JP4609015B2 - Scanning optical system, image display device, and electronic apparatus - Google Patents
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本発明は、走査光学系、画像表示装置及び電子機器、特に、所定の被照射領域にビーム状の光を走査させる走査光学系の技術に関する。 The present invention relates to a scanning optical system, an image display device, and an electronic apparatus, and more particularly to a technique of a scanning optical system that scans a predetermined irradiation area with beam-shaped light.
レーザプリンタや、光を走査することで画像を表示するディスプレイには、光を走査する走査光学系が用いられる。走査光学系は、ポリゴンミラー等の可動ミラー部を用いて、光源からの光の進行方向を変化させる。走査光学系の技術は、例えば、特許文献1〜3に提案されている。 Scanning optical systems that scan light are used in laser printers and displays that display images by scanning light. The scanning optical system uses a movable mirror such as a polygon mirror to change the traveling direction of light from the light source. The technique of the scanning optical system is proposed in Patent Documents 1 to 3, for example.
レーザプリンタによるプリントの高速化や、ディスプレイで表示する画像の高解像度化の要請から、走査光学系は、光を高速に走査することが求められている。例えば可動ミラー部としてポリゴンミラーを用いる場合、光を高速に走査させるためには、ポリゴンミラーを高速に回転させることが考えられる。しかしながら、ポリゴンミラーは、回転速度を向上させていくに従い、重心のずれや遠心力の影響等により、ミラーの傾きや撓みを起こし易くなる。走査光学系は、ミラーの傾きや撓みが起きると、正確な位置に光を走査させることができなくなる。 The scanning optical system is required to scan light at high speed in response to a demand for high-speed printing by a laser printer and high resolution of an image displayed on a display. For example, when a polygon mirror is used as the movable mirror unit, it is conceivable to rotate the polygon mirror at high speed in order to scan light at high speed. However, as the rotational speed of the polygon mirror is increased, the mirror tends to tilt or bend due to the shift of the center of gravity or the influence of centrifugal force. When the mirror is tilted or bent, the scanning optical system cannot scan light at an accurate position.
可動ミラー部は、小型にするほど高速な駆動が可能になると考えることができる。高速な駆動を可能とするために、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により作成されたミラーを用いる走査光学系も開発されている。このような微小なミラーを用いる場合、走査光学系は、光源からの光を微小な領域にまで絞る必要がある。微小な領域にまで光源からの光を絞ることは非常に困難である上、光を絞りすぎることによりミラーより後の光学系において不具合を生じる場合がある。さらに、微小なミラーであっても、駆動速度を向上させることにより、大気や慣性モーメントの影響等からミラーの変形等の不具合を引き起こす場合も考えられる。 It can be considered that the movable mirror unit can be driven at higher speed as the size of the movable mirror unit is reduced. In order to enable high-speed driving, scanning optical systems using mirrors created by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology have also been developed. When such a minute mirror is used, the scanning optical system needs to narrow the light from the light source to a minute region. It is very difficult to narrow the light from the light source to a very small area, and there is a case where trouble occurs in the optical system after the mirror by excessively narrowing the light. Furthermore, even with a minute mirror, it may be possible to cause a problem such as deformation of the mirror due to the influence of the atmosphere or moment of inertia by improving the driving speed.
このように、走査光学系は、可動ミラー部の回転を単に高速化することや可動ミラー部を小型にすることのみでは光の走査を高速化することは困難であるため、光を高速に走査する必要がある場合に問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光を高速に走査することが可能な走査光学系、その走査光学系を用いる画像表示装置、及び電子機器を提供することを目的とする。 As described above, it is difficult for the scanning optical system to scan the light at a high speed because it is difficult to speed up the scanning of the light simply by speeding up the rotation of the movable mirror or by simply downsizing the movable mirror. Problems arise when it is necessary to do so. SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a scanning optical system capable of scanning light at high speed, an image display apparatus using the scanning optical system, and an electronic apparatus. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明による走査光学系は、ビーム状の光を供給する光源部と、前記ビーム状の光を所定の被照射領域と、前記被照射領域以外の領域とに走査する可動ミラー部と、前記可動ミラー部から前記被照射領域以外の領域に進行する光を反射して前記被照射領域の方向へ迂回させる反射光学系と、を有し、前記光源部から前記可動ミラー部への光路に対して、前記被照射領域と前記被照射領域以外の領域とが同じ側に設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a scanning optical system according to the present invention includes a light source unit for supplying beam-shaped light, a predetermined irradiated region for the beam-shaped light, and the irradiated region. A movable mirror unit that scans to a region other than the reflective mirror, and a reflective optical system that reflects light traveling from the movable mirror unit to a region other than the illuminated region and detours in the direction of the illuminated region, The irradiated region and a region other than the irradiated region are provided on the same side with respect to the optical path from the light source unit to the movable mirror unit.
可動ミラー部は、まず被照射領域に直接光を入射させる。被照射領域に直接光を入射させた状態で一方向へ光を走査した後、可動ミラー部は、そのまま被照射領域以外の領域にも光を走査する。反射光学系は、可動ミラー部から被照射領域以外の領域に進行する光を、被照射領域の方向へ迂回させる。このため、反射光学系を設けることによって、被照射領域以外の領域へ進行する光を用いて、被照射領域に光を走査することが可能となる。被照射領域以外の領域に進行する光を用いて被照射領域に光を走査すると、可動ミラー部が一方向へ光を移動させる間に、被照射領域上の一方向への光の走査を2回以上行うことができる。可動ミラー部が一方向へ光を移動させる間に光の走査を2回以上行うと、従来以上に可動ミラー部を高速駆動しなくても、被照射領域における光の走査を高速化することが可能になる。また、可動ミラー部を従来以上に高速駆動する必要が無いため、可動ミラー部の小型化も不要である。これにより、光を高速に走査することが可能な走査光学系を得られる。 The movable mirror unit first causes light to directly enter the irradiated region. After scanning light in one direction with light incident directly on the irradiated region, the movable mirror unit scans light on the region other than the irradiated region as it is. The reflection optical system diverts light traveling from the movable mirror unit to a region other than the irradiated region in the direction of the irradiated region. For this reason, by providing a reflection optical system, it is possible to scan light in the irradiated region using light traveling to a region other than the irradiated region. When light is scanned onto the illuminated region using light that travels to a region other than the illuminated region, the light is scanned in one direction on the illuminated region while the movable mirror moves the light in one direction. Can be done more than once. If the light scanning is performed twice or more while the movable mirror moves the light in one direction, the light scanning in the irradiated region can be speeded up even if the movable mirror is not driven at a higher speed than before. It becomes possible. Further, since it is not necessary to drive the movable mirror part at a higher speed than before, it is not necessary to reduce the size of the movable mirror part. As a result, a scanning optical system capable of scanning light at high speed can be obtained.
また、本発明の好ましい態様によれば、反射光学系は、可動ミラー部からの光を反射する第1の反射ミラー部と、第1の反射ミラー部に対向する位置に設けられ、第1の反射ミラー部からの光を被照射領域の方向へ反射する第2の反射ミラー部と、を有することが望ましい。第1の反射ミラー部と第2の反射ミラー部とを設けることにより、可動ミラー部から被照射領域以外の領域に進行する光を被照射領域の方向へ迂回させることができる。これにより、被照射領域以外の領域に進行する光を用いて、被照射領域に光を走査することができる。 According to a preferred aspect of the present invention, the reflection optical system is provided at a position facing the first reflection mirror unit, the first reflection mirror unit reflecting the light from the movable mirror unit, and the first reflection mirror unit. It is desirable to have the 2nd reflective mirror part which reflects the light from a reflective mirror part in the direction of an irradiated region. By providing the first reflection mirror unit and the second reflection mirror unit, light traveling from the movable mirror unit to a region other than the irradiated region can be bypassed in the direction of the irradiated region. Thereby, the light can be scanned in the irradiated region using the light traveling to the region other than the irradiated region.
また、本発明の好ましい態様によれば、前記反射光学系は、前記可動ミラー部からの光を反射する第1の反射ミラー部と、該第1の反射ミラー部によって反射された光を反射する第2の反射ミラー部と、該第2の反射ミラー部によって反射された光を前記被照射領域の方向へ反射する角度補正ミラー部と、を有し、前記可動ミラー部からの反射走査光路に対して、前記角度補正ミラー部が前記光源部とは反対側に設けられていることを特徴とすることが望ましい。このような構成によれば、角度補正ミラー部は、可動ミラー部の近傍から被照射領域へ光を入射させることができる。このため、角度補正ミラー部を設けることにより、反射光学系から被照射領域へ入射する光の入射角度と、可動ミラー部から直接被照射領域へ入射する光の入射角度とを近似させることができる。これにより、被照射領域上の位置ごとに入射光の角度を揃えることができる。例えば、画像表示装置に走査光学系を用いる場合、被照射領域へ略同一の角度の光を入射させることが望ましい。この場合、さらに被照射領域上の位置ごとに入射光の角度を変換することにより、被照射領域へ略同一の角度の光を入射させることができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the reflection optical system reflects a first reflection mirror part that reflects light from the movable mirror part, and light reflected by the first reflection mirror part. A second reflection mirror section, and an angle correction mirror section that reflects the light reflected by the second reflection mirror section in the direction of the irradiated region, and the reflection scanning optical path from the movable mirror section On the other hand, it is desirable that the angle correction mirror part is provided on the side opposite to the light source part. According to such a configuration, the angle correction mirror unit can cause light to enter the irradiated region from the vicinity of the movable mirror unit. For this reason, by providing the angle correction mirror unit, it is possible to approximate the incident angle of light incident on the irradiated region from the reflection optical system and the incident angle of light incident directly on the irradiated region from the movable mirror unit. . Thereby, the angle of incident light can be made uniform for each position on the irradiated region. For example, when a scanning optical system is used in the image display device, it is desirable to make light having substantially the same angle incident on the irradiated region. In this case, by changing the angle of the incident light for each position on the irradiated region, light having substantially the same angle can be incident on the irradiated region.
また、本発明の好ましい態様としては、可動ミラー部からの光の走査範囲を拡大するように光の角度を変換する角度変換部を有することが望ましい。被照射領域と、被照射領域以外の領域とに光を走査する場合、被照射領域のみに光を走査する場合と比較して、広い領域に光を走査する必要がある。角度変換部を設けることにより、可動ミラー部による光の走査角度を大きくしなくても、広い領域に光を入射させることができる。また、角度変換部を設けると、可動ミラー部の駆動速度を変化させなくても、広い領域へ高速に光を走査可能な構成にできる。これにより、可動ミラー部の駆動負担を軽減し、かつ高速に光を走査することができる。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable to have an angle conversion unit that converts the angle of light so as to expand the scanning range of light from the movable mirror unit. In the case where light is scanned in the irradiated region and a region other than the irradiated region, it is necessary to scan the light over a wider region than in the case where light is scanned only in the irradiated region. By providing the angle conversion unit, light can be incident on a wide area without increasing the light scanning angle by the movable mirror unit. Further, when the angle conversion unit is provided, it is possible to scan light over a wide area at high speed without changing the driving speed of the movable mirror unit. As a result, it is possible to reduce the driving load on the movable mirror portion and scan light at high speed.
さらに、本発明によれば、上記の走査光学系と、走査光学系からの光を透過するスクリーンと、を有する画像表示装置を提供することができる。上記の走査光学系を設けることにより、光を高速に走査することが可能である。これにより、高い解像度の画像を表示可能な画像表示装置を得られる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an image display device having the above-described scanning optical system and a screen that transmits light from the scanning optical system. By providing the above-described scanning optical system, it is possible to scan light at high speed. Thereby, an image display device capable of displaying a high-resolution image can be obtained.
さらに、本発明によれば、上記の走査光学系を有する電子機器を提供することができる。上記の走査光学系を設けることにより、光を高速に走査することが可能である。これにより、光を高速に走査可能な電子機器を得られる。 Furthermore, according to the present invention, an electronic apparatus having the above-described scanning optical system can be provided. By providing the above-described scanning optical system, it is possible to scan light at high speed. Thereby, an electronic device capable of scanning light at high speed can be obtained.
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る画像表示装置100の概略構成を示す。画像表示装置100は、スクリーン105の一方の面にビーム状の光であるレーザ光を供給し、スクリーン105の他方の面から出射する光を観察することで画像を観賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置100は、走査光学系と、走査光学系からの光を透過するスクリーン105とを有する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
画像表示装置100は、筐体110内に、光源部101と、ポリゴンミラー103と、第1の反射ミラー部112及び第2の反射ミラー部114とを有する。光源部101、ポリゴンミラー103、第1の反射ミラー部112及び第2の反射ミラー部114は、走査光学系を構成している。走査光学系は、2次元方向にレーザ光を走査する。走査光学系のうちの第1の反射ミラー部112及び第2の反射ミラー部114は、反射光学系を構成している。なお、本実施例では、レーザ光を走査する2次元方向のうち、図1の紙面に平行な方向へ走査するための構成のみを図示し、説明を行うものとする。
The
光源部101は、ビーム状の光であるレーザ光を供給する。レーザ光は、赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を含む。レーザ光は、各色光をそれぞれ画像信号に応じて変調して供給する。光源部101には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。なお、光源部101の出射側には、レーザ光を、例えば、直径0.5mmのビーム形状に整形する整形光学系を設けても良い。
The
光源部101からの光は、可動ミラー部であるポリゴンミラー103に入射する。ポリゴンミラー103は、回転軸Oを中心として複数のミラー片を回動する偏向器である。ポリゴンミラー103は、回動しながら光を反射することにより、角度θ1の範囲に光を進行させる。これにより、ポリゴンミラー103は、レーザ光を、所定の被照射領域であるスクリーン105上の面と、被照射領域以外の領域である第1の反射ミラー部112上の面とに走査する。
Light from the
スクリーン105は、筐体110の所定の一面に設けられている。スクリーン105は、走査光学系からの光を透過させる透過型スクリーンである。ポリゴンミラー103からの光は、スクリーン105の、筐体110内部側の面へ入射する。スクリーン105に入射した光は、スクリーン105の観賞者側の面から出射する。観賞者は、スクリーン105から出射する光を観察することで、画像を観賞する。
The
スクリーン105は、斜め方向から入射した光を観賞者の方向へ進行させる、不図示の光学素子を有する。光学素子としては、マイクロレンズアレイや、レンチキュラーレンズシートを用いることができる。また、スクリーン105は、入射した光を観賞者側へ拡散する、不図示の拡散層を有する。拡散層としては、例えば、透明部材に、透明部材とは屈折率が異なる微粒子を含有させたシートを用いることができる。また、拡散層は、規則的な形状の光学素子をアレイ状に配列した光学素子アレイや、表面に不規則な形状の凹凸を施した構造体を用いても良い。
The
反射光学系のうち第1の反射ミラー部112は、スクリーン105に隣接して設けられている。第1の反射ミラー部112は、ポリゴンミラー103と第2の反射ミラー部114との両方に対向するように設けられている。反射光学系のうち第2の反射ミラー部114は、第1の反射ミラー部112及びスクリーン105の両方に対向するように設けられている。第1の反射ミラー部112及び第2の反射ミラー部114は、いずれも、誘電体やアルミニウム等の高反射性部材を有する。第1の反射ミラー部112は、略平坦な平板形状をなしている。これに対して、第2の反射ミラー部114は、第1の反射ミラー部112及びスクリーン105に対向する側に、自由曲面を有する。
The
図2−1及び図2−2は、走査光学系によるレーザ光の走査を説明するものである。図2−1に示す光路a、光路b、光路cは、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が直接スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。ポリゴンミラー103においてレーザ光が入射するミラー片が切り換わった直後、光路aに示すように、レーザ光L1は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部112と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。光路aの状態からポリゴンミラー103が反時計回りに回転すると、光路bに示すように、レーザ光L2は、スクリーン105の略中央の位置に入射する。ポリゴンミラー103がさらに反時計回りに回転すると、光路cに示すように、レーザ光L3は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部112と隣接する側の周縁部に入射する。ポリゴンミラー103が走査角度θ2でレーザ光を走査する間に、スクリーン105上の一方向へ1回レーザ光が走査する。
FIGS. 2-1 and 2-2 illustrate scanning of laser light by the scanning optical system. The optical path a, optical path b, and optical path c shown in FIG. 2A represent the optical paths when the laser light reflected by the
図2−2に示す光路d、光路e、光路fは、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が反射光学系で迂回した後スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。光路dに示すように、第1の反射ミラー部112のうち、スクリーン105と隣接する側の周縁部で反射したレーザ光L4は、第2の反射ミラー部114のうち、ポリゴンミラー103に近い側の周縁部に入射する。第2の反射ミラー部114で反射したレーザ光L4は、光路aに示すレーザ光L1と同様に、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部112と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。このため、スクリーン105上において、レーザ光は、光路a〜cに示すように一方向へ走査した後、光路dにおいて再び光路aと同じ入射位置に戻る。第2の反射ミラー部114のうちポリゴンミラー103に近い側の周縁部は、第1の反射ミラー部112からのレーザ光L4を、第1の反射ミラー部112と隣接する側とは反対側のスクリーン105の周縁部へ反射するような角度で設けられている。
The optical path d, the optical path e, and the optical path f illustrated in FIG. 2-2 represent optical paths when the laser light reflected by the
光路dの状態からポリゴンミラー103が反時計回りに回転すると、光路eに示すように、レーザ光L5は、第1の反射ミラー部112の略中央の位置に入射する。その後レーザ光L5は、第2の反射ミラー部114の略中央の位置を経て、スクリーン105の略中央の位置に入射する。第2の反射ミラー部114のうち略中央の位置は、第1の反射ミラー部112からのレーザ光L5を、スクリーン105の略中央の位置へ反射するような角度で設けられている。
When the
光路fに示すように、ポリゴンミラー103においてレーザ光が入射するミラー片が切り換わる直前、レーザ光L6は、第1の反射ミラー部112のうちスクリーン105と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。第1の反射ミラー部112で反射したレーザ光L6は、第2の反射ミラー部114のうち、ポリゴンミラー103から遠い側の周縁部に入射する。第2の反射ミラー部114で反射したレーザ光L6は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部112と隣接する側の周縁部に入射する。第2の反射ミラー部114のうちポリゴンミラー103から遠い側の周縁部は、第1の反射ミラー部112からのレーザ光L6を、第1の反射ミラー部112と隣接する側のスクリーン105の周縁部へ反射するような角度で設けられている。
As shown in the optical path f, immediately before the mirror piece on which the laser light is incident on the
ポリゴンミラー103が走査角度θ3でレーザ光を走査する間に、スクリーン105上の一方向へ1回レーザ光が走査する。第1の反射ミラー部112及び第2の反射ミラー部114は、第1の反射ミラー部112の方向へ進行する光を用いて、スクリーン105に光を走査する。このように、走査光学系は、スクリーン105及び第1の反射ミラー部112上を一方向へ1回レーザ光を走査する間に、スクリーン105の一方向へのレーザ光の走査を2回行うことができる。従って、走査光学系は、ポリゴンミラー103のミラー片を偏向させる周波数に対して、スクリーン105上でのレーザ光の走査周波数を倍増することができる。
While the
走査光学系は、スクリーン105上でのレーザ光の走査周波数を倍増することができると、ポリゴンミラー103を従来以上に高速駆動しなくても、スクリーン105における光の走査を高速化することが可能になる。また、ポリゴンミラー103を従来以上に高速駆動する必要が無いため、可動ミラー部の小型化も不要である。これにより、スクリーン105においてレーザ光を高速に走査することができるという効果を奏する。また、レーザ光を高速に走査することができるため、画像表示装置100は、解像度の高い画像を表示することができる。
If the scanning optical system can double the scanning frequency of the laser beam on the
第2の反射ミラー部114は、自由曲面を有する構成に限らず、平面状の微小なミラーをつなぎ合わせて構成しても良い。平面状の微小なミラーをつなぎ合わせて第2の反射ミラー部114を構成しても、第1の反射ミラー部112からのレーザ光をスクリーン105の方向へ反射させることができる。また、第2の反射ミラー部114は、平面状の微小なミラーで構成することにより、自由曲面を有する場合に比較して容易に製造することもできる。
The second
(変形例)
図10−1及び図10−2は、本実施例の変形例に係る走査光学系によるレーザ光の走査を説明するものである。本変形例の走査光学系は、上記の画像表示装置100に適用することができる。本変形例の走査光学系は、図1に示す走査光学系と比較して、第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014がポリゴンミラー103に近い位置に配置されている。第1の反射ミラー部1012は、図1の走査光学系において第1の反射ミラー部112が設けられていた領域、即ち被照射領域以外の領域へ進行する光が入射するような位置に設けられている。ポリゴンミラー103で反射したレーザ光は、スクリーン105上の面と、第1の反射ミラー部1012上の面とに走査する。また、本変形例の走査光学系は、ポリゴンミラー103からスクリーン105の方向を見たときに、第1の反射ミラー部1012とは反対側に第2の反射ミラー部1014が配置されている点も、図1に示す走査光学系と異なる。
(Modification)
FIGS. 10A and 10B illustrate scanning of laser light by the scanning optical system according to the modification of the present embodiment. The scanning optical system of this modification can be applied to the
本変形例の走査光学系は、光源部101、ポリゴンミラー103、第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014により構成されている。第1の反射ミラー部1012は、上記の第1の反射ミラー部112と同様に、略平坦な平板形状を有する。第1の反射ミラー部1012は、上記の第1の反射ミラー部112より小さい領域をなすように設けられている。第2の反射ミラー部1014は、上記の第2の反射ミラー部114と同様に、自由曲面を有する。第2の反射ミラー部1014は、上記の第2の反射ミラー部114より小さい領域をなすように設けられている。
The scanning optical system according to this modification includes a
図10−1は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が直接スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。ポリゴンミラー103から直接スクリーン105へ入射する光の走査は、図1に示す走査光学系と同様である。レーザ光L31は、スクリーン105のうち、第2の反射ミラー部1014に近い側の周縁部に入射する。レーザ光L32は、スクリーン105のうち、第2の反射ミラー部1014から遠い側の周縁部に入射する。
FIG. 10A illustrates an optical path when the laser light reflected by the
図10−2は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が反射光学系で迂回した後スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。第1の反射ミラー部1012の、スクリーン105側の周縁部には、スクリーン105上を直接走査した後さらにポリゴンミラー103が回転した直後のレーザ光L33が入射する。レーザ光L33は、第1の反射ミラー部1012で反射した後、第2の反射ミラー部1014を経て、スクリーン105のうち、第2の反射ミラー部1014に近い側の周縁部に入射する。
FIG. 10B represents an optical path when the laser light reflected by the
第1の反射ミラー部1012の略中央の位置に入射したレーザ光L34は、第2の反射ミラー部1014を経て、スクリーン105の略中央の位置に入射する。ポリゴンミラー103においてレーザ光が入射するミラー片が切り換わる直前、レーザ光L35は、第1の反射ミラー部1012のうちスクリーン105から遠い側の周縁部に入射する。第1の反射ミラー部1012で反射したレーザ光L35は、第2の反射ミラー部1014を経て、スクリーン105のうち、第2の反射ミラー部1014から遠い側の周縁部に入射する。このように、本変形例の走査光学系は、図1に示す走査光学系と同様にレーザ光を走査する。
The laser beam L34 incident on the substantially central position of the first reflecting
本変形例ではポリゴンミラー103に近い位置に、第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014が配置されている。第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014をポリゴンミラー103の近くに配置できると、第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014は、いずれも小さい領域をなすように設けることが可能となる。これにより、ポリゴンミラー103に近い位置に第1の反射ミラー部1012及び第2の反射ミラー部1014を配置することで、画像表示装置を小型にすることができる。また、ポリゴンミラー103から見て第1の反射ミラー部1012とは反対側に第2の反射ミラー部1014を配置することで、第1の反射ミラー部1012がスクリーン105へ向かう光の妨げとなることを回避することが可能となる。
In the present modification, a first
本実施例において、反射光学系を構成する第1の反射ミラー部及び第2の反射ミラー部の位置、大きさは、図示するものに限られない。第1の反射ミラー部及び第2の反射ミラー部は、反射光学系を迂回した光をスクリーン105に入射させることが可能なあらゆる位置及び大きさを取り得る。また、反射光学系は、スクリーン105の一方の周縁部から他方の周縁部へ、所定の一方向へのみレーザ光を走査可能な構成とする場合に限らない。走査光学系は、例えばスクリーン105の中央付近からレーザ光を走査するような構成としても良い。また、走査光学系は、ポリゴンミラー103から直接スクリーン105へ入射するレーザ光とは逆方向へレーザ光を走査する構成としても良い。さらに、可動ミラー部としてポリゴンミラー103を用いる構成に限らず、例えば平面状のミラーを回転させるガルバノミラー等であっても良い。また、可動ミラー部としてはミラーを回転させるものに限らず、回転以外の他の動作により光を走査するものを用いても良い。
In the present embodiment, the positions and sizes of the first reflection mirror part and the second reflection mirror part constituting the reflection optical system are not limited to those shown in the figure. The first reflection mirror unit and the second reflection mirror unit can take any position and size at which light that bypasses the reflection optical system can enter the
図3は、本発明の実施例2に係る画像表示装置300の概略構成を示す。上記実施例1の画像表示装置100と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置300は、角度補正ミラー部316を有することを特徴とする。角度補正ミラー部316は、ポリゴンミラー103の近傍であって、ポリゴンミラー103から見て光源部101とは反対側の光路中に設けられている。角度補正ミラー部316は、誘電体やアルミニウム等の高反射性部材を有し、略平坦な平板形状をなしている。
FIG. 3 shows a schematic configuration of an image display apparatus 300 according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those of the
光源部101、ポリゴンミラー103、第1の反射ミラー部312、第2の反射ミラー部314及び角度補正ミラー部316は、走査光学系を構成している。また、走査光学系のうちの第1の反射ミラー部312、第2の反射ミラー部314及び角度補正ミラー部316は、反射光学系を構成している。第1の反射ミラー部312は、上記実施例1の第1の反射ミラー部112と同様に、略平坦な平板形状をなしている。第2の反射ミラー部314は、上記実施例1の第2の反射ミラー部114と同様に、自由曲面を有する。
The
図4−1及び図4−2は、走査光学系によるレーザ光の走査を説明するものである。図4−1は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が直接スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。ポリゴンミラー103から直接スクリーン105へ入射する光の走査は、上記実施例1と同様である。レーザ光L11は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部312と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。レーザ光L12は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部312と隣接する側の周縁部に入射する。
4A and 4B are diagrams for explaining scanning of laser light by the scanning optical system. FIG. 4A shows an optical path when the laser light reflected by the
図4−2は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が反射光学系で迂回した後スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。第1の反射ミラー部112のうち、スクリーン105と隣接する側の周縁部で反射したレーザ光L13は、第2の反射ミラー部314のうち、第1の反射ミラー部312に近い側の周縁部に入射する。第2の反射ミラー部314で反射したレーザ光L13は、角度補正ミラー部316のうち、ポリゴンミラー103に近い側の周縁部に入射する。角度補正ミラー部316で反射したレーザ光L13は、図4−1に示すレーザ光L11と同様に、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部312と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。
FIG. 4B shows an optical path when the laser beam reflected by the
角度補正ミラー部316は、ポリゴンミラー103の近傍からスクリーン105の方向へレーザ光L13を反射する。このため、角度補正ミラー部316で反射したレーザ光L13は、ポリゴンミラー103から直接スクリーン105に入射するレーザ光L11と略同じ入射角度でスクリーン105に入射する。角度補正ミラー部316は、ポリゴンミラー103から直接スクリーン105に進行する光の進行方向と、反射光学系からスクリーン105に進行する光の進行方向とが互いに近似するように、反射光学系からスクリーン105に進行する光の角度を補正する。
The angle
次に、ポリゴンミラー103が反時計回りに回転すると、レーザ光L14は、第1の反射ミラー部312の略中央の位置に入射する。その後レーザ光L14は、第2の反射ミラー部314の略中央の位置、角度補正ミラー部316の略中央の位置を経て、スクリーン105の略中央の位置に入射する。さらにポリゴンミラー103が回転し、ポリゴンミラー103においてレーザ光が入射するミラー片が切り換わる直前、レーザ光L15は、第1の反射ミラー部312のうちスクリーン105と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。
Next, when the
第1の反射ミラー部312で反射したレーザ光L15は、第2の反射ミラー部314のうち、第1の反射ミラー部312から遠い側の周縁部に入射する。第2の反射ミラー部314で反射したレーザ光L15は、角度補正ミラー部316のうち、ポリゴンミラー103から遠い側の周縁部に入射する。角度補正ミラー部316で反射したレーザ光L15は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部312と隣接する側の周縁部に入射する。角度補正ミラー部316は、レーザ光L13と同様に、レーザ光L14、L15の角度も補正する。
The laser light L15 reflected by the first
走査光学系は、上記実施例1と同様に、スクリーン105上でのレーザ光の走査周波数を倍増することができる。さらに、角度補正ミラー部316を設けることにより、反射光学系からスクリーン105へ入射する光の入射角度と、ポリゴンミラー103から直接スクリーン105へ入射する光の入射角度とを近似させる。画像表示装置300は、角度補正ミラー部316を設けることにより、スクリーン105上の位置ごとに入射光の角度を揃えることができる。スクリーン105上の位置ごとに入射角度が揃えられた光は、不図示の光学素子で進行方向を変換することによって、観賞者の方向へ進行する。
The scanning optical system can double the scanning frequency of the laser light on the
これにより、画像信号に応じた光を観賞者の方向へ進行させ、明るい画像を観賞できるという効果を奏する。なお、角度補正ミラー部316の位置、大きさは、図示するものに限られず、反射光学系からの光の角度補正を行うことができる範囲で適宜変更しても良い。また、角度補正ミラー部316は、単独の反射部材で構成する場合に限らず、複数の反射部材で構成することとしても良い。
Accordingly, there is an effect that light corresponding to the image signal is advanced toward the viewer and a bright image can be viewed. Note that the position and size of the angle
図5は、本発明の実施例3に係る画像表示装置500の概略構成を示す。上記実施例1の画像表示装置100と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置500は、角度変換部である凹レンズ515を有することを特徴とする。凹レンズ515は、ポリゴンミラー503の出射側に設けられている。ポリゴンミラー503で反射したレーザ光は、凹レンズ515を透過した後、角度範囲θ4において走査する。
FIG. 5 shows a schematic configuration of an
図6は、凹レンズ515の断面構成を示す。凹レンズ515は、凹面を入射側と出射側とに向けて配置されている。凹レンズ515を透過したレーザ光は、凹レンズ515で屈折作用を受けることにより、ポリゴンミラー503による走査角度θ4’より大きい角度範囲θ4へ導かれる。このように、凹レンズ515は、ポリゴンミラー103からのレーザ光の走査範囲を拡大するようにレーザ光の角度を変換する。
FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of the
スクリーン105と第1の反射ミラー部112とにレーザ光を走査する場合、スクリーン105のみにレーザ光を走査する場合と比較して、広い領域にレーザ光を走査する必要がある。凹レンズ515を設けることにより、ポリゴンミラー503による走査角度θ4’を大きくしなくても、広い領域にレーザ光を入射させることができる。また、凹レンズ515を設けると、ポリゴンミラー503の駆動速度を変化させなくても、広い領域へ高速に光を走査可能な構成にできる。これにより、ポリゴンミラー503の駆動負担を軽減し、かつ高速に光を走査することができるという効果を奏する。
When the laser beam is scanned on the
角度変換部は凹レンズ515を用いる場合に限られず、レーザ光の走査範囲を拡大可能なあらゆる光学素子を用いることができる。例えば、角度変換部として、図7に示す凸面鏡616を用いても良い。凸面鏡616は、走査角度θ5’で入射したレーザ光を、角度範囲θ5に導く。凸面鏡616は、凹レンズ515と同様に、ポリゴンミラー503からのレーザ光の走査範囲を拡大するようにレーザ光の角度を変換することができる。さらに、角度変換部として、四角錐形状等の立体形状を有するプリズム体を用いても良い。プリズム体は、入射面及び出射面を所定の傾斜角度で設けることにより、ポリゴンミラー503からのレーザ光の走査範囲を拡大するようにレーザ光の角度を変換することができる。
The angle conversion unit is not limited to the case where the
図8−1〜図8−3は、本発明の実施例4に係る走査光学系によるレーザ光の走査を説明するものである。本実施例の走査光学系は、上記実施例1の画像表示装置100に適用することができる。上記実施例1の画像表示装置100と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の走査光学系は、スクリーン105及び第1の反射ミラー部812上を1回レーザ光が走査する間に、スクリーン105の一方向へのレーザ光の走査を3回行うことを特徴とする。
FIGS. 8A to 8C illustrate laser beam scanning by the scanning optical system according to the fourth embodiment of the present invention. The scanning optical system of the present embodiment can be applied to the
本実施例の走査光学系は、不図示の光源部、ポリゴンミラー103、第1の反射ミラー部812及び第2の反射ミラー部を有する。第1の反射ミラー部812は、上記実施例1の第1の反射ミラー部112と同様に、略平坦な平板形状をなしている。第1の反射ミラー部812は、上記実施例1の第1の反射ミラー部112より、スクリーン105とは反対側へ広い領域をなすように設けられている。
The scanning optical system of this embodiment includes a light source unit (not shown), a
第2の反射ミラー部は、2つのミラー814、816により構成されている。第2の反射ミラー部のうち、ミラー814は、ポリゴンミラー103側に設けられている。ミラー816は、ミラー814の、ポリゴンミラー103とは反対側につなぎ合わせて設けられている。また、第2の反射ミラー部は、ミラー814とミラー816とのつなぎ目で折れ曲げられるように設けられている。ミラー814、816は、いずれも自由曲面を有する。なお、第2の反射ミラー部は2つのミラー814、816により構成する場合に限らず、単独のミラーにより構成することとしても良い。
The second reflecting mirror unit is composed of two
図8−1は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が直接スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。ポリゴンミラー103から直接スクリーン105へ入射する光の走査は、上記実施例1と同様である。レーザ光L21は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。レーザ光L22は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側の周縁部に入射する。ポリゴンミラー103が走査角度θ6でレーザ光を走査する間に、スクリーン105上の一方向へ1回レーザ光が走査する。
FIG. 8A illustrates an optical path when the laser light reflected by the
図8−2及び図8−3は、ポリゴンミラー103で反射したレーザ光が反射光学系で迂回した後スクリーン105の方向へ進行するときの光路を表している。図8−2は、第1の反射ミラー部812のうちスクリーン105側の半分の領域にレーザ光が入射する場合の光路を表している。第1の反射ミラー部812のうち、スクリーン105側の半分の領域に入射するレーザ光L23、L24、L25は、第2の反射ミラー部のミラー814で反射する。レーザ光L23は、ミラー814で反射した後、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側とは反対側の周縁部に入射する。レーザ光L24は、ミラー814で反射した後、スクリーン105のうち略中央の位置に入射する。レーザ光L25は、ミラー814で反射した後、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側の周縁部に入射する。ポリゴンミラー103が走査角度θ7でレーザ光を走査する間に、スクリーン105上の一方向へ1回レーザ光が走査する。
FIGS. 8-2 and 8-3 represent optical paths when the laser light reflected by the
図8−3は、さらにポリゴンミラー103が回転し、第1の反射ミラー部812のうちスクリーン105側とは反対側の半分の領域にレーザ光が入射する場合の光路を表している。第1の反射ミラー部812のうち、スクリーン105側とは反対側の半分の領域に入射するレーザ光L26、L27、L28は、第2の反射ミラー部のうちのミラー816で反射する。上述のように、第2の反射ミラー部は、ミラー814とミラー816とのつなぎ目で折れ曲げられている。このため、ミラー816で反射した光L26は、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側とは反対側の周縁部に再び入射する。
FIG. 8C illustrates an optical path when the
レーザ光L27は、ミラー816で反射した後、スクリーン105のうち略中央の位置に入射する。レーザ光L28は、ミラー816で反射した後、スクリーン105のうち、第1の反射ミラー部812と隣接する側の周縁部に入射する。ポリゴンミラー103が走査角度θ8でレーザ光を走査する間に、スクリーン105上の一方向へさらに1回レーザ光が走査する。
The laser beam L27 is reflected by the
このように、走査光学系は、スクリーン105及び第1の反射ミラー部812上を一方向へ1回レーザ光を走査する間に、スクリーン105の一方向へのレーザ光の走査を3回行うことができる。従って、走査光学系は、ポリゴンミラー103のミラー片を偏向させる周波数に対して、スクリーン105上でのレーザ光の走査周波数を略3倍に増加することができる。これにより、スクリーン105においてレーザ光をさらに高速に走査することができるという効果を奏する。また、画像表示装置は、さらに解像度の高い画像を表示することができる。
Thus, the scanning optical system scans the laser beam in one direction of the
なお、走査光学系は、ポリゴンミラー103によって一方向へ1回レーザ光を走査する間に、スクリーン105の一方向へのレーザ光の走査を4回以上行う構成とすることも可能である。第1の反射ミラー部812を大型にし、かつ第2の反射ミラー部を構成するミラーを増加することにより、走査光学系は、スクリーン105の一方向へのレーザ光の走査回数を増加することができる。
The scanning optical system may be configured to scan the laser beam in one direction of the
図9は、本発明の実施例5に係る電子機器であるプリンタ900の概略構成を示す。プリンタ900は、レーザ光を用いて画像を印刷するレーザプリンタである。上記実施例1と重複する説明は省略する。本実施例のプリンタ900は、上記実施例1で示した走査光学系と同様の走査光学系910を有する。走査光学系910は、感光ドラム903上の被照射領域にレーザ光を走査する。走査光学系910からのレーザ光は、感光ドラム903上の被照射領域において、感光ドラム903の回転軸に略平行な方向、即ち図9の紙面に対して略垂直な方向へ走査する。感光ドラム903の表面は、予め帯電ロール904の負電荷により均一な負の静電気を帯びている。そして、レーザ光が照射された感光ドラム903の部分だけ負の電荷が弱まる。これにより、感光ドラム903上に静電潜像が形成される。負に帯電されたトナーは、感光ドラム903上の負の電荷が弱い部分に引きつけられて、感光ドラム903上にトナー像を形成する。
FIG. 9 shows a schematic configuration of a
感光ドラム903に密着した用紙Pの裏側から転写ロール905により正の電荷が与えられる。これにより、トナーは用紙Pに転写される。そして、用紙Pから正の電荷が奪われると用紙Pが感光ドラム903から剥離する。用紙Pに転写されたトナーは、定着部であるヒートロール906の熱で溶けると同時に、プレッシャーロール907によって用紙Pに定着する。感光ドラム903表面に残った残留トナーは、クリーニングブレード908により掃き落とされる。そして、感光ドラム903は帯電ロール904により、電気的に均一に負に帯電する。この一連の手順を繰り返して用紙Pに印字することができる。
A positive charge is applied from the back side of the sheet P in close contact with the
走査光学系910は、感光ドラム903上の被照射領域及び不図示の第1の反射ミラー部上にレーザ光を走査する。走査光学系910は、反射光学系によって、第1の反射ミラー部の方向へ進行するレーザ光を感光ドラム上の被照射領域上へ迂回させる。走査光学系910は、感光ドラム903上及び第1の反射ミラー部上を一方向へ1回レーザ光を走査する間に、感光ドラム903上の一方向へのレーザ光の走査を2回行うことができる。従って、走査光学系910は、ポリゴンミラーのミラー片を偏向させる周波数に対して、感光ドラム903上でのレーザ光の走査周波数を倍増することができる。
The scanning
このように、走査光学系910は、レーザ光を高速に走査することが可能である。これにより、光を高速に走査し、プリントを高速に行うことができるという効果を奏する。なお、プリンタ900は、上記実施例1以外の他の実施例の走査光学系を適用しても良い。また、本発明の走査光学系は、プリンタ900以外の電子機器に用いても良い。本発明の走査光学系は、光を高速に走査する電子機器、例えば、バーコードリーダや人感センサなどにも効果的に適用できる。さらに、上記各実施例において、走査光学系はレーザ光を供給する光源部を用いる構成としているが、ビーム状の光を用いる構成であれば、これに限られない。例えば、走査光学系の光源として、発光ダイオード素子(LED)等の固体発光素子を用いる構成としても良い。
Thus, the scanning
以上のように、本発明に係る走査光学系は、光を高速に走査する画像表示装置や電子機器に用いる場合に適している。 As described above, the scanning optical system according to the present invention is suitable for use in an image display device or electronic apparatus that scans light at high speed.
100 画像表示装置、101 光源部、103 ポリゴンミラー、105 スクリーン、110 筐体、112 第1の反射ミラー部、114 第2の反射ミラー部、O 回転軸、300 プロジェクタ、312 第1の反射ミラー部、314 第2の反射ミラー部、316 角度補正ミラー部、500 画像表示装置、503 ポリゴンミラー、515 凹レンズ、616 凸面鏡、812 第1の反射ミラー部、814、816 ミラー、900 プリンタ、901 光源部、903 感光ドラム、904 帯電ロール、905 転写ロール、906 ヒートロール、907 プレッシャーロール、908 クリーニングブレード、910 走査光学系、P 用紙、1012 第1の反射ミラー部、1013 第2の反射ミラー部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ビーム状の光を所定の被照射領域と、前記被照射領域以外の領域とに走査する可動ミラー部と、
前記可動ミラー部から前記被照射領域以外の領域に進行する光を反射して前記被照射領域の方向へ迂回させる反射光学系と、を有し、
前記光源部から前記可動ミラー部への光路に対して、前記被照射領域と前記被照射領域以外の領域とが同じ側に設けられていることを特徴とする走査光学系。 A light source unit for supplying beam-shaped light;
A movable mirror that scans the beam-shaped light to a predetermined irradiated region and a region other than the irradiated region;
A reflective optical system that reflects light traveling from the movable mirror part to a region other than the irradiated region and detours in the direction of the irradiated region;
A scanning optical system, wherein the irradiated region and a region other than the irradiated region are provided on the same side with respect to an optical path from the light source unit to the movable mirror unit .
前記可動ミラー部からの反射走査光路に対して、前記角度補正ミラー部が前記光源部とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の走査光学系。 The reflection optical system includes a first reflection mirror that reflects light from the movable mirror, a second reflection mirror that reflects light reflected by the first reflection mirror, and the second An angle correction mirror for reflecting the light reflected by the reflection mirror in the direction of the irradiated region,
The scanning optical system according to claim 1 , wherein the angle correction mirror unit is provided on a side opposite to the light source unit with respect to a reflection scanning optical path from the movable mirror unit .
前記走査光学系からの光を透過するスクリーンと、を有する画像表示装置。 A scanning optical system according to any one of claims 1 to 4,
And a screen that transmits light from the scanning optical system.
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