JP5752082B2 - 走査型投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型投射装置に関し、例えば、走査ミラーの直後に歪補正プリズムが配置された走査型投射装置に適用して好適なものである。

従来、走査型投射装置では、光ビームを２次元走査する手段として、ガルバノミラーやＭＥＭＳ（MicroElectro-MechanicalSystems）ミラー等の走査ミラーが用いられている。このような走査ミラーで光ビームを２次元走査した場合、走査ミラーの水平方向と垂直方向の角度の組み合わせによる光ビームの反射角度と、投射画像における理想的な光ビームの反射角度との間に誤差が生じ、その結果として投射画像に歪みが生じる問題がある。

このような問題を解決するための１つの手段として、特許文献１には、走査ミラーの直後に歪補正プリズムを配置することにより投射画像の画像歪を補正することが開示されている。

米国特許出願公開番号第２０１０／００６０８６３号明細書

ところで、走査型投射装置の場合、１本の光ビームが投影面上に形成する１つの光スポットが投射画像内の１画素に相当するため、光スポットの形状が正確に円形状となることが望ましい。

しかしながら、特許文献１で提案された歪補正プリズムは、入射する光ビームに対して水平方向と垂直方向の屈折角度が異なる。このため、かかる特許文献１に開示された方法によると、歪補正プリズムを透過した光ビームの水平方向と垂直方向に位相差が生じ、光ビームに非点収差が発生する。そして、この非点収差により、歪補正プリズムを通過した光ビームのスポット形状が楕円形となり、投射画像の解像度が劣化する問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、投射画像の画像歪みを低減しながら解像度の劣化を防止し得る簡易な構成の走査型投射装置を提供しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、光ビームを被投射面上で走査することにより、当該非投射面上に２次元画像を投射する走査型投射装置において、前記光ビームを発射するレーザ光源と、第１の偏向軸及び当該第１の偏向軸と直交する第２の偏向軸を有し、前記第１及び又は第２の偏向軸の回りに偏向駆動することにより前記光ビームを前記被投射面上で２次元走査するように反射させる走査ミラーと、前記走査ミラー及び前記被投射面間に設置され、前記走査ミラーで反射した前記光ビームと前記被投射面との角度が所定の角度になるように前記光ビームを所定の角度に屈折させる歪補正プリズムと、前記レーザ光源及び前記歪補正プリズム間に配置され、前記光ビームに非点収差を発生させる非点収差補正素子とを設け、前記非点収差補正素子が、前記歪補正プリズムにおいて前記光ビームに付加される非点収差を打ち消す非点収差を予め前記光ビームに付加し、前記歪補正プリズムは、屈折率の異なる第１及び第２のくさび型プリズムから構成され、前記第１のくさび型プリズムは、前記走査ミラーに入射する前記光ビーム及び当該走査ミラーにおいて反射した前記光ビームの双方が通過するように配置され、前記第２のくさび型プリズムは、前記走査ミラーにおいて反射し、前記第１のくさび型プリズムを通過した前記光ビームの光路上に配置するようにした。

本発明によれば、投射画像の画像歪みを低減しながら解像度を向上させ得る簡易な構成の走査型投射装置を実現できる。

第１の実施の形態による走査型投射装置の概略構成を示す略線図である。 従来の走査型投射装置において発生する非点収差の説明に供する略線図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、従来の走査型投射装置において発生する非点収差の説明に供する光波面図である。 従来の走査型投射装置において発生する非点収差の説明に供する略線図である。 本実施の形態の走査型投射装置における非点収差補正機能の説明に供する略線図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態の走査型投射装置における非点収差補正機能の説明に供する光波面図である。 本実施の形態の走査型投射装置における非点収差補正機能の説明に供する略線図である。 第２の実施の形態による走査型投射装置の概略構成を示す略線図である。 他の実施の形態による走査型投射装置の概略構成を示す略線図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として第１の実施の形態による走査型投射装置を示す。この走査型投射装置は、第１〜第３のレーザ光源２Ａ〜２Ｃを備えて構成される。なお図１において、一点鎖線は、後述する各光ビームの光軸を示す。

第１のレーザ光源２Ａは、例えば520〔nm〕帯の緑色光ビームＬ１Ｇを出射する半導体レーザから構成される。この第１のレーザ光源２Ａから出射した緑色光ビームＬ１Ｇは、第１のコリメータレンズ３Ａにおいて弱収束光ビームに変換された後、第１の光合成素子４Ａに入射する。

第２のレーザ光源２Ｂは、例えば640〔nm〕帯の赤色光ビームＬ１Ｒを出射する半導体レーザから構成される。この第２のレーザ光源２Ｂから出射した赤色光ビームＬ１Ｒは、第２のコリメータレンズ３Ｂにおいて弱収束光ビームに変換された後、第１の光合成素子４Ａに入射する。

第３のレーザ光源２Ｃは、例えば440〔nm〕帯の青色光ビームＬ１Ｂを出射する半導体レーザから構成される。この第３のレーザ光源２Ｃから出射した青色光ビームＬ１Ｂは、第３のコリメータレンズ３Ｃにて弱収束光ビームに変換された後、第２の光合成素子４Ｂに入射する。

第１〜第３のコリメートレンズ３Ａ〜３Ｃは、ガラス又は光学部品用プラスチックを材料とする等方的な球面レンズ又は非球面レンズから構成される。従って、これら第１〜第３のコリメートレンズ３Ａ〜３Ｃにより弱収束光に変換された緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの光波面は等方的な球面となる。

第１の光合成素子４Ａは、第１のレーザ光源２Ａから発射された緑色光ビームＬ１Ｇを透過させる一方、第２のレーザ光源２Ｂから発射された赤色光ビームＬ１Ｒを反射する光学特性を有する波長選択性ミラーから構成される。かくして、これら緑色光ビームＬ１Ｇ及び赤色光ビームＬ１Ｒは、第１の光合成素子４Ａにより各光軸がほぼ一致するよう合成され、この後第２の光合成素子４Ｂに入射する。

第２の光合成素子４Ｂは、第１のレーザ光源２Ａから発射された緑色光ビームＬ１Ｇ及び第２のレーザ光源２Ｂから発射された赤色光ビームＬ１Ｒを透過させる一方、第３のレーザ光源２Ｃから発射された青色光ビームＬ１Ｂを反射する光学特性を有する波長選択性ミラーから構成される。かくしてこれら緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂは、第２の光合成素子４Ｂにより各光軸がほぼ一致するよう合成され、かかる合成により得られた投射用光ビームＬ２が、この後、非点収差補正素子５に入射する。

非点収差補正素子５は、ガラス又は光学部品用プラスチックからなり、入射する投射用光ビームＬ２の光波面形状に対し、図１中ｘ方向はそのままで、図１中ｙｚ平面内のｘ方向に対して垂直な方向のみを拡大させるビーム整形機能を有する。このような非点収差補正素子５としては、例えば投射用光ビームＬ２に対して図１中ｘ方向は垂直で、図１中ｙｚ平面方向は斜面となっている、所定の頂角を有するくさび型又は台形型のプリズムを適用できる。図１は、非点収差補正素子５として、光ビームのｙｚ平面成分のみを屈折させ、ｙｚ方向のみ投射用光ビームＬ２のビーム径を拡大するくさび型プリズムを適用した場合の構成例である。非点収差補正素子５の入射面における投射用光ビームＬ２の屈折角度が大きいほど、ｙｚ平面上の投射用光ビームＬ２のビーム径の拡大率（以下、これをビーム拡大率と呼ぶ）も大きくなる。

この非点収差補正素子５を通過した投射用光ビームＬ２は、走査ミラー６に入射する。走査ミラー６は、図１中ｙ方向に平行な第１の偏向軸（水平走査軸）と、第１の偏向軸と直交する第２の偏向軸（図１中ｘ方向に平行な垂直走査軸）とを有するＭＥＭＳミラー又はガルバノミラー等から構成される。この走査ミラー６を第１及び又は第２の偏向軸の回りに偏向駆動することで投射用光ビームＬ２を、スクリーン８の被投射面上で２次元走査するように反射することができる。なお、走査ミラー６を、垂直走査軸を有する第１の走査ミラーと、水平走査軸を有する第２の走査ミラーとにより構成するようにしても良い。

走査ミラー６において反射した投射用光ビームＬ２は、歪補正プリズム７に入射する。歪補正プリズム７は、入射する投射用光ビームＬ２に対して、図１中ｘ方向には平行で、図１中ｙｚ方向には所定の角度を有するくさび型プリズムから構成される。歪補正プリズム７は、特許文献１に記載しているように、走査された投射用光ビームＬ２を図１中ｙｚ平面成分のみ屈折させることで、走査ミラー６の偏向角度と理想的な偏向角度との誤差で生じる画像の歪を補正する光学特性を有する。しかしながら、歪補正プリズム７は、投射用光ビームＬ２を図１中ｙｚ平面成分のみ屈折させるため、図１中ｘ方向はそのままで、図１中ｙｚ平面方向のみ光ビーム径を縮小させるビーム整形機能も併せもつ。

歪補正プリズム７を通過した投射用光ビームＬ２を構成する緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂは、それぞれ走査型投射装置１の外に配置されたスクリーン８上の同じ位置に３個の円形の光スポットを重ねて形成する。すなわち、スクリーン８上では、緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂがそれぞれ形成する光スポットが１個の円形の光スポットとして確認できる。本実施の形態の走査型投射装置１の場合、１個の光スポットは投射画像の１画素に相当する。

以上のように、本実施例の走査型投射装置１は、少なくとも第１〜第３のレーザ光源２Ａ〜２Ｃ、第１〜第３のコリメータレンズ３Ａ〜３Ｃ、第１及び第２の光合成素子４Ａ，４Ｂ、非点収差補正素子５、走査ミラー６及び歪補正プリズム７によって構成されていれば良く、途中に回折格子や波長板などの光学素子の追加や、ミラーで光路を折り曲げた構成であっても何ら構わない。

次に、非点収差補正素子５及び歪補正プリズム７を通過する投射用光ビームＬ２のビーム整形率（ビーム拡大率及びビーム縮小率）について説明する。

図２は、走査型投射装置１から非点収差補正素子５を取り除いた従来の走査型投射装置の一部構成を示す。ここでは、説明の簡単のため、歪補正プリズム７及び走査ミラー６のみを記載し、その他の部品は省略する。図中、一点鎖線は投射用光ビームＬ２の光軸を表し、波線は当該投射用光ビームＬ２の最外周を表す。また図２において、投射用光ビームＬ２の断面について、ｙｚ面内のｘ方向に垂直な方向をｙｚ方向とする。

歪補正プリズム７を通過する前の投射用光ビームＬ２の光路上の任意の位置を位置Ａ´、歪補正プリズム７を通過した後の投射用光ビームＬ２の光路上の任意の位置を位置Ｃ´とする。また投射用光ビームＬ２のｙｚ方向における投射用光ビームＬ２の光軸から当該投射用光ビームＬ２の最外周までの高さについて、位置Ａ´における高さをＨｙｚ１´、位置Ｃ´における高さをＨｙｚ３´とする。さらに図２には記載していないが、投射用光ビームＬ２のｘ方向における光軸から投射用光ビームＬ２の最外周までの高さについて、位置Ａ´における高さをＨｘ１´、位置Ｃ´における光軸から光ビーム最外周までの高さをＨｘ３´とする。

歪補正プリズム７の入射面７Ｉの入射角をａ１、屈折角をａ２、出射面７Ｏの入射角をａ３、屈折角をａ４とすると、高さＨｙｚ１´及び高さＨｙｚ３´に基づき算出されるビーム縮小率Ｍ１´は、次式のように表すことができる。

一方、投影用光ビームＬ２が歪補正プリズム７を通過する際、当該投影用光ビームＬ２の光波面のｘ方向は拡大も縮小もされない。従って、歪補正プリズム７を通過する投影用光ビームＬ２はｙｚ方向のみビームが縮小されるようにビーム整形され、そのままスクリーン８（図１）まで到達する。

図３は、図２の位置Ａ´及び位置Ｃ´における投影光ビームの光波面形状を模式的に表したものである。投射用光ビームＬ２の位置Ａ´及び位置Ｃ´におけるｘ方向の光波面形状を図３（Ａ）に、ｙｚ方向の光波面形状を図３（Ｂ）にそれぞれ示している。以下においては、投射用光ビームＬ２の位置Ａ´及び位置Ｃ´におけるｘ方向の曲率をそれぞれＣｘ１´、Ｃｘ３´とし、位置Ａ´及び位置Ｃ´における投射用光ビームＬ２のｙｚ方向の曲率をそれぞれＣｙｚ１´、Ｃｙｚ３´とする。

上述のように投射用光ビームＬ２は、等方的な球面レンズ又は非球面レンズである第１〜第３のコリメートレンズ３Ａ〜３Ｃによって弱収束光に変換されている。そのため、位置Ａ´における投射用光ビームＬ２の光波面は等方的な球面形状となっており、高さＨｘ１´及び高さＨｙｚ１´と、曲率Ｃｘ１´及び曲率Ｃｙｚ１´はそれぞれ等しい。

一方、歪補正プリズム７のみを通過した位置Ｃ´では、投射用光ビームＬ２について、高さＨｙｚ３´のみＭ１倍に縮小され、高さＨｙｚ３´は高さＨｘ３´よりも低くなる。さらに、投射用光ビームＬ２の位置Ｃ´における光波面の曲率Ｃｙｚ３´もビーム縮小に伴い曲率Ｃｘ３´よりも大きくなる。すなわち、投射用光ビームＬ２が歪補正プリズム７を通過する際、その光波面の曲率Ｃｘ３´よりも曲率Ｃｙｚ３´が大きくなるような非点収差が与えられる。

図４は、走査型投射装置１から出射した投射用光ビームＬ２の進行距離に対する光スポットの形状変化の様子を示す。投射用光ビームＬ２の光スポット形状は、当該投射用光ビームＬ２が歪補正プリズム７を通過する際に与えられた非点収差により、走査型投射装置１からの距離に応じて変化する。

具体的に、図３（Ｂ）について上述した投射用光ビームＬ２の位置Ｃ´におけるｙｚ方向の光波面の曲率Ｃｙｚ３´は、位置Ｃ´における光波面のｘ方向の曲率Ｃｘ３´よりも大きいため、ｙ方向の焦点位置はｘ方向の焦点位置よりも手前となる。

従って、ｙ方向の焦点位置付近における投射用光ビームＬ２の光スポットの形状は横長の楕円形状となる（符号１１Ａ）。この後、投射用光ビームＬ２の進行に伴い、ｙ方向の径がｘ方向の径と同じ長さに近づくように光スポットの形状が連続的に変化してゆき、投射用光ビームＬ２がｘ方向及びｙ方向の焦点の中間位置まで進行した段階で光スポットの形状が円形となる（符号１１Ｂ）。

さらに、この後、投射用光ビームＬ２の進行に伴い、ｙ方向の径がｘ方向の径よりも大きくなるように光スポットの形状が連続的に変化してゆき、投射用光ビームＬ２がｘ方向の焦点位置近傍まで進行した段階で光スポットの形状が縦長の楕円形状となる（符号１１Ｃ）。この後、投射用光ビームＬ２の進行に伴い、光スポットは縦長の楕円形状を維持しながら広がってゆく（符号１１Ｄ）。

ここで走査型投射装置において、良い解像度を得るためには、光スポットの形状は円形が望ましい。しかしながら、従来の走査型投射装置２００では、上述のように歪補正プリズム７で加えられる非点収差の影響により、投射用光ビームＬ２がｘ方向及びｙ方向の焦点の中間位置まで進行した時点を除き、投射用光ビームＬ２の光スポットは楕円形状となる。そのため、投射用光ビームＬ２のｘ方向及びｙ方向の焦点の中間位置以外にスクリーン８（図１）を配置すると、当該スクリーン８上に投射される画像の解像度が劣化するという課題がある。

図５は、本実施の形態の走査型投射装置１の一部構成を示す。ここでも、説明の簡単のため、非点収差補正素子５、歪補正プリズム７及び走査ミラー６のみを記載し、その他の部品は省略する。またこの図５においても、一点鎖線は投射用光ビームＬ２の光軸を表し、波線は投射用光ビームＬ２の最外周を表す。

非点収差補正素子５を通過する前の投射用光ビームＬ２の光路上の任意の位置を位置Ａ、非点収差補正素子５を通過した後の投射用光ビームＬ２の光路上の任意の位置を位置Ｂ、歪補正プリズム７を通過した後の投射用光ビームＬ２の光路上の任意の位置を位置Ｃとする。また投射用光ビームＬ２の光波面において、ｘ方向に垂直な方向をｙｚ方向とする。

ｙｚ方向における投射用光ビームＬ２の光軸から当該投射用光ビームＬ２の最外周までの高さについて、位置Ａにおける高さをＨｙｚ１、位置Ｂにおける高さをＨｙｚ２、位置Ｃにおける高さをＨｙｚ３とする。また図５には記載していないが、投射用光ビームＬ２のｘ方向における光軸から当該投射用光ビームＬ２の最外周までの高さについて、位置Ａにおける高さをＨｘ１、位置Ｂにおける高さをＨｘ２、位置Ｃにおける高さをＨｘ３とする。

非点収差補正素子５の入射面５Ｉにて、光ビームの入射角をａ５、屈折角度をａ６とすると、高さＨｙｚ１及び高さＨｙｚ２に基づき算出されるビーム拡大率Ｍ２は次式のように表すことができる。

なお、非点収差補正素子５の出射面５Ｏは、上述のように投射用光ビームＬ２に対して垂直に設定されており、投射用光ビームＬ２はそのまま通過する。

同様に、歪補正プリズム７のビーム縮小率Ｍ１は、（１）式と同様に、次式のように表すことができる。

ここで、（２）式及び（３）式より、ビーム拡大率Ｍ２とビーム縮小率Ｍ１の関係が次式

を満たす場合、次式

が成り立つ場合、非点収差補正素子５及び歪補正プリズム７の双方を通過した後の投射用光ビームＬ２に対するビーム整形効果が打ち消されることが分かる。

そこで、本実施の形態による走査型投影装置では、（４）式を満たすように非点収差補正素子５の入射面５Ｉにおける入射角ａ５及び屈折角ａ６が設定されており、これにより歪補正プリズム７によるビーム縮小効果を非点収差補正素子５によるビーム拡大効果により打ち消す（つまり歪補正プリズム７において投射用光ビームＬ２に付加される非点収差を打ち消すような非点収差を非点収差補正素子５において投射用光ビームＬ２に予め付与する）ことができるようになされている。

図６は、図５の位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおける投射用光ビームＬ２の光波面形状を模式的に表したものである。投射用光ビームＬ２の位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおけるｘ方向の光波面形状を図６（Ａ）に、ｙｚ方向の光波面形状を図６（Ｂ）にそれぞれ示している。以下においては、投射用光ビームＬ２の位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおけるｘ方向の曲率をそれぞれＣｘ１、Ｃｘ２、Ｃｘ３とし、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおける投射用光ビームＬ２のｙｚ方向の曲率をＣｙｚ１、Ｃｙｚ２、Ｃｙｚ３とする。

上述のように、位置Ａにおける投射用光ビームＬ２の光波面は等方的な球面形状となっており、高さＨｘ１及び高さＨｙｚ１と、曲率Ｃｘ１及び曲率Ｃｙｚ１はそれぞれ等しい。

一方、非点収差補正素子５を通過した位置Ｂでは、投射用光ビームＬ２はｙｚ方向のみＭ１倍に拡大される。従って、位置Ｂにおける投射用光ビームＬ２のｙｚ方向の高さＨｙｚ２は、位置Ａにおけるｙｚ方向の高さＨｙｚ１のＭ１倍に拡大され、位置Ｂにおける投射用光ビームＬ２のｘ方向の高さＨｘ２よりも高くなる。同様に、位置Ｂにおける投射用光ビームＬ２の光波面のｙｚ方向の曲率Ｃｙｚ２も、ビーム径の拡大に伴い当該光波面のｘ方向の曲率Ｃｘ２より小さくなる。すなわち、投射用光ビームＬ２は、非点収差補正素子５を通過する際、その光波面がｘ方向の曲率Ｃｘ２よりもｙｚ方向の曲率Ｃｙｚ２のほうが小さくなるような非点収差が与えられる。

他方、歪補正プリズム７を通過した位置Ｃにおいて、位置Ｂにおける投射用光ビームＬ２の光波面のｙｚ方向は再びＭ２倍に縮小される。つまり位置Ｃにおける光波面のｙｚ方向の高さＨｙｚ３は、位置Ｂにおける光波面のｙｚ方向の高さＨｙｚ２のＭ２倍に縮小され、同時に位置Ｃにおける投射用光ビームＬ２の光波面の曲率Ｃｙｚ３も位置Ｂにおける光波面の曲率Ｃｙｚ２より大きくなる。すなわち、投影用光ビームＬ２には、非点収差補正素子５とは符号が逆の非点収差が歪補正プリズム７によって付与される。

この場合において、上述のように非点収差補正素子５のビーム拡大率Ｍ２と、歪補正プリズム７のビーム縮小率Ｍ１との関係は（４）式を満たす。従って、歪補正プリズム７を通過した際、投射用光ビームＬ２が非点収差補正素子５によるビーム拡大率Ｍ２と同じ量だけ当該投射用光ビームＬ２が縮小され、光ビーム整形効果が打ち消される。従って、投射用光ビームＬ２に付与されていた非点収差は打ち消されてその光波面が等方的となり、位置Ｃにおける光波面のｙｚ方向の高さＨｙｚ３及びｘ方向の高さＨｘ３と、当該位置Ｃにおける投射用光ビームＬ２のｙｚ方向の曲率Ｃｙｚ３及びｘ方向の曲率Ｃｘとは再びほぼ一致する。

図７は、本実施の形態による走査型投射装置１から出射した投射用光ビームＬ２の進行距離に対する光スポット形状の変化の様子を示す。本実施の形態の場合、走査型投射装置１から出射した光ビームは、歪補正プリズム７で付与される非点収差が打ち消されているため、投射用光ビームＬ２の光波面におけるｘ方向及びｙ方向の焦点位置は一致する。それゆえ、焦点位置付近における光スポットの形状は円形でかつ最小となり（符号１２Ｂ）、その前後においては円形のまま光スポットが発散する（符号１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｄ）。

すなわち、本実施の形態における走査型投射装置１では、スクリーン上に形成されるスポット径がスクリーン位置をどこに配置しても円形となり、スクリーン位置に依存せず良い解像度が得られる。

以上のように本実施の形態による走査型投射装置１によれば、歪補正プリズム７のビーム縮小率Ｍ１に対して（４）式を満たすビーム拡大率Ｍ２を有する非点収差補正素子５を投射用光ビームＬ２の光路上に配置したことにより、歪補正プリズム７で発生する非点収差と同じ量でかつ逆の符号をもつ非点収差を光ビームに与えることができ、歪補正プリズム７で光ビームに与えられる非点収差を打ち消すことができる。かくするにつきスクリーンの位置に依らずに当該スクリーン上の光スポット形状を円形とすることができ、かくして投射画像の画像歪みを低減しながら解像度の劣化を防止し得る走査型投射装置を実現できる。

（２）第２の実施の形態
図１との対応部分に同一符号を付して示す図８は、第２の実施の形態による走査型投射装置２０を示す。この走査型投射装置２０は、歪補正プリズム２１が２個以上の部品で構成されている点を除いて第１の実施の形態による走査型投射装置１と同様に構成されている。

実際上、本実施の形態の場合、歪補正プリズム２１は、屈折率の異なる第１及び第２のくさび型プリズム２１Ａ、２１Ｂから構成されている。そして第１のくさび型プリズム２１Ａは、走査ミラー６に入射する前記投射用光ビームＬ２及び当該走査ミラー６において反射した投射用光ビームＬ２の双方が通過するように配置され、前記第２のくさび型プリズム２１Ｂは走査ミラー６において反射し、第２のくさび型プリズムを通過した投射用光ビームＬ２の光路上に配置されている。

このように本実施の形態による走査型投射装置２０では、歪補正プリズム２１を屈折率の異なる２個のくさび型プリズム（第１及び第２のくさび型プリズム２１Ａ，２１Ｂ）により構成し、これら２個のくさび型プリズムを用いて投射用光ビームＬ２を屈折させるようにしているため、投射用光ビームＬ２を構成する緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの波長の違いに伴うこれら緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの光軸ずれを良好に補償することができる。さらに本実施の形態による走査型投射装置２０では、歪補正プリズム２１を構成する第１及び第２のくさび型プリズム２１Ａ、２１Ｂを離して配置しているため、設計の自由度が広がり、小型化も可能となる。

この場合において、このような歪補正プリズム２１も、投射用光ビームＬ２の光波面において、図８中のｘ方向及びｙｚ平面方向の屈折角度が異なるため、通過する投射用光ビームＬ２に非点収差が付与される。

そこで、本実施の形態による走査型投射装置２０では、歪補正プリズム２１（第１及び第２のくさび型プリズム２１Ａ、２１Ｂ）を通過する投射用光ビームＬ２に対して当該歪補正プリズム２１において付加される非点収差を打ち消し得る非点収差を投射用光ビームＬ２に与え得るように非点収差補正素子２２が構成されている。

具体的に、非点収差補正素子２２は、歪補正プリズム２１において投射用光ビームＬ２に付加される非点収差と同じ量で、かつ逆の符号をもつ非点収差を投射用光ビームＬ２に付加できるように非点収差補正素子２２の入射面における入射角及び屈折角が設定されている。

これにより本実施の形態による走査型投射装置２０では、投射用光ビームＬ２を構成する緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの波長の違いに伴うこれら緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの光軸ずれを良好に補償しつつ、投射画像の画像歪みを低減しながら解像度の劣化を防止し得る解像度の劣化を有効に防止することができる。

（３）他の実施の形態
なお上述の第１及び第２の実施の形態においては、歪補正プリズム７において投射用光ビームＬ２の光波面のｙｚ方向の曲率のみが大きくなる場合の非点収差補正について述べたが、本発明はこれに限らず、歪補正プリズム７で投射用光ビームＬ２の光波面のｙｚ方向の曲率のみが小さくなる場合にも本発明を適用することができる。

この場合には、非点収差補正素子５によって投射用光ビームＬ２の光波面のｙｚ方向の曲率が大きくなるよう非点収差を付加すれば良く、これによりスクリーンへ進行する投射用光ビームＬ２の非点収差を打ち消すことができる。これよりスクリーン位置に依らず、投射用光ビームＬ２がスクリーン８上に形成する光スポットを円形にすることが可能となり、投射画像の解像度が劣化することはない。

また上述の第１及び第２の実施の形態においては、緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂを合成する光合成素子４Ａ，４Ｂとして波長選択性ミラーを適用するようにした場合について述べたが本発明はこれに限らず、光合成素子４Ａ，４Ｂとして、波長選択性ミラーに代えて波長選択性プリズムを適用したり、液晶プロジェクタ等で一般的に用いられる１個の波長選択性クロスプリズムを用いて緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂを合成するようにしても良い。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、緑色光ビームＬ１Ｇ及び赤色光ビームＬ１Ｒを合成し、その後これら緑色光ビームＬ１Ｇ及び赤色光ビームＬ１Ｒに青色光ビームＬ１Ｂを合成することにより投射用光ビームＬ２を生成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂの合成順序はこれ以外の順序であっても良い。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、第１〜第３のコリメータレンズ３Ａ〜３Ｃを用いて緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂをそれぞれ弱収束光ビームに変換するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば１個のマイクロレンズアレイにより緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂをそれぞれ弱収束光ビームに変換するようにしても良い。この場合には、緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂを１本の投射用光ビームＬ２に合成後に１個のマイクロレンズアレイによりこれら緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ及び青色光ビームＬ１Ｂを弱収束光に変換すれば良い。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ又は青色光ビームＬ１Ｂをそれぞれ発射する第１〜第３のレーザ光源２Ａ〜２Ｃを異なる別々のパッケージとするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら第１〜第３のレーザ光源２Ａ〜２Ｃを同一パッケージ内に設ける（つまり緑色光ビームＬ１Ｇ、赤色光ビームＬ１Ｒ又は青色光ビームＬ１Ｂを発射する１つのレーザ光源を構築する）ようにしても良い。

さらに上述の第１及び第２の実施の形態においては、非点収差補正素子５，２２をくさび型プリズムから構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図９に示すように、断面のｘ方向と平行な面が平面で、これに直交するｙｚ平面上の、投射用光ビームＬ２と平行な方向が所定の曲率をもつシリンドリカルレンズ３１により非点収差補正素子５，２２を構成するようにしても良い。このようにすることによっても、投射用光ビームＬ２の光波面のｘ方向はそのままで、ｘ方向に垂直なｙｚ方向のみ投射用光ビームを拡大することができる。

本発明は、走査型投射装置に関し、投射用光ビームの光路上に歪補正プリズムが配置された種々の構成の走査型投射装置に広く適用することができる。

１，２０……走査型投射装置、２Ａ〜２Ｃ……レーザ光源、３Ａ〜３Ｃ……コリメータレンズ、４Ａ，４Ｂ……光合成素子、５，２２……非点収差補正素子、６……走査ミラー、７，２１……歪補正プリズム、８……スクリーン、２１Ａ，２１Ｂ……くさび型プリズム、３１……シリンドリカルレンズ。

Claims (4)

1. 光ビームを被投射面上で走査することにより、当該被投射面上に２次元画像を投射する走査型投射装置において、
   前記光ビームを発射するレーザ光源と、
   第１の偏向軸及び当該第１の偏向軸と直交する第２の偏向軸を有し、前記第１及び又は第２の偏向軸の回りに偏向駆動することにより前記光ビームを前記被投射面上で２次元走査するように反射させる走査ミラーと、
   前記走査ミラー及び前記被投射面間に設置され、前記走査ミラーで反射した前記光ビームと前記被投射面との角度が所定の角度になるように前記光ビームを所定の角度に屈折させる歪補正プリズムと、
   前記レーザ光源及び前記歪補正プリズム間に配置され、前記光ビームに非点収差を発生させる非点収差補正素子と
   を備え、
   前記非点収差補正素子は、
   前記歪補正プリズムにおいて前記光ビームに付加される非点収差を打ち消す非点収差を予め前記光ビームに付加し、
   前記歪補正プリズムは、
   屈折率の異なる第１及び第２のくさび型プリズムから構成され、
   前記第１のくさび型プリズムは、
   前記走査ミラーに入射する前記光ビーム及び当該走査ミラーにおいて反射した前記光ビームの双方が通過するように配置され、
   前記第２のくさび型プリズムは、
   前記走査ミラーにおいて反射し、前記第１のくさび型プリズムを通過した前記光ビームの光路上に配置された
   ことを特徴とする走査型投射装置。
2. 前記歪補正プリズムは、
   前記光ビームの光波面の所定の第１の方向を所定のビーム整形率で拡大又は縮小する非点収差を前記光ビームに付加し、
   前記非点収差補正素子は、
   前記光ビームの光波面の前記第１の方向を、前記歪補正プリズムのビーム整形率とほぼ同じ量でかつ反対方向に縮小又は拡大する
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型投射装置。
3. 前記非点収差補正素子は、
   所定の屈折率を有するガラス又は光学部品用プラスチックからなり、かつ所定の頂角を有するくさび型又は台形型のプリズムである
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型投射装置。
4. 前記非点収差補正素子は、
   断面の第１の方向が平面で、それに直交する第２の方向が所定の曲率をもつシリンドリカルレンズである
   ことを特徴とする請求項１に記載の走査型投射装置。

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