WO2020218036A1 - 光学系 - Google Patents

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WO2020218036A1
WO2020218036A1 PCT/JP2020/016173 JP2020016173W WO2020218036A1 WO 2020218036 A1 WO2020218036 A1 WO 2020218036A1 JP 2020016173 W JP2020016173 W JP 2020016173W WO 2020218036 A1 WO2020218036 A1 WO 2020218036A1
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WO
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prism
scanning element
optical system
light
scanning
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PCT/JP2020/016173
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聡 葛原
恒夫 内田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
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Priority to JP2021515987A priority patent/JP7486104B2/ja
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    • G02B17/0804—Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0816—Catadioptric systems using two curved mirrors off-axis or unobscured systems in which not all of the mirrors share a common axis of rotational symmetry, e.g. at least one of the mirrors is warped, tilted or decentered with respect to the other elements
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    • A61B3/1025—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for confocal scanning

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical system using a prism.
  • Patent Document 1 discloses an optical system having a scanning device that scans in two directions, respectively. This optical system is described as transmitting a scanned laser using a mirror. When a laser is transmitted using a mirror, it is difficult to reduce the size of the optical system because there is a layer of air between the mirrors.
  • the size of the optical system can be reduced by filling the space between the mirrors with a prism medium, but further miniaturization is required.
  • the present disclosure provides a miniaturized optical system using a prism.
  • the optical system of the present disclosure includes a prism having an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces.
  • a first scanning element that scans incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface of the prism.
  • a second scanning element that scans the light emitted from the exit surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction is provided.
  • the incident surface of the prism has a convex shape with respect to the first scanning element.
  • the optical system of the present disclosure includes a prism having an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces.
  • a first scanning element that scans incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface of the prism.
  • a second scanning element that scans the light emitted from the exit surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction is provided.
  • the exit surface of the prism has a convex shape with respect to the second scanning element.
  • the optical system of the present disclosure includes a prism having an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces.
  • a first scanning element that scans incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface of the prism.
  • a second scanning element that scans the light emitted from the exit surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction is provided.
  • the prism has a first reflecting surface that reflects light emitted from the incident surface and a second reflecting surface that reflects light reflected by the first reflecting surface, and the first reflecting surface from the incident surface.
  • optical system in the present disclosure it is possible to provide an optical system using a miniaturized prism.
  • Sectional drawing which shows the structure of the optical system in Embodiment 1.
  • Enlarged sectional view of the incident surface of the prism The figure which shows the intermediate imaging position of each of the X component and the Y component of a laser beam.
  • the figure which shows the pupil diameter of a laser beam at an intermediate imaging position (Px) The figure which shows the pupil diameter of a laser beam at an intermediate imaging position (Py)
  • the figure which shows the pupil diameter of the laser beam emitted from a prism The figure which shows the intermediate image formation position of each of red and blue laser light
  • the figure which shows the refraction of each of red and blue laser light on the incident surface of the prism The figure which shows the intermediate imaging position of the X component of a laser beam Sectional drawing which shows the structure of the optical system in Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the optical system 1 according to the present disclosure.
  • the optical system 1 includes a laser element 11, a first scanning element 13, a prism 15, and a second scanning element 17.
  • the laser element 11 is, for example, a semiconductor laser.
  • the laser beam R emitted from the laser element 11 is parallel light having different pupil diameters in the X direction and the Y direction.
  • the pupil diameter 11a of the laser beam R immediately after irradiation from the laser element 11 has an elliptical shape extending in the X direction.
  • the laser beam R emitted from the laser element 11 is scanned in the X direction by the first scanning element 13 and incident on the incident surface 15a of the prism 15.
  • the laser beam R has a plurality of wavelengths (wavelength ranges) such that it has the colors of R (Red), G (Green), and B (Blue), for example.
  • the laser element 11 may emit the light of R, G, and B as the laser light R mixed with one light flux, or may sequentially emit the laser light R of the light flux of each color.
  • the first scanning element 13 scans the incident laser beam R in the X direction as the first direction.
  • the first scanning element 13 is, for example, a mirror that is rotationally driven by piezoelectric drive with the Y direction as the rotation axis.
  • the first scanning element 13 is, for example, a scanner in the vertical direction. As a result, the parallel light is diffused in the X direction.
  • the prism 15 has an incident surface 15a and an exit surface 15d.
  • the prism 15 further has one or more reflecting surfaces between the optical paths from the incident surface 15a to the exit surface 15d.
  • the prism 15 is made of, for example, resin or glass.
  • the incident surface 15a faces the first scanning element 13, and the laser beam R scanned in the X direction by the first scanning element 13 is incident on the prism 15 through the incident surface 15a.
  • the incident surface 15a and the first reflecting surface 15b face each other, and the laser beam R incident from the incident surface 15a is reflected in the prism 15 by the first reflecting surface 15b.
  • the incident surface 15a has a convex shape with respect to the first scanning element 13.
  • the incident surface 15a has a curved surface shape having a curvature along the X direction scanned by the first scanning element 13, and projects outward from the prism 15.
  • FIG. 3 shows the traveling direction Rv of the laser beam R when the incident surface 15a does not have a convex shape.
  • the laser beam R incident from the incident surface 15a can be refracted inward.
  • the laser beam R scanned in the X direction can travel in the prism in a state where its spread is suppressed, for example, as the central rays of the scanned laser beam are parallel light.
  • the size of the prism 15 can be reduced.
  • the incident surface 15a may be a rotation asymmetric surface having a convex shape with respect to the scanning direction of the first scanning element 13.
  • the incident surface 15a may have a smaller refractive power in the non-scanning direction than the scanning direction of the first scanning element 13. As a result, chromatic aberration in the non-scanning direction generated on the incident surface 15a can be suppressed.
  • the laser beam R reflected by the first reflecting surface 15b is intermediately imaged, then the pupil diameter is enlarged again, and the laser light R is reflected into the prism 15 again by the second reflecting surface 15c.
  • the laser beam R reflected by the second reflecting surface 15c is emitted from the emitting surface 15d to the outside of the prism 15.
  • the first reflecting surface 15b and the second reflecting surface 15c have different curvatures in the X direction as the first direction and the Y direction as the second direction, respectively. Therefore, the first reflecting surface 15b and the second reflecting surface 15c have a free curved surface shape.
  • first reflecting surface 15b and the second reflecting surface 15c may be eccentric with respect to the incident light, respectively. This makes it possible to separate the optical path of the incident light without using an optical element such as a beam splitter. Further, the first reflecting surface 15b and the second reflecting surface 15c each have a convex shape with respect to the incident light.
  • the exit surface 15d of the prism 15 may have the same configuration as the incident surface 15a.
  • the exit surface 15d may have a convex shape with respect to the second scanning element 17.
  • the light traveling in the prism 15 can be focused on the second scanning element 17 in a state where the spread of the laser beam R scanned in the X direction is suppressed, so that the prism 15 can be downsized.
  • the exit surface 15d has a curvature along the X direction scanned by the first scanning element 13, and projects outward from the prism 15.
  • the curvatures of the entrance surface 15a and the exit surface 15d in the X direction may have symmetry.
  • the exit surface 15d has a curvature along the Y direction scanned by the second scanning element 17, and may project outward from the prism 15.
  • the exit surface 15d may have a smaller refractive power in the non-scanning direction than in the scanning direction of the second scanning element 17.
  • the second scanning element 17 scans the laser beam R emitted from the emitting surface 15d of the prism 15 in the Y direction and projects it on the projection surface 19.
  • the second scanning element 17 is, for example, a mirror that is rotationally driven with the X direction as the rotation axis by piezoelectric drive.
  • the second scanning element 17 is, for example, a horizontal scanner. Further, the second scanning element 17 scans in synchronization with the first scanning element 13, whereby a two-dimensional image can be projected on the projection surface 19.
  • the first scanning element 13, the incident surface 15a of the prism 15, the first reflecting surface 15b of the prism 15, and the second reflecting surface of the prism 15 are arranged in the order of the optical path from the laser element 11.
  • the 15c, the exit surface 15d of the prism 15, and the second scanning element 17 are arranged. Therefore, the prism 15 is arranged between the optical paths from the first scanning element 13 to the second scanning element 17.
  • the optical system 1 has an intermediate imaging position in the X direction of the light flux of the laser beam R between the first reflecting surface 15b in the prism 15 and the second reflecting surface 15c in the prism 15.
  • Has Px That is, the laser beam R is intermediately imaged by the first reflecting surface 15b.
  • the focal lengths of Rx which is a component of the laser light R in the X direction
  • Ry which is a component in the Y direction
  • the intermediate imaging position Px of the X component Rx of the laser light R and the intermediate connection of the Y component Ry are formed. It is different from the image position Py.
  • the focal lengths of the X component Rx and the Y component Ry are different, the enlargement ratios of the prism 15 when emitted from the exit surface 15d are also different. That is, the optical system 1 has different optical magnifications in the X direction and the Y direction. For example, in the present embodiment, since the focal length is larger in the Y direction than in the X direction, the optical magnification in the Y direction is larger than that in the X direction.
  • the intermediate imaging position Px of the luminous flux of the laser beam R in the X direction does not intersect at the same position as the luminous flux of the laser beam R in the Y direction orthogonal to the X direction. That is, the intermediate imaging position Px of the X component Rx of the laser beam R is not the same as the intermediate imaging position Py of the Y component Ry of the laser beam R.
  • the pupil diameter 11b of the laser beam R at the intermediate imaging position Px has a linear shape extending in the Y direction. As a result, it is possible to prevent the pupil diameter 11b of the laser beam R from disappearing when there is dust or scratches on the intermediate imaging position Px.
  • the pupil diameter 11c of the laser light R exists before the X component Rx of the laser light R is imaged.
  • the pupil diameter 11c of the laser beam R at the intermediate imaging position Py also has a linear shape extending in the X direction. Since the optical magnification of the optical system 1 is larger in the Y direction than in the X direction, the pupil diameter 11d of the laser beam R emitted from the emission surface 15d is formed in a circular shape as shown in FIG. ..
  • the relationship between ⁇ x2 and the second projection pupil diameter ⁇ y2 in the Y direction is 0.1 ⁇ ( ⁇ x1 ⁇ ⁇ y1) / ( ⁇ x2 ⁇ ⁇ y2) ⁇ 0.8 Is.
  • FIG. 8A is a diagram showing an intermediate imaging position Pxb of the blue laser beam Rb
  • FIG. 8B is a diagram showing an intermediate imaging position Pxr of the red laser beam Rr. Note that, in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the incident surface 15a and the exit surface 15d are shown as lenses for the sake of simplicity.
  • the refractive power differs depending on the wavelength, so that the focal length of the light of each wavelength is different.
  • the blue laser light Rb and the red laser light Rr having a large wavelength difference will be described.
  • the blue laser beam Rb incident from the incident surface 15a forms an intermediate imaging position pxb at the position of the focal length fb1.
  • the distance between the intermediate imaging position pxb and the exit surface 15d is the focal length fb2.
  • the red laser beam Rr incident from the incident surface 15a forms an intermediate imaging position pxr at the position of the focal length fr1.
  • the distance between the intermediate imaging position pxr and the exit surface 15d is the focal length fr2.
  • the angle of light after passing through the incident surface 15a is determined by the focal lengths fb1 and fr1, respectively. Since the shorter the wavelength of the light, the stronger the refractive power, the focal length fb1 of the blue laser beam Rb is shorter than the focal length fr1 of the red laser beam Ra. As a result, chromatic aberration of magnification is likely to occur due to the difference in color. Therefore, the intermediate imaging position Pxb of the blue laser beam Rb is located closer to the incident surface 15a than the red intermediate imaging position Pxr.
  • the difference between the focal lengths fb1 and fr1 causes a deviation in the angle of incidence on the projection surface 19, resulting in chromatic aberration of magnification. Occur. Therefore, the larger the difference between the focal lengths fb1 and fr1, the larger the chromatic aberration of magnification.
  • the intermediate imaging positions Pxb and Pxr are formed between the optical paths of the first scanning element 13 and the second scanning element 17 as in the first embodiment, the chromatic aberration of magnification generated on the exit surface 15d is generated on the incident surface.
  • the action of correcting the chromatic aberration of magnification generated in 15a works, and the angle of view on the exit side is determined by the ratio of the focal lengths fb1 and fr1 to the focal lengths fb2 and fr2.
  • the entrance surface 15a and the exit surface 15d are the same prism and are made of the same material, the difference between the ratios of the focal lengths of fb1 / fb2 and fr1 / fr2 is larger than the difference between fb1 and fr1. small.
  • the chromatic aberration of magnification of the light rays incident on the projection surface 19 is reduced with respect to the optical system that does not form an intermediate image formation between the optical paths of the first scanning element and the second scanning element.
  • the reflecting surfaces 15b and 15c in which chromatic aberration does not occur inside the prism 15 by using the reflecting surfaces 15b and 15c in which chromatic aberration does not occur inside the prism 15, other aberrations caused by the difference in the refractive power at the incident surface 15a, for example, axial chromatic aberration, are used. And the effects of curvature of field aberration and the like can be corrected.
  • the laser beam R incident from the incident surface 15a is separated into light of each color due to the difference in refractive power.
  • the blue laser beam Rb is refracted more inward than the red laser beam Rr. Therefore, the positions of reflection by the reflecting surfaces 15b and 15c are different between the blue laser light Rb and the red laser light Rr.
  • the red laser light Rr Since the red laser light Rr is reflected at a higher position on the reflecting surfaces 15b and 15c, it has a greater effect of being bent more than the blue laser light Rb. As a result, the angle difference generated on the incident surface 15a can be reduced, and the angle difference for each color of the light emitted from the emitting surface 15d can be suppressed.
  • the optical system 1 has an intermediate imaging position Py in the Y direction, but does not have an intermediate imaging action in the Y direction as shown in FIG. 10, and intermediate imaging is performed.
  • a configuration without a position Py may be used.
  • the curvature of the first reflecting surface 15b may be designed so that the Y component Ry of the laser beam R reflected by the first reflecting surface 15b gradually expands.
  • the first scanning element 13 is a combination of a vertical scanner and the second scanning element 17 is a horizontal scanner, but the first scanning element 13 is a horizontal scanner and the second scanning element 17. May be a combination of vertical scanners. As a result, the size of the incident surface 15a can be reduced.
  • the prism 15 has two reflecting surfaces, a first reflecting surface 15b and a second reflecting surface 15c, but may have only the first reflecting surface 15b. It may have at least two or more reflective surfaces.
  • the optical system 1 is composed of a laser element 11, a first scanning element 13, a prism 15, and a second scanning element 17, but an optical element having a refractive power is added. May be good.
  • the intermediate imaging position Px is formed in the prism 15, but an optical element having a refractive power is added between the laser element 11 and the optical path of the prism 15 to the outside of the prism 15.
  • An intermediate imaging position Px may be formed.
  • the optical path length from the incident surface 15a to the first reflecting surface 15b is L1 and the optical path length from the first reflecting surface 15b to the second reflecting surface 15c is L2, L1 ⁇ L2. Meet the relationship.
  • the optical path length from the first reflecting surface 15b to the second reflecting surface 15c is longer than the optical path length from the incident surface 15a to the first reflecting surface 15b. Therefore, as shown in FIG. 1, the incident surface 15a Can be arranged on the first reflecting surface 15b side (+ Z direction side) with respect to the second reflecting surface 15c, so that the first scanning element 13 can also be arranged on the first reflecting surface 15b side (+ Z direction side). .. As a result, the size of the entire optical system 1 can be reduced.
  • the optical system 1 includes a prism 15 having an incident surface 15a, an emitting surface 15d, and one or more reflecting surfaces 15b and 15c. Further, the optical system 1 transmits the first scanning element 13 that scans the incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface 15a of the prism 15, and the laser beam R emitted from the exit surface 15d of the prism 15. A second scanning element 17 that scans in the Y direction orthogonal to the direction is provided.
  • the incident surface 15a of the prism 15 has a convex shape with respect to the first scanning element 13.
  • the prism 15 can be miniaturized. Further, by passing the laser beam R through the prism 15, the optical path length can be shortened by the index of the prism 15, and the optical system 1 can be miniaturized.
  • the optical system 1 includes a prism 15 having an incident surface 15a, an emitting surface 15d, and one or more reflecting surfaces 15b and 15c. Further, the optical system 1 transmits X to the first scanning element 13 that scans the incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface 15a of the prism 15 and the laser beam R emitted from the exit surface 15d of the prism 15. A second scanning element 17 that scans in the Y direction orthogonal to the direction is provided. The exit surface 15d of the prism 15 has a convex shape with respect to the second scanning element 17.
  • the prism 15 can be miniaturized. Further, by passing the laser beam R through the prism 15, the optical path length can be shortened by the index (refractive index) of the prism 15, and the optical system 1 can be miniaturized.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the optical system 1A according to the second embodiment.
  • the optical system 1A of the present embodiment synchronizes with the scanning of the first scanning element 13 and the second scanning element 17 with respect to the optical system 1 of the first embodiment and the laser element 11.
  • the control unit 21 is provided so as to control the emission timing of each wavelength to be shifted for each wavelength.
  • the optical system 1 according to the first embodiment and the optical system 1A according to the present embodiment are common.
  • the laser element 11 sequentially emits laser beams Rr, Rg, and Rb having light fluxes of R, G, and B having different wavelengths at different timings.
  • the control unit 21 controls the emission timings of the laser beams Rr, Rg, and Rb of each color in synchronization with the scanning timings of the first scanning element 13 and the second scanning element 17. As a result, it is possible to further reduce the deviation of the image projected on the projection surface 19 due to chromatic aberration.
  • the control unit 21 can be realized by a semiconductor element or the like.
  • the control unit 21 can be composed of, for example, a microcomputer, a CPU, an MPU, a GPU, a DSP, an FPGA, and an ASIC.
  • the function of the control unit 21 may be configured only by hardware, or may be realized by combining hardware and software.
  • the control unit 21 has storage units such as a hard disk (HDD), SSD, and memory, and realizes a predetermined function by reading data and programs stored in the storage unit and performing various arithmetic processes. ..
  • the optical system 1A provided with the control unit 21 controls the emission timings of the laser beams Rr, Rg, and Rb of each color according to the scanning timings of the first scanning element 13 and the second scanning element 17, and therefore projects onto the projection surface 19. It is possible to correct the deviation due to the chromatic aberration of the resulting image.
  • Embodiments 1 and 2 have been described as examples of the techniques disclosed in this application. However, the technique in the present disclosure is not limited to this, and can be applied to embodiments in which changes, replacements, additions, omissions, etc. have been made. It is also possible to combine the components described in the first and second embodiments to form a new embodiment.
  • the exit surface 15d of the prism 15 also has a convex shape, but the present invention is not limited to this.
  • the exit surface 15d of the prism 15 may have a non-convex shape, or may be a flat plate shape, for example, as shown in FIG.
  • only the incident surface 15a of the prism 15 may have a convex shape with respect to the scanning direction of the first scanning element 13.
  • the second reflecting surface 15c and the emitting surface 15d are designed so that the light reflected by the second reflecting surface 15c passes through the emitting surface 15d and is focused on the second scanning element 17.
  • FIG. 13A shows the peripheral portion of the first reflecting surface 15b of the prism 15.
  • the first reflecting surface 15b is not tilted with respect to the incident laser light R in the plane including the scanning axis of the first scanning element 13 and the laser light R incident on the first reflecting surface 15b.
  • the size of the prism 15 in the Y direction becomes smaller. For example, when the incident angle ⁇ of the laser beam R incident on the first reflecting surface 15b on the YZ plane is 0 ° or close to 0 °, the size of the prism 15 in the Y direction becomes small.
  • the incident angle ⁇ on the first reflecting surface 15 is the scanning direction of the first scanning element 13. Since the size increases in the (X direction), the size of the prism 15 in the X direction increases.
  • the first reflecting surface 15b with respect to the incident laser light R. Since the incident angle ⁇ can be made smaller than the incident angle ⁇ in FIG. 13B, it is possible to suppress an increase in the size of the prism 15 in the Y direction.
  • the first reflecting surface 15b is inclined with respect to the incident laser beam R in the YZ plane, that is, the laser beam R is incident on the first reflecting surface 15 in the YZ plane.
  • the laser beam R is incident on the first reflecting surface 15 in the YZ plane.
  • the incident angle ⁇ at the first reflecting surface 15 in the scanning direction (X direction) of the first scanning element 13 can be set to 0 °, and the size in the X direction can be increased. It can be miniaturized.
  • the first reflecting surface 15b reflects the incident laser light R in the direction orthogonal to the scanning direction (X direction) of the first scanning element 13.
  • the optical system 1 can be miniaturized.
  • the optical system of the present disclosure includes a prism having an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces, and a first method of scanning incident light in the first direction and reflecting it in the direction of the incident surface of the prism.
  • a scanning element and a second scanning element that scans light emitted from the exit surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction are provided, and the incident surface of the prism has a convex shape with respect to the first scanning element.
  • the prism can be miniaturized.
  • the incident surface of the prism is a rotationally asymmetric surface having a convex shape with respect to the first direction in which the first scanning element scans.
  • the incident surface of the prism has a smaller refractive power in the non-scanning direction than in the first scanning direction of the first scanning element.
  • the first intermediate imaging position of the luminous flux of the light in the first direction is provided between the optical path of the first scanning element and the second scanning element. ..
  • the prism has a first intermediate imaging position of the luminous flux of the light in the first direction inside the prism.
  • the first intermediate imaging position is different from the second intermediate imaging position of the light flux of the light in the second direction orthogonal to the first direction.
  • the first intermediate imaging position of the luminous flux in the first direction is not the second intermediate imaging position of the luminous flux in the second direction in the prism, the first intermediate imaging position of the luminous flux in the first direction in the prism is not set. Even if scratches or dust are present in a part of the intermediate imaging position, the influence on the luminous flux in the first direction can be reduced.
  • intermediate imaging is not performed on the light flux of the light in the second direction orthogonal to the first direction.
  • the intermediate imaging position of the luminous flux in the first direction is not the intermediate imaging position of the luminous flux in the second direction in the prism, it is one of the intermediate imaging positions of the luminous flux in the first direction in the prism. Even if there are scratches or dust on the portion, the influence on the light flux in the first direction can be reduced.
  • the exit surface of the prism has a convex shape with respect to the second scanning element.
  • the exit surface of the prism is a rotation asymmetric surface having a convex shape with respect to the second direction of scanning by the second scanning element.
  • the exit surface of the prism has a smaller refractive power in the non-scanning direction than the second scanning direction of the second scanning element.
  • the first scanning element is provided with a laser element that irradiates a laser beam as light.
  • the laser element irradiates the laser light having a plurality of wavelengths.
  • the laser beam incident on the prism is formed in an intermediate image, so that the chromatic aberration due to the difference in wavelength can be reduced.
  • a control unit that controls the laser element to shift the emission timing of each wavelength in synchronization with the scanning of the first scanning element and the second scanning element. To be equipped. As a result, it is possible to correct the deviation due to chromatic aberration of the image projected on the projection surface by the light scanned by the second scanning element.
  • the optical system of the present disclosure scans incident light in the first direction and reflects the incident light in the direction of the incident surface of the prism, which has an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces. It includes a first scanning element and a second scanning element that scans light emitted from the emitting surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction, and the emitting surface of the prism is convex with respect to the second scanning element. Has a shape.
  • the prism can be miniaturized.
  • the exit surface of the prism is a rotation asymmetric surface having a convex shape with respect to the second direction of scanning by the second scanning element.
  • the exit surface of the prism has a smaller refractive power in the non-scanning direction than the second scanning direction of the second scanning element.
  • the first intermediate imaging position of the luminous flux of the light in the first direction is provided between the optical paths of the first scanning element and the second scanning element.
  • the first intermediate imaging position of the luminous flux of the light in the first direction is provided inside the prism.
  • the first intermediate imaging position is different from the second intermediate imaging position of the light flux of the light in the second direction orthogonal to the first direction.
  • intermediate imaging is not performed on the light flux of the light in the second direction orthogonal to the first direction.
  • a laser element that irradiates the first scanning element with a laser beam as light is provided.
  • the laser element irradiates laser light having a plurality of wavelengths.
  • the prism has a first reflecting surface that reflects the light emitted from the incident surface and a second reflecting surface that reflects the light reflected by the first reflecting surface.
  • the optical path length from the incident surface to the first reflecting surface is L1 and the optical path length from the first reflecting surface to the second reflecting surface is L2.
  • the incident surface can be arranged closer to the first reflecting surface than the second reflecting surface. ..
  • the first scanning element can also be arranged on the first reflecting surface side, and the size of the entire optical system can be reduced.
  • the optical system of the present disclosure scans incident light in the first direction and reflects it in the direction of the incident surface of the prism, which has a prism having an incident surface, an exit surface, and one or more reflecting surfaces.
  • a first scanning element and a second scanning element that scans light emitted from the exit surface of the prism in a second direction orthogonal to the first direction, and the prism reflects light emitted from the incident surface. It has one reflecting surface and a second reflecting surface that reflects the light reflected by the first reflecting surface, and the optical path length from the incident surface to the first reflecting surface is L1, and the first reflecting surface to the second reflecting surface.
  • the incident surface can be arranged closer to the first reflecting surface than the second reflecting surface. Therefore, the first scanning element can also be arranged on the first reflecting surface side. As a result, the size of the entire optical system can be reduced.
  • the first reflecting surface is inclined with respect to the incident light in a plane including the scanning axis of the first scanning element and the light transmitted through the incident surface.
  • the prism can be miniaturized.
  • the present disclosure is applicable to an optical device using a refractive optics such as a prism.

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Abstract

入射面（１５ａ）と出射面（１５ｄ）と第１反射面（１５ｂ）とを有するプリズム（１５）と、入射する、複数の波長を有する光をＸ方向に走査してプリズム（１５）の入射面（１５ａ）の方向へ出射する第１走査素子（１３）と、プリズム（１５）の出射面（１５ｄ）から出射する光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子（１７）と、を備え、プリズム（１５）の入射面（１５ａ）は、第１走査素子（１３）に対して凸面形状を有する光学系である。

Description

光学系
　本開示は、プリズムを用いた光学系に関する。
　特許文献１は、２方向にそれぞれ走査する走査装置を有する光学系を開示する。この光学系は、走査されたレーザをミラーを用いて伝送することが記載されている。ミラーを用いてレーザを伝送すると、ミラー間に空気の層があるので、光学系のサイズを小型化しにくい。
特開２０１８－１０８４００号公報
　ミラー間をプリズムの媒質で埋めると光学系のサイズを小型化することができるが、さらなる小型化が求められている。
　本開示は、小型化された、プリズムを用いた光学系を提供する。
　本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
　前記プリズムの前記入射面は、前記第１走査素子に対して凸面形状を有する。
　本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子に対して凸面形状を有する。
　本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
　前記プリズムは、前記入射面から出射された光を反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光を反射する第２反射面と、を有し、前記入射面から前記第１反射面までの光路長をＬ１、前記第１反射面から前記第２反射面までの光路長をＬ２としたとき、
　　Ｌ１　＜　Ｌ２
　を満たす。
　本開示における光学系は、小型化されたプリズムを用いた光学系を提供することが可能である。
実施形態１における光学系の構成を示す断面図 実施形態１におけるレーザ素子から照射直後のレーザ光の瞳径を示す図 プリズムの入射面の拡大断面図 レーザ光のＸ成分およびＹ成分のそれぞれの中間結像位置を示す図 中間結像位置（Ｐｘ）におけるレーザ光の瞳径を示す図 中間結像位置（Ｐｙ）におけるレーザ光の瞳径を示す図 プリズムを出射したレーザ光の瞳径を示す図 赤色、青色のそれぞれのレーザ光の中間結像位置を示す図 赤色、青色のそれぞれのレーザ光のプリズムの入射面での屈折を示す図 レーザ光のＸ成分の中間結像位置を示す図 実施形態２における光学系の構成を示す断面図 変形例における光学系の構成を示す断面図 比較例における光学系の構成を示す断面図 比較例における光学系の構成を示す断面図 変形例における光学系の構成を示す断面図 変形例における光学系の構成を示す断面図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
（実施形態１）
　以下、図１～図９を用いて、実施形態１を説明する。なお、本実施形態において、図２に示すように、例えば、Ｘ方向は、レーザ素子１１から出射されるレーザ光Ｒの瞳径１１ａの長径方向であり、Ｙ方向は、レーザ素子１１から出射されるレーザ光Ｒの瞳径１１ａの短径方向である。Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交し、ＸＹ平面に直交する方向がＺ方向である。
[１－１．構成]
　図１は、本開示に係る光学系１の構成示す断面図である。光学系１は、レーザ素子１１と、第１走査素子１３と、プリズム１５と、第２走査素子１７とを備える。
　レーザ素子１１は、例えば、半導体レーザである。レーザ素子１１から照射されるレーザ光Ｒは、Ｘ方向とＹ方向とで瞳径が異なる平行光である。例えば、図２に示すように、レーザ素子１１から照射直後のレーザ光Ｒの瞳径１１ａは、Ｘ方向に延びた楕円形を有する。レーザ素子１１から照射されるレーザ光Ｒは、第１走査素子１３によりＸ方向に走査されてプリズム１５の入射面１５ａに入射する。レーザ光Ｒは、例えば、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）の色を有するように、複数の波長（波長域）を有する。レーザ素子１１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を一つの光束に混合したレーザ光Ｒとして出射してもよいし、それぞれの色の光束のレーザ光Ｒを順次出射してもよい。
　図１に示すように、第１走査素子１３は、入射したレーザ光Ｒを第１方向としてのＸ方向に走査する。第１走査素子１３は、例えば、Ｙ方向を回転軸として圧電駆動により回転駆動されるミラーである。第１走査素子１３は、例えば、垂直方向のスキャナである。これにより、平行光がＸ方向に拡散される。
　プリズム１５は、入射面１５ａと、出射面１５ｄとを有する。プリズム１５は、入射面１５ａから出射面１５ｄまでの光路間に、さらに、１面以上の反射面を有しており、本実施形態では、例えば、第１反射面１５ｂと、第２反射面１５ｃとを有する。プリズム１５は、例えば、樹脂製またはガラス製である。
　入射面１５ａは第１走査素子１３と対向しており、第１走査素子１３によりＸ方向に走査されたレーザ光Ｒが入射面１５ａを通ってプリズム１５内へ入射される。入射面１５ａと第１反射面１５ｂとは対向しており、入射面１５ａから入射したレーザ光Ｒは、第１反射面１５ｂでプリズム１５内に反射される。
　図３に示すように、入射面１５ａは、第１走査素子１３に対して凸面形状を有する。入射面１５ａは、第１走査素子１３の走査するＸ方向に沿って曲率を有する曲面形状であり、プリズム１５の外方向に突出している。図３には、比較例として、入射面１５ａが凸面形状でない場合のレーザ光Ｒの進行方向Ｒｖが示されている。入射面１５ａの形状を凸面形状にすることで、入射面１５ａから入射したレーザ光Ｒを内側へ屈折させることができる。このように、Ｘ方向に走査されたレーザ光Ｒは、その拡がりを抑制した状態で、例えば、走査されたレーザ光の中心光線同士が平行な光として、プリズム内を進行することができるので、プリズム１５の小型化を実現することができる。
　また、入射面１５ａは、第１走査素子１３の走査方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面であってもよい。
　また、入射面１５ａは、第１走査素子１３の走査方向よりも非走査方向への屈折力が小さくてもよい。これによって、入射面１５ａで発生する非走査方向の色収差を抑制することが出来る。
　第１反射面１５ｂで反射されたレーザ光Ｒは、中間結像された後、再び瞳径を拡大して第２反射面１５ｃで再びプリズム１５内に反射される。第２反射面１５ｃで反射されたレーザ光Ｒは、出射面１５ｄからプリズム１５外へ出射される。
　第１反射面１５ｂおよび第２反射面１５ｃは、それぞれ、第１方向としてのＸ方向と第２方向としてのＹ方向とで異なる曲率を有する。したがって、第１反射面１５ｂおよび第２反射面１５ｃは、自由曲面形状を有している。
　また、第１反射面１５ｂおよび第２反射面１５ｃは、それぞれ、入射光に対して偏心してもよい。これにより、ビームスプリッタ等の光学素子を用いずに、入射光の光路を分離することが可能となる。また、第１反射面１５ｂおよび第２反射面１５ｃは、それぞれ、入射光に対して凸面形状を有する。
　プリズム１５の出射面１５ｄも、入射面１５ａと同様の構成を有してもよい。出射面１５ｄは、第２走査素子１７に対して凸面形状を有してもよい。これにより、Ｘ方向に走査されたレーザ光Ｒの拡がりを抑制した状態でプリズム１５内を進行する光を第２走査素子１７に集光することができるので、プリズム１５の小型化を実現することができる。例えば、出射面１５ｄは、第１走査素子１３の走査するＸ方向に沿って曲率を有し、プリズム１５の外方向に突出している。なお、入射面１５ａと出射面１５ｄのＸ方向の曲率は、対称性を有してもよい。また、出射面１５ｄは、第２走査素子１７の走査するＹ方向に沿って曲率を有し、プリズム１５の外方向に突出していてもよい。
　また、出射面１５ｄは、第２走査素子１７の走査方向よりも非走査方向への屈折力が小さくてもよい。
　第２走査素子１７は、プリズム１５の出射面１５ｄから出射されたレーザ光ＲをＹ方向に走査して、投射面１９に投影する。第２走査素子１７は、例えば、圧電駆動によりＸ方向を回転軸として回転駆動されるミラーである。第２走査素子１７は、例えば、水平スキャナである。また、第２走査素子１７は第１走査素子１３と同期して走査しており、これにより二次元画像を投射面１９に投影することが出来る。
　本実施形態における光学系１は、レーザ素子１１からの光路の順に、第１走査素子１３と、プリズム１５の入射面１５ａと、プリズム１５の第１反射面１５ｂと、プリズム１５の第２反射面１５ｃと、プリズム１５の出射面１５ｄと、第２走査素子１７が配置されている。したがって、プリズム１５は、第１走査素子１３から第２走査素子１７への光路の間に配置されている。
　図４に示すように、光学系１は、プリズム１５内の第１反射面１５ｂと、プリズム１５内の第２反射面１５ｃとの間で、レーザ光Ｒの光束のＸ方向において中間結像位置Ｐｘを有する。すなわち、レーザ光Ｒは、第１反射面１５ｂにより中間結像される。
　また、レーザ光ＲのＸ方向の成分であるＲｘとＹ方向の成分であるＲｙの焦点距離も異なっているので、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘの中間結像位置ＰｘとＹ成分Ｒｙの中間結像位置Ｐｙとは異なっている。また、Ｘ成分ＲｘとＹ成分Ｒｙのそれぞれの焦点距離が異なっているので、プリズム１５の出射面１５ｄから出射される際のそれぞれの拡大率も異なる。すなわち、光学系１は、Ｘ方向とＹ方向とで異なる光学倍率を有する。例えば、本実施形態において、Ｘ方向よりもＹ方向の方が焦点距離が大きいので、Ｘ方向よりもＹ方向の光学倍率が大きい。
　Ｘ方向のレーザ光Ｒの光束の中間結像位置Ｐｘは、Ｘ方向と直交するＹ方向のレーザ光Ｒの光束と同じ位置で交わらない。すなわち、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘの中間結像位置Ｐｘは、レーザ光ＲのＹ成分Ｒｙの中間結像位置Ｐｙと同じ位置にならない。これにより、図５に示すように、中間結像位置Ｐｘにおけるレーザ光Ｒの瞳径１１ｂは、Ｙ方向に延びた直線形状を有している。この結果、中間結像位置Ｐｘにゴミや傷があった場合に、レーザ光Ｒの瞳径１１ｂが消失することを防ぐことが出来る。
　また、図６に示すように、レーザ光ＲのＹ成分Ｒｙの中間結像位置Ｐｙにおいて、レーザ光Ｒの瞳径１１ｃは、レーザ光ＲのＸ成分Ｒｘが結像する前に存在する。このように、中間結像位置Ｐｙにおけるレーザ光Ｒの瞳径１１ｃも、Ｘ方向に延びた直線形状を有している。なお、光学系１の光学倍率がＸ方向よりもＹ方向の方が大きいので、出射面１５ｄから出射したレーザ光Ｒの瞳径１１ｄは、図７に示すように、円形状に形成されている。
　レーザ素子１１から出射するＸ方向の第１出射瞳径φｘ１およびＹ方向の第２出射瞳径φｙ１と、プリズム１５の出射面１５ｄを通って投射面１９に到達するＸ方向の第１投射瞳径φｘ２およびＹ方向の第２投射瞳径φｙ２との関係が、
　０．１＜（φｘ１×φｙ１）／（φｘ２×φｙ２）＜０．８
　である。この関係を満たすことで、中間結像位置Ｐｘ、Ｐｙにおけるスポットサイズが大きくなり、プリズム１５の内部におけるゴミや傷の影響を効果的に軽減することが出来る。
　次に、図８を参照して、実施形態１の光学系１であれば、プリズム１５の入射面１５ａによって発生する色収差が低減されることを説明する。図８（ａ）は、青色のレーザ光Ｒｂの中間結像位置Ｐｘｂを示す図であり、図８（ｂ）は、赤色のレーザ光Ｒｒの中間結像位置Ｐｘｒを示す図である。なお、図８（ａ）および図８（ｂ）において、簡易に説明するために、入射面１５ａおよび出射面１５ｄをレンズとして示している。
　異なる波長のＲ、Ｇ、Ｂの光が凸面形状の入射面１５ａに入射すると、波長によって屈折力が異なるので、それぞれの波長の光の焦点距離が異なる。以下、波長の差が大きい青色のレーザ光Ｒｂと赤色のレーザ光Ｒｒについて説明する。入射面１５ａから入射した青色のレーザ光Ｒｂは焦点距離ｆｂ１の位置に中間結像位置ｐｘｂを形成する。中間結像位置ｐｘｂと出射面１５ｄの距離は、焦点距離ｆｂ２となる。また、入射面１５ａから入射した赤色のレーザ光Ｒｒは焦点距離ｆｒ１の位置に中間結像位置ｐｘｒを形成する。中間結像位置ｐｘｒと出射面１５ｄの距離は、焦点距離ｆｒ２となる。
　入射面１５ａを通過した後の光の角度は焦点距離ｆｂ１、ｆｒ１でそれぞれ決まる。光の波長が短いほど屈折力が強くなるので、青色のレーザ光Ｒｂの焦点距離ｆｂ１の方が赤色のレーザ光Ｒａの焦点距離ｆｒ１よりも短い。これにより、色の違いによって倍率色収差が発生しやすくなる。したがって、青色のレーザ光Ｒｂの中間結像位置Ｐｘｂは、赤色の中間結像位置Ｐｘｒよりも入射面１５ａ側に位置する。
　第１走査素子と第２走査素子の光路の間に中間結像位置を形成しない光学系であれば、この焦点距離ｆｂ１とｆｒ１との差が投射面１９に入射する角度のズレとなり倍率色収差が発生する。したがって、焦点距離ｆｂ１、ｆｒ１の差が大きい程、倍率色収差は大きくなる。しかしながら、実施形態１のように、第１走査素子１３と第２走査素子１７の光路の間に中間結像位置Ｐｘｂ、Ｐｘｒを形成していると、出射面１５ｄで発生する倍率色収差が入射面１５ａで発生する倍率色収差を補正する作用が働き、出射側の画角は、焦点距離ｆｂ１、ｆｒ１と、焦点距離ｆｂ２、ｆｒ２との比で決まる。
　入射面１５ａと出射面１５ｄとは同じプリズムで同一の材料であるので、それぞれの焦点距離の比の差である、ｆｂ１／ｆｂ２とｆｒ１／ｆｒ２との差は、ｆｂ１とｆｒ１との差よりも小さい。これにより、第１走査素子と第２走査素子の光路の間に中間結像を形成しない光学系に対して、投射面１９に入射する光線の倍率色収差が小さくなる。なお、入射面１５ａから中間結像位置までの焦点距離と中間結像位置から出射面１５ｄまでの焦点距離が等しい（ｆｂ１＝ｆｂ２、ｆｒ１＝ｆｒ２）場合、倍率色収差はゼロになる。
　また、図９に示すように、プリズム１５内部で色収差の発生しない反射面１５ｂおよび１５ｃを利用することで、入射面１５ａでの屈折力の違いを原因とする他の収差、例えば、軸上色収差や像面湾曲収差等の影響を補正することができる。入射面１５ａから入射したレーザ光Ｒは、屈折力の違いから各色の光に分光される。例えば、青色のレーザ光Ｒｂは、赤色のレーザ光Ｒｒの方よりも内側に大きく屈折される。したがって、青色のレーザ光Ｒｂと赤色のレーザ光Ｒｒとでは、反射面１５ｂ、１５ｃで反射する位置が異なる。赤色のレーザ光Ｒｒの方が、反射面１５ｂ、１５ｃの高い位置で反射するので、青色のレーザ光Ｒｂよりも大きく曲げられる作用が大きい。これにより、入射面１５ａで発生した角度差を低減することができ、出射面１５ｄから出射する光の色毎の角度差を抑制することが出来る。
　なお、本実施形態において、光学系１は、Ｙ方向の中間結像位置Ｐｙを有していたが、図１０に示すようにＹ方向に中間結像作用を有しておらず、中間結像位置Ｐｙのない構成でもよい。この場合、第１反射面１５ｂで反射したレーザ光ＲのＹ成分Ｒｙが徐々に拡大するように、第１反射面１５ｂの曲率が設計されていてもよい。
　なお、本実施形態において、第１走査素子１３を垂直方向のスキャナ、第２走査素子１７を水平方向のスキャナの組合せとしたが、第１走査素子１３を水平方向のスキャナ、第２走査素子１７を垂直方向のスキャナの組合せとしてもよい。これによって、入射面１５ａのサイズを小型することができる。
　なお、本実施形態において、プリズム１５は、第１反射面１５ｂ、第２反射面１５ｃの２面の反射面を有しているが、第１反射面１５ｂだけを有していてもよいし、少なくとも２面以上の反射面を有していてもよい。
　なお、本実施形態において、光学系１は、レーザ素子１１と、第１走査素子１３と、プリズム１５と、第２走査素子１７で構成されているが、屈折力を有する光学素子を追加してもよい。
　なお、本実施形態において、中間結像位置Ｐｘはプリズム１５内に形成していたが、レーザ素子１１からプリズム１５の光路の間に、屈折力を有する光学素子を追加し、プリズム１５の外に中間結像位置Ｐｘを形成してもよい。
　また、図４に示すように、入射面１５ａから第１反射面１５ｂまでの光路長をＬ１、第１反射面１５ｂから第２反射面１５ｃまでの光路長をＬ２としたとき、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たす。この構成によれば、第１反射面１５ｂから第２反射面１５ｃまでの光路長が入射面１５ａから第１反射面１５ｂまでの光路長よりも長いので、図１に示すように、入射面１５ａを第２反射面１５ｃよりも第１反射面１５ｂ側（＋Ｚ方向側）に配置することができるので、第１走査素子１３も第１反射面１５ｂ側（＋Ｚ方向側）に配置することができる。この結果、光学系１全体のサイズを小型化することができる。
[１－２．効果等]
　実施形態１に係る光学系１は、入射面１５ａと出射面１５ｄと１面以上の反射面１５ｂ、１５ｃとを有するプリズム１５を備える。また、光学系１は、入射する光を第１方向に走査してプリズム１５の入射面１５ａの方向へ反射する第１走査素子１３と、プリズム１５の出射面１５ｄから出射するレーザ光ＲをＸ方向と直交するＹ方向に走査する第２走査素子１７と、を備える。プリズム１５の入射面１５ａは、第１走査素子１３に対して凸面形状を有する。このような構成により、第１走査素子１３によりＸ方向に走査されたレーザ光Ｒがプリズム１５の入射面１５ａに入射すると、走査されて拡散されたレーザ光Ｒは入射面１５ａにより平行に近づくように屈折されるので、プリズム１５内を進行するレーザ光Ｒの光路の拡がりを抑制することができる。この結果、プリズム１５を小型化することができる。また、プリズム１５内にレーザ光Ｒを通すことで、プリズム１５のインデックス分だけ光路長を短縮することができ、光学系１を小型化することができる。
　実施形態１に係る光学系１は、入射面１５ａと出射面１５ｄと１面以上の反射面１５ｂ、１５ｃとを有するプリズム１５を備える。また、光学系１は、入射する光を第１方向に走査してプリズム１５の入射面１５ａの方向へ反射する第１走査素子１３と、プリズム１５の出射面１５ｄから出射するレーザ光ＲをＸ方向と直交するＹ方向に走査する第２走査素子１７と、を備える。プリズム１５の出射面１５ｄは、第２走査素子１７に対して凸面形状を有する。このように、出射面１５ｄだけが凸面形状な構成であっても、プリズム１５の反射面１５ｃから出射面１５ｄに入射する光が平行に近い状態でありながら、第２走査素子１７に収束して入射させることができる。この結果、プリズム１５を小型化することができる。また、プリズム１５内にレーザ光Ｒを通すことで、プリズム１５のインデックス（屈折率）分だけ光路長を短縮することができ、光学系１を小型化することができる。
（実施形態２）
　次に、図１１を用いて、実施形態２を説明する。
[２－１．構成]
　図１１は、実施形態２に係る光学系１Ａの構成を示す図である。図１１に示すように、本実施の形態の光学系１Ａは、実施形態１の光学系１に、さらに、レーザ素子１１に対して、第１走査素子１３と第２走査素子１７の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを波長ごとにずらす制御を実施する制御部２１を備える。これらの相違点以外の構成について、実施形態１に係る光学系１と本実施の形態の光学系１Ａとは共通である。
　レーザ素子１１は、例えば、波長の異なるＲ、Ｇ、Ｂの光束のレーザ光Ｒｒ、Ｒｇ、Ｒｂをタイミングをずらして順次出射する。制御部２１は、第１走査素子１３と第２走査素子１７の走査タイミングに同期して、各色のレーザ光Ｒｒ、Ｒｇ、Ｒｂの出射タイミングを制御する。これにより、投射面１９に投射する像が色収差によりずれるのをより低減することができる。
　制御部２１は、半導体素子などで実現可能である。制御部２１は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣで構成することができる。制御部２１の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。制御部２１は、ハードディスク（ＨＤＤ）、ＳＳＤ、メモリ等の記憶部を有しており、記憶部に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。
[２－２．　効果等]
　制御部２１を備える光学系１Ａは、第１走査素子１３と第２走査素子１７の走査タイミングに応じて、各色のレーザ光Ｒｒ、Ｒｇ、Ｒｂの出射タイミングを制御するので、投射面１９に投射される像の色収差によるずれを補正することができる。
　（他の実施形態）
　以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施形態１および２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施形態１および２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
　実施形態１、２では、プリズム１５の出射面１５ｄも凸面形状であったが、これに限定されるものではない。プリズム１５の出射面１５ｄは、非凸面形状でもよく、例えば、図１２に示すように、平板形状でもよい。このように、プリズム１５の入射面１５ａだけが第１走査素子１３の走査方向に対して凸面形状を有する構成でもよい。この場合、第２反射面１５ｃで反射した光が出射面１５ｄを通って第２走査素子１７に集光するように第２反射面１５ｃおよび出射面１５ｄが設計される。
　また、入射するレーザ光Ｒに対して第１反射面１５ｂの傾斜方向によって、プリズム１５のサイズを調整することができる。図１３Ａは、プリズム１５の第１反射面１５ｂの周辺部を示している。図１３Ａに示すように、第１走査素子１３の走査軸および第１反射面１５ｂに入射するレーザ光Ｒを含む平面において、入射するレーザ光Ｒに対して第１反射面１５ｂが傾斜しない場合、プリズム１５のＹ方向のサイズが小さくなる。例えば、ＹＺ平面において第１反射面１５ｂに入射するレーザ光Ｒの入射角θが０°もしくは０°に近い場合、プリズム１５のＹ方向のサイズが小さくなる。一方、この場合、図１３Ｂに示すように、第１走査素子１３の走査軸と直交する平面であるＸＺ平面において、第１反射面１５での入射角Φは、第１走査素子１３の走査方向（Ｘ方向）に大きくなるので、プリズム１５のＸ方向のサイズは大型化する。
　これに対して、図１４Ａに示すように、第１走査素子１３の走査軸および第１反射面１５ｂに入射するレーザ光Ｒを含む平面において、入射するレーザ光Ｒに対して第１反射面１５ｂが傾斜する場合図１３Ｂの入射角Φと比べて、入射角θを小さくできるため、プリズム１５のＹ方向のサイズの大型化を抑えることができる。例えば、図１４Ａに示すように、ＹＺ平面において第１反射面１５ｂが入射するレーザ光Ｒに対して傾斜していると、すなわち、ＹＺ平面においてレーザ光Ｒが第１反射面１５に対して入射角θで反射する場合、プリズム１５のＹ方向のサイズの大型化を抑えることができる。また、図１４Ｂに示すように、ＸＺ平面において、第１走査素子１３の走査方向（Ｘ方向）における第１反射面１５での入射角Φを０°にすることもでき、Ｘ方向のサイズを小型化することができる。
　このように、第１反射面１５ｂは、入射するレーザ光Ｒを第１走査素子１３の走査方向（X方向）と直交する方向に反射する。第１反射面１５ｂでのレーザ光Ｒの反射方向と垂直な方向に第１走査素子１３を走査することで、光学系１を小型化に構成することができる。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
（実施形態の概要）
　（１）本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、入射する光を第１方向に走査してプリズムの入射面の方向へ反射する第１走査素子と、プリズムの出射面から出射する光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、プリズムの入射面は、第１走査素子に対して凸面形状を有する。
　このように、第１走査素子により第１方向に走査された光がプリズムの入射面に入射すると、走査されて拡散された光は入射面により平行に近づくように屈折されるので、プリズム内を進行する光の光路の拡がりを抑制する。これにより、プリズムを小型化することができる。
　（２）（１）の光学系において、プリズムの入射面は、第１走査素子の走査する第１方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である。
　（３）（１）または（２）において、プリズムの入射面は、第１走査素子の走査する第１方向よりも非走査方向への屈折力が小さい。
　（４）（１）ないし（３）のいずれか１つの光学系において、第１走査素子と前記第２走査素子の光路の間に第１方向の光の光束の第１中間結像位置を有する。
　（５）（１）ないし（３）のいずれか１つの光学系において、プリズムの内部に第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する。
　（６）（４）または（５）の光学系において、第１中間結像位置は、第１方向と直交する第２方向の光の光束の第２中間結像位置と異なる。このように、プリズム内において、第１方向の光束の第１中間結像位置が第２方向の光束の第２中間結像位置になっていないので、プリズム内の第１方向の光束の第１中間結像位置の一部に傷やゴミが存在しても、第１方向の光束への影響を低減することができる。
　（７）（４）または（５）の光学系において、第１方向と直交する第２方向の光の光束に対して中間結像が行われない。このように、プリズム内において、第１方向の光束の中間結像位置が第２方向の光束の中間結像位置になっていないので、プリズム内の第１方向の光束の中間結像位置の一部に傷やゴミが存在しても、第１方向の光束への影響を低減することができる。
　（８）（１）ないし（７）のいずれか１つの光学系において、プリズムの出射面は、第２走査素子に対して凸面形状を有する。
　（９）（８）の光学系において、プリズムの出射面は、第２走査素子の走査する第２方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である。
　（１０）（８）または（９）の光学系において、プリズムの出射面は、第２走査素子の走査する第２方向よりも非走査方向への屈折力が小さい。
　（１１）（１）ないし（１０）のいずれか１つの光学系において、第１走査素子に光としてレーザ光を照射するレーザ素子を備える。
　（１２）（１１）の光学系において、前記レーザ素子は、複数の波長の前記レーザ光を照射する。このように、レーザ素子が複数の波長のレーザ光を照射したとしても、プリズム内で入射したレーザ光を中間結像するので、波長の違いによる色収差を低減することができる。
　（１３）（１２）の光学系において、レーザ素子に対して、第１走査素子と第２走査素子の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを波長ごとにずらす制御を実施する制御部を備える。これにより、第２走査素子により走査された光により投射面に投射される像の色収差によるずれを補正することができる。
　（１４）また、本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、入射する光を第１方向に走査してプリズムの入射面の方向へ反射する第１走査素子と、プリズムの出射面から出射する光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、プリズムの出射面は、第２走査素子に対して凸面形状を有する。
　このように、プリズムの出射面から第２方向に光を走査する第２走査素子に出射すると、光は出射面に対して平行に近い状態から第２走査素子に収束するようにプリズムから出射する。これにより、プリズムを小型化することができる。
　（１５）（１４）の光学系において、プリズムの出射面は、第２走査素子の走査する第２方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である。
　（１６）（１４）または（１５）のいずれか１つの光学系において、プリズムの出射面は、第２走査素子の走査する第２方向よりも非走査方向への屈折力が小さい。
　（１７）（１４）ないし（１６）のいずれか１つの光学系において、第１走査素子と第２走査素子の光路の間に第１方向の光の光束の第１中間結像位置を有する。
　（１８）（１４）ないし（１６）のいずれか１つの光学系において、プリズムの内部に第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する。
　（１９）（１７）または（１８）の光学系において、第１中間結像位置は、第１方向と直交する第２方向の光の光束の第２中間結像位置と異なる。
　（２０）（１７）または（１８）の光学系において、第１方向と直交する第２方向の光の光束に対して中間結像が行われない。
　（２１）（１４）ないし（２０）のいずれか１つの光学系において、第１走査素子に光としてレーザ光を照射するレーザ素子を備える。
　（２２）（２１）の光学系において、レーザ素子は、複数の波長のレーザ光を照射する。
　（２３）（２２）の光学系において、レーザ素子に対して、第１走査素子と第２走査素子の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを波長ごとにずらす制御を実施する制御部を備える。これにより、第２走査素子により走査された光により投射面に投射される像の色収差によるずれを補正することができる。
　（２４）（１）の光学系において、プリズムは、入射面から出射された光を反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光を反射する第２反射面と、を有し、前記入射面から前記第１反射面までの光路長をＬ１、前記第１反射面から前記第２反射面までの光路長をＬ２としたとき、
　　Ｌ１　＜　Ｌ２
を満たす。
　第１反射面から第２反射面までの光路長が入射面から第１反射面までの光路長よりも長いので、入射面を第２反射面よりも第１反射面側に配置することができる。これにより、第１走査素子も第１反射面側に配置することができ、光学系全体のサイズを小型化することができる。
　（２５）また、本開示の光学系は、入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、入射する光を第１方向に走査してプリズムの入射面の方向へ反射する第１走査素子と、プリズムの出射面から出射する光を第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、プリズムは、入射面から出射された光を反射する第１反射面と、第１反射面で反射された光を反射する第２反射面と、を有し、入射面から第１反射面までの光路長をＬ１、第１反射面から第２反射面までの光路長をＬ２としたとき、Ｌ１　＜　Ｌ２を満たす。
　第１反射面から第２反射面までの光路長が入射面から第１反射面までの光路長よりも長いので、入射面を第２反射面よりも第１反射面側に配置することができるので、第１走査素子も第１反射面側に配置することができる。この結果、光学系全体のサイズを小型化することができる。
　（２６）（２５）の光学系において、第１反射面は、第１走査素子の走査軸と入射面を透過した光とを含む平面において、入射する光に対して傾斜している。これにより、第１走査素子の走査軸の方向へ光を反射することができ、プリズムを小型化することができる。
　本開示は、プリズムなどの屈折光学系を用いた光学装置に適用可能である。
　　　１　　　光学系
　　１１　　　レーザ素子
　　１１ａ　　瞳径
　　１３　　　第１走査素子
　　１５　　　プリズム
　　１５ａ　　入射面
　　１５ｂ　　第１反射面
　　１５ｃ　　第２反射面
　　１５ｄ　　出射面
　　１７　　　第２走査素子
　　１９　　　投射面
　　２１　　　制御部

Claims (26)

  1. 　入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
    　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
    　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
    　前記プリズムの前記入射面は、前記第１走査素子に対して凸面形状を有する、
    　光学系。
  2. 　前記プリズムの前記入射面は、前記第１走査素子の走査する前記第１方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である、
    　請求項１に記載の光学系。
  3. 　前記プリズムの前記入射面は、前記第１走査素子の走査する前第１方向よりも非走査方向への屈折力が小さい、
    　請求項１または２に記載の光学系。
  4. 　前記第１走査素子と前記第２走査素子の光路の間に前記第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する、
    　請求項１から３のいずれか１つに記載の光学系。
  5. 　前記プリズムの内部に前記第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する、
    　請求項１から３のいずれか１つに記載の光学系。
  6. 　前記第１中間結像位置は、前記第１方向と直交する第２方向の前記光の光束の第２中間結像位置と異なる、
    　請求項４または５に記載の光学系。
  7. 　前記第１方向と直交する第２方向の前記光の光束に対して中間結像が行われない、
    　請求項４または５に記載の光学系。
  8. 　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子に対して凸面形状を有する、
    　請求項１から７のいずれか１つに記載の光学系。
  9. 　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子の走査する前記第２方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である、
    　請求項８に記載の光学系。
  10. 　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子の走査する前記第２方向よりも非走査方向への屈折力が小さい、
    　請求項８または９に記載の光学系。
  11. 　前記第１走査素子に前記光としてレーザ光を照射するレーザ素子を備える、
    　請求項１から１０のいずれか１つに記載の光学系。
  12. 　前記レーザ素子は、複数の波長の前記レーザ光を照射する、
    　請求項１１に記載の光学系。
  13. 　前記レーザ素子に対して、前記第１走査素子と前記第２走査素子の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを波長ごとにずらす制御を実施する制御部を備える、
    　請求項１２に記載の光学系。
  14. 　入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
    　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
    　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
    　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子に対して凸面形状を有する、
    　光学系。
  15. 　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子の走査する前記第２方向に対して凸面形状を有する、回転非対称面である、
    　請求項１４に記載の光学系。
  16. 　前記プリズムの前記出射面は、前記第２走査素子の走査する前第２方向よりも非走査方向への屈折力が小さい、
    　請求項１４または１５に記載の光学系。
  17. 　前記第１走査素子と前記第２走査素子の光路の間に前記第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する、
    　請求項１４から１６のいずれか１つに記載の光学系。
  18. 　前記プリズムの内部に前記第１方向の前記光の光束の第１中間結像位置を有する、
    　請求項１４から１６のいずれか１つに記載の光学系。
  19. 　前記第１中間結像位置は、前記第１方向と直交する第２方向の前記光の光束の第２中間結像位置と異なる、
    　請求項１７または１８に記載の光学系。
  20. 　前記第１方向と直交する第２方向の前記光の光束に対して中間結像が行われない、
    　請求項１７または１８に記載の光学系。
  21. 　前記第１走査素子に前記光としてレーザ光を照射するレーザ素子を備える、
    　請求項１４から２０のいずれか１つに記載の光学系。
  22. 　前記レーザ素子は、複数の波長の前記レーザ光を照射する、
    　請求項２１に記載の光学系。
  23. 　前記レーザ素子に対して、前記第１走査素子と前記第２走査素子の走査と同期して、それぞれの波長の発光タイミングを波長ごとにずらす制御を実施する制御部を備える、
    　請求項２２に記載の光学系。
  24. 　前記プリズムは、前記入射面から出射された光を反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光を反射する第２反射面と、を有し、前記入射面から前記第１反射面までの光路長をＬ１、前記第１反射面から前記第２反射面までの光路長をＬ２としたとき、
    　　Ｌ１　＜　Ｌ２
    を満たす、
    　請求項１に記載の光学系。
  25. 　入射面と出射面と１面以上の反射面とを有するプリズムと、
    　入射する光を第１方向に走査して前記プリズムの前記入射面の方向へ反射する第１走査素子と、
    　前記プリズムの出射面から出射する前記光を前記第１方向と直交する第２方向に走査する第２走査素子と、を備え、
    前記プリズムは、前記入射面から出射された光を反射する第１反射面と、前記第１反射面で反射された光を反射する第２反射面と、を有し、前記入射面から前記第１反射面までの光路長をＬ１、前記第１反射面から前記第２反射面までの光路長をＬ２としたとき、
    　　Ｌ１　＜　Ｌ２
    を満たす、
    　光学系。
  26. 　前記第１反射面は、前記第１走査素子の走査軸と前記入射面を透過した光とを含む平面において、入射する光に対して傾斜している、
    　請求光２５に記載の光学系。
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