JP5173295B2 - Optical scanning device and scanning image display device - Google Patents

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Description

本発明は、光源からの光束を被走査面上で走査する光走査装置に関し、さらに該光束走査によって被走査面上に画像を形成する走査型画像表示装置に関する。   The present invention relates to an optical scanning device that scans a light beam from a light source on a surface to be scanned, and further relates to a scanning image display device that forms an image on the surface to be scanned by the light beam scanning.

光源からの変調光を走査デバイスで走査することにより被走査面上に画像を表示(形成)する光走査装置又は走査型画像表示装置や液晶プロジェクタ等の画像投射装置として、特許文献1〜4にて開示されているものがある。   Patent Documents 1 to 4 disclose an optical scanning device that displays (forms) an image on a surface to be scanned by scanning modulated light from a light source with a scanning device, or an image projection device such as a scanning image display device or a liquid crystal projector. Are disclosed.

特許文献1にて開示された装置は、コヒーレンス性を有する光を発する光源と、該光を走査する走査デバイスと、該走査デバイスからの光に中間像を形成させる第1の光学系と、該中間像からの光を被走査面上に結像させる第2の光学系とを有する。この装置では、中間像の位置又はこれに近接した位置に拡散角変換素子を配置し、該拡散角変換素子から射出した光束の広がり角を拡大している。拡散角変換素子としては、マイクロレンズアレイ等が用いられ、その回折作用によって発生した回折光を被走査面に集光させてスペックルノイズを低減させている。   The apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a light source that emits light having coherence, a scanning device that scans the light, a first optical system that forms an intermediate image on the light from the scanning device, And a second optical system that forms light on the surface to be scanned from the intermediate image. In this apparatus, a diffusion angle conversion element is disposed at the position of the intermediate image or a position close thereto, and the spread angle of the light beam emitted from the diffusion angle conversion element is expanded. A microlens array or the like is used as the diffusion angle conversion element, and speckle noise is reduced by condensing diffracted light generated by the diffraction action on the surface to be scanned.

特許文献2にて開示された装置では、投射レンズを構成する結像レンズとコンデンサレンズを透過型画像パネルに対して相対的に光軸方向に移動可能に支持している。そして、結像レンズからスクリーンまでの投射距離を変化させるとき、これらレンズをともに透過型画像パネルに対して相対的に移動させてスクリーン上で焦点調節を行う。   In the apparatus disclosed in Patent Document 2, an imaging lens and a condenser lens that constitute a projection lens are supported so as to be movable in the optical axis direction relative to a transmissive image panel. Then, when changing the projection distance from the imaging lens to the screen, both of these lenses are moved relative to the transmissive image panel to adjust the focus on the screen.

特許文献3にて開示された装置では、互いに光軸が一致しない複数の共軸光学系のうち一部の共軸光学系をフォーカスレンズ群としてその光軸方向に移動させる。これにより、像面が物面に対して傾き角度が一定のまま平行移動するように、すなわち投射画像に台形歪みを生じさせずにフォーカスを行う斜め投影光学系を構成している。 In the apparatus disclosed in Patent Document 3, some of the coaxial optical systems whose optical axes do not coincide with each other are moved in the optical axis direction as a focus lens group. Thus, an oblique projection optical system is configured that performs focusing so that the image plane moves parallel to the object plane with a constant inclination angle, that is, without causing trapezoidal distortion in the projected image.

特許文献4にて開示された装置では、光束を観察者の網膜上において走査することにより画像を提示する。そして、瞳拡大素子を用いて、光束の波面曲率の変調に起因した表示画像の多重化を抑制しつつ射出瞳を拡大している。
特開2006−053495号公報 特開平8−106065号公報 特許第3412396号 特開2006−251125号公報
In the apparatus disclosed in Patent Document 4, an image is presented by scanning a light beam on the retina of an observer. The pupil enlargement element is used to enlarge the exit pupil while suppressing multiplexing of the display image due to the modulation of the wavefront curvature of the light flux.
JP 2006-053495 A JP-A-8-106065 Japanese Patent No. 312396 JP 2006-251125 A

しかしながら、特許文献1には、装置から被走査面までの距離(投射距離)が変化した場合のピント調整については言及されていない。投射距離が変更となった場合の一般的なピント調整方法としては、中間像からの光を被走査面上に結像させる第2の光学系を光軸方向に移動させることが考えられる。   However, Patent Document 1 does not mention focus adjustment when the distance from the apparatus to the scanning surface (projection distance) changes. As a general focus adjustment method when the projection distance is changed, it is conceivable to move the second optical system that forms light from the intermediate image on the surface to be scanned in the optical axis direction.

また、特許文献2の装置では、投射レンズ全体を光軸方向に移動させるので、ピント調整に必要なストロークの分だけ空間を確保する必要があり、装置が大型化する。   Further, in the apparatus of Patent Document 2, since the entire projection lens is moved in the optical axis direction, it is necessary to secure a space corresponding to the stroke necessary for focus adjustment, and the apparatus becomes large.

また、特許文献3の装置では、投射光学系を構成する複数のレンズ群のうち一部をフォーカスレンズ群として移動させる。ただし、フォーカスレンズ群は中間結像面から像面へ画像を投射する機能を有するため、多くのレンズが必要となる。そして、最も像面側に配置されたレンズ群をフォーカスレンズ群としているため、ピント調整のストロークの分だけ空間を確保する必要がある。つまり、装置が大型化する。   Moreover, in the apparatus of Patent Document 3, a part of a plurality of lens groups constituting the projection optical system is moved as a focus lens group. However, since the focus lens group has a function of projecting an image from the intermediate image plane to the image plane, many lenses are required. Since the lens group arranged closest to the image plane is the focus lens group, it is necessary to secure a space corresponding to the focus adjustment stroke. That is, the apparatus becomes large.

さらに、特許文献4の装置では、光束を眼の網膜に投影する光学系が、該装置のリレー光学系と眼の光学系とにより構成される。この装置では、波面変調に伴い中間像面の位置が光軸方向に移動した場合、眼の光学系の焦点距離を変化させることでピントが調整される。つまり、眼の光学系が可変焦点レンズになっている。また、瞳拡大素子がピント位置からずれると、網膜に投影される像が多重化してしまう。そのため、瞳拡大素子を中間像面と一致させるように調整する必要がある。   Furthermore, in the apparatus of Patent Document 4, an optical system that projects a light beam onto the retina of the eye is configured by the relay optical system and the eye optical system of the apparatus. In this apparatus, when the position of the intermediate image plane moves in the optical axis direction along with wavefront modulation, the focus is adjusted by changing the focal length of the optical system of the eye. That is, the optical system of the eye is a variable focus lens. Further, when the pupil enlarging element is shifted from the focus position, the images projected on the retina are multiplexed. Therefore, it is necessary to adjust the pupil enlarging element so as to coincide with the intermediate image plane.

この特許文献4の網膜走査型画像表示装置の光学系は、網膜をスクリーンに置き換えることで、スクリーン上に画像を表示する走査型画像表示装置に応用することも考えられる。この場合、スクリーンに光束を投射する光学系に可変焦点レンズが含まれているので、投射距離が変化した場合には可変焦点レンズを用いてピント調整を行えばよい。したがって、瞳拡大素子を光軸方向に調整する必要がなくなる。   The optical system of the retinal scanning image display device of Patent Document 4 may be applied to a scanning image display device that displays an image on a screen by replacing the retina with a screen. In this case, since the variable focus lens is included in the optical system that projects the light beam on the screen, the focus adjustment may be performed using the variable focus lens when the projection distance changes. Therefore, it is not necessary to adjust the pupil enlarging element in the optical axis direction.

しかし、スクリーンへ光束を投射する光学系に可変焦点レンズを投入することは難しく、眼の光学系のように簡単にピント調整ができない。そこで、一般には、投射光学系やその一部を構成するレンズ群を光軸方向に移動させてピント調整を行う。このため、ピント調整に必要なストロークを確保する必要があり、装置が大型化する。   However, it is difficult to insert a variable focus lens into an optical system that projects a light beam onto a screen, and focus adjustment cannot be performed as easily as an optical system of an eye. Therefore, in general, focus adjustment is performed by moving the projection optical system and a lens group constituting a part thereof in the optical axis direction. For this reason, it is necessary to ensure a stroke necessary for focus adjustment, and the apparatus becomes large.

また、特許文献2の投射レンズ、特許文献3のフォーカスレンズ群及び特許文献4のリレー光学系や眼の光学系はいずれも共軸レンズ系を用いている。このため、これらを光軸方向に移動させることでピント調整が可能である。   Further, the projection lens of Patent Document 2, the focus lens group of Patent Document 3, and the relay optical system and eye optical system of Patent Document 4 all use a coaxial lens system. For this reason, focus adjustment is possible by moving these in the direction of the optical axis.

これに対し、偏心レンズや結像ミラー等の偏心光学系を用いる場合には、以下の問題が生ずる。   On the other hand, when a decentering optical system such as a decentering lens or an imaging mirror is used, the following problems occur.

偏心光学系は、入射した光束の光路を折り曲げるように構成されており、偏心光学系に入射する中心光線と偏心光学系から射出する中心光線とが非平行となる。特に結像ミラーを用いた場合は非平行度が大きくなる。   The decentered optical system is configured to bend the optical path of the incident light beam, and the central light beam incident on the decentered optical system and the central light beam emitted from the decentered optical system are non-parallel. In particular, when an imaging mirror is used, the degree of non-parallelism increases.

ここで、偏心光学系の入射光線に沿った方向に偏心光学系を移動させた場合、ピント調整は可能であるが、像面(被走査面)上の画像の投射位置が変化する。これは、偏心光学系に入射する中心光線と偏心光学系から射出する中心光線とが非平行であり、偏心光学系が入射光線に沿って移動すると射出光線がシフトするためである。そして、このように画像の位置が変化すると、ピント調整後に画像の位置調整が必要となってしまう。   Here, when the decentered optical system is moved in the direction along the incident light beam of the decentered optical system, focus adjustment is possible, but the image projection position on the image plane (scanned surface) changes. This is because the central light beam incident on the decentered optical system and the central light beam emitted from the decentered optical system are non-parallel, and when the decentered optical system moves along the incident light beam, the emitted light beam shifts. If the position of the image changes in this way, the image position must be adjusted after the focus adjustment.

本発明は、投射距離の変更に伴うピント調整(劣化した解像度の補正)を簡単な構成で行うことができ、かつピント調整に必要なスペースを減少させて小型化を図ることができる光走査装置を提供する。また、本発明は、偏心光学系を用いた場合においても投射位置を変化させずに投射距離の変化に伴うピント調整が可能な光走査装置を提供する。   The present invention can perform focus adjustment (correction of deteriorated resolution) associated with a change in projection distance with a simple configuration, and can reduce the space required for focus adjustment to achieve downsizing. I will provide a. The present invention also provides an optical scanning device capable of adjusting the focus according to the change of the projection distance without changing the projection position even when the decentered optical system is used.

本発明の一側面としての光走査装置は、光源からの光束を走査する走査手段と、走査手段からの光束に中間像を形成させる第1の光学系と、該中間像の位置を含む特定範囲内に配置され、第1の光学系からの光束から複数の光束成分を発生させる光束成分発生手段と、複数の光束成分を被走査面に向けて集光させて投射する第2の光学系と、投射距離の変更に伴って、光束成分発生手段を上記特定範囲内で該複数の光束成分の進行方向又はその逆方向に移動させる移動手段とを有することを特徴とする。ここで、第2の光学系は、偏心光学系であってもよい。 An optical scanning device according to one aspect of the present invention includes a scanning unit that scans a light beam from a light source, a first optical system that forms an intermediate image on the light beam from the scanning unit, and a specific range that includes the position of the intermediate image. A light beam component generating means for generating a plurality of light beam components from a light beam from the first optical system, and a second optical system for condensing and projecting the plurality of light beam components toward the scanning surface, And a moving means for moving the light beam component generating means within the specific range in the traveling direction of the plurality of light beam components or in the opposite direction in accordance with the change of the projection distance . Here, the second optical system may be a decentered optical system.

なお、上記光走査装置を有し、被走査面に画像を形成する走査型画像表示装置も本発明の他の側面を構成する。   A scanning image display device that includes the optical scanning device and forms an image on a surface to be scanned also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、中間像位置を含む特定範囲内で光束成分発生手段を移動可能とすることで、投射距離の変更に伴うピント調整(劣化した解像度の補正)を簡単な構成で行うことができる。しかも、ピント調整に必要なスペースが小さいので、小型の光走査装置及び走査型画像表示装置を実現できる。また、第2の光学系に偏心光学系を用いた場合においても、投射位置を変化させずに投射距離の変化に伴うピント調整が可能な光走査装置及び走査型画像表示装置を実現することができる。   According to the present invention, the light beam component generating means can be moved within a specific range including the intermediate image position, so that the focus adjustment (correction of deteriorated resolution) associated with the change of the projection distance can be performed with a simple configuration. it can. In addition, since the space required for focus adjustment is small, a small optical scanning device and scanning image display device can be realized. In addition, even when an eccentric optical system is used as the second optical system, it is possible to realize an optical scanning device and a scanning image display device capable of adjusting the focus according to the change in the projection distance without changing the projection position. it can.

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明の実施例1である光走査装置及びこれを備えた走査型画像表示装置の構成を模式的に示している。   FIG. 1 schematically shows a configuration of an optical scanning device that is Embodiment 1 of the present invention and a scanning image display device including the same.

101はレーザ光源であり、150は該レーザ光源を駆動する駆動回路である。駆動回路150には、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置160からの画像情報が入力される。駆動回路150は、入力された画像情報に応じてレーザ光源101を変調駆動する。なお、このことは、後述する実施例でも同様である。   Reference numeral 101 denotes a laser light source, and reference numeral 150 denotes a drive circuit that drives the laser light source. Image information from an image supply device 160 such as a personal computer, a DVD player, or a TV tuner is input to the drive circuit 150. The drive circuit 150 modulates and drives the laser light source 101 according to the input image information. This also applies to the embodiments described later.

レーザ光源101から発せられたコヒーレンスを有するレーザ光束(発散光束)は、コリメータレンズ102によって平行光束に変換される。コリメータレンズ102から射出した光束は、2次元走査デバイス(走査手段)103によって2次元方向に走査され、走査光学系104を介して被走査面としてのスクリーン105上に投射される。これにより、スクリーン105上に画像が投射(表示又は形成)される。   A laser beam (divergent beam) having coherence emitted from the laser light source 101 is converted into a parallel beam by the collimator lens 102. A light beam emitted from the collimator lens 102 is scanned in a two-dimensional direction by a two-dimensional scanning device (scanning unit) 103 and projected onto a screen 105 as a scanning surface via a scanning optical system 104. Thereby, an image is projected (displayed or formed) on the screen 105.

本実施例では、2次元走査デバイス103として、2次元方向に光束を走査可能なMEMS(Micro Electro-mechanical system)ミラーデバイスを用いている。該MEMSミラーデバイスでは、ミラー部が水平方向においては、例えば18kHzと高い共振周波数で揺動(振動)するとともに、垂直方向においては、例えば60Hzと低い周波数で揺動する。   In this embodiment, a MEMS (Micro Electro-mechanical system) mirror device capable of scanning a light beam in a two-dimensional direction is used as the two-dimensional scanning device 103. In the MEMS mirror device, the mirror part oscillates (vibrates) at a high resonance frequency of, for example, 18 kHz in the horizontal direction, and oscillates at a low frequency of, for example, 60 Hz in the vertical direction.

したがって、スクリーン105上には水平方向に往復する走査線106が画像の最上部から順次下方に形成されていき、画像の最下部に達すると走査線106は再び画像の最上部へ戻る。この一連の動作によってスクリーン105上には往路及び復路でそれぞれ300本の走査線106が形成され、例えば水平方向800画素、垂直方向600画素のSVGAの1フレーム画像が形成される。そして、この動作を繰り返し行うことで、動画が表示される。実際には、ある瞬間においてはスクリーン105上には1つの光束のスポットしか存在しないが、スポットが2次元に走査されることで、観察者の残像効果により画像が認識される。   Therefore, the scanning line 106 that reciprocates in the horizontal direction is formed on the screen 105 sequentially downward from the top of the image, and when reaching the bottom of the image, the scanning line 106 returns to the top of the image again. Through this series of operations, 300 scanning lines 106 are formed on the screen 105 in the forward path and the backward path, respectively, and, for example, an SVGA 1-frame image having 800 pixels in the horizontal direction and 600 pixels in the vertical direction is formed. Then, by repeating this operation, a moving image is displayed. Actually, there is only one spot of the light beam on the screen 105 at a certain moment, but the image is recognized by the afterimage effect of the observer by scanning the spot in two dimensions.

なお、図1では、走査線106を模式的に示しているが、実際には、対角サイズ12インチで解像度がSVGAの画像を表示している。1画素の大きさは約300μmである。   In FIG. 1, the scanning line 106 is schematically shown, but actually, an image having a diagonal size of 12 inches and a resolution of SVGA is displayed. The size of one pixel is about 300 μm.

また、2次元走査デバイスとしては、互いに異なる1次元方向に光束を走査可能なMEMSミラーデバイスを2つ用いたり、1次元方向に光束を走査可能なMEMSミラーデバイスと他の1次元方向に光束を走査可能なガルバノミラーを用いたりしてもよい。   In addition, as the two-dimensional scanning device, two MEMS mirror devices that can scan a light beam in different one-dimensional directions are used, or a MEMS mirror device that can scan a light beam in one-dimensional direction and a light beam in another one-dimensional direction. A scanable galvanometer mirror may be used.

図2には、本実施例の光走査装置の垂直光学断面を示している。   FIG. 2 shows a vertical optical cross section of the optical scanning device of this embodiment.

レーザ光源101から発せられた発散光束は、コリメータレンズ102によって平行光束に変換され、折り返しミラー107を介して2次元走査デバイス103に入射する。走査デバイス103により水平方向及び垂直方向に偏向された光束は、第1の光学系104Aと第2の光学系104Bとを含む走査光学系104を介してスクリーン105上にスポット像を形成(すなわち、結像)する。   The divergent light beam emitted from the laser light source 101 is converted into a parallel light beam by the collimator lens 102 and enters the two-dimensional scanning device 103 via the folding mirror 107. The light beam deflected in the horizontal direction and the vertical direction by the scanning device 103 forms a spot image on the screen 105 via the scanning optical system 104 including the first optical system 104A and the second optical system 104B (that is, Image).

第1の光学系104Aは、走査デバイス103からの光束を集光して、第2の光学系104Bよりも走査デバイス側に中間像108を形成させる。この中間像(中間像が結ばれる位置)108とは、レーザ光源の中間像が結ばれる位置(スクリーンと共役な位置)である。すなわち、第1の光学系によって、レーザ光源101と中間像108(その位置に配置されたマイクロレンズアレイ109)とが実質的に共役な関係になっている。尚、レーザ光源の最終像は、勿論スクリーン105上に結ばれる像のことであり、この中間像はレーザ光源、スクリーンの両者と実質的に共役である。また、第1の光学系104Aは、本実施例では、2枚の自由曲面ミラーによって構成されている。 The first optical system 104A condenses the light beam from the scanning device 103 and forms an intermediate image 108 on the scanning device side with respect to the second optical system 104B. The intermediate image (position where the intermediate image is formed) 108 is a position where the intermediate image of the laser light source is formed (position conjugate with the screen). That is, by the first optical system, the laser light source 101 and the intermediate image 108 (the microlens array 109 arranged at that position) are in a substantially conjugate relationship. The final image of the laser light source is, of course, an image formed on the screen 105, and this intermediate image is substantially conjugate with both the laser light source and the screen. In the present embodiment, the first optical system 104A is composed of two free-form surface mirrors.

中間像108の位置を含む特定範囲内には、光束成分発生手段としてのマイクロレンズアレイ(回折素子)109が配置されている。マイクロレンズアレイ109は、第1の光学系104Aからの光束から複数の光束成分としての複数の回折光束成分(以下、単に回折光束という)を発生させる。尚、この特定範囲内とは、光学的な見地から考えて、実質的に同じ作用を及ぼすと考えられる範囲のことであり、この範囲は、第一の光学系の焦点距離の10分の1(好ましくは20分の1)未満であると良い。   Within a specific range including the position of the intermediate image 108, a microlens array (diffraction element) 109 is disposed as a light beam component generating means. The microlens array 109 generates a plurality of diffracted light beam components (hereinafter simply referred to as a diffracted light beam) as a plurality of light beam components from the light beam from the first optical system 104A. The term “within the specific range” refers to a range that is considered to exert substantially the same action from an optical viewpoint, and this range is one tenth of the focal length of the first optical system. It is good that it is less than (preferably 1/20).

そして、第2の光学系104Bは、マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束をスクリーン105上の1点に集光させるように、すなわち複数の回折光束をスクリーン105上の同一位置(1画素)で重ね合わせるように、スポットとして結像させる。   Then, the second optical system 104B condenses the plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 109 at one point on the screen 105, that is, the plurality of diffracted light beams at the same position (one pixel on the screen 105). ) To form an image as a spot.

図3Aには、マイクロレンズアレイ109の形状の例を、図3Bには、マイクロレンズアレイ109により1本の光束から発生する複数の回折光束の分布の例をそれぞれ示す。   3A shows an example of the shape of the microlens array 109, and FIG. 3B shows an example of the distribution of a plurality of diffracted light beams generated from one light beam by the microlens array 109.

図3Aの左側に示すように、マイクロレンズアレイ109には、正六角形の外形を有する微小レンズMLがピッチ10μmで隣接配置されている。具体的には、微小レンズMLは、1つの微小レンズの周囲を6つの微小レンズが囲むように、言い換えれば、該周囲を囲む微小レンズの中心を結んだ線が六角形をなすように配置されている。以下、この配置を六角形配置という。このマイクロレンズアレイ109は、光路中に挿入されることにより、入射した1本の光束から複数の回折光束を発生させる回折素子として機能する。   As shown on the left side of FIG. 3A, in the microlens array 109, minute lenses ML having a regular hexagonal outer shape are arranged adjacent to each other with a pitch of 10 μm. Specifically, the microlens ML is arranged so that six microlenses surround one microlens, in other words, a line connecting the centers of the microlenses surrounding the microlens forms a hexagon. ing. Hereinafter, this arrangement is referred to as a hexagonal arrangement. The microlens array 109 functions as a diffractive element that generates a plurality of diffracted light beams from a single incident light beam by being inserted into the optical path.

図3Aの右側には、マイクロレンズアレイ109の断面(左側の図中のA−A線での断面)の形状を示す。マイクロレンズアレイ109は、1mm厚のガラス基板GP上に数十μm厚の微小レンズMLが形成されて構成されている。微小レンズMLの曲率を最適化することで、高い回折効率を得ている。   The right side of FIG. 3A shows the shape of the cross section of the microlens array 109 (the cross section taken along the line AA in the left figure). The microlens array 109 is configured by forming a microlens ML having a thickness of several tens of μm on a glass substrate GP having a thickness of 1 mm. High diffraction efficiency is obtained by optimizing the curvature of the microlens ML.

マイクロレンズアレイ109において微小レンズMLが六角形配置されているため、図3Bに示すように、マイクロレンズアレイ109により1本の光束から発生する回折光束の分布(ファーフィールドパターン)も六角形をベースとしたパターンとなる。   Since the microlenses ML are arranged in a hexagonal shape in the microlens array 109, as shown in FIG. 3B, the distribution (far field pattern) of the diffracted light beam generated from one light beam by the microlens array 109 is also based on the hexagonal shape. Pattern.

回折光束の分布の中心には、0次回折光束D0が1本存在し、その周囲に1次回折光束D1が6本存在する。さらに、その外側には、2次回折光束D2が6本存在する。また、隣り合う2次回折光束D2の間には、1次回折光束1次回折光束(以下、対角方向の1次回折光束という)T1が存在する。各回折光束は、互いに離間している。なお、2次回折光束D2及び対角方向の1次回折光束T1の外側には、3次回折光束等の高次回折光束が存在するが、図には示していない。   One zero-order diffracted light beam D0 exists at the center of the diffracted light beam distribution, and six first-order diffracted light beams D1 exist around it. Furthermore, there are six second-order diffracted light beams D2 on the outside thereof. Further, a first-order diffracted light beam first-order diffracted light beam (hereinafter referred to as a diagonal first-order diffracted light beam) T1 exists between adjacent second-order diffracted light beams D2. Each diffracted light beam is separated from each other. A high-order diffracted light beam such as a third-order diffracted light beam exists outside the second-order diffracted light beam D2 and the diagonally-order first-order diffracted light beam T1, but this is not shown in the drawing.

本実施例では、マイクロレンズアレイ109で発生した0次回折光束D0、1次回折光束D1、2次回折光束D2及び対角方向の1次回折光束T1を複数の光束成分として第2の光学系104Bによってスクリーン105上の1点に集光させる。   In this embodiment, the second optical system uses the zeroth-order diffracted light beam D0, the first-order diffracted light beam D1, the second-order diffracted light beam D2, and the diagonally-first-order diffracted light beam T1 generated by the microlens array 109 as a plurality of light beam components. The light is condensed at one point on the screen 105 by 104B.

ここで、「複数の光束成分(回折光束)」は、図12に示すように、光束成分ごとにピークを含む光量分布(強度分布)を有する。また、「複数の光束成分」は、観察者に認識される特定の光量レベルT(ピーク光量の1/eとなる光量レベル)以上の光量部分においては互いに離間している。言い換えれば、観察者にほとんど認識されない特定の光量レベルT(ピーク光量の1/eとなる光量レベル)より低い光量部分においては互いに重なっていてもよい。本実施例では、このような状態の複数の光束成分(特定の光量レベル未満の光量分布を示している領域において重なっている複数の光束成分)を、互いに離間しているものとみなす。また、図12における0次回折光束と2次回折光束、及び2次回折光束同士も互いに離間していると言える。 Here, as shown in FIG. 12, the “plurality of light beam components (diffracted light beam)” has a light amount distribution (intensity distribution) including a peak for each light beam component. Further, the “plurality of light beam components” are separated from each other in a light amount portion equal to or higher than a specific light amount level T (light amount level that is 1 / e 2 of the peak light amount) recognized by the observer. In other words, they may overlap each other in a light quantity portion lower than a specific light quantity level T (light quantity level that is 1 / e 2 of the peak light quantity) that is hardly recognized by the observer. In the present embodiment, a plurality of light beam components in such a state (a plurality of light beam components overlapping in a region showing a light amount distribution less than a specific light amount level) are regarded as being separated from each other. Further, it can be said that the 0th-order diffracted light beam, the second-order diffracted light beam, and the second-order diffracted light beam in FIG.

ただし、「複数の光束成分」は、光束成分ごとにピークを含む光量分布を有していれば、互いに離間していなくてもよく、互いに隣接していてもよい(重複していてもよい)。図12において、特定の光量レベルTより若干低い光量部分T′まで含めた場合には、隣り合う光束成分は互いに隣接していると言うこともできる。   However, the “plurality of light beam components” may not be separated from each other and may be adjacent to each other (may be overlapped) as long as they have a light amount distribution including a peak for each light beam component. . In FIG. 12, when a light amount portion T ′ slightly lower than a specific light amount level T is included, it can be said that adjacent light flux components are adjacent to each other.

以上の「複数の光束成分」の意味は、後述する他の実施例でも同じである。   The meaning of the above “plurality of light beam components” is the same in other embodiments described later.

これらの複数の回折光束を互いに異なる角度からスクリーン105へ入射させて同一位置(1画素)にて重ね合わせることにより、回折光束ごとに異なる態様で発生するスペックルパターンが複数重ね合わされる。これにより、スペックルノイズを平均化し、スペックルコントラストを低減させることができる。   By making these plural diffracted light beams enter the screen 105 from different angles and superimposing them at the same position (one pixel), a plurality of speckle patterns generated in different modes for each diffracted light beam are superimposed. Thereby, speckle noise can be averaged and speckle contrast can be reduced.

このように、本実施例では、走査光学系104の中間像位置又はこれに近接した位置を含む特定範囲にマイクロレンズアレイ109等の光束成分発生手段を配置して複数の光束成分を発生させ、該複数の光束成分をスクリーン105上の1点に集光させる。これにより、レーザ光源を使用することで発生するスペックルノイズを低減することができる。   As described above, in this embodiment, the light beam component generating means such as the microlens array 109 is arranged in a specific range including the intermediate image position of the scanning optical system 104 or a position close thereto, thereby generating a plurality of light beam components. The plurality of light beam components are condensed at one point on the screen 105. Thereby, the speckle noise which generate | occur | produces by using a laser light source can be reduced.

前述したように、SVGA画像を対角12インチのサイズで表示するときの1画素の大きさは約300μmである。1本の光束を走査してそのままスクリーンに投射する従来の装置では、スクリーンへ入射する光束のFナンバーはF=349と大きく(暗く)、±100mmを超える広い焦点深度が得られる。このため、いわゆるピントフリーの投射が可能である。   As described above, the size of one pixel when displaying an SVGA image with a diagonal size of 12 inches is about 300 μm. In a conventional apparatus that scans a single light beam and projects it onto the screen as it is, the F number of the light beam incident on the screen is as large as F = 349 (dark), and a wide depth of focus exceeding ± 100 mm is obtained. For this reason, so-called focus-free projection is possible.

一方、マイクロレンズアレイ等の光束成分発生手段によって発生した複数の光束成分をスクリーン上の1点に集光させる本実施例では、各光束のFナンバーはF=349と大きいが、複数の光束成分を1本の光束として見た場合のFナンバーは、F=70と小さい。   On the other hand, in the present embodiment in which a plurality of light beam components generated by a light beam component generating means such as a microlens array are collected at one point on the screen, the F number of each light beam is as large as F = 349. Is an F number of 70, which is as small as F = 70.

そこで、本実施例では、投射距離が変更された場合に、解像度を劣化させないようにピント調整が必要となる。   Therefore, in this embodiment, when the projection distance is changed, focus adjustment is necessary so as not to degrade the resolution.

従来の光走査装置では、走査光学系全体もしくは走査光学系を構成する一部の光学系部分を光軸方向に移動させてピント調整を行っていた。本実施例の光走査装置でも、同様に第2の光学系104Bを移動させてピント調整を行うことは可能であるが、第2の光学系104Bを光軸方向に移動させるストローク分のスペースが必要となり、装置の大型化につながるため、好ましくない。特に、携帯使用される機器に搭載される光走査装置においては、小型化が強く望まれる。   In the conventional optical scanning device, the entire scanning optical system or a part of the optical system constituting the scanning optical system is moved in the optical axis direction to perform focus adjustment. In the optical scanning apparatus of the present embodiment, it is possible to adjust the focus by moving the second optical system 104B in the same manner, but there is a space for a stroke for moving the second optical system 104B in the optical axis direction. This is not preferable because it is necessary and leads to an increase in the size of the apparatus. In particular, miniaturization is strongly desired for optical scanning devices mounted on portable devices.

また、第2の光学系に結像ミラー等の反射型光学素子を含む偏心光学系を用いる場合には、反射型光学素子によって光路が折り曲げられることにより第2の光学系に入射する中心光線と第2の光学系から射出する中心光線とが非平行となる。ここで、中心光線とは、スクリーン105の画像中心に到達する光束の主光線であり、偏心光学系ではその光路の向きが変化する。このような偏心光学系を用いた第2の光学系を移動させてピント調整を行うと、第2の光学系の移動量に応じてスクリーン105上での画像の投射位置が上下又は左右に動いてしまう。これでは、ピント調整ごとに投影位置調整が必要となり、好ましくない。   In addition, when an eccentric optical system including a reflective optical element such as an imaging mirror is used for the second optical system, the optical path is bent by the reflective optical element, and a central ray incident on the second optical system The central ray emitted from the second optical system is not parallel. Here, the central ray is a principal ray of a light beam reaching the image center of the screen 105, and the direction of the optical path changes in the decentered optical system. When focus adjustment is performed by moving the second optical system using such an eccentric optical system, the projection position of the image on the screen 105 moves up and down or left and right according to the amount of movement of the second optical system. End up. This is not preferable because it requires projection position adjustment for each focus adjustment.

さらに、反射型光学素子は、屈折型光学素子に比べて約4倍も高い敏感度を有し、しかも光走査装置の小型化に伴って、反射型光学素子の曲率半径も小さくなる。したがって、反射型光学素子の偏心に対する収差劣化の敏感度が非常に大きくなる。このため、第2の光学系を移動させるには、ピント調整には必要のない光軸に直交する方向への移動や光軸に対する傾きを精度良く抑える必要がある。このことは、第2の光学系を移動させる機構に高い機械的精度が要求されたり、たわみや振動が発生しない頑強さが要求されたりし、コストアップを招く要因にもなる。   Furthermore, the reflective optical element has a sensitivity about four times as high as that of the refractive optical element, and the radius of curvature of the reflective optical element decreases with the miniaturization of the optical scanning device. Therefore, the sensitivity of aberration deterioration to the decentration of the reflective optical element becomes very large. For this reason, in order to move the second optical system, it is necessary to accurately suppress movement in a direction orthogonal to the optical axis and tilt with respect to the optical axis, which are not necessary for focus adjustment. This requires a high mechanical accuracy for the mechanism that moves the second optical system, and requires a robustness that does not cause deflection and vibration, which causes an increase in cost.

そこで、本実施例では、中間像108を含む特定範囲内でマイクロレンズアレイ109を該マイクロレンズアレイ109で発生する光束成分の進行する方向又はその逆方向(以下、これらを光線方向という)に移動させる。これにより、マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束の集光位置を調整し、上述した不都合を生じることなく、ピント調整を可能とする。   Therefore, in this embodiment, the microlens array 109 is moved in a specific range including the intermediate image 108 in the direction in which the light beam component generated in the microlens array 109 travels or in the opposite direction (hereinafter referred to as the light beam direction). Let Thereby, the condensing positions of the plurality of diffracted light beams generated in the microlens array 109 are adjusted, and the focus adjustment can be performed without causing the above-described disadvantages.

以下、図4A、図4B及び図4Cを用いて、本実施例における投射距離の変更に伴うピント(解像度)調整方法について説明する。   Hereinafter, the focus (resolution) adjustment method accompanying the change of the projection distance in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, and 4C.

図4Aに示すように、第2の光学系104Bは2枚の自由曲面ミラーM1,M2で構成されている。図4Aでは、第1の光学系104Aからの光束Lが中間像108を形成するように結像し、中間像108の位置にマイクロレンズアレイ109が配置されている状態を示す。マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束Dは、自由曲面ミラーM1及び自由曲面ミラーM2を介してスクリーン105上に再び結像する。中間像面に入射する光束Lは、互いに平行(平行とみなせる程度に平行からずれている場合も含む)である。   As shown in FIG. 4A, the second optical system 104B is composed of two free-form surface mirrors M1 and M2. FIG. 4A shows a state in which the light beam L from the first optical system 104A forms an intermediate image 108, and the microlens array 109 is disposed at the position of the intermediate image 108. The plurality of diffracted light beams D generated by the microlens array 109 are imaged again on the screen 105 via the free-form surface mirror M1 and the free-form surface mirror M2. The light beams L incident on the intermediate image plane are parallel to each other (including a case where they deviate from parallel to the extent that they can be regarded as parallel).

図4Bには、スクリーン105を位置105Aから位置105Bに移動させて投射距離を変更した様子を示している。マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束Dは元のスクリーン位置105Aにベストフォーカス位置があり、各回折光束Dの集光位置も一致していた。そのため、現在のスクリーン位置105Bでは、各回折光束Dがスクリーン105に到達する位置がばらつき、解像度が劣化する。   FIG. 4B shows a state in which the projection distance is changed by moving the screen 105 from the position 105A to the position 105B. The plurality of diffracted light beams D generated in the microlens array 109 had the best focus position at the original screen position 105A, and the condensing positions of the diffracted light beams D were also coincident. Therefore, at the current screen position 105B, the position where each diffracted light beam D reaches the screen 105 varies, and the resolution deteriorates.

そこで、図4Cに示すように、マイクロレンズアレイ109を中間像108の位置を含む特定範囲Aで光線方向に移動させてマイクロレンズアレイ109の光学的な共役点を位置105Aから位置105Bへ移動させる。言い換えれば、マイクロレンズアレイ109をスクリーン105と共役な位置に移動させる。   Therefore, as shown in FIG. 4C, the microlens array 109 is moved in the light ray direction within a specific range A including the position of the intermediate image 108 to move the optical conjugate point of the microlens array 109 from the position 105A to the position 105B. . In other words, the microlens array 109 is moved to a position conjugate with the screen 105.

これにより、マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束Dをスクリーン105上の1点に集光させることができる。   Thereby, a plurality of diffracted light beams D generated by the microlens array 109 can be condensed on one point on the screen 105.

なお、図4Cにおける光線方向とは、スクリーン105の画像中心Pcに到達する光束のうち0次回折光束の主光線が、マイクロレンズアレイ109から第1自由曲面ミラーM1に向かう方向を意味する。また、光線方向は、第2の光学系104Bの光軸方向と言うこともできる。   The light direction in FIG. 4C means the direction in which the principal light of the 0th-order diffracted light beam from the light beam reaching the image center Pc of the screen 105 is directed from the microlens array 109 toward the first free-form curved mirror M1. The light beam direction can also be said to be the optical axis direction of the second optical system 104B.

また、本実施例において、マイクロレンズアレイ109を移動させるスクリーン105と共役な位置とは、厳密にスクリーン105と共役な位置だけでなく、共役な位置に近接して光学的に共役な位置とみなせる位置も含む。このことは、後述する他の実施例でも同じである。   In this embodiment, the position conjugate with the screen 105 for moving the microlens array 109 is not only strictly a position conjugate with the screen 105, but can be regarded as an optically conjugate position close to the conjugate position. Includes location. This is the same in other embodiments described later.

また、このようにマイクロレンズアレイ109を移動させるために、本実施例では、移動手段しての移動機構120を設けている。移動機構120は、例えば、ピント調整スイッチと、該スイッチの操作に応じて動作してマイクロレンズアレイ109を移動させるアクチュエータとにより構成される。   Further, in order to move the microlens array 109 in this way, in this embodiment, a moving mechanism 120 as a moving means is provided. The moving mechanism 120 includes, for example, a focus adjustment switch and an actuator that moves according to the operation of the switch and moves the microlens array 109.

前述したように、各回折光束のFナンバーは非常に大きく、1本の回折光束を走査する場合は焦点深度が±100mmを超える。このため、各回折光束のベストフォーカス位置が位置105Aのままであっても、スクリーン105上で十分な解像度が得られる。   As described above, the F number of each diffracted light beam is very large, and the depth of focus exceeds ± 100 mm when scanning one diffracted light beam. For this reason, sufficient resolution can be obtained on the screen 105 even if the best focus position of each diffracted light beam remains at the position 105A.

このように、本実施例では、走査光学系内の中間像位置を含む特定範囲A内でマイクロレンズアレイ109を光線方向に移動させることにより、マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束をスクリーン105上の1点に集光するように調整する。これにより、投射距離の変更に伴う解像度の劣化を低減することができる。   As described above, in this embodiment, the microlens array 109 is moved in the light beam direction within the specific range A including the intermediate image position in the scanning optical system, so that a plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 109 are screened. It adjusts so that it may condense to one point on 105. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the resolution accompanying the change of the projection distance.

特定範囲Aとは、スクリーン105までの投射距離の変化に応じて、マイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束の集光位置を調整することができる範囲である。別言すれば、投射距離の変化に応じてマイクロレンズアレイ109の光学的な共役点を移動させることができる範囲である。このことは、後述する他の実施例でも同じである。   The specific range A is a range in which the condensing positions of a plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 109 can be adjusted according to a change in the projection distance to the screen 105. In other words, it is a range in which the optical conjugate point of the microlens array 109 can be moved according to the change in the projection distance. This is the same in other embodiments described later.

また、本実施例では、マイクロレンズアレイ109は、第1の光学系104Aと第2の光学系104Bとの間のスペースを利用して移動する。このため、解像度調整のために新たなスペースを確保する必要がなく、光走査装置の大型化を回避することができる。   In this embodiment, the microlens array 109 moves using the space between the first optical system 104A and the second optical system 104B. For this reason, it is not necessary to secure a new space for resolution adjustment, and an increase in the size of the optical scanning device can be avoided.

また、本実施例では、マイクロレンズアレイ109を移動させるので、解像度の調整に伴う画像投射位置のシフトがなく、画像投射位置の調整が不要になる。   Further, in this embodiment, since the microlens array 109 is moved, there is no shift of the image projection position accompanying the resolution adjustment, and adjustment of the image projection position becomes unnecessary.

また、第2の光学系104Bを構成する自由曲面ミラーM1,M2を固定して設置できるので、高精度な位置決めが可能となる。これにより、組立誤差や光学系を移動させたときに生じる光軸に直交する方向のシフトやチルトによる収差劣化を小さく抑えることができ、良好な画像を表示することができる。   In addition, since the free-form curved mirrors M1 and M2 constituting the second optical system 104B can be fixed and installed, highly accurate positioning is possible. As a result, it is possible to suppress aberration deterioration due to shift or tilt in a direction orthogonal to the optical axis that occurs when the assembly error or the optical system is moved, and a good image can be displayed.

さらに、投射距離の変更後もマイクロレンズアレイ109で発生した複数の回折光束をそれぞれ異なる角度でスクリーン105に入射させるので、スペックル低減効果を十分に発揮することができ、スペックルノイズの少ない高品位な画像を表示することができる。   Furthermore, since the plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 109 are incident on the screen 105 at different angles even after the projection distance is changed, the speckle reduction effect can be sufficiently exerted, and the speckle noise can be reduced. A quality image can be displayed.

また、本実施例においては、マイクロレンズアレイ109の共役点がスクリーン105上に位置するようにマイクロレンズアレイ109を移動させる場合について説明したが、必ずしも共役点がスクリーン105上に位置する必要はない。   In this embodiment, the case where the microlens array 109 is moved so that the conjugate point of the microlens array 109 is located on the screen 105 has been described. However, the conjugate point is not necessarily located on the screen 105. .

また、本実施例では、マイクロレンズアレイ109のみを移動させる場合について説明したが、マイクロレンズアレイ109と第2の光学系104B又はその一部とを移動させてもよい。この場合においても、第2の光学系104B又はその一部の移動ストロークを小さくすることができるので、装置の大型化を抑えることができる。   In this embodiment, the case of moving only the microlens array 109 has been described. However, the microlens array 109 and the second optical system 104B or a part thereof may be moved. Even in this case, since the moving stroke of the second optical system 104B or a part of the second optical system 104B can be reduced, the increase in size of the apparatus can be suppressed.

また、前述したように、本実施例では、中間像108の位置に入射する光束Lは互いに平行としているので、マイクロレンズアレイ109を光線方向に移動させたときに生じる画像の歪みは殆ど発生しない。さらに、マイクロレンズアレイ109を光線方向に移動させても、マイクロレンズアレイ109への光束の入射角がほとんど変わらないので、高い回折効率を維持することができる。   Further, as described above, in this embodiment, since the light beams L incident on the position of the intermediate image 108 are parallel to each other, almost no image distortion occurs when the microlens array 109 is moved in the light beam direction. . Furthermore, even if the microlens array 109 is moved in the light beam direction, the incident angle of the light beam on the microlens array 109 is hardly changed, so that high diffraction efficiency can be maintained.

上記実施例1にて説明した(及び後述する他の実施例にて説明する)構成は、RGBの3色の色光を発する光源を用いる場合にも適用することができる。すなわち、実施例1に示した構成を応用してカラー画像を投射する光走査装置及び走査型画像表示装置を構成することができる。   The configuration described in the first embodiment (and described in other embodiments described later) can also be applied to the case where a light source that emits three colors of RGB light is used. That is, an optical scanning device and a scanning image display device that project a color image by applying the configuration shown in the first embodiment can be configured.

図5には、本実施例の装置にて用いられるカラー光源ユニットの例を示す。カラー光源ユニット501は、例えば発振波長640nmの赤色半導体レーザ501aと、発振波長532nmの緑色レーザ光源501bと、発振波長445nmの青色半導体レーザ501cの3つのレーザ光源を用いて構成される。なお、緑色レーザ光源501bとしては、赤外レーザから波長変換により緑色レーザを発生させるSHG方式の光源を用いてもよい。   FIG. 5 shows an example of a color light source unit used in the apparatus of this embodiment. The color light source unit 501 is configured using, for example, three laser light sources: a red semiconductor laser 501a having an oscillation wavelength of 640 nm, a green laser light source 501b having an oscillation wavelength of 532 nm, and a blue semiconductor laser 501c having an oscillation wavelength of 445 nm. As the green laser light source 501b, an SHG light source that generates a green laser by wavelength conversion from an infrared laser may be used.

これらのレーザ光源501a,501b,501cから発せられた光束は、それぞれに対応したコリメータレンズ502a,502b,502cによって平行光束に変換された後、ダイクロイックプリズム510で1本のビームに合成される。そして、実施例1にて説明した2次元走査デバイスによって走査され、スクリーン上に投射される。   The light beams emitted from these laser light sources 501a, 501b, and 501c are converted into parallel light beams by the corresponding collimator lenses 502a, 502b, and 502c, and then combined into one beam by the dichroic prism 510. And it scans with the two-dimensional scanning device demonstrated in Example 1, and it projects on a screen.

このようなカラー光源ユニット501を用いる場合、実施例1に示した2枚の反射型光学素子(M1,M2)により構成される第2の光学系104Bを用いることにより、色収差の発生を抑えことができる。これにより、3色に関するマイクロレンズアレイ109の共役点のいずれをもスクリーン105上に位置させるようにマイクロレンズアレイ109を移動させることができ、各色の複数の回折光束をスクリーン105上の1点に集光させることができる。   When such a color light source unit 501 is used, the occurrence of chromatic aberration can be suppressed by using the second optical system 104B configured by the two reflective optical elements (M1, M2) shown in the first embodiment. Can do. As a result, the microlens array 109 can be moved so that any of the conjugate points of the microlens array 109 relating to the three colors is positioned on the screen 105, and a plurality of diffracted light beams of each color are set to one point on the screen 105. It can be condensed.

このように、本実施例によれば、3色のレーザ光源を用いた光走査装置及びカラー走査型画像表示装置においても、投射距離の変更に伴う解像度の劣化を防止することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent the deterioration of the resolution caused by the change in the projection distance even in the optical scanning device and the color scanning image display device using the three color laser light sources.

図6には、本発明の実施例3である光走査装置(走査型画像表示装置)の一部の垂直断面を示す。   FIG. 6 shows a partial vertical section of an optical scanning device (scanning image display device) that is Embodiment 3 of the present invention.

本実施例は、第2の光学系をプリズム素子で構成した点で実施例1と異なる。   The present embodiment is different from the first embodiment in that the second optical system is constituted by a prism element.

図示はしないが、本実施例における光走査装置も、実施例1と同様に、レーザ光源から発せられた光束を2次元走査デバイス(MEMSミラーデバイス)によって水平方向及び垂直方法に偏向する。そして、走査デバイスからの光束は、2枚の自由曲面ミラーにより構成される第1の光学系によって中間像608を形成するように結像する。このとき、中間像608の位置に入射する光束Lは、互いに平行(平行であるとみなせる場合も含む)である。   Although not shown, the optical scanning apparatus according to the present embodiment also deflects the light beam emitted from the laser light source in the horizontal direction and the vertical direction by the two-dimensional scanning device (MEMS mirror device) as in the first embodiment. Then, the light beam from the scanning device is imaged so as to form an intermediate image 608 by the first optical system constituted by two free-form surface mirrors. At this time, the light beams L incident on the position of the intermediate image 608 are parallel to each other (including cases where they can be regarded as parallel).

中間像608の位置又はこれに近接した位置を含む特定範囲(図7BにAで示す)には、光束成分発生手段としてのマイクロレンズアレイ609が配置されている。マイクロレンズアレイ609は入射した1本の光束から複数の回折光束Dを発生させる。マイクロレンズアレイ609の構成、発生する回折光束のパターン及びスクリーン605に導く複数の回折光束については、実施例1と同じである。   A microlens array 609 serving as a light beam component generation unit is disposed in a specific range (indicated by A in FIG. 7B) including the position of the intermediate image 608 or a position close thereto. The micro lens array 609 generates a plurality of diffracted light beams D from one incident light beam. The configuration of the microlens array 609, the pattern of the generated diffracted light beam, and the plurality of diffracted light beams guided to the screen 605 are the same as in the first embodiment.

第2の光学系604Bは、3面を有するプリズム素子611で構成されている。プリズム素子611は、マイクロレンズアレイ609とスクリーン605とを光学的に共役な関係とし、マイクロレンズアレイ609で発生した複数の回折光束Dをスクリーン605上の1点に集光させる。すなわち、スクリーン605上の同一位置(1画素)にて重ね合わせる。   The second optical system 604B includes a prism element 611 having three surfaces. The prism element 611 optically conjugates the microlens array 609 and the screen 605 and condenses a plurality of diffracted light beams D generated by the microlens array 609 at one point on the screen 605. That is, the images are overlapped at the same position (one pixel) on the screen 605.

プリズム素子611において、第1面S1は屈折面、第2面S2は全反射と屈折の共通面、第3面S3は反射面であり、各面は自由曲面形状を有する。プリズム素子611は、第1面S1〜第3面S3により囲まれた領域が、屈折率約1.5の樹脂により満たされている。   In the prism element 611, the first surface S1 is a refracting surface, the second surface S2 is a common surface for total reflection and refraction, the third surface S3 is a reflecting surface, and each surface has a free-form surface shape. In the prism element 611, a region surrounded by the first surface S1 to the third surface S3 is filled with a resin having a refractive index of about 1.5.

そして、マイクロレンズアレイ609で発生した回折光束は、第1面S1からプリズム素子611に入射して、第2面S2及び第3面S3で全反射され、第2面S2を透過してスクリーン605上に集光される。   The diffracted light beam generated by the microlens array 609 enters the prism element 611 from the first surface S1, is totally reflected by the second surface S2 and the third surface S3, passes through the second surface S2, and passes through the screen 605. Focused on top.

プリズム素子611は3つの面S1〜S3を含めて一体成形できるので、該3つの面S1〜S3の位置関係を高精度に設定することができる。また、プリズム素子611の内部で反射を行うため、面の外側に支持用の厚みを持たせる必要がない。このため、第2の光学系全体の厚みを小さく抑えられる。また、面S2を全反射と屈折の共通面としているので、面S2の面積を小さくすることができ、この結果、プリズム素子611(第2の光学系604B)を小型化することができる。   Since the prism element 611 can be integrally formed including the three surfaces S1 to S3, the positional relationship between the three surfaces S1 to S3 can be set with high accuracy. Further, since reflection is performed inside the prism element 611, it is not necessary to provide a supporting thickness outside the surface. For this reason, the thickness of the entire second optical system can be kept small. Further, since the surface S2 is a common surface for total reflection and refraction, the area of the surface S2 can be reduced, and as a result, the prism element 611 (second optical system 604B) can be reduced in size.

本実施例の装置でも、スクリーン605の位置(投射距離)に応じてピント調整を行うことが求められる。   Even in the apparatus of the present embodiment, it is required to perform focus adjustment according to the position (projection distance) of the screen 605.

しかし、本実施例では、第2の光学系604Bとして偏心光学系を構成するプリズム素子611を用いており、反射面によって光路が折り曲げられることによって第2の光学系604Bに入射する光束と第2の光学系604Bから射出する光束とが非平行となる。このため、プリズム素子611をピント調整のために移動させると、スクリーン605上での画像投射位置が変化してしまう。   However, in this embodiment, the prism element 611 constituting the decentered optical system is used as the second optical system 604B, and the light beam incident on the second optical system 604B and the second light beam are bent by the reflecting surface. The light beam emitted from the optical system 604B becomes non-parallel. For this reason, when the prism element 611 is moved for focus adjustment, the image projection position on the screen 605 changes.

しかも、プリズム素子611は、その内部が樹脂で満たされた比較的大きな部材であるので、重量が大きく、これを移動させるためには出力の大きなアクチュエータが必要である。   Moreover, since the prism element 611 is a relatively large member filled with resin, the prism element 611 is heavy, and an actuator with a large output is required to move the prism element 611.

そこで、本実施例では、マイクロレンズアレイ609を光線方向に移動させ、マイクロレンズアレイ609で発生した複数の回折光束の集光位置を調整することで、上述した不都合を生じることなくピント調整を行う。   Therefore, in this embodiment, the microlens array 609 is moved in the light beam direction, and the focusing position of the plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 609 is adjusted, thereby adjusting the focus without causing the above-described disadvantages. .

以下、図7A及び図7Bを用いて、本実施例における投射距離の変更に伴うピント(解像度)調整方法について説明する。   Hereinafter, the focus (resolution) adjustment method accompanying the change of the projection distance in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.

図7Aは、スクリーン605を位置605Aから位置605Bまで移動させた状態を示している。中間像608の位置に配置されたマイクロレンズアレイ609により発生した複数の回折光束Dは、プリズム素子611により位置605Aに集光され、各回折光束のベストフォーカス位置も位置605Aにある。したがって、位置605Bに移動したスクリーン605に対しては、各回折光束Dがスクリーン605に到達する位置がばらつき、解像度が劣化する。   FIG. 7A shows a state in which the screen 605 is moved from the position 605A to the position 605B. A plurality of diffracted light beams D generated by the microlens array 609 arranged at the position of the intermediate image 608 are condensed at the position 605A by the prism element 611, and the best focus position of each diffracted light beam is also at the position 605A. Therefore, the position where each diffracted light beam D reaches the screen 605 varies with respect to the screen 605 moved to the position 605B, and the resolution deteriorates.

そこで、図7Bに示すように、マイクロレンズアレイ609を特定範囲A内で光線方向に移動させてマイクロレンズアレイ609の光学的な共役点を、位置605Aから位置605Bへ移動させる。これにより、マイクロレンズアレイ609で発生した複数の回折光束Dは、位置605Bにあるスクリーン605上の1点に集光する。   Therefore, as shown in FIG. 7B, the microlens array 609 is moved in the light beam direction within the specific range A to move the optical conjugate point of the microlens array 609 from the position 605A to the position 605B. Thereby, the plurality of diffracted light beams D generated in the microlens array 609 are collected at one point on the screen 605 at the position 605B.

本実施例にいう光線方向とは、スクリーン605の中心Pcに到達する光束のうち0次回折光の主光線がマイクロレンズアレイ609からプリズム素子611の入射面S1へ向かう方向を意味する。   The light beam direction in this embodiment means a direction in which the principal light beam of the 0th-order diffracted light from the light beam reaching the center Pc of the screen 605 travels from the microlens array 609 toward the incident surface S1 of the prism element 611.

なお、各回折光束のFナンバーは非常に大きく、1本の回折光束が走査される場合は焦点深度が±100mmを超える。このため、各回折光束のベストフォーカス位置が位置605Aのままであっても、位置605Bのスクリーン605上で十分な解像度が得られる。   Note that the F number of each diffracted light beam is very large, and the depth of focus exceeds ± 100 mm when one diffracted light beam is scanned. For this reason, even if the best focus position of each diffracted light beam remains at the position 605A, sufficient resolution can be obtained on the screen 605 at the position 605B.

また、上述のようにマイクロレンズアレイ609を移動させるために、本実施例でも、実施例1にて説明したのと同様な移動機構620を設けている。   Further, in order to move the microlens array 609 as described above, the moving mechanism 620 similar to that described in the first embodiment is also provided in this embodiment.

このように、本実施例でも、走査光学系内の中間像位置を含む特定範囲A内でマイクロレンズアレイ609を光線方向に移動させることにより、マイクロレンズアレイ609で発生した複数の回折光束をスクリーン605上の1点に集光するように調整する。これにより、投射距離の変更に伴う解像度の劣化を低減することができる。   As described above, also in this embodiment, by moving the microlens array 609 in the light beam direction within the specific range A including the intermediate image position in the scanning optical system, a plurality of diffracted light beams generated by the microlens array 609 are screened. Adjust so that the light is focused on one point on 605. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the resolution accompanying the change of the projection distance.

また、マイクロレンズアレイ609は、第1の光学系と第2の光学系604Bとの間のスペースを利用して移動する。このため、解像度調整のために新たなスペースを確保する必要がなく、光走査装置の大型化を回避することができる。   In addition, the microlens array 609 moves using a space between the first optical system and the second optical system 604B. For this reason, it is not necessary to secure a new space for resolution adjustment, and an increase in the size of the optical scanning device can be avoided.

また、本実施例では、マイクロレンズアレイ609を移動させるので、解像度の調整に伴う画像投射位置のシフトがなく、画像投射位置の調整が不要になる。   Further, in this embodiment, since the microlens array 609 is moved, there is no shift of the image projection position accompanying the resolution adjustment, and adjustment of the image projection position becomes unnecessary.

さらに、マイクロレンズアレイ609は、プリズム素子611に比べて軽量であるので、移動機構620のアクチュエータにかかる負荷を軽減することができる。   Furthermore, since the microlens array 609 is lighter than the prism element 611, the load on the actuator of the moving mechanism 620 can be reduced.

図8には、本発明の実施例4である光走査装置(走査型画像表示装置)の一部の垂直断面を示す。   FIG. 8 shows a partial vertical section of an optical scanning device (scanning image display device) that is Embodiment 4 of the present invention.

本実施例は、実施例1に対して、第2の光学系の構成と、光束成分発生手段としてのマイクロレンズアレイの構成とが異なる。   This embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the second optical system and the configuration of the microlens array as the light beam component generating means.

図示はしないが、本実施例における光走査装置も、実施例1と同様に、レーザ光源から発せられた光束を2次元走査デバイス(MEMSミラーデバイス)によって水平方向及び垂直方法に偏向する。そして、走査デバイスからの光束は、2枚の自由曲面ミラーにより構成される第1の光学系によって中間像808を形成するように結像する。このとき、中間像808の位置に入射する光束Lは、互いに平行(平行であるとみなせる場合も含む)である。   Although not shown, the optical scanning apparatus according to the present embodiment also deflects the light beam emitted from the laser light source in the horizontal direction and the vertical direction by the two-dimensional scanning device (MEMS mirror device) as in the first embodiment. The light beam from the scanning device is imaged so as to form an intermediate image 808 by the first optical system constituted by two free-form surface mirrors. At this time, the light beams L incident on the position of the intermediate image 808 are parallel to each other (including cases where they can be regarded as parallel).

中間像808の位置又はこれに近接した位置を含む特定範囲(図10にAで示す)には、光束成分発生手段としての回折素子ユニット809が配置されている。回折素子ユニット809は入射した1本の光束から複数の回折光束Dを発生させる。複数の回折光束Dは、第2の光学系804Bによって、スクリーン805上の1点に集光される、すなわちスクリーン805上の同一位置(1画素)にて重ね合わせられる。   A diffractive element unit 809 serving as a light beam component generating unit is disposed in a specific range (indicated by A in FIG. 10) including the position of the intermediate image 808 or a position close thereto. The diffraction element unit 809 generates a plurality of diffracted light beams D from one incident light beam. The plurality of diffracted light beams D are collected at one point on the screen 805 by the second optical system 804B, that is, overlapped at the same position (one pixel) on the screen 805.

本実施例では、第2の光学系804Bは、自由曲面ミラーM1,M2を有する偏心光学系として構成されている。このため、第2の光学系804Bに入射する光束と第2の光学系804Bから射出する光束とが非平行となり、第2の光学系804Bを移動させてピント調整を行うと、スクリーン805上での画像の投射位置が変化する。このため、本実施例でも、回折素子ユニット809を移動させてピント調節を行う。   In the present embodiment, the second optical system 804B is configured as a decentered optical system having free-form surface mirrors M1 and M2. For this reason, the light beam incident on the second optical system 804B and the light beam emitted from the second optical system 804B become non-parallel, and when the focus adjustment is performed by moving the second optical system 804B, The projected position of the image changes. Therefore, also in this embodiment, the diffraction element unit 809 is moved to adjust the focus.

図9には、本実施例における回折素子ユニット809を示している。回折素子ユニット809は、回折方向が互いに直交する第1の回折素子809H及び第2の回折素子809Vにより構成されている。   FIG. 9 shows a diffraction element unit 809 in the present embodiment. The diffraction element unit 809 includes a first diffraction element 809H and a second diffraction element 809V whose diffraction directions are orthogonal to each other.

第1の回折素子809Hの格子Gの向きは、第2の光学系804Bにおける垂直方向に合わせられている。この第1の回折素子809Hは、入射した光束を水平方向へ回折させる(すなわち、回折方向が水平方向である)。また、第2の回折素子809Vの格子Gの向きは、第2の光学系804Bにおける水平方向に合わせられている。この第2の回折素子809Vは、入射した光束を垂直方向へ回折させる(すなわち、回折方向が垂直方向である)。   The direction of the grating G of the first diffractive element 809H is aligned with the vertical direction in the second optical system 804B. The first diffraction element 809H diffracts the incident light beam in the horizontal direction (that is, the diffraction direction is the horizontal direction). The orientation of the grating G of the second diffractive element 809V is aligned with the horizontal direction in the second optical system 804B. The second diffraction element 809V diffracts the incident light beam in the vertical direction (that is, the diffraction direction is the vertical direction).

そして、第1及び第2の回折素子809H,809Vは、それぞれの格子Gが設けられた面を向かい合わせにして、中間像808の位置又はこれに近接する位置を挟んで配置される。   The first and second diffractive elements 809H and 809V are arranged with the surface where the respective gratings G are provided facing each other and sandwiching the position of the intermediate image 808 or a position close thereto.

図8に示すように、第2光学系804Bが光学的パワー(集光作用)を有する反射面(自由曲面ミラー)M1,M2を含んだ偏心光学系である場合、これらによって光束を折り畳む方向の光学的パワーが強くなり、結像倍率が高くなる傾向にある。図8は、第2の光学系804Bが光束を垂直方向に折り畳む場合を示し、図の紙面に垂直な水平方向よりも、図の紙面に平行な垂直方向の結像倍率が高くなっている。   As shown in FIG. 8, when the second optical system 804B is a decentered optical system including reflecting surfaces (free-form surface mirrors) M1 and M2 having optical power (condensing action), the second optical system 804B can There is a tendency that the optical power is increased and the imaging magnification is increased. FIG. 8 shows a case where the second optical system 804B folds the light beam in the vertical direction, and the imaging magnification in the vertical direction parallel to the drawing sheet is higher than the horizontal direction perpendicular to the drawing sheet.

このように結像倍率が水平方向と垂直方向とで異なる場合に第2の光学系804Bを光線方向に移動させると、回折素子ユニット809の共役点の移動量が水平方向と垂直方向で異なる。これは、第2光学系804Bの縦倍率の影響によるもので、結像倍率の二乗に比例して回折素子ユニット809の共役点の移動量が大きくなる。一方、回折素子ユニット809を光線方向に移動させても同様の問題が発生する。   As described above, when the imaging magnification is different between the horizontal direction and the vertical direction, when the second optical system 804B is moved in the light ray direction, the amount of movement of the conjugate point of the diffraction element unit 809 differs between the horizontal direction and the vertical direction. This is due to the influence of the vertical magnification of the second optical system 804B, and the amount of movement of the conjugate point of the diffraction element unit 809 increases in proportion to the square of the imaging magnification. On the other hand, the same problem occurs even when the diffraction element unit 809 is moved in the direction of the light beam.

そこで、本実施例では、第2光学系804Bの水平方向と垂直方向(互いに直交する2方向)で縦倍率が異なる場合においても、投射距離の変更に伴う解像度の劣化を良好に補正するため、以下の方法を採用する。   Therefore, in the present embodiment, even when the vertical magnification is different between the horizontal direction and the vertical direction (two directions orthogonal to each other) of the second optical system 804B, in order to satisfactorily correct the deterioration in resolution due to the change in the projection distance, The following method is adopted.

図10、図11A及び図11Bを用いて、本実施例における投射距離の変更に伴うピント(解像度)調整方法について説明する。   A focus (resolution) adjustment method that accompanies a change in projection distance in this embodiment will be described with reference to FIGS. 10, 11A, and 11B.

本実施例では、回折素子ユニット809を、それぞれ回折方向が水平方向及び垂直方向である第1及び第2の回折素子809H,809Vで構成しており、第2の光学系804Bの水平方向及び垂直方向の縦倍率に合わせて各回折素子を配置している。   In this embodiment, the diffractive element unit 809 includes first and second diffractive elements 809H and 809V whose diffracting directions are horizontal and vertical, respectively, and the horizontal and vertical directions of the second optical system 804B. Each diffraction element is arranged in accordance with the vertical magnification of the direction.

図11Aには、第1の回折素子809H及び第2の光学系804Bの水平方向の断面を示し、図11Bには、第2の回折素子809V及び第2の光学系804Bの垂直方向の断面を示している。   FIG. 11A shows a horizontal section of the first diffractive element 809H and the second optical system 804B, and FIG. 11B shows a vertical section of the second diffractive element 809V and the second optical system 804B. Show.

第2の光学系804Bは、2枚の自由曲面ミラーM1,M2により構成され、中間像808の位置又はこれに近接した位置に配置された第1及び第2の回折素子809H,809Vで発生した複数の回折光束Dをスクリーン805上の1点に集光させる。第1及び第2の回折素子809H,809Vはそれぞれ、特定範囲A内で互いに異なる位置に移動可能である。そして、このように第1及び第2の回折素子809H,809Vを移動させるために、本実施例では、移動機構820を設けている。移動機構820は、例えば、ピント調整スイッチと、該スイッチの操作に応じて動作して第1及び第2の回折素子809H,809Vを互いに異なる位置に移動させる2つのアクチュエータとにより構成される。   The second optical system 804B is composed of two free-form surface mirrors M1 and M2, and is generated by the first and second diffractive elements 809H and 809V arranged at the position of the intermediate image 808 or at a position close thereto. A plurality of diffracted light beams D are condensed on one point on the screen 805. The first and second diffraction elements 809H and 809V can be moved to different positions within the specific range A, respectively. In order to move the first and second diffraction elements 809H and 809V in this manner, a moving mechanism 820 is provided in this embodiment. The moving mechanism 820 includes, for example, a focus adjustment switch and two actuators that operate according to the operation of the switch and move the first and second diffraction elements 809H and 809V to different positions.

スクリーン805が図8に示す元の位置805Aから位置805Bまで移動して投射距離が変更された場合、縦倍率が小さい水平方向では第1の回折素子809Hを大きく移動させ、縦倍率が大きい垂直方向では第2の回折素子809Vを小さく移動させる。これにより、水平方向及び垂直方向においてそれぞれ、第1及び第2の回折素子809H,809Vの光学的な共役点を同時にスクリーン805上に調整することができる。したがって、両回折素子809H,809Vで発生した複数の回折光束をスクリーン805上の1点に集光させることができる。   When the screen 805 is moved from the original position 805A shown in FIG. 8 to the position 805B and the projection distance is changed, the first diffraction element 809H is moved greatly in the horizontal direction where the vertical magnification is small, and the vertical direction where the vertical magnification is large. Then, the second diffraction element 809V is moved small. Thereby, the optical conjugate points of the first and second diffraction elements 809H and 809V can be simultaneously adjusted on the screen 805 in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. Therefore, a plurality of diffracted light beams generated by both diffractive elements 809H and 809V can be condensed at one point on the screen 805.

なお、各回折光束のFナンバーは非常に大きく、1本の回折光束が走査される場合は焦点深度が±100mmを超える。このため、各回折光束のベストフォーカス位置は位置805Aのままであっても、位置805Bのスクリーン805上で十分な解像度が得られる。   Note that the F number of each diffracted light beam is very large, and the depth of focus exceeds ± 100 mm when one diffracted light beam is scanned. Therefore, even if the best focus position of each diffracted light beam remains at the position 805A, a sufficient resolution can be obtained on the screen 805 at the position 805B.

このように本実施例では、第1及び第2の回折素子809H,809Vを特定範囲A内で光線方向の異なる位置に移動させることにより、第2の光学系804Bの縦倍率が方向によって異なる場合でも、投射距離の変更に伴う解像度の劣化を補正することができる。   As described above, in this embodiment, when the first and second diffraction elements 809H and 809V are moved to different positions in the light beam direction within the specific range A, the vertical magnification of the second optical system 804B varies depending on the direction. However, it is possible to correct the deterioration in resolution caused by the change in the projection distance.

また、本実施例では、第1及び第2の回折素子809H,809Vを第1の光学系と第2の光学系804Bとの間のスペースで移動するので、解像度の調整のために新たなスペースを確保する必要がなく、コンパクトな光走査装置を提供することができる。   In this embodiment, since the first and second diffraction elements 809H and 809V are moved in the space between the first optical system and the second optical system 804B, a new space is used for adjusting the resolution. Therefore, a compact optical scanning device can be provided.

また、本実施例では、第1及び第2の回折素子809H,809Vを移動させるので、解像度の調整に伴う画像投射位置のシフトがなく、画像投射位置の調整が不要になる。   In this embodiment, since the first and second diffraction elements 809H and 809V are moved, there is no shift of the image projection position accompanying the adjustment of the resolution, and adjustment of the image projection position is not necessary.

さらに、本実施例では、第1及び第2の回折素子809H,809Vを格子Gが設けられた回折作用面が向かい合うように配置しているので、回折作用面同士を近接させることが可能となり、解像度の調整範囲を拡大することができる。   Furthermore, in this embodiment, the first and second diffractive elements 809H and 809V are arranged so that the diffractive action surfaces provided with the grating G face each other, so that the diffractive action surfaces can be brought close to each other. The resolution adjustment range can be expanded.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

例えば、上記各実施例では、第2の光学系を、集光作用を有する反射面を含むように構成したが、必ずしもそのような反射面を含まなくてもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, the second optical system is configured to include a reflecting surface having a condensing function. However, such a reflecting surface is not necessarily included.

また、上記各実施例では、第2の光学系を偏心光学系として構成した場合について説明したが、必ずしも偏心光学系として構成しなくてもよい。   In each of the above embodiments, the case where the second optical system is configured as a decentered optical system has been described. However, the second optical system is not necessarily configured as a decentered optical system.

さらに、上記各実施例では、光束成分発生手段として回折素子を用いる場合について説明したが、ホログラム素子や偏光ビームスプリッタ等、1本の光束から複数の光束成分を発生させる手段であれば、回折素子以外の光学素子を用いてもよい。   Further, in each of the above-described embodiments, the case where a diffraction element is used as the light beam component generating means has been described. However, any means for generating a plurality of light beam components from a single light beam, such as a hologram element or a polarizing beam splitter, can be used. Other optical elements may be used.

本発明の実施例1である光走査装置及び走査型画像表示装置の構成を示す模式図。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical scanning device and a scanning image display device that are Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1の装置の垂直断面図。1 is a vertical sectional view of an apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施例1の装置で用いられるマイクロレンズアレイの構造を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a structure of a microlens array used in the apparatus of Example 1. マイクロレンズアレイの回折光束の分布パターンを示す図。The figure which shows the distribution pattern of the diffracted light beam of a micro lens array. 実施例1の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 1. FIG. 実施例1の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 1. FIG. 本発明の実施例2である光走査装置及び走査型画像表示装置に用いられるカラー光源ユニットの構成を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a color light source unit used in an optical scanning device and a scanning image display device that are Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施例3である光走査装置及び走査型画像表示装置の一部の構成を示す垂直断面図。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view illustrating a partial configuration of an optical scanning device and a scanning image display device that are Embodiment 3 of the present invention. 実施例3の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 3. FIG. 実施例3の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 3. FIG. 本発明の実施例4である光走査装置及び走査型画像表示装置の一部の構成を示す垂直断面図。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view illustrating a partial configuration of an optical scanning device and a scanning image display device that are Embodiment 4 of the present invention. 実施例4の装置に用いられる回折素子ユニットの構成を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a diffraction element unit used in the apparatus of Example 4. 実施例4の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図。Explanatory drawing of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 4. FIG. 実施例4の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図(水平断面図)。Explanatory drawing (horizontal sectional drawing) of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 4. FIG. 実施例4の装置における投射距離の変更に伴うピント調整方法の説明図(垂直断面図)。Explanatory drawing (vertical sectional drawing) of the focus adjustment method accompanying the change of the projection distance in the apparatus of Example 4. FIG. 実施例における複数の光束成分の光量分布を示す概念図。The conceptual diagram which shows the light quantity distribution of the several light beam component in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

101 光源
102 コリメータレンズ
103 2次元走査デバイス
104 走査光学系
104A 第1の光学系
104B,604B,804B 第2の光学系
105,605,805 スクリーン(被走査面)
108,608,808 中間像
109,609 マイクロレンズアレイ
809H,809V 回折素子
120,620,820 移動機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Light source 102 Collimator lens 103 Two-dimensional scanning device 104 Scanning optical system 104A 1st optical system 104B, 604B, 804B 2nd optical system 105,605,805 Screen (scanned surface)
108,608,808 Intermediate image 109,609 Microlens array 809H, 809V Diffraction element 120,620,820 Moving mechanism

Claims (7)

光源からの光束を走査する走査手段と、
前記走査手段からの光束に中間像を形成させる第1の光学系と、
前記中間像の位置を含む特定範囲内に配置され、前記第1の光学系からの光束から複数の光束成分を発生させる光束成分発生手段と、
前記複数の光束成分を被走査面に向けて集光させて投射する第2の光学系と、
投射距離の変更に伴って、前記光束成分発生手段を前記特定範囲内で前記複数の光束成分の進行方向又はその逆方向に移動させる移動手段とを有することを特徴とする光走査装置。
Scanning means for scanning a light beam from a light source;
A first optical system that forms an intermediate image on the light flux from the scanning means;
A light beam component generating means disposed within a specific range including the position of the intermediate image, and generating a plurality of light beam components from the light beam from the first optical system;
A second optical system for condensing and projecting the plurality of light beam components toward the surface to be scanned;
An optical scanning apparatus comprising: a moving unit that moves the light beam component generating unit in a traveling direction of the plurality of light beam components within the specific range or in the opposite direction in accordance with a change in a projection distance .
前記移動手段によって前記光束成分発生手段を前記被走査面と共役な位置に移動させることにより、前記複数の光束成分を前記被走査面における同一位置で重ね合わせることを特徴とする請求項1に記載の光走査装置。   2. The plurality of light beam components are overlapped at the same position on the scanned surface by moving the light beam component generating means to a position conjugate with the scanned surface by the moving means. Optical scanning device. 前記第2の光学系は、集光作用を有する反射面を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の光走査装置。   3. The optical scanning device according to claim 1, wherein the second optical system includes a reflecting surface having a condensing function. 前記第2の光学系は、偏心光学系であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の光走査装置。   4. The optical scanning device according to claim 1, wherein the second optical system is a decentered optical system. 5. 前記光束成分発生手段は、回折素子であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の光走査装置。   5. The optical scanning device according to claim 1, wherein the light beam component generating means is a diffraction element. 前記第2の光学系は、互いに直交する2方向で縦倍率が異なり、
前記回折素子として、回折方向が互いに直交する第1の回折素子及び第2の回折素子を有し、
前記移動手段は、前記第1及び第2の回折素子を前記特定範囲のうち互いに異なる位置に移動させることを特徴とする請求項5に記載の光走査装置。
The second optical system has different vertical magnifications in two directions orthogonal to each other,
The diffraction element has a first diffraction element and a second diffraction element whose diffraction directions are orthogonal to each other,
The optical scanning apparatus according to claim 5, wherein the moving unit moves the first and second diffraction elements to different positions in the specific range.
請求項1から6のいずれか1つに記載の光走査装置を有し、前記被走査面に画像を形成することを特徴とする走査型画像表示装置。   A scanning image display device comprising the optical scanning device according to claim 1, wherein an image is formed on the surface to be scanned.
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US8172404B2 (en) * 2009-05-21 2012-05-08 Eastman Kodak Company Projection with lenslet arrangement on speckle reduction element
JP6287355B2 (en) * 2014-03-05 2018-03-07 セイコーエプソン株式会社 projector
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WO2006035737A1 (en) * 2004-09-29 2006-04-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Retina scanning type display
JP4689266B2 (en) * 2004-12-28 2011-05-25 キヤノン株式会社 Image display device

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