WO2009118937A1

WO2009118937A1 - 二次元走査型投影装置

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Publication number: WO2009118937A1
Application number: PCT/JP2008/068641
Authority: WO
Inventors: 祥平松岡
Original assignee: Hoya株式会社
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-10-01
Also published as: GB2471431A; CN101981486A; US20110013247A1; JPWO2009118937A1; GB201018022D0; CN101981486B; GB2471431B; US9772544B2; JP5492765B2

Abstract

　光束を第一方向に偏向する第一偏向器と、第一偏向器と被走査面間に配設される走査光学系とを有し、走査光学系は、該走査光学系を構成する各光学部材の中心軸が該走査光学系の光軸として同一直線上に位置し、かつ各光学部材が光軸に対して回転対称なパワーを有するように構成され、被走査面の中心は、該被走査面を含む平面と光軸との交点よりも第二方向にシフトしており、第一偏向器は、その回転軸が、光軸および第二方向を含む面内において、第二方向に対して第一の角度だけ傾いて配設され、光源から照射された光束は、光軸および第二方向を含む面内において、投影画像中心に入射することになる光束の主光線が第一の偏向器に、光軸に対して第二の角度をなすように斜入射するよう二次元走査型投影装置を構成した。

Description

二次元走査型投影装置

　この発明は、光源から照射された光束を二次元走査することにより生成される画像を所定の被走査面上に拡大投影する二次元走査型投影装置に関する。

　近年、光源から照射された光束を二次元走査することにより生成される画像をスクリーン等の被走査面上に拡大投影する二次元走査型投影装置が知られている。さらに、この二次元走査型投影装置において、走査光学系の光軸がスクリーンに対して傾くように構成された装置が知られている。このように構成された二次元走査型投影装置は、スクリーン下部に配設された画像生成部からスクリーン全域へ画像を投影する、いわゆる打ち上げ投影を可能とする。打ち上げ投影可能な装置は、走査光学系の光軸がスクリーンに対して略直交する従前の非打ち上げタイプの投影装置に比べて省スペース化を達成することができる。

　しかし、上記打ち上げ投影可能な装置によって投影される画像は、非打ち上げタイプの投影装置に比べてＴＶディストーションや台形歪みが大きく発生すると言う問題点が指摘されている。なお、ここでいうＴＶディストーションとは、スクリーンに投影された画像の歪みのこという。具体的には、ＴＶディストーションは、投影された画像の長辺の、短辺方向への歪みを数値で表す。投影装置において、該ＴＶディストーションを低減させる技術は、例えば特開２００４－１３８７１９号公報に開示されている。

　特開２００４－１３８７１９号公報では、光源とスクリーン間に走査光学系を配設した二次元走査型投影装置が開示されている。該投影装置では、走査光学系を偏心させて配置している。これにより、投影画像にアナモフィックな作用を付与し、ＴＶディストーション等を補正しようと試みている。

　しかし、特開２００４－１３８７１９号公報に記載された投影装置は、走査光学系を偏心させるため、該走査光学系を非常に複雑な構成にせざるを得ない。加えて、各レンズ間における高精度な位置決めが要求される。

　そこで、本発明は上記の事情に鑑み、いわゆる打ち上げ投影が可能な二次元走査型投影装置であって、複雑かつ高い精度が要求される構成を採用せずともＴＶディストーションや台形歪みと言った画質の低下を効果的に補正することが可能な二次元走査型投影装置を提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するため、本発明に係る二次元走査型投影装置は、光源から照射された光束を第一方向および該第一方向に直交する第二方向に走査し、被走査面上に二次元像を投影する二次元走査型投影装置であって、光束を第一方向に偏向する第一の偏向器と、第一の偏向器と被走査面間に配設される走査光学系と、を有し、走査光学系は、該走査光学系を構成する各光学部材の中心軸が該走査光学系の光軸として同一直線上に位置し、かつ各光学部材が光軸に対して回転対称なパワーを有するように構成され、被走査面の中心は、該被走査面を含む平面と光軸との交点よりも第二方向にシフトしており、第一の偏向器は、該第一の偏向器の回転軸が、光軸および第二方向を含む面内において、第二方向に対して第一の角度だけ傾いて配設され、光源から照射された光束は、光軸および第二方向を含む面内において、投影画像中心に入射することになる光束の主光線が第一の偏向器に、光軸に対して第二の角度をなすように斜入射することを特徴とする。

　本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、具体的には、以下の二つの条件を満たすように構成することが望ましい。但し、Ｈは交点から被走査面下方端辺中心までの距離を、Ｄは交点から被走査面下方端辺の一端までの距離を、Ｈ”は交点から被走査面上方端辺中心までの距離を、Ｄ”は交点から被走査面上方端辺の一端までの距離を、ｆは走査光学系の焦点距離を、αは第一方向における半画角を、ρは第一の角度を、βは第二の角度を、ωは第二方向における半画角を、それぞれ表す。

　さらに、本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、以下の条件を満たすことが望ましい。但し、Ｈ’は交点から被走査面中心までの距離を、Ｄ’は交点から被走査面側方端辺中心までの距離を、それぞれ表す。

　また、本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、光源と第一の偏向器の間に配設され、光束を第二方向に偏向する第二の偏向器と、第一の偏向器と第二の偏向器の間に配設され、第二の偏向器から射出された光束を第一の偏向器に導くリレー光学系と、を有する構成にすることができる。

　また、本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、光源は、第二方向に対応する方向に配設された複数の発光部を有しており、当該二次元走査型投影装置は、光源と第一偏向器の間に配設され、複数の発光部から照射された複数の光束を同時に第一の偏向器に入射させる集光光学系を有する構成にしても良い。この場合、被走査面上において、複数の光束を同時に第一方向に走査させることにより、二次元走査が実現される。

　本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、光軸および第二方向を含む面内において、第一の偏向器に入射される主光線と、第一の偏向器の回転軸に直交する平面とがなす角度が第二の角度よりも小さくなるように、第一の角度と第二の角度が共に同符号であることが望ましい。

　本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、上記走査光学系は、被走査面上における走査の等速性の維持に寄与する少なくとも一枚の反射面を有してもよい。

　なお、本発明に係る二次元走査型投影装置に搭載される走査光学系は、f(β+ω)≦H”≦ f tan(β+ω)を満足するｆθ特性からftanθ特性までの負のディストーションを有することが望ましい。

　本発明に係る二次元走査型投影装置によれば、打ち上げ投影型の投影装置であっても、従来のように複雑かつ高精度な走査光学系を用いることなく、ＴＶディストーションや台形歪みを効果的に抑えることが可能になる。

本発明の実施形態の二次元走査型投影装置の構成を概略的に示す副走査断面図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置の光路を展開して示す図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置が満たす条件に関するパラメータを説明する図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置が満たす条件を導出するための説明図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置が満たす条件を導出するための説明図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置が満たす条件を導出するための説明図である。本発明の実施形態の二次元走査型投影装置が満たす条件を導出するための説明図である。比較例の二次元走査型投影装置の光路を展開して示す図である。本発明の実施例１の二次元走査型投影装置により投影される画像の歪曲状態を示す図である。本発明の実施例２の二次元走査型投影装置により投影される画像の歪曲状態を示す図である。比較例の二次元走査型投影装置により投影される画像の歪曲状態を示す図である。図２の横方向偏向器周辺の光学系を拡大して示す図である。本発明の変形例の二次元走査型投影装置の光路を展開して示す図である。

　図１は本発明の実施形態の打ち上げ投影型の二次元走査型投影装置１００の概略構成を示す図である。投影装置１００は、ハウジング５０内に、投影光学システム１０、第一ミラーＭ１、第二ミラーＭ２、スクリーンＳを有する。

　図２は、二次元走査型投影装置１００における光路を展開して示す図である。但し、図２では第一ミラーＭ１と第二ミラーＭ２の反射面による反射光路を展開して図示している。図２に示すように、投影光学システム１０は、光源部１、第二偏向器２、リレー光学系３、第一偏向器４、走査光学系５を有する。一点鎖線で示す軸ＡＸは、走査光学系５の光軸である。

　なお、以下の説明では、走査光学系５の光軸ＡＸと第一偏向器４の回転軸を含む断面上にある走査光学系５の光軸の法線方向を縦方向、光軸ＡＸと、前記法線に共に直交する方向を横方向と定義する。例えば、全体の外形を略直方体と見立てた二次元走査型投影装置１００を、水平面上に載置した状態を想定すると、横方向は二次元走査型投影装置１００が載置された水平面と平行な方向にあり第一方向と一致する、縦方向は鉛直方向に一致し、第二方向と一致する。以下の説明では、第一偏向器４は横方向偏向器４、第二偏向器２は縦方向偏向器２と呼ぶ。

　図１、図２では、横方向をＹ方向、縦方向をＺ方向で表す。また、Ｙ、Ｚの各方向と直交する方向つまり被走査面であるスクリーンＳに直交する装置の奥行き方向をＸ方向と定義する。

　なお、実際の投影装置１００では、ハウジング５０の形状や他の部材との位置関係によって、第一ミラーＭ１と第二ミラーＭ２だけでなく、さらに投影光学システム１０内の図示しないミラーを配設して光路を折り曲げることもある。しかし以下では、上記各ミラーによる光路の折り曲げは考慮せず、光路を展開した状態を想定して各部材の説明を行う。

　図２に示す光源部１は、外部から送信される画像信号等に応じてオン、オフ変調されたレーザー光を照射する。光源部１から照射されたレーザー光は、縦方向偏向器２に入射する。

　縦方向偏向器２は、図２紙面に直交する中心軸周りに回転自在に構成される。つまり、縦方向偏向器２は、入射したレーザー光をスクリーンＳにおいて縦方向に走査させるための偏向器である。

　縦方向偏向器２の偏向面で偏向したレーザー光は、リレー光学系３を介して横方向偏向器４に入射する。なお図２では、図示の便宜上、横方向偏向器４の中心軸のみ示す。本実施形態のリレー光学系３は、レンズＬ３１～Ｌ３４の前群とレンズＬ３５～Ｌ３８の後群から構成される。図２中リレー光学系３の中央近傍における破線は中間像形成位置を示す。本実施形態では、リレー光学系３における軸上光束がスクリーンＳの略中心に入射する。つまり、リレー光学系３における軸上光束が投影画像の中心領域を生成する。

　横方向偏向器４は、図２紙面に平行な中心軸周りに回転自在に構成される。つまり、横方向偏向器４は、入射するレーザー光をスクリーンＳにおいて横方向に走査させるための偏向器である。

　レーザー光は、横方向偏向器４の回転状態に応じた角度で連続して偏向されつつ、走査光学系５に入射する。なお、本実施形態では走査光学系５は４枚のレンズＬ５１～Ｌ５４から構成され、全体としてほぼｆθ特性を有する。但し、走査光学系５を構成するレンズの枚数は、あくまで一例である。走査光学系５の各レンズＬ５１～Ｌ５４は、偏心していない。つまり、各レンズの中心軸は互いに一致し、走査光学系５の光軸ＡＸをなす。また、各レンズＬ５１～Ｌ５４は、それぞれ、光軸ＡＸを基準として回転対称なパワーを有する。

　走査光学系５から射出された各レーザー光は、スクリーンＳ上を横方向に走査する。ここで、上記の通り、本実施形態の二次元走査型投影装置１００は、打ち上げ投影型として構成される。従って、図２に示すように、スクリーンＳの中心Ｓｃは、走査光学系５の光軸ＡＸとスクリーンＳを含む面（Ｙ－Ｚ平面）との交点Ｐよりも縦方向（つまりＺ方向）にシフトした位置にある。

　二次元走査型投影装置１００では、横方向偏向器４による横方向への走査一回につき、縦方向偏向器２が所定量回転するように構成される。所定量は、スクリーンＳの走査に同時使用されるレーザー光の本数に、該レーザー光によってスクリーンＳ上に形成されるスポットサイズを乗じた長さに対応する量として定義される。これを繰り返すことにより、スクリーンＳ上に二次元画像が形成される。つまり、本実施形態における被走査面であるスクリーンＳは、回動自在な感光ドラム等とは異なり、走査光学系５に対して不動である。

　以上のような構成の二次元走査型投影装置１００において、横方向偏向器４は、図２に示すように、Ｘ－Ｚ平面において、該偏向器４の中心軸４ａがＺ方向に対して傾くように配設される。つまり、横方向偏向器４は、自身の中心軸とＺ方向がなす角（以下、第一の角度ρという）が０°以外の値となるように配置される。但し、Ｚ方向と一致する場合を０°とし、次の図１２において矢印で示した方向（反時計回り方向）を正とする。図１２は、図２の横方向偏向器４周辺の光学系を拡大して示す図である。

　また、二次元走査型投影装置１００は、リレー光学系３を介した光束が横方向偏向器４に対して斜入射するように構成される。詳しくは、二次元走査型投影装置１００は、横方向偏向器４に入射する光束のうち、スクリーンＳの中心Ｓｃを通ることになる光束の主光線Ｌが、Ｘ－Ｚ平面において横方向偏向器４に入射する際に光軸ＡＸに対して第二の角度βをなすように構成される。但し、第二の角度βは０°以外の値を採る。また、横方向偏向器４に入射する主光線ＬがＸ－Ｙ平面に含まれる場合を０°とし、図１２において矢印で示した方向（反時計回り方向）を正とする。

　このように、本実施形態の二次元走査型投影装置１００は、横方向偏向器４を傾けて配置すると共に、光束を横方向偏向器４に対して斜入射させている。これにより、以下のような効果が得られる。

　第一に、打ち上げ投影型の投影装置で発生してしまうＴＶディストーションを非打ち上げ投影型と略同程度まで良好に抑えることが可能になる。一般的に、横方向偏向器４の中心軸と直交する平面（便宜上、回転断面という）上で走査された光束は、走査線湾曲が発生しない。特に、光軸ＡＸを含む回転断面上で走査された光束であれば、縦方向の湾曲も発生しない。そこで横方向偏向器４を傾けることにより、当該回転断面とスクリーンＳ上に投影される像とが接近することになる。つまり、投影像が光学的に良好とされる回転断面近傍で走査された光束により生成されることになるため、ＴＶディストーションが良好に抑えられる。別の表現によれば、横方向偏向器４を図１２の正の方向（反時計回り方向）に角度ρ傾けた分だけ、横方向偏向器４（回転断面）に対する主光線Ｌの入射角を第二の角度βに対して小さくすることができるため、走査線湾曲が良好に抑えられ、ＴＶディストーションの小さい画像がスクリーンＳに投影されることになる。

　第二に、打ち上げ投影型の投影装置で発生してしまう台形歪みも非打ち上げ投影型と略同程度まで良好に抑えることが可能になる。具体的には、横方向偏向器４を傾けることにより、横方向偏向器４を介して形成される像（横方向偏向器４による反射像）も傾きを生じる。つまり、適切な角度で横方向偏向器４を傾けることにより、打ち上げ投影に起因する台形歪みを打ち消すような歪みを像に与えることが可能になる。

　第三に、横方向偏向器４を傾けることにより、見かけ上の画角を大きくすることができる。これにより、傾けていない横方向偏向器４を使用した場合に比べて所定高さでのスクリーンＳ上での走査幅を広げることが可能になる。

　第四に、光束を横方向偏向器４に斜入射させたことにより生じるいくつかの現象を抑制することができる。一般に、光束を横方向偏向器４に斜入射させる量、つまり横方向偏向器４での入射角が大きくなればなるほど、入射した光束により横方向偏向器４の偏向面に形成されるスポットの径が大きくなる。また、スポット径が大きくなるため、反射の際のビームローテーション（横方向偏向器４により偏向される光束の偏向角に応じてスクリーンＳに形成されるビームスポットが回転する現象）が大きく発生する。そこで、横方向偏向器４を傾けて配置させることにより、光束の横方向偏向器４での入射角を負担させることができる。これにより、上記の各現象を効果的に抑制することができる。

　なお、本実施形態の二次元走査型投影装置１００は、上記第四の効果の実効性を高めるために、第一の角度ρと第二の角度βが同符号を採るように構成される。

　以上のような効果を奏するために、二次元走査型投影装置１００は、以下の条件（１）および条件（２）を満たすように構成される。但し、Ｈは交点ＰからスクリーンＳ下方端辺中心までの距離を、Ｄは交点ＰからスクリーンＳ下方端辺の一端までの距離を、Ｈ”は交点ＰからスクリーンＳ上方端辺中心までの距離を、Ｄ”は交点ＰからスクリーンＳ上方端辺の一端までの距離を、ｆは走査光学系５の焦点距離を、αは横方向における半画角を、ρは第一の角度を、βは第二の角度を、ωは縦方向における半画角を、それぞれ表す。図３は、各パラメータを示した模式図である。

　ここで、横方向における半画角αは、以下の式により求まる。但し、Ｙｓは、スクリーンＳのＹ方向長さを表す。
　　α＝（Ｙｓ／ｆ）／ｃｏｓ（β＋ρ）
また、縦方向における半画角ωは、以下の式により求まる。但し、Ｚｓは、スクリーンＳのＺ方向長さを表す。
　　ω＝Ｚｓ／ｆ

　条件（１）は、スクリーンＳの上方端辺に位置する走査線が直線状あるいは中心Ｓｃに向かって凸となる湾曲を持つように設計するための条件である。また、条件（２）は、スクリーンＳの下方端辺に位置する走査線が直線状あるいは中心Ｓｃに向かって凸となる湾曲を持つように設計するための条件である。より具体的には、各条件（１）、（２）双方が等号の関係を持つとき、投影画像は矩形状を有する。つまり、下方端辺に位置する走査線および上方端辺に位置する走査線が共に略直線状となる。それ以外のとき、投影画像はいわゆる糸巻き状を有する。投影画像が矩形状または糸巻き状であれば、スクリーンには、走査線が存在しない領域つまり非表示領域を生じることがない、該スクリーンＳに対応する矩形状（長方形状）の画像を投影することができる。

　さらに、以下の条件（３）を満たすことにより、上記の諸効果の実効性を高めることができる。但し、Ｈ’は交点ＰからスクリーンＳ中心までの距離を、Ｄ’は交点ＰからスクリーンＳ側方端辺中心までの距離を、それぞれ表す。

　条件（３）は、スクリーンＳ中央でのＴＶディストーションを低減するための条件である。条件（３）を満たすことにより、打ち上げ投影型の装置１００であっても非打ち上げ型に近い高画質な画像を投影することが可能になる。さらに条件（３）を満たす範囲内で第一の角度ρを大きく取れば、より大きな画角を確保して装置の小型化や薄型化を図る、あるいは台形歪みの補正効果を高めることも可能になる。

　以上の各条件（１）～（３）が導出される過程を図４～図７に示す模式図を参照しつつ以下説明する。図４は、回転断面４ｐが水平面に平行な状態で配設された横方向偏向器４を示す。つまり、図４において、横方向偏向器４は、中心軸４ａがＺ方向に平行となるように配設されている。そして、横方向偏向器４により反射した光束が横方向偏向器４の回転断面４ｐに対して角度（β＋ω）を持って進む状態を想定する。なお、横方向偏向器４は回転していないものとする。つまり、光束は横方向偏向器４によって偏向されておらず、走査光学系５の光軸ＡＸを含むＸ－Ｚ平面上を進むものとする。

　図４に示す模式図において、光束の光路において、横方向偏向器４から一定距離（例えば、１とする）だけ離れた点Ａを想定する。点Ａの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
　　Ｘ…ｃｏｓ（β＋ω）
　　Ｙ…０
　　Ｚ…ｓｉｎ（β＋ω）
と表される。

　図４に示す状態から、横方向偏向器４を一定量回転させ、光束を角度α（つまり横方向の半画角分）だけ偏向した状態を図５に示す。図５に示すように、光束が角度αだけ偏向されると、点Ａは点Ａ’まで移動する。点Ａ’の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
　　Ｘ…ｃｏｓαｃｏｓ（β＋ω）
　　Ｙ…ｓｉｎαｃｏｓ（β＋ω）
　　Ｚ…ｓｉｎ（β＋ω）
と表される。

　図５に示す状態を維持しつつ、横方向偏向器４を所定量傾かせた状態を図６に示す。詳しくは、図６に示す横方向偏向器４は、Ｘ－Ｚ平面において、該偏向器４の中心軸４ａがＺ方向に対して第一の角度ρだけ傾くように配設される。従って、傾いた状態の横方向偏向器４における回転断面４ｐ’は、回転断面（水平面）４ｐに対してρだけ傾いた状態にある。なお、図６において、上記Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に対応する方向をそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向と定義する。

　図６に示すように、横方向偏向器４が傾いて配設されている場合、点Ａ’の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
　　Ｘ…ｃｏｓρｃｏｓαｃｏｓ（β＋ω）－ｓｉｎρｓｉｎ（β＋ω）
　　Ｙ…ｓｉｎαｃｏｓ（β＋ω）
　　Ｚ…ｓｉｎρｃｏｓαｓｉｎ（β＋ω）＋ｃｏｓρｓｉｎ（β＋ω）
と表される。

　以上を踏まえ、スクリーンＳに投影される画像がＴＶディストーションや台形歪みを持たない高画質な画像をスクリーンＳに投影するための条件（１）を導出する。図７は条件（１）を導出するための説明図である。図７において、点Ａ’は、スクリーンＳ上方端辺の一端近傍に位置すると想定する。

　図７に示す角度θは、スクリーンの法線（つまり光軸ＡＸ）と点Ａ’に向かう光線のなす角として定義される。ここで、角度θは以下の式（４）により求まる。
　　θ＝Ｄ”／ｆ…（４）

　また、ｔａｎθは、以下の式（５）により求まる。

　ここで、交点ＰからＹ方向に延ばした仮想線ｉ１と点Ａ’からＺ方向におろした仮想線ｉ２の交点Ｑと点Ａ’間の距離をｈとおく。距離ｈは、以下の式（６）により求まる。

　式（６）におけるＺ／Ｘは、図６を参照しつつ求めた座標より、以下の式（７）で表すことができる。

　上記式（６）に、式（５）および式（７）で求められた値を代入すると、ｈに関する式（８）が得られる。

　ここで、距離ｈが交点ＰからスクリーンＳ上方端辺中心までの距離Ｈ”と等しければ、走査線は直線状となる。また、距離ｈが距離Ｈ”よりも小さくなると、スクリーンＳ上方端辺の一端には走査線が行き届かない。つまり、スクリーンＳ上方端辺の一端に非表示領域が発生してしまう。従って、ＴＶディストーションを低減し非表示領域の発生を防ぐためには、以下の関係が成立するように距離ｈと距離Ｈ”を設定すればよい。
　　ｈ≧Ｈ”

　上記関係に、式（８）の値を代入し、両辺にｔａｎ（Ｄ”／ｆ）／Ｄ”を乗じると、上記条件（１）が得られる。

　条件（２）、（３）についても、図７に示す点Ａ’の位置を変えて上記条件（１）と同様に導出することができる。

　以下、上記実施形態の二次元走査型投影装置１００の具体的実施例について２例説明する。各実施例の二次元走査型投影装置１００は、図２に示される。

　各実施例１、２の投影光学システム１０を構成するリレー光学系３の具体的数値構成は表１に表される。また、各実施例１、２の投影光学システム１０を構成する走査光学系５の具体的数値構成は表２に表される。

　表１、表２において、ｒは光学部材の各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは光学部材厚または光学部材間隔（単位：ｍｍ）、ｎは屈折率を表す。

　実施例１、２における縦方向偏向器２は、入射した光束を、リレー光学系３の光軸を中心に縦方向に±３０．２°の範囲で偏向する。

　実施例１における横方向偏向器４は、リレー光学系３の光軸と直交する基準軸を想定した場合、該基準軸に対して中心軸４ａが１７°傾くように配設されている。また、実施例２における横方向偏向器４は、該基準軸に対して中心軸４ａが１１°傾くように配設されている。

　また、実施例１における横方向偏向器４は、Ｘ－Ｚ平面において走査光学系５の光軸ＡＸと直交する基準軸を想定した場合、該基準軸に対して中心軸４ａが８°傾くように配設されている。また、実施例２における横方向偏向器４は、該基準軸に対して中心軸４ａが１４°傾くように配設されている。

　上記のように構成された実施例１の二次元走査型投影装置１００における、上記各条件に関するパラメータを表３に示す。また、実施例２の二次元走査型投影装置１００における、上記各条件に関するパラメータを表４に示す。

　表３に示すように、実施例１の二次元走査型投影装置１００は、条件（１）、（２）を共に満たす。また、表４に示すように、実施例２の二次元走査型投影装置１００は、条件（１）～（３）を全て満たす。

　次いで、上記実施例１、２の二次元走査型投影装置１００の効果を検証するために、比較例の二次元走査型投影装置３００を提示する。比較例の二次元走査型投影装置３００は、図８に示す。比較例の二次元走査型投影装置３００は、横方向偏向器４の中心軸４ａが走査光学系５の光軸ＡＸに対して直交する、つまり横方向偏向器４が傾いていない点以外は、実施例１、２と同一の構成である。従って、図８では、図２に示す部材と同一部材には同一符号を付している。また、比較例の二次元走査型投影装置３００を構成する投影光学システムの具体的数値構成は上記表１、表２を参照する。

　比較例の二次元走査型投影装置３００では、横方向偏向器４は、リレー光学系３の光軸と直交する基準軸を想定した場合、該基準軸に対して中心軸４ａが２５°傾くように配設されている。また、比較例における横方向偏向器４は、中心軸４ａが走査光学系５の光軸ＡＸと直交するように配設されている。

　以上説明した比較例について、上記各条件に関するパラメータを表５に示す。

　表５に示すように、比較例の二次元走査型投影装置３００は、共に満たさなければならない条件（１）、（２）の一方（条件（２））しか満たしていない。

　図９～図１１は、順に、各実施例１、２の二次元走査型投影装置１００と比較例の二次元走査型投影装置３００を用いて投影された画像の歪曲状態を示す図である。各図において、実線が各例の投影装置１００、３００を用いて投影された画像の歪曲状態を示す。また、破線が各例の投影光学システムの光軸がスクリーン中心で該スクリーンと略直交するような非打ち上げ型の投影装置を用いて投影された画像の歪曲状態を示す。

　図９、図１０と図１１を比較すれば分かるように、各実施例１、２の二次元走査型投影装置１００を用いた場合には、非打ち上げ型の投影装置使用時と遜色ない程度まで十分にＴＶディストーションが低減された画像が得られる。これに対して、比較例の二次元走査型投影装置３００では、ＴＶディストーションや台形歪みが大きく発生してしまっていることが分かる。

　以上が本発明の実施形態である。本発明に係る二次元走査型投影装置は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、以下のような変形を行っても上記と同様の効果を奏する。

　例えば、上記実施形態では、走査光学系５を全てレンズで構成している。本発明に係る二次元走査型投影装置は、ｆθミラーのように入射光束の等速性の維持に寄与する反射面を含むような走査光学系を採用しても良い。本発明のような打ち上げ型の場合、少なからず光路を折り返すための反射面が必須となる。従って、走査光学系の一部をｆθミラーとすることにより、部品を共通化して部品点数を減らすことができる。これにより、装置全体の生産性の向上を図ることができる。

　また、横方向偏向器４を傾けることによるＴＶディストーション補正の効果は、ｆθ特性を持つ走査光学系５との関係において、やや過剰気味にもなる。そのため、該補正効果の範囲内で走査光学系５をｆθ特性よりも小さな負の歪曲収差を持つ光学系とする、例えば走査光学系５をf(β+ω)≦H”≦ f tan(β+ω)を満足するｆθ特性からftanθ特性までの負のディストーションを有する構成とすることにより、ＴＶディストーション補正効果を維持しつつ、大きな負の歪曲レンズを持つ走査光学系特有の大きな画角が必要になるという問題を抑制できるので、走査光学系全体の小型化を図ることができる。

　さらに上記実施形態では、二次元走査を二つの偏向器によって実現している。本発明に係る二次元走査型投影装置は、このような構成に限定されるものではない。図１３に、本発明に係る二次元走査型投影装置の変形例であって、二次元走査を一つの偏向器によって実現する二次元走査型投影装置１００ｚの構成を示す。図１３は、図２と同様に、二次元走査型投影装置１００ｚにおける光路を展開して示す。図１３では、図２に示す部材と同一または同様の部材には同一または同様の符号を付している。図１３に示されるように、二次元走査型投影装置１００ｚが有する投影光学システム１０ｚは、アレイ光源１’、横方向偏向器４、走査光学系５、集光光学系６を有する。アレイ光源１’は、例えば、スクリーンＳにおける縦方向に対応する方向に沿って配設された複数の発光部からなる光源である。また、集光光学系６は、アレイ光源１’から照射された複数の光束を横方向偏向器４にもれなく入射させるように構成、配置される。そして、縦方向にアレイされた各発光部から照射された光束は、集光光学系６、横方向偏向器４、および走査光学系５を介してスクリーンＳ上で、スクリーンＳ上方端辺近傍から下方端辺近傍に至る縦一列のビームスポットを形成する。このため各発光部から照射された光束が横方向偏向器４により横方向に一回走査されるだけで、スクリーンＳ上に、投影されるべき画像全体が投影されることになる。このような構成であっても二次元走査が可能になる。

Claims

　光源から照射された光束を、第一方向および該第一方向に直交する第二方向に走査し、被走査面上に二次元像を投影する二次元走査型投影装置であって、
　前記光束を第一方向に偏向する第一の偏向器と、
　前記第一の偏向器と前記被走査面間に配設される走査光学系と、を有し、
　前記走査光学系は、該走査光学系を構成する各光学部材の中心軸が該走査光学系の光軸として同一直線上に位置し、かつ各光学部材が前記光軸に対して回転対称なパワーを有するように構成され、
　前記被走査面の中心は、該被走査面を含む平面と前記光軸との交点よりも前記第二方向にシフトしており、
　前記第一の偏向器は、該第一の偏向器の回転軸が、前記光軸および前記第二方向を含む面内において、前記第二方向に対して第一の角度だけ傾いて配設され、
　前記光源から照射された光束は、前記光軸および前記第二方向を含む面内において、前記投影画像中心に入射することになる光束の主光線が前記第一の偏向器に、前記光軸に対して第二の角度をなすように斜入射することを特徴とする二次元走査型投影装置。
　請求項１に記載の二次元走査型投影装置において、
　以下の二つの条件、

但し、Ｈは、前記交点から前記被走査面下方端辺中心までの距離を、
Ｄは、前記交点から前記被走査面下方端辺の一端までの距離を、
Ｈ”は、前記交点から前記被走査面上方端辺中心までの距離を、
Ｄ”は、前記交点から前記被走査面上方端辺の一端までの距離を、
ｆは、前記走査光学系の焦点距離を、
αは、前記第一方向における半画角を、
ρは、前記第一の角度を、
βは、前記第二の角度を、
ωは、前記第二方向における半画角を、それぞれ表す、
を満たすことを特徴とする二次元走査型投影装置。
　請求項２に記載の二次元走査型投影装置において、
　さらに、以下の条件、

但し、Ｈ’は、前記交点から前記被走査面中心までの距離を、
Ｄ’は、前記交点から前記被走査面側方端辺中心までの距離を、それぞれ表す、
を満たすことを特徴とする二次元走査型投影装置。
　前記光源と前記第一の偏向器の間に配設され、前記光束を第二方向に偏向する第二の偏向器と、
　前記第一の偏向器と前記第二の偏向器の間に配設され、前記第二の偏向器から射出された光束を前記第一の偏向器に導くリレー光学系と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の二次元走査型投影装置。
　前記光源は、前記第二方向に対応する方向に配設された複数の発光部を有しており、
　前記二次元走査型投影装置は、前記光源と前記第一偏向器の間に配設され、前記複数の発光部から照射された複数の光束を同時に前記第一の偏向器に入射させる集光光学系を有しており、
　前記被走査面上において、前記複数の光束を同時に第一方向に走査させることにより、二次元走査を実現することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の二次元走査型投影装置。
　請求項１から請求項５のいずれかに記載の二次元走査型投影装置において、
　前記光軸および前記第二方向を含む面内において、前記第一の偏向器に入射される前記主光線と前記第一の偏向器の回転軸に直交する平面とがなす角度が前記第二の角度よりも小さくなるように、前記第一の角度と該第二の角度が共に同符号であることを特徴とする二次元走査型投影装置。
　請求項１から請求項６のいずれかに記載の二次元走査型投影装置において、
　前記走査光学系は、前記被走査面上における走査の等速性の維持に寄与する少なくとも一枚の反射面を有することを特徴とする二次元走査型投影装置。
　請求項１から請求項７のいずれかに記載の二次元走査型投影装置において、
　前記走査光学系は、f(β+ω)≦H”≦ f tan(β+ω)を満足するｆθ特性からftanθ特性までの負のディストーションを有することを特徴とする二次元走査型投影装置。