JP4715595B2 - Optical scanner and image forming apparatus having the same - Google Patents

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Description

本発明は、入射光が入射した反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走査する光スキャナおよびそれを備えた画像形成装置に関するものであり、特に、光スキャナの反射面についての構造上の改良に関するものである。   The present invention relates to an optical scanner that scans reflected light from a reflecting surface by the oscillation of the reflecting surface on which incident light is incident, and an image forming apparatus including the same, and more particularly, to the reflecting surface of the optical scanner. It relates to structural improvements.

入射光が入射した反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走査する光スキャナが既に知られている(例えば、特許文献1参照。)。かかる光スキャナは、例えば、画像形成の分野や画像読み取りの分野において使用される。画像形成の分野においては、網膜上において光束を走査して画像を直接表示する網膜走査型ディスプレイ装置、プロジェクタ、レーザプリンタ、レーザリソグラフィ等の用途に使用され、一方、画像読取りの分野においては、ファクシミリ、複写機、イメージスキャナ、バーコードリーダ等の用途に使用される。   There is already known an optical scanner that scans the reflected light from the reflecting surface by swinging the reflecting surface on which incident light is incident (see, for example, Patent Document 1). Such an optical scanner is used, for example, in the field of image formation or the field of image reading. In the field of image formation, it is used for applications such as a retinal scanning display device, a projector, a laser printer, and laser lithography that scans a light beam on the retina to directly display an image. Used in applications such as copying machines, image scanners, and barcode readers.

この種の光スキャナにおいては、小型および軽量であり、かつ、反射後の光量の低下を可能な限り抑えることが強く要望される場合があり、特許文献1には、そのような要望を満たすための光スキャナが一従来例として記載されている。   In this type of optical scanner, there is a case where it is strongly demanded to be small and light, and to suppress a decrease in the amount of light after reflection as much as possible. An optical scanner is described as a conventional example.

この従来例においては、反射面を有する揺動体を、その揺動体に装着された圧電体に電荷を供給することにより、揺動軸線まわりに揺動させ、それにより、反射面に斜めに入射した光を走査するように構成されている。
特開2005−181455号公報
In this conventional example, an oscillating body having a reflecting surface is oscillated around an oscillating axis by supplying electric charges to a piezoelectric body mounted on the oscillating body, and thereby incident obliquely on the reflecting surface. It is configured to scan light.
JP 2005-181455 A

しかしながら、以上説明した従来例においては、以下の課題があった。   However, the conventional examples described above have the following problems.

すなわち、特許文献1に示す画像形成装置においては、光が光スキャナの反射面に斜めに入射しており、その入射によって反射面上に形成される入射領域の面積は、反射面に入射する光の進行方向に対する横断面積と比較して大きくなるので、反射面の面積を大きく取らざるを得ない。そのため、光スキャナの寸法が大きくなるという課題があった。   That is, in the image forming apparatus shown in Patent Document 1, light is incident on the reflecting surface of the optical scanner obliquely, and the area of the incident region formed on the reflecting surface by the incident is the light incident on the reflecting surface. Therefore, the area of the reflecting surface must be increased. For this reason, there is a problem that the size of the optical scanner is increased.

しかも、光スキャナの反射面は、鏡面であり、反射面に光が入射する角度と同一の角度で反射光が出射し、反射光の進行方向が決まってしまう。そのため、光スキャナの配置が制限されたものとなるという課題もある。したがって、光スキャナを含む光学系全体の取付スペースを大きくせざるを得ないことが多い。   Moreover, the reflection surface of the optical scanner is a mirror surface, and the reflected light is emitted at the same angle as the angle at which the light is incident on the reflection surface, and the traveling direction of the reflected light is determined. For this reason, there is a problem that the arrangement of the optical scanner is limited. Therefore, it is often necessary to increase the mounting space of the entire optical system including the optical scanner.

そこで、本願発明は、光スキャナの反射面の面積を可及的に小さくすることができ、また、取付スペースを可及的に小さくすることができる光スキャナ、およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides an optical scanner capable of reducing the area of the reflecting surface of the optical scanner as much as possible and reducing the mounting space as much as possible, and an image forming apparatus including the optical scanner. The purpose is to provide.

請求項1に記載の光スキャナは、入射した入射光を反射する反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走査する光スキャナにおいて、前記反射面に回折構造を形成し、前記回折構造は、少なくとも前記入射光のうち所定の波長を有する第1の光束を回折により所定の回折角の方向に出射する第1回折構造と、前記第1回折構造とは異なる幾何学的形状を有し、前記入射光のうち前記第1の光束とは異なる波長を有する第2の光束を回折により前記所定の回折角の方向に出射する第2回折構造と、を有することを特徴とする。 The optical scanner according to claim 1, wherein in the optical scanner that scans the reflected light from the reflecting surface by swinging of the reflecting surface that reflects incident incident light, a diffraction structure is formed on the reflecting surface, and the diffraction The structure has a first diffractive structure that emits at least a first light beam having a predetermined wavelength of the incident light in a direction of a predetermined diffraction angle by diffraction, and has a geometric shape different from that of the first diffractive structure. And a second diffractive structure that emits a second light beam having a wavelength different from that of the first light beam in the incident light in the direction of the predetermined diffraction angle .

請求項2に記載の光スキャナは、請求項1に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が、特定次数の回折光の強度を前記特定次数以外の回折光の強度よりも強める構造である。   According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the optical scanner according to the first aspect, the diffractive structure is a structure in which the intensity of the diffracted light of a specific order is stronger than the intensity of diffracted light other than the specific order. .

請求項3に記載の光スキャナは、請求項1または請求項2に記載の光スキャナの構成において、前記走査のために前記反射面と共に揺動する揺動体を有し、前記回折構造が、前記揺動体と同一材料で構成される。   An optical scanner according to a third aspect of the present invention is the configuration of the optical scanner according to the first or second aspect, further comprising an oscillating body that oscillates together with the reflecting surface for the scanning, wherein the diffractive structure is Consists of the same material as the oscillator.

請求項4に記載の光スキャナは、請求項3に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が、ウェットエッチング又はドライエッチングにより形成される。   According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the optical scanner according to the third aspect, the diffractive structure is formed by wet etching or dry etching.

請求項5に記載の光スキャナは、請求項1または請求項2に記載の光スキャナの構成において、前記走査のために前記反射面と共に揺動する揺動体を有し、前記回折構造が、前記揺動体と異なる材料で形成される。   An optical scanner according to a fifth aspect of the present invention is the configuration of the optical scanner according to the first or second aspect, further comprising an oscillating body that oscillates with the reflecting surface for the scanning, wherein the diffractive structure is the diffractive structure. It is made of a material different from that of the oscillator.

請求項6に記載の光スキャナは、請求項5に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造は、前記揺動体上に樹脂皮膜を形成し、微細な凹凸パターンが形成された金型を前記樹脂皮膜に対して押し付けることにより前記金型の凹凸パターンを前記樹脂皮膜へ転写するナノインプリント方法により形成される。   The optical scanner according to claim 6 is the configuration of the optical scanner according to claim 5, wherein the diffractive structure is formed of a resin film formed on the oscillating body, and a mold having a fine concavo-convex pattern is formed. It is formed by a nanoimprint method in which the concave / convex pattern of the mold is transferred to the resin film by being pressed against the resin film.

請求項7に記載の光スキャナは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が、一次元回折格子構造である。   The optical scanner according to claim 7 is the configuration of the optical scanner according to any one of claims 1 to 6, wherein the diffraction structure is a one-dimensional diffraction grating structure.

請求項8に記載の光スキャナは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が、二次元回折格子構造である。   The optical scanner according to claim 8 is the configuration of the optical scanner according to any one of claims 1 to 6, wherein the diffraction structure is a two-dimensional diffraction grating structure.

請求項9に記載の光スキャナは、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が前記入射光を集光または拡散光とするホログラム構造である。   The optical scanner according to claim 9 is the configuration of the optical scanner according to any one of claims 1 to 6, wherein the diffractive structure is a hologram structure in which the incident light is condensed or diffused. .

請求項10に記載の光スキャナは、請求項8または請求項9に記載の光スキャナの構成において、前記回折構造が、前記入射光を特定次数の回折光と他の次数の回折光との複数の反射光に分割する構造である。 The optical scanner according to claim 10 is the configuration of the optical scanner according to claim 8 or claim 9, wherein the diffractive structure converts the incident light into a plurality of diffracted lights of a specific order and diffracted lights of other orders. In this structure, the light is divided into reflected light.

請求項11に記載の画像形成装置は、光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、前記光束を出射する光源と、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部とを有する。 The image forming apparatus according to claim 11 is an image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam, wherein the light source emits the light beam, and the light according to any one of claims 1 to 9. A scanner that scans the light beam emitted from the light source by the optical scanner.

請求項12に記載の画像形成装置は、光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、前記光束を出射する光源と、請求項10に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナの走査により前記光源から出射した光束を、少なくとも2の光束に分割し、前記分割された光束のうち少なくとも1つの光束を所定の走査方向に走査する走査部と、前記光スキャナによる前記走査の範囲内に配置され、前記分割された光束のうち所定の走査方向以外の他の光束の通過を検出する光検出器と、前記光検出器による検出信号に基づき前記光源から前記光束を出射するタイミングを制御する制御手段とを有する。 An image forming apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is an image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam, the light source that emits the light beam, and the optical scanner according to claim 10, A light beam emitted from the light source by scanning is divided into at least two light beams, and at least one light beam among the divided light beams is scanned in a predetermined scanning direction, and within the range of the scanning by the optical scanner And a light detector for detecting passage of light beams other than a predetermined scanning direction among the divided light beams, and controlling timing of emitting the light beams from the light source based on detection signals from the light detectors Control means.

請求項13に記載の画像形成装置は、画像信号に応じた光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、前記光束を出射する光源と、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と、前記走査部により走査された前記光束のうち、少なくとも前記第1の光束を透過し、前記第1の光束に隣接する第1の光束以外の光束を遮蔽する遮蔽手段とを有する。 An image forming apparatus according to a thirteenth aspect is an image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam according to an image signal, the light source that emits the light beam, and any one of claims 1 to 9. has an optical scanner according to claim, by the optical scanner, a scanning unit for scanning the light beam emitted from the light source, among the light beam scanned by the scanning unit, and transmits at least the first light beam, Shielding means for shielding a light beam other than the first light beam adjacent to the first light beam.

請求項14に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記光スキャナが、前記光束を前記反射面に対して垂直方向に入射し、前記反射面に対して斜め方向に出射する位置に配置された。 The image forming apparatus according to claim 14 is the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 13 , wherein the optical scanner makes the light beam incident in a direction perpendicular to the reflecting surface. , And arranged at a position where the light is emitted in an oblique direction with respect to the reflection surface.

請求項15に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記光スキャナが、前記光束を前記反射面に対して斜め方向に入射し、前記反射面に対して垂直方向に出射する位置に配置された。 The image forming apparatus according to claim 15 is the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 13 , wherein the optical scanner makes the light beam incident obliquely with respect to the reflection surface. , And arranged at a position where the light exits in a direction perpendicular to the reflecting surface.

請求項16に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記光スキャナが、前記光束を前記反射面に対して斜め方向に入射し、前記反射面に対して入射角とは異なる反射角を有する方向に出射する位置に配置された。 The image forming apparatus according to claim 16 is the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 13 , wherein the optical scanner enters the light beam in an oblique direction with respect to the reflection surface. , And is disposed at a position where the light exits in a direction having a reflection angle different from the incident angle with respect to the reflection surface.

請求項17に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の画像形成装置に加えて、前記光源から出射される光束を、前記光スキャナの前記反射面に対して、前記光束の波長帯域ごとに異なる入射角で出射する光学系を有する。 In addition to the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 16 , the image forming apparatus according to claim 17 causes a light beam emitted from the light source to be incident on the reflection surface of the optical scanner. On the other hand, it has an optical system that emits light at different incident angles for each wavelength band of the luminous flux.

請求項18に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の画像形成装置に加えて、前記光源から出射する光束の波長差に基づき生じる色収差を補正する光学系を有する。 In addition to the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 16 , the image forming apparatus according to claim 18 is an optical that corrects chromatic aberration generated based on a wavelength difference of a light beam emitted from the light source. Has a system.

請求項19に記載の画像形成装置は、請求項18に記載の画像形成装置において、前記色収差を補正する光学系は回折光学素子によって構成されている。 An image forming apparatus according to a nineteenth aspect is the image forming apparatus according to the eighteenth aspect , wherein the optical system for correcting the chromatic aberration is constituted by a diffractive optical element.

請求項20に記載の画像形成装置は、請求項19に記載の画像形成装置において、前記回折光学素子が前記光スキャナの後段に設けられた第2の光スキャナの反射面に設けられている。 According to a twentieth aspect of the present invention , in the image forming apparatus according to the nineteenth aspect , the diffractive optical element is provided on a reflection surface of a second optical scanner provided at a subsequent stage of the optical scanner.

請求項21に記載の画像形成装置は、請求項11から請求項20のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記光スキャナにより走査された光束を眼の網膜上に導くことで画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置である。 The image forming apparatus according to claim 21 is the image forming apparatus according to any one of claims 11 to 20 , wherein an image is guided by guiding a light beam scanned by the optical scanner onto a retina of an eye. This is a retinal scanning image display device that performs projection display.

請求項1に記載の光スキャナによれば、反射面上に回折構造を形成したので、反射光の反射方向を所望の方向に変えることが可能となり、設計の自由度を増すことができる。例えば、入射光を反射面に対して垂直方向に入射しても、反射光を反射面に対して斜め方向に出射することができるので、光スキャナの取付位置の自由度が上がり、光スキャナを含む光学系全体を小型化し得る。   According to the optical scanner of the first aspect, since the diffractive structure is formed on the reflection surface, the reflection direction of the reflected light can be changed to a desired direction, and the degree of design freedom can be increased. For example, even if incident light is incident in a direction perpendicular to the reflecting surface, the reflected light can be emitted in an oblique direction with respect to the reflecting surface. The entire optical system can be reduced in size.

また、上述のように、入射光を反射面に対して垂直方向に入射した場合には、反射面上に形成される入射領域は、入射光の進行方向に対する横断面がそのまま反映されて拡大することはなく、入射光を反射面に対して斜めに入射する場合と比較して、光スキャナの反射面の面積を可及的に小さくすることができる。さらに、回折構造は、少なくとも第1の光束のための第1回折構造と、第2の光束のための第2回折構造とを有するので、波長の異なる赤色、青色、緑色を入射光として同一の入射角で光スキャナの反射面に同時に入射した場合であっても、画像形成に必要な画像光だけを同一方向に送ることができ、波長の相違に基づく色収差の問題を解消できる。 In addition, as described above, when incident light is incident in a direction perpendicular to the reflecting surface, the incident area formed on the reflecting surface is enlarged by reflecting the transverse section with respect to the traveling direction of the incident light as it is. In other words, the area of the reflection surface of the optical scanner can be made as small as possible compared to the case where incident light is incident obliquely with respect to the reflection surface. Furthermore, since the diffractive structure has at least a first diffractive structure for the first light beam and a second diffractive structure for the second light beam, red, blue, and green having different wavelengths are the same as incident light. Even when the light is incident on the reflecting surface of the optical scanner at an incident angle, only the image light necessary for image formation can be sent in the same direction, and the problem of chromatic aberration due to the difference in wavelength can be solved.

請求項2に記載の光スキャナによれば、回折構造は、特定次数の回折光強度を、それ以外の次数の回折光強度よりも強める形状となっているので、反射面へ入射する入射光のうち、画像形成に必要な所望の次数の回折光強度を向上でき、良好な回折効率(入射光強度に対する特定次数の回折光強度比)を得ることができる。   According to the optical scanner of the second aspect, since the diffractive structure has a shape in which the diffracted light intensity of the specific order is stronger than the diffracted light intensity of the other orders, the incident light incident on the reflecting surface Among them, the desired order of diffracted light intensity required for image formation can be improved, and good diffraction efficiency (specific order diffracted light intensity ratio with respect to incident light intensity) can be obtained.

請求項3に記載の光スキャナによれば、走査のために反射面と共に揺動する揺動体を有し、回折構造が、揺動体と同一材料で構成されるので、揺動体と光スキャナの反射面とを一体成形することができ、低コストにデバイスを形成できる。   According to the optical scanner of the third aspect, since the diffractive structure is made of the same material as the oscillating body, the oscillating body oscillates together with the reflecting surface for scanning. The surface can be integrally formed, and the device can be formed at low cost.

請求項4に記載の光スキャナによれば、回折構造が、ウェットエッチング又ドライエッチングにより形成されるので、反射面上の微細な凹凸パターン加工、高硬度の基盤材料の加工も可能であり、力学的な加工応力も発生しないためシリコン等の軟らかい材料も容易に加工できる。   According to the optical scanner of claim 4, since the diffractive structure is formed by wet etching or dry etching, it is possible to process a fine uneven pattern on the reflecting surface and to process a base material with high hardness. Therefore, a soft material such as silicon can be easily processed.

請求項5及び請求項6に記載の光スキャナによれば、走査のために反射面と共に揺動する揺動体を有し、回折構造が、揺動体と異なる材料で形成されるので、例えば、揺動体上に樹脂皮膜を形成し、微細な凹凸パターンが形成された金型を前記樹脂皮膜に対して押し付けることにより金型の凹凸パターンを樹脂皮膜へ転写するナノインプリント方法により形成することにより、微細加工を簡便・低コストに実現でき、ナノスケールの構造体をごく簡単に形成することが可能となる。   According to the optical scanners of the fifth and sixth aspects, the oscillating body that oscillates with the reflecting surface for scanning is provided, and the diffractive structure is formed of a material different from that of the oscillating body. By forming a resin film on the moving body and pressing the mold with a fine concavo-convex pattern against the resin film, it is formed by a nanoimprint method that transfers the concavo-convex pattern of the mold to the resin film. Can be realized simply and at low cost, and a nanoscale structure can be formed very easily.

請求項7に記載の光スキャナによれば、回折構造が、一次元回折格子構造であるので、反射面から出射する反射光の反射方向を任意の方向に一次元的に変化させることができる。   According to the optical scanner of the seventh aspect, since the diffraction structure is a one-dimensional diffraction grating structure, the reflection direction of the reflected light emitted from the reflection surface can be changed one-dimensionally in an arbitrary direction.

請求項8に記載の光スキャナによれば、回折構造が、二次元回折格子構造であるので、反射面から出射する反射光の反射方向を任意の方向に二次元的に変化させることができる。   According to the optical scanner of the eighth aspect, since the diffraction structure is a two-dimensional diffraction grating structure, the reflection direction of the reflected light emitted from the reflection surface can be changed two-dimensionally in an arbitrary direction.

請求項9に記載の光スキャナによれば、回折構造が、入射光を集光または拡散光とするホログラム構造であるので、画像を広範囲に拡大するときは拡散光とし、狭小範囲に縮小するときは集光とするなど、画像形成の自由度が上がる。   According to the optical scanner of claim 9, since the diffractive structure is a hologram structure in which incident light is condensed or diffused light, when the image is enlarged in a wide range, the light is diffused and reduced in a narrow range. Increases the degree of freedom in image formation.

請求項10に記載の光スキャナによれば、回折構造が、入射光を複数の反射光に分割する構造であるので、複数の反射光のうち少なくとも一つを画像形成用の画像光とし、その他の反射光を画像表示のタイミング制御用や走査時間の検出用とする等、分割後の反射光を種々の用途に使い分けることができる。   According to the optical scanner of claim 10, since the diffractive structure is a structure that divides incident light into a plurality of reflected lights, at least one of the plurality of reflected lights is used as image light for image formation, and the others. The divided reflected light can be used for various purposes, such as for controlling the timing of image display and for detecting the scanning time.

請求項11に記載の画像形成装置によれば、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光スキャナを有するので、反射面において形成する最適な回折構造を選択することで、入射光が反射面で反射する反射方向を自由に設定でき、よって、画像形成装置全体の設計の自由度が増し、光学系全体をできるだけ薄く設計するということも可能となる。 According to the image forming apparatus of the eleventh aspect, since the optical scanner according to any one of the first aspect to the ninth aspect is provided, the optimum diffractive structure to be formed on the reflecting surface is selected, so that the incident light is incident. The reflection direction in which the light is reflected by the reflecting surface can be freely set. Therefore, the degree of freedom in designing the entire image forming apparatus is increased, and the entire optical system can be designed as thin as possible.

請求項12に記載の画像形成装置によれば、請求項10に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナの走査により前記光源から出射した光束を、少なくとも2つの光束に分割し、前記分割された光束のうち少なくとも1つの光束を所定の走査方向に走査する走査部と、前記光スキャナによる前記走査の範囲内に配置され、前記分割された光束のうち所定の走査方向以外の他の光束の通過を検出する光検出器と、前記光検出器による検出信号に基づき前記光源から前記光束を出射するタイミングを制御する制御手段とを有するので、光スキャナの反射面に光検出器のための入射光を別途入射させる必要がなくなる。 According to an image forming apparatus of a twelfth aspect , the optical scanner according to the tenth aspect includes the optical scanner according to the tenth aspect, and the light beam emitted from the light source by the scanning of the optical scanner is divided into at least two light beams. A scanning unit that scans at least one light beam in a predetermined scanning direction, and a light beam other than the predetermined scanning direction among the divided light beams, which is disposed within the scanning range by the optical scanner. Since it has a photodetector for detecting the passage and a control means for controlling the timing of emitting the light beam from the light source based on a detection signal from the photodetector, it is incident on the reflecting surface of the optical scanner for the photodetector. There is no need to enter light separately.

請求項13に記載の画像形成装置によれば、遮蔽手段により、走査部により走査された光束のうち、少なくとも第1の光束を透過し、第1の光束に隣接する第1の光束以外の光束を遮蔽するので、反射面において複数に区画された各回折構造において、画像形成に必要な画像光だけを次の光学系へ送り、波長差に基づく反射角の違いにより画像光とは異なる方向へ向かう他の光を次の光学系へ送らずに済み、より高画質な画像形成が可能となる。 According to the image forming apparatus of the thirteenth aspect , light beams other than the first light beam that transmits at least the first light beam and is adjacent to the first light beam among the light beams scanned by the scanning unit by the shielding unit. In each diffractive structure divided into a plurality on the reflecting surface, only the image light necessary for image formation is sent to the next optical system, and in a different direction from the image light due to the difference in reflection angle based on the wavelength difference. It is not necessary to send other light to the next optical system, and image formation with higher image quality is possible.

請求項14、請求項15及び請求項16に記載の画像形成装置によれば、光スキャナの反射面への入射光の入射方向、反射方向を自由に設定できるので、画像形成装置の設計の自由度が拡がり、装置全体の小型化が可能となる。 According to the image forming apparatus of the fourteenth aspect , the fifteenth aspect, and the sixteenth aspect, since the incident direction and the reflection direction of the incident light on the reflection surface of the optical scanner can be freely set, the design freedom of the image forming apparatus is improved. The degree of expansion increases and the entire apparatus can be downsized.

請求項17に記載の画像形成装置によれば、光源から出射される光束を、光スキャナの反射面に対して、光束の波長ごとに異なる入射角で出射する光学系を有するので、反射面での反射角が全光束において同一となるように入射角を調整することができ、光スキャナの反射面の色収差を補正し、より高画質な画像形成が可能となる。 According to the image forming apparatus of the seventeenth aspect, since the optical system emits the light beam emitted from the light source at different incident angles for each wavelength of the light beam with respect to the reflection surface of the optical scanner, The incident angle can be adjusted so that the reflection angle is the same for all light fluxes, and the chromatic aberration of the reflection surface of the optical scanner can be corrected to form an image with higher image quality.

請求項18、請求項19及び請求項20に記載の画像形成装置によれば、光源から出射される光束の波長差に基づき光スキャナにおける光束の反射により生じる色収差を補正する光学系を有するので、光スキャナの反射面に屈折率の異なる物質でコーティングを施して色収差の影響を少なくするなどの措置を採った場合に画像が暗くなる問題やコストがかかるといった問題を回避することができる。 According to the image forming apparatus of claim 18 , claim 19, and claim 20 , since the optical system corrects chromatic aberration caused by reflection of the light beam in the optical scanner based on the wavelength difference of the light beam emitted from the light source, It is possible to avoid the problem that the image becomes dark or expensive when measures such as coating the reflecting surface of the optical scanner with a material having a different refractive index to reduce the influence of chromatic aberration are taken.

請求項21に記載の画像形成装置によれば、光スキャナにより走査された光束を眼の網膜上に導くことで画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置であるので、光スキャナを含む装置全体を可及的に薄型化できる。 According to the image forming apparatus of claim 21 , since the image forming apparatus is a retinal scanning image display apparatus that projects and displays an image by guiding the light beam scanned by the optical scanner onto the retina of the eye, the entire apparatus including the optical scanner Can be made as thin as possible.

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, some of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明の実施形態に従う画像形成装置としての網膜走査型ディスプレイ装置が系統的に表されている。この網膜走査型ディスプレイ装置(以下、「RSD」と略称する。)は、光束としてのレーザビームを、それの波面および強度を適宜変調しつつ、観察者の眼10の瞳孔12を経て網膜14の結像面上に入射させる。このRSDによれば、その結像面上においてレーザビームが2次元的に走査され、それにより、その網膜14上に画像が直接に投影される。   FIG. 1 systematically shows a retinal scanning display device as an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. This retinal scanning display device (hereinafter abbreviated as “RSD”) adjusts the wavefront and intensity of a laser beam as a luminous flux as appropriate through the pupil 12 of the observer's eye 10 and the retina 14. Incident on the image plane. According to this RSD, a laser beam is scanned two-dimensionally on the image plane, and an image is directly projected onto the retina 14.

このRSDは、光源としての光源ユニット20を備え、さらに、その光源ユニット20と観察者の眼10との間において走査装置24を備えている。   This RSD includes a light source unit 20 as a light source, and further includes a scanning device 24 between the light source unit 20 and the eye 10 of the observer.

光源ユニット20は、3原色(RGB)を有する3つのレーザ光を1つのレーザ光に結合して任意色のレーザ光を生成するために、赤色のレーザ光を発するRレーザ30と、緑色のレーザ光を発するGレーザ32と、青色のレーザ光を発するBレーザ34とを備えている。各レーザ30,32,34は、例えば、半導体レーザとして構成することが可能である。   The light source unit 20 includes an R laser 30 that emits red laser light and a green laser in order to combine three laser lights having three primary colors (RGB) into one laser light to generate laser light of an arbitrary color. A G laser 32 that emits light and a B laser 34 that emits blue laser light are provided. Each of the lasers 30, 32, and 34 can be configured as a semiconductor laser, for example.

各レーザ30,32,34から出射したレーザ光は、各コリメート光学系40,42,44によって平行光化された後に、波長依存性を有する各ダイクロイックミラー50,52,54に入射させられる。その後、それらダイクロイックミラー50,52,54により、各レーザ光が波長に関して選択的に反射・透過させられる。   The laser beams emitted from the lasers 30, 32, and 34 are collimated by the collimating optical systems 40, 42, and 44 and then incident on the dichroic mirrors 50, 52, and 54 having wavelength dependency. Thereafter, the laser beams are selectively reflected and transmitted with respect to the wavelength by the dichroic mirrors 50, 52, and 54.

具体的には、Rレーザ30から出射した赤色レーザ光は、コリメート光学系40によって平行光化された後に、ダイクロイックミラー50に入射させられる。Gレーザ32から出射した緑色レーザ光は、コリメート光学系42を経てダイクロイックミラー52に入射させられる。Bレーザ34から出射した青色レーザ光は、コリメート光学系44を経てダイクロイックミラー54に入射させられる。   Specifically, red laser light emitted from the R laser 30 is collimated by the collimating optical system 40 and then incident on the dichroic mirror 50. The green laser light emitted from the G laser 32 is incident on the dichroic mirror 52 through the collimating optical system 42. The blue laser light emitted from the B laser 34 is incident on the dichroic mirror 54 via the collimating optical system 44.

それら3つのダイクロイックミラー50,52,54にそれぞれ入射した3原色のレーザ光は、それら3つのダイクロイックミラー50,52,54を代表する1つのダイクロイックミラー54に最終的に入射して結合され、その後、結合光学系56によって集光される。   The laser beams of the three primary colors incident on the three dichroic mirrors 50, 52, and 54 are finally incident on and combined with one dichroic mirror 54 that represents the three dichroic mirrors 50, 52, and 54. The light is collected by the coupling optical system 56.

以上、光源ユニット20のうち光学的な部分を説明したが、以下、電気的な部分を説明する。   Although the optical part of the light source unit 20 has been described above, the electrical part will be described below.

光源ユニット20は、コンピュータを主体とする信号処理回路60を備えている。信号処理回路60は、外部から供給された映像信号に基づき、各レーザ30,32,34を駆動するための信号処理と、レーザビームの走査を行うための信号処理とを行うように設計されている。   The light source unit 20 includes a signal processing circuit 60 mainly composed of a computer. The signal processing circuit 60 is designed to perform signal processing for driving the lasers 30, 32, and 34 and signal processing for scanning the laser beam based on a video signal supplied from the outside. Yes.

各レーザ30,32,34を駆動するため、信号処理回路60は、外部から供給された映像信号に基づき、網膜14上に投影すべき画像上の各画素ごとに、レーザビームにとって必要な色と強度とを実現するために必要な駆動信号を、各レーザドライバ70,72,74を介して各レーザ30,32,34に供給する。レーザビームの走査を行うための信号処理については後述する。   In order to drive the lasers 30, 32, and 34, the signal processing circuit 60 determines the color necessary for the laser beam for each pixel on the image to be projected on the retina 14 based on the video signal supplied from the outside. A drive signal necessary for realizing the intensity is supplied to each laser 30, 32, 34 via each laser driver 70, 72, 74. Signal processing for scanning with a laser beam will be described later.

また、光源ユニット20は、温度検出器としての温度センサ601を有する温度制御部602を備えている。温度制御部602は、光源ユニット20の温度を測定し、その測定値に基づき光源ユニット20の温度が一定に維持されるように制御する。光源ユニット20の温度が一定に維持されることにより、レーザビームの波長が、光源ユニット20の温度変化の影響を受けて変動することを抑制することができるので、網膜14上に投影される画像の形成をより安定化することができる。なお、温度制御部602は、光源ユニット20の温度を一定に保つために、光源ユニット20の周辺に設けられたペルチェ素子(図示せず)への印加電圧を制御している。   The light source unit 20 includes a temperature control unit 602 having a temperature sensor 601 as a temperature detector. The temperature control unit 602 measures the temperature of the light source unit 20 and controls the temperature of the light source unit 20 to be kept constant based on the measured value. Since the temperature of the light source unit 20 is kept constant, the wavelength of the laser beam can be suppressed from fluctuating under the influence of the temperature change of the light source unit 20, so that the image projected on the retina 14 The formation of can be further stabilized. Note that the temperature control unit 602 controls the voltage applied to a Peltier element (not shown) provided around the light source unit 20 in order to keep the temperature of the light source unit 20 constant.

以上説明した光源ユニット20は、結合光学系56においてレーザビームを出射する。そこから出射したレーザビームは、光伝送媒体としての光ファイバ82と、その光ファイバ82の後端から放射させられるレーザビームを平行光化するコリメート光学系84とをそれらの順に経て走査装置24に入射する。   The light source unit 20 described above emits a laser beam in the coupling optical system 56. The laser beam emitted therefrom passes through an optical fiber 82 as an optical transmission medium and a collimating optical system 84 for collimating the laser beam emitted from the rear end of the optical fiber 82 to the scanning device 24 in that order. Incident.

走査装置24は、水平走査系100と垂直走査系102とを備えている。   The scanning device 24 includes a horizontal scanning system 100 and a vertical scanning system 102.

水平走査系100は、表示すべき画像の1フレームごとに、レーザビームを水平な複数の走査線に沿って水平にラスタ走査する水平走査を行う光学系である。これに対し、垂直走査系102は、表示すべき画像の1フレームごとに、レーザビームを最初の走査線から最後の走査線に向かって垂直に走査する垂直走査を行う光学系である。水平走査系100は、垂直走査系102より高速にすなわち高周波数でレーザビームを走査するように設計されている。   The horizontal scanning system 100 is an optical system that performs horizontal scanning in which a laser beam is raster-scanned horizontally along a plurality of horizontal scanning lines for each frame of an image to be displayed. On the other hand, the vertical scanning system 102 is an optical system that performs vertical scanning in which a laser beam is scanned vertically from the first scanning line toward the last scanning line for each frame of an image to be displayed. The horizontal scanning system 100 is designed to scan the laser beam at a higher speed, that is, at a higher frequency than the vertical scanning system 102.

水平走査系100は、本実施形態においては、機械的偏向を行う反射面を備えた弾性体の振動によってその反射面を揺動させることにより水平走査を行う光スキャナ104を備えている。光スキャナ104は、信号処理回路60から供給される水平同期信号に基づいて制御される。光スキャナ104の構成及び動作については後述する。   In the present embodiment, the horizontal scanning system 100 includes an optical scanner 104 that performs horizontal scanning by swinging the reflecting surface by the vibration of an elastic body having a reflecting surface that performs mechanical deflection. The optical scanner 104 is controlled based on the horizontal synchronization signal supplied from the signal processing circuit 60. The configuration and operation of the optical scanner 104 will be described later.

光スキャナ104によって水平走査されたレーザビームは、図1に示すように、リレー光学系194によって垂直走査系102に伝送される。   The laser beam horizontally scanned by the optical scanner 104 is transmitted to the vertical scanning system 102 by the relay optical system 194 as shown in FIG.

図1に示すように、このRSDは、光検出器としてのビームディテクタ200を定位置に備えている。ビームディテクタ200は、光スキャナ104によって偏向されたレーザビームを検出することにより、そのレーザビームの主走査方向における位置を検出するために設けられている。ビームディテクタ200の一例は、ホトダイオードである。ビームディテクタ200によるレーザビームの主走査方向における位置検出については後述する。   As shown in FIG. 1, the RSD includes a beam detector 200 as a photodetector at a fixed position. The beam detector 200 is provided to detect the position of the laser beam in the main scanning direction by detecting the laser beam deflected by the optical scanner 104. An example of the beam detector 200 is a photodiode. The position detection of the laser beam in the main scanning direction by the beam detector 200 will be described later.

垂直走査系102は、図1に示すように、機械的偏向を行う揺動ミラーとしてのガルバノミラー210を備えている。ガルバノミラー210には、水平走査系100から出射したレーザビームがリレー光学系194によって集光されて入射するようになっている。このガルバノミラー210は、垂直走査駆動回路211により、ガルバノミラー210に入射したレーザビームの光軸と交差する回転軸線まわりに揺動させられる。このガルバノミラー210の起動タイミングおよび回転速度は、信号処理回路60から供給される垂直同期信号に基づいて制御される。   As shown in FIG. 1, the vertical scanning system 102 includes a galvanometer mirror 210 as a swinging mirror that performs mechanical deflection. The laser beam emitted from the horizontal scanning system 100 is collected by the relay optical system 194 and enters the galvanometer mirror 210. The galvanometer mirror 210 is swung around a rotation axis that intersects the optical axis of the laser beam incident on the galvanometer mirror 210 by the vertical scanning drive circuit 211. The start timing and rotation speed of the galvanometer mirror 210 are controlled based on the vertical synchronization signal supplied from the signal processing circuit 60.

以上説明した水平走査系100と垂直走査系102との共同により、レーザビームが2次元的に走査され、その走査されたレーザビームによって表現される画像が、リレー光学系214を経て観察者の眼10に照射される。本実施形態においては、リレー光学系214が、光路上において複数個の光学素子215,218を並んで備えている。   In cooperation with the horizontal scanning system 100 and the vertical scanning system 102 described above, the laser beam is scanned two-dimensionally, and an image represented by the scanned laser beam passes through the relay optical system 214 to the eyes of the observer. 10 is irradiated. In the present embodiment, the relay optical system 214 includes a plurality of optical elements 215 and 218 arranged side by side on the optical path.

以上、本発明の実施形態に従う画像形成装置としての網膜走査型ディスプレイ装置の全体構成及び動作について説明したが、次に、光スキャナ104の構成及び動作について詳細に説明する。   The overall configuration and operation of the retinal scanning display device as the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention have been described above. Next, the configuration and operation of the optical scanner 104 will be described in detail.

図2には、光スキャナ104が組立て状態で、斜視図で示されている。これに対し、図3には、光スキャナ104が分解斜視図で示されている。図2および図3に示すように、光スキャナ104は、本体部110がベース112に装着されて構成されている。   FIG. 2 is a perspective view of the optical scanner 104 in an assembled state. On the other hand, FIG. 3 shows the optical scanner 104 in an exploded perspective view. As shown in FIGS. 2 and 3, the optical scanner 104 is configured by mounting a main body 110 on a base 112.

本体部110は、シリコン等、弾性を有する材料を用いて形成されている。本体部110の厚さは、約100μmとされている。本体部110は、図3の上部に示すように、概略的には、光が通過し得る貫通穴114を有して薄板長方形状を成している。本体部110は、外側には固定枠116を備え、一方、内側には、反射面120が形成された反射ミラー部122を有する揺動体124を備えている。反射面120は、後述するように本発明の特徴である回折構造401により形成されている。   The main body 110 is formed using an elastic material such as silicon. The thickness of the main body 110 is about 100 μm. As shown in the upper part of FIG. 3, the main body 110 generally has a thin plate rectangular shape having a through hole 114 through which light can pass. The main body 110 includes a fixed frame 116 on the outer side, and an oscillating body 124 having a reflection mirror unit 122 having a reflection surface 120 formed on the inner side. The reflection surface 120 is formed by a diffractive structure 401 that is a feature of the present invention, as will be described later.

このような本体部110の構成に対応して、ベース112は、図3の下部に示すように、本体部110との装着状態において固定枠116が装着されるべき支持部130と、揺動体124と対向する凹部132とを有するように構成されている。凹部132は、本体部110をベース112に装着した状態において、揺動体124が振動によって変位してもベース112と干渉しない形状を有するために形成されている。   Corresponding to the configuration of the main body 110, the base 112 includes a support portion 130 to which the fixed frame 116 is to be attached and a rocking body 124 in the attached state with the main body 110 as shown in the lower part of FIG. 3. And a concave portion 132 that faces each other. The recess 132 is formed so as to have a shape that does not interfere with the base 112 even when the swinging body 124 is displaced by vibration in a state where the main body 110 is mounted on the base 112.

図3に示すように、反射ミラー部122の反射面120は、それの対称中心線でもある揺動軸線134を中心として揺動させられる。揺動体124は、さらに、その反射ミラー部122からそれと同一面上に延びて、その反射ミラー部122を固定枠116に接合するはり部140を備えている。本実施形態においては、反射ミラー部122の両側から一対のはり部140,140がそれぞれ互いに逆向きに延び出している。   As shown in FIG. 3, the reflecting surface 120 of the reflecting mirror section 122 is swung around a swing axis 134 that is also a symmetrical centerline thereof. The oscillating body 124 further includes a beam portion 140 that extends from the reflection mirror portion 122 on the same plane as that, and joins the reflection mirror portion 122 to the fixed frame 116. In the present embodiment, a pair of beam portions 140 and 140 extend in opposite directions from both sides of the reflection mirror portion 122.

各はり部140は、1個のミラー側板ばね部142と、一対の枠側板ばね部144,144と、それらミラー側板ばね部142と一対の枠側板ばね部144,144とを互いに接続する接続部146とを含むように構成されている。   Each beam portion 140 includes one mirror side leaf spring portion 142, a pair of frame side leaf spring portions 144, 144, and a connecting portion that connects the mirror side leaf spring portion 142 and the pair of frame side leaf spring portions 144, 144 to each other. 146.

各はり部140においては、ミラー側板ばね部142が、反射ミラー部122のうち揺動軸線134上において互いに対向する一対の縁の一方から、対応する接続部146まで延びている。接続部146は、揺動軸線134と直行する方向に延びている。さらに、各はり部140においては、一対の枠側板ばね部144,144が、対応する接続部146の端部から、揺動軸線134に対して互いに逆向きにオフセットする姿勢で、揺動軸線134に沿って固定枠116まで延びている。   In each beam portion 140, the mirror side leaf spring portion 142 extends from one of a pair of edges facing each other on the swing axis 134 of the reflection mirror portion 122 to the corresponding connection portion 146. The connecting portion 146 extends in a direction perpendicular to the swing axis 134. Further, in each beam portion 140, the pair of frame side leaf spring portions 144 and 144 are offset from the ends of the corresponding connection portions 146 in the opposite directions with respect to the swing axis 134, and the swing axis 134. Extending to the fixed frame 116.

各はり部140においては、図3に示すように、一対の枠側板ばね部144,144のそれぞれに、固定枠116に及ぶ姿勢で、圧電体150,152,154,156が取り付けられている。各圧電体150,152,154,156は、図4に示すように、圧電素子160を主体として構成されている。   In each beam portion 140, as shown in FIG. 3, piezoelectric bodies 150, 152, 154, and 156 are attached to the pair of frame-side leaf spring portions 144 and 144 in a posture that reaches the fixed frame 116, respectively. Each of the piezoelectric bodies 150, 152, 154, and 156 is mainly composed of a piezoelectric element 160 as shown in FIG.

圧電素子160は、薄板状を成して揺動体124の片面に貼り付けられている。圧電素子160は、その貼付面と直角な方向において上部電極162と下部電極164とによって挟まれており、それにより、各圧電体150,152,154,156が構成されている。図3および図4に示すように、上部電極162と下部電極164とはそれぞれ、各リード線166により、固定枠116に設置された一対の入力端子168,168に接続されている。   The piezoelectric element 160 has a thin plate shape and is attached to one surface of the oscillator 124. The piezoelectric element 160 is sandwiched between the upper electrode 162 and the lower electrode 164 in a direction perpendicular to the sticking surface thereof, thereby constituting each piezoelectric body 150, 152, 154, 156. As shown in FIGS. 3 and 4, the upper electrode 162 and the lower electrode 164 are respectively connected to a pair of input terminals 168 and 168 installed on the fixed frame 116 by respective lead wires 166.

図3に示すように、本実施形態においては、4個の圧電体150,152,154,156が、反射ミラー部122を隔てた一対の対向位置に2個ずつ、かつ、揺動軸線134に関して互いに線対称的に配置されている。それら4個の圧電体150,152,154,156のうち、一方の対向位置に配置されている2個の圧電体150,154(図3において右側に位置する)が第1対を成し、他方の対向位置に配置されている2個の圧電体152,156(図3において左側に位置する)が第2対を成している。   As shown in FIG. 3, in this embodiment, four piezoelectric bodies 150, 152, 154, and 156 are provided at two pairs at opposite positions with the reflecting mirror portion 122 interposed therebetween, and with respect to the swing axis 134. They are arranged symmetrically with each other. Among these four piezoelectric bodies 150, 152, 154, 156, two piezoelectric bodies 150, 154 (located on the right side in FIG. 3) arranged at one facing position form a first pair, Two piezoelectric bodies 152 and 156 (located on the left side in FIG. 3) arranged at the other facing position form a second pair.

本実施形態においては、第1対を成す2個の圧電体150,154がそれぞれ駆動源として機能し、揺動体124を揺動軸線134のまわりに捻じり振動させて揺動させる。そのため、各圧電体150,154においては、上部電極162と下部電極164とに電圧が印加され、それにより、その印加方向と直交する向きすなわち長さ方向の変位が各圧電体150,154に発生させられる。   In the present embodiment, the two piezoelectric bodies 150 and 154 forming the first pair function as drive sources, respectively, and swing the oscillator 124 by torsionally oscillating around the oscillation axis 134. Therefore, in each piezoelectric body 150, 154, a voltage is applied to the upper electrode 162 and the lower electrode 164, and thereby a displacement in the direction orthogonal to the application direction, that is, the length direction is generated in each piezoelectric body 150, 154. Be made.

この変位により、図5に示すように、はり部140に屈曲すなわち反りが発生する。この屈曲は、はり部140のうち固定枠116との接続部を固定端とする一方、反射ミラー部122との接続部を自由端として行われる。その結果、その屈曲の向きが上向きであるか下向きであるかにより、自由端が上向きまたは下向きに変位する。   Due to this displacement, as shown in FIG. 5, the beam portion 140 is bent, that is, warped. This bending is performed with the connection portion with the fixed frame 116 of the beam portion 140 as a fixed end and the connection portion with the reflection mirror portion 122 as a free end. As a result, the free end is displaced upward or downward depending on whether the bending direction is upward or downward.

第1対を成す2個の圧電体150および154は、それぞれの圧電素子160の自由端が互いに逆向きに変位するように屈曲させられる。その結果、反射ミラー部122は、図5に示すように、揺動軸線134のまわりに回転させられる。   The two piezoelectric bodies 150 and 154 forming the first pair are bent so that the free ends of the respective piezoelectric elements 160 are displaced in directions opposite to each other. As a result, the reflection mirror unit 122 is rotated around the swing axis 134 as shown in FIG.

以上要するに、各枠側板ばね部144は、それに貼り付けられた圧電素子160の直線変位を屈曲運動に変換する機能を有し、接続部146は、各枠側板ばね部144の屈曲運動をミラー側板ばね部142の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部142の回転運動に変換する機能を有しているのである。そのミラー側板ばね部142の回転運動によって反射ミラー部122が回転させられる。   In short, each frame side leaf spring portion 144 has a function of converting the linear displacement of the piezoelectric element 160 attached thereto into a bending motion, and the connection portion 146 converts the bending motion of each frame side leaf spring portion 144 into the mirror side plate. It has a function of converting into the rotational motion of the spring part 142. The mirror side leaf spring portion 142 has a function of converting into a rotational motion. The reflection mirror 122 is rotated by the rotational movement of the mirror side leaf spring 142.

本実施形態においては、第1対を成す2個の圧電体150および154を互いに逆向きに変位させることにより、反射ミラー部122にそれの揺動軸線134まわりの往復回転運動すなわち揺動運動が発生させられる。このことを実現するために、第1対を成す2個の圧電体150および154に交番電圧が互いに逆位相で印加される。その結果、第1対を成す2個の圧電体150および154の一方が、図3において下向きに撓んだ場合には、他方が、同図において上向きに撓むこととなる。   In the present embodiment, by reciprocally displacing the two piezoelectric bodies 150 and 154 forming the first pair, the reciprocating rotational motion, that is, the rocking motion around the rocking axis 134 is caused to the reflection mirror portion 122. Be generated. In order to realize this, alternating voltages are applied to the two piezoelectric members 150 and 154 forming the first pair in opposite phases. As a result, when one of the two piezoelectric bodies 150 and 154 forming the first pair bends downward in FIG. 3, the other bends upward in FIG.

次に、光スキャナ104の反射面120に形成された反射型の回折構造401の構成について詳細に説明する。   Next, the configuration of the reflective diffraction structure 401 formed on the reflective surface 120 of the optical scanner 104 will be described in detail.

図6は、光スキャナ104の反射面120に形成された回折構造401の拡大図を示したものである。この回折構造401は、反射面上に断面が鋸刃状の多数の溝499を互いに平行になるよう格子状に形成しており、ブレーズド型と呼ばれるものであり、一次元回折格子の一種である。   FIG. 6 is an enlarged view of the diffractive structure 401 formed on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104. This diffractive structure 401 has a plurality of grooves 499 having a sawtooth cross section formed on a reflection surface in a lattice shape so as to be parallel to each other, and is called a blazed type, which is a kind of one-dimensional diffraction grating. .

回折構造401は、この多数の溝499の間の滑らかな面で反射される光の間で干渉が生じる回折現象を利用することにより、光源ユニット20から入射されるレーザビームを所望の角度に反射するものである。   The diffractive structure 401 reflects the laser beam incident from the light source unit 20 at a desired angle by using a diffraction phenomenon in which interference occurs between the light reflected by the smooth surface between the plurality of grooves 499. To do.

また、回折構造401は、ナノインプリント方法によって形成される。すなわち、揺動体124の形状が形成されたシリコン等の基板上に樹脂皮膜を形成し、微細な凹凸パターンが形成された金型を当該樹脂皮膜に押し付けることにより、金型の凹凸パターンを当該樹脂皮膜へ転写するのである。   The diffractive structure 401 is formed by a nanoimprint method. That is, a resin film is formed on a substrate made of silicon or the like on which the shape of the oscillating body 124 is formed, and a mold having a fine uneven pattern is pressed against the resin film, whereby the uneven pattern of the mold is changed to the resin. It is transferred to the film.

ここで、図8を用いて、回折構造401における回折現象について簡単に説明する。図8に示すように、入射光が回折構造401に入射角αで入射した場合、波長λの反射光が回折角βで回折する。ここで、入射光とは、レーザビームのうち光スキャナの反射面に入射するものをいう。また、回折光とは、反射光のうち光スキャナの反射面に形成された回折構造により回折したものをいう。この時、次式が成立する。   Here, the diffraction phenomenon in the diffraction structure 401 will be briefly described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, when incident light is incident on the diffractive structure 401 at an incident angle α, reflected light having a wavelength λ is diffracted at a diffraction angle β. Here, the incident light refers to a laser beam incident on the reflection surface of the optical scanner. Further, diffracted light refers to reflected light diffracted by a diffractive structure formed on the reflecting surface of the optical scanner. At this time, the following equation holds.

Figure 0004715595
ここで、d:格子溝間隔
α:入射角(入射光と回折構造法線とのなす角)
β:回折角(回折光と回折構造法線とのなす角)
m:回折次数(m≧0の整数)
λ:波長すなわち、光路差が波長の整数m倍となる場合に、回折角βの方向の光が強め合うこととなる。
Figure 0004715595
Where d: grating groove spacing α: incident angle (angle formed between incident light and diffraction structure normal)
β: Diffraction angle (angle between diffracted light and diffraction structure normal)
m: diffraction order (m ≧ 0 integer)
λ: Wavelength, that is, when the optical path difference is an integer m times the wavelength, the light in the direction of the diffraction angle β is intensified.

よって、光スキャナ104の反射面120に形成された回折構造401により、反射面120に入射するレーザビームを所望の反射角βの方向に出射する構成が可能となる。   Therefore, the diffractive structure 401 formed on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 can be configured to emit a laser beam incident on the reflection surface 120 in the direction of a desired reflection angle β.

本実施形態においては、図9に示すように、光スキャナ104は、レーザビームが反射面120に対して垂直方向に入射し、反射面120に対して所望の反射角βの方向に出射する回折構造401を反射面120に形成している。   In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the optical scanner 104 has a diffraction in which a laser beam is incident on the reflecting surface 120 in a direction perpendicular to the reflecting surface 120 and is emitted in the direction of a desired reflection angle β with respect to the reflecting surface 120. A structure 401 is formed on the reflective surface 120.

かかる構成によれば、進行方向に対して横断面453が径aの円形状であるレーザビームが、光スキャナ104の反射面120に対して入射すると、レーザビームの入射領域454は、横断面453と同一形状である径aの円形状となる。   According to such a configuration, when a laser beam having a circular shape with a cross section 453 having a diameter a with respect to the traveling direction is incident on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104, the incident region 454 of the laser beam has a cross section 453. And a circular shape with a diameter a which is the same shape as the above.

これに対し、図10に示すように、従来の光スキャナ300は、鏡面処理が施された反射面302に対して入射角αで斜めに入射したレーザビームが、鏡面反射により反射面120に対して入射角αの方向と同一の反射角β方向に出射する構成である。   On the other hand, as shown in FIG. 10, in the conventional optical scanner 300, a laser beam incident obliquely at an incident angle α with respect to the reflection surface 302 subjected to the mirror surface treatment is reflected on the reflection surface 120 by mirror reflection. Thus, the light is emitted in the same reflection angle β direction as the incident angle α.

かかる構成によれば、進行方向に対して横断面303が径aの円形状であるレーザビームが、従来の光スキャナ300の反射面302に対して入射すると、レーザビームの入射領域304は、楕円形状となり、横断面303よりも大きくなる。   According to such a configuration, when a laser beam having a circular shape with a cross section 303 having a diameter a with respect to the traveling direction is incident on the reflection surface 302 of the conventional optical scanner 300, the incident region 304 of the laser beam is elliptical. The shape becomes larger than the cross section 303.

したがって、本実施形態の光スキャナ104おいては、反射面120に対して、同一径aの円形状レーザビームを入射した場合に、反射面120の面積が小さくて済み、光スキャナ104を含む装置全体を小型化することが可能となる。さらに図7に記載したように反射ミラー86を設けて、光路を折り曲げる構成とすることで光スキャナ104を含む装置全体を薄型にすることが可能となる。   Therefore, in the optical scanner 104 of the present embodiment, when a circular laser beam having the same diameter a is incident on the reflecting surface 120, the area of the reflecting surface 120 can be small, and the apparatus including the optical scanner 104 The whole can be downsized. Further, as shown in FIG. 7, by providing the reflecting mirror 86 and bending the optical path, the entire apparatus including the optical scanner 104 can be made thin.

以上は、光スキャナ104について、レーザビームが反射面120に対して垂直方向に入射され、出射光1が反射面120に対して斜め方向に出射される配置とできるように反射面120の回折構造401を形成することについて説明したが、その他に、図11に示すように、レーザビームが光スキャナ104の反射面120に対して入射角αで斜め方向に入射され、反射面120に対して垂直方向に出射される配置となるように反射面120の回折構造401を形成してもよい。また、図12に示すように、光スキャナ104について、レーザビームが反射面120に対して入射角αで斜め方向に入射され、反射面120に対して入射角αとは異なる反射角(回折角)βとなる方向に出射される配置となるように反射面120を形成してもよい。   The above is a diffractive structure of the reflecting surface 120 so that the laser scanner 104 can be arranged so that the laser beam is incident on the reflecting surface 120 in the vertical direction and the emitted light 1 is emitted obliquely with respect to the reflecting surface 120. In addition, the formation of 401 has been described. In addition, as shown in FIG. 11, the laser beam is incident on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 in an oblique direction at an incident angle α and is perpendicular to the reflection surface 120. The diffractive structure 401 of the reflecting surface 120 may be formed so as to be arranged in the direction. In addition, as shown in FIG. 12, with respect to the optical scanner 104, the laser beam is incident on the reflecting surface 120 in an oblique direction at an incident angle α, and the reflecting angle (diffraction angle) is different from the incident angle α with respect to the reflecting surface 120. ) The reflective surface 120 may be formed so as to be arranged in the direction of β.

このように光スキャナ104の反射面に回折構造401を用いることにより、入射するレーザビームを所望の角度で反射させ、光スキャナ104から出射する画像形成用の画像光を所望の方向に設定することができる。   By using the diffraction structure 401 on the reflection surface of the optical scanner 104 in this way, the incident laser beam is reflected at a desired angle, and the image forming image light emitted from the optical scanner 104 is set in a desired direction. Can do.

なお、上記回折構造401においては、特定次数の回折光の強度をその他の次数の回折光の強度よりも強める構成(たとえば、図8に示すようなブレーズド型の一次元回折格子など)とすることにより、回折効率の低下を抑えることが望ましい。   The diffractive structure 401 has a configuration in which the intensity of diffracted light of a specific order is made stronger than the intensity of diffracted light of other orders (for example, a blazed one-dimensional diffraction grating as shown in FIG. 8). Therefore, it is desirable to suppress a decrease in diffraction efficiency.

次に、回折構造401によって生成される複数次数の回折光のうち特定次数の回折光を画像形成用の画像光として使用することに加え、他の次数の回折光を利用する例について説明する。ここでは、一例として、光スキャナ104の反射面120の揺動位置を検出(以下、「揺動位置検出」と呼ぶ。)するために用いる例について説明する。   Next, an example in which diffracted light of a specific order among the diffracted lights of a plurality of orders generated by the diffractive structure 401 is used as image light for image formation, and other orders of diffracted light are used will be described. Here, as an example, an example used to detect the swing position of the reflecting surface 120 of the optical scanner 104 (hereinafter referred to as “swing position detection”) will be described.

図13は、特定次数の回折光を画像形成用の画像光としての出射光1とし、その他の一の次数の回折光を揺動位置検出用の画像光としての出射光2とする回折構造401をその反射面120に採用した光スキャナ104の例を模式的に表した図である。   FIG. 13 shows a diffractive structure 401 in which diffracted light of a specific order is emitted light 1 as image light for image formation, and the other diffracted light of another order is emitted light 2 as image light for detecting a swing position. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of an optical scanner 104 that employs the reflection surface 120 of FIG.

この図13に示すように、光スキャナ104の反射面120に対して垂直方向に入射したレーザビームは、回折構造401を有する反射面120によって、出射光1及び出射光2として互いに異なる反射方向に分割される。出射光1は、画像形成用の画像光として、図示しない次のリレー光学系194に送られる。一方、出射光2は、定位置に備えられたビームディテクタ200に入射する。ビームディテクタ200は、出射光2を検出して揺動位置検出を行うことにより、出射光1の走査位置を検出する。   As shown in FIG. 13, the laser beam incident in the direction perpendicular to the reflection surface 120 of the optical scanner 104 is reflected in different reflection directions as the outgoing light 1 and the outgoing light 2 by the reflective surface 120 having the diffractive structure 401. Divided. The emitted light 1 is sent to the next relay optical system 194 (not shown) as image light for image formation. On the other hand, the emitted light 2 is incident on a beam detector 200 provided at a fixed position. The beam detector 200 detects the scanning position of the emitted light 1 by detecting the emitted light 2 and detecting the swing position.

ビームディテクタ200による揺動位置検出について図14及び図15を用いて具体的に説明する。図14に示すように、ビームディテクタ200は、出射光2の通過を検出すると、出射光2がビームディテクタ200の設置位置D点に到達したことを示す信号をBD信号として出力し、その出力されたBD信号は図示しない信号処理回路60に供給される。図14、15に示すように、このビームディテクタ200から出力されたBD信号に応答し、信号処理回路60は、ビームディテクタ200が設置位置D点で出射光2を検出した時点から往路画像開始位置E点に到達するまでの設定時間t1が経過するのを待って、必要な駆動信号EFを図示しない各レーザドライバ70,72,74に供給する。   The swing position detection by the beam detector 200 will be specifically described with reference to FIGS. As shown in FIG. 14, when the beam detector 200 detects the passage of the emitted light 2, the beam detector 200 outputs a signal indicating that the emitted light 2 has reached the installation position D of the beam detector 200 as a BD signal, and outputs the signal. The BD signal is supplied to a signal processing circuit 60 (not shown). As shown in FIGS. 14 and 15, in response to the BD signal output from the beam detector 200, the signal processing circuit 60 starts the forward image start position from the time when the beam detector 200 detects the emitted light 2 at the installation position D. After waiting for the set time t1 to reach point E, a necessary drive signal EF is supplied to each laser driver 70, 72, 74 (not shown).

その後、出射光2が往路画像開始位置E点を通過した時点から、復路画像開始位置F点を通過し、復路最大振幅位置C点で折り返して、再び復路画像開始位置F点を通過するまでの設定時間t2が経過するのを待って、再び駆動信号EFを各レーザドライバ70,72,74に供給する。出射光1の走査振幅と出射光2の走査振幅は同一であるので、かかる信号処理により、画像光としての出射光1の実際位置が検出され、さらに画像表示開始タイミングが決定され、その決定された画像表示開始タイミングで画像表示が開始される。よって、画像信号とレーザビーム走査位置との対応が確実となる。   Thereafter, from when the outgoing light 2 passes the forward path image start position E, it passes through the backward path image start position F, turns back at the maximum backward path amplitude position C, and passes again through the backward path image start position F. Waiting for the set time t2 to elapse, the drive signal EF is supplied to the laser drivers 70, 72, 74 again. Since the scanning amplitude of the outgoing light 1 and the scanning amplitude of the outgoing light 2 are the same, the actual position of the outgoing light 1 as the image light is detected by such signal processing, and the image display start timing is further determined. The image display is started at the image display start timing. Therefore, the correspondence between the image signal and the laser beam scanning position is ensured.

なお、出射光1や出射光2は、図16に示すように、ビーム径が進行方向に対して徐々に小さくなる集光として出射する回折構造(例えば、図17に示すホログラム構造など)を反射面120に採用するようにしてもよい。このように出射光を集光させることによって、光スキャナ104の反射面120に入射するレーザビームの入射光量が小さい場合であっても、出射光1及び出射光2の出射光量を大きくすることができる。よって、レーザビームの入射光量を抑えつつ、出射光1については、より鮮明な画像光とすることができ、出射光2については、ビームディテクタ200による揺動位置検出をより確実なものとすることができる。   As shown in FIG. 16, the outgoing light 1 and the outgoing light 2 reflect a diffractive structure (eg, a hologram structure shown in FIG. 17) that is emitted as a condensed light whose beam diameter gradually decreases with respect to the traveling direction. The surface 120 may be adopted. By condensing the emitted light in this way, the emitted light amounts of the emitted light 1 and the emitted light 2 can be increased even when the incident light amount of the laser beam incident on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104 is small. it can. Therefore, the emitted light 1 can be made clearer image light while suppressing the amount of incident light of the laser beam, and the oscillation position detection by the beam detector 200 can be made more reliable for the emitted light 2. Can do.

また逆に、出射光1や出射光2は、図18に示すように、ビーム径が進行方向に対して徐々に大きくなる拡散光として出射する回折構造を反射面120に採用するようにしてもよい。このように出射光を拡散光とすることによって、出射光1については、より広範囲の画像形成が可能となる。また、出射光2については、レーザビームの入射光量を上げることにより、ビームディテクタ200による揺動位置検出をより確実なものとすることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 18, the reflecting surface 120 employs a diffractive structure that emits diffused light whose beam diameter gradually increases with respect to the traveling direction. Good. In this way, by using the emitted light as the diffused light, a wider range of image formation is possible for the emitted light 1. Further, with respect to the emitted light 2, it is possible to make the detection of the swing position by the beam detector 200 more reliable by increasing the incident light amount of the laser beam.

以上、光スキャナ104の反射面120に形成された回折構造401の構成について説明したが、本実施形態はかかる構成に限定されるものではない。   The configuration of the diffractive structure 401 formed on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 has been described above, but the present embodiment is not limited to such a configuration.

ところで、上述の通り、回折構造は、波長(色)によって回折角が異なるという特徴を有するが、この特徴のため、光スキャナ104の反射面120に複数色から成るレーザビームが入射した場合に、最終的に観察者の網膜14に形成される画像にずれが発生する。かかる現象を色収差というが、以下、色収差を補正するための3つの構成について説明する。   By the way, as described above, the diffractive structure has a characteristic that the diffraction angle varies depending on the wavelength (color), and due to this characteristic, when a laser beam having a plurality of colors is incident on the reflection surface 120 of the optical scanner 104, Finally, a deviation occurs in the image formed on the retina 14 of the observer. Although this phenomenon is called chromatic aberration, three configurations for correcting chromatic aberration will be described below.

まず、図19を用いて、光スキャナ104の反射面120に形成された回折構造401を利用して色収差を補正する第1の構成について説明する。図19(a)は、光スキャナ104の反射面120における任意の範囲Q部の拡大図である。図19(a)に示すように、本実施形態において、光スキャナ104の反射面120に形成された回折構造401は、それぞれ赤色光用の回折構造R、緑色光用の回折構造G、青色光用の回折構造Bに複数に区分され、回折構造R,G,Bの順で規則的に配置されている。図19(b)は、図19(a)における光スキャナ104のP−P断面図である。また、光スキャナ104と図示しないリレー光学系194との間には、特定の方向の光しか透過しない遮蔽手段としての遮蔽板801が設置されている。ここでは、説明の簡単のため、出射光2を図示せず、出射光1だけを図示して説明する。   First, a first configuration for correcting chromatic aberration using the diffraction structure 401 formed on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 will be described with reference to FIG. FIG. 19A is an enlarged view of an arbitrary range Q portion on the reflection surface 120 of the optical scanner 104. As shown in FIG. 19A, in this embodiment, the diffractive structures 401 formed on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104 are a diffractive structure R for red light, a diffractive structure G for green light, and a blue light, respectively. The diffraction structure B is divided into a plurality of diffraction structures B, and the diffraction structures R, G, and B are regularly arranged in this order. FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the line PP of the optical scanner 104 in FIG. Further, a shielding plate 801 as a shielding unit that transmits only light in a specific direction is installed between the optical scanner 104 and a relay optical system 194 (not shown). Here, for simplicity of explanation, the outgoing light 2 is not shown, and only the outgoing light 1 is shown and described.

回折構造R,G,Bは、それぞれ、異なる幾何的形状を有し、レーザビームが反射面120に対して垂直方向に入射すると、それぞれ回折構造Rにおいては赤色光、回折構造Gにおいては緑色光、回折構造Bにおいては青色光が、図示しない次のリレー光学系194へ向かって、出射光1として出射するように配置されている。   The diffractive structures R, G, and B have different geometric shapes. When the laser beam is incident on the reflecting surface 120 in the vertical direction, the diffractive structure R has red light and the diffractive structure G has green light. In the diffractive structure B, the blue light is arranged to be emitted as the outgoing light 1 toward the next relay optical system 194 (not shown).

具体的には、回折構造Rに入射したレーザビームは、レーザビームを構成する3原色(赤色、緑色、青色)のうち赤色の波長帯域にある赤色光R1だけが、回折によりリレー光学系194へと出射され、その他の緑色及び青色の波長帯域にある光(それぞれ緑色光G1、青色光B1とする。)は、リレー光学系194へは向かわずに異なる方向に出射される。   Specifically, the laser beam incident on the diffractive structure R is only diffracted by the red light R1 in the red wavelength band among the three primary colors (red, green, and blue) constituting the laser beam to the relay optical system 194 by diffraction. The other light in the green and blue wavelength bands (referred to as green light G1 and blue light B1, respectively) is emitted in different directions without going to the relay optical system 194.

また、遮蔽板801は、緑色光G1及び青色光B1を遮蔽し、赤色光R1のみを透過してリレー光学系194へと送る。   The shielding plate 801 shields the green light G1 and the blue light B1, transmits only the red light R1, and sends it to the relay optical system 194.

同様に、回折構造Gに入射したレーザビームは、緑色の波長帯域にある緑色光G2だけが、回折により回折角βの方向に出射され、遮蔽板801を透過する。回折構造Bに入射したレーザビームは、青色の波長帯域にある青色光B3だけが、回折により回折角βの方向に出射され、遮蔽板801を透過する。   Similarly, in the laser beam incident on the diffractive structure G, only the green light G2 in the green wavelength band is emitted in the direction of the diffraction angle β by diffraction and passes through the shielding plate 801. In the laser beam incident on the diffractive structure B, only the blue light B3 in the blue wavelength band is emitted in the direction of the diffraction angle β by diffraction and passes through the shielding plate 801.

すなわち、赤色光R1、緑色光G2及び青色光B3は、遮蔽板801を介して出射光1として同一の方向に出射されるので、色収差は補正されることとなる。   That is, since the red light R1, the green light G2, and the blue light B3 are emitted in the same direction as the emitted light 1 through the shielding plate 801, the chromatic aberration is corrected.

よって、リレー光学系194へ送られた出射光1は、色収差が補正された状態で画像形成用の画像光として用いられるので、より高画質の画像形成が可能となる。   Therefore, since the emitted light 1 sent to the relay optical system 194 is used as image light for image formation in a state where chromatic aberration is corrected, higher-quality image formation is possible.

一方、それぞれの回折構造において、出射光1とは異なる方向に出射された光は、遮蔽板801により遮蔽され、その後のリレー光学系194へと送られることはないので、より高画質の画像形成が可能となる。   On the other hand, in each diffractive structure, light emitted in a direction different from the emitted light 1 is shielded by the shielding plate 801 and is not sent to the subsequent relay optical system 194, so that a higher quality image is formed. Is possible.

次に、図20を用いて、別に光学系を設けて色収差を補正する第2の構成を説明する。   Next, a second configuration in which a separate optical system is provided to correct chromatic aberration will be described with reference to FIG.

図20に示すように、本実施形態において、光スキャナと図示しないリレー光学系194との間に色収差補正光学系901を備えている。色収差補正光学系901としては、プリズム、屈折率が異なる素材のレンズを組み合わせたアクロマートレンズが考えられる。   As shown in FIG. 20, in this embodiment, a chromatic aberration correcting optical system 901 is provided between the optical scanner and a relay optical system 194 (not shown). As the chromatic aberration correcting optical system 901, an achromatic lens combining prisms and lenses made of materials having different refractive indexes can be considered.

前述のように、光スキャナ104の反射面120に入射したレーザビームは、反射面120に形成された回折構造401における回折より異なる波長(色)の光ごとに異なる回折角の方向に出射されるが(例えば、出射光1及び出射光2)、色収差補正光学系901を通過することにより、異なる波長の出射光が平行化されて、リレー光学系194へと送られる。   As described above, the laser beam incident on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 is emitted in the direction of a different diffraction angle for each light of a different wavelength (color) than the diffraction in the diffraction structure 401 formed on the reflection surface 120. (E.g., outgoing light 1 and outgoing light 2) pass through the chromatic aberration correction optical system 901 so that outgoing lights of different wavelengths are collimated and sent to the relay optical system 194.

よって、図示しないリレー光学系194には、レーザビームの色収差が色収差補正光学系901を介して補正された状態で送られるので、高画質の画像形成が可能となる。   Therefore, the chromatic aberration of the laser beam is sent to the relay optical system 194 (not shown) in a state where the chromatic aberration is corrected through the chromatic aberration correcting optical system 901, so that high-quality image formation is possible.

なお、色収差補正光学系901として回折光学素子を用いても良い。さらに、かかる回折光学素子がリレー光学系194の後に配置される第2の光スキャナとしてのガルバノミラー210の反射面上に設けられても良い。かかる構成とすることにより、レーザビームは、その色収差が補正された状態で観察者の眼10の瞳孔12を経て網膜14の結像面上に入射される。   A diffractive optical element may be used as the chromatic aberration correcting optical system 901. Further, such a diffractive optical element may be provided on the reflection surface of the galvanometer mirror 210 as a second optical scanner disposed after the relay optical system 194. With this configuration, the laser beam is incident on the image plane of the retina 14 through the pupil 12 of the observer's eye 10 with the chromatic aberration corrected.

次に、図21を用いて、色によって入射角を変えることにより色収差を補正する第3の構成について説明する。   Next, a third configuration for correcting chromatic aberration by changing the incident angle depending on the color will be described with reference to FIG.

本実施形態において、図21に示すように、光源ユニット20’は、ダイクロイックミラー50,52,54及び結合光学系56を有しない点を除き、光源ユニット20と同一の構成である。簡単のため、図21に示すように、光源ユニット20’において、各レーザ30,32,34及びコリメート光学系40,42,44以外の構成は図示していない。   In the present embodiment, as shown in FIG. 21, the light source unit 20 ′ has the same configuration as the light source unit 20 except that it does not include the dichroic mirrors 50, 52, 54 and the coupling optical system 56. For simplicity, as shown in FIG. 21, in the light source unit 20 ′, configurations other than the lasers 30, 32, 34 and the collimating optical systems 40, 42, 44 are not shown.

また、光源ユニット20’は、各レーザ30,32,34から出射した各レーザ光をコリメート光学系40,42,44を介して平行光化した後に、それぞれ独立の角度で出射する構成となっている。   In addition, the light source unit 20 ′ is configured to emit each laser beam emitted from each laser 30, 32, 34 through collimating optical systems 40, 42, 44, and then emit it at independent angles. Yes.

各レーザ30,32,34から出射した各レーザ光はコリメート光学系40,42,44を介して平行光化された後に反射ミラー86で反射されて、光スキャナ104の反射面120に対してそれぞれ異なる入射角で入射する。   The laser beams emitted from the lasers 30, 32, and 34 are collimated through collimating optical systems 40, 42, and 44, reflected by the reflecting mirror 86, and reflected from the reflecting surface 120 of the optical scanner 104. Incident at different angles of incidence.

光スキャナ104の反射面120に対してそれぞれ異なる入射角で入射した各レーザ光は、反射面120に形成された回折構造401における回折により、各レーザ光ごとに異なる回折角の方向に出射される。   Each laser beam incident on the reflection surface 120 of the optical scanner 104 at a different incident angle is emitted in a direction of a different diffraction angle for each laser beam by diffraction in the diffraction structure 401 formed on the reflection surface 120. .

この際、各レーザ30,32,34及びコリメート光学系40,42,44は、各レーザ光が光スキャナ104の反射面120に入射する際の入射角を調整して同一の回折角βで出射されるように位置調整可能な状態で設置されている。   At this time, each of the lasers 30, 32, and 34 and the collimating optical systems 40, 42, and 44 adjust the incident angle when each laser beam is incident on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104, and emit with the same diffraction angle β. It is installed in a position adjustable state.

よって、各レーザ30,32,34及びコリメート光学系40,42,44の位置を調整することにより、各レーザ30,32,34が同一の回折角βの方向に出射されるので、色収差を補正することができる。   Therefore, by adjusting the positions of the lasers 30, 32, 34 and the collimating optical systems 40, 42, 44, the lasers 30, 32, 34 are emitted in the direction of the same diffraction angle β, so that chromatic aberration is corrected. can do.

また上記構成の他、コリメート光学系40,42,44の後に、結合光学系、光ファイバ、コリメート光学系をこの順にそれぞれ配置し、各コリメート光学系から各レーザを出射する構成としてもよい。光ファイバを介することにより、各レーザが光スキャナ104の反射面120に入射する際の入射角の調整がより容易となる。   In addition to the above configuration, a coupling optical system, an optical fiber, and a collimating optical system may be disposed in this order after the collimating optical systems 40, 42, and 44, and each laser may be emitted from each collimating optical system. By using the optical fiber, it becomes easier to adjust the incident angle when each laser is incident on the reflecting surface 120 of the optical scanner 104.

以上、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記[課題を解決するための手段]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。例えば、回折構造401の構成としては様々なパターンが考えられるが、本実施形態で詳説したブレーズド型以外の断面形状を有し(図示せず)、多数の直線溝412を互いに平行に格子状に設けた一次元回折格子402(図22)を採用しても良い。また多数の直線溝413を所定の間隔で互いに平行に格子状に設けたものをさらに直角に交差させて碁盤目状に設けた二次元回折格子403(図23)、多数の円形溝415を同心円状に配置して設けた二次元回折格子405(図24)を採用してもよい。回折構造401として、これらの回折格子を適宜選択することにより、入射するレーザビームを所望の角度で反射させ、光スキャナ104から出射する画像形成用の画像光を所望の方向に設定することができる。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are merely examples, and the knowledge of those skilled in the art including the aspects described in the section of [Means for Solving the Problems] is included. The present invention can be implemented in other forms based on various modifications and improvements. For example, the diffraction structure 401 may have various patterns. However, the diffraction structure 401 has a cross-sectional shape other than the blazed type detailed in the present embodiment (not shown), and a large number of linear grooves 412 are arranged in a lattice shape in parallel with each other. The provided one-dimensional diffraction grating 402 (FIG. 22) may be adopted. In addition, a two-dimensional diffraction grating 403 (FIG. 23) in which a plurality of linear grooves 413 provided in a lattice pattern parallel to each other at predetermined intervals is further intersected at right angles to form a grid pattern, and a large number of circular grooves 415 are concentric. A two-dimensional diffraction grating 405 (FIG. 24) arranged in a shape may be employed. By appropriately selecting these diffraction gratings as the diffraction structure 401, it is possible to reflect the incident laser beam at a desired angle and set the image light for image formation emitted from the optical scanner 104 in a desired direction. .

かかる回折構造401は、揺動体124と同一材料であるシリコン等の材料で一体的に形成されることが望ましい。すなわち、回折構造401は、図25(a)に示すように、揺動体124の形状が形成されたシリコン等の基板上496に感光性のレジスト498を塗布し、マスク497を通して露光することで溝499を形成した後に、図25(b)に示すように、ウェット又はドライエッチングにより不要なレジスト498を除去することにより形成される。   The diffractive structure 401 is desirably formed integrally with a material such as silicon that is the same material as the oscillator 124. That is, as shown in FIG. 25A, the diffractive structure 401 is formed by applying a photosensitive resist 498 on a substrate 496 such as silicon on which the shape of the oscillator 124 is formed, and exposing it through a mask 497. After forming 499, as shown in FIG. 25B, unnecessary resist 498 is removed by wet or dry etching.

本発明の第1実施形態に従う光スキャナを備えた網膜走査型ディスプレイ装置を示す系統図である。1 is a system diagram showing a retinal scanning display device including an optical scanner according to a first embodiment of the present invention. 図1における光スキャナを組み立てた状態で示す斜視図である。It is a perspective view shown in the state which assembled the optical scanner in FIG. 図1における光スキャナを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the optical scanner in FIG. 図2における揺動体の一部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows a part of rocking body in FIG. 図2における揺動体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the rocking body in FIG. 光スキャナの反射面に形成された回折構造の拡大図である。It is an enlarged view of the diffraction structure formed in the reflective surface of an optical scanner. 光スキャナにおいて、反射ミラーを設けて、光路を折り曲げる構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure which provides a reflective mirror and bends an optical path in an optical scanner. 回折構造における回折現象について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the diffraction phenomenon in a diffraction structure. 光スキャナについて、レーザビームが反射面に対して垂直方向に入射され、出射光1が反射面に対して斜め方向に出射される配置とできるように反射面の回折構造を形成した状態を説明するための図である。A state in which the diffraction structure of the reflection surface is formed so that the laser scanner can be arranged so that the laser beam is incident in a direction perpendicular to the reflection surface and the emitted light 1 is emitted in an oblique direction with respect to the reflection surface will be described. FIG. 従来の光スキャナの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the conventional optical scanner. 光スキャナについて、レーザビームが光スキャナの反射面に対して入射角αで斜め方向に入射され、反射面に対して垂直方向に出射される配置となるように反射面の回折構造を形成した状態を説明するための図である。Regarding the optical scanner, the diffractive structure of the reflective surface is formed so that the laser beam is incident obliquely at an incident angle α with respect to the reflective surface of the optical scanner and emitted in a direction perpendicular to the reflective surface. It is a figure for demonstrating. 光スキャナについて、レーザビームが反射面に対して入射角αで斜め方向に入射され、反射面に対して入射角αとは異なる反射角(回折角)βとなる方向に出射される配置となるように反射面を形成した状態を説明するための図である。The optical scanner is arranged so that the laser beam is incident on the reflecting surface in an oblique direction at an incident angle α and is emitted in a direction having a reflection angle (diffraction angle) β different from the incident angle α with respect to the reflecting surface. It is a figure for demonstrating the state in which the reflective surface was formed. レーザビームを分割する回折構造をその反射面に採用した光スキャナの例を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the example of the optical scanner which employ | adopted the diffraction structure which divides | segments a laser beam as the reflective surface. 出射光2の走査とビームディテクタの位置関係を示した図である。It is the figure which showed the positional relationship of the scanning of the emitted light 2, and a beam detector. ビームディテクタによる揺動位置検出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the rocking | swiveling position detection by a beam detector. ビーム径が進行方向に対して徐々に小さくなる集光として出射する回折構造を反射面に採用した光スキャナを示した図である。It is the figure which showed the optical scanner which employ | adopted the diffractive structure radiate | emitted as a condensing as a beam diameter becomes small gradually with respect to the advancing direction to a reflective surface. ホログラム構造を示した図である。It is the figure which showed the hologram structure. ビーム径が進行方向に対して徐々に大きくなる拡散光として出射する回折構造を反射面に採用した光スキャナを示した図である。It is the figure which showed the optical scanner which employ | adopted as a reflective surface the diffraction structure radiate | emitted as a diffused light from which a beam diameter becomes large gradually with respect to the advancing direction. 光スキャナの反射面に形成された回折構造を利用して色収差を補正する第1の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st structure which correct | amends a chromatic aberration using the diffraction structure formed in the reflective surface of an optical scanner. 別に光学系を設けて色収差を補正する第2の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd structure which corrects chromatic aberration by providing an optical system separately. 色によって入射角を変えることにより色収差を補正する第3の構成について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd structure which correct | amends a chromatic aberration by changing an incident angle according to a color. 一次元回折格子を示した図である。It is the figure which showed the one-dimensional diffraction grating. 二次元回折格子を示した図である。It is the figure which showed the two-dimensional diffraction grating. 多数の円形溝を同心円状に配置して設けた二次元回折格子を示した図である。It is the figure which showed the two-dimensional diffraction grating which provided many circular grooves arrange | positioned concentrically. ウェットエッチング又はドライエッチングを用いた回折構造の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the diffraction structure using wet etching or dry etching.

符号の説明Explanation of symbols

20 光源ユニット
24 走査装置
60 信号処理回路
100 水平走査系
102 垂直走査系
104 光スキャナ
120 反射面
122 反射ミラー部
124 揺動体
194 リレー光学系
200 ビームディテクタ
401 回折構造
601 温度センサ
602 温度制御部
801 遮蔽板
901 色収差補正光学系
20 Light source unit 24 Scanning device 60 Signal processing circuit 100 Horizontal scanning system 102 Vertical scanning system 104 Optical scanner 120 Reflecting surface 122 Reflecting mirror unit 124 Oscillator 194 Relay optical system 200 Beam detector 401 Diffraction structure 601 Temperature sensor 602 Temperature control unit 801 Shielding Plate 901 Chromatic aberration correction optical system

Claims (21)

入射した入射光を反射する反射面の揺動により、その反射面からの反射光を走査する光スキャナにおいて、前記反射面に回折構造を形成し
前記回折構造は、
少なくとも前記入射光のうち所定の波長を有する第1の光束を回折により所定の回折角の方向に出射する第1回折構造と、
前記第1回折構造とは異なる幾何学的形状を有し、前記入射光のうち前記第1の光束とは異なる波長を有する第2の光束を回折により前記所定の回折角の方向に出射する第2回折構造と、
を有することを特徴とする光スキャナ。
In the optical scanner that scans the reflected light from the reflecting surface by swinging the reflecting surface that reflects the incident light, the diffractive structure is formed on the reflecting surface ,
The diffractive structure is
A first diffractive structure that emits at least a first light flux having a predetermined wavelength of the incident light in a direction of a predetermined diffraction angle by diffraction;
A second light beam having a geometric shape different from that of the first diffractive structure and having a wavelength different from that of the first light beam out of the incident light is emitted in the direction of the predetermined diffraction angle by diffraction. Two diffraction structures,
An optical scanner comprising:
前記回折構造は、特定次数の回折光の強度を前記特定次数以外の回折光の強度よりも強める構造である請求項1に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, wherein the diffractive structure is a structure in which the intensity of diffracted light of a specific order is made stronger than the intensity of diffracted light other than the specific order. 前記走査のために前記反射面と共に揺動する揺動体を有し、前記回折構造が、前記揺動体と同一材料で構成される請求項1または請求項2に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, further comprising an oscillating body that oscillates together with the reflecting surface for the scanning, wherein the diffractive structure is made of the same material as the oscillating body. 前記回折構造は、ウェットエッチング又はドライエッチングにより形成される請求項3に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 3, wherein the diffractive structure is formed by wet etching or dry etching. 前記走査のために前記反射面と共に揺動する揺動体を有し、前記回折構造が、前記揺動体と異なる材料で形成される請求項1または請求項2に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, further comprising an oscillating body that oscillates with the reflecting surface for the scanning, wherein the diffractive structure is formed of a material different from that of the oscillating body. 前記回折構造は、前記揺動体上に樹脂皮膜を形成し、微細な凹凸パターンが形成された金型を前記樹脂皮膜に対して押し付けることにより前記金型の凹凸パターンを前記樹脂皮膜へ転写するナノインプリント方法により形成される請求項5に記載の光スキャナ。 The diffractive structure is a nanoimprint in which a resin film is formed on the oscillator, and a mold having a fine uneven pattern is pressed against the resin film to transfer the uneven pattern of the mold to the resin film. The optical scanner according to claim 5 formed by a method. 前記回折構造は、一次元回折格子構造である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, wherein the diffraction structure is a one-dimensional diffraction grating structure. 前記回折構造は、二次元回折格子構造である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, wherein the diffraction structure is a two-dimensional diffraction grating structure. 前記回折構造は、前記入射光を集光又は拡散光とするホログラム構造である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 1, wherein the diffractive structure is a hologram structure that collects or diffuses the incident light. 前記回折構造は、前記入射光を特定次数の回折光と他の次数の回折光との複数の反射光に分割する構造である請求項8または請求項9に記載の光スキャナ。 The optical scanner according to claim 8 or 9, wherein the diffractive structure is a structure that divides the incident light into a plurality of reflected lights of a diffracted light of a specific order and a diffracted light of another order . 画像信号に応じた光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と
を有する画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam according to an image signal,
A light source that emits the luminous flux;
An image forming apparatus comprising: the optical scanner according to claim 1; and a scanning unit configured to scan a light beam emitted from the light source by the optical scanner.
画像信号に応じた光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
請求項10に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナの走査により前記光源から出射した光束を、少なくとも2つの光束に分割し、前記分割された光束のうち少なくとも1つの光束を所定の走査方向に走査する走査部と、
前記光スキャナによる前記走査の範囲内に配置され、前記分割された光束のうち所定の走査方向以外の他の光束の通過を検出する光検出器と、
前記光検出器による検出信号に基づき前記光源から前記光束を出射するタイミングを制御する制御手段と
を有する画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam according to an image signal,
A light source that emits the luminous flux;
11. The optical scanner according to claim 10, wherein a light beam emitted from the light source by scanning of the optical scanner is divided into at least two light beams, and at least one of the divided light beams is in a predetermined scanning direction. A scanning unit that scans
A photodetector that is disposed within the scanning range by the optical scanner and detects passage of light beams other than a predetermined scanning direction among the divided light beams;
An image forming apparatus comprising: a control unit that controls timing of emitting the light beam from the light source based on a detection signal from the photodetector.
画像信号に応じた光束の走査によって画像を形成する画像形成装置であって、
前記光束を出射する光源と、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の光スキャナを有し、当該光スキャナにより、前記光源から出射した光束を走査する走査部と、
前記走査部により走査された前記光束のうち、少なくとも前記第1の光束を透過し、前記第1の光束に隣接する第1の光束以外の光束を遮蔽する遮蔽手段と
を有する画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an image by scanning a light beam according to an image signal,
A light source that emits the luminous flux;
A scanning unit comprising the optical scanner according to any one of claims 1 to 9 , wherein the optical scanner scans a light beam emitted from the light source,
An image forming apparatus comprising: a shielding unit configured to transmit at least the first light beam among the light beams scanned by the scanning unit and shield light beams other than the first light beam adjacent to the first light beam.
前記光スキャナは、前記光束を前記反射面に対して垂直方向に入射し、前記反射面に対して斜め方向に出射する位置に配置された請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置。 The optical scanner is incident perpendicularly to the light beam to the reflecting surface, according to any one of claims 13 claim 11, which is positioned to exit in an oblique direction with respect to the reflecting surface Image forming apparatus. 前記光スキャナは、前記光束を前記反射面に対して斜め方向に入射し、前記反射面に対して垂直方向に出射する位置に配置された請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置。 The optical scanner is incident obliquely to the light beam to the reflecting surface, according to any one of claims 13 claim 11, which is positioned to exit in a direction perpendicular to the reflecting surface Image forming apparatus. 前記光スキャナは、前記光束を前記反射面に対して斜め方向に入射し、前記反射面に対して入射角とは異なる反射角を有する方向に出射する位置に配置された請求項11から請求項13のいずれか一項に記載の画像形成装置。 The light scanner according to claim a wherein the light beam from claim 11 incident in an oblique direction, are arranged in a position to emit in a direction having a different angle of reflection with angle of incidence with respect to the reflecting surface with respect to the reflecting surface The image forming apparatus according to claim 13 . 前記光源から出射される光束を、前記光スキャナの前記反射面に対して、前記光束の波長ごとに異なる入射角で出射する光学系を有する請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の画像形成装置。 Wherein the light flux emitted from the light source, with respect to the reflecting surface of the optical scanner, in any one of claims 16 claim 11 having an optical system that emits at different angles of incidence for each wavelength of the light beam Image forming apparatus. 前記光源から出射する光束の波長差に基づき前記光スキャナにおける前記光束の反射により生じる色収差を補正する光学系を有する請求項11から請求項16のいずれか一項に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claims 11 having an optical system in any one of claims 16 to correct chromatic aberration caused by the reflection of the light beam in the optical scanner based on the wavelength difference of the light beam emitted from the light source. 前記色収差を補正する光学系は回折光学素子によって構成されている請求項18に記載の画像形成装置 The image forming apparatus according to claim 18 , wherein the optical system that corrects the chromatic aberration includes a diffractive optical element. 前記回折光学素子が前記光スキャナの後段に設けられた第2の光スキャナの反射面に設けられている請求項19に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 19 , wherein the diffractive optical element is provided on a reflection surface of a second optical scanner provided at a subsequent stage of the optical scanner. 前記画像形成装置は、前記光スキャナにより走査された光束を眼の網膜上に導くことで画像を投影表示する網膜走査型画像表示装置である請求項11から請求項20のいずれか一項に記載の画像形成装置。 21. The retinal scanning image display device according to any one of claims 11 to 20 , wherein the image forming device is a retinal scanning image display device that projects and displays an image by guiding a light beam scanned by the optical scanner onto a retina of an eye. Image forming apparatus.
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