光束掃描裝置和使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光束掃描裝置和使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝置。在利用規(guī)定的反射鏡面的反復(fù)偏轉(zhuǎn)單元使光束2維掃描而在投影屏幕上投影顯示2維圖像的掃描型圖像顯示裝置中，難以避免因上述反射鏡面的2維反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生較大的圖像畸變。為了解決上述問(wèn)題，通過(guò)在上述反復(fù)偏轉(zhuǎn)單元與上述投影屏幕之間的光路中配置自由曲面透鏡或具備規(guī)定折射率和規(guī)定頂角的楔形或梯形棱鏡，而對(duì)光束掃描時(shí)產(chǎn)生的圖像畸變進(jìn)行良好的修正。
【專利說(shuō)明】光束掃描裝置和使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝置
[0001] (本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年5月25日、申請(qǐng)?zhí)枮?01210166961.0的同名發(fā)明專 利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)）

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及光束掃描裝置，特別涉及通過(guò)使偏轉(zhuǎn)反射鏡旋轉(zhuǎn)而使光束2維掃描， 從而在屏幕等上投影顯示圖像的光束掃描裝置。

【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，人們提出了一種利用偏轉(zhuǎn)單元使從光源發(fā)出的光束2維偏轉(zhuǎn)以使其在屏 幕上掃描，通過(guò)視覺(jué)暫留效應(yīng)（余像效應(yīng)）而在屏幕上投影顯示2維圖像的光束掃描裝置 (或掃描型圖像顯示裝置）。這樣的光束掃描裝置中，使用電流計(jì)式反射鏡或MEMS(Micro Electro-MechanicalSystems，微電子機(jī)械系統(tǒng)）反射鏡等反射鏡旋轉(zhuǎn)型偏轉(zhuǎn)器件，作為使 從光源出射的光束2維偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)單元。
[0004] 但是，在使用這樣的反射鏡旋轉(zhuǎn)型偏轉(zhuǎn)器件使光束2維偏轉(zhuǎn)的情況下，存在因水 平方向的旋轉(zhuǎn)角（偏轉(zhuǎn)角）與垂直方向的旋轉(zhuǎn)角（偏轉(zhuǎn)角）的組合而在各掃描方向上產(chǎn)生 傾斜誤差，結(jié)果導(dǎo)致顯示在屏幕上的2維圖像中產(chǎn)生畸變的問(wèn)題。即，在使用反射鏡旋轉(zhuǎn)型 偏轉(zhuǎn)器件的光束掃描裝置中，為了高質(zhì)量地顯示2維圖像，需要良好地修正因光束掃描引 起的2維圖像的畸變的技術(shù)。
[0005] 例如專利文獻(xiàn)1中公開了一種用于修正圖像畸變的光掃描裝置，具有使從光源單 元發(fā)出的光束在第一掃描方向和與其正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)單元，和將偏轉(zhuǎn)后 的光束引導(dǎo)到被掃描面上的掃描光學(xué)系統(tǒng)。偏轉(zhuǎn)單元具有在第一掃描方向上正弦波驅(qū)動(dòng)的 偏轉(zhuǎn)器，構(gòu)成掃描光學(xué)系統(tǒng)的1個(gè)光學(xué)面的形狀是這樣的，即隨著從第一掃描方向的中心 向周邊部而去，第一掃描方向上的2階微分值向著使偏轉(zhuǎn)光束發(fā)散的方向變化，并且該形 狀在第二掃描方向上是連續(xù)的。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2006-178346號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 如專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有的修正單元，對(duì)于掃描畸變的修正是有效的，但作為 畸變修正用的掃描光學(xué)系統(tǒng)，需要具備自由曲面形狀的3個(gè)光學(xué)面（反射面或透鏡面），裝 置的大型化和復(fù)雜化不可避免。
[0008] 鑒于以上狀況，本發(fā)明提供一種通過(guò)非常簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述圖像畸 變修正的光束掃描裝置和使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝置。
[0009] 上述目的能夠通過(guò)權(quán)利要求中記載的發(fā)明而實(shí)現(xiàn)。
[0010] 例如，本發(fā)明的光束掃描裝置，將光束投影到屏幕上，使該光束在該屏幕上2維掃 描，其特征在于，包括：產(chǎn)生上述光束的光源；通過(guò)偏轉(zhuǎn)反射鏡的旋轉(zhuǎn)而使從上述光源產(chǎn)生 的光束2維偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置；和對(duì)被該偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置偏轉(zhuǎn)的光束的向上述屏幕投 影的投影方向進(jìn)行修正的掃描畸變修正單兀，該掃描畸變修正單兀由1個(gè)光學(xué)兀件構(gòu)成， 該光學(xué)元件具有由關(guān)于光束的光軸非對(duì)稱的、非球面形狀的自由曲面形成的透射面或反射 面。
[0011] 此外，本發(fā)明的另一光束掃描裝置，其特征在于，包括：光源；和在彼此大致正交 的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射面，具有使從上述光源發(fā)出并在上述光學(xué)反射 面上反射的光束在第一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能，在被 上述光學(xué)反射面反射后的光束的光路中，配置有具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的光學(xué)棱 鏡，該光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
[0012] 此外，本發(fā)明的另一光束掃描裝置，其特征在于，包括：光源；和在彼此大致正交 的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射面，具有使從上述光源發(fā)出并在上述光學(xué)反射 面上反射的光束在第一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能，在被 上述光學(xué)反射面反射后的光束的光路中，配置有由具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的第一光 學(xué)棱鏡和具有規(guī)定的頂角的第二光學(xué)棱鏡相互貼合而成的復(fù)合型棱鏡，其中，上述第一光 學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定的阿貝數(shù)的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成，上述 第二光學(xué)棱鏡由至少具有與上述第一光學(xué)棱鏡彼此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃或光 學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
[0013] 此外，本發(fā)明的另一光束掃描裝置，其特征在于，包括：光源；和在彼此大致正交 的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射面，具有使從上述光源發(fā)出并在上述光學(xué)反射 面上反射的光束在第一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能，在從 上述光源發(fā)出并向上述光學(xué)反射面入射的去路光束和在上述光射反射面上反射的歸路光 束共同、且從彼此大致相反的方向入射的位置上，配置有由具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形 的第一光學(xué)棱鏡和具有規(guī)定的頂角的第二光學(xué)棱鏡相互貼合而成的復(fù)合型棱鏡，其中，上 述第一光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定的阿貝數(shù)的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料 構(gòu)成，上述第二光學(xué)棱鏡由至少具有與上述第一光學(xué)棱鏡彼此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué) 玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
[0014] 此外，本發(fā)明的另一光束掃描裝置，其特征在于，包括：光源；和在彼此大致正交 的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射面，具有使從上述光源發(fā)出并在上述光學(xué)反射 面上反射的光束在第一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能，在隔 開規(guī)定間隔的位置上，配置有具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的第一光學(xué)棱鏡和具有規(guī)定的 頂角的第二光學(xué)棱鏡，其中，上述第一光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定的阿貝數(shù)的透 明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成，上述第二光學(xué)棱鏡由至少具有與上述第一光學(xué)棱鏡彼 此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成，從上述光源發(fā)出的去路光束， 在透射上述第一光學(xué)棱鏡和上述第二光學(xué)棱鏡中的至少任一個(gè)后，入射到上述光學(xué)反射 面，并且，在上述光學(xué)反射面上反射的歸路光束，依次通過(guò)上述第一光學(xué)棱鏡和上述第二光 學(xué)棱鏡。
[0015] 此外，本發(fā)明還提供圖像顯示裝置，其特征在于，具備以上所述的光束掃描裝置。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)一種能夠通過(guò)使用小型且非常簡(jiǎn)單的光學(xué)元件來(lái)對(duì)如上所述 的圖像畸變良好地修正的光束掃描裝置和使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝置。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是表示本發(fā)明的光束掃描裝置的第一實(shí)施例的立體圖。
[0018] 圖2A是表示現(xiàn)有的光束掃描裝置中產(chǎn)生的掃描畸變的例子的圖（e=0° )。
[0019] 圖2B是表示現(xiàn)有的光束掃描裝置中產(chǎn)生的掃描畸變的例子的圖（e= 90° )。
[0020] 圖3是表示用于設(shè)計(jì)自由曲面透鏡10的透鏡面形狀的分析模型的圖。
[0021] 圖4是將自由曲面透鏡10的入射面形狀3維圖形化的圖。
[0022] 圖5是表示自由曲面透鏡10的掃描畸變減小效果的圖。
[0023] 圖6是表示本發(fā)明的光束掃描裝置的第二實(shí)施例的俯視圖。
[0024] 圖7是表示用于設(shè)計(jì)自由曲面反射鏡15的反射面形狀的分析模型的圖。
[0025] 圖8是表示本發(fā)明的光束掃描型顯示裝置的第三實(shí)施例的概要側(cè)視圖。
[0026] 圖9是表示用現(xiàn)有的光束掃描型圖像顯示裝置投影的圖像的一例的俯視圖。
[0027] 圖10是表示來(lái)自偏轉(zhuǎn)反射鏡的初始反射光軸的仰角與畸變率RMS值D和圖像畸 變修正棱鏡的最佳頂角S的關(guān)系的一例的線圖。
[0028] 圖11是表示用搭載了本發(fā)明的圖像畸變修正棱鏡的光束掃描型圖像顯示裝置投 影的圖像的一例的俯視圖。
[0029] 圖12是表示偏轉(zhuǎn)反射鏡入射光軸的初始入射角度與偏轉(zhuǎn)反射鏡初始反射光軸的 最佳仰角和圖像畸變修正棱鏡的最佳頂角S的關(guān)系的一例的線圖。
[0030] 圖13是表示本發(fā)明的圖像畸變修正棱鏡的第四實(shí)施例的概要側(cè)視圖。
[0031] 圖14是表示本發(fā)明的圖像畸變修正棱鏡和搭載了它的光束掃描型圖像顯示裝置 的第五實(shí)施例的概要側(cè)視圖。
[0032] 圖15是表示本發(fā)明的圖像畸變修正棱鏡和搭載了它的光束掃描型圖像顯示裝置 的第六實(shí)施例的概要側(cè)視圖。
[0033] 圖16是表示本發(fā)明的第六實(shí)施例中的各楔形棱鏡的頂角的組合的具體例和圖像 畸變修正性能等光學(xué)性能的一例的線圖。
[0034] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0035] 1,2,3......激光光源
[0036] 4,5,6......準(zhǔn)直透鏡
[0037] 7,8……波長(zhǎng)選擇性反射鏡
[0038]9……偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置
[0039] 10......自由曲面透鏡
[0040]11......屏幕
[0041] 12……圖像畸變修正用棱鏡
[0042]15......自由曲面反射鏡
[0043] 100......光束掃描裝置

【具體實(shí)施方式】
[0044] 以下用【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0045][實(shí)施例1]
[0046] 圖1是表示本發(fā)明的光束掃描裝置的第一實(shí)施例的立體圖。首先說(shuō)明光束掃描裝 置100的結(jié)構(gòu)。
[0047] 激光光源1例如出射波長(zhǎng)520nm波段的綠色光束，出射的綠色光束被準(zhǔn)直透鏡4 變換為大致平行的光束21。激光光源2例如出射波長(zhǎng)640nm波段的紅色光束，出射的紅色 光束被準(zhǔn)直透鏡5變換為大致平行的光束22。激光光源3例如出射440nm波段的藍(lán)色光 束，出射的藍(lán)色光束被準(zhǔn)直透鏡6變換為大致平行的光束23。從各激光光源1、2、3出射與 圖像信號(hào)的各顏色成分的信號(hào)相應(yīng)強(qiáng)度的光束。
[0048] 波長(zhǎng)選擇性反射鏡7使上述綠色光束21透射并使上述紅色光束22反射。波長(zhǎng)選 擇性反射鏡8使上述綠色光束21和上述紅色光束22透射并使上述藍(lán)色光束23反射。在 波長(zhǎng)選擇性反射鏡7、8上透射或反射的各光束21、22、23合成為1束光束24行進(jìn)。此時(shí)各 光束的各光軸傾角和位置被調(diào)整，以使它們的光束截面彼此重合。合成后的光束24入射到 光束掃描用的偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9。
[0049] 偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9具有使入射的光束24反射的1個(gè)反射鏡（以下稱偏轉(zhuǎn)反射鏡） 和2維旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該偏轉(zhuǎn)反射鏡的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（未圖示），將入射光束24變換為反射光束27投 影到離開規(guī)定距離的屏幕11上。偏轉(zhuǎn)反射鏡在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，繞著與圖中Z軸大致平 行的旋轉(zhuǎn)軸30和與X-Y平面大致平行的旋轉(zhuǎn)軸31分別以規(guī)定角度（偏轉(zhuǎn)角）周期性地進(jìn) 行反復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9稱為雙軸單面型偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置，該結(jié)構(gòu) 在光束掃描裝置的小型化或削減光學(xué)部件的個(gè)數(shù)的觀點(diǎn)上是有利的。偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9例 如能夠由MEMS反射鏡或電流計(jì)式反射鏡等構(gòu)成。
[0050] 本實(shí)施例中，當(dāng)令偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的入射光束24的光軸為X方向時(shí)，將反射光 27的光軸設(shè)定為大致Y方向，以使兩者大致正交。即，在反射光束27投影到屏幕11上的中 央位置（掃描原點(diǎn)）的狀態(tài)下，2束光束24、27所成的角度e是約90°。換言之，入射光 束24對(duì)偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9內(nèi)的偏轉(zhuǎn)反射鏡面的入射角度（與偏轉(zhuǎn)反射鏡面的法線方向所 成的角度）設(shè)定為e/2 =約45°。這樣，通過(guò)使偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的入射光束24與反射 光束27的光軸大致正交，能夠使光束掃描裝置100的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化并且小型化。
[0051] 從偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9投影到屏幕11上的反射光束27,在屏幕11上在水平方向（H 軸方向）和垂直方向（V軸方向）上2維掃描。此時(shí)，與屏幕11上的反射光束27的掃描位 置同步地，分別獨(dú)立地調(diào)制各激光光源1、2、3的光輸出，從而利用人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象在 屏幕11上顯示2維的彩色圖像。
[0052] 本實(shí)施例中，在偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9與屏幕11之間的反射光束27的光路中，作為減 小掃描畸變的掃描畸變修正單元，配置自由曲面透鏡10。自由曲面透鏡10的形狀是具有 關(guān)于中心光軸非對(duì)稱的規(guī)定的非球面形狀的透鏡，以下將這樣的形狀稱為"自由曲面"。這 樣，本實(shí)施例中，使用自由曲面透鏡10這1個(gè)光學(xué)元件修正掃描畸變，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置的小型 化和低成本化。
[0053] 接著，說(shuō)明作為掃描畸變修正單元的自由曲面透鏡10的功能。
[0054] 首先，說(shuō)明現(xiàn)有的光束掃描裝置中產(chǎn)生的掃描畸變。在使從偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9反 射的光束27直接對(duì)屏幕11投影的情況下，在屏幕上2維掃描時(shí)，顯示的圖像中會(huì)產(chǎn)生掃描 畸變。
[0055] 圖2A和圖2B是表示現(xiàn)有的光束掃描裝置中產(chǎn)生的掃描畸變的例子的圖。偏轉(zhuǎn)反 射鏡裝置9使偏轉(zhuǎn)反射鏡以水平方向最大±12°、垂直方向最大±9°的偏轉(zhuǎn)角反復(fù)旋轉(zhuǎn)。 在距離偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9約lm的位置上的屏幕11上顯示長(zhǎng)方形框的測(cè)試圖像。橫軸表示 水平方向（圖1的H軸方向）的尺寸，縱軸表示垂直方向（圖1的V軸方向）的尺寸。
[0056] 圖2A表示掃描原點(diǎn)上偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的入射光束24的光軸與反射光束27的 光軸所成的角度e=0°的情況。圖2B表示掃描原點(diǎn)上偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的入射光束24 的光軸與反射光束27的光軸所成的角度e=90°的情況。兩圖中記號(hào)（A)所示的虛線框 是本來(lái)要顯示的正確的長(zhǎng)方形框的圖像，而記號(hào)（B)所示的實(shí)線框表示實(shí)際顯示的長(zhǎng)方形 框的圖像。
[0057] 由兩圖可知，實(shí)際顯示在屏幕11上的圖像⑶中，相對(duì)于本來(lái)要顯示的正確圖像 (A)產(chǎn)生圖像畸變。掃描畸變的產(chǎn)生，是在對(duì)偏轉(zhuǎn)反射鏡同時(shí)組合水平方向的旋轉(zhuǎn)和垂直方 向的旋轉(zhuǎn)時(shí)，入射光束對(duì)偏轉(zhuǎn)反射鏡面的立體入射角偏離期望的角度而引起的，在偏轉(zhuǎn)反 射鏡方式的光束掃描裝置中是不可避免的現(xiàn)象。對(duì)圖2A和圖2B進(jìn)行比較可知，產(chǎn)生的掃 描畸變量依賴于入射光束24的光軸與反射光束27的光軸所成的角度e(或者對(duì)偏轉(zhuǎn)反射 面的入射角e/2)，如圖2B所示，在e=90°的情況下畸變量增大，并且畸變量在左右方 向上非對(duì)稱，在圖像左側(cè)縱向畸變更為顯著。
[0058] 接著，說(shuō)明掃描畸變修正用的自由曲面透鏡10的透鏡面形狀。
[0059] 圖3是表示用于設(shè)計(jì)自由曲面透鏡10的透鏡面形狀的分析模型的圖。此處表示 了分析中所涉及的主要部件即偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9、自由曲面透鏡10、屏幕11，對(duì)與圖1相同 的部件標(biāo)注相同的標(biāo)記。另外，設(shè)從偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9到自由曲面透鏡10的光束的附圖標(biāo) 記為25,自由曲面透鏡10內(nèi)的光束的附圖標(biāo)記為26,從自由曲面透鏡10到屏幕11的光束 的附圖標(biāo)記為27,加以區(qū)別。
[0060] 首先，設(shè)從激光光源一側(cè)向偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9入射的光束24的光線矢量（表不光 束的行進(jìn)方向的單位矢量，以下所述的各光線矢量也同樣）為I。設(shè)偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的偏 轉(zhuǎn)反射鏡面9a的面法線矢量（單位矢量）為N。偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9中，使偏轉(zhuǎn)反射鏡繞著 相互垂直的旋轉(zhuǎn)軸30和31反復(fù)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。偏轉(zhuǎn)反射鏡面9a的面法線矢量N由該偏轉(zhuǎn)反 射鏡的各旋轉(zhuǎn)角決定。在偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9上反射而去往自由曲面透鏡10的光束25的光 線矢量A，根據(jù)反射的基本公式由[式1]表示。
[0061] [式 1]
[0062] A=I- 2 ? (I*N) ?N
[0063] 其中，[式1]中各矢量是3維矢量，記號(hào)" ?"表示單純的數(shù)量積（乘積），"*"表 示矢量的內(nèi)積。以后的式中也同樣記載。
[0064] 根據(jù)[式1]，求取偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的入射光束24的光線矢量I與反射光束25 的光線矢量A的關(guān)系，決定兩個(gè)光線矢量所成的立體角0。其中，此時(shí)決定的立體角0，在 圖3中為了簡(jiǎn)化而描繪為形成在與圖中X-Y平面（即紙面）平行的面內(nèi)，但實(shí)際上當(dāng)然是 也包括Z方向的3維空間內(nèi)的立體角。
[0065] 接著，被偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9反射后的由光線矢量A所示的光束25,去往自由曲面透 鏡10,入射到入射面l〇a上的點(diǎn)P。圖3的例子中，該入射面10a是自由曲面形狀，設(shè)點(diǎn)P上的入射面l〇a的面法線矢量為V。根據(jù)自由曲面透鏡10的設(shè)計(jì)可以求得該矢量V，但此 時(shí)矢量V未知。此外設(shè)自由曲面透鏡10的折射率為n。在點(diǎn)P上折射而在透鏡10內(nèi)行進(jìn) 的光束26的光線矢量B，根據(jù)折射的基本公式由[式2]表示。
[0066] [式 2]
[0067] B=-V? {l-(l/n)2 ? [1-(A*V)2]}(1/2)
[0068] +(l/n) ? [A_(A*V) ?V]
[0069] 接著，在自由曲面透鏡10內(nèi)行進(jìn)的由光線矢量B所示的光束26,到達(dá)透鏡10的出 射面10b上的點(diǎn)Q。設(shè)點(diǎn)Q上的出射面10b的面法線矢量為W(未圖示）。在點(diǎn)Q上再次折 射而出射到自由曲面透鏡10外的光束27的光線矢量C，根據(jù)折射的基本公式由[式3]表 /_J、i〇
[0070] [式 3]
[0071] C=-W? {1-n2 ? [1_(B*W)2]}(1/2)
[0072] +n? [B- (B*ff) ?ff]
[0073] 此處，為了簡(jiǎn)化，假設(shè)出射面10b是與圖中X軸平行的平面。這樣，點(diǎn)Q上的出射 面10b的面法線矢量W的XYZ成分是（0，1，0)。
[0074]從而，根據(jù)上述[式1][式2]和[式3]，從自由曲面透鏡10出射并去往屏幕11 的光束27的光線矢量C，能夠根據(jù)向偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9入射的光線矢量I、偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置 9的偏轉(zhuǎn)反射鏡面9a的面法線矢量N、自由曲面透鏡10的入射面10a的入射點(diǎn)P上的面法 線矢量V、透鏡的折射率n求出。如果得知了該光線矢量C，則也可以求出沿著光線矢量C 行進(jìn)的光束27到達(dá)屏幕11上的位置R。
[0075] 此處，在沒(méi)有掃描畸變的理想的掃描狀態(tài)下，對(duì)偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的各旋轉(zhuǎn)軸30 和31施加的旋轉(zhuǎn)角（即偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的偏轉(zhuǎn)反射鏡面9a的面法線矢量N)與由此使光 束27到達(dá)屏幕11上的目標(biāo)點(diǎn)R的坐標(biāo)（即光束27的光線矢量C)的關(guān)系能夠另行確定。 由此，將理想狀態(tài)下的面法線矢量N和光線矢量C的數(shù)值代入上述[式1][式2]和[式3]， 反推自由曲面l〇a的面法線矢量V以滿足這些公式。由此，對(duì)于屏幕11的任意目標(biāo)點(diǎn)R，能 夠求出自由曲面透鏡10上的對(duì)應(yīng)的入射點(diǎn)P上的面法線矢量V(即自由曲面入射面10a的 斜率的值）。這樣，依次給出屏幕11的目標(biāo)點(diǎn)R的坐標(biāo)和與其對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置9的 旋轉(zhuǎn)角的條件，就可以依次得到自由曲面透鏡10上的對(duì)應(yīng)入射點(diǎn)上的斜率的值。通過(guò)以屏 幕11的掃描中心為原點(diǎn)將這些斜率值依次積分，能夠最終確定自由曲面透鏡10的入射面 l〇a的形狀。
[0076] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種光束掃描裝置，其特征在于，包括： 光源；和 偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置，包括在彼此大致正交的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射 面， 所述偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置具有使從所述光源發(fā)出并在所述光學(xué)反射面上反射的光束在第 一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能， 在被所述光學(xué)反射面反射后的光束的光路中，配置有具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的 光學(xué)棱鏡，該光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置，其特征在于： 所述楔形或梯形的光學(xué)棱鏡的頂角，在14° ±3°的范圍內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光束掃描裝置，其特征在于： 將所述楔形或梯形的光學(xué)棱鏡配置在所述光束掃描裝置或者使用該光束掃描裝置的 圖像顯示裝置的光束出射開口部，使用該光學(xué)棱鏡密封所述開口部，由此將該光學(xué)棱鏡兼 用作防塵用透明窗部件。
4. 一種光束掃描裝置，其特征在于，包括： 光源；和 偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置，包括在彼此大致正交的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射 面， 所述偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置具有使從所述光源發(fā)出并在所述光學(xué)反射面上反射的光束在第 一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能， 在被所述光學(xué)反射面反射后的光束的光路中，配置有由具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形 的第一光學(xué)棱鏡和具有規(guī)定的頂角的第二光學(xué)棱鏡相互貼合而成的復(fù)合型棱鏡，其中，所 述第一光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定的阿貝數(shù)的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料 構(gòu)成，所述第二光學(xué)棱鏡由至少具有與所述第一光學(xué)棱鏡彼此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué) 玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求4所述的光束掃描裝置，其特征在于： 將所述復(fù)合型棱鏡配置在所述光束掃描裝置或者使用該光束掃描裝置的圖像顯示裝 置的光束出射開口部，使用該復(fù)合型棱鏡密封所述開口部，由此將該復(fù)合型棱鏡兼用作防 塵用透明窗部件。
6. -種光束掃描裝置，其特征在于，包括： 光源；和 偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置，包括在彼此大致正交的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射 面， 所述偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置具有使從所述光源發(fā)出并在所述光學(xué)反射面上反射的光束在第 一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能， 在從所述光源發(fā)出并向所述光學(xué)反射面入射的去路光束和在所述光射反射面上反射 的歸路光束共同、且從彼此大致相反的方向入射的位置上， 配置有由具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的第一光學(xué)棱鏡和具有規(guī)定的頂角的第二光 學(xué)棱鏡相互貼合而成的復(fù)合型棱鏡，其中，所述第一光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定 的阿貝數(shù)的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成，所述第二光學(xué)棱鏡由至少具有與所述第 一光學(xué)棱鏡彼此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成。
7. -種光束掃描裝置，其特征在于，包括： 光源；和 偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置，包括在彼此大致正交的2方向上反復(fù)偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的規(guī)定的光學(xué)反射 面， 所述偏轉(zhuǎn)反射鏡裝置具有使從所述光源發(fā)出并在所述光學(xué)反射面上反射的光束在第 一掃描方向和與其大致正交的第二掃描方向上偏轉(zhuǎn)掃描的功能， 在隔開規(guī)定間隔的位置上，配置有具有規(guī)定的頂角的楔形或梯形的第一光學(xué)棱鏡和具 有規(guī)定的頂角的第二光學(xué)棱鏡，其中，所述第一光學(xué)棱鏡由具有規(guī)定的折射率和規(guī)定的阿 貝數(shù)的透明光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成，所述第二光學(xué)棱鏡由至少具有與所述第一光 學(xué)棱鏡彼此不同的規(guī)定的阿貝數(shù)的光學(xué)玻璃或光學(xué)部件用塑料構(gòu)成， 從所述光源發(fā)出的去路光束，在透過(guò)所述第一光學(xué)棱鏡和所述第二光學(xué)棱鏡中的至少 任一個(gè)后，入射到所述光學(xué)反射面， 并且，在所述光學(xué)反射面上反射的歸路光束，依次通過(guò)所述第一光學(xué)棱鏡和所述第二 光學(xué)棱鏡。
8. -種圖像顯示裝置，其特征在于： 具備權(quán)利要求1所述的光束掃描裝置。
9. 如權(quán)利要求7所述的光束掃描裝置，其特征在于， 所述第一光學(xué)棱鏡的頂角在25°?30°的范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】G02B5/04GK104330894SQ201410459810
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月27日
【發(fā)明者】大西邦一 申請(qǐng)人:日立樂(lè)金光科技株式會(huì)社