JPWO2009057522A1 - Scanning projector - Google Patents

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Abstract

走査型投射装置(PJ)においては、光源装置(1)から射出される光を偏向素子(3)にて2次元的に偏向し、投射光学系(7)を介してスクリーン(SC)に斜め投射する。投射光学系(7)は、複数の反射面(S5、S8)と、屈折面(S6)とを有している。投射光学系(7)の各光学面の面形状を適切に設定することにより、最もスクリーン(SC)側に配置される反射面(S8)に台形歪みの補正の機能を持たせ、屈折面(S6)に像面湾曲の補正の機能を持たせる。これにより、斜め投射を行う走査型投射装置(PJ)において、装置全体の小型化を図りつつ、台形歪みと像面湾曲とを両方とも良好に補正し、画面全体にわたって良好な画像を形成する。In the scanning projection device (PJ), the light emitted from the light source device (1) is two-dimensionally deflected by the deflecting element (3), and is obliquely applied to the screen (SC) via the projection optical system (7). Project. The projection optical system (7) has a plurality of reflecting surfaces (S5, S8) and a refracting surface (S6). By appropriately setting the surface shape of each optical surface of the projection optical system (7), the reflective surface (S8) arranged closest to the screen (SC) has a function of correcting trapezoidal distortion, and the refractive surface ( S6) is provided with a field curvature correction function. As a result, in a scanning projection apparatus (PJ) that performs oblique projection, both the trapezoidal distortion and the curvature of field are corrected well while reducing the size of the entire apparatus, and a good image is formed over the entire screen.

Description

本発明は、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等に適用され、光束を2次元的に偏向して被走査面を走査することにより、被走査面上に画像を表示する小型の走査型投射装置に関するものである。   The present invention is applied to pocket projectors, data projectors, rear projection televisions, and the like, and is a small scanning projection that displays an image on a scanned surface by deflecting a light beam two-dimensionally and scanning the scanned surface. It relates to the device.

従来、小型の投射装置として、DMD(Digital Micromirror Device;米国テキサスインスツルメント社製)や液晶素子などの光変調素子を用いたプロジェクタが知られている。光変調素子によって表示される映像を拡大投影する方式は、いわゆるマイクロディスプレイ方式と呼ばれる。マイクロディスプレイ方式のプロジェクタでは、2次元画像を投影すべく、照明光学系や投影光学系が大きくなるため、装置の小型化に限界がある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a projector using a light modulation element such as a DMD (Digital Micromirror Device; manufactured by Texas Instruments Inc.) or a liquid crystal element is known as a small projection apparatus. A method of enlarging and projecting an image displayed by the light modulation element is called a so-called micro display method. In a micro-display projector, an illumination optical system and a projection optical system are large in order to project a two-dimensional image, so that there is a limit to downsizing the apparatus.

これに対して、近年では、いわゆるレーザー走査方式のプロジェクタの開発が盛んに行われている。レーザー走査方式とは、光源から射出されるレーザー光の出力を変調しながら、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー等の小さなミラーでレーザー光を偏向し、被走査面を走査することにより、被走査面上に画像を投影(表示)する方式である。レーザー走査方式のプロジェクタは、(1)走査ミラーがDMD等と比較して小さい、(2)光源がレーザー光源であり、レーザー光を走査ミラーに照射するだけなので、照明光学系も小さくなる、(3)被走査面を点(光のスポット)で走査するだけなので、投射光学系も2次元投射光学系と比較すると小さくなる、等の種々の利点があり、装置全体の小型化が可能である。   In contrast, in recent years, so-called laser scanning projectors have been actively developed. The laser scanning method is to scan the surface to be scanned by deflecting the laser light with a small mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror while modulating the output of the laser light emitted from the light source. In this method, an image is projected (displayed) on a surface. The laser scanning projector has (1) a scanning mirror that is smaller than a DMD or the like, and (2) a light source is a laser light source, and only irradiates the scanning mirror with a laser beam, so the illumination optical system is also reduced ( 3) Since the surface to be scanned is simply scanned with spots (light spots), the projection optical system has various advantages such as being smaller than the two-dimensional projection optical system, and the entire apparatus can be downsized. .

レーザー走査方式を採用した小型の投射装置は、例えば特許文献1、2に開示されている。これらの投射装置では、光走査手段としてガルバノミラーやMEMSミラーを用い、光走査手段からの光束を画面に対して斜めに投射している。ガルバノミラーやMEMSミラーを共振駆動することにより、これらのミラーを高速かつ大きな振幅(機械偏向角度)で駆動して被走査面を走査することができる。また、斜め投射により、走査画像を上方にシフトさせ、観察者にとって見やすい位置に走査画像を表示することができる。さらに、投射装置を搭載した走査型画像表示装置を机の上に置いた場合に、走査画像を机上に表示することなく、全て画面上に表示することが可能となっている。   For example, Patent Documents 1 and 2 disclose small projection apparatuses that employ a laser scanning method. In these projection apparatuses, a galvanometer mirror or a MEMS mirror is used as the optical scanning unit, and the light flux from the optical scanning unit is projected obliquely with respect to the screen. By driving the galvanometer mirror and the MEMS mirror to resonance, it is possible to scan the surface to be scanned by driving these mirrors at high speed and with a large amplitude (mechanical deflection angle). Further, the scan image can be shifted upward by oblique projection, and the scan image can be displayed at a position that is easy for the observer to see. Further, when a scanning image display device equipped with a projection device is placed on a desk, it is possible to display all the scanned images on the screen without displaying them on the desk.

特開2006−178346号公報JP 2006-178346 A 特開2005−234157号公報JP 2005-234157 A

ところで、斜め投射を行うプロジェクタでは、斜め投射角度が大きくなるに従って画面上側が下側に比較して大きくなる台形歪みが顕著に現れる。このとき、マイクロディスプレイ方式のプロジェクタでは、画像表示素子(光変調素子)と被走査面(スクリーン面)とを、いわゆるシャインプルーフの関係に近づけることにより、斜め投射角度が大きい場合でも台形歪みを補正することが可能である。   By the way, in a projector that performs oblique projection, a trapezoidal distortion in which the upper side of the screen becomes larger than the lower side as the oblique projection angle becomes larger appears prominently. At this time, in a micro-display projector, the image display element (light modulation element) and the surface to be scanned (screen surface) are brought close to the so-called Scheinproof relationship, thereby correcting trapezoidal distortion even when the oblique projection angle is large. Is possible.

これに対して、レーザー走査方式のプロジェクタにおいては、スクリーン面と共役な画像表示素子が存在せず、光源から射出した光束は、正のパワーを有する光学部材に入射した後、偏向部材近傍の絞りを経て、収束しつつ偏向部材に入射し、その後、負のパワーを有する投射光学系によってスクリーンに導かれる。このような構成では、上記の台形歪みの他に、斜め投射時に画面の高さによって光路長が異なることに起因して像面湾曲が生じる。   On the other hand, in a laser scanning projector, there is no image display element conjugate with the screen surface, and the light beam emitted from the light source is incident on an optical member having a positive power and is then stopped near the deflection member. Then, the light enters the deflecting member while converging, and is then guided to the screen by a projection optical system having negative power. In such a configuration, in addition to the above trapezoidal distortion, curvature of field occurs due to the fact that the optical path length varies depending on the height of the screen during oblique projection.

しかし、特許文献1および2では、斜め投射によって生じる台形歪みを適切に補正しつつ、像面湾曲を適切に補正して、スクリーン上に良好な画像を形成する手法については何ら述べられてはいない。レーザー走査方式のプロジェクタでは、装置全体の小型化を図れるという利点を損なわずに、台形歪みの補正と像面湾曲の補正とを両立することが望まれる。   However, Patent Documents 1 and 2 do not describe any technique for forming a good image on the screen by appropriately correcting the curvature of field while appropriately correcting the trapezoidal distortion caused by the oblique projection. . In a laser scanning projector, it is desirable to achieve both correction of trapezoidal distortion and correction of curvature of field without impairing the advantage that the entire apparatus can be reduced in size.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、斜め投射を行う構成において、台形歪みと像面湾曲とを両方とも良好に補正することができ、これによって、装置全体の小型化を図りつつ、画面全体にわたって良好な画像を形成することができる走査型投射装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to correct both trapezoidal distortion and field curvature in a configuration in which oblique projection is performed. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a scanning projection apparatus capable of forming a good image over the entire screen while reducing the size of the entire apparatus.

本発明の走査型投射装置は、光源手段と、光源手段から射出された光を、互いに直交する第1の走査方向および第2の走査方向に偏向する偏向部材と、偏向部材によって偏向された光を被走査面に導く投射光学系とを有し、上記光で被走査面上を2次元走査する走査型投射装置であって、上記第1の走査方向は、被走査面の画面短辺方向と一致しており、上記投射光学系は、複数の反射面と、屈折面とを有しており、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面上で画面上下端に入射する光線のうちで画面に対する入射角度のより小さい光線を第1の光線とし、画面に対する入射角度のより大きい光線を第2の光線としたとき、複数の反射面のうちで最も被走査面側に配置される反射面と上記第1の光線との第1の交点位置における第2の走査方向の曲率が、正であり、かつ、上記反射面と上記第2の光線との第2の交点位置における第2の走査方向の曲率よりも、正の曲率が大きいことを特徴としている。   The scanning projection apparatus of the present invention includes a light source means, a deflection member that deflects light emitted from the light source means in a first scanning direction and a second scanning direction orthogonal to each other, and light deflected by the deflection member. A projection optical system that guides the light to the surface to be scanned, and two-dimensionally scanning the surface to be scanned with the light, wherein the first scanning direction is a screen short side direction of the surface to be scanned The projection optical system has a plurality of reflecting surfaces and a refracting surface, and the light incident on the upper and lower ends of the screen on a cross section perpendicular to the surface to be scanned including the screen center principal ray. Among them, when a light beam having a smaller incident angle with respect to the screen is a first light beam and a light beam having a larger incident angle with respect to the screen is a second light beam, the light beam is arranged closest to the scanned surface among the plurality of reflecting surfaces. Second run at the first intersection position of the reflecting surface and the first light ray Direction of curvature is positive, and is characterized in that than the second curvature in the scanning direction at the second intersection between the reflecting surface and the second light beam, positive curvature is large.

本発明の走査型投射装置では、上記最も被走査面側に配置される反射面は、上記画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称で、第2の走査方向に関して凸の形状をしており、かつ、以下の条件式(1)を満たす領域を有していることが望ましい。すなわち、
|φ1/φ2|<0.8 ・・・(1)
ただし、
φ1:上記対称面上での第1の走査方向の曲率
φ2:上記対称面上での第2の走査方向の曲率
である。
In the scanning projection apparatus of the present invention, the reflecting surface arranged closest to the surface to be scanned is symmetrical with respect to a cross section perpendicular to the surface to be scanned including the center principal ray of the screen and is convex in the second scanning direction. It is desirable to have a region satisfying the following conditional expression (1). That is,
| Φ1 / φ2 | <0.8 (1)
However,
φ1: curvature in the first scanning direction on the symmetry plane
φ2: curvature in the second scanning direction on the symmetry plane.

本発明の走査型投射装置は、上記第1の交点位置において、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。すなわち、
|φ1/φ2|<0.2 ・・・(2)
である。
It is desirable that the scanning projection apparatus of the present invention satisfies the following conditional expression (2) at the first intersection position. That is,
| Φ1 / φ2 | <0.2 (2)
It is.

本発明の走査型投射装置では、複数の反射面のうちで最も偏向部材側に配置される反射面と上記第1の光線との交点位置における第2の走査方向の曲率が、負であり、かつ、上記最も偏向部材側に配置される反射面と上記第2の光線との交点位置における第2の走査方向の曲率よりも負の方向に大きいことが望ましい。   In the scanning projection device of the present invention, the curvature in the second scanning direction at the intersection point between the reflection surface arranged closest to the deflection member among the plurality of reflection surfaces and the first light beam is negative, In addition, it is desirable that the curvature in the second scanning direction is larger in the negative direction at the intersection position between the reflection surface arranged closest to the deflection member and the second light beam.

本発明の走査型投射装置では、最も被走査面側に配置される反射面と上記第1の光線との上記第1の交点位置における第2の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系の他の反射面および屈折面と上記第1の光線との各交点位置における第2の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きいことが望ましい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, the absolute value of the curvature in the second scanning direction at the first intersection position between the reflecting surface arranged closest to the surface to be scanned and the first light beam is the projection optical system. It is desirable that the absolute value of the curvature in the second scanning direction at each of the intersection positions of the other reflecting and refracting surfaces and the first light beam is larger.

本発明の走査型投射装置では、最も被走査面側に配置される反射面は、非回転対称な面であり、かつ、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称な形状であり、上記第1の光線を含む光束と上記反射面とが交わる領域において、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第2の走査方向の曲率の絶対値が大きくなることが望ましい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, the reflecting surface arranged closest to the surface to be scanned is a non-rotationally symmetric surface and symmetric with respect to a cross section perpendicular to the surface to be scanned including the principal ray at the center of the screen. The absolute value of the curvature in the second scanning direction on the reflection surface increases as the distance from the symmetry surface in the second scanning direction increases in the region where the light beam including the first light beam and the reflection surface intersect. It is desirable to become.

本発明の走査型投射装置では、複数の反射面により、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面内で、上記投射光学系の光路が折りたたまれていることが望ましい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, it is desirable that the optical path of the projection optical system is folded by a plurality of reflecting surfaces in a cross section perpendicular to the surface to be scanned including the screen center principal ray.

本発明の走査型投射装置では、上記屈折面は、非回転対称な自由曲面であることが望ましい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, the refractive surface is preferably a non-rotationally symmetric free-form surface.

本発明の走査型投射装置では、上記屈折面と上記第1の光線との交点位置において、第2の走査方向の曲率が負であることが望ましい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, it is preferable that the curvature in the second scanning direction is negative at the intersection point between the refractive surface and the first light beam.

本発明の走査型投射装置では、上記屈折面は、最も被走査面側に配置される反射面と最も偏向部材側に配置される反射面との間に配置されていることが望ましい。   In the scanning projection apparatus according to the aspect of the invention, it is preferable that the refracting surface is disposed between a reflecting surface disposed closest to the surface to be scanned and a reflecting surface disposed closest to the deflection member.

本発明の走査型投射装置では、上記第2の光線を含む光束と、最も被走査面側に配置される反射面とが交わる領域において、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第2の走査方向の曲率が負の方向に変化することが望ましい。   In the scanning projection apparatus according to the aspect of the invention, in the region where the light beam including the second light beam and the reflection surface arranged closest to the surface to be scanned intersect, the reflection is performed as the distance from the symmetry surface increases in the second scanning direction. It is desirable that the curvature in the second scanning direction on the surface changes in the negative direction.

本発明の走査型投射装置は、光源手段から射出された光を偏向部材に導く光学部材をさらに有しており、上記光学部材は、正のパワーを有している構成であってもよい。   The scanning projection apparatus of the present invention may further include an optical member that guides the light emitted from the light source means to the deflecting member, and the optical member may have a positive power.

本発明の走査型投射装置では、上記光学部材は、アナモフィックなパワーを有していてもよい。   In the scanning projection apparatus of the present invention, the optical member may have anamorphic power.

本発明によれば、投射光学系において最も被走査面側に配置される反射面の曲率を上記のように設定することにより、被走査面の例えば画面下辺に斜めに入射する光束を第2の走査方向に広げて台形歪みを補正することが可能となる。また、投射光学系に屈折面を導入することにより、投射光学系を複数の反射面でコンパクトに構成しつつ、小さいパワーで像面湾曲を補正することが可能となる。つまり、本発明によれば、斜め投射を行う構成において、投射光学系の反射面および屈折面にそれぞれ異なる収差の補正機能を持たせることにより、装置全体を小型化しながら両方の収差を良好に補正することができ、画面全体にわたって良好な画像を形成することができる。   According to the present invention, by setting the curvature of the reflecting surface disposed closest to the scanning surface in the projection optical system as described above, the second incident light beam obliquely incident on, for example, the lower side of the screen is scanned. It becomes possible to correct the trapezoidal distortion by spreading in the scanning direction. In addition, by introducing a refracting surface into the projection optical system, it is possible to correct the curvature of field with a small power while forming the projection optical system compactly with a plurality of reflecting surfaces. In other words, according to the present invention, in a configuration in which oblique projection is performed, both aberrations are favorably corrected while miniaturizing the entire apparatus by providing different correction functions for the reflection surface and the refractive surface of the projection optical system. And a good image can be formed over the entire screen.

本発明の実施の形態1に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。1 is a vertical sectional view schematically showing an overall configuration of a scanning projection apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the configuration of the main part of the scanning projection apparatus. 本発明の実施の形態2に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of a scanning projection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. 上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the configuration of the main part of the scanning projection apparatus. 本発明の実施の形態3に係る走査型投射装置の全体構成を模式的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of a scanning projection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 上記走査型投射装置の主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view schematically showing the configuration of the main part of the scanning projection apparatus. 各実施の形態1〜3の走査型投射装置に用いられる偏向素子の概略の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic structure of the deflection | deviation element used for the scanning projection apparatus of each Embodiment 1-3. 上記偏向素子の断面図である。It is sectional drawing of the said deflection | deviation element. 上記偏向素子の断面図である。It is sectional drawing of the said deflection | deviation element. 上記偏向素子の断面図である。It is sectional drawing of the said deflection | deviation element. 上記偏向素子の断面図である。It is sectional drawing of the said deflection | deviation element. 上記偏向素子の断面図である。It is sectional drawing of the said deflection | deviation element. 実施例1におけるS5面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S5 surface in Example 1. FIG. 実施例1におけるS6面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S6 surface in Example 1. FIG. 実施例1におけるS8面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S8 surface in Example 1. FIG. 実施例2におけるS5面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S5 surface in Example 2. FIG. 実施例2におけるS6面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S6 surface in Example 2. FIG. 実施例2におけるS8面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S8 surface in Example 2. FIG. 実施例3におけるS5面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S5 surface in Example 3. FIG. 実施例3におけるS6面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S6 surface in Example 3. FIG. 実施例3におけるS8面の面形状を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S8 surface in Example 3. FIG. 実施例1のS5面の面形状を、傾き成分を除いて示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S5 surface of Example 1 except an inclination component. 実施例2のS5面の面形状を、傾き成分を除いて示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the surface shape of S5 surface of Example 2 except an inclination component. 曲率の定義を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the definition of a curvature. 実施例1における2次元投影画像の歪みを示す説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating distortion of a two-dimensional projection image in Embodiment 1. FIG. 実施例2における2次元投影画像の歪みを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distortion of the two-dimensional projection image in Example 2. FIG. 実施例3における2次元投影画像の歪みを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distortion of the two-dimensional projection image in Example 3. FIG. 台形歪みを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows trapezoid distortion. TV歪曲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows TV distortion.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源装置(光源手段)
2 入射光学系
3 偏向素子(偏向部材)
4 第1反射ミラー
5 屈折レンズ
6 第2反射ミラー
7 投射光学系
PJ 走査型投射装置
SC スクリーン(被走査面)
P1 交点位置
P2 交点位置
Q1 交点位置
Q2 交点位置
R1 交点位置(第1の交点位置)
R2 交点位置(第2の交点位置)
1 Light source device (light source means)
2 Incident optical system 3 Deflection element (deflection member)
4 First Reflection Mirror 5 Refractive Lens 6 Second Reflection Mirror 7 Projection Optical System PJ Scanning Projector SC Screen (Scanned Surface)
P1 Intersection position P2 Intersection position Q1 Intersection position Q2 Intersection position R1 Intersection position (first intersection position)
R2 intersection position (second intersection position)

本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。
(1.走査型投射装置の全体構成について)
図1は、実施の形態1に係る走査型投射装置PJの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図2は、図1の走査型投射装置PJの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。また、図3は、実施の形態2に係る走査型投射装置PJの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図4は、図3の走査型投射装置PJの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。さらに、図5は、実施の形態3に係る走査型投射装置PJの全体構成を模式的に示す垂直断面図であり、図6は、図5の走査型投射装置PJの主要部の構成を模式的に示す垂直断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1. Overall configuration of scanning projection apparatus)
FIG. 1 is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of the scanning projection apparatus PJ according to the first embodiment, and FIG. 2 schematically shows the configuration of the main part of the scanning projection apparatus PJ in FIG. FIG. FIG. 3 is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of the scanning projection apparatus PJ according to the second embodiment. FIG. 4 schematically shows the configuration of the main part of the scanning projection apparatus PJ in FIG. FIG. Further, FIG. 5 is a vertical sectional view schematically showing the overall configuration of the scanning projection apparatus PJ according to Embodiment 3, and FIG. 6 schematically shows the configuration of the main part of the scanning projection apparatus PJ of FIG. FIG.

なお、ここでは、被走査面であるスクリーンSCに表示される画面の短辺方向を垂直方向とし、画面の長辺方向を水平方向とする。また、スクリーンSC上では、画面短辺方向をy方向とし、画面長辺方向をx方向とし、画面に垂直な方向をz方向とする。なお、画面短辺方向は、後述する偏向素子3による第1の走査方向と一致し、画面長辺方向は、偏向素子3による第2の走査方向と一致する。したがって、第1の走査方向と第2の走査方向とは、互いに直交している。   Here, the short side direction of the screen displayed on the screen SC that is the surface to be scanned is the vertical direction, and the long side direction of the screen is the horizontal direction. On the screen SC, the screen short side direction is the y direction, the screen long side direction is the x direction, and the direction perpendicular to the screen is the z direction. The short side direction of the screen coincides with a first scanning direction by a deflecting element 3 described later, and the long side direction of the screen coincides with a second scanning direction by the deflecting element 3. Therefore, the first scanning direction and the second scanning direction are orthogonal to each other.

各実施の形態1〜3の走査型投射装置PJは、光源装置1と、入射光学系2と、偏向素子3と、投射光学系7とを有して構成されている。   Each of the scanning projection apparatuses PJ according to the first to third embodiments includes a light source device 1, an incident optical system 2, a deflection element 3, and a projection optical system 7.

光源装置1は、RGBの3色のレーザー光を射出する光源と、色合成手段とを有する光源手段である。R光、B光を射出する光源はそれぞれ半導体レーザーで構成されており、G光を射出する光源は半導体励起の固体レーザーで構成されている。RGBのレーザー光の中心波長は、例えば630nm(R光)、532nm(G光)、445nm(B光)である。色合成手段は、RGBのレーザー光の光路を合成して射出するものであり、例えばダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーで構成されている。   The light source device 1 is a light source unit having a light source that emits laser beams of three colors of RGB and a color synthesis unit. The light sources that emit R light and B light are each composed of a semiconductor laser, and the light sources that emit G light are composed of a semiconductor-excited solid-state laser. The center wavelength of the RGB laser light is, for example, 630 nm (R light), 532 nm (G light), and 445 nm (B light). The color synthesizing means synthesizes and emits the optical paths of the RGB laser beams, and is composed of, for example, a dichroic prism or a dichroic mirror.

入射光学系2は、光源装置1から射出された光を偏向素子3に導く集光光学系であり、光入射側がアナモフィック面であり、光射出側が平面であるレンズで構成されている。つまり、上記レンズは、垂直方向と水平方向とで曲率の異なるアナモフィックレンズである。特に、上記レンズは、水平方向については正のパワーを有している。したがって、光源装置1から射出された光は、入射光学系2を通過することにより、水平方向には収束光として、垂直方向にはほぼ平行光として偏向素子3に入射する。このように、入射光学系2としてアナモフィックレンズを用いることにより、垂直方向と水平方向とで光束径(光束幅)の異なる光を偏向素子3に入射させることができる。   The incident optical system 2 is a condensing optical system that guides the light emitted from the light source device 1 to the deflecting element 3, and is composed of a lens whose light incident side is an anamorphic surface and whose light emission side is a plane. That is, the lens is an anamorphic lens having different curvatures in the vertical direction and the horizontal direction. In particular, the lens has a positive power in the horizontal direction. Therefore, the light emitted from the light source device 1 passes through the incident optical system 2 and enters the deflecting element 3 as convergent light in the horizontal direction and substantially parallel light in the vertical direction. In this way, by using an anamorphic lens as the incident optical system 2, light having different light beam diameters (light beam widths) in the vertical direction and the horizontal direction can be incident on the deflecting element 3.

偏向素子3は、光源装置1から射出されて入射光学系2を介して入射する光を、水平方向および垂直方向に偏向する2次元偏向部材であり、例えばMEMSミラーで構成されている。なお、偏向素子3の詳細については後述する。偏向素子3は、水平方向には正弦駆動(高速共振駆動)され、垂直方向には線形駆動(低速駆動)される。   The deflection element 3 is a two-dimensional deflection member that deflects the light emitted from the light source device 1 and incident through the incident optical system 2 in the horizontal direction and the vertical direction, and is configured by, for example, a MEMS mirror. The details of the deflection element 3 will be described later. The deflection element 3 is sinusoidally driven (high-speed resonance driving) in the horizontal direction and linearly driven (low-speed driving) in the vertical direction.

偏向素子3としては、1つの素子でありながら、水平方向の駆動と垂直方向の駆動とを同時に実現できるものを用いることが好ましい。このような偏向素子3を用いることにより、走査手段の数を減らしてコストを低減することができ、また、調整の手間も大いに減らすことができる。さらに、入射光を2次元的に偏向する偏向素子3は、画像表示領域を2次元的に有する光変調素子(例えばLCDやDMD)に比べて小型であるので、偏向素子3の後段の投射光学系7も小型に構成することができる。したがって、このような偏向素子3を用いることにより、装置全体を小型化することが可能となる。   As the deflecting element 3, it is preferable to use a single element that can simultaneously realize horizontal driving and vertical driving. By using such a deflection element 3, the number of scanning means can be reduced to reduce the cost, and the labor for adjustment can be greatly reduced. Further, since the deflection element 3 that deflects incident light two-dimensionally is smaller than a light modulation element (for example, LCD or DMD) that has an image display area two-dimensionally, the projection optics downstream of the deflection element 3 is used. The system 7 can also be configured small. Therefore, by using such a deflection element 3, the entire apparatus can be reduced in size.

投射光学系7は、偏向素子3によって偏向された光をスクリーンSCに導く光学系であり、全体として負のパワーを有し、画面サイズを拡大する役割と、後述する台形歪みおよび像面湾曲の補正の役割を担っている。この投射光学系7は、第1反射ミラー4と、屈折レンズ5と、第2反射ミラー6とを有して構成されている。   The projection optical system 7 is an optical system that guides the light deflected by the deflecting element 3 to the screen SC. The projection optical system 7 has a negative power as a whole and has a role of enlarging the screen size, trapezoidal distortion, and field curvature described later. It plays the role of correction. The projection optical system 7 includes a first reflection mirror 4, a refractive lens 5, and a second reflection mirror 6.

第1反射ミラー4は、偏向素子3にて偏向された光を反射させて屈折レンズ5に導くものであり、非回転対称なXY自由曲面形状からなるミラーで構成されている。   The first reflecting mirror 4 reflects the light deflected by the deflecting element 3 and guides it to the refractive lens 5, and is composed of a mirror having a non-rotationally symmetric XY free curved surface shape.

屈折レンズ5は、第1反射ミラー4にて反射された光を屈折させて第2反射ミラー6に導く屈折部材であり、光入射側が非回転対称なXY自由曲面からなり、光射出側が平面からなるレンズで構成されている。第1反射ミラー4と第2反射ミラー6との間に屈折レンズ5を配置することにより、装置の構成をコンパクトにすることが可能となる。なお、屈折レンズ5は、光入射側のみパワーを有しているが、光射出側のみパワーを有していてもよく、さらには両面にパワーを有していてもよい。   The refracting lens 5 is a refracting member that refracts the light reflected by the first reflecting mirror 4 and guides it to the second reflecting mirror 6. The light incident side is a non-rotationally symmetric free-form XY curved surface, and the light exit side is flat. It consists of a lens. By disposing the refractive lens 5 between the first reflecting mirror 4 and the second reflecting mirror 6, the configuration of the apparatus can be made compact. Although the refractive lens 5 has power only on the light incident side, it may have power only on the light emission side, and may have power on both sides.

第2反射ミラー6は、第1反射ミラー4から屈折レンズ5を介して入射する光を反射させてスクリーンSCに導くものであり、非回転対称なXY自由曲面形状からなるミラーで構成されている。   The second reflecting mirror 6 reflects light incident from the first reflecting mirror 4 via the refractive lens 5 and guides it to the screen SC, and is composed of a mirror having a non-rotationally symmetric XY free-form surface shape. .

上記の構成によれば、画像入力装置(図示せず)から走査型投射装置PJに画像信号が入力されると、走査型投射装置PJでは、画像処理回路(図示せず)によって、偏向素子3におけるミラーの偏向角とそれに応じたRGBの各レーザー光の出力とが算出される。そして、画像処理回路からの指示に基づき、偏向素子3が駆動されるとともに、それに併せて、光源装置1におけるRGBのレーザー光の出力(輝度、光量)が変調される。   According to the above configuration, when an image signal is input from the image input device (not shown) to the scanning projection device PJ, the scanning projection device PJ uses the image processing circuit (not shown) to deflect the deflection element 3. The deflection angle of the mirror and the output of each RGB laser beam corresponding to the mirror deflection angle are calculated. Then, based on an instruction from the image processing circuit, the deflection element 3 is driven, and at the same time, the output (luminance, light amount) of RGB laser light in the light source device 1 is modulated.

光源装置1から射出された光は、入射光学系2を介して偏向素子3に入射し、そこで水平方向および垂直方向に偏向される。偏向素子3にて偏向された光は、第1反射ミラー4、屈折レンズ5および第2反射ミラー6を順に介してスクリーンSCに投射される。したがって、上記光の出力を変調しながら、偏向素子3の上述した2次元駆動によってその光を2次元的に偏向し、上記光でスクリーンSC上を2次元的に走査することにより、スクリーンSC上に画像を2次元的に表示することができる。   The light emitted from the light source device 1 enters the deflection element 3 via the incident optical system 2 and is deflected there in the horizontal direction and the vertical direction. The light deflected by the deflecting element 3 is projected onto the screen SC through the first reflecting mirror 4, the refractive lens 5, and the second reflecting mirror 6 in this order. Therefore, by modulating the light output, the light is two-dimensionally deflected by the above-described two-dimensional drive of the deflecting element 3, and the screen SC is scanned two-dimensionally with the light. The image can be displayed two-dimensionally.

このとき、RGBのレーザー光の最大出力をそれぞれ150mW、120mW、83mWとすると、白色が綺麗で色再現領域の広い、非常に鮮やかな画面を得ることができる。なお、この場合の光源装置1からの出力値は、約100ルーメンであり、光学系によるロス(面反射ロス、MEMS時間制御によるロス、色合成手段によるロス等)を合計で50%とした場合には、50ルーメンの明るさを有する走査型投射装置PJを実現することができる。   At this time, if the maximum output of the RGB laser light is 150 mW, 120 mW, and 83 mW, respectively, it is possible to obtain a very vivid screen with a beautiful white color and a wide color reproduction region. In this case, the output value from the light source device 1 is about 100 lumens, and the loss due to the optical system (surface reflection loss, loss due to MEMS time control, loss due to color synthesis means, etc.) is 50% in total. Therefore, it is possible to realize a scanning projection apparatus PJ having a brightness of 50 lumens.

なお、Gのレーザー光の変調方式は、励起用レーザーの直接変調(PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)導波路によって第2高調波を発生させる方式を含む)であってもよいし、音響光学素子(AO(Acousto-Optics)素子)等の外部変調であってもよいが、前者の方式のほうがAO素子を必要としない点で好ましい。   The G laser light modulation method may be direct modulation of an excitation laser (including a method in which a second harmonic is generated by a PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) waveguide) or an acoustooptic device ( Although external modulation such as an AO (Acousto-Optics) element may be used, the former method is preferable in that an AO element is not required.

ところで、各実施の形態1〜3では、スクリーンSC上でカラー画像を表示するために、RGBの3つの光源からの光を合成し、投射光学系7を介してスクリーンSC上に投射している。この際に、色収差(倍率色収差、軸上色収差)が発生すると、色にじみとなり、像の性能が劣化するので、投射光学系7は色収差を抑えた光学系であることが必要である。このとき、パワーの大きな屈折レンズを用いて投射光学系7を構成すると、色収差が大きく発生してしまい、補正することが困難となってしまう。そこで、色収差の発生のない反射光学系か、もしくは色収差の発生が小さい、パワーの小さい屈折レンズを用いて投射光学系7を構成することが好ましい。   By the way, in each of Embodiments 1 to 3, in order to display a color image on the screen SC, the light from the three RGB light sources is synthesized and projected onto the screen SC via the projection optical system 7. . At this time, if chromatic aberration (magnification chromatic aberration, axial chromatic aberration) occurs, color blurring occurs and image performance deteriorates. Therefore, the projection optical system 7 needs to be an optical system in which chromatic aberration is suppressed. At this time, if the projection optical system 7 is configured by using a refractive lens having a large power, chromatic aberration is greatly generated and it becomes difficult to correct. Therefore, it is preferable to configure the projection optical system 7 using a reflection optical system that does not generate chromatic aberration, or a refractive lens that generates little chromatic aberration and has low power.

また、投射光学系7が反射光学系で構成される場合は、入射光線と反射光線とを分離できるように偏向素子3を配置する必要があるが、投射光学系7での光線分離方向は垂直方向であることが好ましい。これは、通常の表示画面は、4:3や16:9といった横長の画面であることが多く、短い辺に沿った方向での光線分離のほうが分離を行いやすく、全体を小型にできるからである。また、通常、プロジェクタなどの投射装置は、スクリーン等の被投射面に対して手前下方から投射するが、垂直方向の分離であると、下方からの斜め投射を行いやすいというのも理由の一つである。   When the projection optical system 7 is constituted by a reflection optical system, it is necessary to arrange the deflecting element 3 so as to separate the incident light beam and the reflected light beam, but the light beam separation direction in the projection optical system 7 is vertical. The direction is preferred. This is because the normal display screen is often a horizontally long screen such as 4: 3 or 16: 9, and light separation in the direction along the short side is easier to separate, and the whole can be made smaller. is there. In addition, projectors such as projectors usually project from a front lower side to a projection surface such as a screen, but one reason is that if they are separated in the vertical direction, oblique projection from the lower side is easier. It is.

また、各実施の形態1〜3では、光束が垂直方向に角度を持って偏向素子3に入射している。このように偏向素子3に対して垂直方向に光束を斜め入射させることにより、偏向素子3の偏向面(反射面)の向きの変化による偏向可能な光束幅の減少が少なく、偏向による光量ロスを低減することが可能となる。   In each of the first to third embodiments, the light beam is incident on the deflecting element 3 at an angle in the vertical direction. By making the light beam obliquely incident on the deflecting element 3 in this way, there is little decrease in the deflectable light beam width due to the change in the direction of the deflecting surface (reflecting surface) of the deflecting element 3, and the light amount loss due to the deflection is reduced. It becomes possible to reduce.

また、各実施の形態1〜3では、入射光学系2が正のパワーを有する光学部材(アナモフィックレンズ)で構成されている。これにより、光源装置1から射出される光束を収束させながら偏向素子3に入射させた後、負のパワーを持つ投射光学系7によってスクリーンSCに拡大投射することができる。つまり、画角を広げて画面サイズを拡大することが可能となる。また、上記レンズがアナモフィックなパワーを有していることにより、投射光学系7のパワーが、水平方向と垂直方向とで異なる場合であっても、スクリーンSC上でのスポット形状を良好(例えば真円)にすることができる。   In each of the first to third embodiments, the incident optical system 2 is composed of an optical member (anamorphic lens) having a positive power. Thereby, after converging the light beam emitted from the light source device 1 on the deflecting element 3, the light can be enlarged and projected onto the screen SC by the projection optical system 7 having negative power. That is, it is possible to enlarge the screen size by widening the angle of view. Further, since the lens has anamorphic power, the spot shape on the screen SC is good (for example, true) even when the power of the projection optical system 7 is different between the horizontal direction and the vertical direction. Yen).

(2.偏向素子の詳細について)
次に、偏向素子3の詳細について説明する。
図7は、偏向素子3の概略の構成を示す平面図である。また、図8A〜図8Eは、図7の偏向素子3をY軸に平行な断面で切ったときの断面図である。偏向素子3は、ミラー部10、可動枠30および固定枠70を有するMEMSミラーである。固定枠70は、偏向素子3を筐体(図示せず)に固定するための部分であり、その固定枠70の内側に可動部分として可動枠30が枠状に形成されており、可動枠30の内側にミラー部10が方形状に形成されている。
(2. Details of deflection element)
Next, details of the deflection element 3 will be described.
FIG. 7 is a plan view showing a schematic configuration of the deflection element 3. 8A to 8E are cross-sectional views when the deflection element 3 of FIG. 7 is cut along a cross section parallel to the Y axis. The deflection element 3 is a MEMS mirror having a mirror unit 10, a movable frame 30 and a fixed frame 70. The fixed frame 70 is a part for fixing the deflection element 3 to a housing (not shown), and the movable frame 30 is formed in a frame shape as a movable part inside the fixed frame 70. The mirror part 10 is formed in a square shape inside.

ミラー部10は、光源装置1からの光を2次元的に偏向する反射面を構成しており、対向する2辺からミラー部10の中心を通るY軸に沿って外方へ延びるトーションバー21・22によって、両側から可動枠30に弾性的に支持されている。可動枠30は、トーションバー21・22と直交し、かつ、ミラー部10の中心を通るX軸の近傍30a〜30dでそれぞれ一端が接続された曲がり梁41〜44により、両側から固定枠70に弾性的に支持されている。ミラー部10、トーションバー21・22、可動枠30、曲がり梁41〜44および固定枠70は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。   The mirror unit 10 forms a reflection surface that deflects light from the light source device 2 in a two-dimensional manner, and the torsion bar 21 extends outward along the Y axis passing through the center of the mirror unit 10 from two opposing sides. 22 is elastically supported by the movable frame 30 from both sides. The movable frame 30 is perpendicular to the torsion bars 21 and 22 and is bent from the opposite sides to the fixed frame 70 by curved beams 41 to 44 each having one end connected in the vicinity of the X axis 30a to 30d passing through the center of the mirror portion 10. Elastically supported. The mirror part 10, the torsion bars 21 and 22, the movable frame 30, the bending beams 41 to 44, and the fixed frame 70 are integrally formed by anisotropic etching of a silicon substrate.

曲がり梁41〜44の表面には、圧電素子51〜54が接着等により貼り付けられて、4つのユニモルフ部61〜64が形成されている。図8Aに示すように、圧電素子51の表裏には、上部電極51aと下部電極51bとがそれぞれ設けられており、圧電素子52の表裏には、上部電極52aと下部電極52bとがそれぞれ設けられている。また、圧電素子53・54の表裏にも、同様に、上部電極および下部電極がそれぞれ設けられている。   Piezoelectric elements 51 to 54 are attached to the surfaces of the bending beams 41 to 44 by bonding or the like, so that four unimorph parts 61 to 64 are formed. As shown in FIG. 8A, an upper electrode 51a and a lower electrode 51b are provided on the front and back sides of the piezoelectric element 51, and an upper electrode 52a and a lower electrode 52b are provided on the front and back sides of the piezoelectric element 52, respectively. ing. Similarly, upper and lower electrodes are provided on the front and back surfaces of the piezoelectric elements 53 and 54, respectively.

例えば、上部電極51aおよび下部電極51bに、分極反転を起こさない範囲で交流の電圧を印加することにより、圧電素子51が伸縮し、ユニモルフ的に厚み方向に変位する。したがって、各電極への電圧印加によって生ずる圧電素子51〜54の曲げ変形により、曲がり梁41〜44は、可動枠30に対しY軸回りおよびX軸回りに独立した回転トルクを作用させ、これによって、可動枠30をY軸およびX軸を2軸として回動させることが可能となる。以下、このような回動動作の詳細について説明する。   For example, when an AC voltage is applied to the upper electrode 51a and the lower electrode 51b within a range that does not cause polarization inversion, the piezoelectric element 51 expands and contracts and displaces in the thickness direction in a unimorph manner. Therefore, by bending deformation of the piezoelectric elements 51 to 54 caused by voltage application to each electrode, the bending beams 41 to 44 act on the movable frame 30 with independent rotational torque about the Y axis and the X axis, thereby The movable frame 30 can be rotated about the Y axis and the X axis as two axes. Hereinafter, details of such a rotation operation will be described.

まず、X軸回りの回動動作について説明する。圧電素子51・52が伸び縮みしていない図8Aの状態で、圧電素子51に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子52に縮む方向の電圧(圧電素子51への印加電圧とは逆位相の電圧)を印加する。すると、各ユニモルフ部61・62の一端は、固定枠70に固定・保持されているので、図8Bに示すように、ユニモルフ部61は他端が下方に変位するように曲がる一方、ユニモルフ部62は他端が上方に変位するように曲がる。   First, the rotation operation around the X axis will be described. In the state of FIG. 8A in which the piezoelectric elements 51 and 52 are not expanded or contracted, a voltage in the extending direction is applied to the piezoelectric element 51, and a voltage in the contracting direction is applied to the piezoelectric element 52 (the phase opposite to the applied voltage to the piezoelectric element 51). Voltage). Then, since one end of each unimorph part 61 * 62 is being fixed and hold | maintained at the fixed frame 70, while the unimorph part 61 bends so that the other end may be displaced below as shown in FIG. 8B, the unimorph part 62 Bends so that the other end is displaced upward.

同様に、圧電素子53・54にも圧電素子51・52に印加される電圧と同じ位相の電圧をそれぞれ印加すると、各ユニモルフ部63・64の一端は、固定枠70に固定・保持されているので、ユニモルフ部63は他端が下方に変位するように曲がる一方、ユニモルフ部64は他端が上方に変位するように曲がる。これにより、可動枠30にはX軸を中心とした回転トルクが作用し、可動枠30はX軸を中心として一方向(P方向)に傾く。また、圧電素子51〜54に上記と逆位相の電圧を印加すると、同様の原理で、図8Cに示すように、可動枠30にX軸を中心とした逆方向の回転トルクが作用し、X軸を中心として上記とは逆方向(Q方向)に傾く。   Similarly, when a voltage having the same phase as the voltage applied to the piezoelectric elements 51 and 52 is applied to the piezoelectric elements 53 and 54, one end of each unimorph portion 63 and 64 is fixed and held on the fixed frame 70. Therefore, the unimorph portion 63 is bent so that the other end is displaced downward, while the unimorph portion 64 is bent so that the other end is displaced upward. Thereby, rotational torque about the X axis acts on the movable frame 30, and the movable frame 30 tilts in one direction (P direction) about the X axis. Further, when a voltage having an opposite phase to the above is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, a reverse rotational torque about the X axis acts on the movable frame 30, as shown in FIG. It tilts in the opposite direction (Q direction) around the axis.

圧電素子51〜54に上記位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部61〜64は交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠30にシーソー的な回転トルクが作用し、可動枠30はX軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。ユニモルフ部61〜64が可動枠30に接続される部分30a〜30dは、幅が狭くなっているので、他の部分より曲がりやすい。このため、ユニモルフ部61〜64の僅かな撓みで、図8Bおよび図8Cに示したように可動枠30のX軸近傍が大きく傾き、ミラー部10を大きく傾けることができる。なお、接続部30a〜30dは幅を狭くするほかに厚みを他の部分より薄くしてもよい。   When an alternating voltage maintaining the above phase relationship is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, the unimorph parts 61 to 64 follow the alternating voltage and repeat vertical vibrations, and a seesaw-like rotational torque acts on the movable frame 30, The movable frame 30 rotates and vibrates up to a predetermined displacement angle about the X axis. Since the widths of the portions 30a to 30d where the unimorph portions 61 to 64 are connected to the movable frame 30 are narrow, they are more easily bent than the other portions. For this reason, with the slight bending of the unimorph parts 61 to 64, as shown in FIGS. 8B and 8C, the vicinity of the X axis of the movable frame 30 is greatly inclined, and the mirror part 10 can be greatly inclined. The connecting portions 30a to 30d may be thinner than other portions in addition to narrowing the width.

次に、Y軸回りの回動動作について説明する。圧電素子51・52のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部61・62の一端は固定枠70に固定・保持されているので、図8Dに示すように、ユニモルフ部61・62はいずれも他端が下方に変位するように曲がる。一方、圧電素子53・54に圧電素子51・52とは逆位相の電圧(縮む方向の電圧)を印加すると、ユニモルフ部63・64の一端は固定枠70に固定・保持されているので、図8Eに示すように、ユニモルフ部63・64はいずれも他端が上方に変位するように曲がる。なお、図8Eでは、便宜上、ミラー部10の図示を省略している。これにより、可動枠30にはY軸を中心とした回転トルクが作用し、可動枠30はY軸を中心として傾く。   Next, the rotation operation around the Y axis will be described. When a voltage in the extending direction is applied to both of the piezoelectric elements 51 and 52, one end of the unimorph portions 61 and 62 is fixed and held on the fixed frame 70. Therefore, as shown in FIG. 8D, the unimorph portions 61 and 62 are In either case, the other end is bent so as to be displaced downward. On the other hand, when a voltage having a phase opposite to that of the piezoelectric elements 51 and 52 (voltage in a contracting direction) is applied to the piezoelectric elements 53 and 54, one end of the unimorph parts 63 and 64 is fixed and held by the fixed frame 70. As shown in 8E, both unimorph parts 63 and 64 bend so that the other end is displaced upward. In FIG. 8E, the mirror unit 10 is not shown for convenience. As a result, rotational torque about the Y axis acts on the movable frame 30, and the movable frame 30 tilts about the Y axis.

圧電素子51〜54に上記位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部61〜64は交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠30にシーソー的な回転トルクが作用し、可動枠30はY軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。したがって、4つのユニモルフ部61〜64にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠30によって支持されているミラー部10のX軸・Y軸回りの傾きを任意に制御することができる。   When an alternating voltage maintaining the above phase relationship is applied to the piezoelectric elements 51 to 54, the unimorph parts 61 to 64 follow the alternating voltage and repeat vertical vibrations, and a seesaw-like rotational torque acts on the movable frame 30, The movable frame 30 rotates and vibrates up to a predetermined displacement angle about the Y axis. Therefore, by applying predetermined voltages to the four unimorph parts 61 to 64, the inclination of the mirror part 10 supported by the movable frame 30 about the X axis and the Y axis can be arbitrarily controlled.

(3.実施例について)
次に、各実施の形態1〜3の走査型投射装置PJの実施例について、実施例1〜3として、コンストラクションデータ等を挙げてさらに具体的に説明する。そして、その後、実施例1〜3で示した光学面を参照しながら、台形歪みおよび像面湾曲の補正について説明する。なお、実施例1〜3は、各実施の形態1〜3にそれぞれ対応する数値実施例であり、各実施の形態1〜3を表す光学構成図(図1〜図6)は、対応する実施例1〜3にもそのまま適用される。
(3. About Example)
Next, examples of the scanning projection apparatuses PJ of the first to third embodiments will be described more specifically with reference to construction data and the like as Examples 1 to 3. Then, correction of trapezoidal distortion and curvature of field will be described with reference to the optical surfaces shown in Examples 1 to 3. In addition, Examples 1-3 are numerical examples corresponding to the first to third embodiments, respectively, and optical configuration diagrams (FIGS. 1 to 6) representing the first to third embodiments are the corresponding implementations. The same applies to Examples 1 to 3.

なお、以下に示すコンストラクションデータにおいて、Si(i=1,2,3,・・・)は、光源装置1側から数えてi番目の面を示している。また、各面Siの配置は、面頂点座標(x,y,z)と回転角度(X回転tilt)の各面データでそれぞれ特定される。面Siの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点として、グローバルな直交座標系(x,y,z)におけるローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点の座標(x,y,z)で表されており(単位はmmとする)、その面頂点を中心とするX軸回りの回転角度(X回転)で面Siの傾きが表されている(単位は°であり、X軸の正方向から見て反時計回りの方向がX回転の回転角度の正方向とする)。ただし、座標系はすべて右手系で定義されており、グローバルな直交座標系(x,y,z)は、絞り面(S3)のローカルな直交座標系(X,Y,Z)と一致した絶対座標系になっている。   In the construction data shown below, Si (i = 1, 2, 3,...) Indicates the i-th surface counted from the light source device 1 side. The arrangement of each surface Si is specified by each surface data of surface vertex coordinates (x, y, z) and rotation angle (X rotation tilt). The surface vertex coordinates of the surface Si are the local orthogonal coordinate system (X, Y, z) in the global orthogonal coordinate system (x, y, z) with the surface vertex as the origin of the local orthogonal coordinate system (X, Y, Z). , Z) is expressed by the coordinates (x, y, z) of the origin (unit is mm), and the inclination of the surface Si is at a rotation angle (X rotation) about the X axis centered on the surface vertex. (The unit is degrees, and the counterclockwise direction when viewed from the positive direction of the X axis is the positive direction of the rotation angle of the X rotation). However, the coordinate systems are all defined by the right-handed system, and the global orthogonal coordinate system (x, y, z) is an absolute value that matches the local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) of the aperture plane (S3). It is a coordinate system.

なお、絞り面上の絞り径は、各実施例1〜3とも、Φ1mmである。また、RX、RYは、X方向およびY方向の曲率半径(mm)をそれぞれ示しており、Ndおよびνdは、d線に対する屈折率おけるアッベ数をそれぞれ示している。   In addition, the aperture diameter on an aperture surface is (PHI) 1mm in each of Examples 1-3. Further, RX and RY indicate the radii of curvature (mm) in the X direction and the Y direction, respectively, and Nd and νd indicate the Abbe numbers in the refractive index with respect to the d line, respectively.

また、非回転対称の自由曲面からなる面Siは、その面頂点を原点とするローカルな直交座標系(X,Y,Z)を用いた以下の数1式で定義される。   Further, the surface Si composed of a non-rotationally symmetric free-form surface is defined by the following equation 1 using a local orthogonal coordinate system (X, Y, Z) having the surface vertex as the origin.

Figure 2009057522
Figure 2009057522

ただし、数1式において、zは高さrの位置でのZ軸方向の変位量(面頂点基準)を示し、cは面頂点での曲率(=1/曲率半径(mm))を示し、kはコーニック係数を示し、c(i,j)は、Xのi次、Yのj次の自由曲面係数を示している。なお、各実施例中では、c(i,j)をXiYjとして記載している。また、表記の無い項の係数は全て0であり、全てのデータに関して、E−n=×10−nとする。However, in Equation 1, z indicates the amount of displacement in the Z-axis direction at the position of the height r (surface vertex reference), c indicates the curvature at the surface vertex (= 1 / radius of curvature (mm)), k represents a conic coefficient, and c (i, j) represents an i-order of X and a j-order free-form surface coefficient of Y. In each example, c (i, j) is described as XiYj. In addition, the coefficients of the terms not described are all 0, and E−n = × 10 −n is set for all data.

(実施例1)

Figure 2009057522
Example 1
Figure 2009057522

Figure 2009057522
Figure 2009057522

S5面;自由曲面

Figure 2009057522
S5 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S6面;自由曲面

Figure 2009057522
S6 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S8面;自由曲面

Figure 2009057522
S8 surface: free-form surface
Figure 2009057522

(実施例2)

Figure 2009057522
(Example 2)
Figure 2009057522

Figure 2009057522
Figure 2009057522

S5面;自由曲面

Figure 2009057522
S5 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S6面;自由曲面

Figure 2009057522
S6 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S8面;自由曲面

Figure 2009057522
S8 surface: free-form surface
Figure 2009057522

(実施例3)

Figure 2009057522
(Example 3)
Figure 2009057522

Figure 2009057522
Figure 2009057522

S5面;自由曲面

Figure 2009057522
S5 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S6面;自由曲面

Figure 2009057522
S6 surface: free-form surface
Figure 2009057522

S8面;自由曲面

Figure 2009057522
S8 surface: free-form surface
Figure 2009057522

また、図9〜図11は、実施例1におけるS5面、S6面およびS8面の面形状をそれぞれ示したものである。なお、図9〜図11において、X方向およびY方向の数値は、ローカル座標での値を示しており、Z方向の数値は、画面中心主光線の入射位置を基準(0mm)として、そこからのZ方向のズレ量(変動量)を示している。なお、画面中心主光線とは、光源装置1から射出されて、絞り(偏向素子3上にあるS3面)の中心を通り、スクリーンSCの画面中心に入射する光線を指す。   9 to 11 show the surface shapes of the S5 surface, the S6 surface, and the S8 surface in Example 1, respectively. 9 to 11, the numerical values in the X direction and the Y direction indicate values in local coordinates, and the numerical values in the Z direction are based on the incident position of the screen center principal ray as a reference (0 mm). The amount of deviation (variation) in the Z direction is shown. The screen center principal ray refers to a light beam emitted from the light source device 1 and passing through the center of the stop (S3 surface on the deflection element 3) and entering the screen center of the screen SC.

図12〜図14は、実施例2におけるS5面、S6面およびS8面の面形状をそれぞれ示したものである。また、図15〜図17は、実施例3におけるS5面、S6面およびS8面の面形状をそれぞれ示したものである。なお、これらの図面における図示の仕方は、実施例1に関する図9〜図11と全く同じである。   12 to 14 show the surface shapes of the S5 surface, the S6 surface, and the S8 surface in Example 2, respectively. FIGS. 15 to 17 show the surface shapes of the S5 surface, the S6 surface, and the S8 surface in Example 3, respectively. The manner of illustration in these drawings is exactly the same as in FIGS. 9 to 11 relating to the first embodiment.

また、図18は、図9に示した実施例1のS5面の面形状を、傾き成分(Yの1次の項を含む成分)を除いて示したものである。同様に、図19は、図12に示した実施例2のS5面の面形状を、傾き成分を除いて示したものである。図9および図12の自由曲面形状には面の傾きがのっており、傾きに対して面のうねり量が小さいため、うねり量が埋もれている。図18および図19は、図9および図12の自由曲面形状から傾き成分を取り除くことによって、面のうねりをより明確に表している。なお、図9〜図19において、光線は面の上側から入射する。   FIG. 18 shows the surface shape of the S5 surface of Example 1 shown in FIG. 9 excluding the inclination component (component including the first-order term of Y). Similarly, FIG. 19 shows the surface shape of the S5 surface of the second embodiment shown in FIG. 12 excluding the tilt component. The free-form surface shape of FIGS. 9 and 12 has a surface inclination, and since the surface undulation amount is small with respect to the inclination, the undulation amount is buried. 18 and 19 more clearly represent the undulation of the surface by removing the tilt component from the free-form surface shape of FIGS. 9 to 19, light rays enter from the upper side of the surface.

(4.台形歪みおよび像面湾曲の補正について)
以下、図9〜図19に示した各光学面の面形状を参照しながら、台形歪みおよび像面湾曲の補正について説明する。なお、以下での説明の便宜上、P1、P2、Q1、Q2、R1、R2を、それぞれ以下のように定義する。
(4. Correction of keystone distortion and field curvature)
Hereinafter, correction of trapezoidal distortion and curvature of field will be described with reference to the surface shapes of the optical surfaces shown in FIGS. For convenience of explanation below, P1, P2, Q1, Q2, R1, and R2 are respectively defined as follows.

すなわち、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面(yz面)上で画面上下端に入射する光線のうち、画面に対する入射角度のより小さい光線A(第1の光線;図1、図3、図5参照)と、S5面(すなわち、投射光学系7が有する複数の反射面のうちで最も偏向素子3側に配置される反射面)との交点位置をP1とする。そして、上記断面上で画面上下端に入射する光線のうち、画面に対する入射角度のより大きい光線B(第2の光線;図1、図3、図5参照)とS5面との交点位置をP2とする。なお、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面は、画面中心主光線を含み、かつ、画面短辺方向に平行な断面でもある。   That is, among the light rays incident on the upper and lower ends of the screen on the cross section (yz plane) perpendicular to the screen SC including the screen center principal ray, the light ray A (first light ray; the first light ray; FIGS. 5) and the intersection position between the S5 surface (that is, the reflective surface arranged closest to the deflection element 3 among the multiple reflective surfaces of the projection optical system 7) is defined as P1. Of the light rays incident on the upper and lower ends of the screen on the cross section, the intersection position of the light beam B (second light beam; see FIGS. 1, 3, and 5) having a larger incident angle with respect to the screen and the S5 plane is P2. And The cross section perpendicular to the screen SC including the screen center chief ray is also a cross section including the screen center chief ray and parallel to the short side direction of the screen.

また、上記断面上で画面に入射する光線Aと、S6面(すなわち、投射光学系7が有する屈折面)との交点位置をQ1とする。そして、上記断面上で画面に入射する光線BとS6面との交点位置をQ2とする。一方、上記断面上で画面に入射する光線Aと、S8面(すなわち、投射光学系7が有する複数の反射面のうちで最もスクリーンSC側に配置される反射面)との交点位置をR1(第1の交点位置)とする。そして、上記断面上で画面に入射する光線BとS8面との交点位置をR2(第2の交点位置)とする。   Further, the intersection position of the light beam A incident on the screen on the cross section and the S6 surface (that is, the refractive surface of the projection optical system 7) is defined as Q1. The intersection position between the light beam B incident on the screen and the S6 surface on the cross section is defined as Q2. On the other hand, the intersection position of the light ray A incident on the screen on the cross section and the S8 surface (that is, the reflective surface arranged closest to the screen SC among the plurality of reflective surfaces of the projection optical system 7) is R1 ( First intersection point position). An intersection position between the light beam B incident on the screen and the S8 plane on the cross section is defined as R2 (second intersection position).

さらに、曲率の正負を以下のように定義する。すなわち、図20に示すように、光源装置1から射出された光LTが偏向素子3を介してスクリーンSCに向かう光路中に、反射面または屈折面からなる面Sが存在するときに、光LTが凸面としての面Sにぶつかるときのその面Sの曲率を正の曲率とし、光LTが凹面としての面Sにぶつかるときのその面Sの曲率を負の曲率とする。   Furthermore, the sign of curvature is defined as follows. That is, as shown in FIG. 20, when the light LT emitted from the light source device 1 travels toward the screen SC via the deflecting element 3, the light LT is present when the surface S made of a reflective surface or a refractive surface is present. Let the curvature of the surface S when it hits the surface S as a convex surface be a positive curvature, and the curvature of the surface S when the light LT hits the surface S as a concave surface be a negative curvature.

なお、曲率は、面の形状から一意的に求めることができる(すなわち、曲率=1/曲率半径)。一方、パワーは、光線が入射した面によって、進行方向が変化する度合いを示しており、面の形状に加えて、光線の入射位置、入射角度にも依存して決まる。つまり、面の形状のみから、曲率を求めることはできてもパワーまでを求めることはできない。この点で、本明細書では、曲率とパワーとを区別して用いている。   The curvature can be uniquely obtained from the shape of the surface (that is, curvature = 1 / curvature radius). On the other hand, the power indicates the degree to which the traveling direction changes depending on the surface on which the light beam is incident, and is determined depending on the incident position and incident angle of the light beam in addition to the shape of the surface. In other words, the curvature can be obtained only from the shape of the surface, but the power cannot be obtained. In this regard, in this specification, the curvature and the power are distinguished from each other.

図11、図14および図17に示すように、S8面は、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面(YZ面に対応)に対して対称な形状であり、しかも、交点位置R1が光線入射側に突出した形状となっている。つまり、S8面の交点位置R1では、第1の走査方向(Y方向に対応)に垂直な断面内で、第2の走査方向(X方向に対応)の曲率が正となっている。そして、交点位置R1を通り、第1の走査方向に垂直な断面での面形状は、交点位置R2を通り、第1の走査方向に垂直な断面での面形状よりも、正の曲率が大きい形状となっている。   As shown in FIGS. 11, 14, and 17, the S8 plane has a symmetrical shape with respect to a cross section (corresponding to the YZ plane) perpendicular to the screen SC including the screen center principal ray, and the intersection position R1 is The shape protrudes toward the light incident side. That is, the curvature in the second scanning direction (corresponding to the X direction) is positive in the cross section perpendicular to the first scanning direction (corresponding to the Y direction) at the intersection position R1 of the S8 surface. The surface shape in the cross section perpendicular to the first scanning direction passing through the intersection position R1 has a larger positive curvature than the surface shape in the cross section passing through the intersection position R2 and perpendicular to the first scanning direction. It has a shape.

スクリーンSCに対して斜め投射を行う構成では、スクリーンSCに対する光線の入射角が大きくなるに従い、画面下辺の長さが画面上辺の長さよりも短くなる台形歪みが大きくなる。しかし、S8面の形状を上記のように設定することにより、交点位置R1を通り、第1の走査方向に垂直な断面内では、第2の走査方向に大きな負のパワーを付与することができる。つまり、S8面において、画面下辺に入射する光線Aが通過する領域に負のパワーを持たせることができる。したがって、画面下部の第2の走査方向の幅を広げて、斜め投射に伴って発生する台形歪みを補正することが可能となる。   In the configuration in which the oblique projection is performed on the screen SC, the trapezoidal distortion in which the length of the lower side of the screen is shorter than the length of the upper side of the screen increases as the incident angle of the light beam on the screen SC increases. However, by setting the shape of the S8 surface as described above, a large negative power can be applied in the second scanning direction within the cross section passing through the intersection position R1 and perpendicular to the first scanning direction. . That is, in the S8 plane, a negative power can be given to the region through which the light ray A incident on the lower side of the screen passes. Therefore, it is possible to correct the trapezoidal distortion that occurs with oblique projection by widening the width in the second scanning direction at the bottom of the screen.

このとき、最もスクリーンSC側に配置されるS8面以外の面を用いて台形歪みの補正を行うと、その反射面よりもスクリーンSC側の面において、面内の有効領域が拡大し、光学系のサイズが大きくなる。このため、台形歪みの補正を行う面は、最もスクリーンSC側の面であるS8面であることが望ましい。   At this time, when the trapezoidal distortion is corrected using a surface other than the S8 surface arranged closest to the screen SC, the effective area in the surface is enlarged on the surface on the screen SC side than the reflecting surface, and the optical system Increases in size. Therefore, it is desirable that the surface on which the trapezoidal distortion is corrected is the S8 surface that is the surface closest to the screen SC.

台形歪みを抑えると、光利用効率を向上させたり、投影画像を明るくすることが可能となる。つまり、従来、画面が歪む端部ではレーザー光をOFFにすることで、矩形の領域のみをスクリーンSC上に表示させていたが、台形歪みを抑えることで、レーザー光をOFFにしていた時間を本来の画像表示に使うことができ、光利用効率が向上する。また、画像表示面積を従来と同じとすれば、レーザー光をOFFにしていた時間を本来の画像表示に使うことで、1ラインの走査速度を落とすことができる。これにより、明るい投影画像を得ることができる。   If the trapezoidal distortion is suppressed, the light use efficiency can be improved and the projected image can be brightened. In other words, conventionally, only the rectangular area is displayed on the screen SC by turning off the laser light at the edge where the screen is distorted. However, the time during which the laser light is turned off can be reduced by suppressing the trapezoidal distortion. It can be used for original image display, and light utilization efficiency is improved. Further, if the image display area is the same as the conventional one, the scanning speed of one line can be reduced by using the time during which the laser light is turned off for the original image display. Thereby, a bright projection image can be obtained.

また、投射光学系7が複数の反射面(S5面、S8面)を有していることにより、これらの反射面によって、光路を折りたたむことができるので、投射光学系7をコンパクトに構成することができる。各実施例1〜3では、複数の反射面により、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面内で、投射光学系7の光路が折りたたまれており、投射光学系7をコンパクトにして装置全体の小型化が図られている。さらに、斜め投射に伴う台形歪みの補正には、上述のように大きな負のパワーが必要であるが、反射面を用いることにより、同じパワーの屈折面では生じるような色収差がなく、色収差を低減することが可能である。   Further, since the projection optical system 7 has a plurality of reflection surfaces (S5 surface, S8 surface), the optical path can be folded by these reflection surfaces, so that the projection optical system 7 is configured compactly. Can do. In each of the first to third embodiments, the optical path of the projection optical system 7 is folded by a plurality of reflecting surfaces in a cross section perpendicular to the screen SC including the screen center chief ray. The overall size is reduced. Furthermore, correction of trapezoidal distortion due to oblique projection requires a large negative power as described above, but by using a reflective surface, there is no chromatic aberration that would occur on a refracting surface of the same power, reducing chromatic aberration. Is possible.

ところで、走査型投射装置の特徴を活かす上で、光学系はできるだけコンパクトにすることが望ましいが、反射面のみを用いて光学系を構成すると、光線と面との分離のために、光学系の体積が拡大する。一方、斜め投射角度が大きい系では、画面上辺に入射する光線Bと画面下辺に入射する光線Aとで各画角ごとに光路長の差が大きくなる結果、像面湾曲が発生する。しかし、この像面湾曲は、比較的弱いパワーの面で補正することが可能である。   By the way, it is desirable to make the optical system as compact as possible in taking advantage of the features of the scanning projection apparatus. However, if the optical system is configured using only the reflecting surface, the optical system is separated for separation of the light beam and the surface. The volume increases. On the other hand, in a system with a large oblique projection angle, the difference in optical path length increases for each angle of view between the light beam B incident on the upper side of the screen and the light beam A incident on the lower side of the screen, resulting in field curvature. However, this field curvature can be corrected with a relatively weak surface.

そこで、投射光学系7に屈折面であるS6面を導入することにより、投射光学系7をできるだけコンパクトに構成しながら、S6面に比較的弱いパワーを持たせ、色収差の発生を極力低減しつつ像面湾曲を補正することが可能となる。このような屈折面の導入は、特に、第2の走査方向に発生する像面湾曲の補正に効果的である。   Therefore, by introducing the S6 surface which is a refracting surface into the projection optical system 7, while making the projection optical system 7 as compact as possible, the S6 surface is given a relatively weak power and the generation of chromatic aberration is reduced as much as possible. It becomes possible to correct curvature of field. The introduction of such a refracting surface is particularly effective for correcting field curvature that occurs in the second scanning direction.

ここで、図21は、実施例1における2次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものである。なお、図21では、全画面の右半分のみ歪曲を示しているが、全画面では左右対称の歪曲である。図22は、実施例2における2次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものであり、図23は、実施例3における2次元投影画像の歪みを歪曲図として示したものである。   Here, FIG. 21 shows the distortion of the two-dimensional projection image in Example 1 as a distortion diagram. In FIG. 21, only the right half of the full screen shows distortion, but the full screen shows symmetrical distortion. FIG. 22 shows the distortion of the two-dimensional projection image in Example 2 as a distortion diagram, and FIG. 23 shows the distortion of the two-dimensional projection image in Example 3 as a distortion diagram.

また、各実施例1〜3において、偏向素子3の走査角最大値(°)、投射に使用する機械走査角度(°)、最大光学走査角度(°)および角度利用効率(%)は、以下の表1に示す通りである。なお、偏向素子3にて入射光を反射させて偏向する場合、最大光学走査角度は、物理的に機械走査角度の2倍の角度となる。また、前述の通り、偏向素子3は水平方向には正弦駆動されるが、反射面偏向時に速度がゼロとなる時点(振れ角が最大となる時点)を含む一定期間は、スクリーンSC上で投影画像が局所的に明るくなるのを防ぐため、偏向素子3へのレーザー光の入射をOFFにしている。したがって、水平方向における角度利用効率とは、水平方向に1ライン走査する時間に対して上記一定期間を除いた時間の割合のことを指している。一方、垂直方向における角度利用効率とは、水平方向に1ラインの走査を開始してから次の1ラインの走査を開始するまでの時間に対して、次の1ライン走査に移る際にレーザー光をOFFにする期間を除いた時間の割合を指している。   In each of Examples 1 to 3, the maximum scanning angle value (°) of the deflecting element 3, the mechanical scanning angle (°) used for projection, the maximum optical scanning angle (°), and the angle utilization efficiency (%) are as follows. As shown in Table 1. When the incident light is reflected and deflected by the deflecting element 3, the maximum optical scanning angle is physically twice the mechanical scanning angle. Further, as described above, the deflection element 3 is driven in a sine direction in the horizontal direction, but is projected on the screen SC for a certain period including a time point when the speed becomes zero (a time point when the deflection angle becomes maximum) when the reflecting surface is deflected. In order to prevent the image from becoming locally bright, the incidence of laser light on the deflection element 3 is turned off. Therefore, the angle utilization efficiency in the horizontal direction refers to the ratio of the time excluding the certain period to the time for scanning one line in the horizontal direction. On the other hand, the angle utilization efficiency in the vertical direction refers to the laser beam when moving to the next one-line scan with respect to the time from the start of one line scan in the horizontal direction to the start of the next one-line scan. The ratio of the time excluding the period for turning OFF.

Figure 2009057522
Figure 2009057522

各実施例1〜3における台形歪みおよびTV歪曲を表2に示す。なお、台形歪みの評価は、図24に示すように、画面左上の角部と画面右上の角部とを結んだ直線の長さをL1(mm)とし、画面左下の角部と画面右下の角部とを結んだ直線の長さをL2(mm)としたときに、以下の式で算出される量で行っている。
台形歪み(%)={(L1−L2)/L2}×100
Table 2 shows trapezoidal distortion and TV distortion in each of Examples 1 to 3. As shown in FIG. 24, the trapezoidal distortion is evaluated by taking the length of the straight line connecting the upper left corner of the screen and the upper right corner of the screen as L1 (mm), and the lower left corner of the screen and the lower right corner of the screen. When the length of the straight line connecting the corners is L2 (mm), the amount is calculated by the following equation.
Trapezoidal distortion (%) = {(L1-L2) / L2} × 100

一方、TV歪曲とは、スクリーンSC上に表示された画面の枠が湾曲した量を示した収差量であり、図25に示すように、画面中央を通る軸に沿った変位量(a,b,c,d)を画面の幅(AまたはB)で割ったものである。つまり、画面枠の各辺におけるTV歪曲は、
TV歪曲上辺;a/A×100(%)
TV歪曲下辺;b/A×100(%)
TV歪曲左辺;c/B×100(%)
TV歪曲右辺;d/B×100(%)
で示される。なお、TV歪曲の符号は、各辺が画面中心から遠ざかる(ふくれる)方向を正とし、画面中心に近づく(へこむ)方向を負としている。
On the other hand, the TV distortion is an aberration amount indicating the amount of curvature of the frame of the screen displayed on the screen SC. As shown in FIG. 25, the displacement amount (a, b) along the axis passing through the center of the screen. , C, d) divided by the screen width (A or B). In other words, the TV distortion on each side of the screen frame is
TV distortion upper side; a / A x 100 (%)
TV distortion bottom side; b / A x 100 (%)
TV distortion left side; c / B x 100 (%)
TV distortion right side; d / B x 100 (%)
Indicated by Note that the sign of TV distortion is positive in the direction in which each side moves away from the center of the screen, and negative in the direction toward (indents) the center of the screen.

Figure 2009057522
Figure 2009057522

2次元走査系では、斜め投射に伴う台形歪みなどの非回転対称な歪曲や像面湾曲が画面上で発生する。しかし、各実施例1〜3のように、複数の反射面(S8面、S5面)と、屈折面(S6面)とを用いて投射光学系7を構成し、S8面の面形状を適切に設定することにより、台形歪みおよび像面湾曲の両者を良好に補正して、画面全体にわたって良好な画像を形成できることがわかる。しかも、補正する収差を反射面と屈折面とに分担させているので、投射光学系7のサイズをコンパクトにしつつ、色収差が少なくて良好な性能を持った走査型投射装置PJを実現することが可能となる。   In the two-dimensional scanning system, non-rotationally symmetric distortion such as trapezoidal distortion accompanying oblique projection and field curvature occur on the screen. However, as in each of the first to third embodiments, the projection optical system 7 is configured using a plurality of reflecting surfaces (S8 surface, S5 surface) and a refracting surface (S6 surface), and the surface shape of the S8 surface is appropriate. It can be seen that by setting to, both the trapezoidal distortion and the curvature of field can be corrected well, and a good image can be formed over the entire screen. In addition, since the aberration to be corrected is shared between the reflecting surface and the refracting surface, it is possible to realize a scanning projection apparatus PJ having good performance with less chromatic aberration while reducing the size of the projection optical system 7. It becomes possible.

(5.S8面についての補足)
各実施例1〜3では、図11、図14、図17に示すように、S8面は連続的な形状をしており、画面上の光線Aが入射する側(画面下辺)に入射する光束が通過する領域では、領域全体が第2の走査方向に凸面形状となっている。また、S8面は、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面に対して対称な形状である。このことから、S8面は、上記断面に対して対称であり(以下ではこの断面を対称面とも称する)、第2の走査方向に関して凸の形状をした領域を有していると言える。このとき、各実施例1〜3において、S8面の上記領域は、以下の条件式(1)を満足している。すなわち、
|φ1/φ2|<0.8 ・・・(1)
ただし、
φ1:対称面上での第1の走査方向の曲率(1/mm)
φ2:対称面上での第2の走査方向の曲率(1/mm)
である。
(5. Supplement on S8 surface)
In each of Examples 1 to 3, as shown in FIGS. 11, 14, and 17, the surface S <b> 8 has a continuous shape, and the light beam incident on the side on which the light beam A is incident (the lower side of the screen). In the region through which is passed, the entire region has a convex shape in the second scanning direction. Further, the surface S8 has a symmetrical shape with respect to a cross section perpendicular to the screen SC including the screen center principal ray. From this, it can be said that the S8 plane is symmetric with respect to the cross section (hereinafter, this cross section is also referred to as a symmetric plane) and has a region that is convex in the second scanning direction. At this time, in each of Examples 1 to 3, the region on the S8 surface satisfies the following conditional expression (1). That is,
| Φ1 / φ2 | <0.8 (1)
However,
φ1: curvature in the first scanning direction on the symmetry plane (1 / mm)
φ2: curvature in the second scanning direction on the symmetry plane (1 / mm)
It is.

上記の条件式は、走査光学系で斜め投影を行う際に、良好な画面形状を得るための条件を規定しており、上限値は、良好な画面縦横比を得るための好ましい値である。走査光学系では、偏向部材(偏向素子3)の絞り径と走査角度とによって、画面の解像度が決まる。走査光学系で斜め投影を行うと、画面の縦方向のサイズは斜め投影角度に応じて拡大するが、画面の横方向サイズは変化しないため、縦長の画面となる。条件式を満足することにより、第2の走査方向のパワーが、第1の走査方向のパワーよりも大きくなり、画面の横方向のサイズを広げて、適切な縦横比の画面とすることが可能となる。   The above conditional expression defines conditions for obtaining a good screen shape when oblique projection is performed by the scanning optical system, and the upper limit value is a preferable value for obtaining a good screen aspect ratio. In the scanning optical system, the screen resolution is determined by the aperture diameter and the scanning angle of the deflecting member (deflecting element 3). When oblique projection is performed with the scanning optical system, the vertical size of the screen is enlarged in accordance with the oblique projection angle, but the horizontal size of the screen is not changed, so that a vertically long screen is obtained. By satisfying the conditional expression, the power in the second scanning direction becomes larger than the power in the first scanning direction, and the horizontal size of the screen can be expanded to obtain a screen with an appropriate aspect ratio. It becomes.

特に、S8面の交点位置R1において、以下の条件式(2)を満足すれば、上記の効果を確実に得ることができる点で望ましい。すなわち、
|φ1/φ2|<0.2 ・・・(2)
である。
In particular, if the following conditional expression (2) is satisfied at the intersection position R1 of the S8 surface, it is desirable in that the above effect can be obtained with certainty. That is,
| Φ1 / φ2 | <0.2 (2)
It is.

表3は、各実施例1〜3における、Y方向の曲率φ1と、X方向の曲率φ2と、それらの比の絶対値|φ1/φ2|とをそれぞれ示している。なお、表3におけるφ1およびφ2は、MEMSミラーの各走査角度での光束の主光線とS8面との交点における値である。また、E−n=×10−nを指す。ここで、MEMSミラーの水平方向の走査角度をH(°)とし、垂直方向の走査角度をV(°)とすると、各実施例1〜3では、H=0°のとき、光束の主光線はS8面の対称面上に入射し、H=0°、V=6.4°のときの光束の主光線とS8面との交点が、上述した交点位置R1に相当する。また、図2のS8面で反射される光線束5本のうちの真ん中の光線束の主光線がH=0°、V=0°に相当し、上から2番目の光線束の主光線がH=0°、V=−3.2°に相当する。表3より、各実施例1〜3は、いずれも上記の条件式(1)(2)を満足していることがわかる。Table 3 shows the curvature φ1 in the Y direction, the curvature φ2 in the X direction, and the absolute value | φ1 / φ2 | In Table 3, φ1 and φ2 are values at the intersections between the principal ray of the light beam and the S8 surface at each scanning angle of the MEMS mirror. Further, E−n = × 10 −n is indicated. Here, when the horizontal scanning angle of the MEMS mirror is H (°) and the vertical scanning angle is V (°), in each of the first to third embodiments, when H = 0 °, the principal ray of the light beam Is incident on the symmetry plane of the S8 plane, and the intersection of the principal ray of the light beam and the S8 plane when H = 0 ° and V = 6.4 ° corresponds to the intersection position R1 described above. Further, the chief ray of the middle ray bundle among the five ray bundles reflected by the S8 surface in FIG. 2 corresponds to H = 0 ° and V = 0 °, and the chief ray of the second ray bundle from the top is the same. This corresponds to H = 0 ° and V = -3.2 °. From Table 3, it can be seen that each of Examples 1 to 3 satisfies the above conditional expressions (1) and (2).

Figure 2009057522
Figure 2009057522

また、各実施例1〜3では、S8面と光線Aとの交点位置R1における第2の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系7の他の反射面(S5面)および屈折面(S6面)と光線Aとの各交点位置P1・Q1における第2の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きくなるように、各光学面の面形状が設定されている。このような設定により、画面下辺に入射する光線Aが通過する各交点位置P1・Q1・R1の中で、最もスクリーンSCに近い位置に配置されるS8面の交点位置R1において、第2の走査方向に強い負のパワーを持つことになるので、画面下辺を第2の走査方向に広げて、画面下辺の台形歪みを効果的に補正することが可能となる。   In each of the first to third embodiments, the absolute value of the curvature in the second scanning direction at the intersection position R1 between the S8 surface and the light beam A is the other reflecting surface (S5 surface) and refractive surface ( The surface shapes of the optical surfaces are set so as to be larger than the absolute values of the curvatures in the second scanning direction at the intersection positions P1 and Q1 between the surface S6 and the light ray A. With such a setting, the second scanning is performed at the intersection position R1 of the S8 surface arranged at the position closest to the screen SC among the intersection positions P1, Q1, and R1 through which the light ray A incident on the lower side of the screen passes. Since it has a strong negative power in the direction, it is possible to effectively correct the trapezoidal distortion of the lower side of the screen by expanding the lower side of the screen in the second scanning direction.

また、各実施例1〜3において、上述したように、S8面は連続的な形状をしており、画面上の光線Aが入射する側(画面下辺)に入射する光束が通過する領域では、領域全体が第2の走査方向に凸面形状となっている。これにより、斜め投影により、画面上の光線Aが入射する側の第2の走査方向の幅を広げて台形歪みを補正し、歪みの少ない画面形状にすることができる。   Further, in each of the first to third embodiments, as described above, the S8 surface has a continuous shape, and in the region where the light beam incident on the side on which the light ray A is incident (the lower side of the screen) passes, The entire region has a convex shape in the second scanning direction. As a result, it is possible to correct the trapezoidal distortion by widening the width in the second scanning direction on the side where the light ray A is incident on the screen by oblique projection, and to obtain a screen shape with less distortion.

また、各実施例1〜3において、S8面は、非回転対称な自由曲面となっている。これにより、非回転対称な収差である台形歪みを、少ない光学素子(例えばS8面を有する第2反射ミラー6のみ)によって補正することができる。   In each of Examples 1 to 3, the S8 surface is a non-rotationally symmetric free-form surface. Thereby, the trapezoid distortion which is a non-rotationally symmetric aberration can be corrected by a small number of optical elements (for example, only the second reflection mirror 6 having the S8 surface).

さらに、S8面は、画面中心主光線を含むスクリーンSCに垂直な断面に対して対称な形状であり、画面上辺または画面下辺に入射する光束のうちで光線Aを含む光束とS8面とが交わる領域(交点位置R1を通り、第2の走査方向に沿った領域)では、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、S8面における第2の走査方向の曲率の絶対値が大きくなっている。つまり、S8面は、交点位置R1から、第2の走査方向で、かつ、上記対称面から離れる方向に向かうにつれて、面の傾きが大きくなる形状、すなわち、曲率が正の方向に大きくなる形状となっている。   Further, the surface S8 has a symmetrical shape with respect to the cross section perpendicular to the screen SC including the screen center principal ray, and the light beam including the light ray A among the light beams incident on the upper side or the lower side of the screen intersects the S8 surface. In the region (the region passing through the intersection position R1 and along the second scanning direction), the absolute value of the curvature in the second scanning direction on the S8 surface increases as the distance from the symmetry surface in the second scanning direction increases. . That is, the S8 surface has a shape in which the inclination of the surface increases, that is, a shape in which the curvature increases in the positive direction as it goes from the intersection position R1 in the second scanning direction and away from the symmetry plane. It has become.

このようなS8面の形状により、S8面の上記領域において、対称面から第2の走査方向に離れるに従って負のパワーが強くなる。これにより、画面下辺の第2の走査方向の幅を確実に広げて、斜め投射に伴う台形歪みを効果的に補正しつつ、光路長の変化に応じて焦点距離を変化させて、画面下辺におけるスポット位置をスクリーンSCの近傍に近づけることが可能となる。   With such a shape of the S8 surface, in the region of the S8 surface, the negative power increases as the distance from the symmetry surface in the second scanning direction increases. As a result, the width of the lower side of the screen in the second scanning direction is surely widened, and the focal length is changed in accordance with the change of the optical path length while effectively correcting the trapezoidal distortion accompanying the oblique projection. It is possible to bring the spot position closer to the vicinity of the screen SC.

また、各実施例1〜3では、画面上辺または画面下辺に入射する光束のうちで光線Bを含む光束とS8面とが交わる領域(交点位置R2を通り、第2の走査方向に沿った領域)では、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、第2の走査方向の曲率が負の方向に変化している。   In each of the first to third embodiments, the region where the light beam including the light beam B and the S8 surface intersect among the light beams incident on the upper side or the lower side of the screen (the region passing through the intersection position R2 and along the second scanning direction). ), The curvature in the second scanning direction changes in the negative direction as the distance from the symmetry plane increases in the second scanning direction.

偏向素子3によって2次元的な走査を行うと、画面上では糸巻き状の走査歪みが発生し、斜め投射の構成においては、特に画面上方において走査歪みが顕著に発生する。そこで、S8面の形状を上記のように設定することにより、交点位置R2から第2の走査方向に離れるにつれて、第2の走査方向のパワーをプラス方向に変化させることができ、(例えば正の曲率を小さくして負のパワーを小さくすることができ)、画面上辺端部の広がりを抑制して、上記の走査歪みを低減することが可能となる。   When two-dimensional scanning is performed by the deflecting element 3, a pincushion-like scanning distortion occurs on the screen, and in the oblique projection configuration, the scanning distortion particularly occurs above the screen. Therefore, by setting the shape of the S8 surface as described above, the power in the second scanning direction can be changed in the positive direction as it moves away from the intersection position R2 in the second scanning direction. The negative power can be reduced by reducing the curvature), and the scanning distortion can be reduced by suppressing the spread of the upper edge of the screen.

なお、S8面において、交点位置R2を通り、第1の走査方向に垂直な断面での面形状は、光線入射側に凸であっても凹であってもよい(交点位置R2においては、第2の走査方向に負の曲率を有していてもよいし、正の曲率を有していてもよい)。要は、S8面において、交点位置R1から交点位置R2に向かうにつれて、第2の走査方向における凸面形状がゆるくなればよい(第1の走査方向に垂直な断面内での曲率が負の方向に変化すればよい)。このようにS8面の面形状を設定すれば、交点位置R2を通り、第1の走査方向に垂直な断面での第2の走査方向のパワーよりも、交点位置R1を通り、第1の走査方向に垂直な断面での第2の走査方向のパワーを負側に大きくできるので、上述した台形歪みを確実に補正することが可能となる。   In the S8 plane, the surface shape of the cross section passing through the intersection position R2 and perpendicular to the first scanning direction may be convex or concave on the light incident side (at the intersection position R2, the first shape). 2 may have a negative curvature or may have a positive curvature). In short, on the S8 surface, the convex shape in the second scanning direction has only to become looser as it goes from the intersection position R1 to the intersection position R2 (the curvature in the cross section perpendicular to the first scanning direction is in the negative direction). Just change). If the surface shape of the S8 surface is set in this way, the first scan passes through the intersection position R1 and passes through the intersection position R1 rather than the power in the second scanning direction in the cross section perpendicular to the first scanning direction. Since the power in the second scanning direction in the cross section perpendicular to the direction can be increased to the negative side, the trapezoidal distortion described above can be reliably corrected.

(6.S6面についての補足)
各実施例1〜3では、屈折面としてのS6面は、非回転対称な自由曲面で構成されている。これにより、S6面で、像面で発生する非回転対称な歪みである台形歪みを補正しつつ、像面湾曲を補正することが可能となる。
(6. Supplement on S6 surface)
In each of the first to third embodiments, the S6 surface serving as the refracting surface is a non-rotationally symmetric free-form surface. This makes it possible to correct curvature of field on the S6 surface while correcting trapezoidal distortion, which is non-rotationally symmetric distortion occurring on the image plane.

また、実施例1および2では、S6面における光線Bとの交点位置Q2から第2の走査方向に離れるに従って、負の曲率が増大しており、負のパワーが強くなっている。S8面による走査歪みの補正に伴い、画面上辺の端部に入射する光束のスポット位置がスクリーンSCからずれるが、S6面の面形状を上記のように設定することにより、上記スポット位置のずれを補正することができる。   In Examples 1 and 2, the negative curvature increases and the negative power increases as the distance from the intersection position Q2 with the light beam B on the S6 plane increases in the second scanning direction. Along with the correction of the scanning distortion by the S8 surface, the spot position of the light beam incident on the edge of the upper side of the screen deviates from the screen SC. By setting the surface shape of the S6 surface as described above, the deviation of the spot position can be reduced. It can be corrected.

一方、実施例3では、図16に示すように、S6面と光線Bとの交点位置Q2において、第1の走査方向に垂直な断面内で第2の走査方向の曲率が正であり、第2の走査方向に正のパワーとなっている。2次元走査系では、斜め投射角度が大きくなるほど(画面上部ほど)走査歪みが顕著に発生することは上述の通りであるが、S6面の面形状を上記のように設定することにより、画面上部の幅を第2の走査方向に狭めることができるので、上記の台形歪みや像面湾曲に加えてさらに走査歪みもS6面で補正することが可能となる。   On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 16, the curvature in the second scanning direction is positive in the cross section perpendicular to the first scanning direction at the intersection position Q2 between the surface S6 and the light beam B. 2 has a positive power in the scanning direction. As described above, in the two-dimensional scanning system, as the oblique projection angle increases (upward of the screen), the scanning distortion is more noticeable as described above. However, by setting the surface shape of the S6 surface as described above, Therefore, in addition to the trapezoidal distortion and the curvature of field, the scanning distortion can be further corrected on the surface S6.

また、各実施例1〜3では、S6面と光線Aとの交点位置Q1においては、第1の走査方向に垂直な断面内で、第2の走査方向の曲率が負となっている。この場合、上記断面内で第2の走査方向のパワーが負となるので、画面下部を第2の走査方向に広げることができ、斜め投射によって発生する台形歪みを効果的に補正することができる。   In each of Examples 1 to 3, the curvature in the second scanning direction is negative in the cross section perpendicular to the first scanning direction at the intersection point Q1 between the S6 surface and the light beam A. In this case, since the power in the second scanning direction is negative in the cross section, the lower portion of the screen can be expanded in the second scanning direction, and the trapezoidal distortion generated by the oblique projection can be effectively corrected. .

また、各実施例1〜3では、S6面は、最もスクリーンSC側に配置される反射面(S8面)と最も偏向素子3側に配置される反射面(S8面)との間に配置されている。このような配置では、S6面は、第2の走査方向に負のパワーが最も強い反射面(S8面)よりも偏向素子3側に配置されることになるので、光学系のサイズをコンパクトに保ちつつ、良好な像性能を得ることができる。   In each of the first to third embodiments, the S6 surface is disposed between the reflective surface (S8 surface) disposed closest to the screen SC and the reflective surface (S8 surface) disposed closest to the deflection element 3 side. ing. In such an arrangement, the S6 surface is arranged closer to the deflecting element 3 than the reflecting surface (S8 surface) having the strongest negative power in the second scanning direction, so that the size of the optical system can be made compact. Good image performance can be obtained while maintaining.

(7.S5面について)
斜め投射を行う構成では、投射光学系7の最終面(S8面)からスクリーンSCまでの距離が、画面上辺よりも画面下辺において短くなるため、像面湾曲が発生するとともに、光線AのスクリーンSC上でのスポット位置が、スクリーンSC上から大きくはずれ、スポットが肥大する。なお、像面湾曲の補正は、上述したように、屈折面(S6面)で行うことが可能であるが、屈折面ではパワーが弱いために像面湾曲を補正しきれない場合や、色収差を低減しつつ像面湾曲を補正することが困難な場合がある。一方、台形歪みを補正するために、画面下辺に入射する光線は、第2の走査方向に強い負のパワーを有するS8面を通過する。
(7. About S5 surface)
In the configuration in which the oblique projection is performed, the distance from the final surface (S8 surface) of the projection optical system 7 to the screen SC is shorter on the lower side of the screen than on the upper side of the screen. The spot position on the top is greatly deviated from the screen SC, and the spot is enlarged. As described above, the correction of the field curvature can be performed on the refracting surface (S6 surface). However, since the power on the refracting surface is weak, it is impossible to correct the field curvature or the chromatic aberration is corrected. It may be difficult to correct the curvature of field while reducing. On the other hand, in order to correct the trapezoidal distortion, the light ray incident on the lower side of the screen passes through the S8 surface having a strong negative power in the second scanning direction.

そこで、各実施例1〜3では、最も偏向素子3側に配置される反射面としてのS5面と光線Aとの交点位置P1において、第1の走査方向に垂直な断面内で第2の走査方向の曲率が負となるように、S5面の面形状を設定している。特に、画面中心主光線を含む断面内で、交点位置P1における第2の走査方向の曲率が、交点位置P2における第2の走査方向の曲率よりも負の方向に大きくなるように、S5面の面形状を設定している。   Therefore, in each of the first to third embodiments, the second scanning is performed within the cross section perpendicular to the first scanning direction at the intersection position P1 between the surface S5 as the reflecting surface arranged closest to the deflecting element 3 and the light beam A. The surface shape of the S5 surface is set so that the curvature of the direction becomes negative. In particular, in the cross section including the central ray at the center of the screen, the curvature in the second scanning direction at the intersection position P1 is larger in the negative direction than the curvature in the second scanning direction at the intersection position P2. The surface shape is set.

このような設定では、S5面の交点位置P1において第2の走査方向に正のパワーが付与されるので、画面下辺に入射する光線の主光線近傍での焦点距離を、画面上辺に入射する光線の主光線近傍での焦点距離よりも短くすることができる。これにより、S8面にて台形歪みを補正しながら、S6面では補正しきれない像面湾曲を、S5面によって補正することができる。また、画面中心主光線を含む断面上において、画面に対する入射角度が最も小さくなる画角でのスポット位置(光線Aのスポット位置)がスクリーンSCの近傍となり、スクリーンSC上でのスポットサイズの肥大を防止することができる。   In such a setting, since positive power is applied in the second scanning direction at the intersection point P1 of the S5 plane, the focal distance in the vicinity of the principal ray of the light incident on the lower side of the screen is set to the light incident on the upper side of the screen. Can be made shorter than the focal length in the vicinity of the principal ray. Thereby, it is possible to correct the curvature of field that cannot be corrected on the S6 surface while correcting the trapezoidal distortion on the S8 surface, using the S5 surface. In addition, on the cross section including the central ray at the center of the screen, the spot position at the angle of view where the incident angle with respect to the screen is the smallest (spot position of the light ray A) is in the vicinity of the screen SC. Can be prevented.

このように、S5面の交点位置P1における正のパワーと、S8面の交点位置R1における負のパワーとをうまくバランスさせることにより、像面湾曲の補正と台形歪みの補正とを確実に両立することが可能である。また、最も偏向素子3側の反射面であるS5面の交点位置P1のパワーを正にすることにより、S5面よりもスクリーンSC側の面の有効領域を拡大しないため、投射光学系7をコンパクトに構成することができる。   In this way, by properly balancing the positive power at the intersection position P1 of the S5 plane and the negative power at the intersection position R1 of the S8 plane, both the correction of the curvature of field and the correction of the trapezoidal distortion are ensured. It is possible. Also, by making the power at the intersection position P1 of the S5 surface, which is the reflecting surface closest to the deflecting element 3, positive, the effective area of the surface on the screen SC side is not enlarged compared to the S5 surface, so the projection optical system 7 is compact. Can be configured.

また、上述したように、偏向素子3は、水平方向には高速で正弦駆動される。このような正弦駆動の場合、水平方向の走査速度は、水平方向の端部よりも中央部で大きくなる。このため、1画素に相当するスポットの軌跡は、中央部では水平方向に長くなり、端部では短くなる。   Further, as described above, the deflection element 3 is sine-driven at a high speed in the horizontal direction. In the case of such a sine drive, the horizontal scanning speed is higher at the center than at the horizontal end. For this reason, the locus of the spot corresponding to one pixel becomes longer in the horizontal direction at the center and shorter at the end.

このような走査速度の違いによる、1画素に相当するスポットの軌跡の大きさを補正するためには、走査速度に合わせてスポットのサイズを調整する必要がある。すなわち、中央部においては、水平方向のスポットサイズを小さくし、端部においては、水平方向のスポットサイズを大きくすることにより、走査速度の違いによる1画素に相当するスポットの軌跡の大きさを、水平方向1ライン内で同等にすることができる。   In order to correct the size of the spot trajectory corresponding to one pixel due to such a difference in scanning speed, it is necessary to adjust the spot size in accordance with the scanning speed. That is, by reducing the spot size in the horizontal direction at the center and increasing the spot size in the horizontal direction at the end, the size of the locus of the spot corresponding to one pixel due to the difference in scanning speed is It can be made equal within one horizontal line.

S5面の面形状を上記のように設定することにより、画面下辺の中央部のスポットサイズを小さくすることができる。したがって、例えば、画面下辺の中央部に入射する光線については、スポットサイズを小さくするために像面湾曲の補正を重視し、画面下辺の端部に入射する光線については台形歪みの補正を重視する、というように、補正を重視する収差を走査1ライン内の位置に応じて異ならせることも可能となる。その結果、像面湾曲の補正、台形歪みの補正および走査速度の違いによるスポット形状の補正をバランスよく行って、良好な画像をスクリーンSCに投影することが可能となる。   By setting the surface shape of the S5 surface as described above, the spot size at the center of the lower side of the screen can be reduced. Therefore, for example, with respect to the light ray incident on the center of the lower side of the screen, the correction of the curvature of field is emphasized to reduce the spot size, and the correction of the trapezoidal distortion is emphasized with respect to the light ray incident on the end of the lower side of the screen. As described above, it is also possible to vary the aberration for which correction is important according to the position in one scanning line. As a result, it is possible to project a good image on the screen SC by performing a well-balanced correction of the curvature of field, the correction of trapezoidal distortion, and the correction of the spot shape due to the difference in scanning speed.

なお、以上では、走査型投射装置PJによって投射される被走査面をスクリーンSCとしたが、被走査面は壁であってもよい。また、走査型投射装置PJとスクリーンSCとを用いて投射型の画像表示装置を構成してもよい。   In the above description, the scanning surface projected by the scanning projection device PJ is the screen SC, but the scanning surface may be a wall. Further, a projection-type image display device may be configured using the scanning projection device PJ and the screen SC.

本発明の走査型投射装置は、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等に利用可能である。   The scanning projection apparatus of the present invention can be used for pocket projectors, data projectors, rear projection televisions, and the like.

Claims (13)

光源手段と、
光源手段から射出された光を、互いに直交する第1の走査方向および第2の走査方向に偏向する偏向部材と、
偏向部材によって偏向された光を被走査面に導く投射光学系とを有し、上記光で被走査面上を2次元走査する走査型投射装置であって、
上記第1の走査方向は、被走査面の画面短辺方向と一致しており、
上記投射光学系は、複数の反射面と、屈折面とを有しており、
画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面上で画面上下端に入射する光線のうちで画面に対する入射角度のより小さい光線を第1の光線とし、画面に対する入射角度のより大きい光線を第2の光線としたとき、複数の反射面のうちで最も被走査面側に配置される反射面と上記第1の光線との第1の交点位置における第2の走査方向の曲率が、正であり、かつ、上記反射面と上記第2の光線との第2の交点位置における第2の走査方向の曲率よりも、正の曲率が大きいことを特徴とする走査型投射装置。
Light source means;
A deflecting member for deflecting light emitted from the light source means in a first scanning direction and a second scanning direction orthogonal to each other;
A projection optical system that guides light deflected by the deflecting member to a surface to be scanned, and that scans the surface to be scanned two-dimensionally with the light,
The first scanning direction coincides with the screen short side direction of the surface to be scanned,
The projection optical system has a plurality of reflecting surfaces and a refracting surface,
Of the light rays incident on the upper and lower ends of the screen on the cross section perpendicular to the surface to be scanned including the screen main chief ray, the light ray having a smaller incident angle with respect to the screen is defined as the first light beam, and the light beam having the larger incident angle with respect to the screen is designated as the first light ray. 2, the curvature in the second scanning direction at the first intersection position between the reflection surface arranged closest to the scanned surface among the plurality of reflection surfaces and the first light beam is positive. A scanning projection apparatus characterized by having a positive curvature larger than a curvature in a second scanning direction at a second intersection position between the reflecting surface and the second light beam.
上記最も被走査面側に配置される反射面は、上記画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称で、第2の走査方向に関して凸の形状をしており、かつ、以下の条件式(1)を満たす領域を有していることを特徴とする請求項1に記載の走査型投射装置;
|φ1/φ2|<0.8 ・・・(1)
ただし、
φ1:上記対称面上での第1の走査方向の曲率
φ2:上記対称面上での第2の走査方向の曲率
である。
The reflective surface arranged on the most scanned surface side is symmetrical with respect to a cross section perpendicular to the scanned surface including the screen center principal ray, has a convex shape with respect to the second scanning direction, and The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein the scanning projection apparatus has a region that satisfies the following conditional expression (1):
| Φ1 / φ2 | <0.8 (1)
However,
φ1: curvature in the first scanning direction on the symmetry plane
φ2: curvature in the second scanning direction on the symmetry plane.
上記第1の交点位置において、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項2に記載の走査型投射装置;
|φ1/φ2|<0.2 ・・・(2)
である。
The scanning projection apparatus according to claim 2, wherein the following conditional expression (2) is satisfied at the first intersection point position;
| Φ1 / φ2 | <0.2 (2)
It is.
複数の反射面のうちで最も偏向部材側に配置される反射面と上記第1の光線との交点位置における第2の走査方向の曲率が、負であり、かつ、上記最も偏向部材側に配置される反射面と上記第2の光線との交点位置における第2の走査方向の曲率よりも負の方向に大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の走査型投射装置。   Of the plurality of reflecting surfaces, the curvature in the second scanning direction at the intersection of the reflecting surface arranged closest to the deflecting member and the first light beam is negative and is arranged closest to the deflecting member. 4. The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein a curvature in a negative direction is larger than a curvature in a second scanning direction at an intersection position between the reflecting surface and the second light beam. 5. 最も被走査面側に配置される反射面と上記第1の光線との上記第1の交点位置における第2の走査方向の曲率の絶対値が、投射光学系の他の反射面および屈折面と上記第1の光線との各交点位置における第2の走査方向の曲率の絶対値のそれぞれよりも大きいことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の走査型投射装置。   The absolute value of the curvature in the second scanning direction at the position of the first intersection between the reflecting surface arranged closest to the surface to be scanned and the first light beam is the other reflecting surface and refractive surface of the projection optical system. 5. The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein an absolute value of a curvature in a second scanning direction at each intersection position with the first light ray is larger than each of the absolute values. 最も被走査面側に配置される反射面は、非回転対称な面であり、かつ、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面に対して対称な形状であり、
上記第1の光線を含む光束と上記反射面とが交わる領域において、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第2の走査方向の曲率の絶対値が大きくなることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の走査型投射装置。
The reflecting surface arranged on the most scanned surface side is a non-rotationally symmetric surface and has a symmetrical shape with respect to a cross section perpendicular to the scanned surface including the screen center principal ray,
In the region where the light beam including the first light beam and the reflection surface intersect, the absolute value of the curvature of the reflection surface in the second scanning direction increases as the distance from the symmetry surface in the second scanning direction increases. A scanning projection apparatus according to any one of claims 1 to 5.
複数の反射面により、画面中心主光線を含む被走査面に垂直な断面内で、上記投射光学系の光路が折りたたまれていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の走査型投射装置。   The scanning according to any one of claims 1 to 6, wherein the optical path of the projection optical system is folded by a plurality of reflecting surfaces in a cross section perpendicular to the surface to be scanned including the screen center principal ray. Mold projection device. 上記屈折面は、非回転対称な自由曲面であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の走査型投射装置。   The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein the refractive surface is a non-rotationally symmetric free-form surface. 上記屈折面と上記第1の光線との交点位置において、第2の走査方向の曲率が負であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の走査型投射装置。   9. The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein a curvature in the second scanning direction is negative at an intersection position between the refractive surface and the first light beam. 上記屈折面は、最も被走査面側に配置される反射面と最も偏向部材側に配置される反射面との間に配置されていることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の走査型投射装置。   10. The refracting surface is disposed between a reflecting surface disposed closest to the surface to be scanned and a reflecting surface disposed closest to the deflecting member. Scanning projector. 上記第2の光線を含む光束と、最も被走査面側に配置される反射面とが交わる領域において、対称面から第2の走査方向に離れるに従って、上記反射面における第2の走査方向の曲率が負の方向に変化することを特徴とする請求項6に記載の走査型投射装置。   In the region where the light beam including the second light beam and the reflection surface arranged closest to the surface to be scanned intersect, the curvature of the reflection surface in the second scanning direction as the distance from the symmetry surface in the second scanning direction increases. The scanning projection apparatus according to claim 6, wherein the angle changes in a negative direction. 光源手段から射出された光を偏向部材に導く光学部材をさらに有しており、
上記光学部材は、正のパワーを有していることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の走査型投射装置。
An optical member that guides the light emitted from the light source means to the deflecting member;
The scanning projection apparatus according to claim 1, wherein the optical member has a positive power.
上記光学部材は、アナモフィックなパワーを有していることを特徴とする請求項12に記載の走査型投射装置。   The scanning projection apparatus according to claim 12, wherein the optical member has anamorphic power.
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