有することとすると、発散角変換素子および偏向角変換素子の加工が容易となる。また、発散角変換素子および偏向角変換素子の製造公差および調整公差を大きく設定することができ、組み付けを容易なものとすることができる。

上記した構成に加えて、前記偏向角変換素子は、非回転対称形状のレンズであることとすると、投影対象に対して傾斜する光軸で投影した場合での当該投影対象の面上での投影画像の歪みを小さくすることができる。また、投影対象の面上において、スポットの径寸法やスポット強度等のスポットの品質を向上させることができる。

上記した構成に加えて、前記偏向角変換素子は、少なくとも一面が非球面形状であることとすると、偏向角変換素子から出射する光束において、その出射位置が周辺に向かうにしたがってその走査角を大きくしても、投影対象の投影面上に形成されるスポット径の拡大を抑制することができる。

上記した構成に加えて、前記偏向光学素子から前記偏向角変換素子を経る光軸方向は、前記偏向光学素子により前記第一走査方向および前記第二走査方向へと偏向され前記偏向角変換素子を経て出射される光束により２次元的に光走査される投影対象に対して傾斜されていることとすると、至近距離で投影された大きな投影画像の視認性を向上させることができる。これは、光軸方向が投影対象に対して直交しているまたはそれに近い方向である場合、光走査装置から至近距離で投影すると、その光走査装置自体が投影画像を見ようとする者の視界に入ってしまうことによる。

上記した構成の光走査装置と、該光走査装置を制御する制御部とを備え、該制御部は、前記光源の発光を制御する光源制御回路と、前記偏向光学素子の偏向角度を制御する偏向角制御回路と、取得した画像データを適宜補正して該偏向角制御回路および前記光源制御回路に送信する画像処理回路と、を有する画像投影装置では、光走査装置の大型化を招くことなく、歪みの少ない大きな投影画像を至近距離に形成できる。すなわち、光源からの光束のオン・オフタイミングや出射光量等を制御でき、解像度の低下を招くことなく画像の台形補正、色ズレ、明度分布を小さく抑えることができ、良好な画像を投影対象の投影面上に形成することができる。

上記した構成の画像投影装置を有することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイでは、画像投影装置自体を大型化することなく至近距離に大きな投影画像を形成することができるので、視認性の良好な画像を運転手に提示することができる。

また、画像投影装置自体を大型化することなく至近距離に大きな投影画像を形成することができるので、設置スペースによる制約を極力受けることなく、車両に据え付けることができる。

上記した構成の画像投影装置を有することを特徴とする携帯電話機では、画像投影装置自体を大型化することなく至近距離に大きな投影画像を形成することができるので、視認性の良好な画像を使用者に提示することができる。

また、画像投影装置自体を大型化することなく至近距離に大きな投影画像を形成することができるので、携帯電話の大型化を極力抑制することができる。

本発明に係る画像投影装置（プロジェクタ）の構成を概略的に示す図である。 偏向光学素子の構成を概略的に示す図である。 偏向光学素子により偏向された収束光の偏向角変換素子における透過状態を説明するための光線図を示すものであり、（ａ）は基準光軸Ｌｂに沿う収束光を示し、（ｂ）は基準光軸Ｌｂに対して傾斜角（偏向角θ）の収束光を示している。 偏向角変換素子の作用効果を説明するために、上記した構成において偏向角変換素子を設けた場合と設けない場合とで各値を実測したグラフであり、（ａ）は走査角（偏向角）の変化の様子を示し、（ｂ）は走査速度の変化の様子を示し、（ｃ）は（ｂ）に基づいて得られた走査速度の変化の様子を最大値で規格化して示すグラフである。 入射側面および出射側面の形状を説明するために、偏向角変換素子の光軸からの半径に対するサグ量およびその変化量を示すグラフであり、（ａ）が入射側面における特性を示し、（ｂ）が出射側面における特性を示している。 実施例１の画像形成装置とは異なる態様の画像形成装置を模式的に示す説明図である。 実施例１の画像形成装置および図６の画像形成装置とは異なる態様の画像形成装置を模式的に示す説明図である。 実施例２の画像形成装置を模式的に示す説明図である。 実施例３の画像形成装置を模式的に示す説明図である。 投影面上に形成されるカラー投影画像の劣化とその補正の様子を説明するための説明図である。 実施例４の車両用ヘッドアップディスプレイ装置を模式的に示す説明図である。 可動ミラー部上でのビーム径の大きさと、発散角変換素子との関係性を説明するための説明図である。 最適設計の一例としての光学系（光走査装置）を用いたシミュレーション結果を示す光路図である。 実施例１の変形例の画像投影装置の光走査装置の構成を模式的に示す説明図である。 実施例１の変形例の画像投影装置により、スクリーン上においてスポットが形成された位置を模式的に示す説明図であり、（ａ）は入射角φが０度の場合、（ｂ）は入射角φが１５度の場合、（ｃ）は入射角φが３０度の場合、（ｄ）は入射角φが４５度の場合、（ｅ）は入射角φが６０度の場合、および（ｆ）は入射角φが７５度の場合を示している。 図１５のスポットが形成される様子を説明するための説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）の構成を模式的に示す説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）に用いられる第１発散角変換素子の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）に用いられる第２発散角変換素子の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）に用いられる光路合成手段の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）に用いられる集光レンズの構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。 実施例２の変形例の画像投影装置（光走査装置）に用いられる偏向角変換素子の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。 実施例５の画像投影装置の構成を模式的に示す説明図である。 実施例５の画像投影装置の光走査装置の効果の説明のための、比較例としての光走査装置を模式的に示す説明図である。 実施例５の画像投影装置の光走査装置の効果の説明のためのスポットダイアグラムであり、（ａ）は実施例５の光走査装置により偏向光学素子がｘ軸周りに５度回転した場合の像面のスポットダイアグラムを示し、（ｂ）は比較例としての光走査装置により偏向光学素子がｘ軸周りに５度回転した場合の像面のスポットダイアグラムを示す。 実施例５の変形例の画像投影装置の光走査装置の構成を模式的に示す説明図である。 実施例５の変形例の光走査装置の効果の説明のためのスポットダイアグラムであり、（ａ）は偏向光学素子が振幅中心位置（静止位置）にあるとき（０度回転した場合であり振れ角０度）の像面のスポットダイアグラムを示し、（ｂ）は偏向光学素子がいずれか一方の軸周りに１５度回転した場合（振れ角１５度）の像面のスポットダイアグラムを示す。 実施例６の携帯電話機の一例を説明するために構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は載置面に載置された携帯電話機を側方から見た様子を示し、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た様子を示している。 画像投影装置が搭載された携帯電話機の例を示す説明図である。

以下に、本発明に係る光走査装置、これを用いた画像投影装置、これを用いた車両用ヘッドアップディスプレイおよび携帯電話機の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明に係る画像投影装置（プロジェクタ）１の構成を概略的に示す図であり、図２は、偏向光学素子１３の構成を概略的に示す図である。なお、図１では、基準光軸Ｌｂを基準として、偏向光学素子１３により反射された主光線の進行方向との角度を偏向角θ、偏向角変換素子１４を透過した主光線の進行方向との角度を走査角αとしている。ここで、基準光軸Ｌｂとは、後述するように偏向光学素子１３が振幅中心位置（静止位置：θ＝α＝０）にあるときに当該偏向光学素子１３により偏向（反射）された主光線が進行する方向である。

実施例１では、画像投影装置１は、光走査装置１０と制御装置２０とを備える。光走査装置１０は、光源１１、発散角変換素子（カップリングレンズ）１２、偏向光学素子１３、偏向角変換素子１４とから大略構成されている。この光源１１、発散角変換素子１２、偏向光学素子１３および偏向角変換素子１４は、投影対象としてのスクリーンＳｃの投影面上に投影画像を形成する投影光学系を構成している。

光源１１は、単色光源であり、実施例１では、中心波長６３８ｎｍの赤色光を発する半導体レーザが用いられている。この光源１１は、後述するように、偏向光学素子１３とともに制御装置２０によって駆動制御（点滅動作の制御）される。

発散角変換素子１２は、正のパワーを有し、光源としての半導体レーザ１１（以下、光源１１という）から出射された発散光束Ｐ（以下、光束Ｐという）を集光して収束光に変換する。すなわち、発散角変換素子１２は、光源１１からの光束Ｐに基づいてスクリーンＳｃに所定の大きさ寸法のスポットＳが形成されるように、光束Ｐの発散角度を収束するような角度に変換する機能を有する。

偏向光学素子１３は、発散角変換素子１２により収束光とされた光束Ｐを、二次元的に互いに直交する方向、すなわち、第１走査方向とそれに直交する第２走査方向とに走査させるべく、第１走査方向および第２走査方向へと偏向するものである。この第１走査方向および第２走査方向は、投影対象（この例ではスクリーンＳｃ）としての投影面に含まれるものであり、図１の例では、図面に直交する方向（矢印ｘ参照）および図を正面視した上下方向（矢印ｙ参照）である。

この偏向光学素子１３は、実施例１では、図２に示すように、矩形状の外枠部１３ａと、その内側に設けられた矩形状の内枠部１３ｂと、その内側に設けられた矩形状の可動ミラー部１３ｃとから大略構成されている。可動ミラー部１３ｃは、光束を反射する鏡面を構成し、一対の保持軸１３ｄを介して内枠部１３ｂに回動可能に支持されている。この内枠部１３ｂは、一対の保持軸１３ｄに対して直交する方向に延びる一対の保持軸１３ｅを介して外枠部１３ａに回動可能に支持されている。これにより、可動ミラー部１３ｃは、例えば、一対の保持軸１３ｄを支軸にして水平方向に回動され、内枠部１３ｂは一対の保持軸１３ｅを支軸にして垂直方向に回動される。この一方の回動方向が、第１走査方向となり、他方の回動方向が第２走査方向となる。

このような偏向光学素子１３は、公知のＭＥＭＳミラーで構成することができ、その材料にはシリコン結晶が用いられる。例えば、この種のＭＥＭＳミラーでは、シリコン結晶基板の底面基板からエッチング技術により浮上させた位置に、可動ミラー部１３ｃと内枠部１３ｂとが形成される。

このＭＥＭＳミラーでは、図示は略すが、可動ミラー部１３ｃの下側の底面基板に左右に分割された電極が形成され、可動ミラー部１３ｃの電極と底面基板の電極との間に電圧を印加することにより、両電極間に静電気力が作用し、可動ミラー部１３ｃが一対の保持軸１３ｄにねじれを生じさせる方向に傾斜される。

また、ＭＥＭＳミラーでは、図示は略すが、内枠部１３ｂの下側の底面基板には上下に分割された電極が形成され、内枠部１３ｂの電極と底面基板の電極との間に電圧を印加することにより、両電極間に静電気力が作用し、内枠部１３ｂが一対の保持軸１３ｅにねじれを生じさせる方向に傾斜される。

なお、この可動ミラー部１３ｃは、裏面に磁性体が形成され、底面基板に形成したコイルから発生する磁力によって傾けられるものであってもよく、圧電素子（ピエゾ素子）の変形力を駆動力として傾けられるものであってもよく、実施例１に限定されるものではない。

このようなＭＥＭＳミラーを用いて光束（ビーム）を高速に偏向するには、可動ミラー部１３ｃを共振点付近で駆動させる必要がある。このため、偏向角すなわち可動ミラー部１３ｃの傾斜角を時間に対して正弦波状に変化させる。可動ミラー部１３ｃは、大きさが約１ｍｍ角と小さくかつ回転モーメントも小さいので、一対の保持軸１３ｄの厚さや幅（その設計）によってねじれ方向の一次共振周波数を高くすることができ、この保持軸１３ｄ回り（水平方向）では容易に高い一次共振周波数を得ることができる。この例では、保持軸１３ｄ回りの回転すなわち水平方向の走査を高速走査方向（主走査方向）とし、保持軸１３ｅ回りの回転すなわち垂直方向の走査を副走査方向とする。

ここで、通常の駆動方法によれば、可動ミラー部１３ｃの振幅を大きくすることは困難であり、加えて、駆動力の不均一や空気抵抗等のため可動ミラー部１３ｃの駆動が安定しない。ところが、このＭＥＭＳミラーによれば、可動ミラー部１３ｃを一次共振周波数付近で駆動させることにより、スクリーンＳｃの全面を走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ、安定した駆動を実現することができる。また、課題である至近投射を実現するためには、保持軸１３ｄ回りに回転（振動）する可動ミラー部１３ｃとは、直交する回転（振動）方向とされた内枠部１３ｂ（保持軸１３ｅ回りに回転（振動））の振幅も大きくする必要があるが、こちらは副走査方向であることから、１秒間に形成するフレーム数に応じた低い周波数（例えば、１秒間に３０フレームあるいは６０フレームの画像を形成する場合、３０Ｈｚ、６０Ｈｚあるいは１２０Ｈｚ等の周波数）で駆動することとなる。低エネルギーで大振幅が得られる共振振動の共振周波数により、内枠部１３ｂの低周波数での駆動を実現するためには、内枠部１３ｂの回転軸となる保持軸１３ｅを非常に細くする必要があることから、保持軸１３ｅが破損しやすくなるので、耐衝撃性などを考慮すると現実的ではない。このため、内枠部１３ｂの保持軸１３ｅ回りの回転（振動）の共振周波数を高い周波数に設定するとともに、内枠部１３ｂを共振周波数とは離れた低い周波数で回転（振動）させることとなり、内枠部１３ｂを駆動させるために付与するエネルギーに対して内枠部１３ｂに表れる振幅の大きさで見た効率が低下するので、所望の振幅を得るためには大きなエネルギーが必要となる。このことから、副走査方向も共振駆動とするために、ラスタースキャンで作像することに変えて、２軸走査によるスポットの軌跡（リサージュ）の重ねあわせで像面全体の必要画素を埋めて作像する方式としてもよい（例えば、特表２００５−５２６２８９号公報に記載されている作像方法）。この方式を用いれば、主走査方向も副走査方向も共振駆動とすることができるので、小さなエネルギーであっても主走査方向および副走査方向で大振幅を得ることができ、小さなエネルギーでの至近投影が可能となる。

このＭＥＭＳミラーで構成された偏向光学素子１３により、発散角変換素子１２により収束光とされた光束は、二次元的に互いに直交する方向、すなわち、第１走査方向としての水平方向と、この第１走査方向と直交する第２走査方向としての垂直方向とに走査される。

なお、実施例１では、第１の偏向素子と第２の偏向素子とが一体に形成されているが、第１の偏向素子と第２の偏向素子とを別体に形成しても良い。第１の偏向素子と第２の偏向素子とを別体に形成する機構としては、例えば、１軸の回動素子であるＭＥＭＳを２つ用いる構成やステッピングモータの出力軸に平面ミラーを取付け、等角速度で平面ミラーを回転駆動する構成等が考えられる。

また、この偏向光学素子は、２次元的に走査する構成として、説明したが、１次元的に走査する構成であってもよい。

ところで、このような構成の投影光学系の場合、例えば、画像形成装置から至近距離にスクリーンＳｃを設けて、このスクリーンＳｃの全面に大きく投影画像を形成するためには、可動ミラー部１３ｃの振幅をより大きくする必要がある。

しかしながら、可動ミラー部１３ｃの振幅をより大きくしようとすると、駆動力の不均一性や空気抵抗等に起因して安定した駆動を得ることが困難であるとともに、大きな振幅とする駆動力を得ること自体が困難である。特に、共振周波数が高くなるほど、大きな振幅を得ることが困難となる。このことから、可動ミラー部１３ｃの振幅を大きくしかつ安定した駆動力を得るためには、可動ミラー部１３ｃを軽くすればよく、このような方法として、可動ミラー部１３ｃを薄くすることや、可動ミラー部１３ｃの面積を小さくすること等が考えられる。

ところが、可動ミラー部１３ｃを薄くすると、可動ミラー部１３ｃの撓み量が大きくなり、偏向光学素子１３の破損の原因になったり、撓んだ可動ミラー部１３ｃでの反射に起因して光線の収差が増加することでスポットＳをスクリーンＳｃに安定して形成できない原因になったりして、投影画像の解像度の低下を招いてしまう。他方、可動ミラー部１３ｃの面積を小さくすると、発散角変換素子１２により集光される収束光の可動ミラー部１３ｃ上でのビーム径を小さくする必要があり、各部の組付精度および製品精度を高める必要がある。ところが、発散角変換素子１２は、上記したように光源１１からの光束Ｐに基づいてスクリーンＳｃに所定の大きさ寸法のスポットＳを形成するようにＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）が設定されるものであることから、可動ミラー部１３ｃ上でのビーム径を小さくする場合、図１２に示すように、発散角変換素子１２から可動ミラー部１３ｃ（偏向光学素子１３）までの間隔（光路）を長くする必要があり、小型化の妨げとなってしまう。逆に、小型化を優先させて発散角変換素子１２から可動ミラー部１３ｃ（偏向光学素子１３）までの間隔（光路）を短く設定すると、発散角変換素子１２によりカップリングされた光線が可動ミラー部１３ｃにより蹴られてしまい（可動ミラー部１３ｃの有効反射面よりもビーム径が大きい）、光源１１から出射される光束を効率良く利用することが困難となるという不都合がある。

上記した問題点等を勘案して、実施例１では、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの振幅は、±７．５ｄｅｇとされている。すなわち、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃが振幅中心位置であるときの当該偏向光学素子１３により偏向された光束（可動ミラー部１３ｃで反射された光束）の進行方向を基準光軸Ｌｂとし、偏向光学素子１３により偏向された光束Ｐの進行方向の基準光軸Ｌｂに対する角度を偏向角θとすると、この偏向角θの最大値は最大±１５ｄｅｇとなる。この偏向光学素子１３による偏向のみの場合（偏向角変換素子１４を用いない場合）には、例えば、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の２次元画像を得るためには、投影距離が約５６０ｍｍ程度必要となり、また１４インチの２次元画像を得るためには、投影距離が約５００ｍｍ程度必要となり、かなり画像投影装置から離れた位置に投影画像が形成されることになる。このことから、偏向光学素子１３による偏向のみの場合、画像投影装置から至近距離に大きな画像を形成することはできない。

このため、本発明に係る画像投影装置１では、偏向角変換素子１４を用い、当該偏向角変換素子１４および発散角変換素子１２が、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの大きさ寸法および振幅を考慮して最適設計されている。この偏向角変換素子１４は、後述するように、偏向光学素子１３により偏向された光束の偏向角θをそれよりも大きな走査角αに変換するものであり、偏向角拡大素子であるとも言える。偏向角変換素子１４は、実施例１では、単一の硝材から形成された単玉レンズである。図１３は、この最適設計の一例としての光学系（光走査装置１０）を用いたシミュレーション結果を示す光路図である。この図１３では、光源１１から偏向角変換素子１４までの光学系における各素子を直線状に配列して光路を模式的に示しており、その光路上の可動ミラー部１３ｃが所定の角度に傾斜された状態のシミュレーション結果としての光路を示している。このシミュレーションでは、光源１１からは波長が５３０ｎｍの光線が出射されるものとしている。

実施例１（図１３のシミュレーションにおいても同様である）では、発散角変換素子１２の焦点距離が３．９１ｍｍとされ、光源１１から発散角変換素子１２の第一面（光源１１に対向する側の面）までの距離が３ｍｍとされている。また、発散角変換素子１２は、中心肉厚が２．４ｍｍとされ、屈折率ｎ_ＣＬが１．５１９６の硝材で形成されている。この発散角変換素子１２の第二面から偏向光学素子１３の反射面までの距離は１８．３５４ｍｍとされており、偏向光学素子１３の反射面から偏向角変換素子１４の第一面までの距離は８ｍｍとされている。また、偏向角変換素子１４は、中心肉厚が３ｍｍとされ、屈折率ｎ_ＥＸＰが１．５１９６の硝材で形成されている。この光学系（光走査装置１０）では、光源１１から出射した光が、偏向角変換素子１４の第二面から２００ｍｍの位置に集光されるように設計されている。

この発散角変換素子１２のレンズ面は、両面非球面形状であり、それぞれの面の頂点Ｑ１、Ｑ２を原点として、光源１１から偏向光学素子１３へ向かう光軸方向を＋Ｚ軸とした直交座標系において、ｃを近軸曲率（曲率半径をｒとするとｃ＝１／ｒ）、ｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、…を非球面係数とするとき、面の光軸方向の距離ｚと半径ｈの関係により、非球面形状は、次式（１）により表される。なお、式（１）における「ＳＱＲＴ（Ｑ）」の記載はＱの平方根を意味している。

また、各面の面データを下記の表１に示す。なお、表１における「Ｅ−０ｎ」の記載は「１０^−ｎ」を意味している。

この発散角変換素子１２により収束光に変換された光束は、偏向光学素子１３を経て偏向角変換素子１４へと向かう。この偏向角変換素子１４の説明図を図３に示す。この図３は、偏向光学素子１３により偏向された収束光の偏向角変換素子１４における透過状態を説明するための光線図を示すものであり、（ａ）は基準光軸Ｌｂに沿う収束光を示し、（ｂ）は基準光軸Ｌｂに対して傾斜角（偏向角θ）の収束光を示している。なお、図３では、偏向角変換素子１４の入射側の面を符号１４ａで示し、出射側の面を符号１４ｂで示している。この入射側面１４ａおよび出射側面１４ｂについては後述する。

偏向角変換素子１４は、負のパワーを有し、図３（ａ）に示すように発散角変換素子１２により収束光に変換された光束を、スクリーンＳｃの投影面上で結像する（所定の大きさ寸法よりも小さな径寸法のスポットとする）ように弱い収束光に変換する役割を果たす。また、偏向角変換素子１４から出射される光束の基準光軸Ｌｂに対する角度を走査角αとすると、図３（ｂ）に示すように、偏向角変換素子１４は、偏向角θで入射した光束を、走査角αで出射する光束に変換する。実施例１では、偏向角変換素子１４は、基準光軸Ｌｂ上を通って入射する光束に関しては、偏向角θがそのまま走査角αで出射し、かつ基準光軸Ｌｂ以外を通って入射する光束に関しては、偏向角θ＜走査角αとするように設計および配置されている。また、偏向角変換素子１４は、偏向角θ＝１０ｄｅｇの光束を、走査角α＝２０ｄｅｇの光束として出射するように、すなわち走査角拡大倍率が２倍となるように、設計および配置されている。この偏向角変換素子１４では、最大偏向角θ＝１５ｄｅｇの光束を、走査角α＝３１．３ｄｅｇの光束として出射する。ここで、上記したように、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの最大振幅が±７．５ｄｅｇとされていることから、その可動ミラー部１３ｃで反射されることにより偏向されて偏向角変換素子１４へと入射する光束の最大偏向角θが±１５ｄｅｇとなっている。

また、偏向角変換素子１４は、第一面（偏向光学素子１３側に位置する面）が非球面形状であり、第二面が球面である。この第一面の頂点Ｑ１’と第二面の頂点Ｑ２’とを結ぶ直線、すなわち光源１１からスクリーンＳｃへ向かう光軸方向を＋Ｚ軸とした直交座標系において、ｃを近軸曲率（曲率半径をｒとするとｃ＝１／ｒ）、ｋを円錐定数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、…を非球面係数とする時、面の光軸方向の距離ｚと半径ｈの関係より、偏向角変換素子１４での非球面形状は、上記した式（１）により表される。

また、各面の面データを下記の表２に示す。

なお、実施例１では、偏向角変換素子１４は、第一面が非球面形状とされかつ第二面が球面とされているが、双方が非球面であってもよく、実施例１に限定されるものではない。また、スクリーンＳｃ上でのスポットの品質、すなわち投影される画像に求められる品質にもよるが、双方が球面であっても許容される場合もある。

この偏向角変換素子１４および発散角変換素子１２のレンズ面は、光軸（基準光軸Ｌｂ）を中心として回転対称形状に設計されている。このため、偏向角変換素子１４および発散角変換素子１２は、加工が容易である。また、偏向角変換素子１４および発散角変換素子１２は、製造公差および調整公差を大きく設定することができ、組み付けを容易なものとすることができる。なお、偏向角変換素子１４および発散角変換素子１２は、光線が通るレンズ面（ｌｅ）が回転対称な面で構成されていればよく、レンズ全体としては、樹脂等で成形した場合、組付け、調整等を考慮して、図３（ｃ)のように非回転対称の外形形状としてもよい。

この偏向角変換素子１４の作用効果を図４を参照しつつ説明する。図４は、偏向角変換素子１４の作用効果を説明するために、上記した構成において偏向角変換素子１４を設けた場合と設けない場合とで各値を実測したグラフであり、偏向角変換素子１４を用いた場合の特性曲線をＣｉで示し、偏向角変換素子１４を用いていない場合の特性曲線をＣｔで示している。また、図４では、横軸が時間を示しており、ＭＥＭＳミラーである偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの中心角度位置を時間軸の「０」とし、偏向角θすなわち走査角αが最大振幅になるまでの時間（共振周期の半分の時間であり、４分の１周期の時間でもある）を最大値とし、この最大値を「１」および「−１」に規格化して示している。図４（ａ）では、縦軸が走査角α（偏向角変換素子１４がない場合は偏向角θに等しくなる）を示しており、走査角αの特性曲線Ｃｉ１、Ｃｔ１が示されている。図４（ｂ）では、縦軸が光束Ｐの走査速度（スクリーンＳｃにおけるスポットＳの走査（移動）速度）を示しており、走査速度の特性曲線Ｃｉ２、Ｃｔ２が示されている。図４（ｃ）は、図４（ｂ）に基づいて得られるグラフであって、この図４（ｃ）では、縦軸が最大値で規格化され光束Ｐの走査速度を示しており、走査速度の特性曲線Ｃｉ３、Ｃｔ３（実質的に特性曲線Ｃｉ２、Ｃｔ２と同様のものである）が示されている。なお、ＭＥＭＳミラー（偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃ）は、上記したように、−７．５度から＋７．５度の角度範囲で振られるものとされていることから、偏向角θは、−１５度から＋１５度の間で変化される。

この図４（ａ）およびシミュレーション結果である図１３からも明らかなように、走査角αは、偏向角変換素子１４を用いる（特性曲線Ｃｉ１参照）と、偏向角変換素子１４を用いない場合（特性曲線Ｃｔ１参照）に比べて大きくなっている。実施例１では、可動ミラー部１３ｃの振幅が±７．５ｄｅｇであることから、偏向角変換素子１４がないと走査角αは偏向角θと等しくなって最大±１５ｄｅｇとなり（特性曲線Ｃｔ１参照）、Ａ４サイズの画像を得るためには、画像投影装置からスクリーンＳｃまでの投影距離が約５６０ｍｍ程度必要となってしまう。これに対し、偏向角変換素子１４があると、走査角αは最大で略±３０ｄｅｇとなる（特性曲線Ｃｉ１参照）ので、Ａ４サイズの投影画像をスクリーンＳｃの投影面上に得るための画像投影装置からスクリーンＳｃまでの投影距離を、約２４０ｍｍ程度とすることができ、画像投影装置からの至近距離での投影が可能である。

また、図４（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、偏向角変換素子１４を用いるか否かに拘らず、時間軸で見てゼロすなわち走査角α（偏向角θ）がゼロの点の走査速度が最も速く、偏向角が大きくなるに伴って走査速度が遅くなっている。ここで、偏向角変換素子１４を用いた場合の走査速度（特性曲線Ｃｉ２、Ｃｉ３参照）は、偏向角変換素子１４を用いない場合の走査速度（特性曲線Ｃｔ２、Ｃｔ３参照）と比較して、変化の態様が時間軸方向に幅が広がっており、走査速度が一定の範囲であるとみなせる時間が長くなっている。換言すると、偏向角変換素子１４を用いた場合、偏向角変換素子１４を用いない場合に比較して、時間軸の中心位置「０」を中心として走査速度の変化量が小さい時間範囲（走査速度が一定の範囲内であるとみなせる時間範囲）が大きくなっており、当該時間範囲では走査速度の等速性が確保できている。このため、偏向角変換素子１４を用いた場合、偏向角変換素子１４を用いない場合に比較して、画像歪みが補正され、更に、明るさ強度が均一化され、明度分布の差が軽減されている。

次に、偏向角変換素子１４における入射側面１４ａの形状と出射側面１４ｂの形状とについて説明する。偏向角変換素子１４は、上述したように回転対称形状であることから、入射側面１４ａおよび出射側面１４ｂは、共に光軸を中心にして回転対称の形状になっている。このため、図５は、入射側面１４ａおよび出射側面１４ｂの形状を説明するために、縦軸をサグ量（ｍｍ）（特性曲線Ｃｓ参照）およびその変化量（μｍ）（特性曲線Ｃａ参照）とし、横軸を偏向角変換素子１４の光軸からの半径（ｍｍ）としたグラフとしている。この図５では、（ａ）が入射側面１４ａにおける特性を示し、（ｂ）が出射側面１４ｂにおける特性を示している。ここで、サグ量とは、光軸方向をｚ方向として、光軸中心上のｚ方向座標を「ゼロ」としたときの各半径位置における面のｚ座標位置（入射側を＋とし出射側を−としている）である。また、その変化量は、半径方向への単位変化量においてサグ量が変化した値であり、サグ量を示す特性曲線Ｃｓの半径方向の１階微分量が反映されたものである。

図５に示すように、入射側面１４ａおよび出射側面１４ｂは、共に光軸中心から周辺に向かうにしたがって、変化量（絶対値）が増加している。偏向角変換素子１４として、入射側面１４ａをこのように光軸中心から周辺に向かうにしたがって変化量（絶対値）が増加する形状とすることにより、出射される収束光束の走査角αを周辺に向かうにしたがって大きくすることができる。また、入射側面１４ａを非球面形状とすることにより、スクリーンＳｃの投影面上に形成されるスポットＳを小さくすることができる。このことは、出射側面１４ｂであっても同様であり、光軸中心から周辺に向かうにしたがって変化量が増加するような非球面形状とすることにより、上記した各々の効果を得ることができることは言うまでもない。この実施例１では、スポットＳを１ｍｍ以下の大きさに形成することができる。これに対して、偏向角変換素子１４の片面を平面等により形成すると、スクリーンＳｃの投影面上の投影画像がぼけることになる。例えば、実施例１の偏向角変換素子１４の片面を平面等とすると、スポットＳが３ｍｍ以上となってしまう。

制御装置２０は、図１に示すように、偏向角制御回路である偏向光学素子駆動制御部２１と、光源制御回路である発光量制御部２２とを備えている。この制御装置２０には、元画像信号２３としての画素データＧ（ｉ、ｊ）が入力される。この画素データＧ（ｉ、ｊ）とは、画素位置（ｉ、ｊ）における画像データを示すものである。制御装置２０では、偏向光学素子駆動制御部２１が、偏向光学素子１３を同期検知用のミラー位置信号Ｍｐに基づいて適宜調整しつつ駆動制御し、発光量制御部２２が、画素データＧ（ｉ、ｊ）およびミラー位置信号Ｍｐに基づき光源１１を駆動制御するものである。偏向光学素子駆動制御部２１は、回動制御信号Ｗｃを送信することにより偏向光学素子１３を駆動制御し、発光量制御部２２は、点滅制御信号Ｌｃ送信することにより光源１１を駆動制御する。このミラー位置信号Ｍｐは、振動される可動ミラー部１３ｃの変位位置を示す信号である。ミラー位置信号Ｍｐは、図１に示す例では、可動ミラー部１３ｃの変位に応じて偏向光学素子１３自体から出力される信号を用いている。ここで、偏向光学素子１３自体から出力される信号としては、偏向光学素子１３が駆動力として電磁アクチュエータを用いるものであれば、ミラー振動による逆起電力をモニターすることによりミラー位置信号Ｍｐを得ることができる。また、偏向光学素子１３が駆動力としてピエゾアクチュエータを用いるものであれば、ピエゾに発生する逆起電力をモニターすることによりミラー位置信号Ｍｐを得ることができる。この他にも、ミラー位置信号Ｍｐは、図７に示すように、可動ミラー部１３ｃにより偏向（反射）された光束を受光可能な適当な位置に同期検知用の受光素子２８を設置し、この受光素子２８からの信号を設置位置すなわち可動ミラー部１３ｃの変位位置に関連付けて用いることでも得ることができる。さらに、図示は略すが、変位部（この例では可動ミラー部１３ｃ）とその変位に拘らず所定の位置を保つ所望位置とに電極を設け、変位部の変位に応じて変化する静電容量を検出し、当該静電容量を変位部の変位位置に関連付けて用いる構成であってもよい。実施例１では、偏向光学素子駆動制御部２１による偏向光学素子１３の駆動制御に合致するように、発光量制御部２２が光源１１を駆動制御する。

制御装置２０では、例えば、水平方向にｉ番目、垂直方向にｊ番目の画素をスクリーンＳｃに投影する場合には、可動ミラー部１３ｃが（ｉ、ｊ）番目の画素位置に対応するスクリーンＳｃ上での画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にスポットＳを形成する位置（形成する傾斜）になったときに、その画素の画素データＧ（ｉ、ｊ）に基づく光量の光束を出力するように、発光量制御部２２がミラー位置信号Ｍｐに同期して光源１１へと発光光量制御信号を出力することにより画像を形成する。なお、偏向光学素子として、ステッピングモータなど非共振で駆動することが可能なものを用いた場合には、発光光量制御信号に同期して、（ｉ、ｊ）番目の画素位置に対応するスクリーンＳｃ上での画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にスポットＳが形成されるように、偏向光学素子駆動制御部２１が偏向光学素子へと駆動制御信号を出力することにより画像を形成することができる。

これにより、光源１１からは、画素データＧ（ｉ、ｊ）に基づく光量の発散光束が発散角変換素子１２に向けて出力され、発散角変換素子１２がその発散光束を収束光束に変換し、この収束光束が偏向光学素子１３へと向かうこととなる。

その収束光束は、偏向光学素子駆動制御部２１により適切な状態とされた偏向光学素子１３、すなわちスクリーンＳｃの画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にスポットＳを形成するような角度とされた可動ミラー部１３ｃにより反射されて、水平方向および垂直方向が偏向されて、偏向角変換素子１４へと向かう。この偏向された収束光束は、この偏向角変換素子１４により偏向角θが変換されて走査角αとされ、走査角αの進行方向で投影対象としてのスクリーンＳｃに導かれる。これにより、スクリーンＳｃの画素対応箇所（ｉ’、ｊ’）にスポットＳが形成される。このような動作が、元画像信号２３に対応する全ての画素データＧ（ｉ、ｊ）に基づいて走査順に沿って順次行われることにより、スクリーンＳｃには、２次元的な元画像に対応する２次元画像が形成される。

上記したように、光走査装置１０（画像投影装置１）では、偏向角変換素子１４を用いることにより、偏向光学素子１３における偏向角度が小さなものであっても、大きな走査角度を得ることができ、至近距離の投影対象（この例ではスクリーンＳｃ）に大きな投影画像を形成することができる。実施例１では、偏向光学素子１３における偏向角θが最大で±１５ｄｅｇであるにも拘らず、走査角αとしては最大で略±３０ｄｅｇとすることができ、約２４０ｍｍの投影距離でＡ４サイズの投影画像をスクリーンＳｃの投影面上に得ることができる。

また、光走査装置１０（画像投影装置１）では、偏向角変換素子１４を用いることにより、走査速度の等速性を一定の範囲で確保することができるので、偏向角変換素子１４を用いない光走査装置（画像投影装置）に比較して、画像歪みや明度分布を補正することができる。

さらに、光走査装置１０（画像投影装置１）では、偏向角変換素子１４を用いるだけの簡易な構成で上記した効果を得ることができるので、小型化の観点から極めて有用である。

光走査装置１０（画像投影装置１）では、偏向角変換素子１４を用いることにより走査角αを大きなものとする構成であることから、投影画像の解像度の低下を抑制しつつ偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃを安定して振幅させることできるとともに、各部の組付精度および製品精度を高めることなく光源１１から出射される光束を効率良く利用しつつ小型化に資することができる。

なお、発散角変換素子１２は、アナモルフィック非球面や自由曲面形状にしてもよい。これは以下のことによる。通常、半導体レーザの出力光では、強度分布がガウス分布となっており、半導体レーザの活性層に対して平行方向と垂直方向とでは光束の拡がり角度が異なるため、光軸を中心とする回転対称形状の発散角変換素子１２を用いると、ビームが楕円ビームとなる。このため、ビーム整形のための円形開口によりけられが発生すると、光の損失が増えることから消費電力が増えてしまうとともに、スクリーンＳｃの投影面上のスポット形状が楕円スポットとなることから投影画像が劣化してしまう。このことから、発散角変換素子１２において、半導体レーザの活性層に対して平行方向と垂直方向とで焦点距離が異なるアナモルフィック非球面や自由曲面形状とすることにより、光量の損失を防止することができ、かつ円形スポットを得ることができる。また、半導体レーザの活性層に対して垂直方向と高速走査方向（水平方向）とを一致させることにより、走査ミラーが静止状態では水平方向に短軸を持つ楕円強度分布のビームスポットになるが、走査時は走査方向に残像が残り、画素内でより円形に近いスポットとすることができる。

また、発散角変換素子１２は、光源１１から出射された光束を収束光としてスクリーンＳｃ上にスポットＳを形成するものであればよいことから、当該発散角変換素子１２に代えて、図６に示す反射部材２４を用いてもよい。この反射部材２４は、反射面が自由曲面形状とされており、光量の損失を防止しつつ、円形スポットを得ることができる。

さらに、偏向角変換素子１４は、偏向光学素子１３により偏向された光束の偏向角θをそれよりも大きな走査角αに変換するものであれば、当該偏向角変換素子１４に代えて、図７に示す反射部材２５を用いてもよい。この反射部材２５は、上記した反射部材２４と同様に反射面が自由曲面形状とされている。この図７の光走査装置１０（画像投影装置１）では、上述したように、可動ミラー部１３ｃにより偏向（反射）された光束を同期検知用の受光素子２８により受光し、この受光素子２８からの受光による信号を可動ミラー部１３ｃの変位位置に関連付けることにより、ミラー位置信号Ｍｐを生成する構成になっている。

ついで、偏向光学素子１３における偏向の速度や振幅が、投影面に対して水平方向と垂直方向とで異なる場合等には、発散角変換素子１２および偏向角変換素子１４をアナモルフィック非球面、自由曲面形状および反射部材とすることにより、光束の収束や発散の作用の大きさを、偏向光学素子１３における偏向の速度や振幅に適合するように水平方向と垂直方向とで変える構成としてもよい。
[実施例１の変形例]
次に、実施例１の変形例の画像投影装置（プロジェクタ）１ｔについて説明する。この変形例は、画像投影装置１ｔを用いて、可動ミラー部１３ｃへと入射する入射光軸Ｌｉの入射角φの変化に対して、スクリーンＳｃ上の画像の歪みが変化する様を、実験的に確認した例である。この画像投影装置１ｔは、その基本的な構成は実施例１の画像投影装置１と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図１４は、画像投影装置１ｔの光走査装置１０ｔの構成を模式的に示す説明図である。この図１４では、入射角φが４５度に設定されている状態の光路を模式的に示している。

ここで、入射光軸Ｌｉとは、光源１１から出射され発散角変換素子１２ｔを経た主光線の進行方向を言い、入射角φとは、偏向光学素子１３（可動ミラー部１３ｃ）が振幅中心位置（静止位置）にあるときの可動ミラー部１３ｃの反射面の法線に対して入射光軸Ｌｉが為す角度を言う。

図１４に示すように、光走査装置１０ｔは、構成される部材およびその配置は光走査装置１０と同様とされているが、発散角変換素子１２ｔおよび偏向角変換素子１４ｔが光走査装置１０とは異なるものとされている。詳細には、光源１１からは波長が５３０ｎｍの光線が出射され、発散角変換素子１２ｔの焦点距離が３．８９ｍｍとされ、光源１１から発散角変換素子１２ｔの第一面（光源１１側の面）までの距離が３ｍｍとされている。また、発散角変換素子１２ｔは、中心肉厚が２．４ｍｍとされ、屈折率ｎ_ＣＬが１．５１９６の硝材で形成されている。この発散角変換素子１２ｔの第二面（偏向光学素子１３側の面）から偏向光学素子１３の反射面までの距離は１８．３５４ｍｍとされており、偏向光学素子１３の反射面から偏向角変換素子１４ｔの第一面（偏向光学素子１３側の面）までの距離は８ｍｍとされている。また、偏向角変換素子１４ｔは、中心肉厚が３ｍｍとされ、屈折率ｎ_ＥＸＰが１．５１９６の硝材で形成されている。この光学系（光走査装置１０ｔ）では、光源１１から出射した光が、偏向角変換素子１４ｔの第二面（スクリーンＳｃ側の面）から２００ｍｍの位置に集光されるように設計されている。

この発散角変換素子１２ｔは、両面非球面形状であり、その非球面形状は上記した式（１）により表される。その各面の面データを下記の表３に示す。

また、偏向角変換素子１４ｔは、両面非球面形状であり、その非球面形状は上記した式（１）により表される。その各面の面データを下記の表４に示す。

このような構成の光走査装置１０ｔを用いて、入射角φを０度、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度に設定して、それぞれの入射角φにおいて一定の条件下でのスクリーンＳｃ上にスポットを形成した。図１５は、スクリーンＳｃ上においてスポットが形成された位置を模式的に示す説明図であり、図１６は、図１５のスポットが形成される様子を説明するための説明図である。

図１５は、スクリーンＳｃを正面視して、上下方向をｘ軸方向としかつ左右方向をｙ軸方向として、スポット（Ｓ０〜Ｓ６）が形成された位置を示すものであり、（ａ）は入射角φが０度の場合、（ｂ）は入射角φが１５度の場合、（ｃ）は入射角φが３０度の場合、（ｄ）は入射角φが４５度の場合、（ｅ）は入射角φが６０度の場合、および（ｆ）は入射角φが７５度の場合を示している。図１５では、入射角φの変化に応じた各スポットの形成位置の比較を容易とするために、（ａ）〜（ｆ）を互いに等しい縮尺で示している。

このスポットＳ０〜Ｓ６は、次のように形成されたものである。偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃは、上述したように、互いに直交する２つの回動軸回りに回動（揺動）可能とされている。この可動ミラー部１３ｃにおいて、図１６に示すように、一方の回動軸をｘ’軸とし、他方の回動軸をｙ’軸とする。このｘ’軸は、スクリーンＳｃのｘ軸と同一平面上に位置する関係であり、かつｙ’軸は、スクリーンＳｃのｙ軸と同一平面上に位置する関係とされている。また、ｘ’軸およびｙ’軸は、入射角φがｘ’軸に直交する平面内で変化するように設定されている（図１４参照）。

このため、可動ミラー部１３ｃがｘ’軸回りには回動されずにｙ’軸回りに回動されると、スクリーンＳｃ上でのスポットの形成位置がｙ軸方向には変位せずにｘ軸方向のみに変位する（一点鎖線で示す可動ミラー部１３ｃおよびスポットＳｘ参照）。また、可動ミラー部１３ｃがｙ’軸側には回動させずにｘ’軸回りに回動されると、スクリーンＳｃ上でのスポットの形成位置がｘ軸方向には変位せずにｙ軸方向のみに変位する（二点鎖線で示す可動ミラー部１３ｃおよびスポットＳｙ参照）。なお、可動ミラー部１３ｃ（偏向光学素子１３）における回動方向は、スクリーンＳｃをｘｙ座標（図１５参照）で見て、スポットの形成位置をｘ軸方向に増加させるｙ’軸回りの回動方向を＋側とし、スポットの形成位置をｙ軸方向に増加させるｘ’軸回りの回動方向を＋側とする。ここで、偏向光学素子１３は、内枠部１３ｂを保持する一対の保持軸１３ｅがｘ’軸となる位置関係に設定される。

このような関係において、図１５の（ａ）〜（ｆ）では、回動されていない状態の可動ミラー部１３ｃ（ｘ’軸回りに０度かつｙ’軸回りに０度の状態）により反射された際にスポットが形成された位置を符号Ｓ０で示している。同様に、可動ミラー部１３ｃの回動状態で見て、スポットＳ１は、ｘ’軸回りに＋５度かつｙ’軸回りに＋１０度の状態であり、スポットＳ２は、ｘ’軸回りに＋５度かつｙ’軸回りに０度の状態であり、スポットＳ３は、ｘ’軸回りに＋５度かつｙ’軸回りに−１０度の状態であり、スポットＳ４は、ｘ’軸回りに−５度かつｙ’軸回りに＋１０度の状態であり、スポットＳ５は、ｘ’軸回りに−５度かつｙ’軸回りに０度の状態であり、スポットＳ６は、ｘ’軸回りに−５度かつｙ’軸回りに−１０度の状態である。なお、図１５では、（ａ）〜（ｆ）間での歪みの差異を理解容易とするために、Ｓ１〜Ｓ６においてＳ０を取り囲むように互いに隣接するものを直線で繋いで示している。

ここで、入射角φが０度の場合（図１５（ａ）参照）、可動ミラー部１３ｃが振幅中心位置（静止位置）とされている状態において、当該可動ミラー部１３ｃとスクリーンＳｃとが正対していることから、スクリーンＳｃ上に形成される投影画像で見て、入射角φに起因する歪みが最も少ないものと考えることができる。すると、図１５の（ａ）〜（ｆ）から明らかなように、入射角φが大きくなるほど、スクリーンＳｃ上に形成される投影画像の歪みが大きくなっていることがわかる。詳細には、スクリーンＳｃ上で見て、ｙ軸方向の位置は入射角φの変化に拘らず略一定であるが、ｘ軸方向の位置は入射角φが大きくなるほど可動ミラー部１３ｃの回動（ｙ’軸回り）に対する変化量が小さくなっている。これは、この変形例の光走査装置１０ｔの構成において、入射角φをｘ’軸に直交する平面内で変化させる場合、実質的な垂直方向（可動ミラー部１３ｃで見たｙ’軸回り方向であり、スクリーンＳｃ上で見たｘ軸方向）の振れ幅が略ｃｏｓφ倍になるので、入射角φが大きくなるほど、そのφの値に応じて像がｘ軸方向に小さくなる（ｃｏｓφ倍になる）ような歪みが発生することによる。

このため、所定の大きさ寸法の画像を形成するためには、入射角φを大きく設定するほど、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの振幅（この変形例では、ｙ’軸回りの振幅）を大きくする必要があるが、上述したように可動ミラー部１３ｃの振幅を大きくすることは困難である。この観点からも、本発明のように、偏向光学素子１３により偏向された光束の偏向角θをそれよりも大きな走査角αに変換する偏向角変換素子１４を用いる構成とすることが効果的である。

換言すると、偏向角変換素子１４を用いた場合であっても、所定の大きさ寸法の画像を形成するためには、入射角φを０度もしくは極めて小さい値とすることが望ましいが、そのためにはビームスプリッターを用いて光走査装置を構成する必要があり（後述する実施例５参照）、部品点数の増加を招き、部品配置の自由度の減少を招き、コストの増加を招いてしまう。ここで、上述したように、入射角φに対してｃｏｓφ倍になるように歪みが生じることから、入射角φを４５度に設定しても０度の場合に比較して約７０％の大きさの画像を形成することができるので、ビームスプリッターを用いることなく入射角φを約４５度以下とすることにより、部品点数の増加を招くことなく所定の大きさ寸法に近い大きさ寸法の画像を形成することができる。

なお、図１５において、スクリーンＳｃ上におけるｙ軸方向で見た座標位置の絶対値が、スポットＳ１〜Ｓ３と、スポットＳ４〜Ｓ６とで異なるのは、上記した配置関係により、ｘ’軸回りの可動ミラー部１３ｃの回転角度（スポットＳ１〜Ｓ３では５度であり、スポットＳ４〜Ｓ６では−５度である）の差が実質的に入射角φの差と同様の影響を及ぼすことによる。また、図１５の入射角の変化に対するスポット位置の形成に用いた光走査装置１０ｔでは、偏向角変換素子１４ｔが光路に挿入されているため、生じている歪みの大きさに入射角φに対するｃｏｓφ倍とは開きがあるが、偏向角変換素子１４ｔを光路に挿入していない状態でシミュレーションすると、極めてｃｏｓφ倍に近い値となる。このシミュレーションの一例を下記の表５に示す。表５では、上記したことを勘案して、可動ミラー部１３ｃをｘ’軸回りには回転させず（０度）、かつｙ’軸回りに１０度回転した状態において、入射角φを０度、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度としたときに、スクリーンＳｃ上に形成されるスポットＳのｘ座標を示している。なお、括弧内の数値は、入射角φが０度のときのｘ座標（入射角φに起因する歪みが最も少ない値）をｃｏｓφ倍したものである。また、この表５では、ｘ’軸回りには回転させていないことから、いずれもｙ座標は０（ｘ軸上）である。

次に、実施例２の画像投影装置（プロジェクタ）１Ａについて説明する。実施例２の画像投影装置１Ａは、カラーの投影画像を形成する構成とされた例である。この画像投影装置１Ａは、その基本的な構成は実施例１の画像投影装置１と同様であるので、同一機能部分には実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図８は、画像投影装置１Ａの構成を模式的に示す説明図である。

画像投影装置１Ａでは、光走査装置１０Ａにおいて、光源１１として３つの光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられ、発散角変換素子１２として３つの発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、カラー投影画像を形成するためのそれぞれ赤、緑、青の単色光源である。このように、画像投影装置１Ａは、赤、緑、青の単色光を用いることにより、色純度が高く、鮮やかな画像の表示を可能とするものである。このような単色光源としては、適当な波長のレーザ光源を用いることで実現可能である。実施例２では、光源１１ａとして赤色光源となる波長６３８ｎｍの半導体レーザを用い、光源１１ｂとして緑色光源となる波長１０６０ｎｍの半導体レーザの第２高調波５３０ｎｍを用い、光源１１ｃとして青色光源となる波長４４５ｎｍの半導体レーザを用いている。この各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射された光束を集光して収束光とするために、実施例１の発散角変換素子１２（図１参照）と同様の機能を有する発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。この各発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、互いに等しい非球面形状とされている。

ここで、カラー投影画像を形成するためには、この各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射され、対応する発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃを通過した光束を合成する、すなわち単一の光路を通って走査のための偏向光学素子１３に至る構成とする必要がある。このために、画像投影装置１Ａでは、光走査装置１０Ａにおいて、光源１１ａから出射されて発散角変換素子１２ａを通過した光束が偏向光学素子１３へと至る光路上に、光路合成手段１６（個別に示すときは１６ａ、１６ｂとする）が設けられ、光源１１ｂから出射されて発散角変換素子１２ｂを通過した光束が光路合成手段１６ａへと向かい、かつ光源１１ｃから出射されて発散角変換素子１２ｃを通過した光束が光路合成手段１６ｂへと向かうように、構成されている。

光路合成手段１６は、実施例２では、誘電体多層膜フィルタにより構成されており、所定の波長領域で光を反射し、所定の波長領域以外の光を透過する特性を有する。実施例２では、光源１１ｂに対応する光路合成手段１６ａが、緑の波長領域５１０ｎｍ〜５７０ｎｍの光を９５％以上反射しかつそれ以外の波長領域の光は９０％以上透過する特性を有し、光源１１ｃに対応する光路合成手段１６ｂが、青の波長領域４００ｎｍ〜４９０ｎｍの光を９５％以上反射しかつそれ以外の波長領域の光は９０％以上透過する特性を有する。

画像投影装置１Ａでは、制御装置２０（発光量制御部２２）の制御下で、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから適宜光束が出射される。赤色の光源１１ａからの光束は、発散角変換素子１２ａにより収束光に変換され、光路合成手段１６ａおよび光路合成手段１６ｂを透過して偏向光学素子１３に至る。この光束の光路を基準光路Ｐｂとする。緑色の光源１１ｂからの光束は、発散角変換素子１２ｂより収束光に変換され、光路合成手段１６ａにより反射されて基準光路Ｐｂ上を進行する収束光とされ、光路合成手段１６ｂを透過して偏向光学素子１３に至る。また、青色の光源１１ｃからの光束は、発散角変換素子１２ｃより収束光に変換され、光路合成手段１６ｂにより反射されて基準光路Ｐｂ上を進行する収束光とされ、偏向光学素子１３に至る。

このように、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射された光束は、対応する発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃにより収束光とされた後、光路合成手段１６ａおよび光路合成手段１６ｂにより合成されて、偏向光学素子１３へと向かう。

この合成された光束は、実施例１の画像投影装置１と同様に、偏向光学素子１３により偏向されて偏向角θで進行する光束とされ、偏向角変換素子１４により偏向角θよりも大きな走査角αに変換されて進行する光束とされ、スクリーンＳｃの投影面上にスポットＳを形成する。このとき、偏向光学素子１３では、制御装置２０（偏向光学素子駆動制御部２１）の制御により可動ミラー部１３ｃが振幅動作され、可動ミラー部１３ｃで反射した収束光の進行方向（偏向角θ）が２次元方向に適宜変化されるので、形成されるスポットＳもスクリーンＳｃの投影面上で２次元方向に光走査される。この光走査の際、画像データ（各画素位置（ｉ、ｊ）における各画素データＧ（ｉ、ｊ））に基づいて、各レーザ（光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）における発光タイミング、発光強度、および発光時間を適宜制御することにより、画像投影装置１Ａは、スクリーンＳｃの投影面上にカラーの投影画像を形成することができる。

この実施例２の画像投影装置１Ａでは、実施例１の画像投影装置１と同様に、偏向光学素子１３における偏向角度が小さなものであっても、大きな走査角を得ることができ、至近距離での投影を可能とすることができるとともに、走査速度の等速性を一定の範囲で確保することができるので、画像歪みや明度分布を補正することができる。

また、この画像投影装置１Ａでは、単色光源として光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いていることから、色純度が高く、鮮やかなコントラストの高いカラー投影画像を形成することができる。加えて、本実施例では、各画素を直接描画するものであることから、画素データＧ（ｉ、ｊ）が黒の場合はレーザを発光しないことにより当該画素位置（ｉ、ｊ）を描画することとなるので、黒を表現するときの光の漏れ（黒として描画された画素位置（ｉ、ｊ）が明るくなる）がなく、液晶等のマイクロディスプレイを用いる構成のプロジェクタと比較して、コントラストを向上させることができる。

なお、実施例２の画像投影装置１Ａでは、発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃが互いに等しい非球面形状とされていたが、半導体レーザや第２高調波の発散光束に適合するように、すなわち各単色光源から出射される光束をスクリーンＳｃ上で所望のスポットとするように、各発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃをそれぞれ最適設計して互いの焦点距離や形状等が異なる構成であってもよい。
[実施例２の変形例]
次に、実施例２の変形例の画像投影装置（プロジェクタ）１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）について説明する。この変形例の画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）は、カラーの投影画像を形成する構成とされた他の例であり、より小型化することを可能とするものである。この画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）は、その基本的な構成は実施例２の画像投影装置１Ａ（光走査装置１０Ａ）と同様であるので、同一機能部分には実施例２と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１７は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）の構成を模式的に示す説明図である。なお、この図１７では、理解容易のため、制御装置２０の図示を略している。また、図１８は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）に用いられる第１発散角変換素子１２Ａｔ１の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。図１９は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）に用いられる第２発散角変換素子１２Ａｔ２の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。図２０は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）に用いられる光路合成手段１６Ａｔの構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。図２１は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）に用いられる集光レンズ７０の構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。図２２は、画像投影装置１Ａｔ（光走査装置１０Ａｔ）に用いられる偏向角変換素子１４Ａｔの構成を説明するために模式的な断面で示す説明図である。なお、以下の説明では、各光学部材において光路の光軸方向（主光線）をｚ軸として各面データを示しているが、図１７〜図２２では、理解容易のために、光源１１Ａｔの第１光源１１Ａｔ１の出射光軸方向をＺ軸とし、紙面上でＺ軸と直交する方向をＹ軸とし、それらに直交する方向をＸ軸として示している。また、図１８〜図２２では、各光学部材における光軸方向をｚ軸とし、紙面に直交する方向をｘ軸とし、ｘ−ｚ平面に直交する方向をｙ軸として示している。このため、以下では、図示するＸ、ＹおよびＺ軸を用いて各光学部材の位置関係および構成を説明し、それ以外の場合には前提とする軸方向（ｚ軸における＋側）を述べてから説明（各面データ等）する。すなわち、画像投影装置１Ａｔとしての位置関係および構成を説明するときは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸（以下、グローバル軸ともいう）で示す直交座標系を用い、それらの各光学部材の構成（面データ）等を説明するときは、光学部材毎に定義したｘ、ｙ、ｚ軸（以下、ローカル軸ともいう）で示す直交座標系を用いる。

画像投影装置１Ａｔでは、図１７に示すように、光走査装置１０Ａｔにおいて、光源１１Ａｔとして、第１光源１１Ａｔ１および第２光源１１Ａｔ２が設けられ、それに対応するように発散角変換素子１２Ａｔとして、第１発散角変換素子１２Ａｔ１および第２発散角変換素子１２Ａｔ２が設けられている。

第１光源１１Ａｔ１は、中心波長６４０ｎｍの半導体レーザのチップ１１ｔａ（以下、赤色ＬＤチップ１１ｔａという）と、中心波長４４５ｎｍの半導体レーザのチップ１１ｔｂ（以下、青色ＬＤチップ１１ｔｂという）とが、単一のパッケージ内に並列（Ｙ軸方向）されて搭載されたハイブリッドレーザ（ＨＢＬＤ）である。第１光源１１Ａｔ１では、赤色ＬＤチップ１１ｔａにおける発光点（出射個所）と、青色ＬＤチップ１１ｔｂにおける発光点（出射個所）との距離（双方の出射光軸（出射された光束の主光線）の間の距離（Ｙ軸方向））が０．９ｍｍとされている。第１光源１１Ａｔ１は、赤色ＬＤチップ１１ｔａの出射光軸が後述する第１発散角変換素子１２Ａｔ１の第一面１２ｔａに設けられた第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃと一致し、赤色ＬＤチップ１１ｔａおよび青色ＬＤチップ１１ｔｂの出射光軸と当該中心光軸１２ｔｃおよび後述する第１発散角変換素子１２Ａｔ１の第一面１２ｔａに設けられた第二レンズ面１２ｔａ２の中心光軸１２ｔｄとが同一平面上に位置するように、第１発散角変換素子１２Ａｔ１との位置関係が設定されている。この第１光源１１Ａｔ１では、赤色ＬＤチップ１１ｔａと青色ＬＤチップ１１ｔｂとから出射された光束（直線偏光の発散光）が、それぞれカバーガラス１１ｔｃを透過して外方へと出射され、第１発散角変換素子１２Ａｔ１へと向かう。

この第１発散角変換素子１２Ａｔ１は、赤色ＬＤチップ１１ｔａから出射された光束と、青色ＬＤチップ１１ｔｂから出射された光束とを、それぞれ略平行光束とするものである。第１発散角変換素子１２Ａｔ１は、各波長での屈折率がｎ_６４０＝１．５０６６４３、ｎ_４４５＝１．５１９２１９である硝材で形成されている。ここで、図１８に示すように、第１発散角変換素子１２Ａｔ１において、第１光源１１Ａｔ１側に位置するレンズ面を第一面１２ｔａとし、後述する光路合成手段１６Ａｔ側に位置するレンズ面を第二面１２ｔｂとする。

第１発散角変換素子１２Ａｔ１の第一面１２ｔａには、第一レンズ面１２ｔａ１と第二レンズ面１２ｔａ２とが設けられている。第一レンズ面１２ｔａ１は、赤色ＬＤチップ１１ｔａから出射された発散光である光束をカップリングするものであり、回転対称非球面とされている。この回転対称非球面形状は、第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃ（回転軸）上に位置する点Ｑ３を原点とし、その中心光軸１２ｔｃで見て後述する光路合成手段１６Ａｔから赤色ＬＤチップ１１ｔａへ向けた方向を＋ｚ軸とし、図１８を正面視した左右方向左側を＋ｙ軸とし、正面視した奥側を＋ｘ軸とした直交座標系（図１８の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。その面データを下記の表６に示す。

また、第二レンズ面１２ｔａ２は、青色ＬＤチップ１１ｔｂから出射された発散光である光束をカップリングするものであり、非回転対称なアナモルフィック非球面とされている。このアナモルフィック非球面は、第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃと平行な第二レンズ面１２ｔａ２の中心光軸１２ｔｄ上に位置する点Ｑ４を原点とし、その中心光軸１２ｔｄで見て後述する光路合成手段１６Ａｔから青色ＬＤチップ１１ｔｂへ向けた方向を＋ｚ軸とする上記の直交座標系（図１８の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、座標（ｘ、ｙ）における面の光軸方向の距離ｚ（ｚ軸に対して平行な、面のサグ量）は、次式（２）により表される。なお、式（２）において、ＲＤＸはｘ方向の曲率半径を示し、ＲＤＹはｙ方向の曲率半径を示し、ＣＵＸはｘ方向の曲率（＝１／ＲＤＸ）を示し、ＣＵＹはｙ方向の曲率（＝１／ＲＤＹ）を示す。また、ＫＸはＸ方向のコーニック係数を示し、ＫＹはＹ方向のコーニック係数を示す。さらに、ＡＲ、ＢＲ、ＣＲ、ＤＲは、円錐形状からの変形係数であり、４次、６次、８次、１０次の回転対称部を示す。ＡＰ、ＢＰ、ＣＰ、ＤＰは、円錐形状からの変形係数であり、４次、６次、８次、１０次の非回転対称部を示す。

また、式（２）の各係数を下記の表７に示す。なお、表７における「Ｅ−０ｎ」の記載は「１０^−ｎ」を意味している。

第１発散角変換素子１２Ａｔ１の第二面１２Ａｔｂは、回転対称非球面とされており、その回転軸が第一面１２ｔａの第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃに一致している。この回転対称非球面は、第二面１２Ａｔｂの中心光軸１２ｔｃ上に位置する点Ｑ５を原点とし、後述する光路合成手段１６Ａｔから第１光源１１Ａｔ１へ向けた方向を＋ｚ軸とする上記の直交座標系（図１８の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。その面データを下記の表８に示す。

この第１発散角変換素子１２Ａｔ１は、第一レンズ面１２ｔａ１の厚さ寸法（中心光軸１２ｔｃの方向で見たＱ３−Ｑ５間の大きさ寸法）が１．５ｍｍとされ、第二レンズ面１２ｔａ２の厚さ寸法（中心光軸１２ｔｄの方向で見たＱ４−Ｑ５間の大きさ寸法）が１．５ｍｍとされている。また、第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃと、第二レンズ面１２ｔａ２の中心光軸１２ｔｄとの距離（ｙ軸方向で見た間隔）が０．９３ｍｍとされている。この中心光軸１２ｔｃと中心光軸１２ｔｄとは、Ｙ−Ｚ平面（グローバル軸）内に位置するように設定されている。図１７に示すように、この第１発散角変換素子１２Ａｔ１により略平行光束とされた２つの光束と協働してカラーの投影画像を形成すべく、第２光源１１Ａｔ２が設けられている。

この第２光源１１Ａｔ２は、１０６０ｎｍの半導体レーザを波長変換した中心波長５３０ｎｍのＳＨＧレーザである。この第２光源１１Ａｔ２では、出射個所（中心波長５３０ｎｍのＳＨＧ光の仮想発光点１１ｔｅ）から出射された光束が、カバーガラス１１ｔｄを透過して外方へと出射され、第２発散角変換素子１２Ａｔ２へと向かう。

この第２発散角変換素子１２Ａｔ２は、第２光源１１Ａｔ２から出射された光束を略平行光束とするものである。第２発散角変換素子１２Ａｔ２は、波長５３０ｎｍにおける屈折率が、ｎ_５３０＝１．５１１９９である硝材で形成されている。ここで、図１９に示すように、第２発散角変換素子１２Ａｔ２において、第２光源１１Ａｔ２側に位置するレンズ面を第一面１２ｔｅとし、後述する光路合成手段１６Ａｔ側に位置するレンズ面を第二面１２ｔｆとする。

第２発散角変換素子１２Ａｔ２の第一面１２ｔｅおよび第二面１２ｔｆは、互いに等しい中心光軸１２ｔｇ（回転軸）とする回転対称非球面とされている。この第一面１２ｔｅは、その中心光軸１２ｔｇ上に位置する点Ｑ６を原点とし、中心光軸１２ｔｇで見て後述する光路合成手段１６Ａｔから第２光源１１Ａｔ２へ向けた方向を＋ｚ軸とし、図１９を正面視した上下方向上側を＋ｙ軸とし、正面視した手前側を＋ｘ軸とした直交座標系（図１９の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。同様に、第二面１２ｔｆは、その中心光軸１２ｔｇ上に位置する点Ｑ７とするを原点とし、中心光軸１２ｔｇで見て後述する光路合成手段１６Ａｔから第２光源１１Ａｔ２へ向けた方向を＋ｚ軸とする上記の直交座標系（図１９の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。その各面の面データを下記の表９に示す。

この第２発散角変換素子１２Ａｔ２は、その厚さ寸法（中心光軸１２ｔｇの方向で見たＱ７−Ｑ８間の大きさ寸法）が１．５ｍｍとされている。図１７に示すように、この第２発散角変換素子１２Ａｔ２および第１発散角変換素子１２Ａｔ１を通過した光束を合成する、すなわち３つの波長の光束が単一の光路を通り集光レンズ７０を経て走査のための偏向光学素子１３に至るように、光路合成手段１６Ａｔが設けられている。この光路合成手段１６Ａｔは、図２０に示すように、全体に板形状を呈するプリズムである。ここで、光路合成手段１６Ａｔにおいて、第１発散角変換素子１２Ａｔ１に臨む面を第一面１６ｔａとし、第２発散角変換素子１２Ａｔ２に臨む面を第二面１６ｔｂとする。

光路合成手段１６Ａｔは、第一面１６ｔａの法線（ｎａ）と第二面１６ｔｂの法線とが非平行でかつ同一平面上に存在され、その同一平面に沿う断面がくさび形状を呈している。光路合成手段１６Ａｔは、そのくさび形状の頂角の角度をβとすると、β＝０．８度に設定されている。その第一面１６ｔａには、波長選択特性を持つ膜が形成されている。この実施例２の変形例では、その膜の一例として、波長６４０ｎｍ±１０ｎｍに対し、入射角４５度±１．５度において反射率９５％でかつ透過率５％であり、波長５３０ｎｍ±５ｎｍに対し、入射角４５度±１．５度において透過率９９％以上であり、波長４４５ｎｍ＋１０ｎｍ／−５ｎｍに対し、入射角４６．５度±２．５度において透過率９９％以上である特性を有するものとされている。また、第二面１６ｔｂにも、波長選択特性を持つ膜が形成されている。実施例２の変形例では、その膜の一例として、波長６４０ｎｍ±１０ｎｍに対し、入射角４３．５度±１．５度において透過率９９％以上であり、波長５３０ｎｍ±５ｎｍに対し、入射角４６．５度±１．５度において透過率９５％であり、波長４４５ｎｍ＋１０ｎｍ／−５ｎｍに対し、入射角４６．５度±１．５度において透過率５％である特性を有するものとされている。この第一面１６ｔａおよび第二面１６ｔｂに形成する膜は、第１発散角変換素子１２Ａｔ１および第２発散角変換素子１２Ａｔ２を通過して光路合成手段１６Ａｔへと進行してきた３つの波長の光束において、その光量の約５％が、光路合成手段１６Ａｔを透過するように（後述するモニタ用受光素子７１（図１７参照）方向へと向かうように）設定されている。

光路合成手段１６Ａｔは、各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．５１４８４６、ｎ_５３０＝１．５１９５８４、ｎ_４４５＝１．５２５７８６である硝材で形成されている。ここで、光路合成手段１６Ａｔの第一面１６ｔａにおける中心（光学的な意味での中心位置）を点Ｑ８とし、その点Ｑ８を通る第一面１６ｔａの法線ｎａと第二面１６ｔｂとの交点を点Ｑ９とする。

この光路合成手段１６Ａｔは、第１発散角変換素子１２Ａｔ１の第一面１２ｔａの第一レンズ面１２ｔａ１の中心光軸１２ｔｃ（＝Ｚ軸方向（図１９参照））上に点Ｑ８が位置し、かつその中心光軸１２ｔｃと第一面１６ｔａとが４５度の角度を為し、しかも中心光軸１２ｔｃおよび第一面１２ｔａの第二レンズ面１２ｔａ２の中心光軸１２ｔｄを含む面（図１７および図１８のＹ−Ｚ平面（グローバル軸））に対して第一面１６ｔａが直交する位置関係とされている。光路合成手段１６Ａｔは、中心部の厚さ寸法（Ｑ８−Ｑ９間の大きさ寸法）が１．１ｍｍとされている。

上記した構成により、赤色ＬＤチップ１１ｔａから出射され第１発散角変換素子１２Ａｔ１によりカップリングされた光束（直線偏光の発散光）は、図１７に示すように、その主光線が点Ｑ８を通るように入射角４５度で第一面１６ｔａに入射（到達）し、この第一面１６ｔａにより反射されて、集光レンズ７０へと向かう。この反射された光束が進行する光路、すなわち光路合成手段１６Ａｔの外方において中心光軸１２ｔｃおよび中心光軸１２ｔｄを含む面（図１７等のＹ−Ｚ平面（グローバル軸））内で点Ｑ８を通りつつ中心光軸１２ｔｃと４５度の角度関係となる光路が、集光レンズ７０を経て走査のための偏向光学素子１３に至る合成された光束の単一の光路となる。ここで、上述したように、赤色ＬＤチップ１１ｔａから出射され第１発散角変換素子１２Ａｔ１によりカップリングされた光束は、その光量の約５％が、光路合成手段１６Ａｔを透過して後述するモニタ用受光素子方向７１へと向かう。

また、青色ＬＤチップ１１ｔｂから出射され第１発散角変換素子１２Ａｔ１によりカップリングされた光束（直線偏光の発散光）は、第一面１６ｔａから光路合成手段１６Ａｔ内へと入射して第二面１６ｔｂに至り、その第二面１６ｔｂで反射されて再び第一面１６ｔａに至り、その第一面１６ｔａを経る（そこから外方へと出射される）ことにより、上記単一の光路を進行する光束とされ、他の光束と合成される。ここで、上述したように、青色ＬＤチップ１１ｔｂから出射され第１発散角変換素子１２Ａｔ１によりカップリングされた光束は、その光量の約５％が、光路合成手段１６Ａｔを透過して後述するモニタ用受光素子方向７１へと向かう。

さらに、第２光源１１Ａｔ２から出射され第２発散角変換素子１２Ａｔ２によりカップリングされた光束（直線偏光の発散光）は、第二面１６ｔｂから光路合成手段１６Ａｔ内へと入射して第一面１６ｔａへ至り、その第一面１６ｔａを経る（そこから外方へと出射される）ことにより、上記単一の光路を進行する光束とされ、他の光束と合成される。ここで、上述したように、第２光源１１Ａｔ２から出射され第２発散角変換素子１２Ａｔ２によりカップリングされた光束は、その光量の約５％が、光路合成手段１６Ａｔの第二面１６ｔｂにより反射されて後述するモニタ用受光素子方向７１へと向かう。

この光路合成手段１６Ａｔにより光路合成された３つの波長の光束（レーザ光）は、アパーチャ素子７２を通過し、集光レンズ７０へと向かう。このアパーチャ素子７２は、集光レンズ７０を経て偏向光学素子１３に到達した光束が、当該偏向光学素子１３における可動ミラー部１３ｃ以外の個所に入射することを極力防止するものである。アパーチャ素子７２は、実施例２の変形例では、開口部の直径寸法が０．９６ｍｍとされ、その中心位置が単一の光路の光軸（３つの波長の光束の主光線）と一致するように設けられている。このアパーチャ素子７２により、偏向光学素子１３における可動ミラー部１３ｃ以外の個所に光束が到達することに起因してフレアが発生し、それにより形成するカラーの投影画像の画質が低下することが防止される。このアパーチャ素子７２を通過した光束は、集光レンズ７０へと向かう。

この集光レンズ７０は、合成された３つの波長の光束に基づいてスクリーン（図８等の符号Ｓｃ参照）に所定の大きさ寸法のスポットＳが形成されるように、３つの波長の平行光束の角度を収束するような角度に変換する機能を有する。集光レンズ７０は、各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．５１４８４６、ｎ_５３０＝１．５１９５８４、ｎ_４４５＝１．５２５７８６である硝材で形成されている。ここで、集光レンズ７０において、図２１に示すように、アパーチャ素子７２側に位置する面を第一面７０ａとし、偏向光学素子１３側に位置する面を第二面７０ｂとする。集光レンズ７０では、第一面７０ａおよび第二面７０ｂがともに中心軸７０ｃ上に曲率中心を有する球面とされており、第一面７０ａの曲率半径が６．６５２７７ｍｍとされ、第二面７０ｂの曲率半径が３．３ｍｍとされている。集光レンズ７０は、光軸方向で見た厚さ寸法（第一面７０ａの中心軸７０ｃ上に位置する点Ｑ１０と、第二面７０ｂの中心軸７０ｃ上に位置する点Ｑ１１との間の大きさ寸法）が２．０ｍｍとされている。集光レンズ７０は、中心軸７０ｃが上記した単一の光路の光軸（アパーチャ素子７２の開口部の中心位置）と一致するように配置されている。この集光レンズ７０を経た合成された３つの波長の光束は、偏向光学素子１３へと向かう。

この偏向光学素子１３の構成は、実施例２の光走査装置１０Ａ、すなわち実施例１の光走査装置１０（図２参照）と同様である。実施例２の変形例の光走査装置１０Ａｔでは、偏向光学素子１３は、図１７に示すように、可動ミラー部１３ｃの中心位置を１３ｆとすると、上記した単一の光路の光軸上に中心位置１３ｆが位置し、かつ回動されていない状態の可動ミラー部１３ｃの法線と上記した単一の光路の光軸とが３０度の角度を為し（すなわち入射角が３０度）、しかも第１発散角変換素子１２Ａｔ１の中心光軸１２ｔｃおよび第２発散角変換素子１２Ａｔ２の中心光軸１２ｔｇを含む面（上記した単一の光路の光軸も含まれる）上にｙ’軸が存在するように配置されている（図１７の矢印ｙ’参照）。このため、図面に直交する方向が、偏向光学素子１３におけるｘ’軸となる（図１７の矢印ｘ’参照）。この偏向光学素子１３では、ｘ’軸回りの回動（副走査方向）を遅くし、ｙ’軸回りの回動（主走査方向）を速くするように設定されている。この偏向光学素子１３により偏向（反射）された光束は、偏向角変換素子１４Ａｔへと向かう。

偏向角変換素子１４Ａｔは、各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．５０６６４３、ｎ_５３０＝１．５１１９９、ｎ_４４５＝１．５１９２１９である硝材で形成されている。ここで、偏向角変換素子１４Ａｔにおいて、図２２に示すように、偏向光学素子１３側に位置する面を第一面１４ｔａとし、光軸上の反対側（スクリーン（図８等の符号Ｓｃ参照）側）に位置する面を第二面１４ｔｂとする。偏向角変換素子１４Ａｔは、負のパワーを持つレンズとして機能するように設定されており、第一面１４ｔａが中心軸１４ｔｃ上に曲率中心を有する球面とされ、第二面１４ｔｂが中心軸１４ｔｃを中心とする回転対称の非球面形状とされている。偏向角変換素子１４Ａｔは、単一の光路を進行して回動されていない状態の可動ミラー部１３ｃ（偏向光学素子１３）により反射された光束の主光線に、中心軸１４ｔｃが一致するように配置されている。偏向角変換素子１４Ａｔは、その中心軸１４ｔｃ上で見た厚さ寸法（下記の点Ｑ１２と点Ｑ１３との間の大きさ寸法）が１．３ｍｍとされている。その第一面１４ｔａは、その中心軸１４ｔｃ上に位置する点Ｑ１２を原点とし、中心軸１４ｔｃで見て偏向光学素子１３からスクリーン（図８等の符号Ｓｃ参照）へ向けた方向を＋ｚ軸とし、図２２の紙面上で＋ｚ軸に直交する方向斜め上側を＋ｙ軸とし、正面視した手前側を＋ｘ軸とした直交座標系（図２２の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。また、第二面１４ｔｂは、その中心軸１４ｔｃ上に位置する点Ｑ１３を原点とし、中心軸１４ｔｃで見て偏向光学素子１３からスクリーン（図８等の符号Ｓｃ参照）へ向けた方向を＋ｚ軸とする上記の直交座標系（図２２の矢印ｘ、ｙ、ｚ参照）において、上記した式（１）により表される。その各面の面データを下記の表１０に示す。

この偏向角変換素子１４に入射した光束は、偏向光学素子１３により偏向された光束の偏向角がそれよりも大きな走査角に変換（拡大）され、スクリーン（図８等の符号Ｓｃ参照）上に投影される。

なお、実施例２の変形例の光走査装置１０Ａｔでは、光路合成手段１６Ａｔの第一面１６ｔａの中心である点Ｑ８を基準として、第２発散角変換素子１２Ａｔ２の中心光軸１２ｔｇが、−Ｚ軸方向（グローバル軸）（第１発散角変換素子１２Ａｔ１の中心光軸１２ｔｃ上すなわち青色ＬＤチップ１１ｔｂの出射光軸上で見て第１光源１１Ａｔ１から光路合成手段１６Ａｔへと向かう方向）に０．３７ｍｍの位置とされており、第２光源１１Ａｔ２における出射個所（中心波長５３０ｎｍのＳＨＧ光の仮想発光点１１ｔｅの中心位置）が、−Ｚ軸方向（グローバル軸）０．３３ｍｍの位置とされている。

また、集光レンズ７０の第二面７０ｂの点Ｑ１１と、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの中心位置１３ｆとの間隔が、２．５ｍｍに設定されている。さらに、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの中心位置１３ｆと、偏向角変換素子１４の第一面１４ｔａの点Ｑ１２との間隔が、３．０ｍｍに設定されている。

実施例２の変形例の光走査装置１０Ａｔでは、図１７に示すように、モニタ用受光素子方向７１が設けられている。このモニタ用受光素子方向７１は、受光した光束（レーザ）の光量に応じた大きさ（強度）の受光信号を制御装置２０（図８参照）へ向けて出力する。ここで、光路合成手段１６Ａｔでは、上述したように、第一面１６ｔａおよび第二面１６ｔｂに形成する膜が、第１発散角変換素子１２Ａｔ１および第２発散角変換素子１２Ａｔ２を通過して光路合成手段１６Ａｔへと進行してきた３つの波長の光束において、その光量の約５％が、光路合成手段１６Ａｔを透過するように設定されている。このため、モニタ用受光素子方向７１は、第１発散角変換素子１２Ａｔ１を経て光路合成手段１６Ａｔ（第一面１６ｔａおよび第二面１６ｔｂ）を透過した光束の進行方向であり、第２発散角変換素子１２Ａｔ２を経て光路合成手段１６Ａｔの第二面１６ｔｂにより反射された光束の進行方向に受光面が位置するように配置されている。このため、第１発散角変換素子１２Ａｔ１および第２発散角変換素子１２Ａｔ２から出射された３つの波長の光束において、その光量の約５％がモニタ用受光素子方向７１に受光される。

ここで、例えば、一般に、温度が一定であれば、レーザ駆動電流とレーザの発光量は一定の関係にあるが、温度の変化に伴ってレーザ発光の閾値の電流量も変化するので、同じ大きさのレーザ駆動電流であってもレーザの発光量は温度の変化により変化する。他方、上述したように、モニタ用受光素子方向７１からは、受光した光束（レーザ）の光量に応じた大きさの受光信号が出力される。このため、光走査装置１０Ａｔでは、第１光源１１Ａｔ１および第２光源１１Ａｔ２から出射される光束（レーザ）の光量を所定のものとすべく、制御装置２０（図８参照）が、モニタ用受光素子方向７１から出力される受光信号を用いて、光源１１Ａｔすなわち第１光源１１Ａｔ１および第２光源１１Ａｔ２の駆動電流を制御する（フィードバック制御）。このため、光走査装置１０Ａｔでは、温度等の変動要因に対し、明るさや色バランスが変化することのないカラーの投影画像を形成することができる。なお、このモニタ用受光素子方向７１を用いたフィードバック制御は、他の実施例および変形例に用いることができ、同様の効果を得ることができる。

この実施例２の変形例の光走査装置１０Ａｔでは、基本的に実施例２の光走査装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。それに加えて、光走査装置１０Ａｔでは、赤色ＬＤチップ１１ｔａと青色ＬＤチップ１１ｔｂとが単一のパッケージ内に搭載されたハイブリッドレーザ（ＨＢＬＤ）を第１光源１１Ａｔ１として用いていることから、カラーの投影画像を形成するプロジェクタの光学モジュールをより小型化することができる。

次に、実施例３の画像投影装置（プロジェクタ）１Ｂについて説明する。実施例３の画像投影装置１Ｂは、実施例２の画像投影装置１Ａにおいてより適切なカラー投影画像を形成できるように、機能を追加した例である。この画像投影装置１Ｂは、その基本的な構成は実施例２の画像投影装置１Ａと同様であるので、同一機能部分には実施例２と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図９は、画像投影装置１Ｂの構成を模式的に示す説明図である。

画像投影装置１Ｂでは、制御装置２０３において、偏向光学素子駆動制御部２１および発光量制御部２２に加えて、画像処理回路である画像処理部２６が設けられている。この画像処理部２６は、制御装置２０３に入力された元画像信号２３を、カラー投影画像としてスクリーンＳｃの投影面上に適切に形成できるように、元画像信号２３に基づく画素データＧ（ｉ、ｊ）を適宜補正し、この補正した画素データＧ´（ｉ、ｊ）を偏向光学素子駆動制御部２１および発光量制御部２２に出力するものである。この画像処理部２６における補正は、投影光学系における光学特性（例えば、発散角変換素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび偏向角変換素子１４の光学特性や、偏向光学素子１３における走査速度特性等）に起因して生じる、元画像信号２３に対するスクリーンＳｃの投影面上に形成されるカラー投影画像の劣化を補正するものである。

投影面上に形成されるカラー投影画像の劣化を補正するものとしては、以下で述べるようなものがある。
（歪み補正）
図１０は、投影面上に形成されるカラー投影画像の劣化とその補正の様子を説明するための説明図である。図１０では、スクリーンＳｃの投影面上に元画像信号２３（図９参照）が適切に形成された場合は長方形２３１であるのに対し、実際にスクリーンＳｃの投影面上に形成されたカラー投影画像では歪曲矩形２３２となってしまう様子を示している。この歪みは、光学系において発生する。

この図１０に示すような歪みが生じてしまう場合、スクリーンＳｃの投影面上において、歪曲矩形２３２が長方形２３１となるように補正する、すなわち当該歪曲矩形２３２上の各点が長方形２３１上の適切な位置となるように画素データＧ（ｉ、ｊ）に対するスポットＳの形成位置を補正することにより、元画像信号２３とスクリーンＳｃの投影面上に形成されるカラー投影画像とを一致させることができる。この補正方法としては、例えば、偏向光学素子駆動制御部２１の制御下で振幅動作される偏向光学素子１３によりスポットＳの形成位置（ｉ、ｊ）が決定されることから、当該偏向光学素子１３の動作に応じて発光量制御部２２が光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおける出射タイミングおよび出射光量を制御すればよい。このとき、偏向光学素子１３の角度に対して形成されるスポット位置（ｉ、ｊ）の関係性を示すテーブルを、図示を略すメモリ内に格納し、そのテーブルを参照することにより、偏向光学素子１３（可動ミラー部１３ｃ）の角度すなわちスポットが形成される画素位置（ｉ、ｊ）に対応する画素データＧ（ｉ、ｊ）に基づく発光強度で光源を発光させる構成とすることができる。また、歪曲矩形２３２の画像を、適切な長方形２３１の画像に変換する変換関数を予め求め、その変換関数に従って各画素データＧ（ｉ、ｊ）を補正した画素データＧ′（ｉ、ｊ）に変換し、この補正した画素データＧ′（ｉ、ｊ）をスクリーンＳｃの投影面上に形成するように、偏向光学素子１３の動作に応じて発光制御を行う構成とすることもできる。ここで、上述のように、歪曲矩形２３２の画像が適切な長方形２３１の画像となるように発光タイミングを変えて補正した場合、歪曲矩形２３２の画像範囲のうち適切な長方形２３１の画像に含まれない範囲は光源が点灯されないので、歪曲矩形２３２の画像と適切な長方形２３１の画像とで対応する各画素での発光量が同じ場合、積分光量としては適切な長方形２３１の画像の方が暗くなってしまう。このため、この補正の際、歪曲矩形２３２の画像に対する光源での発光量に比較して、歪みを補正した適切な長方形２３１の画像に対する光源での発光量を増加させることにより、同等の明るさを保つことができる。

画像投影装置１Ｂでは、制御装置２０３に元画像信号２３が入力されると、当該元画像信号２３を画像処理部２６が適宜補正し、この補正された元画像信号２３に基づいて偏向光学素子駆動制御部２１および発光量制御部２２が各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび偏向光学素子１３を駆動制御する。これにより、スクリーンＳｃの投影面上に、適切なカラー投影画像、すなわち画像の歪みが極めて少ないカラー投影画像を形成することができる。
（台形補正）
画像投影装置１Ｂにより形成されるカラー投影画像では、画像投影装置１Ｂの構成に由来する歪み以外にも、スクリーンＳｃの投影面上に形成されるカラー投影画像に劣化が生じる場合がある。この一例としては、画像投影装置１ＢとスクリーンＳｃの投影面とが適切な位置関係から相対的に傾斜している場合、投影面上に形成されるカラー投影画像には台形歪みが生じる。この台形歪みも、上記した歪み補正と同様に補正することができるので、画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）で補正する構成とすればよい。

ここで、この台形歪みを補正するものとして、特開２００６−１７８３４６号公報や特開２００６−２３４１５７号公報に記載されているように台形補正量を光学系であらかじめ決めてしまう従来技術がある。ところが、台形歪みは、画像投影装置１ＢとスクリーンＳｃの投影面との位置関係に起因するものであることから、使用状況に応じて、台形歪み量や台形歪みの方向（上底と下底の位置関係）が変化してしまう。特に、画像投影装置１Ｂが携帯機器に搭載されている場合には、台形歪み量や台形歪みの方向の変化が顕著となる。このため、実施例３の画像投影装置１Ｂでは、台形歪みを画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）により補正する構成とすることにより、その補正量を調整可能としている。このようなものとして、例えば、ジョグダイヤルやボタン等により使用者が投影画像を見ながら補正量を調整する構成等が考えられる。この場合、上記したような変換関数（上記した例では歪曲矩形２３２の画像を適切な長方形２３１の画像に変換する変換関数）として、台形補正の関数を用意し、調整される補正量に応じてその関数の係数または関数自体を変更することにより、当該補正量に応じた適切な補正画像を投影することができる。これにより、画像投影装置１Ｂでは、画像の歪みが極めて少ないカラー投影画像を形成することができる。
（明度分布補正）
画像投影装置１Ｂでは、スポットＳの形成位置の走査のために、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃが正弦波状に振幅動作されているので、走査角α（偏向角θ）が時間に対して正弦波状に変化されている。このため、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、時間軸で見てゼロすなわち走査角α（偏向角θ）がゼロの点の走査速度が最も速く、走査角α（偏向角θ）が大きくなるにしたがって走査速度が遅くなっている。これにより、一定の明るさの光束を走査したときには、投影面上における走査角αの小さい領域では、走査速度が速いため各画素を通過する時間が早くなることから、各画素あたりの積分光量が少なくなるので暗くなり、投影面上における走査角αの大きな領域では、走査速度が遅いため各画素を通過する時間が遅くなることから、各画素あたりの積分光量が相対的に多くなるので明るくなる。

画像投影装置１Ｂでは、基本的に実施例２の画像投影装置１Ａと同様の構造であることから、上述したように走査速度の等速性が一定の範囲で確保され、明るさの強度の均一性は向上されている。ところが、明るさの強度が完全に均一にされてはいないので、これを補正することにより、より適切なカラー投影画像を形成することができる。この明度分布は、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの出射光量を調整することにより補正することができるので、画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）で補正する構成とすればよい。すなわち、ミラー位置信号Ｍｐ（可動ミラー部１３ｃの角度）からスポットが形成される画素位置（ｉ、ｊ）を判断し、当該画素位置（ｉ、ｊ）に応じて、補正された発光強度で各光源を発光させればよい。ここで、明度分布に対する補正は、上記した明るさの傾向を考慮すると、画像の周辺部では発光強度を相対的に低くするまたは発光時間を相対的に短くし、中心部では発光強度を相対的に高くするまたは発光時間を相対的に長くすることとなる。このとき、画素位置（ｉ、ｊ）に対する補正量（補正された発光強度）の関係性を示すテーブルを、図示を略すメモリ内に格納し、そのテーブルを参照することにより、各画素位置（ｉ、ｊ）における画素データＧ（ｉ、ｊ）に対する発光強度を補正する構成とすることができる。また、画素位置（ｉ、ｊ）に対する補正量（補正された発光強度）の関係を関数として予め求め、当該関数により発光強度を補正する構成とすることもできる。これにより、画像投影装置１Ｂでは、明度分布が極めて少ないカラー投影画像を形成することができる。
（歪み補正２）
また、上記したように、走査角α（偏向角θ）が大きくなるにしたがって走査速度が遅くなると、この走査速度の減速に伴って形成されるカラー投影画像に歪みが発生する。この歪みも、上記した歪み補正と同様に補正することができるので、画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）で補正する構成とすればよい。これにより、画像投影装置１Ｂでは、画像の歪みが極めて少ないカラー投影画像を形成することができる。
（色補正）
画像投影装置１Ｂでは、図９に示すように、各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射された異なる３つ（赤、緑、青）の光束を合成し、偏向光学素子１３による偏向角θを単一の偏向角変換素子１４で走査角αへと偏向する構成としている。ところが、合成された３つの光束は、それぞれ波長が異なることに起因する色収差により、偏向角変換素子１４による偏向後の走査角αには波長に応じた差異が生じるので、同一の画素データＧ（ｉ、ｊ）に基づいてスクリーンＳｃの投影面上に形成されるスポットＳであるにも拘らず赤、緑、青の間で形成される位置がずれてしまう、いわゆる色ずれが発生してしまう。

この色ずれは、そのずれ量を波長（赤、緑、青）毎に求める（設計によるものであっても測定によるものであってもよい）ことが可能であることから、各色すなわち各光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃから出射される光束におけるスポットＳの形成位置を補正することにより、補正することができる。このため、上記した歪み補正と同様に、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの振幅動作に対する光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃの発光タイミングを制御すればよく、画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）で補正する構成とすればよい。このような補正は、例えば、偏向光学素子１３の可動ミラー部１３ｃの振幅動作に対する点灯制御のタイミングを、各色（赤、緑、青）におけるスポット形成位置のずれ量に応じて、光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃ毎に調整すればよい。これにより、スクリーンＳｃ上に、色ずれの無い画像を形成することができる。

また、このような色ずれは、偏向角変換素子１４による色収差以外にも、光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび光路合成手段１６（１６ａ、１６ｂ）の組み付け誤差、調整誤差、部品ばらつき、温度変化および経時変化等を原因としても生じ得る。このため、色ずれの補正のための画像処理部２６もしくはこれと同様な処理部（図示せず）では、その補正量（各色の発光タイミング等）を適宜変更可能な構成とすること、例えば、図示は略すが補正用操作部からの入力に応じて補正量の調整が可能な構成とすること、が望ましい。これにより、画像投影装置１Ｂでは、色ずれの極めて少ないカラー投影画像を形成することができる。

次に、本発明に係る画像投影装置（実施例１〜３参照）が搭載された車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０について説明する。図１１は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０の一例を説明するために構成を模式的に示す説明図である。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０は、車両の内部に設けられ、プロジェクタ３１と、このプロジェクタ３１から射出された投影光を反射するフロントウインドウガラス３２とから大略構成されている。

プロジェクタ３１は、本発明に係る画像投影装置（実施例１〜３参照）から構成されており、投影画像を光軸方向所定箇所の位置に形成する。このプロジェクタ３１は、光軸方向（光源１１（カラーの場合には光源１１ａ〜１１ｃ）の出射方向）にフロントウインドウガラス３２が位置し、このフロントウインドウガラス３２による反射方向にドライバー３３が位置するように設けられている。

そのフロントウインドウガラス３２は、何らかのコーティングが施されていない場合には、ガラスの表面反射として約数％の反射率を有するので、その反射によりプロジェクション画像を形成することができるが、プロジェクタ３１から出射された光源１１（１１ａ〜１１ｃ）からの光束を反射する部分反射面３２ａを設けることにより反射率を向上させることができるので、より低い出力でプロジェクション画像を形成することができる。この部分反射面３２ａの内面には、光源１１（１１ａ〜１１ｃ）からの各光束の反射率を向上させるために、金属薄膜、誘電体多層膜等が塗布や蒸着等により形成されていても良い。また、部分反射面３２ａは、表面を微細構造とすることにより形成するものであってもよい。この微細構造は、目的の部分に樹脂を塗布し、その部分に周知のインプリント工法を用いて形成することができる。その他にも、微細構造は、フロントガラス形成時の金型に直接微細構造を形成し、フロントガラスの成形時に同時に形成することも考えられる。特に、上記した各実施例のように、光源がレーザやＬＥＤなど比較的帯域の狭い単色光を発光する構成である場合、部分反射面３２ａは、採用された波長の光線のみを効率良く反射する構成とすることが望ましい。このような構成とすることにより、プロジェクション画像のコントラストを向上させることができ、その視認性を高めることができる。また、光源としてレーザを用いているので、上記膜や微細構造に偏光選択性のある特性を持たせることができ、当該膜や構造の設計自由度を高めることができる。この部分反射面３２ａは、外来光を透過可能であると共に、部分反射面３２ａにより反射された光源１１（１１ａ〜１１ｃ）からの光束を運転席のドライバー３３のアイポイント高さ位置に向けて反射する。

なお、このような部分反射面３２ａは、内側（室内側）に設けることにより、ワイパーの摩擦や風雨から上記膜や微細構造を保護することができる。加えて、フロントガラスの外側の面において、内側（室内側）に設けた部分反射面３２ａに対向する個所に、反射防止膜を形成することにより、外側の面からの反射を抑制することができるので、プロジェクション画像が二重になることを防止することができ、当該プロジェクション画像の品質を向上させることができる。

この車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０では、プロジェクタ３１を駆動すると、光源１１（１１ａ〜１１ｃ）から出射された各光束が部分反射面３２ａに導かれ、この部分反射面３２ａにより反射された各光束が、運転席のドライバー３３の目の方向に導かれる。このとき、この各光束に基づく投影画像の虚像Ｖｉが、部分反射面３２ａによりフロントウインドウガラス３２の前方に形成される。このため、ドライバー３３には、部分反射面３２ａにより反射された各光束による投影画像が虚像Ｖｉとして提示されることになる。

なお、実施例４では、本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置として、車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０（図１１参照）、すなわちプロジェクタ３１から出射された光束が部分反射面３２ａに向かう方向前方の位置を仮想投影対象とみなして、部分反射面３２ａを介して反射された光束による投影画像を網膜に形成する構成のものを示したが、本発明に係る画像投影装置（実施例１〜３参照）を搭載した車両用ヘッドアップディスプレイ装置であればよく、実施例４に限定されるものではない。例えば、インストルメントパネル（ダッシュボード）の上部にスクリーン（実施例１〜３のスクリーンＳｃに相当する）を配設し、このスクリーンにプロジェクタ３１で投影画像を投影し、このスクリーンに投影された投影画像を、部分反射面３２ａを介してドライバー３３に提示する構成とすることもできる。この場合、スクリーンに投影された投影画像がフロントウインドウガラス３２の前方に虚像として提示されることとなる。その他にも、フロントウインドウガラス３２に設けた部分反射面３２ａ上に、直接プロジェクション画像を形成する構成であってもよい。

また、実施例４の車両用ヘッドアップディスプレイ装置３０では、プロジェクタ３１が実施例１〜３の画像形成装置で構成されていたが、後述する実施例５の画像投影装置（プロジェクタ）１Ｃで構成されていてもよい。

次に、実施例５の画像投影装置（プロジェクタ）１Ｃについて説明する。実施例５の画像投影装置１Ｃは、実施例２の画像投影装置１Ａまたは実施例３の画像投影装置１Ｂにおいて、入射角φ（実施例１の変形例参照）をなくす構成とした例である。この画像投影装置１Ｃは、その基本的な構成は実施例２の画像投影装置１Ａと同様であるので、同一機能部分には実施例２と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図２３は、画像投影装置１Ｃの構成を模式的に示す説明図である。この図２３では、理解容易のため、制御装置２０（制御装置２０３）の図示を略している。

画像投影装置１Ｃの光走査装置１０Ｃでは、偏向光学素子１３と偏向角変換素子１４との間にビームスプリッター５０および集光レンズ５１が設けられている。この光走査装置１０Ｃでは、光源１１ａからは中心波長が６４０ｎｍの直線偏光の発散光が出射され、光源１１ｂからは中心波長が５３０ｎｍの直線偏光の発散光が出射され、光源１１ｃからは中心波長が４５０ｎｍの直線偏光の発散光が出射されるように設定されている。各発散光は、それぞれに対応された発散角変換素子（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）により略平行光に変換され、光路合成手段（１６ａ、１６ｂ）を経て、ビームスプリッター５０へ向かう。

ビームスプリッター５０は、偏光分離膜５０ａを有するプリズムで構成されており、位相板５２が設けられている。この偏光分離膜５０ａは、偏光分離機能のためのものであり、光路合成手段（１６ａ、１６ｂ）を経た直線偏光の平行光（中心波長：６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、４５０ｎｍ）を反射させるように設定されている。位相板５２は、偏光分離膜５０ａによる偏光分離機能のためのものであり、実施例５では平板とされたλ／４板で構成されている。ビームスプリッター５０では、プリズムの硝材として屈折率の高い硝材を用いることにより、偏向光学素子１３により偏向された光線の偏光分離膜５０ａへの入射角変化を小さくすることができ、当該偏光分離膜５０ａの特性を出しやすくなる。

ビームスプリッター５０は、実施例５では、プリズムの硝材としてＳＣＨＯＴＴ社のＳＦ１１（各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．７７７７８１、ｎ_５３０＝１．７９５２２６、ｎ_４５０＝１．８１９０５４）が用いられている。ビームスプリッター５０は、実施例５では、位相板５２を含めて１辺４ｍｍの立方体とされており、位相板５２に対して４５度の傾斜をなすように偏光分離膜５０ａが設けられている。また、位相板５２は、実施例５では、ビームスプリッター５０に等しい屈折率とされている。ビームスプリッター５０は、光路合成手段（１６ａ、１６ｂ）を経た直線偏光の平行光を偏光分離膜５０ａで反射させる方向が位相板５２の垂線となるように、設定されている。この偏光分離膜５０ａで反射された直線偏光の平行光は、位相板５２を経ることにより円偏光に変換される。この円偏光に変換された平行光の進行方向に集光レンズ５１が設けられている。

集光レンズ５１のレンズ面は、実施例１の式（１）に示される一般的な非球面式で表される非球面形状を呈しており、中心肉厚が１．８ｍｍとされている。この集光レンズ５１に入射した円偏光の平行光は、集光レンズ５１を経ることにより円偏光の収束光とされる。この円偏光の収束光の進行方向であって、当該集光レンズ５１に正対するように偏向光学素子１３が設けられている。また、この偏向光学素子１３において所定の角度範囲で回動された可動ミラー部１３ｃにより反射された円偏光の収束光は、再び集光レンズ５１に入射して当該集光レンズ５１を経て、位相板５２からビームスプリッター５０へと入射する。このとき、円偏光の収束光は、位相板５２を透過することにより、発散角変換素子を経た後に偏光分離膜５０ａにより反射された直後の直線偏光の平行光とは振動方向が９０度回転した直線偏光に変換される。このため、再びビームスプリッター５０へと入射した収束光は、偏光分離膜５０ａを透過することとなり、当該ビームスプリッター５０を経て進行する。この進行方向に、偏向角変換素子１４が設けられている。この偏向角変換素子１４は、次式（３）により表されるＸＹ多項式非球面形状を呈しており、中心肉厚が２ｍｍとされている。このＸＹ多項式非球面は、基本的に自由曲面であり非回転対称な面である。なお、式（３）における「ＳＱＲＴ（Ｑ）」の記載はＱの平方根を意味している。また、式（３）において、偏向光学素子１３から偏向角変換素子１４へと向かう光軸方向を＋Ｚ軸とした直交座標系において、ｚをＺ軸に平行な面のサグ、ｃを近軸曲率（曲率半径をｒとするとｃ＝１／ｒ）、ｋを円錐定数（コーニック定数）、Ｃｊをｘ^ｍｙ^ｎの係数（Ｃ１＝ｋ）とする。

ここで、集光レンズ５１において、偏向光学素子１３側の面を第一面５１ａとし、その反対側すなわちビームスプリッター５０（その位相板５２）側の面を第二面５１ｂとして、その各面の面データを下記の表１１に示す。また、偏向角変換素子１４において、ビームスプリッター５０側の面を第一面１４ａとし、その反対側を第二面１４ｂとして、その各面の面データを下記の表１２に示す。なお、表１１、１２における「Ｅ−０ｎ」の記載は「１０^−ｎ」を意味している。

実施例５では、集光レンズ５１および偏向角変換素子１４の硝材としてＳＣＨＯＴＴ社のＢＫ７（各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．５１４８４６、ｎ_５３０＝１．５１９５８４、ｎ_４５０＝１．５２５３２０）を用いている。また、実施例５では、ビームスプリッター５０と集光レンズ５１の中心光軸に沿った距離が０．２ｍｍ、集光レンズ５１と偏向光学素子１３（可動ミラー部１３ｃ）の中心光軸に沿った距離が０．５ｍｍ、ビームスプリッター５０と偏向角変換素子１４の中心光軸に沿った距離が１．５ｍｍ、に設定されている。ここで、発散角変換素子１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）とビームスプリッター５０の距離は、発散角変換素子１２が光源１１から出射された光線を平行光とすることから厳密でなくて良いが、小型化する観点から発散角変換素子１２とビームスプリッター５０とを近接して配置することが望ましい。

ここで、画像投影装置１Ｃの光走査装置１０Ｃの効果の説明のために、図２４の光走査装置１０Ｃ´について説明する。この図２４でも、図２３と同様に理解容易のため、制御装置２０（制御装置２０３）の図示を略している。この光走査装置１０Ｃ´は、ビームスプリッター５０を設けないこと以外は光走査装置１０Ｃと同様の構成であり、集光レンズ５１と偏向角変換素子１４との距離を２．２ｍｍとしたものである。これは、ビームスプリッター５０を設けないことを考慮して、形成するスポットの径を適切に絞ることができるように設定したものである。また、ビームスプリッター５０を設けてはいないので、光走査装置１０Ｃの偏光分離膜５０ａおよび位相板５２による偏光分離機能と同等の機能を有する仮想反射面５０ｂを設定したものとしている。

この図２３の光走査装置１０Ｃと図２４の光走査装置１０Ｃ´とでは、ともに、偏向角変換素子１４の第二面１４ｂから２０５ｍｍの位置に集光されるように設計されている。この光走査装置１０Ｃにより偏向光学素子１３がｘ軸周りに５度回転した場合の像面のスポットダイアグラムを図２５（ａ）に示し、光走査装置１０Ｃ´により偏向光学素子１３がｘ軸周りに５度回転した場合の像面のスポットダイアグラムを図２５（ｂ）に示す。

図２５（ａ）に示すように、光走査装置１０Ｃによる各色（赤、緑、青）のスポット形成位置は略一致しているのに対し、図２５（ｂ）に示すように、光走査装置１０Ｃ´による各色（赤、緑、青）のスポット形成位置にはずれが生じている。この光走査装置１０Ｃと光走査装置１０Ｃ´とでは、上述したように、基本的にビームスプリッター５０を用いているか否かの差異とされている。このことから、光走査装置１０Ｃでは、ビームスプリッター５０を用いることにより、色収差を補正できることがわかる。これは、以下のことによる。

ビームスプリッター５０および偏向角変換素子１４では、波長に応じて光線の屈折率が異なることに起因して色収差が生じる。偏向角変換素子１４は、負のパワーを持つレンズとして機能するように設定されており、かつ偏向光学素子１３（可動ミラー部１３ｃ）で偏向されることにより入射する光線が進行方向で見て光軸から離間するように傾斜されていることから、透過する光線を発散させるように（主光線で見ると光軸から離れる方向に）屈折させる。このとき、偏向角変換素子１４では、波長が短くなるほどより大きく屈折させる（光軸からより離れる）こととなる。光走査装置１０Ｃ´では、この影響が大きく反映されているものと考えられる。これに対し、光走査装置１０Ｃでは、偏向光学素子１３で偏向されることによりビームスプリッター５０へと入射する光線が進行方向で見て光軸から離間するように傾斜されていることから、このビームスプリッター５０に入射する光線は、波長に応じて分離されることとなり、波長が短くなるほど光軸へと近づくように平行移動される。

このため、光走査装置１０Ｃでは、上記した観点から波長に応じた屈折の差異を考慮してビームスプリッター５０および偏向角変換素子１４を設定することにより、色収差を低減することができる。

また、光走査装置１０Ｃでは、ビームスプリッター５０を用いることにより、入射角φ（実施例１の変形例参照）を０度とすることができるので、入射角φに起因する歪みをなくすことができる。
[実施例５の変形例]
次に、実施例５の変形例の画像投影装置（プロジェクタ）１Ｃｔについて説明する。この変形例は、偏向角変換素子１４ｔ５が異なる硝材で形成された複数のレンズ（この変形例では２枚）で構成されているものである。この画像投影装置１Ｃｔは、その基本的な構成は実施例５の画像投影装置１Ｃと同様であるので、同一機能部分には実施例５と同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図２６は、画像投影装置１Ｃｔの光走査装置１０Ｃｔの構成を模式的に示す説明図である。この図２６では、図２３および図２４と同様に理解容易のため、制御装置２０（制御装置２０３）の図示を略している。

光走査装置１０Ｃｔは、実施例５の変形例では、偏向角変換素子１４ｔ５が、第１レンズ１４Ａと第２レンズ１４Ｂとを有する。この第１レンズ１４Ａは、硝材としてＨＯＹＡ社のＬａＦ２（各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．７４００８０、ｎ_５３０＝１．７４９７５６、ｎ_４５０＝１．７６２０８３）を用いている。第１レンズ１４Ａは、ビームスプリッター５０ｔ５側を第一面１４Ａａとして、この第一面１４Ａａが非球面であり、第二面１４Ａｂが球面で構成されている。その各面の面データを下記の表１３に示す。

また、第２レンズ１４Ｂは、硝材として上述したＳＣＨＯＴＴ社のＳＦ１１を用いており、第１レンズ１４Ａ側を第一面１４Ｂａとして、この第一面１４Ｂａが球面であり、第二面１４Ｂｂが非球面で構成されている。その各面の面データを下記の表１４に示す。

さらに、実施例５の変形例では、光走査装置１０Ｃｔにおいて、ビームスプリッター５０ｔ５と集光レンズ５１ｔ５との光学データおよび大きさ寸法が、実施例５の画像投影装置１Ｃとは異なるものとされている。

このビームスプリッター５０ｔ５は、上述したＳＣＨＯＴＴ社のＳＦ１１から１辺５ｍｍの立方体として形成されたプリズムに、０．５ｍｍの厚さ寸法の位相板５２ｔ５が設けられて構成されている。この位相板５２ｔ５は、各波長での屈折率ｎ_６４０＝１．５１５、ｎ_５３０＝１．５２０、ｎ_４５０＝１．５２５とされている。

集光レンズ５１ｔ５は、硝材として上述したＳＣＨＯＴＴ社のＢＫ７が用いられ、実施例１の式（１）に示される一般的な非球面式で表される非球面形状を呈しており、中心肉厚が１．８ｍｍとされている。集光レンズ５１ｔ５は、その偏向光学素子１３側の面を第一面５１ｔａとし、その反対側すなわちビームスプリッター５０ｔ５（その位相板５２ｔ５）側の面を第二面５１ｔｂとして、その各面の面データを下記の表１５に示す。なお、表１５における「Ｅ−０ｎ」の記載は「１０^−ｎ」を意味している。

この光走査装置１０Ｃｔにより偏向光学素子１３が振幅中心位置（静止位置）にあるとき（０度回転した場合であり振れ角０度）の像面のスポットダイアグラムを図２７（ａ）に示し、偏向光学素子１３がいずれか一方の軸周りに１５度回転した場合（振れ角１５度）の像面のスポットダイアグラムを図２７（ｂ）に示す。

図２７（ａ）に示すように、偏向光学素子１３が回動していない場合は、各色（赤、緑、青）の各スポット形成位置が略中心で重なっている。また、図２７（ｂ）に示すように、偏向光学素子１３が１５度回転した場合であっても、各色（赤、緑、青）の各スポット形成位置が略中心の極めて狭い範囲とされている。このことから、光走査装置１０Ｃｔでは、偏向角変換素子１４ｔ５を用いる、すなわち互いに異なる硝材で形成された第１レンズ１４Ａと第２レンズ１４Ｂとで偏向角変換素子を構成することにより、色収差の発生を抑制できることがわかる。このとき、第１レンズ１４Ａと第２レンズ１４Ｂとにおいて、用いる硝材やそれぞれの光学データは、ビームスプリッター５０ｔ５や他の光学部材を考慮して最適設定することが望ましい。また、図示は略すが、この実施例５の変形例の光走査装置１０Ｃｔでは、偏向光学素子１３を１５度回転させた場合（偏向角θが３０度）、偏向角変換素子１４ｔ５を経た光線の走査角αは約４５度となっており、偏向角変換（拡大）機能も併せ持っていることが確認できた。

次に、本発明に係る画像投影装置（実施例１〜３、５参照）が搭載された携帯電話機４０について説明する。図２８は、携帯電話機４０の一例を説明するために構成を模式的に示す説明図であり、（ａ）は載置面４５に載置された携帯電話機４０を側方から見た様子を示し、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａから見た様子を示している。

この実施例６の携帯電話機４０は、図２８に示すように、キー操作部分４１ａを含む電話機本体部４１と、表示画面（図示せず）を含む蓋部４２と、電話機本体部４１および蓋部４２を回動可能に連結する軸部４３と、を有する。携帯電話機４０では、図示は略すが、電話機本体部４１と蓋部４２とが並列された折り畳み（閉成）状態と、互いに所定の角度関係で回動方向に離間された開成状態と、を維持可能とされている。

この携帯電話機４０では、蓋部４２にプロジェクタ４４が設けられている。プロジェクタ４４は、本発明に係る画像投影装置（実施例１〜３、５参照）から構成されており、投影画像を光軸方向の所定位置に形成する。このプロジェクタ４４は、本実施例６では、携帯電話機４０が電話機本体部４１に対して蓋部４２が直交する開成状態において、その電話機本体部４１が載置された載置面４５と同一平面上に投影画像４６を形成するように（当該同一平面を投影対象とするように）、設定されている。

このため、プロジェクタ４４では、光軸方向Ｌｂ（光源１１（カラーの場合には光源１１ａ〜１１ｃ）の出射方向）が、載置面４５に対して直立された蓋部４２の上面４２ａから載置面４５へと向かうように、その載置面４５に対して傾斜されて設定されている。

ここで、プロジェクタ４４では、他の実施例と同様の方法で、載置面４５（投影対象）に対して長方形状の投影画像を投影させると、載置面４５に対して傾斜する光軸Ｌｂとされていることから、当該載置面４５（投影対象）上に形成される投影画像では大略台形状に歪みが生じてしまう（図２８（ｂ）に二点鎖線で示す投影画像４６´参照）。この台形状の歪みは、以下のように補正することができる。

プロジェクタ４４が搭載される携帯電話機４０では、当該携帯電話機４０の大きさ寸法やそこにおけるプロジェクタ４４の搭載位置は、予め設定されているものであることから、プロジェクタ機能を使用する際の携帯電話機４０の態様と載置位置に対する投影対象を決めることにより、プロジェクタ４４の出射位置（実施例１〜３、５では偏向角変換素子）から投影対象までの距離やそれらの位置関係を所定のものとすることができる。この実施例６では、上述したように、設定された態様が電話機本体部４１に対して蓋部４２が直交する開成状態であり、投影対象が電話機本体部４１の載置された載置面４５と同一平面上とされており、プロジェクタ４４の出射位置（実施例１〜３、５では偏向角変換素子）から載置面４５までの距離、当該載置面４５に対する光軸の入射（投影）角度、および電話機本体部４１の載置位置を基準とした載置面４５上における投影画像全体の形成位置が、予め決定されることとなる。このため、携帯電話機４０（プロジェクタ４４）では、所定の態様で載置面４５に載置された携帯電話機４０のプロジェクタ４４が載置面４５上に形成する投影画像で見て、元画像信号が適切に形成された場合の長方形状の投影画像４６に対する、台形の歪みが生じた投影画像４６´の位置関係を、予め把握することができる。このことから、携帯電話機４０（プロジェクタ４４）では、載置面４５上において、台形状の投影画像４６´が長方形状の投影画像４６となるように補正する、すなわち台形状の投影画像４６´上の各点が長方形状の投影画像４６上の適切な位置となるように元画像信号の画素データに対するスポットの形成位置を補正することにより、元画像信号と載置面４５上に形成される投影画像とを一致させることができる。この具体的な方法および構成は、実施例３の歪み補正、台形補正および歪み補正２と同様であることから、詳細な説明は省略する。

この携帯電話機４０では、プロジェクタ機能を利用する場合、所望の投影対象に対して所定の態様で載置して、すなわち実施例６では載置面４５を投影対象とするために電話機本体部４１に対して蓋部４２が直交する開成状態で電話機本体部４１を載置面４５に載置して、プロジェクタ４４を駆動させる。すると、携帯電話機４０では、プロジェクタ４４の光源１１（１１ａ〜１１ｃ）から出射された各光束に基づく投影画像４６を載置面４５上に形成することができる。このとき、携帯電話機４０では、プロジェクタ４４として本発明に係る画像投影装置を搭載しており、当該画像投影装置が、上述したように、至近距離の投影対象に大きな投影画像を形成することを可能とするものであることから、電話機本体部４１が載置された載置面４５上に、大きな投影画像を形成することができる。例えば、実施例１の画像投影装置１では、上述したように、偏向角変換素子１４から約２４０ｍｍの投影距離にＡ４サイズの投影画像を形成することができ、かつ現在一般に流通されている平均的な大きさ寸法の携帯電話機で考えると、載置面４５に直立された電話機本体部４１に設けられたプロジェクタ４４の出射位置（実施例１〜３、５では偏向角変換素子）から当該載置面４５までの光軸方向での距離（または出射位置から載置面４５上に形成される投影画像までの最短距離）を約２４０ｍｍ以上とすることは極めて容易であることから、実施例６の携帯電話機４０では、載置面４５上に少なくともＡ４サイズ程度の大きな投影画像であって台形状の歪みが補正された適切な投影画像を形成できることとなる。このように、携帯電話機４０では、例えば、自らが載置された机の上にＡ４サイズ程度の大きな投影画像を投影することができるので、このプロジェクタ機能は極めて高い有用性を有している。

また、携帯電話機４０のプロジェクタ４４では、光軸方向Ｌｂが載置面４５に対して傾斜されて設定されていることから、至近距離で投影された大きな投影画像の視認性を向上させることができる。これは、光軸方向が投影対象に対して直交しているまたはそれに近い方向である場合、携帯電話機４０（プロジェクタ４４）から至近距離で投影画像を形成すると、その携帯電話機４０（プロジェクタ４４）自体が投影画像を見ようとする者の視界に入ってしまうが、光軸方向Ｌｂが載置面４５に対して傾斜されて設定されていれば、投影画像を見ようとする者の視界から外れた位置に携帯電話機４０（プロジェクタ４４）を存在させることができることによる。

なお、実施例６では、携帯電話機４０は、載置面４５を投影対象とするために電話機本体部４１に対して蓋部４２が直交する開成状態で電話機本体部４１を載置面４５に載置する構成とされていたが、所望の投影対象に対して所定の態様で載置してプロジェクタ機能を利用可能とするように設定されていればよく、実施例６に限定されるものではない。すなわち、携帯電話機では、それが載置された面を投影対象とする必要はなく、例えば、壁に掛けられたスクリーンを投影対象としても、至近距離の投影対象に大きな投影画像を形成することを可能とする本発明に係る画像投影装置の特徴を活かして、投影対象までの距離に比して大きな寸法の投影画像を形成することができる。

以上、本発明を各実施例に基づき詳述してきたが、この具体的な構成に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明の技術的範囲に含まれる。

１、１ｔ、１Ａ、１Ａｔ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｃｔ 画像投影装置
１０、１０ｔ、１０Ａ、１０Ａｔ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｃｔ 光走査装置
１１、１１Ａｔ 光源
１１ａ 光源
１１ｂ 光源
１１ｃ 光源
１２、１２ｔ、１２Ａｔ 発散角変換素子
１２ａ 発散角変換素子
１２ｂ 発散角変換素子
１２ｃ 発散角変換素子
１３ 偏向光学素子
１３ｃ （ミラー部としての）可動ミラー部
１４、１４ｔ、１４Ａｔ、１４ｔ５ 偏向角変換素子
２０、２０３ 制御装置
２１ （偏向角制御回路としての）偏向光学素子駆動制御部
２２ （光源制御回路としての）発光量制御部
２６ （画像処理回路としての）画像処理部
３０ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
４０ 携帯電話機
５０ ビームスプリッター
Ｌｂ 基準光軸
Ｓ スポット
Ｓｃ （投影対象としての）スクリーン
α 走査角
θ 偏向角

特開２００６−１７８３４６号公報 特開２００５−２３４１５７号公報 Ｗｏ ２００５／０８３４９３号公報

Claims (14)

1. 光源からの光束の発散角度を収束光に変換して投影対象にスポットを形成するための正のパワーを有する発散角変換素子と、
   該発散角変換素子からの光束を第一走査方向と、該第一走査方向と直交する第二走査方向と、に偏向する偏向光学素子と、
   該偏向光学素子により偏向された光束の偏向角を変換する負のパワーを有する偏向角変換素子とを具備することを特徴とする光走査装置。
2. 前記偏向角変換素子は、単一のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記偏向角変換素子は、異なる硝材で形成された複数のレンズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
4. 前記偏向光学素子は、前記発散角変換素子からの光束を前記第一走査方向に偏向する第一偏向素子と、前記発散角変換素子からの光束を前記第二走査方向に偏向する第二偏向素子とを有し、該第二偏向素子と前記第一偏向素子とが一体的に構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光走査装置。
5. 前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向と、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向とが為す入射角が４５度以下とされていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
6. 前記偏向光学素子は、前記第一偏向素子と前記第二偏向素子とにより回動可能とされたミラー部を有し、
   前記偏向光学素子と前記偏向角変換素子との間には、前記光源から出射され前記発散角変換素子を経た光束の進行方向を、前記偏向光学素子において前記第一走査方向で見て回動中心とされかつ前記第二走査方向で見て回動中心とされた前記ミラー部の法線方向に一致させるべく、ビームスプリッターが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の光走査装置。
7. 前記偏向光学素子は、振幅中心を中心として前記第一走査方向および前記第二走査方向に往復回動される振動光学素子から構成され、
   該振動光学素子が振幅中心位置であるときに当該振動光学素子により偏向された光束が向かう方向を基準光軸として、前記偏向光学素子により偏向された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を偏向角θ、前記偏向角変換素子により偏向角が変換された光束が向かう方向の前記基準光軸に対する角度を走査角αとするとき、
   前記偏向角変換素子は、前記基準光軸上を通って入射する光束に関しては、
   θ＝αとし、
   前記基準光軸以外を通って入射する光束に関しては、
   θ＜αとする、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光走査装置。
8. 前記発散角変換素子と前記偏向角変換素子とは、光軸を中心とした回転対称形状のレンズ面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置。
9. 前記偏向角変換素子は、非回転対称形状のレンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の光走査装置。
10. 前記偏向角変換素子は、少なくとも一面が非球面形状であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の光走査装置。
11. 前記偏向光学素子から前記偏向角変換素子を経る光軸方向は、前記偏向光学素子により前記第一走査方向および前記第二走査方向へと偏向され前記偏向角変換素子を経て出射される光束により２次元的に光走査される投影対象に対して傾斜されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の光走査装置。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の光走査装置と、該光走査装置を制御する制御部とを備え、
    該制御部は、前記光源の発光を制御する光源制御回路と、前記偏向光学素子の偏向角度を制御する偏向角制御回路と、取得した画像データを適宜補正して該偏向角制御回路および前記光源制御回路に送信する画像処理回路と、を有することを特徴とする画像投影装置。
13. 請求項１２に記載の画像投影装置を有することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
14. 請求項１２に記載の画像投影装置を有することを特徴とする携帯電話機。