WO2013046904A1 - 光走査装置、画像表示装置および投射領域調整方法 - Google Patents

光走査装置、画像表示装置および投射領域調整方法 Download PDF

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optical system
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孝史 石川
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日本電気株式会社
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanning device that performs scanning using light.
  • Optical scanning devices that perform scanning using light are widely used in fields such as digital copying machines, laser printers, barcode readers, scanners, and projectors.
  • a polygon scanning mirror or a galvano mirror driven by a motor or a resonant scanning element represented by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is often used as a scanning element for performing scanning.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • resonance scanning elements have attracted attention because they can be reduced in size and cost compared to polygon mirrors and galvanometer mirrors driven by a motor.
  • a scanable projection area may not be sufficiently obtained due to the limitation on the scanning amplitude of the scanning element.
  • Patent Document 1 describes a projection device capable of enlarging the scanning amplitude.
  • the projection apparatus described in Patent Document 1 includes a polygon mirror that scans light in the horizontal direction, a galvanometer that scans light scanned in the horizontal direction by the polygon mirror in the vertical direction, and a polygon mirror and a galvanometer. And a magnifying optical system.
  • the magnifying optical system includes a first relay lens having a focal length f1, and a second relay lens that is installed at the rear stage of the first relay lens and has a focal length f2 shorter than the focal length f1.
  • the first relay lens is provided away from the polygon mirror by a focal length f1
  • the second relay lens is provided away from the first relay lens by a combined distance of the focal lengths f1 and f2
  • the galvanometer is The focal distance f2 is provided away from the second relay lens.
  • the resonance scanning element has a problem in that the scanning amplitude varies depending on the ambient temperature and the like, and the projection area may change.
  • An object of the present invention is to provide an optical scanning device, an image display device, and a projection region adjustment method capable of reducing changes in a projection region due to fluctuations in scanning amplitude.
  • An optical scanning device includes a light source, a scanning unit that scans light from the light source and projects the light onto a target surface, and an optical path from the light source to the target surface. Based on the deflection optical system for deflecting, the detection unit for detecting the scanning amplitude or scanning angle of the scanning by the scanning unit, and the scanning amplitude or scanning angle, the deflection angle of the deflection optical system is adjusted to adjust the light on the target surface.
  • a control unit that adjusts the projection area.
  • an image display device includes the above optical scanning device.
  • a projection area adjustment method includes a light source, a scanning unit that scans light from the light source and projects the light onto a target surface, and a deflection optical system that is provided on an optical path from the light source to the target surface and deflects the light.
  • FIG. 1 shows the image display apparatus of the 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structural example of a resonant scanning element. It is a figure which shows a mode that a screen is scanned. It is a figure for demonstrating the adjustment example of the deflection angle of an expansion optical system. It is a figure which shows an example of the projection area
  • FIG. 1 is a diagram showing an image display device according to a first embodiment of the present invention.
  • a projector 100 that is an image display apparatus according to the present embodiment includes a light source 1, a horizontal scanning element 2, a vertical scanning element 3, an enlargement optical system 4, a detection unit 5, and a control unit 6. And have.
  • the light source 1 emits laser light as light. More specifically, the light source 1 is composed of, for example, a semiconductor laser element or a solid-state laser element, and emits laser light modulated in accordance with a video signal.
  • the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3 form a scanning unit that displays an image on the screen 200 by scanning the laser beam emitted from the light source 1 and projecting it onto the screen 200 that is the target surface.
  • Examples of the screen 200 include a fluorescent screen that generates fluorescence using incident laser light.
  • the horizontal scanning element 2 is a first scanning element which is provided on the optical path of the laser light emitted from the light source 1 and scans the laser light in the horizontal direction which is the first direction.
  • the vertical scanning element 3 is arranged in the traveling direction of the laser light scanned by the horizontal scanning element 2, and scans the laser light in a vertical direction, which is a second direction different from the first direction, to thereby generate a screen 200. Is a second scanning element that projects onto the screen.
  • the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3 are constituted by resonant scanning elements having a oscillating reflecting surface, such as a resonant MEMS mirror, for example.
  • the vertical scanning element 3 may be a polygon mirror or a galvanometer mirror that does not change much in scanning amplitude.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the resonance scanning element.
  • the resonant scanning element 21 has a reflecting surface 22 that reflects incident light, and is configured such that the reflecting surface 22 can swing about a swinging shaft 23 that is a scanning axis.
  • the resonance scanning element 21 scans the light by reflecting the light on the reflection surface 22 while swinging the reflection surface 22. Twice the swing angle of the reflecting surface is the scanning angle of scanning by the resonance scanning element 21, and the absolute value of the maximum value twice the swinging angle is the scanning amplitude of scanning by the resonance scanning element 21.
  • the oscillating shaft 23 of the horizontal scanning element 2 faces the vertical direction, and the oscillating axis 23 of the vertical scanning element 3 is in the horizontal direction. Facing.
  • the magnifying optical system 4 is a deflection optical system that is provided on the optical path from the light source 1 to the screen 200 and deflects the laser beam scanned by the scanning unit to enlarge the apparent scanning amplitude.
  • the magnifying optical system 4 is disposed on the optical path between the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3, and deflects the laser beam scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning element 2 in the horizontal direction.
  • the horizontal scanning amplitude which is the scanning amplitude of scanning by the horizontal scanning element 2
  • the magnifying optical system 4 deflects the light so that the light emission angle is larger than the light incident angle.
  • the magnifying optical system 4 deflects the laser and focuses it on the vertical scanning element 3. More specifically, the term “condensing” means that laser light emitted in various directions is incident on specific areas of the vertical scanning element 3 by being scanned in the horizontal direction by the horizontal scanning element 2. It is.
  • the magnifying optical system 4 has a movable lens 41 and fixed lenses 42 and 43.
  • the movable lens 41 is movable in a direction along the optical path from the horizontal scanning element 2 to the vertical scanning element 3, more specifically, in a direction parallel to the optical axis from the horizontal scanning element 2 to the vertical scanning element 3. To do.
  • the movable lens 41 is movable in a direction orthogonal to both the scanning axes of the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3. As the movable lens 41 moves, the focal length of the magnifying optical system changes.
  • the magnifying optical system 4 is provided before and after the movable lens 41 on the optical path between the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3. More specifically, the fixed lens 42 is provided upstream of the movable lens 41 (on the optical path from the horizontal scanning element 2 to the movable lens 41), and the fixed lens 43 is downstream of the movable lens 41 (perpendicular to the movable lens 41). (On the optical path to the scanning element 3).
  • Detecting unit 5 detects the scanning amplitude or scanning angle of scanning by the scanning unit. More specifically, the detection unit 5 detects the horizontal scanning amplitude or the scanning angle of the horizontal scanning element 2.
  • the detection method for detecting the scanning amplitude or the scanning angle is not particularly limited. For example, as a method of detecting the scanning amplitude, there is a method of detecting by arranging a light detection element such as a photodiode (PD) at the end of the scanning region of the horizontal scanning element 2. Further, for example, as a method for detecting the scanning angle, there is a method in which a permanent magnet is fixed to the reflection surface 22 of the horizontal scanning element, and the detection unit 5 detects the horizontal scanning angle using the next sensor.
  • a light detection element such as a photodiode (PD)
  • the control unit 6 adjusts the projection angle of the laser light on the screen 200 by adjusting the deflection angle of the magnifying optical system 4 according to the horizontal scanning amplitude or scanning angle detected by the detection unit 5.
  • control unit 6 adjusts the focal length of the magnifying optical system 4 by moving the movable lens 41 of the magnifying optical system 4 on the basis of the horizontal scanning amplitude or the scanning angle. Adjust the deflection angle. At this time, the control unit 6 adjusts the deflection angle so that the width (the length in the horizontal direction) of the projection area becomes constant.
  • the control part 6 adjusts the width
  • the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3 are the resonant scanning elements shown in FIG.
  • the laser light emitted from the light source 1 is reflected by the reflecting surface 22 of the horizontal scanning element 2 and is deflected by passing through the magnifying optical system 4 in the order of the fixed lens 42, the movable lens 41, and the fixed lens 43.
  • the light enters the reflecting surface 22 of the vertical scanning element 3.
  • the laser light incident on the reflection surface 22 of the vertical scanning element 3 is reflected by the reflection surface 22 and projected onto the screen 200.
  • the laser light from the light source 1 is scanned in the horizontal direction by the swinging of the reflecting surface 22 of the horizontal scanning element 2, and further scanned in the vertical direction by the swinging of the reflecting surface 22 of the vertical scanning element 3. Projected on. Thereby, the laser beam is scanned in a two-dimensional direction.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which the projector 100 projects a laser beam on the screen 200.
  • the image drawing start position is the upper left of the scanning area 31 scanned by the scanning unit.
  • the scanning unit forms an image line by line while turning the laser light back every horizontal scan of the screen 200.
  • the incident position of the laser beam on the screen 200 moves from the left end to the right end within the display area as shown by the locus 32, and when it reaches the right end, it is folded and moved to the left end. Then, the incident position of the laser beam is folded at the left end and moves again to the right end.
  • Such scanning is continuously performed from the upper side to the lower side.
  • the detection unit 5 detects the horizontal scanning amplitude of the horizontal scanning element 2 and notifies the control unit 6 of the horizontal scanning amplitude as the pre-enlargement scanning amplitude.
  • the control unit 6 determines the movement distance and the movement direction for moving the movable lens 41 based on the pre-enlargement scan amplitude.
  • the control unit 6 holds in advance a look-up table indicating the correspondence between the position of the movable lens 41 and the pre-enlargement scan amplitude so that the projection area becomes constant, and uses the look-up table to accept the received pre-enlargement.
  • the position of the movable lens 41 corresponding to the scanning amplitude is obtained, and the obtained position is compared with the current position of the movable lens 41 to determine the moving distance and moving direction of the movable lens 41. Note that each time the movable lens 41 is moved, the control unit 6 holds the position of the movable lens 41 after the movement as the current position, or monitors the current position of the movable lens 41, thereby moving the movable lens 41. It is assumed that the current position of is grasped.
  • control unit 6 moves the movable lens 41 according to the determined moving distance and moving direction.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams for explaining an example of adjustment of the deflection angle of the magnifying optical system 4 by the control unit 6.
  • FIG. 4 and 5 are diagrams for explaining an example of adjustment of the deflection angle of the magnifying optical system 4 by the control unit 6.
  • the distance from the horizontal scanning element 2 to the fixed lens 42 is 4.5 mm
  • the distance from the fixed lens 42 to the movable lens 41 is 9.25 mm
  • the distance from the movable lens 41 is fixed.
  • the distance to the lens 43 is 5.25 mm
  • the distance from the fixed lens 43 to the vertical scanning element 3 is 4.5 mm.
  • the movable lens 41 and the fixed lens 42 have a focal length of 9 mm and the fixed lens 43 has a focal length of 6 mm.
  • the scanning amplitude of the horizontal scanning element 2 is 20 °. In this case, the horizontal scanning amplitude is apparently enlarged by 30 ° by the magnifying optical system 4.
  • the horizontal scanning amplitude of the horizontal scanning element 2 may be referred to as pre-enlargement scanning amplitude
  • the horizontal scanning amplitude enlarged by the enlarging optical system 4 may be referred to as post-enlargement scanning amplitude. Since the deflection angle is an angle formed by the optical axis of the incident light to the magnifying optical system 4 and the optical axis of the light emitted from the magnifying optical system 4, the maximum deflection angle is 150 °.
  • the width of the projection area of the laser beam on the screen 200 is 75.13 cm as shown in FIG.
  • the pre-enlargement scanning amplitude of the horizontal scanning element 2 is reduced by 5% due to the influence of temperature or the like and becomes 19 °.
  • the post-enlargement scan angle becomes 28.5 °
  • the width of the projection area is affected by the fluctuation of the pre-enlargement scan angle as shown in FIG. In response, it becomes 71.37 cm, and the projection area changes.
  • the control unit 6 when the control unit 6 receives 19 ° as the pre-enlargement scan angle from the detection unit 5, the control unit 6 moves the movable lens 41 toward the vertical scanning element 3 by 500 ⁇ m as shown in FIG. By adjusting the angle, the scanning angle after enlargement is set to 30 °. Note that. The maximum deflection angle at this time is 151 °.
  • the post-enlargement scan angle is constant, so that changes in the projection area on the screen 200 can be reduced.
  • the deflection angle of the magnifying optical system 4 that deflects the laser beam scanned by the scanning unit is adjusted based on the scanning amplitude of the scanning unit. It is possible to reduce fluctuations in the projection area on the screen 200.
  • the deflection angle of the magnifying optical system 4 can be adjusted by moving the movable lens 41, the fluctuation can be easily reduced in the projection area on the screen 200 due to the fluctuation of the scanning amplitude. Is possible.
  • the fixed lenses 42 and 43 are arranged before and after the movable lens 41, so that chromatic aberration can be suppressed.
  • the movable lens 41 can be arranged away from the horizontal scanning element 2 and the vertical scanning element 3, it is possible to reduce the restriction on the moving range of the movable lens 41.
  • the magnifying optical system 4 is disposed on the optical path from the horizontal scanning element 2 to the vertical scanning element 3, deflects the laser light in the horizontal direction, and the deflection angle is the horizontal scanning amplitude of the horizontal scanning element 2. Therefore, the vertical size of the movable lens 41 and the fixed lenses 42 and 43 can be reduced. Therefore, the magnifying optical system 4 can be made small.
  • the vertical scanning element 3 can be made smaller.
  • the detection unit 5 detects the horizontal scanning amplitude of the horizontal scanning element 2, and the control unit 6 determines the moving distance and moving direction of the movable lens 41 based on the amplitude.
  • the detection unit 5 may detect the scanning angle of the horizontal scanning element 2.
  • the control unit 6 determines the moving distance and moving direction of the movable lens 41 based on this scanning angle.
  • FIG. 6 is a diagram showing the image display device of the present embodiment.
  • a projector 101 that is an image display device of the present embodiment further includes a condensing optical system 7 in addition to the configuration of the projector 100 shown in FIG. 1.
  • the condensing optical system 7 is provided between the light source 1 and the horizontal scanning element 2.
  • the condensing optical system 7 changes the beam diameter of the laser beam on the screen 200 by changing the condensing characteristic of the laser beam emitted from the light source 1 and emitting it to the horizontal scanning element 2.
  • the condensing optical system 7 is configured by, for example, a lens, a laser collimating optical system, or a combination thereof.
  • the optical characteristics for example, focal length and principal surface position
  • the optical characteristics for example, focal length and principal surface position
  • the control part 6 uses the condensing optical system 7, and after the movement of the movable lens 41 is moved.
  • the beam diameter of the laser beam on the screen 200 is adjusted by changing the condensing characteristic of the laser beam according to the position. More specifically, the control unit 6 adjusts the beam diameter of the laser beam on the screen 200 to be the minimum by changing the focal length of the condensing optical system 7.
  • control unit 6 holds in advance a look-up table indicating the correspondence between the position of the movable lens 41 and the focal length of the condensing optical system 7 so that the beam diameter of the laser light on the screen 200 is minimized. Then, the focal length corresponding to the position after the movable lens 41 is moved is obtained by using the lookup table, and the condensing optical system 7 is adjusted so that the obtained focal length is obtained.
  • the condensing characteristic of the laser light is adjusted according to the position of It is assumed that the positional relationship between the projector 101 and the screen 200 is fixed.
  • the laser beam condensing characteristic is adjusted according to the position of the movable lens 41, a change in the image quality of the display image due to a change in the position of the movable lens 41 is suppressed. can do.
  • the image display device of the present embodiment has the same configuration as the projector 101 shown in FIG.
  • the width of the projection area on the screen 200 changes according to the position in the vertical direction. Pin distortion may occur.
  • the vertical scanning element 3 is installed at the same height as the vertical center of the projection area 71. In this case, since the optical path length from the projector 100 to the screen 200 increases as the distance from the vertical center of the projection area 71 increases, the width of the projection area 71 increases.
  • the detection unit 5 further detects a vertical scanning angle that is a scanning angle of scanning by the vertical scanning element 3 in addition to the horizontal scanning amplitude.
  • control unit 6 adjusts the deflection angle of the magnifying optical system 4 according to the horizontal scanning amplitude and the vertical scanning angle detected by the detection unit 5, thereby vertically setting the width of the laser light projection area on the screen 200. Adjust for each position in the direction.
  • the control unit 6 first performs the processing described in the first embodiment, and the width at the center in the vertical direction of the projection area 71 becomes constant.
  • the deflection angle of the magnifying optical system 4 is adjusted as the reference deflection angle.
  • the control unit 6 starts from the center of the projection region 71 with respect to the vertical direction so that the width of the projection region 71 is constant regardless of the position in the vertical direction.
  • the deflection angle of the magnifying optical system 4 is reduced. Thereby, pin distortion of the projection area 71 as shown in FIG. 7 is suppressed, and the width of the area becomes constant regardless of the position in the vertical direction as in the projection area 81 shown in FIG.
  • control unit 6 uses the condensing optical system 7 to move the movable lens 41 after the movement, as described in the second embodiment. You may change the condensing characteristic of a laser beam according to a position.
  • the deflection angle of the magnifying optical system 4 is adjusted according to the vertical scanning angle, it is possible to suppress pin distortion occurring in the projection area on the screen 200.
  • the magnifying optical system 4 is disposed on the optical path from the horizontal scanning element 2 to the vertical scanning element 3, but the arrangement location of the magnifying optical system 4 can be changed as appropriate.
  • the magnifying optical system 4 may be disposed on the optical path from the vertical scanning element 3 to the screen 200.
  • the magnifying optical system 4 may enlarge the vertical scanning angle, or may enlarge both the horizontal scanning angle and the vertical scanning angle.
  • the magnifying optical system 4 may separately include a horizontal magnifying optical system for enlarging the horizontal scanning angle and a vertical magnifying optical system for enlarging the vertical scanning angle.
  • the horizontal enlarging optical system is disposed on the optical path from the horizontal scanning element 2 to the vertical scanning element 3
  • the vertical enlarging optical system is disposed on the optical path from the vertical scanning element 3 to the screen 200.
  • control unit 6 detects each of the horizontal scanning amplitude and the vertical scanning amplitude, adjusts the deflection angle of the horizontal magnification optical system according to the horizontal scanning amplitude, and adjusts the deflection angle of the vertical magnification optical system according to the vertical scanning amplitude. Adjust the deflection angle.
  • the deflection optical system only needs to be able to change the apparent scanning amplitude, and instead of the magnifying optical system 4, an optical system that reduces the apparent scanning amplitude may be used.

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Abstract

　走査振幅の変動による投射領域の変化を軽減することが可能な光走査装置を提供する。　光走査装置は、光源と、光源からの光を走査して対象面に投射する走査部と、光源から対象面までの光路上に設けられ、光を偏向する偏向光学系と、走査部による走査の走査振幅または走査角度を検出する検出部と、走査振幅または走査角度に基づいて、偏向光学系の偏向角度を調整して、対象面上の光の投射領域を調整する制御部と、を有する。

Description

光走査装置、画像表示装置および投射領域調整方法
　本発明は、光を用いて走査を行う光走査装置に関する。
　光を用いて走査を行う光走査装置は、デジタル複写機、レーザプリンタ、バーコードリーダ、スキャナおよびプロジェクタなどの分野で広く利用されている。このような光走査装置では、走査を行うための走査素子として、モータによって駆動するポリゴンミラーやガルバノミラー、または、ＭＥＭＳ（Micro　Electro　Mechanical　Systems）に代表される共振走査素子が利用されることが多い。特に近年では、共振走査素子は、モータによって駆動するポリゴンミラーやガルバノミラーと比べて、小型化や低コスト化を図ることが可能であることなどから注目されている。
　上記のような光走査装置では、走査素子の走査振幅に対する制限のために、走査可能な投射領域が十分に得られないことがある。
　これに対して特許文献１には、走査振幅を拡大することが可能な投射装置が記載されている。
　特許文献１に記載の投射装置は、光を水平方向に走査する多角形ミラーと、多角形ミラーにて水平方向に走査された光を垂直方向に走査するガルバノメータと、多角形ミラーおよびガルバノメータの間に設置された拡大光学系とを有する。拡大光学系は、焦点距離ｆ１を有する第１リレーレンズと、第１リレーレンズの後段に設置され、焦点距離ｆ１より短い焦点距離ｆ２を有する第２リレーレンズとを有する。
　また、第１リレーレンズは、多角形ミラーから焦点距離ｆ１だけ離れて設けられ、第２リレーレンズは、第１リレーレンズから焦点距離ｆ１およびｆ２の合わせた距離だけ離れて設けられ、ガルバノメータは、第２リレーレンズから焦点距離ｆ２だけ離れて設けられる。
　上記のような構成を有する投射装置では、拡大光学系に光が入射すると、拡大光学系によって偏向されて、入射角度より大きな出射角度で拡大光学系から出射されるため、光の振れ角が拡大される。このため、多角形ミラーによる水平方向の走査の水平走査振幅は見かけ上拡大される。より具体的には、拡大前の水平走査振幅をθ１とし、拡大後の水平走査振幅をθ２とすると、θ２＝（ｆ１／ｆ２）θ１となる。
特開２０００－１８０７５９号公報
　共振走査素子は、周囲の温度などによって走査振幅が変動し、投射領域が変化してしまうことがあるという問題がある。
　このため、特許文献１に記載の投射装置の水平走査素子として、共振走査素子が適用されると、水平走査振幅の拡大率は各リレーレンズの焦点距離に応じて固定されているため、共振走査素子の水平走査振幅が変動すると、拡大後の水平走査振幅も変動してしまう。
　本発明の目的は、走査振幅の変動による投射領域の変化を軽減することが可能な光走査装置、画像表示装置および投射領域調整方法を提供することである。
　本発明による光走査装置は、本発明による光走査装置は、光源と、光源からの光を走査して対象面に投射する走査部と、光源から対象面までの光路上に設けられ、光を偏向する偏向光学系と、走査部による走査の走査振幅または走査角度を検出する検出部と、走査振幅または走査角度に基づいて、偏向光学系の偏向角度を調整して、対象面上の光の投射領域を調整する制御部と、を有する。
　また、本発明による画像表示装置は、上記の光走査装置を有する。
　また、本発明による投射領域調整方法は、光源と、光源からの光を走査して対象面に投射する走査部と、光源から対象面までの光路上に設けられ光を偏向する偏向光学系と有する光走査装置による投射領域調整方法であって、走査部が行う走査の走査振幅または走査角度を検出し、走査振幅または走査角度に基づいて、偏向光学系の偏向角度を調整して、対象面上の光の投射領域を調整する。
　本発明によれば、走査振幅の変動による投射領域の変化を軽減することが可能になる。
本発明の第１の実施形態の画像表示装置を示す図である。 共振走査素子の構成例を示す図である。 スクリーンを走査する様子を示す図である。 拡大光学系の偏向角度の調整例を説明するための図である。 スクリーン上の光の投射領域の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の画像表示装置を示す図である。 投射領域の一例を説明するための図である。 投射領域の他の例を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
　図１は、本発明の第１の実施形態の画像表示装置を示す図である。図１に示すように、本実施形態の画像表示装置であるプロジェクタ１００は、光源１と、水平走査素子２と、垂直走査素子３と、拡大光学系４と、検出部５と、制御部６とを有する。
　光源１は、光としてレーザ光を出射する。より具体的には、光源１は、例えば、半導体レーザ素子や固体レーザ素子などで構成され、映像信号に応じて変調されたレーザ光を出射する。
　水平走査素子２および垂直走査素子３は、光源１から出射されたレーザ光を走査して、対象面であるスクリーン２００に投射することで、スクリーン２００に画像を表示する走査部を構成する。なお、スクリーン２００としては、入射されたレーザ光によって蛍光を発生させる蛍光スクリーンなどが挙げられる。
　水平走査素子２は、光源１から出射されたレーザ光の光路上に設けられ、そのレーザ光を第１の方向である水平方向に走査する第１走査素子である。垂直走査素子３は、水平走査素子２にて走査されたレーザ光の進行方向に配置され、そのレーザ光を第１の方向とは異なる第２の方向である垂直方向に走査して、スクリーン２００に投射する第２走査素子である。
　水平走査素子２および垂直走査素子３は、例えば、共振型のＭＥＭＳミラーのような、揺動する反射面を有する共振走査素子で構成される。なお、垂直走査素子３は、走査振幅の変動があまりないポリゴンミラーやガルバノミラーなどでもよい。
　図２は、共振走査素子の構成例を示す図である。図２に示すように共振走査素子２１は、入射光を反射する反射面２２を有し、走査軸である揺動軸２３を支点として反射面２２が揺動できるように構成されている。そして、共振走査素子２１は、反射面２２を揺動させながら、反射面２２で光を反射させることで、光を走査する。この反射面の揺動角度の２倍が共振走査素子２１による走査の走査角度となり、揺動角度の２倍の最大値の絶対値が共振走査素子２１による走査の走査振幅となる。
　なお、水平走査素子２および垂直走査素子３が共振走査素子で構成される場合、水平走査素子２の揺動軸２３は垂直方向を向いており、垂直走査素子３の揺動軸２３は水平方向を向いている。
　図１の説明に戻る。拡大光学系４は、光源１からスクリーン２００までの光路上に設けられ、走査部にて走査されたレーザ光を偏向して、見かけの走査振幅を拡大する偏向光学系である。
　本実施形態では、拡大光学系４は、水平走査素子２から垂直走査素子３までの間の光路上に配置され、水平走査素子２にて水平方向に走査されたレーザ光を水平方向に偏向することで、水平走査素子２による走査の走査振幅である水平走査振幅を見かけ上拡大する。つまり、拡大光学系４は、光の入射角度よりも光の出射角度が大きくなるように、光を偏向する。
　また、拡大光学系４は、レーザを偏向して垂直走査素子３に集光する。ここで集光とは、より具体的に言えば、水平走査素子２にて水平方向に走査されることで様々な方向に出射されたレーザ光を垂直走査素子３の特定の領域に入射させることである。
　拡大光学系４は、可動レンズ４１と、固定レンズ４２および４３とを有する。
　可動レンズ４１は、水平走査素子２から垂直走査素子３までの間の光路に沿った方向、より具体的には、水平走査素子２から垂直走査素子３までの光軸に対して平行方向に可動する。本実施形態では、可動レンズ４１は、水平走査素子２および垂直走査素子３の走査軸の両方と直交する方向に可動する。可動レンズ４１が移動することによって、拡大光学系の焦点距離が変化する。
　固定レンズ４２および４３は、拡大光学系４は、水平走査素子２から垂直走査素子３までの間の光路上における、可動レンズ４１の前後に設けられる。より具体的には、固定レンズ４２は、可動レンズ４１の前段（水平走査素子２から可動レンズ４１までの光路上）に設けられ、固定レンズ４３は、可動レンズ４１の後段（可動レンズ４１から垂直走査素子３までの光路上）に設けられる。
　検出部５は、走査部による走査の走査振幅または走査角度を検出する。より具体的には、検出部５は、水平走査素子２の水平走査振幅または走査角度を検出する。なお、走査振幅または走査角度を検出する検出方法は、特に限定されない。例えば、走査振幅を検出する方法としては、水平走査素子２の走査領域の端に例えばフォトダイオード（ＰＤ）のような光検知素子を配置することで検出する方法が挙げられる。また、例えば、走査角度の検出方法としては、水平走査素子の反射面２２に永久磁石を固定しておき、検出部５が次期センサを用いて水平走査角度を検出する方法が挙げられる。
　制御部６は、検出部５が検出した水平走査振幅または走査角度に応じて、拡大光学系４の偏向角度を調整して、スクリーン２００上のレーザ光の投射領域を調整する。
　より具体的には、制御部６は、水平走査振幅または走査角度に基づいて、拡大光学系４の可動レンズ４１を動かして、拡大光学系４の焦点距離を調整することで、拡大光学系４の偏向角度を調整する。このとき、制御部６は、投射領域の幅（水平方向の長さ）が一定になるように偏向角度を調整する。
　なお、通常、表示画像では垂直方向に比べて水平方向の方が長いので、その表示画像を表示する領域である投射領域では、垂直走査振幅の変動による変化より、水平走査振幅の変動による変化の方が大きい。したがって、垂直走査振幅の変動による投射領域の変化が無視できても、水平走査振幅の変動による投射領域の変化は無視できないことが多い。このため、本実施形態では、制御部６は、水平走査振幅または走査角度に基づいて、投射領域の幅を調整している。
　次に上記のように構成されたプロジェクタ１００の動作について説明する。以下では、水平走査素子２および垂直走査素子３は、図２で示した共振走査素子であるとする。
　光源１から出射されたレーザ光は、水平走査素子２の反射面２２で反射され、拡大光学系４を、固定レンズ４２、可動レンズ４１、固定レンズ４３の順番に透過することで偏向されて、垂直走査素子３の反射面２２に入射する。垂直走査素子３の反射面２２に入射したレーザ光は、その反射面２２で反射されてスクリーン２００に投射される。
　このとき、光源１からのレーザ光は、水平走査素子２の反射面２２の揺動によって水平方向に走査され、さらに、垂直走査素子３反射面２２の揺動によって垂直方向に走査されてスクリーン２００に投射される。これにより、レーザ光は、２次元方向に走査されることになる。
　図３は、プロジェクタ１００がスクリーン２００にレーザ光を投射する様子を示す図である。
　図３で示す例では、画像の描画開始位置は、走査部にて走査される走査領域３１の左上とされている。走査部は、レーザ光をスクリーン２００の１水平走査ごとに折り返しながら、画像を一行ずつ形成していく。スクリーン２００上のレーザ光の入射位置は、軌跡３２のように、表示領域内を左端から右端へ移動し、右端に達すると、そこで折り返され、左端へ移動する。そして、レーザ光の入射位置は、左端で折り返され、再度右端へと移動する。このような走査が上側から下側に向かって連続して行われる。
　上記のような走査が行われている間、検出部５は、水平走査素子２の水平走査振幅を検出し、その水平走査振幅を拡大前走査振幅として制御部６に通知する。制御部６は、拡大前走査振幅を受け付けると、その拡大前走査振幅に基づいて、可動レンズ４１を移動させる移動距離および移動方向を決定する。
　例えば、制御部６は、投射領域が一定になるような可動レンズ４１の位置と拡大前走査振幅の対応関係を示すルックアップテーブルを予め保持し、そのルックアップテーブルを用いて、受け付けた拡大前走査振幅に応じた可動レンズ４１の位置を求め、その求めた位置と、可動レンズ４１の現在の位置とを比較して、可動レンズ４１の移動距離および移動方向を決定する。なお、制御部６は、可動レンズ４１を移動させるたびに、その移動後の可動レンズ４１の位置を現在位置として保持したり、可動レンズ４１の現在の位置を監視したりことで、可動レンズ４１の現在の位置を把握しているものとしている。
　可動レンズ４１の移動距離および移動方向を決定すると、制御部６は、その決定した移動距離および移動方向に応じて可動レンズ４１を移動させる。
　図４および図５は、制御部６による拡大光学系４の偏向角度の調整例を説明するための図である。
　図４（ａ）に示すように、初期状態として、水平走査素子２から固定レンズ４２までの距離が４．５ｍｍ、固定レンズ４２から可動レンズ４１までの距離が９．２５ｍｍ、可動レンズ４１から固定レンズ４３までの距離が５．２５ｍｍ、固定レンズ４３から垂直走査素子３までの距離が４．５ｍｍであったとする。なお、可動レンズ４１および固定レンズ４２の焦点距離を９ｍｍ、固定レンズ４３の焦点距離を６ｍｍであるとする。また、水平走査素子２の走査振幅は２０°であるとする。この場合、拡大光学系４によって水平走査振幅は見かけ上３０°に拡大される。以下、水平走査素子２の水平走査振幅を拡大前走査振幅と称し、拡大光学系４で拡大された水平走査振幅を拡大後走査振幅と称することもある。なお、偏向角度は拡大光学系４への入射光の光軸と拡大光学系４からの出射光の光軸との成す角度であるので、最大の偏向角度は１５０°となる。
　図４（ａ）に示した状況において、スクリーン２００上のレーザ光の投射領域の幅が図５（ａ）に示したように７５．１３ｃｍであったとする。このとき、水平走査素子２の拡大前走査振幅が温度などの影響によって５％低減し、１９°になったとする。この場合、可動レンズ４１の位置が固定であると、拡大後走査角度が２８．５°となり、図５（ｂ）に示すように、投射領域の幅は、拡大前走査角度の変動の影響を受けて、７１．３７ｃｍとなり、投射領域が変化してしまう。
　そこで、制御部６は、検出部５から拡大前走査角度として１９°を受け付けると、図４（ｂ）に示すように、可動レンズ４１を垂直走査素子３に向けて５００μｍ移動させることで、偏向角度を調整することで、拡大後走査角度を３０°にする。なお。このときの最大の偏向角度は１５１°となる。
　これにより、拡大前走査角度が変化しても、拡大後走査角度が一定であるので、スクリーン２００上の投射領域の変化を軽減することができる。
　以上説明したように本実施形態によれば、走査部にて走査されたレーザ光を偏向する拡大光学系４の偏向角度が走査部の走査振幅に基づいて調整されるので、走査振幅の変動によるスクリーン２００上の投射領域に変動を軽減することが可能になる。
　また、本実施形態では、可動レンズ４１を移動させることで、拡大光学系４の偏向角度を調整することができるので、走査振幅の変動によるスクリーン２００上の投射領域に変動を容易に軽減することが可能になる。
　また、本実施形態では、可動レンズ４１の前後に固定レンズ４２および４３が配置されるので、色収差を抑制できる。また、可動レンズ４１を水平走査素子２および垂直走査素子３から離して配置させることができるので、可動レンズ４１の移動範囲に係る制約を小さくすることが可能になる。
　また、本実施形態では、拡大光学系４は水平走査素子２から垂直走査素子３までの光路上に配置され、レーザ光を水平方向に偏向し、その偏向角度が水平走査素子２の水平走査振幅に応じて調整されるので、可動レンズ４１や固定レンズ４２および４３の垂直方向の大きさを小さくすることが可能になる。したがって、拡大光学系４を小さくすることが可能になる。
　また、本実施形態では、拡大光学系４からのレーザ光が垂直走査素子３に集光されるので、垂直走査素子３を小さくすることが可能になる。
　また、本実施形態では、プロジェクタ１００の動作説明において、検出部５が水平走査素子２の水平走査振幅を検出し、制御部６がその振幅に基づいて可動レンズ４１の移動距離および移動方向を決定することとしたが、検出部５は水平走査素子２の走査角度を検出するものであっても良い。この場合、制御部６はこの走査角度に基づいて可動レンズ４１の移動距離および移動方向を決定する。
　次に本発明の第２の実施形態について説明する。
　図６は、本実施形態の画像表示装置を示す図である。図６において、本実施形態の画像表示装置であるプロジェクタ１０１は、図１で示したプロジェクタ１００の構成に加えて、集光光学系７をさらに有する。
　集光光学系７は、光源１および水平走査素子２の間に設けられる。集光光学系７は、光源１から出射されたレーザ光の集光特性を変化させて水平走査素子２に出射することで、スクリーン２００上のレーザ光のビーム径を変化させる。なお、集光光学系７は、例えば、レンズ、レーザコリメート光学系またはその組み合わせによって構成される。
　また、拡大光学系４の可動レンズ４１の位置が変動すると、プロジェクタ１０１全体の光学特性（例えば、焦点距離および主面位置）が変動するため、スクリーン２００上のレーザ光のビーム径が変化してしまい、表示画像の画質が変化する可能性がある。
　このため、本実施形態では、制御部６は、第１の実施形態で説明した処理に加えて、可動レンズ４１を動かした場合、集光光学系７を用いて、可動レンズ４１の移動後の位置に応じてレーザ光の集光特性を変化させて、スクリーン２００上のレーザ光のビーム径を調整する。より具体的には、制御部６は、集光光学系７の焦点距離を変化させて、スクリーン２００上のレーザ光のビーム径が最小となるように調整する。
　例えば、制御部６は、スクリーン２００上のレーザ光のビーム径が最小となるような、可動レンズ４１の位置と集光光学系７の焦点距離との対応関係を示すルックアップテーブルを予め保持し、そのルックアップテーブルを用いて、可動レンズ４１の移動後の位置に応じた焦点距離を求め、その求めた焦点距離となるように集光光学系７を調整して、可動レンズ４１の移動後の位置に応じてレーザ光の集光特性を調整する。なお、プロジェクタ１０１とスクリーン２００との位置関係は固定されているものとしている。
　以上説明したように本実施形態によれば、可動レンズ４１の位置に応じてレーザ光の集光特性が調整されるので、可動レンズ４１の位置が変動したことによる表示画像の画質の変化を抑制することができる。
　次に本発明の第３の実施形態について説明する。
　本実施形態の画像表示装置は、図６で示したプロジェクタ１０１と同じ構成を有する。
　プロジェクタ１０１では、垂直走査角度に応じて、プロジェクタ１００からスクリーン２００までの光路長が変化するため、図７に示すように、スクリーン２００上の投射領域の幅が垂直方向の位置に応じて変化するピン歪が生じる可能性がある。
　なお、図７では、垂直走査素子３は、投射領域７１の垂直方向の中心と同じ高さに設置されている。この場合、投射領域７１の垂直方向の中心から垂直方向に離れるほど、プロジェクタ１００からスクリーン２００までの光路長が長くなるので、投射領域７１の幅が長くなる。
　本実施形態では、上記のようなピン歪を抑制するために、検出部５が、水平走査振幅に加えて、垂直走査素子３による走査の走査角度である垂直走査角度をさらに検出する。
　そして、制御部６は、検出部５が検出した水平走査振幅および垂直走査角度に応じて、拡大光学系４の偏向角度を調整することで、スクリーン２００上のレーザ光の投射領域の幅を垂直方向の位置ごとに調整する。
　例えば、図７で示したようなピン歪が生じている場合、制御部６は、先ず、第１の実施形態で説明した処理を行い、投射領域７１の垂直方向の中心における幅が一定になるように、拡大光学系４の偏向角度を基準偏向角度として調整する。そして、制御部６は、検出部５が検出した垂直走査角度に基づいて、投射領域７１の幅が垂直方向の位置によらず一定になるように、垂直方向に対して投射領域７１の中心から離れるほど、拡大光学系４の偏向角度を小さくする。これにより、図７で示したような投射領域７１のピン歪が抑制されて、図８に示す投射領域８１のように、領域の幅が垂直方向の位置によらず一定になる。
　なお、制御部６は、垂直走査角度に応じて可動レンズ４１を移動させた場合でも、第２の実施形態で説明したように、集光光学系７を用いて、可動レンズ４１の移動後の位置に応じてレーザ光の集光特性を変化させてもよい。
　以上説明したように本実施形態によれば、垂直走査角度に応じて拡大光学系４の偏向角度が調整されるので、スクリーン上２００の投射領域に生じるピン歪を抑制することが可能になる。
　次に本発明の他の実施形態について説明する。
　第１の実施形態では、拡大光学系４は、水平走査素子２から垂直走査素子３までの光路上に配置されていたが、拡大光学系４の配置場所は適宜変更可能である。例えば、拡大光学系４は、垂直走査素子３からスクリーン２００までの光路上に配置されてもよい。
　また、拡大光学系４は、垂直走査角度を拡大させてもよいし、水平走査角度および垂直走査角度の両方を拡大させてもよい。このとき、拡大光学系４は、水平走査角度を拡大する水平拡大光学系と、垂直走査角度を拡大する垂直拡大光学系とを別々に有していてもよい。例えば、水平拡大光学系は、水平走査素子２から垂直走査素子３までの光路上に配置され、垂直拡大光学系は、垂直走査素子３からスクリーン２００までの光路上に配置される。この場合、制御部６は、水平走査振幅および垂直走査振幅のそれぞれを検出し、その水平走査振幅に応じて水平拡大光学系の偏向角度を調整し、垂直走査振幅に応じて垂直拡大光学系の偏向角度を調整する。
　また、偏向光学系は、見かけの走査振幅を変更できればよいので、拡大光学系４の代わりに、見かけの走査振幅を縮小するような光学系でもよい。
　以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
　この出願は、２０１１年９月２７日に出願された日本出願特願２０１１－２１１３００号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１　　　　光源
　２　　　　水平走査素子
　３　　　　垂直走査素子
　４　　　　拡大光学系
　５　　　　検出部
　６　　　　制御部
　４１　　　可動レンズ
　４２、４３　　固体レンズ
　１００　　プロジェクタ
　２００　　スクリーン

Claims (11)

  1. 　光源と、
    　前記光源からの光を走査して対象面に投射する走査部と、
    　前記光源から前記対象面までの光路上に設けられ、前記光を偏向する偏向光学系と、
    　前記走査部による走査の走査振幅または走査角度を検出する検出部と、
    　前記走査振幅または前記走査角度に基づいて、前記偏向光学系の偏向角度を調整して、前記対象面上の前記光の投射領域を調整する制御部と、を有する光走査装置。
  2. 　請求項１に記載の光走査装置において、
    　前記偏向光学系は、焦点距離が変更可能であり、
    　前記制御部は、前記焦点距離を調整して、前記偏向角度を調整する、光走査装置。
  3. 　請求項２に記載の光走査装置において、
    　前記偏向光学系は、前記光路に沿った方向に可動な可動レンズを有し、
    　前記制御部は、前記可動レンズを移動させることで、前記焦点距離を調整する、光走査装置。
  4. 　請求項３に記載の光走査装置において、
    　前記偏向光学系は、前記光源とから前記可動レンズまでの光路上と、前記可動レンズから前記対象面までの光路上とに配置された複数の固定レンズをさらに有する、光走査装置。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光走査装置において、
    　前記走査部は、
    　前記光を第１の方向に走査する第１走査素子と、
    　前記第１走査素子にて走査された光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に走査する第２走査素子と、を有し、
    　前記偏向光学系は、前記光を前記第１の方向に偏向し、
    　前記制御部は、前記偏向角度を調整して、前記投射領域の第１の方向の長さを調整する、光走査装置。
  6. 　請求項５に記載の光走査装置において、
    　前記偏向光学系は、前記第１走査素子から前記第２走査素子までの光路上に配置される、光走査装置。
  7. 　請求項５に記載の光走査装置において、
    　前記偏向光学系は、前記光を偏向して前記第２走査素子に集光する、光走査装置。
  8. 　請求項５ないし７のいずれか１項に記載の光走査装置において、
    　前記検出部は、前記第２走査素子による走査の走査角度をさらに検出し、
    　前記制御部は、前記走査振幅および前記走査角度に応じて、前記偏向角度を調整して、前記投射領域の第１の方向の長さを、前記投射領域の第２の方向の位置ごとに調整する、光走査装置。
  9. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光走査装置において、
    　前記光源から前記対象面までの光路上に設けられ、前記レーザ光の集光特性を変化させる集光光学系をさらに有し、
    　前記制御部は、前記集光光学系を用いて、前記偏向角度に応じて、前記レーザ光の集光特性を調整する、光走査装置。
  10. 　請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光走査装置を有する画像表示装置。
  11. 　光源と、前記光源からの光を走査して対象面に投射する走査部と、前記光源から前記対象面までの光路上に設けられ前記光を偏向する偏向光学系と有する光走査装置による投射領域調整方法であって、
    　前記前記走査部が行う走査の走査振幅または走査角度を検出し、
    　前記走査振幅または前記走査角度に基づいて、前記偏向光学系の偏向角度を調整して、前記対象面上の前記光の投射領域を調整する、投射領域調整方法。
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