光走査装置、画像形成装置、画像形成装置を搭載した車両
【課題】画像の明るさや画質を確保しながら小型化を実現できる光走査装置を提供すること。
【解決手段】本光走査装置は、光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対である。
【解決手段】本光走査装置は、光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源素子から出射される光束を走査して２次元像を形成する光走査装置、前記光走査装置を用いた画像形成装置、前記画像形成装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２次元走査するミラーに多色の光束を入射させ、カラー２次元像を得る光走査装置が広く提案されている。特に、光源として半導体レーザを用いた光走査装置では、半導体レーザの放出する光束の高い指向性により、高い光利用効率が得られる。又、半導体レーザを用いた光走査装置では、キセノンランプのような巨大な放熱器を設けることなく、機器内で強い光を発することができ、かつ、指向性の高さから小型な光学系においても明るい画像を形成できる。
【０００３】
半導体レーザを用いた光走査装置は、例えば乗用車等に組み込まれ、ヘッドアップディスプレイとして用いられる場合がある。光走査装置を乗用車等に組み込むことを考えた場合、小型化が必然的に求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光走査装置の小型化を追求すると、画質や明るさが犠牲になるという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、画像の明るさや画質を確保しながら小型化を実現できる光走査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本光走査装置は、光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対であることを要件とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、画像の明るさや画質を確保しながら小型化を実現できる光走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その１）である。
【図２】第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その２）である。
【図３】レンズ１５について説明するための図である。
【図４】光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例１に係る光走査装置の光路を例示する図である。
【図６】第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その１）である。図２は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その２）である。図１及び図２は、それぞれ光走査装置１０を異なる方向から視た図である。但し、図２では図１に示す光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８は図示が省略されている。なお、図１及び図２において、光源素子１１Ｒ及びＢの光軸方向をＸ方向、光源素子１１Ｇの光軸方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と垂直な方向をＹ方向としている。
【００１１】
図１及び図２を参照するに、光走査装置１０は、大略すると、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂと、カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂと、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂと、合成素子１４と、レンズ１５と、光偏向器１６と、凹面ミラー１７と、被走査面１８とを有する。
【００１２】
なお、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂと、カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂと、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂと、合成素子１４と、レンズ１５とを含めて入射光学系と称する場合がある。又、光偏向器１６と、凹面ミラー１７と、被走査面１８とを含めて走査光学系と称する場合がある。
【００１３】
光走査装置１０において、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂは、それぞれ、互いに異なる波長λＲ、λＧ、及びλＢの光束を出射することができる。波長λＲ、λＧ、及びλＢは、例えば、それぞれ、６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、及び４４５ｎｍとすることができる。光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂとしては、例えば、レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子等を用いることができる。
【００１４】
明るさや高画質を確保しながら小型化を実現する観点からすると、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂとして、それぞれ半導体レーザを用いると好適である。光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂは、制御手段（図示せず）により、出射パワーや出射タイミング等を制御される。なお、制御手段（図示せず）は、光走査装置１０の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。
【００１５】
光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂから画像信号の内容に応じて出射された各光束（発散光）は、それぞれカップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂで略平行光又は収束光に変換されてアパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂに入射する。カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂとしては、例えば、凸状のガラスレンズやプラスティックレンズ等を用いることができる。
【００１６】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂは、それぞれに入射される光束を整形する機能を有する。アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂは、それぞれに入射される光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状とすることができる。
【００１７】
なお、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂに対して、共通の１つのカップリングレンズ、及び共通の１つのアパーチャを設ける構成としてもよい。但し、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂに対して、それぞれカップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂ、並びに、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂを設けることにより、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂのそれぞれの発散角の差異に関わらず、光利用効率を確保しながら、被走査面１８上のビームスポット径を所望の値に調整できるメリットがある。
【００１８】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂで整形された各光束は、合成素子１４に入射し光路合成される。合成素子１４は、例えば、プレート状或いはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて各光束を反射又は透過し、１つの光路に合成する機能を有する。
【００１９】
合成素子１４で光路合成された各光束は、レンズ１５により光偏向器１６の反射面に向かって導かれる。レンズ１５としては、例えば、凹面側を光偏向器１６に向けて配置された単一のメニスカスレンズ等を用いることができる。ここで、図３を参照しながら、レンズ１５について更に詳しく説明する。
【００２０】
図３は、レンズ１５について説明するための図である。図３において、１５Ｒ及び１５Ｂは、レンズ１５に入射する互いに波長の異なる２つの光束を示している。レンズ１５の第２面１５ｂから出射される光束１５Ｒ及び１５Ｂは、光偏向器１６の反射面に納まる大きさで出射されることが好ましい。レンズ１５は、アパーチャ１３Ｒ及び１３Ｂで取り込んだ光束１５Ｒ及び１５Ｂをできるだけ小さくして光偏向器１６に送り込む必要があるため、レンズ１５の第１面１５ａは光束１５Ｒ及び１５Ｂのそれぞれの光束径を集束させるために凸面であることが好ましい。
【００２１】
ここで、光束１５Ｒを長波長、光束１５Ｂを短波長の光束とすると、第１面１５ａでの集光状態は図３に示したように光束１５Ｒと光束１５Ｂとの間で異なる（分散する）。レンズ１５がメニスカスレンズでない他の形態（両凸レンズや平凸レンズ等）であると、出射する光束１５Ｒ及び１５Ｂの発散角は波長に応じてばらついてしまう。
【００２２】
レンズ１５として、第２面１５ｂを凹面としたメニスカスレンズを用いることにより、第1面１５ａで分散した光束１５Ｒ及び１５Ｂは、第２面１５ｂで発散度合いが再び戻される方向に屈折する。その結果、異なる波長の光束１５Ｒ及び１５Ｂが入射するレンズ１５において、出射する光束１５Ｒ及び１５Ｂの発散度合いのばらつきを収束して光偏向器１６に送ることができるため、特定の波長の光束の光量が損失されることなく、画像の輝度を向上することが可能となる。
【００２３】
図１及び図２に戻り、入射光学系から出射され光偏向器１６の反射面に導かれた光束は、光偏向器１６により２次元的に偏向される。光偏向器１６としては、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つの微小なミラーや、１軸に揺動又は回動する２つの微小なミラー等を用いることができる。光偏向器１６は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳとすることができる。光偏向器１６は、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。
【００２４】
光偏向器１６により２次元的に偏向された光束は、凹面ミラー１７に入射し、凹面ミラー１７により折り返されて被走査面１８に２次元像を描画する。被走査面１８に入射する光束は、光偏向器１６に入射する光束の進行方向と成す角が近いことが好ましい。このような配置により、被走査面１８上での２次元像の歪を低減できる。又、光束が被走査面１８に垂直に近い状態で入射するため、２次元像内の広域にわたって透過効率を高くできる。
【００２５】
光走査装置１０において、凹面ミラー１７を用いることにより、以下のような効果を奏する。第１に、凹面ミラー１７は波長分散を有さないため、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。第２に、凹面ミラー１７は光束の走査角を縮減させるため、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。第３に、被走査面１８の入射角を全走査角において低減することができ、被走査面１８の輝度を増大することができる。ここで、色ずれとは、波長の異なる光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂにより被走査面１８に形成される複数のスポットの位置ずれを指す。第４に、凹面ミラー１７で光路を折り返すことにより、光走査装置１０を小型化できる。
【００２６】
又、凹面ミラー１７は、少なくとも１の方向において非円弧面形状を有することにより、被走査面１８上の速度特性を補正できる。つまり、光偏向器１６により偏向された光束に等速性を与え、被走査面１８上の画素ピッチを均一化できる。
【００２７】
なお、凹面ミラー１７に代えて被走査面１８の直前にフレネルレンズや屈折レンズを設けることもできるが、フレネルレンズを設けた場合にはフレネルレンズの鋸歯形状のバックカット部に影が生じ、光量損失が生じる点で好ましくない。又、屈折レンズを設けた場合には複数の光束に分散が生じ、複数の光束が波長に応じてずれてしまい、色ずれが生じる点で好ましくない。
【００２８】
被走査面１８は、凹面ミラー１７で反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する面である。被走査面１８としては、例えば、拡散板を用いることができる。拡散板は、入射光をその進行方向側に拡散させる機能を有する。拡散板に代えてマイクロレンズアレイを用いることもできるが、マイクロレンズアレイは各レンズ間で影が生じるため光量損失が大きく、光利用効率が低下する点で好ましくない。
【００２９】
一方、拡散板は表面形状の設計によって透過光の拡散角を選択できるので、後続の光学系に送り込む光束の光量損失を少なくできる点で好ましい。例えば、拡散板の表面にランダムな微少凹凸を形成したり、ライン状の凹凸を形成したりすることにより、高い透過率を維持しながら必要な範囲だけに光を拡散することが可能となり、後続の光学系に送り込む光束の光量損失を少なくできる。
【００３０】
ここで、図４を参照しながら、光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について更に詳しく説明する。図４は、光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について説明するための図である。図４を参照するに、光偏向器１６と凹面ミラー１７とは、全光束について、互いにその偏角（入射光束と出射光束とがなす角）の符号が反対になるように配置されている。光偏向器１６と凹面ミラー１７をＹＺ平面に垂直な方向（Ｘ方向）から見ると、光偏向器１６に入射し光偏向器１６で偏向されて凹面ミラー１７で反射する光束の光路は"Ｚ"の文字を描く。
【００３１】
図４のＹＺ平面において、入射光束の進行方向から数えて左回り角度を正の偏角と定義すると、光偏向器１６においては偏角１６ｄは正であり、凹面ミラー１７においては偏角１７ｄは負である。このように、光偏向器１６と凹面ミラー１７とは、互いにその偏角の符号が反対になるように配置されている。このような配置を採用することにより、被走査面１８の上端及び下端に達する光束の光路差が減少するため、被走査面１８上の画像の台形歪や曲がりを低減できる。
【００３２】
なお、このような配置を採用せずに画像に台形歪や曲がりが発生した場合に、電気的に補正することも可能であるが、無効な画素が生じるため、画像が暗くなる問題がある。本実施の形態では、電気的に補正しなくても画像の台形歪や曲がりを低減できるため、明るさや高画質を確保できる。
【００３３】
このように、第１の実施の形態では、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂから出射された互いに波長の異なる光束を２次元的に走査し被走査面１８上に多色画像を形成する光走査装置１０において、光路中に光偏向器１６と凹面ミラー１７とを互いにその偏角の符号が反対になるように配置している。これにより、以下の効果を奏する。
【００３４】
すなわち、凹面ミラー１７を用いることにより、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。
【００３５】
又、凹面ミラー１７を用いることにより、被走査面１８の入射角を全走査角において低減することができ、被走査面１８の輝度を増大することができる。
【００３６】
又、光偏向器１６と凹面ミラー１７とを互いにその偏角の符号が反対になるように配置することにより、被走査面１８の上端及び下端に達する光束の光路差が減少するため、被走査面１８上の画像の台形歪、曲がりを低減できる。
【００３７】
又、凹面ミラー１７を用いることにより、光走査装置１０を小型化できる。
【００３８】
つまり、画像の明るさや画質を確保しながら光走査装置１０の小型化を実現できる。
【００３９】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは光学素子の配置が異なる光走査装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４０】
図５は、第１の実施の形態の変形例１に係る光走査装置の光路を例示する図である。図５は、光走査装置２０を図２と同様の方向から視た図である。但し、図５では図２と同様に光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８は図示が省略されている。なお、光走査装置２０において、光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８の配置は、光走査装置１０と同様である。
【００４１】
図５を参照するに、光走査装置２０では、光源素子１１Ｒ、カップリングレンズ１２Ｒ、及びアパーチャ１３Ｒと、光源素子１１Ｇ、カップリングレンズ１２Ｇ、及びアパーチャ１３Ｇと、光源素子１１Ｂ、カップリングレンズ１２Ｂ、及びアパーチャ１３Ｂとが、それぞれの光束の進行方向が略平行となるように並設されている。
【００４２】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂで整形された各光束が合成素子１４に入射して光路合成される点、及び合成素子１４以降の光学系に関しては、光走査装置１０と同様である。
【００４３】
このように、光源素子、カップリングレンズ、アパーチャ、合成素子等の配置は、適宜決定することができる。
【００４４】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る光走査装置１０を用いた画像形成装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４５】
図６は、第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。図６を参照するに、画像形成装置５０は、大略すると、第１の実施の形態に係る光走査装置１０と、凹面ミラー５１と、半透過鏡５２とを有する。但し、後述するように、半透過鏡５２は、画像形成装置５０の必須の構成要素ではない。
【００４６】
画像形成装置５０において、光走査装置１０の被走査面１８を透過した各光束は、凹面ミラー５１により折り返されて（反射されて）、半透過鏡５２に入射する。半透過鏡５２は、可視域の透過率が０％又は１００％でない鏡であり、凹面ミラー５１により折り返された光束が入射する側に、例えば、誘電体多層膜或いはワイヤーグリッド等が形成された反射面を有する。半透過鏡５２の反射面は、光源素子が出射する光束の波長帯を選択的に反射するものとすることができる。すなわち、波長λＲ,λＧ,及びλＢを包含する反射ピークや反射バンドを有するものや、特定の偏向方向に対して反射率を強めるように形成されたものとすることができる。
【００４７】
つまり、半透過鏡５２は、光走査装置１０の光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂが放出する光束の波長帯を選択的に反射する。そのため、光走査装置１０から放出される特定波長の複数の画像光による明るさを増大することができる。
【００４８】
なお、凹面ミラー５１の反射面は、アナモフィックとすることができる。つまり、凹面ミラー５１の反射面は、所定方向の曲率と、それに直交する方向の曲率とが異なる反射面とすることができる。凹面ミラー５１の反射面をアナモフィックとすることにより、反射面の曲面形状を調整可能となり、収差補正性能を向上できる。
【００４９】
画像形成装置５０では、凹面ミラー５１と、反射面が平面の半透過鏡５２とを用いる例を示したが、凹面ミラー５１に代えて平面ミラーを用い、半透過鏡５２の反射面を凹面としてもよい。つまり、光走査装置１０の被走査面１８を透過した各光束を折り返すミラーと、半透過鏡５２の有する少なくとも１つの光学面が凹面であればよい。又、光走査装置１０等のレイアウトによっては、凹面又は平面のミラーを２枚以上備えていてもよい。
【００５０】
画像形成装置５０は、乗用車等の車両に搭載することができる。その際、半透過鏡５２は、車両のフロントウィンドウ等と一体化されてもよい。画像形成装置５０を乗用車等の車両において運転者の前方に配置することにより、半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）で反射された光束は、運転席にいる運転者の眼球５８へ入射し、被走査面１８の２次元像が、半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）よりも前方の所定の位置に拡大された虚像５９として視認される。
【００５１】
つまり、画像形成装置５０により、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。この場合、被走査面１８の２次元像としては、例えば、車両の計器情報や地図情報等を挙げることができる。虚像５９は半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）よりも前方の所定の位置にあるため、運転者は運転中に前景を見ている状態で焦点を大きく移動することなく、車両の計器情報や地図情報等を視認できる。
【００５２】
このように、画像形成装置５０では、凹面ミラー５１及び半透過鏡５２により、光走査装置１０の被走査面１８上に形成された２次元像の拡大された虚像５９を得ることが可能となり、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。
【００５３】
又、画像形成装置５０では、光走査装置１０から半透過鏡５２までの間に、単一の凹面ミラー５１を配置しており、屈折系を有さないため、色収差の発生を防止できる。
【００５４】
なお、以上の説明から明らかなように、画像形成装置５０の構成要素として、半透過鏡５２を含む場合と、半透過鏡５２を含まない場合がある。画像形成装置５０の構成要素として半透過鏡５２を含まない場合には、半透過鏡５２の機能を車両のフロントウィンドウ等に持たせることができる。
【００５５】
〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態の変形例では、第２の実施の形態とは異なる画像形成装置の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００５６】
図７は、第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の他の例を示す図である。図７を参照するに、画像形成装置６０は、光走査装置１０の配置が異なる点、凹面ミラー５１が削除された点、半透過鏡５２が半透過鏡６２に置換された点が画像形成装置５０（図６参照）と相違する。但し、画像形成装置５０の場合と同様に、半透過鏡６２は、画像形成装置６０の必須の構成要素ではない。
【００５７】
画像形成装置６０において、光走査装置１０の被走査面１８から出射される各光束は、半透過鏡６２に直接入射する。半透過鏡６２は、半透過鏡５２と同様に、可視域の透過率が０％又は１００％でない鏡であり、被走査面１８から出射された光束が入射する側に、例えば、誘電体多層膜或いはワイヤーグリッド等が形成された反射面を有する。半透過鏡６２の反射面は、半透過鏡５２と同様に、波長λＲ,λＧ,及びλＢを包含する反射ピークや反射バンドを有するものや、特定の偏向方向に対して反射率を強めるように形成されたものとすることができる。
【００５８】
つまり、半透過鏡６２は、半透過鏡５２と同様に、光走査装置１０の光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂが放出する光束の波長帯を選択的に反射する。そのため、光走査装置１０から放出される特定波長の複数の画像光による明るさを増大することができる。但し、半透過鏡６２の反射面は、半透過鏡５２の反射面（平面）とは異なり、凹面とされている。
【００５９】
なお、半透過鏡６２の反射面（凹面）は、アナモフィックとすることができる。半透過鏡６２の反射面をアナモフィックとすることにより、反射面の曲面形状を調整可能となり、収差補正性能を向上できる。
【００６０】
このように、画像形成装置６０では、曲面（凹面）を有する半透過鏡６２により、光走査装置１０の被走査面１８上に形成された２次元像の拡大された虚像５９を得ることが可能となり、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。
【００６１】
又、画像形成装置６０は、凹面ミラー５１を有さないため、画像形成装置５０よりも小型化することができる。
【００６２】
なお、画像形成装置５０と同様に、画像形成装置６０の構成要素として、半透過鏡６２を含む場合と、半透過鏡６２を含まない場合がある。画像形成装置６０の構成要素として半透過鏡６２を含まない場合には、半透過鏡６２の機能を車両のフロントウィンドウ等に持たせることができる。画像形成装置６０の構成要素として半透過鏡６２を含まない場合には、光走査装置１０そのものが画像形成装置６０として機能することになる。
【００６３】
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６４】
例えば、各実施の形態及びその変形例では、光走査装置１０において、３つの光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂを用いる例を示したが、単一の光源素子を用いて単色の画像を形成する構成としてもよい。この場合には、合成素子１４は省略できる。
【００６５】
又、画像形成装置５０や６０において、光走査装置１０に代えて、光走査装置２０を搭載してもよい。
【００６６】
又、車両の一例として乗用車を挙げたが、航空機や電車等の他の車両にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０、２０ 光走査装置
１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ 光源素子
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ カップリングレンズ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ アパーチャ
１４ 合成素子
１５ レンズ
１５ａ レンズ１５の第１面
１５ｂ レンズ１５の第２面
１５Ｂ、１５Ｒ 光束
１６ 光偏向器
１６ｄ、１７ｄ 偏角
１７ 凹面ミラー
１８ 被走査面
５０、６０ 画像形成装置
５１ 凹面ミラー
５２、６２ 半透過鏡
５８ 運転者の眼球
５９ 虚像
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２０１０−１４５７４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４５７４６号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源素子から出射される光束を走査して２次元像を形成する光走査装置、前記光走査装置を用いた画像形成装置、前記画像形成装置を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２次元走査するミラーに多色の光束を入射させ、カラー２次元像を得る光走査装置が広く提案されている。特に、光源として半導体レーザを用いた光走査装置では、半導体レーザの放出する光束の高い指向性により、高い光利用効率が得られる。又、半導体レーザを用いた光走査装置では、キセノンランプのような巨大な放熱器を設けることなく、機器内で強い光を発することができ、かつ、指向性の高さから小型な光学系においても明るい画像を形成できる。
【０００３】
半導体レーザを用いた光走査装置は、例えば乗用車等に組み込まれ、ヘッドアップディスプレイとして用いられる場合がある。光走査装置を乗用車等に組み込むことを考えた場合、小型化が必然的に求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光走査装置の小型化を追求すると、画質や明るさが犠牲になるという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、画像の明るさや画質を確保しながら小型化を実現できる光走査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本光走査装置は、光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対であることを要件とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、画像の明るさや画質を確保しながら小型化を実現できる光走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その１）である。
【図２】第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その２）である。
【図３】レンズ１５について説明するための図である。
【図４】光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態の変形例１に係る光走査装置の光路を例示する図である。
【図６】第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その１）である。図２は、第１の実施の形態に係る光走査装置の光路を例示する図（その２）である。図１及び図２は、それぞれ光走査装置１０を異なる方向から視た図である。但し、図２では図１に示す光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８は図示が省略されている。なお、図１及び図２において、光源素子１１Ｒ及びＢの光軸方向をＸ方向、光源素子１１Ｇの光軸方向をＺ方向、Ｘ方向及びＺ方向と垂直な方向をＹ方向としている。
【００１１】
図１及び図２を参照するに、光走査装置１０は、大略すると、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂと、カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂと、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂと、合成素子１４と、レンズ１５と、光偏向器１６と、凹面ミラー１７と、被走査面１８とを有する。
【００１２】
なお、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂと、カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂと、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂと、合成素子１４と、レンズ１５とを含めて入射光学系と称する場合がある。又、光偏向器１６と、凹面ミラー１７と、被走査面１８とを含めて走査光学系と称する場合がある。
【００１３】
光走査装置１０において、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂは、それぞれ、互いに異なる波長λＲ、λＧ、及びλＢの光束を出射することができる。波長λＲ、λＧ、及びλＢは、例えば、それぞれ、６４０ｎｍ、５３０ｎｍ、及び４４５ｎｍとすることができる。光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂとしては、例えば、レーザ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子等を用いることができる。
【００１４】
明るさや高画質を確保しながら小型化を実現する観点からすると、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂとして、それぞれ半導体レーザを用いると好適である。光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂは、制御手段（図示せず）により、出射パワーや出射タイミング等を制御される。なお、制御手段（図示せず）は、光走査装置１０の内部に設けてもよいし、外部に設けてもよい。
【００１５】
光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂから画像信号の内容に応じて出射された各光束（発散光）は、それぞれカップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂで略平行光又は収束光に変換されてアパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂに入射する。カップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂとしては、例えば、凸状のガラスレンズやプラスティックレンズ等を用いることができる。
【００１６】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂは、それぞれに入射される光束を整形する機能を有する。アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂは、それぞれに入射される光束の発散角等に応じて円形、楕円形、長方形、正方形等の様々な形状とすることができる。
【００１７】
なお、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂに対して、共通の１つのカップリングレンズ、及び共通の１つのアパーチャを設ける構成としてもよい。但し、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂに対して、それぞれカップリングレンズ１２Ｒ、１２Ｇ、及び１２Ｂ、並びに、アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂを設けることにより、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂのそれぞれの発散角の差異に関わらず、光利用効率を確保しながら、被走査面１８上のビームスポット径を所望の値に調整できるメリットがある。
【００１８】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂで整形された各光束は、合成素子１４に入射し光路合成される。合成素子１４は、例えば、プレート状或いはプリズム状のダイクロイックミラーであり、波長に応じて各光束を反射又は透過し、１つの光路に合成する機能を有する。
【００１９】
合成素子１４で光路合成された各光束は、レンズ１５により光偏向器１６の反射面に向かって導かれる。レンズ１５としては、例えば、凹面側を光偏向器１６に向けて配置された単一のメニスカスレンズ等を用いることができる。ここで、図３を参照しながら、レンズ１５について更に詳しく説明する。
【００２０】
図３は、レンズ１５について説明するための図である。図３において、１５Ｒ及び１５Ｂは、レンズ１５に入射する互いに波長の異なる２つの光束を示している。レンズ１５の第２面１５ｂから出射される光束１５Ｒ及び１５Ｂは、光偏向器１６の反射面に納まる大きさで出射されることが好ましい。レンズ１５は、アパーチャ１３Ｒ及び１３Ｂで取り込んだ光束１５Ｒ及び１５Ｂをできるだけ小さくして光偏向器１６に送り込む必要があるため、レンズ１５の第１面１５ａは光束１５Ｒ及び１５Ｂのそれぞれの光束径を集束させるために凸面であることが好ましい。
【００２１】
ここで、光束１５Ｒを長波長、光束１５Ｂを短波長の光束とすると、第１面１５ａでの集光状態は図３に示したように光束１５Ｒと光束１５Ｂとの間で異なる（分散する）。レンズ１５がメニスカスレンズでない他の形態（両凸レンズや平凸レンズ等）であると、出射する光束１５Ｒ及び１５Ｂの発散角は波長に応じてばらついてしまう。
【００２２】
レンズ１５として、第２面１５ｂを凹面としたメニスカスレンズを用いることにより、第1面１５ａで分散した光束１５Ｒ及び１５Ｂは、第２面１５ｂで発散度合いが再び戻される方向に屈折する。その結果、異なる波長の光束１５Ｒ及び１５Ｂが入射するレンズ１５において、出射する光束１５Ｒ及び１５Ｂの発散度合いのばらつきを収束して光偏向器１６に送ることができるため、特定の波長の光束の光量が損失されることなく、画像の輝度を向上することが可能となる。
【００２３】
図１及び図２に戻り、入射光学系から出射され光偏向器１６の反射面に導かれた光束は、光偏向器１６により２次元的に偏向される。光偏向器１６としては、例えば、直交する２軸に対して揺動する１つの微小なミラーや、１軸に揺動又は回動する２つの微小なミラー等を用いることができる。光偏向器１６は、例えば、半導体プロセス等で作製されたＭＥＭＳとすることができる。光偏向器１６は、例えば、圧電素子の変形力を駆動力とするアクチュエータにより駆動することができる。
【００２４】
光偏向器１６により２次元的に偏向された光束は、凹面ミラー１７に入射し、凹面ミラー１７により折り返されて被走査面１８に２次元像を描画する。被走査面１８に入射する光束は、光偏向器１６に入射する光束の進行方向と成す角が近いことが好ましい。このような配置により、被走査面１８上での２次元像の歪を低減できる。又、光束が被走査面１８に垂直に近い状態で入射するため、２次元像内の広域にわたって透過効率を高くできる。
【００２５】
光走査装置１０において、凹面ミラー１７を用いることにより、以下のような効果を奏する。第１に、凹面ミラー１７は波長分散を有さないため、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。第２に、凹面ミラー１７は光束の走査角を縮減させるため、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。第３に、被走査面１８の入射角を全走査角において低減することができ、被走査面１８の輝度を増大することができる。ここで、色ずれとは、波長の異なる光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂにより被走査面１８に形成される複数のスポットの位置ずれを指す。第４に、凹面ミラー１７で光路を折り返すことにより、光走査装置１０を小型化できる。
【００２６】
又、凹面ミラー１７は、少なくとも１の方向において非円弧面形状を有することにより、被走査面１８上の速度特性を補正できる。つまり、光偏向器１６により偏向された光束に等速性を与え、被走査面１８上の画素ピッチを均一化できる。
【００２７】
なお、凹面ミラー１７に代えて被走査面１８の直前にフレネルレンズや屈折レンズを設けることもできるが、フレネルレンズを設けた場合にはフレネルレンズの鋸歯形状のバックカット部に影が生じ、光量損失が生じる点で好ましくない。又、屈折レンズを設けた場合には複数の光束に分散が生じ、複数の光束が波長に応じてずれてしまい、色ずれが生じる点で好ましくない。
【００２８】
被走査面１８は、凹面ミラー１７で反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する面である。被走査面１８としては、例えば、拡散板を用いることができる。拡散板は、入射光をその進行方向側に拡散させる機能を有する。拡散板に代えてマイクロレンズアレイを用いることもできるが、マイクロレンズアレイは各レンズ間で影が生じるため光量損失が大きく、光利用効率が低下する点で好ましくない。
【００２９】
一方、拡散板は表面形状の設計によって透過光の拡散角を選択できるので、後続の光学系に送り込む光束の光量損失を少なくできる点で好ましい。例えば、拡散板の表面にランダムな微少凹凸を形成したり、ライン状の凹凸を形成したりすることにより、高い透過率を維持しながら必要な範囲だけに光を拡散することが可能となり、後続の光学系に送り込む光束の光量損失を少なくできる。
【００３０】
ここで、図４を参照しながら、光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について更に詳しく説明する。図４は、光偏向器１６及び凹面ミラー１７の配置について説明するための図である。図４を参照するに、光偏向器１６と凹面ミラー１７とは、全光束について、互いにその偏角（入射光束と出射光束とがなす角）の符号が反対になるように配置されている。光偏向器１６と凹面ミラー１７をＹＺ平面に垂直な方向（Ｘ方向）から見ると、光偏向器１６に入射し光偏向器１６で偏向されて凹面ミラー１７で反射する光束の光路は"Ｚ"の文字を描く。
【００３１】
図４のＹＺ平面において、入射光束の進行方向から数えて左回り角度を正の偏角と定義すると、光偏向器１６においては偏角１６ｄは正であり、凹面ミラー１７においては偏角１７ｄは負である。このように、光偏向器１６と凹面ミラー１７とは、互いにその偏角の符号が反対になるように配置されている。このような配置を採用することにより、被走査面１８の上端及び下端に達する光束の光路差が減少するため、被走査面１８上の画像の台形歪や曲がりを低減できる。
【００３２】
なお、このような配置を採用せずに画像に台形歪や曲がりが発生した場合に、電気的に補正することも可能であるが、無効な画素が生じるため、画像が暗くなる問題がある。本実施の形態では、電気的に補正しなくても画像の台形歪や曲がりを低減できるため、明るさや高画質を確保できる。
【００３３】
このように、第１の実施の形態では、光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂから出射された互いに波長の異なる光束を２次元的に走査し被走査面１８上に多色画像を形成する光走査装置１０において、光路中に光偏向器１６と凹面ミラー１７とを互いにその偏角の符号が反対になるように配置している。これにより、以下の効果を奏する。
【００３４】
すなわち、凹面ミラー１７を用いることにより、被走査面１８上の画像の色ずれを低減できる。
【００３５】
又、凹面ミラー１７を用いることにより、被走査面１８の入射角を全走査角において低減することができ、被走査面１８の輝度を増大することができる。
【００３６】
又、光偏向器１６と凹面ミラー１７とを互いにその偏角の符号が反対になるように配置することにより、被走査面１８の上端及び下端に達する光束の光路差が減少するため、被走査面１８上の画像の台形歪、曲がりを低減できる。
【００３７】
又、凹面ミラー１７を用いることにより、光走査装置１０を小型化できる。
【００３８】
つまり、画像の明るさや画質を確保しながら光走査装置１０の小型化を実現できる。
【００３９】
〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、第１の実施の形態とは光学素子の配置が異なる光走査装置の例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４０】
図５は、第１の実施の形態の変形例１に係る光走査装置の光路を例示する図である。図５は、光走査装置２０を図２と同様の方向から視た図である。但し、図５では図２と同様に光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８は図示が省略されている。なお、光走査装置２０において、光偏向器１６、凹面ミラー１７、及び被走査面１８の配置は、光走査装置１０と同様である。
【００４１】
図５を参照するに、光走査装置２０では、光源素子１１Ｒ、カップリングレンズ１２Ｒ、及びアパーチャ１３Ｒと、光源素子１１Ｇ、カップリングレンズ１２Ｇ、及びアパーチャ１３Ｇと、光源素子１１Ｂ、カップリングレンズ１２Ｂ、及びアパーチャ１３Ｂとが、それぞれの光束の進行方向が略平行となるように並設されている。
【００４２】
アパーチャ１３Ｒ、１３Ｇ、及び１３Ｂで整形された各光束が合成素子１４に入射して光路合成される点、及び合成素子１４以降の光学系に関しては、光走査装置１０と同様である。
【００４３】
このように、光源素子、カップリングレンズ、アパーチャ、合成素子等の配置は、適宜決定することができる。
【００４４】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る光走査装置１０を用いた画像形成装置の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４５】
図６は、第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の例を示す図である。図６を参照するに、画像形成装置５０は、大略すると、第１の実施の形態に係る光走査装置１０と、凹面ミラー５１と、半透過鏡５２とを有する。但し、後述するように、半透過鏡５２は、画像形成装置５０の必須の構成要素ではない。
【００４６】
画像形成装置５０において、光走査装置１０の被走査面１８を透過した各光束は、凹面ミラー５１により折り返されて（反射されて）、半透過鏡５２に入射する。半透過鏡５２は、可視域の透過率が０％又は１００％でない鏡であり、凹面ミラー５１により折り返された光束が入射する側に、例えば、誘電体多層膜或いはワイヤーグリッド等が形成された反射面を有する。半透過鏡５２の反射面は、光源素子が出射する光束の波長帯を選択的に反射するものとすることができる。すなわち、波長λＲ,λＧ,及びλＢを包含する反射ピークや反射バンドを有するものや、特定の偏向方向に対して反射率を強めるように形成されたものとすることができる。
【００４７】
つまり、半透過鏡５２は、光走査装置１０の光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂが放出する光束の波長帯を選択的に反射する。そのため、光走査装置１０から放出される特定波長の複数の画像光による明るさを増大することができる。
【００４８】
なお、凹面ミラー５１の反射面は、アナモフィックとすることができる。つまり、凹面ミラー５１の反射面は、所定方向の曲率と、それに直交する方向の曲率とが異なる反射面とすることができる。凹面ミラー５１の反射面をアナモフィックとすることにより、反射面の曲面形状を調整可能となり、収差補正性能を向上できる。
【００４９】
画像形成装置５０では、凹面ミラー５１と、反射面が平面の半透過鏡５２とを用いる例を示したが、凹面ミラー５１に代えて平面ミラーを用い、半透過鏡５２の反射面を凹面としてもよい。つまり、光走査装置１０の被走査面１８を透過した各光束を折り返すミラーと、半透過鏡５２の有する少なくとも１つの光学面が凹面であればよい。又、光走査装置１０等のレイアウトによっては、凹面又は平面のミラーを２枚以上備えていてもよい。
【００５０】
画像形成装置５０は、乗用車等の車両に搭載することができる。その際、半透過鏡５２は、車両のフロントウィンドウ等と一体化されてもよい。画像形成装置５０を乗用車等の車両において運転者の前方に配置することにより、半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）で反射された光束は、運転席にいる運転者の眼球５８へ入射し、被走査面１８の２次元像が、半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）よりも前方の所定の位置に拡大された虚像５９として視認される。
【００５１】
つまり、画像形成装置５０により、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。この場合、被走査面１８の２次元像としては、例えば、車両の計器情報や地図情報等を挙げることができる。虚像５９は半透過鏡５２の反射面（フロントウィンドウ等と一体化されている場合もある）よりも前方の所定の位置にあるため、運転者は運転中に前景を見ている状態で焦点を大きく移動することなく、車両の計器情報や地図情報等を視認できる。
【００５２】
このように、画像形成装置５０では、凹面ミラー５１及び半透過鏡５２により、光走査装置１０の被走査面１８上に形成された２次元像の拡大された虚像５９を得ることが可能となり、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。
【００５３】
又、画像形成装置５０では、光走査装置１０から半透過鏡５２までの間に、単一の凹面ミラー５１を配置しており、屈折系を有さないため、色収差の発生を防止できる。
【００５４】
なお、以上の説明から明らかなように、画像形成装置５０の構成要素として、半透過鏡５２を含む場合と、半透過鏡５２を含まない場合がある。画像形成装置５０の構成要素として半透過鏡５２を含まない場合には、半透過鏡５２の機能を車両のフロントウィンドウ等に持たせることができる。
【００５５】
〈第２の実施の形態の変形例〉
第２の実施の形態の変形例では、第２の実施の形態とは異なる画像形成装置の例を示す。なお、第２の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００５６】
図７は、第１の実施の形態に係る光走査装置を搭載した画像形成装置の他の例を示す図である。図７を参照するに、画像形成装置６０は、光走査装置１０の配置が異なる点、凹面ミラー５１が削除された点、半透過鏡５２が半透過鏡６２に置換された点が画像形成装置５０（図６参照）と相違する。但し、画像形成装置５０の場合と同様に、半透過鏡６２は、画像形成装置６０の必須の構成要素ではない。
【００５７】
画像形成装置６０において、光走査装置１０の被走査面１８から出射される各光束は、半透過鏡６２に直接入射する。半透過鏡６２は、半透過鏡５２と同様に、可視域の透過率が０％又は１００％でない鏡であり、被走査面１８から出射された光束が入射する側に、例えば、誘電体多層膜或いはワイヤーグリッド等が形成された反射面を有する。半透過鏡６２の反射面は、半透過鏡５２と同様に、波長λＲ,λＧ,及びλＢを包含する反射ピークや反射バンドを有するものや、特定の偏向方向に対して反射率を強めるように形成されたものとすることができる。
【００５８】
つまり、半透過鏡６２は、半透過鏡５２と同様に、光走査装置１０の光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂが放出する光束の波長帯を選択的に反射する。そのため、光走査装置１０から放出される特定波長の複数の画像光による明るさを増大することができる。但し、半透過鏡６２の反射面は、半透過鏡５２の反射面（平面）とは異なり、凹面とされている。
【００５９】
なお、半透過鏡６２の反射面（凹面）は、アナモフィックとすることができる。半透過鏡６２の反射面をアナモフィックとすることにより、反射面の曲面形状を調整可能となり、収差補正性能を向上できる。
【００６０】
このように、画像形成装置６０では、曲面（凹面）を有する半透過鏡６２により、光走査装置１０の被走査面１８上に形成された２次元像の拡大された虚像５９を得ることが可能となり、所謂ヘッドアップディスプレイを実現できる。
【００６１】
又、画像形成装置６０は、凹面ミラー５１を有さないため、画像形成装置５０よりも小型化することができる。
【００６２】
なお、画像形成装置５０と同様に、画像形成装置６０の構成要素として、半透過鏡６２を含む場合と、半透過鏡６２を含まない場合がある。画像形成装置６０の構成要素として半透過鏡６２を含まない場合には、半透過鏡６２の機能を車両のフロントウィンドウ等に持たせることができる。画像形成装置６０の構成要素として半透過鏡６２を含まない場合には、光走査装置１０そのものが画像形成装置６０として機能することになる。
【００６３】
以上、好ましい実施の形態及びその変形例について詳説したが、上述した実施の形態及びその変形例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及びその変形例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６４】
例えば、各実施の形態及びその変形例では、光走査装置１０において、３つの光源素子１１Ｒ、１１Ｇ、及び１１Ｂを用いる例を示したが、単一の光源素子を用いて単色の画像を形成する構成としてもよい。この場合には、合成素子１４は省略できる。
【００６５】
又、画像形成装置５０や６０において、光走査装置１０に代えて、光走査装置２０を搭載してもよい。
【００６６】
又、車両の一例として乗用車を挙げたが、航空機や電車等の他の車両にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１０、２０ 光走査装置
１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ 光源素子
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ カップリングレンズ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ アパーチャ
１４ 合成素子
１５ レンズ
１５ａ レンズ１５の第１面
１５ｂ レンズ１５の第２面
１５Ｂ、１５Ｒ 光束
１６ 光偏向器
１６ｄ、１７ｄ 偏角
１７ 凹面ミラー
１８ 被走査面
５０、６０ 画像形成装置
５１ 凹面ミラー
５２、６２ 半透過鏡
５８ 運転者の眼球
５９ 虚像
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２０１０−１４５７４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４５７４６号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、
前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、
前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、
前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対である光走査装置。
【請求項２】
前記入射光学系は、
互いに波長の異なる複数の光源素子と、
前記複数の光源素子から出射される光束がそれぞれ入射する複数のカップリングレンズと、
前記複数のカップリングレンズから出射される各光束を合成する合成手段と、を含む請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記入射光学系において、前記カップリングレンズは前記複数の光源素子に対して各々設けられ、
前記カップリングレンズから出射される各光束に対して各々にアパーチャを設けた請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
各光源素子から出射される光束が共通で入射するレンズを前記光偏向器の前に設けた請求項２又は３記載の光走査装置。
【請求項５】
前記レンズは、凹面側を前記光偏向器に向けて配置された単一のメニスカスレンズである請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記凹面ミラーは、少なくとも１の方向において非円弧面形状を有する請求項１乃至５の何れか一項記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束を、外部に設けられた半透過鏡に向けて折り返すミラーと、を有し、
前記ミラーと前記半透過鏡の有する少なくとも１つの光学面が凹面である画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束を折り返すミラーと、
前記ミラーで折り返された前記光束が入射する半透過鏡と、を有し、
前記ミラーと前記半透過鏡の有する少なくとも１つの光学面が凹面である画像形成装置。
【請求項９】
前記ミラーは、単一の凹面ミラーである請求項７又は８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束が入射する凹面を有する半透過鏡と、を有する画像形成装置。
【請求項１１】
前記半透過鏡は、前記光源素子が出射する光束の波長帯を選択的に反射する請求項７乃至１０の何れか一項記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記凹面がアナモフィックである請求項７乃至１１の何れか一項記載の画像形成装置。
【請求項１３】
請求項７乃至１２の何れか一項記載の画像形成装置を搭載し、
前記半透過鏡をフロントウィンドウと一体化し、
運転者が前記半透過鏡の反射面よりも前方の所定の位置に前記２次元像の拡大された虚像を視認可能な車両。
【請求項１】
光源素子と、前記光源素子から出射される光束が入射するカップリングレンズと、を含む入射光学系と、
前記入射光学系から出射される光束を２次元的に偏向する光偏向器と、
前記光偏向器により偏向された光束が入射する凹面ミラーと、前記凹面ミラーで反射された光束が入射して２次元像が形成される透過性を有する被走査面と、を含む走査光学系と、を有し、
前記光偏向器の反射面による偏角の符号と、前記凹面ミラーによる偏角の符号とが互いに反対である光走査装置。
【請求項２】
前記入射光学系は、
互いに波長の異なる複数の光源素子と、
前記複数の光源素子から出射される光束がそれぞれ入射する複数のカップリングレンズと、
前記複数のカップリングレンズから出射される各光束を合成する合成手段と、を含む請求項１記載の光走査装置。
【請求項３】
前記入射光学系において、前記カップリングレンズは前記複数の光源素子に対して各々設けられ、
前記カップリングレンズから出射される各光束に対して各々にアパーチャを設けた請求項２記載の光走査装置。
【請求項４】
各光源素子から出射される光束が共通で入射するレンズを前記光偏向器の前に設けた請求項２又は３記載の光走査装置。
【請求項５】
前記レンズは、凹面側を前記光偏向器に向けて配置された単一のメニスカスレンズである請求項４記載の光走査装置。
【請求項６】
前記凹面ミラーは、少なくとも１の方向において非円弧面形状を有する請求項１乃至５の何れか一項記載の光走査装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束を、外部に設けられた半透過鏡に向けて折り返すミラーと、を有し、
前記ミラーと前記半透過鏡の有する少なくとも１つの光学面が凹面である画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束を折り返すミラーと、
前記ミラーで折り返された前記光束が入射する半透過鏡と、を有し、
前記ミラーと前記半透過鏡の有する少なくとも１つの光学面が凹面である画像形成装置。
【請求項９】
前記ミラーは、単一の凹面ミラーである請求項７又は８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６の何れか一項記載の光走査装置と、
前記光走査装置から出射される光束が入射する凹面を有する半透過鏡と、を有する画像形成装置。
【請求項１１】
前記半透過鏡は、前記光源素子が出射する光束の波長帯を選択的に反射する請求項７乃至１０の何れか一項記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記凹面がアナモフィックである請求項７乃至１１の何れか一項記載の画像形成装置。
【請求項１３】
請求項７乃至１２の何れか一項記載の画像形成装置を搭載し、
前記半透過鏡をフロントウィンドウと一体化し、
運転者が前記半透過鏡の反射面よりも前方の所定の位置に前記２次元像の拡大された虚像を視認可能な車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４１１８２（Ｐ２０１３−４１１８２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９０７４（Ｐ２０１１−１７９０７４）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]