JP4174287B2

JP4174287B2 - ２次元走査装置及び画像表示装置

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Publication number: JP4174287B2
Application number: JP2002301869A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎石原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: JP2004138719A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を２次元的に走査することによって２次元画像を投影表示する２次元走査装置ならびにこれを用いた走査型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被走査面上を光スポットで２次元的に走査してい２次元画像を形成する２次元走査装置はこれまで種々提案されている。
【０００３】
例えば、特開平０８−１４６３２０号公報では、光源手段から出射した光束を２次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、歪曲特性がｆ・ｓｉｎθ特性を成している走査レンズにより被走査面上を２次元的に走査する２次元走査装置が開示されている。これは、走査レンズのｆ・ｓｉｎθ特性と電気的な補正とにより画像の歪みを補正したものである。
【０００４】
また、特開２０００−２８１５８３号公報では、光源から発せられた光を偏向手段により偏向し、光学パワーを有し偏心した非回転対称面を含む２面以上の反射面を有する光学部材を含んだ走査光学系により被走査面上を２次元走査する例が開示されている。これは、光学パワーを有する反射面のレンズ作用と偏向作用とにより、走査光学系を小型化したものである。更に、軸上光線でも偏心によってコマ収差、非点収差等の偏心収差が発生するが、反射面を回転非対称面とすることでこの偏心収差を補正したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、２次元走査装置は光源手段から発せられた光束を２次元的に偏向可能な偏向手段により偏向し、走査光学系を介して被走査面上に２次元画像を形成している。このとき、光束が偏向手段により２次元的に偏向されることにより、被走査面上の２次元画像が歪むことが一般に知られている。所謂ディストーションである。ディストーションには、台形歪み、等速走査性のディストーションと直進走査性のディストーション、及び被走査面上に描かれた画像の枠が湾曲することを称したＴＶディストーションとがある。
【０００６】
特開平０８−１４６３２０号公報では、走査光学系のｆ・ｓｉｎθ特性と電気的な補正とによりＴＶディストーションを補正したものであるが、電気的に補正することは困難であった。
【０００７】
特開２０００−２８１５８３号公報では、ＴＶディストーションについて考慮したものではなかった。
【０００８】
また、走査光学系を構成する光学部材に光学的パワーを有する被回転対称反射面を有しており、面精度が非常に厳しいという難点があった。また、光学素子の内部に折り返しの光路を確保する必要がある為、光学素子の厚みが増大するという問題があった。更に光学素子をプラスチックで構成した場合には、内部屈折率分布や複屈折の影響を大きく受けることとなり問題であった。
【０００９】
そこで、本発明では光学パワーを有した反射面を含まない走査光学系を用いてＴＶディストーションや台形歪みを補正することができる２次元走査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するために、本発明の２次元走査装置は、光源から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、前記偏向手段の反射面により偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、を有する２次元走査装置であって、前記２次元方向のうち一方の１次元方向を含む面内において、前記光源から発せられた光束が、前記光源から発せられた光束が前記偏向手段の反射面によって偏向された２次元偏向範囲の中心の軸に対して斜め方向から前記偏向手段の反射面に入射しており、前記走査光学系は、光学的パワーを有する反射面を持たず、前記走査光学系は、負の光学的パワーを有し前記偏向手段側に凹面を向けた第１メニスカスレンズと、前記第１メニスカスレンズよりも前記被走査面側に配置されており、正の光学的パワーを有し前記偏向手段側に凹面を向けた第２メニスカスレンズと、を含んでおり、前記第２メニスカスレンズが、前記第１メニスカスレンズに対して、前記１次元方向を含む面に垂直な軸を回転軸として前記光源から発せられた光束が前記反射面に入射する側へチルトしており、且つ前記光源から発せられ前記反射面に入射する光束に近づく方向にシフトしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における２次元走査装置の斜視図であり、本実施例１は同装置をプロジェクター等の画像表示装置に使用した例である。
【００１５】
図１中、１は光源である。光源１は、レーザダイオード、ＬＥＤ、ランプ等より成り、不図示の駆動回路により例えば画像信号に応じて発光を制御される。光源１から発せられた発散光束は２枚の集光レンズ２ａ，２ｂを貼り合わせた集光レンズ系２により収束光束に変換され、開口絞り３によって光束幅を制限されている。４は偏向器であり、例えば、互いに直交する方向に延びる２つの回転軸回りに回動可能な１面の反射面を有し２次元方向に共振可能な偏向器（偏向手段）であり、偏向器４は、光源１から発し、集光レンズ系２、開口絞り３を経て、折り返しミラー７で折り返された光束を、反射して偏向し、水平及び垂直の２次元方向（Ｘ，Ｙ方向）に偏向している。偏向器４は不図示の駆動回路により例えば画像信号に応じてその傾斜方向と傾斜角度が制御される。
【００１６】
５はｆθ特性を有する走査光学系である。走査光学系５は３枚の球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており偏向手段４によって偏向された偏向光束を被走査面６上にスポットとして結像させている。このとき、偏向光束は走査光学系５を介して被走査面６上に導光され、偏向器が水平・垂直方向に共振運動することによって被走査面６上を光走査している。これにより、被走査面６上に２次元画像を表示している。
【００１７】
本実施例１の２次元偏向器４は、例えば半導体製造技術などを用いた公知のＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｃａｎｎｅｒ）であり、非常に小型・軽量である。
【００１８】
図２に偏向器４の要部概要図を示すが、同時に示されるものは一例であり、本発明においては偏向器の構成に制限は無い。
【００１９】
図２において、４ａは反射面であり、ここに光源１からの光束が入射し、反射及び偏向される。反射面４ａはＹ軸方向に延びる第１のトーションバー４ｂによって第１の筐体４ｃへ支持されており、第１のトーションバー４ｂを回転中心軸として反射面４ａを水平方向（Ｘ軸方向）に振動させることができる。また、第１の筐体４ｃはＸ軸方向に延びる第２のトーションバー４ｄによって第２の筐体４ｅへ支持されており、第２のトーションバーを回転中心軸として第１の筐体４ｃならびにそれに支持された反射面４ａを垂直方向（Ｙ方向）に振動させることができる。これにより、偏向器４は、２次元光偏向デバイスとして、水平及び垂直の２次元方向に振動可能となる。
【００２０】
また、２次元偏向デバイスは、例えば半導体製造技術などを用いたＭＥＭＳ技術で作製されており、非常に小型・軽量である利点がある。
【００２１】
図３は本実施例１における２次元走査装置の垂直断面（ＹＺ断面）図である。ここでは、この垂直断面は偏向器４の反射面４ａに光束が斜入射する時の入射平面に対応している。
【００２２】
本実施例では、光源１からの光束を偏向器４へ入射させる際、入射光束を垂直方向の下側（図３中偏向器４の右側）から角度１５（ｄｅｇ）で偏向器４の反射面４ａへ入射させている。偏向器４は２次元光偏向デバイスであり、図２に示した反射面４ａを水平方向へ振動させる際の回転中心軸となる第１のトーションバー４ｂは垂直方向と平行に、反射面４ａを垂直方向へ振動させる際の中心軸となる第２のトーションバーは水平方向と平行に配置してある。よって、光源手段１からの光束は第１のトーションバー４ｂに対して斜入射させていることとなる。このように、偏向手段４の中心軸に対して斜入射させた場合、通常は、被走査面（例えばスクリーン）上に表示された画像はＴＶディストーションが大きく発生して問題となる。
【００２３】
しかしながら、本実施例１においては、球面レンズ５ｂを反射面４ａに入射する光束の入射平面に垂直な軸であるＸ軸に平行な軸の回りで、偏向器４へ光束が斜入射する側（マイナス側）へ、偏向器４の光束偏向範囲の中心の軸（光線）Ａに対してチルト及びシフトさせるとともに、球面レンズ５ｃを偏向器４へ光束が斜入射する側とは反対側（プラス側）へ、光束偏向範囲の中心の軸（光線）Ａに対してシフトさせることにより、このディストーションを良好に補正している。これに関しては、数値例を挙げて後で詳しく述べる。
【００２４】
図４は、本実施例１に対する比較例である２次元走査装置の垂直断面図を示す。
【００２５】
図４に示す比較例おいては、本実施例と同様に、光源１から発せられた発散光束が集光レンズ系２により収束光束に変換され、開口絞り３によって光束幅を制限され、偏向器４により水平及び垂直の２次元方向に反射・偏向されている。５はｆθ特性を有する走査光学系である。走査光学系５は、互いに共軸の３枚の球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃを有しており、偏向手段４によって偏向された偏向光束を被走査面６上に光スポットとして結像させている。このとき、偏向器４が水平及び垂直方向に共振運動することにより走査光学系５を介して被走査面６上を光走査している。
【００２６】
表１に比較例の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【００２７】
比較例では、走査光学系５を構成する３枚の球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃはシフトやチルトを与えておらず、被走査面６上に表示される画像の中心へ向かう光束は夫々の球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃの光軸を通過する。
【００２８】
また、光源１からの光束を垂直断面内の下方から角度１５（ｄｅｇ）で偏向器４の反射面へ入射させており、垂直断面において斜入射の方式で光束を偏向器４へ入射させており、被走査面６上では偏向手段５で２次元方向に光走査することによるＴＶディストーションと偏向器４へ斜入射させたことによる台形歪みとが発生し問題となる。
【００２９】
図５に比較例における表示画像（格子）を示した。また、表２に比較例におけるＴＶディストーションならびに台形歪みの量を示した。
【００３０】
図５に示す通り、画像の枠を構成する４本の線のうち、枠の上辺Ｌ１及び下辺Ｌ２は水平に延びる直線のはずであるが、各辺の中央部が下側に湾曲したＴＶディストーションが発生している。このとき、ＴＶディストーションは上辺が１．５９％、下辺が１．９３％であった（表２参照）。また、枠の左辺Ｌ３及び右辺Ｌ４は垂直に延びる直線のはずであるが、画像の上側から下側にかけて間隔が広がるように傾斜しており、台形歪みが発生している。このとき、台形歪みは左辺・右辺ともに２．１１％であった（表２参照）。
【００３１】
このように、比較例の構成ではＴＶディストーションや台形歪みが大きく発生して良好な２次元画像を得ることができない。
【００３２】
そこで、本実施例１では前述したとおり、走査光学系を構成する球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃのうち、少なくとも１つのレンズをチルトさせ、少なくとも１つのレンズをシフトさせてことにより、ＴＶディストーションならびに台形歪みを良好に補正若しくは問題ない程度に小さくしている。
【００３３】
表３に本実施例１の走査光学系５の構成を示すレンズデータを示す。
【００３４】
走査光学系５は３枚の球面レンズ５ａ，５ｂ，５ｃから成り、偏向器４側から順に第１走査レンズ、第２走査レンズ、第３走査レンズとする。第１走査レンズ５ａは負の光学的パワー（屈折力、１／焦点距離）を有し、偏向器４側に凹面を向けたメニスカスレンズである。第２走査レンズ５ｂは正のパワーを有し偏向器４側に凹面を向けたメニスカスレンズ、第３走査レンズ５ｃは正のパワーを有し偏向器４側に凹面を向けたメニスカスレンズである。
【００３５】
このとき、垂直断面内において第２走査レンズ５ｂを時計周り（マイナス側）に３６．１（ｄｅｇ）チルトさせている。これは、第２走査レンズ５ｂの光軸が偏向器４へ斜入射する光束Ｌ側に傾けており、斜入射する光束Ｌと平行に近づく方向である。また、第２走査レンズ５ｂは下側（マイナス側）に４．６４（ｍｍ）シフトしている。これは、斜入射する光束Ｌに近づく方向へ移動させている。よって、第２走査レンズ５ｂは回転中心が偏向器４側にあり、入射光束に近づくようにチルトさせている。このとき、回転中心は第２走査レンズ５ｂの光入射面から６．３６（ｍｍ）偏向器４側へ移動した位置（ｚ，ｘ，ｙ）＝（１１．１４，０，０）にある。
【００３６】
更に、第３走査レンズ５ｃを上側（プラス側）に２．７６（ｍｍ）シフトさせている。これは、入射光束から離れる方向である。
【００３７】
図６に本実施例１における表示画像（格子）を示す。また、表４に本実施例におけるＴＶディストーションならびに台形歪みの量を示す。
【００３８】
図６に示した画像のＴＶディストーションは、枠の上辺Ｌ１が０．１２％、下辺Ｌ２が０．２１％であり、比較例では湾曲していた上辺Ｌ１ならびに下辺Ｌ２をほぼ直線に補正している。また、台形歪みは、左辺・右辺ともに０．１０％であり、比較例では傾斜していた線を垂直な線に補正している。このように、走査光学系５を構成する走査レンズに適切なチルトやシフトを与えることにより、ＴＶディストーションと台形歪みを、問題ない程度に小さくし、良好に補正することができる。
【００３９】
本実施例１の走査光学系は、特に、第２走査レンズ５ｂをチルトさせることでＴＶディストーションを補正し、第２走査レンズ５ｂならびに第３走査レンズ５ｃをシフトさせることで台形歪みを補正している。しかし、これらチルトによる補正とシフトによる補正は互いにも影響を与えるので、バランスをとることが重要となる。
【００４０】
よって、偏向器４に光源からの光束を斜入射させ、斜入射させた断面内、即ち入射平面内において、走査光学系５を構成する透過型光学素子のうち、少なくとも１つの透過型光学素子をチルトさせ、少なくとも１つの透過型光学素子をシフトさせることにより、被走査面６上に表示された画像のＴＶディストーションならびに台形歪みを良好に補正し、高品位な画像を表示できる２次元走査装置を提供することができる。
【００４１】
また、本実施例１では、チルトさせる走査レンズ（光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子）５ｂを偏向器４側に凹面を向けたメニスカス形状としている。これにより、走査レンズ５ｂがチルトした際に、ＴＶディストーション及び台形歪みに与える影響力を保ったまま、像面湾曲に与える影響を軽減することができる。よって、ＴＶディストーションや台形歪みの補正を像面湾曲とは切り分けて補正することが可能となり、ＴＶディストーションならびに台形歪みの補正が容易となる効果がある。
【００４２】
本実施例１では偏向手段に２次元方向に共振可能な１つの偏向器４を使う例を挙げたが、これに限ったものではなく、１次元方向に共振する偏向器を２つ組合せて２次元方向に偏向可能な偏向手段としても本実施例１と同等の効果を有することができる。また、偏向器は共振運動するものに限ったものではなく、回転運動する例えばガルバノミラーやポリゴンミラーとしてもよい。
【００４３】
本実施例１の走査光学系を構成する３つの光学素子（走査レンズ）の光学面（被走査面へ向けるために光に作用する面）は全て光を透過させつつその波面を制御する屈折面にて構成している。屈折面は反射面に対して１／４の精度で良いことから、製造が容易となるメリットがある。また、反射面はチルトさせた後の光路に取り回しの制約を受けるが、透過型の屈折面はその影響を受けないので、配置の自由度が大きいメリットもある。更に、通常、反射面での反射率と比べて屈折面での透過率が高く、屈折面は光量損失が非常に少ないメリットもあり、特に面数が多い場合に効果的である。また、反射防止膜を付けることにより透過率は非常に高くなる。
【００４４】
また、屈折面と反射面とが混在する光学素子では光学素子内部で光路を確保する必要があり、光学素子自体が大型化する問題がある。更に、この大型化の問題は、光学素子をプラスチック成形で作ると生じる屈折率分布や複屈折の影響が大きくでるという問題も生じさせてしまう。
【００４５】
しかしながら、本実施例１のように光学面を屈折面にて構成した走査レンズでは光路を確保する必要のないことから薄肉化が可能であり、小型化に有利である。
【００４６】
従って、走査光学系に被走査面に光を向ける反射面を持たない光学素子を用いると、前述の特開２００１−２８１５８３号公報の同反射面を持つ光学部材に比べて、様様な効果を享受できる。また、本発明においては、屈折面の代わりに、或いは屈折面と組み合わせて光を透過回折する回折面を用いる光学素子も、被走査面における画像の歪みを補正するに使用できる。
【００４７】
また、本実施例１では、光源手段からの光束をＺＹ平面内において斜入射させたがこれに限ったものでなく、ＺＸ平面内において斜入射させた場合は透過型光学素子をＺＸ平面内においてチルト及び／又はシフトさせることにより、本実施例１と同様にＴＶディストーションや台形歪みを補正することができ、ＺＸ平面とＺＹ平面の両方において斜入射させた場合は透過型光学素子をＺＸ平面とＺＹ平面の少なくともどちらか一方の１次元方向において透過型光学素子をチルト及び／又はシフトさせることにより、本実施例１と同様にＴＶディストーションや台形歪みを補正することができる。
【００４８】
（実施例２）
図７は本発明の実施例２における２次元走査装置の垂直断面図である。
【００４９】
本実施例２と実施例１との相違点は、被走査面６上に表示する画面サイズを大きくした点であり、そのため走査光学系の構成が異なっているが、図７に示す装置は走査光学系を除いて図３の装置と同じ構成を有している。
【００５０】
本実施例２は、実施例１と比較して画面サイズを１．４倍大きくできる走査光学系でありながら、全長（偏向器４と被走査面６の間隔）は１．１倍となるだけといった、小型化を図った例である。
【００５１】
表５に本実施例２における走査光学系５の構成を表すレンズデータを示す。
【００５２】
本実施例２においても、実施例１と同様に、走査光学系５を構成する３枚の走査レンズ５ａ，５ｂ，５ｃのうち、第２走査レンズ５ｂをチルト及びシフトさせ、第３走査レンズ５ｃをシフトさせることにより、被走査面６上に表示される画像のＴＶディストーションならびに台形歪みを補正している。このとき、ＺＹ平面である垂直断面内において、第２走査レンズ５ｂは、偏向器４へ光源手段１からの光束が斜入射する側（マイナス側）に４４．３８（ｄｅｇ）チルトさせ、且つ偏向器４へ光源手段１からの光束が斜入射する側（マイナス側）へ５．０５ｍｍシフトさせている。また、第３走査レンズ５ｃは偏向手段４へ光源手段１からの光束が斜入射する側とは反対の側（プラス側）へ２４．５７ｍｍシフトさせている。
【００５３】
図８に本実施例２の表示画像（格子）を示し、表６に本実施例２のＴＶディストーションと台形歪みの量を示す。
【００５４】
本実施例２においては、ＴＶディストーションは、画像の枠の上辺で０．１２％、下辺で０．２４％、左辺で０．１１％、右辺で０．１１％であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。また、台形歪みは、画像の枠の左辺及び右辺で０．０６％であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。
【００５５】
また、画面サイズを大きくしつつ全長をコンパクト化したい場合、ＴＶディストーションもしくは台形歪みを補正するには走査レンズ５ｂのチルト量が大きくなり、走査レンズ５ｂのチルトに起因する被走査面６上で発生するアスの量も増大する。そこで、本実施例２では、アナモフィックなパワーを有する光学素子を走査光学系の中に含めている。具体的には、第２走査レンズ５ｂと第３走査レンズ５ｃの双方の両面共にアナモフィック面に構成したアナモフィックレンズとしている。
【００５６】
特に、第２走査レンズ５ｂにおいては、垂直断面（ＺＹ断面）の光学的パワーを水平断面（ＺＸ断面）の光学的パワーよりも小さくしてノンパワーに近づけて、第２走査レンズ５ｂがチルトしたことによる垂直断面内の像面湾曲の傾きを低減させている。これにより、第２走査レンズ５ｂを大きく傾けてＴＶディストーションならびに台形歪みを良好に補正することができる。また、第３走査レンズ５ｃもアナモフィックレンズとすることで、アスを補正することができる。
【００５７】
チルトさせる走査レンズは偏向手器４に凹を向けたメニスカスレンズとすることが好ましので、第２走査レンズ５ｂは水平断面および垂直断面共に偏向器４側に凹面を向けたメニスカスな形状をしたアナモフィックレンズである。
【００５８】
また、第２走査レンズ５ｂは、水平断面の曲率半径に対して垂直断面の曲率半径を緩くする（絶対値の大きな曲率半径にする）ことにより、ＴＶディストーションならびに台形歪みを補正する効果を大きくすることができる。
【００５９】
このように、アナモフィックな光学的パワーを有する光学素子をチルト及び／又はシフトさせることによりＴＶディストーションや台形歪みを補正する効果とアスを補正する効果を得ることができ、高品位な大画面が得られる２次元走査装置を提供することができる。
【００６０】
特に、チルトさせる光学素子をアナモフィックなパワーとし、チルトさせる断面を第１の断面とし、第１の断面と光軸とに直交する断面を第２の断面としたときに、第１の断面における光学的パワーを第２の断面における光学的パワーよりも小さくしてノンパワーに近づけることにより、チルトさせることの像面湾曲への影響を小さくしてＴＶディストーションや台形歪みの補正に集中させることができ、ＴＶディストーションや台形歪みを独立して補正することができるメリットがある。
【００６１】
本実施例２のように、チルト及び／又はシフトさせた、使用しない部分が多い走査レンズ５ｂ，５ｃは、使用する部分のみを残してカットすることで、光学箱にコンパクトに収めることができる。
【００６２】
（実施例３）
図８は本発明の本実施例３における２次元走査装置の垂直断面図である。
【００６３】
本実施例３と実施例２との相違点は、被走査面６上に表示する画面サイズを更に大きくした点であり、本実施例３は、基本的な構成が実施例２と同じであるので、相違点のみ詳しく述べる。
【００６４】
本実施例３は、被走査面６上に表示する画面サイズを４．１（ｉｎｃｈ）としており、実施例２に対して画面サイズを２．８６倍大きくした走査光学系を有している。
【００６５】
表７に本実施例３の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【００６６】
本実施例３では、第２走査レンズ５ｂを偏向手段４側へ凹を向けたメニスカス形状を有したアナモフィックレンズとし、且つ両面が水平断面（ＺＸ断面）と垂直断面（ＺＹ断面）とで互いに異なる非球面量を有する回転非対称非球面に構成している。
【００６７】
また、本実施例における非球面は、光軸方向（Ｚ方向）における変位量Ｚが、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の各位置において、次式で表現される形状としている。
【００６８】
【外１】

【００６９】
ここで
ｚ −−−−− ｚ軸に対して平行な面のサグ
ＣＵＸ，ＣＵＹ −−−−− それぞれｘとｙの曲率
ＫＸ，ＫＹ−−−−− それぞれｘとｙの円錐係数で、ＡＳＰ面タイプのＫと同様の方法で離心率を求めます。
ＡＲ，ＢＲ，ＣＲ，ＤＲ −−−−− 円錐から４次，６次，８次，１０次の変形した回転対称部を表します。
ＡＰ，ＢＰ，ＣＰ，ＤＰ −−−−− 円錐から４次，６次，８次，１０次の変形した非回転対称部を表します。
【００７０】
本実施例３は、全長は実施例２に対して２．７７倍と画面サイズを大きくした倍率にほぼ等しく、更に偏向器４から第３走査レンズ５ｃまでの距離を４２．００（ｍｍ）として実施例２とほぼ等距離に配置している。これは、全長に対する偏向器４から第３走査レンズ５ｃまでの距離を縮小しており、走査光学系の小型化を図っている。本実施例３において、全長Ｌ＝１７５．８８（ｍｍ）、偏向器４から最も被走査面６の近くに配置された走査レンズ５ｃまでの距離ｄ＝４２．００（ｍｍ）であり、
ｄ／Ｌ＝０．２４
となって、画面サイズが大きいにも係わらず、非常にコンパクトな２次元走査光学系を構成できている。
【００７１】
本実施例３では、第２走査レンズ５ｂを偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側へ５３．７４（ｄｅｇ）チルトさせると共に、斜入射する側へ６．４２（ｍｍ）シフトさせている。更に、第３走査レンズ５ｃを偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側へ２．７６（ｄｅｇ）チルトさせると共に、斜入射する側とは反対側へへ２２．４９（ｍｍ）シフトさせている。
【００７２】
図１０に本実施例３の表示画像（格子）を示し、表８に本実施例３のＴＶディストーションと台形歪みの量を示す。
【００７３】
本実施例３は、ＴＶディストーションは、画像の上辺で０．２３％、下辺で０．３６％、左辺で０．１２％、右辺で０．１２％であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。また、台形歪みは、左辺、右辺共に０．３８％であり、問題ない程度に小さく、良好に補正されている。
【００７４】
本実施例３のようにチルトされる光学素子に回転非対称非球面（屈折面また透過回折面）を用いることで、より効果的にＴＶディストーションならびに台形歪みを補正することができる。また、本実施例３ではチルト及びシフトさせた透過型光学素子は２つとしたがこれに限ったものではなく、例えば３つ以上の透過型光学素子をチルト及び／又はシフトさせても本発明の効果を十分に得ることができる。
【００７５】
（実施例４）
図１１は、本発明の実施例４における２次元走査装置の垂直断面図である。
【００７６】
本実施例４の実施例１との相違点は、１次元方向に偏向可能な１次元偏向器を２つ用いて２次元偏向手段を構成している点である。
【００７７】
本実施例４の２つの偏向器は双方とも、反射面が１つのトーションバーによって筐体に支持されたものであり、図２中の反射面４ａと第１のトーションバー４ｂ及び第１の筐体４ｃから構成される。
【００７８】
光源１から発せられた発散光束は、集光レンズ２によって収束光束に変換され、開口絞り３にて光束幅を制限される。偏向器４は垂直方向へ偏向可能な第１の１次元偏向器４１と水平方向に偏向可能な第２の１次元偏向器４２とで構成されており、光源１からの光束は第１の偏向器４１により垂直方向に偏向され、第２の偏向器４２により水平方向に偏向され、これにより２次元方向に偏向される。偏向器４により偏向された光束は３枚の走査レンズから成る走査光学系５により被走査面６上に光スポットとして結像される。
【００７９】
表９に本実施例４における走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【００８０】
本実施例４の走査光学系５も３枚の走査レンズから構成され、偏向器４側から順に第１走査レンズ５ａ、第２走査レンズ５ｂ、第３走査レンズ５ｃとしたとき、第１走査レンズ５ａは偏向器４側に凹面を向けた負の光学液パワーを有するメニスカスレンズであり、第２走査レンズ５ｂは偏向器４側に凹面を向けた正の光学的パワーを有するメニスカスレンズであり且つ両面をアナモフィック面で構成しており、第３走査レンズ５ｃは正の光学的パワーを有する両凸レンズである。
【００８１】
本実施例４では、光源１からの光束を、まずは垂直方向に偏向可能な第１の偏向器４１に入射させ、次に水平方向に偏向可能な第２の偏向器４２へ入射させている。このとき、光源１からの光束は垂直断面内において第１の偏向器４１に入射させている。第１の偏向器４１の回転中心軸は水平断面内にあり、入射光束と偏向器の反射面の回転中心軸とが別の断面に存在する。しかし、第２の偏向器４２の回転中心軸は入射光束同様垂直断面内に存在するので、第１の偏向器４１で偏向された光束は第２の偏向器４２に斜入射することとなる。これによって、ＴＶディストーションと台形歪みが発生し問題となる。
【００８２】
そこで、本実施例４では、垂直断面内において第２走査レンズ５ｂを、第２の偏向器４２へ光源１からの光束が斜入射する側（図１１中の時計周り）に４２．２７（ｄｅｇ）チルトさせ、かつ第２の偏向器４２へ光源１からの光束が斜入射する側に（図１１中右側）４．０２（ｍｍ）シフトさせている。また、第３走査レンズ５ｃを第２走査レンズ５ｂとは逆側に５．８４（ｍｍ）シフトさせている。
【００８３】
図１２に本実施例４の表示画像（格子）を示し、表１０に本実施例のＴＶディストーションと台形歪みの量を示す。
【００８４】
本実施例４では、ＴＶディストーションは、上辺で０．２９％、下辺で０．１７％、左辺で０．１１％、右辺で０．１１％であり、問題ない程度に小さくし、十分に補正されている。また、台形歪みは、左辺、右辺共に０．１８％であり、問題ない程度に小さくし、良好に補正されている。
【００８５】
このように、１次元偏向器を２つ用いた２次元偏向手段を用いた場合、後方に配置された１次元偏向器の中心軸（回転軸）に対して光源手段から発せられた光束が斜入射し、ＴＶディストーションならびに台形歪みを発生させて問題となるが、走査光学系を構成する透過型光学素子のうち、光学的パワーを有する反射面を持たない素子を１つチルトさせ、光学的パワーを有する反射面を持たない素子を１つをシフトさせることでＴＶディストーションならびに台形歪みを補正することができる。
【００８６】
（実施例５）
図１３は本発明の実施例５における２次元走査装置の垂直断面図である。
【００８７】
本実施例５と実施例１との相違点は、走査光学系５を２枚の走査レンズ５ａ，５ｂにて構成した点である。
【００８８】
表１１に本実施例５の走査光学系の構成を表すレンズデータを示す。
【００８９】
本実施例５では、第１走査レンズ５ａと第２走査レンズ５ｂの双方の両面を回転非対称非球面にて構成している。本実施例５における非球面は、光軸方向（Ｚ方向）における変位量Ｚが、水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）の各位置において、次式で表現される形状としている。
【００９０】
【外２】

【００９１】
ここで
ｚ −−−− ｚ軸に平行な面のサグ
ｃ −−−−− 頂点の曲率（ＣＵＹ）
ｋ −−−− コーニック定数
Ｃ_ｊ ₋₋₋₋₋₋ ｘ^ｍｙ^ｎの係数
【００９２】
本実施例５おいては、第２走査レンズ５ｂを、偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側（図１４中の時計回り）に２１．５３（ｄｅｇ）チルトさせ且つ偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側とは反対側へ６．０６（ｍｍ）シフトさせている。更に、第２走査レンズ５ｂの光出射面はその光入射面に対して、偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側とは反対側（図２３中の反時計回り）に１．６０（ｄｅｇ）チルトさせ且つ偏向器４へ光源１からの光束が斜入射する側とは反対側へ０．２０（ｍｍ）シフトさせている。これにより、被走査面６上に表示される画像のＴＶディストーションならびに台形歪みを補正している。
【００９３】
本実施例５では、特に第２走査レンズ５ｂを回転非対称非球面レンズで構成し且つ上述のとおりチルト及びシフトさせることにより、１枚のレンズのチルト・シフトのみでＴＶディストーションならびに台形歪みを良好に補正している。
【００９４】
図１４に本実施例５の表示画像（格子）を示し、表１２に本実施例５のＴＶディストーションならびに台形歪みの量を示す。ＴＶディストーションは、上辺で０．０７％、下辺で０．０１％、左辺で０．０１％、右辺で０．０１％であり、問題ない程度に小さく、極めて良好に補正されている。また、台形歪みは、左辺，右辺共に０．０２％であり、問題ない程度に小さく、極めて良好に補正されている。
【００９５】
本実施例５のように走査光学系５を構成する透過型光学素子のうち、チルトもしくは、シフトさせる光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子を回転非対称非球面レンズとすることでＴＶディストーションならびに台形歪みの補正効果を大きくすることができる。また、走査レンズを１枚だけチルト及びシフトさせるだけで、ＴＶディストーションと台形歪みの補正が可能となり、走査光学系５を構成する光学素子の数を削減することができる。
【００９６】
本実施例５では、チルト及びシフトさせた走査レンズの回転非対称非球面に（ｍ＋ｎ）≦４までの非球面係数を使用したが、これに限ったものではなく、より高次（ｍ＋ｎ）≧６の非球面係数を用いることにより、ＴＶディストーション及び台形歪みの補正をより効果的に行うことが可能となる。
【００９７】
以上説明した各実施例（レンズデータ）では、各光学素子にガラスレンズを使ったものを例に取ったがこれに限ったものではなく、例えば、射出成型により成形されたプラスチックレンズを少なくとも一枚の光学素子に用いることにより、製造が容易になり、コストダウンが図れる。
【００９８】
また、光源手段に青、緑、赤の３色の発光部を備えることにより、２次元カラー画像を表示させることも可能である。これによって、走査型カラー画像表示装置を提供することができる。この場合、青、緑、赤の３色の光を順次／又は同時に偏向器に向けることになる。これ以外にも、白色の光源と青、緑、赤の３色のフィルタを回転可能なターレット上に配置したものとを組み合わせて、青、緑、赤の３色の光を順次／又は同時に偏向器に向けることができる。
【００９９】
このように光源手段から青、緑、赤の３色の光を順次／又は同時に偏向手段へ向けつつ偏向器と走査光学系を使ってカラーの２次元画像を形成する際の光源手段や偏向手段の制御方法は公知なので、ここでは詳細な説明はしない。
【０１００】
また、偏向手段には２次元方向に共振可能なＭＥＭＳ偏向デバイスや、１次元方向に共振可能なＭＥＭＳ偏向デバイスを例に挙げたが、これに限ったものではなく、ガルバノミラーやポリゴンミラーを用いても本発明の効果を十分に得ることができる。
【０１０１】
また、前述の特開平８−１４６３２０号公報に記載があるように電気的にＴＶディストーションを補正する技術もあるので、この種の電気的な補正と本発明における走査光学系による光学的な補正とを組み合わせて画像の歪みを補正する構成を採ることも可能である。
【０１０２】
電気的に補正する場合、偏向器を制御する駆動回路（不図示）により２次元走査の際の反射面の傾斜角度を、光学的補正後の残存ディストーションを補正するように、制御する。
【０１０３】
また、以上説明した各実施例は、被走査面にスクリーン等がありその画像を直接観察する形態の画像表示装置（例えばプロジェクター）を例にとり説明したが、例えば被走査面に形成した画像をリレー光学系等を介して観察形態の画像表示装置（例えばファインダー）にも、本発明は適用できる。
【０１０４】
【表１】

【０１０５】
【表２】

【０１０６】
【表３】

【０１０７】
【表４】

【０１０８】
【表５】

【０１０９】
【表６】

【０１１０】
【表７】

【０１１１】
【表８】

【０１１２】
【表９】

【０１１３】
【表１０】

【０１１４】
【表１１】

【０１１５】
【表１２】

【０１１６】
【発明の効果】
以上、本発明は、走査光学系における光学的パワーを有する反射面を持たない光学素子（例えば球面レンズ）をチルト及び／又はシフトさせることにより、ＴＶディストーションや台形歪みを良好に補正することができる。これによって、ＴＶディストーションや台形歪みが良好に補正できた２次元走査装置と、この２次元走査装を用いて高品位な画像を表示することが可能な画像表示装置とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における斜視図
【図２】２次元偏向器（２次元偏向デバイス）の要部概要図
【図３】本発明の実施例１における垂直断面図
【図４】本発明の比較例における垂直断面図
【図５】本発明の比較例における表示画像（格子）
【図６】本発明の実施例１における表示画像（格子）
【図７】本発明の実施例２における垂直断面図
【図８】本発明の実施例２における表示画像（格子）
【図９】本発明の実施例３における垂直断面図
【図１０】本発明の実施例３における表示画像（格子）
【図１１】本発明の実施例４における垂直断面図
【図１２】本発明の実施例４における表示画像（格子）
【図１３】本発明の実施例５における垂直断面図
【図１４】本発明の実施例５における表示画像（格子）
【符号の説明】
１光
２集光レンズ系
３開口絞り
４偏向器
５走査光学系
６被走査面（スクリーン）

Claims

光源から発せられた光束を２次元方向に偏向する偏向手段と、
前記偏向手段の反射面により偏向された光束を被走査面上に結像させる走査光学系と、
を有する２次元走査装置であって、
前記２次元方向のうち一方の１次元方向を含む面内において、前記光源から発せられた光束が、前記光源から発せられた光束が前記偏向手段の反射面によって偏向された２次元偏向範囲の中心の軸に対して斜め方向から前記偏向手段の反射面に入射しており、
前記走査光学系は、光学的パワーを有する反射面を持たず、
前記走査光学系は、
負の光学的パワーを有し前記偏向手段側に凹面を向けた第１メニスカスレンズと、
前記第１メニスカスレンズよりも前記被走査面側に配置されており、正の光学的パワーを有し前記偏向手段側に凹面を向けた第２メニスカスレンズと、
を含んでおり、
前記第２メニスカスレンズが、前記第１メニスカスレンズに対して、前記１次元方向を含む面に垂直な軸を回転軸として前記光源から発せられた光束が前記反射面に入射する側へチルトしており、且つ前記１次元方向を含む面内において、前記光源から発せられた光束の前記反射面に対する入射側にシフトしていることを特徴とする２次元走査装置。
前記第２メニスカスレンズよりも前記被走査面側に配置され、前記偏向手段側に凹面を向けた、正の光学的パワーを有する第３メニスカスレンズを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元走査装置。
前記第３メニスカスレンズが、前記１次元方向を含む面内において、前記光源から発せられた光束の前記反射面に対する入射側からから遠ざかる方向にシフトしていることを特徴とする請求項２記載の２次元走査装置。
前記第２メニスカスレンズがアナモルフィックレンズであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の２次元走査装置。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の２次元走査装置と、前記被走査面に画像を形成する手段と、を有する画像表示装置。