JP4556112B2 - 光走査装置及び画像生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、一次元的に画素を配列した光変調素子を用いて二次元像を形成する光走査装置や画像生成装置（プロジェクタ装置等）において、光偏向手段を含む光学系の性能向上を図るための技術に関する。

液晶素子等の二次元表示素子を用いて二次元像を拡大投影するプロジェクタ装置が知られているが、近年における新放送方式の導入、演算素子の進歩による画像処理速度の向上、アナログシネマからデジタルシネマへの変換等に伴い、高解像度に対する要求が高まっている。

しかし、二次元表示素子では高解像化への追随が難しい。つまり、画素数を増やす場合に表示素子のサイズを固定したまま高解像化を図ろうとすると、表示部の開口部の縮小化が避けられず、明るいプロジェクタ装置の実現が困難になる。一方、画素サイズを固定のままで高解像化を図ろうすると、必然的に表示素子サイズの増大を招き、光学系を含めた装置が大型化し高価になる。また、二次元表示素子の製造工程において、画素の縮小化には、より小さな異物混入への防止策が必要とされ、他方、表示素子の大型化に伴って、生産装置の大型化が必要となる。

一次元空間変調型の光変調素子に対して線状ビームを照射するとともに、該光変調素子によって得られる一次元像を、ガルバノメータ等の光走査手段で一次元方向と直交する方向に沿って走査しながらスクリーン上に投影することにより、二次元画像を形成するシステムが知られている。尚、一次元空間変調型の光変調素子として、例えば、米国シリコン・ライト・マシン（ＳＬＭ）社開発のグレーティング・ライト・バルブ（Grating Light Valve、以下、「ＧＬＶ」という。）では、複数の可動リボンが所定間隔で配置され、隣り合う可動リボンの間に固定リボンが配置されている。そして、共通電極と可動リボンとの間に駆動電圧を印加することによって可動リボンが移動し、入射光に対する回折格子が構成される。

例えば、二次元表示素子と、ＧＬＶ素子等の一次元表示素子について、高精細度テレビ、所謂ＨＤＴＶ（High Definition TeleVision）を例にして比較すると、二次元表示素子では１９２０×１０８０の約２０７万画素が必要となるが、一次元表示素子では、一次元像を水平方向に走査するシステムにおいて１０８０素子で済むために、両者の差異は歴然である。

ＧＬＶ素子はＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical System）技術を用いて形成される位相反射型回折格子により構成され、該素子を照射する照明光学系と共に用いる場合に、画像信号により各画素を構成する回折格子を駆動し、これによって生ずる位相差を制御することで画像表示素子として機能する。各画素からの±１次回折光、０次回折光を分離し、特定の光成分（ＯＦＦ光）を遮蔽するための空間フィルタとして、所謂シュリーレン光学系が採用される。

一次元表示素子を用いた大型ディスプレイ装置に適用されるプロジェクタ光学系に関して、例えば、一次元中間像を投影レンズにより拡大投影し、さらにその投影レンズの瞳位置又はその周辺に光偏向装置を配置して光走査を行いスクリーン上で二次元投影像を得るシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、リアプロジェクタ（背面投射型装置）等への適用において、投影距離を短縮するために、前群及び後群で構成された投影レンズ系を設け、前群と後群との間の空気間隔にスキャンミラーを配置した構成が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

特表２０００−５１３１１４号公報 特開２００２−１３１８３８号公報

ところで、従来の構成においては、高解像化に必要な光学性能が得られないか、あるいは充分な光学性能を得るために装置の大型化やコスト上昇等を余儀なくされるといった問題がある。

例えば、一次元中間像を拡大投影してから光走査によって二次元像を形成する構成形態では、投影レンズの瞳位置が該レンズより離れた位置に配置されるために、投影レンズ自体の大型化を招くといった問題や、投影レンズ系に変倍機能を付加させると、変倍に伴ってその都度走査角度を変えなければならず、システムの複雑化を招くといった問題がある。また、投影レンズの光軸を一次元中間像に対してずらすことによりスクリーン上での投影像の位置を調整しようとする場合に、著しい画像歪の発生が問題となる。

リアプロジェクタのような投影距離の短いシステムの場合には、スクリーン上での焦点ずれや画像歪等が生じ、画質劣化の原因となる。あるいは、光偏向装置を用いた一次元像の走査直後に投影レンズ系で拡大投影を行う場合には、収差低減等を含めた充分な光学性能を得ることが難しく、小型化や低コスト化等に支障を来すといった問題がある。

ガルバノスキャナー等の光偏向装置を用いた光学系では、一次元表示素子の長軸方向と、光偏向装置による走査方向とで、光学的な結像作用に及ぼす振る舞いが異なるため、歪曲等を含めた結像性能に関して、充分な光学設計上の考慮が必要である。

そこで、本発明は、一次元光変調素子と光偏向手段を用いた装置構成において、一次元像を走査して二次元像を生成するとともに、小型化や低コスト化の実現を課題とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、光偏向手段を内部に含む光学系と、一次元光変調素子とを備えた構成において、該光学系の物体側に一次元光変調素子を配置し、絞り位置に光偏向手段を配置するとともに、該光偏向手段を用いて一次元像を走査することによって光学系の像面に二次元像を結像させ、上記光学系が上記光偏向手段を挟んで該光偏向手段よりも上記一次元光変調素子側に位置する正パワーの前群と上記光偏向手段よりも上記二次元像側に位置する正パワーの後群とから成り、上記前群及び上記後群が上記光偏向手段に関して対称的な構造を有し等倍結像系を構成し、上記前群及び上記後群がそれぞれ７枚のレンズを用いて構成されるとともに、上記一次元光変調素子側又は上記二次元像側から上記光偏向手段に向かう方向に沿って配置される各レンズを第１乃至第７レンズとするとき、第１レンズが正、第２レンズが負、第３レンズが負、第４レンズが正、第５レンズが正、第６レンズが正、第７レンズが負のパワーをそれぞれ有し、上記第２レンズは負のメニスカスレンズであり、上記第２レンズと上記第３レンズとの間隔が両レンズを含めた群全体の焦点距離の３０乃至５０％内とされ、両レンズ同士の対向面がともに凹面であり、上記前群及び上記後群における各第７レンズ同士の対向面がともに凹面であるように構成したものである。

従って、本発明では、投射光学系の瞳位置に光偏向手段を配置する必要がなくなり、また、絞り位置に配置された光偏向手段を用いた一次元像の走査により二次元像を得ることができる（例えば、二次元像を後段の投射光学系で拡大投影することが可能である。）。

本発明によれば、光偏向手段を含む光学系の小型化や低コスト化に有利であり、一次元像を走査して二次元像を結像させる光学系の性能向上に有効である。

そして、光偏向（走査）に伴う円筒状の像面湾曲に関して、シリンドリカルレンズ等の円筒面を用いることなく、光軸回りの回転対称面を用いて補正することが可能である。

上記光学系については、光偏向手段を挟んで該光偏向手段よりも一次元光変調素子側に位置する正パワーの前群と、光偏向手段よりも二次元像側に位置する正パワーの後群とで構成することが光学設計上好ましく、前群と後群に関して一次元光変調素子側及び二次元像側においてともにテレセントリック性であること（ほぼ垂直な入出射条件を満たすこと）が周辺光量の低下防止等に有効である。

上記光学系のうち、光偏向手段の構成素子を除いた各光学素子が光軸回りの回転対称面を有する形態を採用することによって、円筒面が不要となる（軸対称な球面系により像面湾曲を補正することができ、レンズ製造の容易さやコスト低減等に有利である。）。

ガルバノメータ等の光偏向手段を用いた光学系においては、一次元光変調素子の長軸方向と、光偏向手段によって一次元像を走査する方向との光学設計上の相違を充分に考慮した上で、歪曲を含めた結像性能の追求が必要となる。この歪曲に代表される軸外特性については、特に光偏向手段による走査角度を大きく設定した場合に、光偏向手段を挟んだ屈折面をともに凹面とした構成を採用すると、通常の広角レンズ系と同様、性能向上面で有利に働く。

また、上記前群及び後群が、光偏向手段に関して対称的な構造を有し、等倍結像系とした形態（等倍結像光学系を基本とした前群と後群との対称構造）では、生産性等を考慮した場合に、同一構成のレンズ素子を前群、後群にそれぞれ使用することができるといった利点がある（この点は積極的に活用すべき設計要素と言える。）。

上記前群及び後群がそれぞれ７枚のレンズによって構成されるとともに、一次元光変調素子側又は二次元像側から上記光偏向手段に向かう方向に沿って配置される各レンズを第１乃至第７レンズとするとき、第１レンズから順に、正、負、負、正、正、正、負のパワーをそれぞれ有する場合に、第２レンズと第３レンズとの間隔を「ｄ」、群全体の焦点距離を「ｆ」と記すとき、「０．３・ｆ≦ｄ≦０．５・ｆ」であることや、第２レンズと第３レンズとが互いの凹面を向けて対向した構成であることが好ましい。

これは、軸外特性、特に像面湾曲の特性に密接な関係があり、光学性能の向上を追求する上で有効とされる。また、第２レンズが負のメニスカスレンズであることも軸外特性、特に像面湾曲の特性に密接な関係がある。

色収差の低減には、上記前群又は後群を構成するレンズの一部、例えば、第１レンズ及び第４レンズに、アッベ数（νd）が８０以上の、低分散ガラス等の材料を使用することが望ましい。

さらには、上記前群又は後群を構成するレンズの一部、例えば、第５レンズ及び第６レンズに、屈折率（ｎd）が１．７以上の、高屈折率ガラス等の材料を使用すると、全系のレンズ構成枚数の削減に寄与する。

一次元光変調素子と上記光学系との間に、リレー結像系としてオフナー光学系を配置した構成形態では、高コントラストで色収差がなく、バックフォーカスを長くすることができる等の利点が得られる。

また、上記二次元像を中間像として拡大投影するための投射光学系を配置した構成形態では、拡大や変倍が容易で、構成の簡素化に有利である。
本発明では、一次元像を二次元像に変換する系そのものの構成に主眼を置き、これに投射光学系等を組み合わせることで、二次元像をあたかも二次元表示素子の如く扱うことが可能であるため、用途に応じて、様々な投射レンズを付加することができる。また、従来と同等仕様の系を想定した場合に、より小さなレンズ素子を用いて光学系を構成することが可能であり、構成枚数の増加を考慮しても、比較的安価で、かつ生産性の高い光学系を提供することができる。

尚、回折作用を利用した一次元光変調素子では、特定次数の回折光成分を選択することが必要とされ、光偏向手段を構成する反射鏡に対してシュリーレン絞りを付設し又はシュリーレン絞りを配置する。

本発明は、プロジェクタやプリンタ等の画像生成装置への適用において、光学性能や画質の向上等に寄与する。

本発明は、例えば、一次元空間変調型の光変調素子により形成される一次元像を、ガルバノメータ等の光偏向手段により走査することで二次元像を形成し、これを投影表示する前面投射型又は背面投射型の画像表示装置、あるいはプリンタ等の画像出力装置等に適用することが可能である。

図１は本発明に係る光走査装置１の基本構成例を示すものであり、一点鎖線で示す光軸上には光源２、照明光学系３、一次元光変調素子４、光学系６が位置する。

光源２には、例えば、半導体レーザや固体レーザ等のレーザ光源が用いられる。

光源２から発した光は、照明光学系３を経て線状ビームとして一次元光変調素子４に照射される。尚、照明光学系３にはビーム整形やビーム拡大等のためのレンズ系が含まれる。

一次元光変調素子４は、所定方向に配列された複数の構成素子を有しており（上記ＧＬＶ素子や液晶表示素子等）、駆動手段５からの信号を受けて駆動制御が行われる。本例では図示の便宜上、透過型素子を示しているが、これに限らず、反射型素子等を用いることができる。

駆動手段５は、一次元光変調素子４の駆動回路を含み、指令に応じた駆動信号を生成して一次元光変調素子４に供給する（駆動手段５による一次元光変調素子４の駆動制御によって光変調が行われる。）。

光学系６は、前群７、光偏向手段８、後群９を備えている（図には前群７、後群９を単レンズで簡略化して示す。）。

一次元光変調素子４を用いて変調された光は、前群７を透過して光偏向手段８に到達する。

光偏向手段８は、光変調によって得られる一次元像を、一次元光変調素子４に係る構成素子の配列方向（一次元光変調素子の長軸方向）と直交する方向に沿って走査するために設けられており、光走査制御手段１０からの制御信号を受けて動作制御が行われる。例えば、ガルバノメータスキャナが用いられ、ガルバノミラーの回転制御によって走査位置が制御される。

光偏向手段８により走査位置に応じて進行方向が変更された光は後群９を透過して出射される。つまり、光学系６に関して、その物体側に一次元光変調素子４が配置され、絞り位置に光偏向手段８が配置されるとともに、光偏向手段８を用いて一次元光変調素子４からの一次元像を走査することにより像面（図中の「Ｓ」参照。）に二次元像が結像する。

光偏向手段８を挟んで対称的に配置される前群７、後群９については、ともに正の屈折力（パワー）を有している。

尚、プロジェクタ装置等への適用においては、光学系６の後段に投射光学系を配置した構成が挙げられる。つまり、光学系６を経て形成される二次元像を中間像として、これをスクリーン上に拡大投影するための投射光学系を配置すれば良い。また、後群９に投影レンズを含めた上で負のパワーをもつレンズ系を設計することも考えられるが、歪曲収差の問題や出射側レンズの大サイズ化等を考慮した場合に、後群を正パワーとして光学系６の像面に二次元像を結像させてから該二次元像を拡大投影する構成形態が実用上望ましい（後群のレンズ配置と投射光学系とを個別に設計できる。）。また、図１では光源２と照明光学系３を用いた被照射型の構成を示したが、自己発光型の一次元光変調素子を用いた構成も可能である。

図２は、光学系６の構成例を示したものであり、前群７、後群９ともに７枚のレンズで構成されている。

図中の「ＯＢＪ」が物点（線状物体と紙面との交点）を示し、「ＩＭＧ」が像面を示しており、前群７と後群９との間には、光偏向手段８の構成素子である反射鏡８ａが配置されている。尚、反射鏡８ａは可動反射鏡（ガルバノミラー）であり、前群７及び後群９の各光軸に対して４５°の角度をもって傾いた姿勢を基準として所定の角度範囲に亘って回動される。

前群７及び後群９は、反射鏡８ａに関して対称的な構造（本例では等倍結像系）を有しており、物側及び像側ともにテレセントリック性である。ＯＢＪから発した後で前群７を透過した光が、反射鏡８ａで反射した後、後群９を透過してＩＭＧ上に結像する。

前群７は、ＯＢＪに近い方から順に１乃至７の数字を付して示すレンズＧ１〜Ｇ７により構成されており、また、後群９は、ＩＭＧに近い方から順に１乃至７の数字を付して示すレンズｇ１〜ｇ７により構成されている。

各レンズの屈折力については、Ｇ１、ｇ１が正、Ｇ２、ｇ２が負、Ｇ３、ｇ３が負、Ｇ４、ｇ４が正、Ｇ５、ｇ５が正、Ｇ６、ｇ６が正、Ｇ７、ｇ７が負のパワーをそれぞれ有する。

Ｇ２とＧ３、ｇ２とｇ３のレンズ間隔が相対的に長く、両レンズ同士の対向面がともに凹面であり、また、Ｇ２、ｇ２が負のメニスカスレンズである。そして、Ｇ７、ｇ７は、反射鏡８ａに対向する面がともに凹面である。

図３は、上記光学系６の前段に、リレー結像系としてオフナー光学系を配置した構成例を示している。

図中に示す点「Ｐ」を通って紙面に直交する軸が一次元光変調素子の長軸方向とされ、該素子を用いて変調された光が、オフナー光学系１１の正鏡１１Ｍで反射された後、副鏡１１Ｓでさらに反射される。その後、正鏡１１Ｍで２回目の反射を受けた光が、反射鏡１２に到達して光路が変更され、前群７に入射する。

反射鏡８ａを用いて走査される光が後群９を透過し、二次元像１３が形成される（図には、片側５箇所の走査位置について光線を例示している。）。

図４は、概略的な斜視図を示しており、前群７、後群９を構成するレンズが光軸回りの回転対称面を有している。つまり、各レンズ面には軸対称の球面又は非球面が用いられる。

図５は、本発明に係る実施の一例１Ａを示すものであり、一次元光変調素子の長軸方向（構成素子の配列方向）に対して平行に延びるＹ軸が図５の紙面に垂直とされ、Ｙ軸に直交するＸ軸及びＺ軸を含む断面構成を示している。

光走査装置１Ａは、光源１４、集光光学系１５、一次元光変調素子１６、光学系１７から構成される。

レーザ等を用いた光源１４から発した光は、集光光学系１５（図には単レンズで簡略化して示す。）を経て一次元光変調素子１６への照明光として該素子に照射される。

一次元光変調素子１６は、図示しない駆動回路からの信号（画像信号に基づく駆動信号）を受けて動作し、その反射光はテレセントリックな条件で光学系１７に入射される。尚、一次元光変調素子１６にＧＬＶ素子を用いる場合において、表面に反射膜を各々に形成した可動リボンと固定リボンが基板上に交互に配列されており、基板の裏面には電極層が形成されている。可動リボンと電極層の間に電位差がない状態では可動リボンと固定リボンの各反射面に係る高さが一致し、回折作用が起きず、よって、入射光波面はそのまま正反射光（０次光）として射出される。また、可動リボンと電極層との間に電位差を与えて、可動リボンを基板側に近づけると、反射回折作用が起き、入射光波に対して±１次の反射回折光波が生じる。個々の可動リボンの変位量（深さ）を画像信号に対応して制御することにより、位相反射型回折格子が得られる。

光学系１７は等倍の結像光学系とされ、前群Ｇ１乃至Ｇ７と、光偏向手段の構成素子である可動反射鏡（回転鏡）１８と、後群Ｇ８乃至Ｇ１４とで構成されている。

前群Ｇ１乃至Ｇ７と後群Ｇ８乃至Ｇ１４は可動反射鏡１８を挟んで対称的な配置とされ、後述するように同一のレンズパラメータをもって構成されるが、入射側（一次元光変調素子側）に位置する前群と、出射側（二次元像側）に位置する後群とでは、光学的な有効範囲が異なるため、外径寸法を変えても問題はない。

一次元光変調素子１６を用いて変調された光は、Ｇ１乃至Ｇ７の各レンズを順番に透過して、可動反射鏡１８に到達する。該可動反射鏡１８の回転軸はＹ軸に平行とされ、図示しない駆動源によりＸ−Ｚ平面内において所定の角度範囲で回動される。そして、偏向を受けた光が後群Ｇ８乃至Ｇ１４の各レンズを順番に透過した後で結像する。つまり、光偏向手段による走査に従って二次元像１９が得られる（図には、その断面線だけを示す。）。

尚、一次元光変調素子１６の各構成素子が単純に光強度変調を行う場合には、可動反射鏡１８を用いれば良いが、ＧＬＶ素子のように回折作用を利用する場合には、可動反射鏡にシュリーレン絞りを付設するか、あるいは可動反射鏡の近傍にシュリーレン絞りを配置することによって、特定の回折光成分を分離するシュリーレンフィルタの機能をもたせる必要がある。

本例に示す光学系１７の諸元を、下表１に示す。尚、Ｆナンバーについては、一次元光変調素子の長軸方向が１０、走査方向が５であり、光走査用の可動反射鏡１８への入射角度範囲が、４５°を中心に±９．５°（全１９°）とされる。そして、一次元光変調素子１６の長軸方向における長さを任意単位で「１４」とするとき、二次元像１９の大きさは、「３２．９×１４」（任意単位）の長方形である（長辺の長さ３２．９が走査方向の長さを示し、Ｙ軸方向においては等倍率とされる。）。

尚、上表及び後に示す表中の座標系についてはローカルな設定としている（例えば、反射によって座標系の設定方向が変わる。）。また、面番号等は構成面を特定するために付されたものであり、「ＯＢＪ」が物点（本例では一次元光変調素子１６）を意味し、「ＩＭＧ」が像面（二次元像面）を意味する。

面間隔については、隣接する光学要素間の値を、該当行欄の１行上に示しており、可動反射鏡１８での反射により、後群の各レンズでは符号が逆転する。

面の作用に関して、「ＲＥＦＬ」が反射面を表し、無表示のもの（ＯＢＪ、ＩＭＧを除く。）は透過面を表している。

「ＡＤＥ」、「ＢＤＥ」、「ＣＤＥ」はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を中心軸とした回転角度（単位：°）を表している。表１の例では、反射面（表１中の面番号１５を参照）が、入射側光軸に対して４５°の角度をもって設定され、該反射面によって９０°の角度（反射角４５°）で反射される光線を走査中心として所定の角度範囲（±９．５°）で光走査が行われる。

上表１から分るように、面番号１５の反射面を基準として、面番号の和が３０となる面同士が同じパラメータ値を有しており（例えば、レンズＧ２とＧ１３）、可動反射鏡１８の反射面に関して対称性を有するレンズ構成が採用されている。尚、各レンズ面は球面である。

Ｇ２とＧ３、あるいはＧ１２とＧ１３との間隔（３９．５６）が、両レンズを含めた群全体の焦点距離「１００」（任意単位）の３０乃至５０％以内とされ、レンズ同士の対向面がともに凹面とされている。また、Ｇ２、Ｇ１３がメニスカスレンズである。

前群又は後群を構成するレンズの一部（例えば、Ｇ１、Ｇ４、Ｇ１１、Ｇ１４）が、アッベ数８０以上の低分散ガラス（ＦＣＤ１＿ＨＯＹＡ：屈折率Nd=1.49700、アッベ数νd=81.6）を用いて形成されている。また、構成レンズＧ５、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ９が、屈折率１．７以上の高屈折率ガラス（ＴＡＦＤ５＿ＨＯＹＡ：Nd=1.83500、ＴＡＦ１＿ＨＯＹＡ：Nd=1.77250）を用いて形成されている。

次に、上記光学系の収差図について説明する。
図６乃至図１０は、波長λ＝532nmにおける横収差図を示したものであり、図６では反射面（面番号１５）の角度が入射光線に対して４５度をなし、図７では該角度が入射光線に対して（４５＋２．５）度をなし、図８では、該角度が入射光線に対して（４５＋５）度をなし、図９では、該角度が入射光線に対して（４５＋７．５）度をなし、図１０では、該角度が入射光線に対して（４５＋９．５）度をなす場合をそれぞれ示している。また、各図において、下から順に物体高０、７、１０、１４の場合を示し、左側の図は一次元光変調素子の長軸方向の収差図、右側の図は走査方向の収差図を示している（「Ｙ−ＦＡＮ」とは、Ｙ方向を一次元素子の配列方向とし、Ｚ方向を光軸方向とする場合のＹＺ面を意味し、収差図ではＹＺ面内の瞳座標に対して表示している。同様に、「Ｘ−ＦＡＮ」とは、Ｘ方向を走査方向とする場合のＸＺ面を意味する。）。

本例では一画素サイズが０．０２５であり、図示のように、高い結像性能を示している。
尚、色収差に関して図示を省略しているが、軸上については、色合成時にFCS（フォーカス）方向に一次元光変調素子を位置調整すれば問題ない。また、倍率色収差に関して、一次元光変調素子の長軸方向については、概略一画素サイズの半分に抑え、また走査方向については、一画素サイズの１．５倍に抑えている。走査方向の色ずれについては、走査角度に応じて、各色の一次元光変調素子の変調タイミングをずらせば良い（電気的な補正に拠る。）。

図１１は、図５の構成において、一次元光変調素子と光学系との間にオフナー光学系を配置し、高コントラストの維持を図った実施例を示す。尚、図５と同様に一次元光変調素子の長軸方向がＹ軸に平行な方向とされ、図にはＸ−Ｚ面での構成を示している。

光走査装置１Ｂにおいて、光源１４は、集光光学系１５とともに一次元光変調素子１６に対する照明系を構成している。

一次元光変調素子１６による反射光は、光学素子２０（色合成プリズムを想定したカバーガラス）を透過してテレセントリックな条件で等倍投影のオフナー光学系２１に入射される。

オフナー光学系２１は正鏡２１ａと副鏡２１ｂとで構成され、正鏡２１ａは、一次元光変調素子１６からの光束について１回目及び３回目の反射を担い、副鏡２１ｂは２回目の反射を担う。尚、オフナー光学系２１は等倍結像系であるので、該光学系の出射側に等倍の実像を形成する（図５に示す実施例１との関係において、この実像が、図５の一次元変調素子に相当しており、光学系１７にリレーされて、二次元像１９が得られる。）。本例では、オフナー光学系２１からの出射光が固定反射鏡２２によって折り返されてテレセントリックな条件で光学系１７に入射される。

オフナー光学系２１は反射系で構成されるため、色収差の発生がなく、結像性能としても回折限界性能が得られる。この特性に着目し、ＧＬＶ素子に代表される回折型素子を使用する場合に、副鏡２１ｂにシュリーレンフィルタを設定すると、高コントラストの光学系を構成できる。尚、ＧＬＶ素子からの０次回折光をＯＮ光線とし、±１次回折光をＯＦＦ光線として扱う場合は、副鏡２１ｂにおいて回折角に応じて分離可能な特定領域のみを反射領域とし、それ以外を遮蔽領域として機能するように構成すれば良い。これとは逆に、±１次の反射回折光をＯＮ光線、０次回折光をＯＦＦ光線として扱う場合は、反射領域と遮蔽領域の関係を逆転させれば良い。

本実施例では前記実施例１に比して、バックフォーカスを長くすることができ、カラー表示における色合成光学系等の設定に有利である。

本実施例に係る具体的諸元を下表に示す（オフナー光学系を実施例１の光学系に組み合わせた構成）。

尚、面番号３、５が正鏡２１ａの反射面を示し、面番号４が副鏡２１ｂの反射面を示す。また、表中に示す各記号の意味は既述の通りである。

図１２は、本発明に係る画像生成装置の構成例を示すものであり、プロジェクタ装置への適用例を示している。

画像生成装置２３では、上記実施例２の構成に投射光学系２４を追加している。即ち、光学系１７による二次元像１９を中間像として、さらにスクリーン上に拡大して投射する機能を有する（投射光学系２４に関して、二次元像１９と図示しないスクリーン画像とは物像関係にある。）。

本例に示す投射光学系２４は、１３枚のレンズ（Ｈ１乃至Ｈ１３）から構成されている（諸元説明は省略する。）。

尚、回折作用を利用した一次元光変調素子では、特定次数の回折光成分を選択することが必要とされ、シュリーレンフィルタに関して下記に示す各種の形態が挙げられる。

（Ｉ）オフナー光学系の副鏡にシュリーレンフィルタの機能をもたせる構成形態
（ＩＩ）光偏向手段を構成する可動反射鏡に対してシュリーレン絞りを付設するか又は可動反射鏡の近傍にシュリーレン絞りを配置する構成形態

上記（Ｉ）では、オフナー光学系の回折限界性能に迫る特性を活かし、良好な分離特性が得られ、高コントラストを達成できる。

また、上記（ＩＩ）では、オフナー光学系が必須の構成要件でなくなり、安価で信頼性の高いシステムの構築が可能となる。

以上に説明した構成によれば、一次元光変調素子を用いて照明光学系からの光を変調するとともに、変調後に得られる一次元像の走査により二次元画像を生成する装置への適用において、高画質化、小型化、低コスト化等に効果的である。

本発明に係る光走査装置の基本構成を示す図である。 本発明に用いる光学系の構成例を示す図である。 図４とともにオフナー光学系を用いた構成例を示すものであり、本図は断面構成の説明図である。 概略的な斜視図である。 本発明の実施例１を示す図である。 図７乃至図１０とともに、波長532nmにおける横収差図を示したものであり、本図は反射面が入射光線に対して４５度をなす場合を示す。 反射面が入射光線に対して４７．５度をなす場合を示す図である。 反射面が入射光線に対して５０度をなす場合を示す図である。 反射面が入射光線に対して５２．５度をなす場合を示す図である。 反射面が入射光線に対して５４．５度をなす場合を示す図である。 本発明の実施例２を示す図である。 本発明の実施例３を示す図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ…光走査装置、４…一次元光変調素子、６…光学系、７…前群、８…光偏向手段、９…後群、１１…オフナー光学系、１６…一次元光変調素子、１７…光学系、２１…オフナー光学系、２３…画像生成装置、２４…投射光学系、Ｇ１、ｇ１…第１レンズ、Ｇ２、ｇ２…第２レンズ、Ｇ３、ｇ３…第３レンズ、Ｇ４、ｇ４…第４レンズ、Ｇ５、ｇ５…第５レンズ、Ｇ６、ｇ６…第６レンズ、Ｇ７、ｇ７…第７レンズ

Claims (17)

1. 所定方向に配列された複数の構成素子を有する一次元光変調素子と、該一次元光変調素子を用いた光変調によって得られる一次元像を、該一次元光変調素子に係る構成素子の配列方向と直交する方向に沿って走査する光偏向手段と、該光偏向手段を内部に含む光学系を備えた光走査装置において、
   上記光学系の物体側に上記一次元光変調素子を配置し、絞り位置に上記光偏向手段を配置するとともに、該光偏向手段を用いて上記一次元像を走査することにより上記光学系の像面に二次元像を結像させ、
   上記光学系が、上記光偏向手段を挟んで該光偏向手段よりも上記一次元光変調素子側に位置する正パワーの前群と、上記光偏向手段よりも上記二次元像側に位置する正パワーの後群とから成り、
   上記前群及び上記後群が、上記光偏向手段に関して対称的な構造を有し、等倍結像系を構成し、
   上記前群及び上記後群がそれぞれ７枚のレンズを用いて構成されるとともに、上記一次元光変調素子側又は上記二次元像側から上記光偏向手段に向かう方向に沿って配置される各レンズを第１乃至第７レンズとするとき、第１レンズが正、第２レンズが負、第３レンズが負、第４レンズが正、第５レンズが正、第６レンズが正、第７レンズが負のパワーをそれぞれ有し、
   上記第２レンズは負のメニスカスレンズであり、上記第２レンズと上記第３レンズとの間隔が、両レンズを含めた群全体の焦点距離の３０乃至５０％内とされ、両レンズ同士の対向面がともに凹面であり、
   上記前群及び上記後群における各第７レンズ同士の対向面がともに凹面である
   ことを特徴とする光走査装置。
2. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記光学系が、上記光偏向手段を挟んで該光偏向手段よりも上記一次元光変調素子側に位置する前群と、上記光偏向手段よりも上記二次元像側に位置する後群とから成り、上記一次元光変調素子側及び上記二次元像側においてテレセントリック性である
   ことを特徴とする光走査装置。
3. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記光学系のうち、上記光偏向手段の構成素子を除いた各光学素子が光軸回りの回転対称面を有する
   ことを特徴とする光走査装置。
4. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記前群又は後群を構成するレンズの一部が、アッベ数８０以上の低分散材料を用いて形成されている
   ことを特徴とする光走査装置。
5. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記前群又は後群を構成するレンズの一部が、屈折率１．７以上の高屈折率材料を用いて形成されている
   ことを特徴とする光走査装置。
6. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記一次元光変調素子と上記光学系との間に、リレー結像系としてオフナー光学系を配置した
   ことを特徴とする光走査装置。
7. 請求項１に記載した光走査装置において、
   上記二次元像を拡大投影するための投射光学系を配置した
   ことを特徴とする光走査装置。
8. 請求項６に記載した光走査装置において、
   上記二次元像を拡大投影するための投射光学系を配置した
   ことを特徴とする光走査装置。
9. 光源及び該光源からの光を変調するために所定方向に配列された複数の構成素子を有する一次元光変調素子と、該一次元光変調素子を用いた光変調によって得られる一次元像を走査するための光偏向手段を内部に含む光学系とを備え、上記一次元像を走査することにより二次元像を生成する画像生成装置において、
   上記光学系の物体側に上記一次元光変調素子を配置し、絞り位置に上記光偏向手段を配置するとともに、該光偏向手段を用いて上記一次元像を走査することにより上記光学系の像面に二次元像を結像させ、
   上記光学系が、上記光偏向手段を挟んで該光偏向手段よりも上記一次元光変調素子側に位置する正パワーの前群と、上記光偏向手段よりも上記二次元像側に位置する正パワーの後群とから成り、
   上記前群及び上記後群が、上記光偏向手段に関して対称的な構造を有し、等倍結像系を構成し、
   上記前群及び上記後群がそれぞれ７枚のレンズを用いて構成されるとともに、上記一次元光変調素子側又は上記二次元像側から上記光偏向手段に向かう方向に沿って配置される各レンズを第１乃至第７レンズとするとき、第１レンズが正、第２レンズが負、第３レンズが負、第４レンズが正、第５レンズが正、第６レンズが正、第７レンズが負のパワーをそれぞれ有し、
   上記第２レンズは負のメニスカスレンズであり、上記第２レンズと上記第３レンズとの間隔が、両レンズを含めた群全体の焦点距離の３０乃至５０％内とされ、両レンズ同士の対向面がともに凹面であり、
   上記前群及び上記後群における各第７レンズ同士の対向面がともに凹面である
   ことを特徴とする画像生成装置。
10. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記光学系が、上記光偏向手段を挟んで上記光偏向手段よりも上記一次元光変調素子側に位置する前群と、上記光偏向手段よりも上記二次元像側に位置する後群とから成り、上記一次元光変調素子側及び上記二次元像側においてテレセントリック性である
    ことを特徴とする画像生成装置。
11. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記光学系のうち、上記光偏向手段の構成素子を除いた各光学素子が光軸回りの回転対称面を有する
    ことを特徴とする画像生成装置。
12. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記前群又は後群を構成するレンズの一部が、アッベ数８０以上の低分散材料を用いて形成されている
    ことを特徴とする画像生成装置。
13. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記前群又は後群を構成するレンズの一部が、屈折率１．７以上の高屈折率材料を用いて形成されている
    ことを特徴とする画像生成装置。
14. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記一次元光変調素子と上記光学系との間に、リレー結像系としてオフナー光学系を配置した
    ことを特徴とする画像生成装置。
15. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記二次元像を拡大投影するための投射光学系を配置した
    ことを特徴とする画像生成装置。
16. 請求項１４に記載した画像生成装置において、
    上記二次元像を拡大投影するための投射光学系を配置した
    ことを特徴とする画像生成装置。
17. 請求項９に記載した画像生成装置において、
    上記光偏向手段を構成する反射鏡に対してシュリーレン絞りを付設し又はシュリーレン絞りを配置した
    ことを特徴とする画像生成装置。

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