CN100468123C - 光学扫描设备和使用光学扫描设备的图像显示设备 - Google Patents

Abstract

公开一种光学扫描设备，其包括：光源单元、在第一方向和垂直于第一方向的第二方向用来自光源单元的光对扫描表面进行扫描的扫描单元，将扫描光引导到扫描表面上的光学单元。扫描单元具有在第一方向正弦波驱动的偏转表面。光学单元具有光学表面，其在第一方向中的任意剖面具有这种形状，其中，代表剖面的形状的函数的二阶导数变化，以便从中心朝着周边使光更强地发散。通过在第二方向上安排第一方向中的每一个剖面的形状来配置光学表面。

Description

光学扫描设备和使用光学扫描设备的图像显示设备

技术领域

本发明涉及一种光学扫描设备和使用该光学扫描设备的扫描类型的图像显示设备，具体来说，它通过扫描设备二维地扫描光，以在扫描表面(例如，屏幕表面)上投影和显示二维图像。

背景技术

已经提出了各种光学扫描设备，其中，从光源发出的光束的光点(射束点)在扫描表面上被以光学方式进行二维扫描，并通过残留图像效果，形成二维图像(例如，参见日本专利申请公开No.2001-281583和No.H11-84291)。

在光学扫描设备中，作为扫描来自光源的光束的装置，使用了多角镜、电镀镜、通过MEMS(微电子机械系统)技术制成的MEMS设备，等等。

在使用诸如电镀镜、MEMS设备等等之类的具有正弦波驱动的扫描设备的情况下，一般已知，在扫描表面上进行光学扫描的速度在周边位置变慢。

此外，一般知道，当通过使用这样的扫描设备二维地执行光学扫描时，在扫描表面上形成的二维图像上产生扫描失真。

为以高质量显示二维图像，需要适当地校正扫描失真。

在日本专利申请公开No.2001-281583中说明的扫描光学系统(成像光学系统)包括具有至少两个反射面的光学构件，该反射面包括旋转非对称表面。从光学构件的具有光焦度的表面到扫描表面的最近的一侧的表面只具有透射操作。

通过使用此扫描光学系统，可以通过折叠效果尝试小型化光学系统。此外，通过使用具有光焦度的反射面，尽管产生了由于偏心像差等等造成的彗形像差、像散，但是，通过旋转非对称表面形状来校正此偏心像差。此外，在多角镜被用作扫描设备的情况下，扫描光学系统被允许具有fθ特征，在使用诸如电镀镜等等之类的具有正弦波驱动的扫描设备的情况下，扫描光学系统被允许具有f反正弦θ特征。如此，在待扫描的表面上，对射束点进行速度稳定的扫描。

在日本专利申请公开No.2001-281583中所说明的光学扫描设备中，当通过扫描光学系统的光学特性来尝试获得二维平移扫描属性和恒定速度扫描属性二者时，光学系统变得复杂化，尺寸也会变大。因此，在日本专利申请公开No.2001-281583中，通过扫描光学系统的光学特性来获得平移扫描属性，并通过电校正来获得恒定速度扫描属性。

如此，在通过电校正获得恒定速度扫描属性的情况下，像素的间隔变得不相等，因此，需要对新规定的像素定时进行控制。此外，需要的时钟的数量比正常需要的大若干倍，在电路上施加的负载增大。

此外，由于扫描表面上的光量分布与光学扫描速度成反比的关系，产生光量分布的不均匀性，从而会降低图像的外观质量。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光学扫描设备，其能够当通过使用扫描设备来正弦波驱动以在扫描表面上二维地执行光学扫描时，以恒定速度在扫描表面上高度准确地扫描。

本发明的说明性的光学扫描设备包括光源单元、在第一方向和垂直于第一方向的第二方向用来自光源单元的光对扫描表面进行扫描的扫描单元，将扫描光引导到扫描表面上的光学单元。扫描单元具有在第一方向的正弦波驱动的偏转表面。此外，光学单元具有光学表面，其在第一方向的任意截面具有一个形状，其中，代表该截面的形状的函数的二阶导数变化，以便从中心朝着周边位置使光更强地发散。通过在第二方向上安排第一方向中的每一个截面的形状来配置光学表面。

本发明提供一种光学扫描设备，包括:在第一方向和垂直于第一方向的第二方向用来自光源单元的光对扫描表面进行扫描的扫描单元，该扫描单元包括在至少第一方向正弦波驱动的偏转表面，以及用于将光引导到扫描表面上的光学单元，所述扫描单元利用所述光来执行扫描，其中，所述光学单元具有光学表面，并且该光学表面在第一和第二截面中的每一形状均为这样的形状，即在周边部分发散光的光焦度比在中心部分的大，其中，第一截面和第二截面相互平行并且平行于第一方向，以及其中，光学表面在第一截面和第二截面中的形状彼此不同。

附图说明

图1A和1B是第一个实施例中的光学扫描设备的透视图；

图2A和2B是第一个实施例中的光学扫描设备的剖面视图；

图3是MEMS设备的主要部分示意图；

图4A和4B是第一个实施例中的二维扫描光学系统的主要部分示意图；

图5是第一个实施例中的第一扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图6是第一个实施例中的第二扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图7A和7B是第一个实施例中的扫描透镜的光入射表面和光出射表面的主要部分示意图；

图8A和8B是第一个实施例中的扫描透镜的光入射表面和光出射表面的二阶导数的主要部分示意图；

图9是第一个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图10是第一个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图11是第一个实施例中的扫描图像(网格)的主要部分示意图；

图12是比较示例1中的扫描图像(网格)的主要部分示意图；

图13是比较示例1中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图14是比较示例2中的扫描图像(网格)的主要部分示意图；

图15是说明偏转表面内的入射的入射系统的视图；

图16是说明通过斜入射的扫描线的弯曲的视图；

图17是第一个实施例中的第一扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图18是第一个实施例中的第二扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图19A和19B是TV失真和梯形失真的计算方法的说明图；

图20是第一个实施例中的扫描类型图像显示设备的主要部分示意图；

图21是第一个实施例中的扫描类型图像显示设备的主要部分示意图；

图22是第一个实施例中的扫描类型图像显示设备的主要部分示意图；

图23A和23B是第二个实施例中的辅助维(secondarydimensional)扫描设备的剖面视图；

图24是第二个实施例中的光源单元的主要部件分意图；

图25是第二个实施例中的第一扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图26是第二个实施例中的第二扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图27是第二个实施例中的第三扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图28是第二个实施例中的第一扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图29是第二个实施例中的第二扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图30是第二个实施例中的第三扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图31是第二个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图32是第二个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图33是第二个实施例中的扫描图像(网格)的主要部分示意图；

图34A和34B是第三个实施例中的辅助维扫描设备的剖面视图；

图35是第三个实施例中的辅助维偏转器的主要部分示意图；

图36A和36B是第三个实施例中的二维扫描光学系统的主要部分示意图；

图37是第三个实施例中的第一扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图38是第三个实施例中的第二扫描反射镜的形状的主要部分示意图；

图39A和39B是第三个实施例中的扫描透镜的形状的主要部分示意图；

图40是第三个实施例中的第一扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图41是第三个实施例中的第二扫描反射镜的二阶导数的主要部分示意图；

图42A和42B是第三个实施例中的扫描反射镜的二阶导数的主要部件示意图；

图43是第三个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图44是第三个实施例中的扫描速度比率的主要部分示意图；

图45是第三个实施例中的扫描图像(网格)的主要部分示意图；以及

图46是第三个实施例中的扫描类型图像显示设备的主要部分示意图.

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的光学扫描设备的实施例.

第一个实施例

图1A和1B是分别显示了第一个实施例的光学扫描设备的主要部分透视图，以及一个部分的放大的透视图。

图2A是第一个实施例的光学扫描设备的在水平扫描方向(第一扫描方向)中的主要部分剖面视图(水平扫描剖面视图，XZ剖面视图)。图2B是第一个实施例的光学扫描设备的在垂直扫描方向(第二扫描方向)中的主要部分剖面视图(垂直扫描剖面视图，YZ剖面视图)。

在图1A、1B、2A和2B中，参考编号101表示包括半导体激光器(例如，照射红色光)的光源单元.光源单元101基于图像信息来发射以光学方式调制的光束。从光源单元101发出的发像散束被聚光透镜102转换为大致的平行光束，并通过孔径光阑103在光束宽度方面进行进一步的限制。

通过孔径光阑103的光束被会聚光学系统104转换为具有所希望的会聚度的会聚光束，并变为入射光束以进入稍后描述的扫描单元105。

参考编号105表示扫描单元，并且例如包括可在一维方向共振的第一偏转器105a和可以稳定的角速度偏转的第二偏转器105b.扫描单元105通过第一偏转器105a在水平扫描方向用从光源单元101发出的光束对扫描表面进行扫描，并通过第二偏转器105b进一步在垂直扫描方向用来自第一偏转器105a的光束对扫描表面进行扫描，扫描单元105在辅助维方向用从光源单元101发出的光束对扫描表面进行扫描.

参考编号106表示由两个反射镜106a和106b以及透镜106c构成的扫描光学系统(第一个实施例的情况下的二维扫描光学系统).扫描光学系统106把通过扫描单元105将在二维方向被扫描的光束作为扫描表面107或在其附近的光点来成形图像.由扫描单元105偏转的光束通过二维扫描光学系统106被引导到扫描表面107上，并在作为屏幕的扫描表面107上以光学方式进行扫描.如此，通过第一偏转器105a在水平扫描方向以高速度按光学方式进行扫描来绘制扫描线，并且通过第二偏转器105b在垂直扫描方向以低速度按光学方式进行扫描，将二维图像显示在屏幕107上。

如图2B所示，通过二维扫描光学系统106，在屏幕107上以光学方式扫描由第一偏转器105a和第二偏转器105b偏转的光束。此时，从通过扫描单元105在二维方向扫描的光束中，张角中心(水平扫描方向(X轴方向)和垂直扫描方向(Y轴方向)的中心)的光被定义为参考光束Lvc。

参考光束Lvc的水平扫描方向上的扫描线相当于X轴，垂直方向上的扫描线相当于Y轴。

将包括参考光束Lvc和水平方向(X轴方向)的表面作为水平扫描截面(第一扫描截面，XZ截面)，以及将包括参考光束Lvc和垂直方向(Y轴方向)的表面作为垂直扫描截面(第二扫描截面，YZ截面)。

在第一个实施例中，通过MEMS(微电子机械系统)技术制成的MEMS设备被用作第一偏转器105a.图3显示了MEMS设备的主要部分的示意图.

在图3中，参考编号105a表示MEMS设备，该设备是一维偏转器.反射面(偏转表面)105a-1被扭杆105a-2支撑到框体105a-3，并根据从未显示的线圈产生的磁力，通过反射面105a-1的背面中提供的磁铁的反作用力在一维方向共振地移动。对准MEMS设备105a的方向，以便通过此共振移动在水平扫描方向对光束进行扫描。

现在，诸如MEMS设备105a之类的进行共振移动的偏转器具有在水平扫描方向中以正弦波的形状变化的反射面105a-1的取向。下面，这被称为“正弦波移动”.在正弦波移动中，反射面105a-1的角速度像余弦波那样变化.因此，当反射面105a-1面向正面时，反射面105a-1的角速度最快，而当在一端到达最大振幅时，角速度变为0，并在相反的方向开始向另一端移动.通过重复这些移动，可以执行往复扫描.

第一个实施例的光学扫描设备中的每一个光学构件沿水平扫描方向对称地设置，当第一偏转器105a面向正面时，光束到达屏幕107的水平扫描方向的中心107a。

这里，光学扫描速度被定义为在屏幕107上以光学方式扫描光束的速度。光扫描速度和屏幕107上的光量分布成反比例关系，在光学扫描速度最快的屏幕107的水平扫描方向的中心107a，光量变弱，在光学扫描速度最慢的屏幕107的水平扫描方向的周边107b，光量变强。如此，通过第一偏转器105a的正弦波移动，光学扫描速度发生变化，屏幕107上的光量分布变得不均匀。

在第一个实施例中，当在屏幕107上描绘图像时，利用第一偏转器105a的最大振幅的多达90％。这意味着，扫描效率为90％。因此，屏幕107的周边的光学扫描速度下降到中心的光学扫描速度的43.6％。与此同时，周边的光量大致变为中心的光量的2.3倍，光量分布的不均匀性变得明显，从而降低了图像的外观质量。

因此，在第一个实施例1中，通过使用在水平扫描方向具有反正弦特性的扫描光学系统，光量分布的不均匀性降低。

反正弦特性被称为扫描光学系统的失真，其用正弦波驱动转换由偏转器偏转的光束，以便在屏幕107上以恒定速度执行光学扫描.

具有反正弦特性的扫描光学系统被称为满足下列公式(1)的光学系统，

$x=2\×\mathrm{\φox}\×\mathrm{fx}\×{\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\θx}}{2\×\mathrm{\φox}}\right)$

其中，X表示在屏幕107上水平扫描方向中的图像高度，fx表示在扫描光学系统106的水平扫描方向的焦距，θx表示在第一偏转器105a的水平扫描方向中的扫描角(偏转角)，φox表示第一偏转器105a的最大偏转角(振幅).

在第一个实施例中，fx＝297(mm)和φox＝±10.5(度)，扫描光学系统106的张角ωx是ωx＝±18.9(度).

扫描效率Es(％)是实际用于第一偏转器105a的偏转角的最大值θxmax与第一偏转器105a的最大偏转角φox之比，并由下列公式(2)表示.

$\mathrm{Es}=\left(\frac{\mathrm{\θ}x\max }{\mathrm{\φox}}\right)\×100$

在根据第一个实施例的本发明中，配置应该满足下列公式，

$0.7\≤\frac{\mathrm{\θ}x\max }{\mathrm{\φox}}\≤0.95\·\·\·\left(2\right)$

在第一个实施例中，θxmax＝±9.45(度)，φox＝±10.5(度)，Es＝90(％)。

从公式(1)可以看出，反正弦特性产生负失真，扫描效率Es越高，对失真的校正就变得越困难。具体来说，当扫描效率超过70％时，对于具有f·tan θ特征的光学系统(满足条件x＝f·tan θ的光学系统)，需要将图像高度扩大10％以上，光学校正变得十分困难。

此外，在用于同时以光学方式在多个扫描线上进行扫描的二维扫描光学系统中或一维扫描光学系统中，需要在其中于屏幕上执行光学扫描的所有扫描线中，在水平扫描方向获得恒定速度扫描属性。即，需要具有二维反正弦特性的扫描光学系统.

接下来，将描述扫描光学系统106。

图4A显示了第一个实施例的光学扫描设备中的扫描光学系统106的水平扫描截面内的主要部分示意图，图4B显示了垂直扫描截面内的主要部分示意图。

扫描光学系统106包括第一反射镜106a、第二反射镜106b以及透镜106c。根据来自扫描单元105一侧的光束的通过，这些透镜按照第一反射镜106a、第二反射镜106b以及透镜106c的顺序排列。

在图1A和1B中，参考编号104表示由聚光透镜构成的会聚光学系统.此会聚光学系统104具有正的光焦度，以将入射光束会聚在离开第一偏转器105a 121.6(mm)的位置。从第一偏转器105a到扫描表面107的距离L为278.0(mm).会聚光学系统104的自然会聚点位于第一偏转器105a和扫描表面107之间.此外，到第一偏转器105a和扫描光学系统106的最后的表面106c的沿着参考光束Lvc的光程长度为19.5(mm).如上所述的自然会聚点位于扫描光学系统106和扫描表面107之间.扫描光学系统106整体上具有负的光焦度，并将应该通过会聚光学系统104的操作被会聚于不到扫描表面107的光束转换为弱的会聚光束，以便聚焦在扫描表面107或在其附近。

扫描光学系统106的光瞳位于扫描单元105的位置或其附近。

表1显示了第一个实施例中的二维扫描光学系统106的构成的各种组成数值。

第一个实施例的第一和第二反射镜106a和106b以及透镜106c的光入射表面和光出射表面使用如下一个公式所示的XY多项式方程所表达的旋转不对称地成形的曲面(所谓的自由曲面)。

$Z=\frac{\frac{Y^2}{R}}{1+\sqrt{1-(1+k)\×{\left(\frac{Y}{R}\right)}^2}}+\mathrm{\Σ}{C}_{\mathrm{mn}}{X}^m{Y}^n\·\·\·\left(a\right)$

其中，

R:旁轴曲率半径

K:圆锥常量

Cmn:X^mYⁿ项的系数

m，n:整数

表1显示了第一和第二反射镜106a和106b的各种数值。在表1中，在m和n为10的情况下，它们被表达为t。例如，C_t0是项X¹⁰的系数，而C_0t是项Y¹⁰的系数。

在第一个实施例的自由形成的曲面中，尽管没有使用项R和K，但是没有特别的问题。当然，甚至在使用项R和K的情况下，也不会有问题。

图5显示了第一个反射镜106a的表面形状。

图6显示了第二个反射镜106b的表面形状。

图7A显示了透镜106c的光入射表面106ci的形状，而图7B显示了透镜106c的光出射表面106co的形状。

第一和第二反射镜106a和106b的反射面，透镜106c的光入射表面106ci和光出射表面106co在水平扫描方向相对于包括参考光束Lvc的平面是对称的，并且是在垂直扫描方向不对称的旋转非对称的表面。此外，这些表面在垂直扫描方向相对于参考光束Lvc是偏移的或倾斜设置的。

图8A显示了透镜106c的光入射表面106ci的二阶导数，图8B显示了透镜106c的光出射表面106co的二阶导数。

如图8B所示，透镜106c的光出射表面106co是这样一种表面形状，其中，水平扫描方向上的表面形状的二阶导数从水平扫描方向的扫描中心(中心)朝着光出射表面106co的扫描周边(周边)变化。具体地说，它是这样截面表面形状，其中，水平扫描方向中截面表面形状的二阶导数从中心到周边逐渐地增大。

具有这样的形状的表面可以允许光束在光出射之后被定向到外部(发散操作)。将光束的传播方向指向外部的效果是很大的，因为通过的光束在透镜106c的光出射表面106co上的位置接近于其周边。因此，可以逐渐地增大屏幕107上的光学扫描速度。

在具有正弦波驱动的扫描单元105进行的偏离中，屏幕107上在扫描表面上中心处的光学扫描速度快，而在周边位置慢。因此，取消两种光学扫描速度，以实现屏幕107上的恒定速度扫描。

图9显示了第一个实施例的光学扫描设备的扫描表面107上的扫描光束的扫描速度比率。

图9是这样的图形，其中，以光学方式扫描屏幕107上的图形区域的一条线所需的时间被分成200个相等的部分，根据这些部分之间的要被扫描的距离求出光学扫描速度，每一个扫描位置的光学扫描速度由扫描中心的光学扫描速度与每一个扫描位置的光学扫描速度的比率来表达。下面，此比率被称为“扫描速度比率”。

如果比率被控制在扫描中心的±10%的误差以内，以便图像的质量的下降可以被控制，则屏幕107上的扫描速度比率在光量分布方面的不均匀性不太显著。优选情况下，误差被控制在±5%内。

第一个实施例的扫描速度比率最大为1.0016，最小为0.9986。即，甚至在最大时，误差也是+0.16％，它是在10％的目标内被充分接纳的精度。可以理解，本实施例的扫描光学系统以显著地较高的精度执行反正弦校正。

第一个实施例的光学扫描设备是二维扫描设备，其分辨率是SVGA(800x600像素)。

到目前为止，尽管对于扫描线(通过图像表面中心的中心的扫描线)就恒定速度扫描属性进行了说明，至于光学扫描设备，优选情况下，在垂直扫描方向中排列的所有600条扫描线中获得水平扫描方向中的恒定速度扫描属性。

因此，在第一个实施例中的二维扫描光学系统106中，扫描透镜106c的光出射表面106co被作为特定的三维曲面形状。即，水平扫描方向中的任意截面被作为在表示其形状的系数的二阶导数随着从中心移到周边而逐渐地增大的方向中变化的形状，同时，还被作为三维形状的表面，该表面通过水平扫描方向的每一个截面在垂直扫描方向安排该形状。此表面形状是“二维反正弦校正表面”。“二维反正弦校正表面”可以向在垂直扫描方向排列的所有扫描线施加反正弦特性。因此，在所有扫描线中，在“二维反正弦校正表面”的水平扫描方向通过周边的光束被定向到外部，并可以随着从屏幕107上的扫描中心移到扫描周边逐渐地增大光学扫描速度。

如此，可以施加跨屏幕上描绘的二维图像的全部表面的在水平扫描方向中的反正弦特性。

依据第一偏转器105a的正弦波驱动的光学扫描速度和依据扫描光学系统106的反正弦特性的光学扫描速度被取消，跨屏幕107上描绘的全部图像表面，在水平扫描方向中执行恒定速度扫描。

图10显示了当垂直扫描方向的一侧的最大图像高度被作为100％时，相对于位于0％(扫描中心)、25％、50％、75％和100％的图像高度的五个扫描线的水平扫描方向中的扫描速度比率。

甚至在这些扫描线中，扫描速度比率的误差最大为1.0034，最小为0.9913，且误差不大于0.87％。

即，在第一个实施例的二维光学扫描设备中，可以使水平扫描方向中的扫描速度在屏幕107上显示的整个扫描图像表面中保持恒定。

图11显示了在第一个实施例的光学扫描设备的屏幕107上形成的扫描图像。

图11是17个垂直线和11个水平线所描述的网格图像。在获取各垂直线和各水平线的所有交叉点坐标之后，绘制行。在水平线中，从与垂直线的交叉点到与附近的垂直线的交叉点的时间被显示为是相等的。由于网格间隔在水平扫描方向中的间隔是恒定的，因此，可以认识到，对于整个图像表面，获得恒定速度扫描属性。在本实施例中，可以认识到，以90％的扫描效率进行描述，直到扫描效率高的区域，高度准确地执行反正弦校正。

图12显示了在去除构成第一个实施例的光学扫描设备的透镜106c的情况下在屏幕107上形成的扫描图像。

在图12中，可以认识到，在没有透镜106c存在的情况下，在水平扫描方向中主要在周边变化是大的。随着从水平扫描方向的扫描中心朝着扫描周边的方向移动，与邻近垂直线的间隔逐渐地变得较窄，并且在周边处变得低于中心附近的间隔的一半。

此外，图13显示了在去除构成第一个实施例的光学扫描设备的透镜106c的情况下的扫描速度比率。

在图13中，可以认识到，随着从扫描中心向扫描周边移动，扫描速度比率缩小。这显示出，恒定速度扫描属性处于相当差的状态。从此认识到，通过透镜106c来产生扫描光学系统106的反正弦特性。

即，在本实施例中，通过将透镜106c的光出射表面106co设置为“二维反正弦校正表面”，可以在二维扫描图像的所有区域中获得水平扫描方向中的恒定速度扫描属性。

如此，提供了能够始终显示没有亮度不均匀状况的良好的扫描图像的图像显示设备。

此外，在第一个实施例中，从在扫描光学系统106中具有光焦

度的各表面中，与扫描表面的一侧最近的透镜106c的光出射表面106co被作为“二维反正弦校正表面”。在扫描光学系统106中，随着与扫描单元105分开，光束的重叠降低。因此，最后的表面(与待扫描的表面的一侧最近的表面)(在此，光束的重叠最低)被作为“二维反正弦校正表面”，以便可以构成根据每一个扫描位置的最佳形状，从而提高反正弦特性的精度。

此外，具有“二维反正弦校正表面”的透镜106c被取为其中扫描表面的一侧在水平扫描方向凹陷的弯月面形状。透镜106c的光入射表面106ci呈现这样的形状:其中光入射表面106ci的水平扫描方向中的形状的二阶导数从光入射表面106ci的水平扫描方向的扫描中心到扫描周边逐渐地增大的那些形状，在垂直扫描方向安排，类似于光出射表面106co。通过按这样的形状构成透镜106c，当通过光入射表面和光出射表面消除光焦度时，只是光束的传播方向可以被独立地改变。如此，增强了获取反正弦特性所需的形状的自由度。

此外，被作为“二维反正弦校正表面”的光出射表面106co具有失真的形状，其具有在水平扫描方向(第一扫描方向)和在垂直扫描方向(第二扫描方向)之间包括不同形状的形状。此外，它是在光出射表面106co的内部与外部没有旋转对称轴的旋转非对称形状的表面。如此，增强了获取反正弦特性所需的形状的自由度。

此时，当使第一扫描方向中的二阶导数的绝对值大于第二扫描方向的二阶导数的绝对值时，只在有助于第一扫描方向的表面形成相关形状，以执行反正弦校正，从而进一步提高了设计的自由度。

此外，还以这样的方式设置“二维反正弦校正表面”，以便在从第一扫描方向的扫描中心向扫描周边移动而不是从第二扫描方向的扫描中心向扫描周边移动的情况下，第一扫描方向中的二阶导数的变化变大。以此方式，只能独立地校正反正弦特性，从而甚至对于垂直扫描方向中的任何一个位置的扫描线也适当地执行反正弦校正。

此外，被作为“二维反正弦校正表面”的光出射表面106co具有在水平扫描方向(第一扫描方向)的截面具有对称属性的形状，并且具有在垂直扫描方向(第二扫描方向)具有不对称属性的形状。以此方式，使该形状成为在二维扫描方向的任何一个方向中具有对称属性的形状，从而获得使像差校正容易的优点。具体来说，优选情况下，扫描单元被设置为这样的形状，该形状在其中扫描单元以正弦波的方式驱动的方向中具有对称属性。

此外，当使用“二维反正弦校正表面”时，不管到屏幕107的投影距离如何，不管它是什么投影距离，始终可以执行良好的反正弦校正。在诸如正面投影仪之类的没有规定投影距离的图像显示设备中，当使用“二维反正弦校正表面”时，可以获得本发明的显著效果。

在第一个实施例中，尽管二维光学扫描设备被作为示例，但是，不仅限于此系统，但是在描绘一条扫描线的一维扫描设备，在布置诸如LED阵列、LD阵列等等之类的阵列形状中的多个发射点的多射束扫描设备中，甚至在用来自诸如DMD、GLV等等之类的空间调制器的光束通过偏转器进行扫描的扫描光学系统中，也可以获得相同的效果。

下面，将描述二维光学扫描图像中的扫描失真及其校正方法。

图1A和1B显示了第一个实施例中，在二维方向中待扫描的表面107上以光学方式扫描的光程。

如上所述，扫描单元105的第一偏转器105a由MEMS设备构成。

另一方面，扫描单元105的第二偏转器105b由安装在以等角速度驱动的步进电机上的平面反射镜构成。

作为第一偏转器的MEMS设备105a和作为第二偏转器的平面反射镜105b彼此靠近设置，其间隔为7.0(mm)。

第一个实施例的扫描单元105通过第一偏转器105a在水平扫描方向扫描来自光源单元101的光束，并通过第二偏转器105b在垂直扫描方向进行扫描来执行二维扫描。一般而言，希望通过光学扫描设备在屏幕107上描述的扫描图像根据输入的视频信号来显示。

然而，有这样的情况:由于诸如由二维扫描所产生的TV失真、

扫描光学系统106的失真、由于扫描单元105的驱动特性而造成的恒定速度扫描属性的失真，以及在执行斜投影的情况下所产生的梯形失真，以及由于允许入射光束倾斜地进入扫描单元105所引起的平移扫描属性而造成的失真等等之类的各种原因，在扫描图像中产生扫描失真，从而会显著地降低图像的外观质量。

图14显示了在没有第一个实施例的扫描光学系统106的情况下在屏幕107上形成的扫描图像。在扫描图像中，产生了失真(恒定速度扫描属性)、TV失真、在上侧延长的梯形失真，在底部凸形形状的平移失真(扫描线弯曲)，从而降低了扫描图像的外观质量。

因此，在第一个实施例中，为校正扫描失真，使用了下列结构。

首先，在水平扫描方向，通过为扫描光学系统106提供反正弦特性，以便通过扫描单元105的正弦波驱动来校正扫描位置的偏移，实现了在水平方向上的恒定速度扫描。如此，消除了由于扫描单元105的驱动特性造成的扫描光学系统106的失真和恒定速度扫描属性的失真。此外，通过使在垂直扫描方向排列的任何扫描线中满足反正弦特性，进行校正，以便使得水平扫描方向上的扫描位置始终恒定。如此，通过直线描绘垂直线。如此，通过在水平方向上为扫描光学系统提供二维反正弦特性，校正垂直扫描方向上的扫描失真。于是，在TV失真中，相对于垂直扫描方向上的分量解决了问题。

此外，通过在垂直扫描方向上为扫描光学系统提供正切θ特性(f-tan θ特性)，垂直扫描方向上的扫描位置始终被允许保持在同一个位置，以便线性地描绘各水平线。如此，通过在二维垂直扫描方向上为扫描光学系统提供正切θ特性，校正水平扫描方向上的扫描属性。如此，在TV失真中，相对于水平扫描方向上的分量解决了问题。

即，通过使用在水平扫描方向具有反正弦特性并且在垂直扫描方向具有正切θ特性的二维扫描光学系统，校正扫描失真，从而获得能够始终显示高质量图像的图像显示设备。

此时，甚至为了通过在水平扫描方向上为二维扫描光学系统106提供反正弦特性来适当地校正TV失真，力图校正各种扫描失真已变成一个重要问题。

因此，在第一个实施例中，适当地设置二维扫描光学系统106的结构。特别地，适当地设置第一反射镜106a和第二反射镜106b的入射方法和结构，从而校正每一扫描失真。

如图2A和2B所示，第一个实施例的二维扫描光学设备允许扫描图像通过斜投影系统显示在屏幕107上。

屏幕107是二维的，并且通过二维扫描光学系统106，用由第一偏转器105a和第二偏转器105b偏转的光束，以光学方式对屏幕107进行扫描。

在第一个实施例的二维光学扫描设备中，如图2B所示，参考光束Lvc被允许以有限角θvc(≠0度)在垂直扫描方向进入屏幕107。相对于所有光束，使在垂直扫描方向上的光入射角超过θvi≥0(度)。

如此，通过斜投影系统，显示在屏幕107上的扫描图像向上偏移，并且扫描图像显示在易于被观察者看到的位置。此外，在与此光学扫描设备安装在一起的扫描类型图像显示设备被放置在桌上的情况下，扫描图像可以显示在所有屏幕107上，而不显示在桌上。

此外，在第一个实施例中，从垂直扫描方向执行斜投影，并且此时，在垂直扫描方向，参考光束Lvc进入屏幕107的角度θvc为18.0(度)。这里，假设把光束进入屏幕107的角度大的部分作为上部，把光束进入屏幕的角度小的部分作为下部，入射到屏幕107上的顶部的光束的主光线以入射角θvu＝32.9(度)进入屏幕107，入射到最底部的光束的主光线垂直地进入屏幕107，即，以入射角θvi＝0.00(度)进入。

因此，在本实施例中，相对于所有光束，在垂直扫描方向上的入射角取为θvi≥0.00(度)。

特别地，光束被允许从具有小入射角的光束朝着待扫描的表面107通过的一侧进入扫描单元105。

另一方面，在水平扫描方向，如图2A所示，参考光束Lvc垂直地进入扫描表面107，并被设置成对于扫描中心是对称的。

以此方式，当通过斜投影系统将图像显示在屏幕107上时，会发生产生如图14所示的大的梯形失真的情况，从而降低显示图像的外观质量。

梯形失真，如通常所已知的，是由与屏幕107的光程差所产生的失真，在光程短的情况下，图像的宽度变窄，并且在光程长的情况下，图像的宽度变宽。在图像被斜投影的情况下，图像垂直地进入屏幕107的那一部分的光程长度短，并且入射角越大，光程长度就变得越长。因此，在倾斜向上进行投影的情况下，产生梯形失真，其中，图像的上端变宽，下端变窄。

此外，作为另一种扫描失真，还有平移失真。

图15是说明水平扫描截面内被偏转器105a偏转的光束的状态的视图。

如图15所示，在偏转表面内的入射(其中，来自水平扫描方向(其为第一偏转器105a的偏转方向)的入射光束被允许进入第一偏转器105a)的情况下，取决于第一偏转器105a的反射面的取向，能够入射偏转的光束宽度变得不同。特别地，在光束宽度朝着远离入射方向的方向偏转的情况下，光量的损失就会成问题。

因此，在第一个实施例中，来自光源单元101的光束被允许在垂直于偏转方向的垂直扫描截面(第二扫描截面)内以某一角度进入在水平扫描方向偏转的第一偏转器105a。这是入射方法，该方法是所谓的斜入射。

光束被允许从光源单元101进入扫描单元105时的入射角由在入射光束的主光线和参考光束Lvc之间形成的角度来进行定义。

这里，将描述偏转表面内的入射的情况。

假设张角与第一个实施例相同，当扫描光学系统106的水平张角取为37.80(度)时，垂直张角取为21.17(度)，偏转表面内的入射角取为30(度)，根据第一偏转器105a的取向，能够偏转的光束宽度在第一偏转器105a的反射面的宽度的98％和66％之间变化。当能够偏转的光束宽度减小时，也会产生偏转的光束的强度损失，从而导致光量损失。另一方面，类似于第一个实施例，在光束宽度被允许从垂直扫描方向倾斜地进入的情况下，能够偏转的光束宽度几乎不受第一偏转器105a的反射面的取向的影响。在本实施例中，斜入射中的入射角取为28(度)，能够偏转的光束宽度在第一偏转器105a的反射面的宽度的94％和93％之间。如此，可以有效地使用第一反射镜105a的反射面，并且能够反射的光束宽度的减小变得非常小，从而改善了光量损失的问题。

然而，在斜入射系统的扫描光学系统的情况下，屏幕107上描绘的图像的水平线弯曲。这是所谓的扫描线的弯曲。图16是根据第一个实施例的在斜入射中的扫描线的弯曲的说明图。

在斜入射系统的情况下，当从水平扫描方向上的中心接近于周边时，扫描线在屏幕107上方偏移。即，产生向下凸的扫描线。当光束被第一偏转器105a反射时，由于随着第一偏转器105a的反射面的取向向着水平扫描方向倾斜，光束的反射方向中的垂直扫描方向分量逐渐地变大，所以产生向下凸的扫描线。当被诸如第二偏转器105b、两个扫描反射镜106a和106b等等之类的反射面所反射时，光束到达屏幕107，同时改变扫描线的弯曲的方向。

在执行上侧斜投影的情况下，当向下凸的扫描线的凸弯曲向下时，通过扫描光学系统来校正平移失真变得容易。因此，使第一偏转器105a上的光束的斜入射的方向与第二偏转器105b所偏转的区域相反。

在第一个实施例的光学扫描设备中，通过使用扫描光学系统106中包括的两个反射镜106a和106b解决此问题。

扫描光学系统106的两个反射镜106a和106b按下列方式设置:使得在垂直扫描方向折叠被偏转的光束的光程。这是与斜投影相同的扫描方向。

图17显示了第一个实施例的第一反射镜106a中的水平扫描方向上的二阶导数。图18显示了第一个实施例的第二反射镜106b中的水平扫描方向上的二阶导数。

如图17所示，第一反射镜106a的水平扫描方向上的二阶导数在水平扫描方向随着从扫描中心接近于扫描周边而变小，此后逐渐地变大，以便周边处的二阶导数变为是大于扫描中心处的二阶导数的值。第一反射镜106a是其中光束从负的一侧进入并出射到负的一侧的表面，并具有将光束引导向外部的功能。特别地，它在周边具有显著的效果。第一反射镜106a具有在垂直扫描方向上安排这种形状的表面形状。

另一方面，如图18所示，第二反射镜106b的水平方向上的二阶导数在水平扫描方向随着从扫描中心接近于扫描周边而变小，此后逐渐地变大，以便周边处的二阶导数变为是大于扫描中心处的二阶导数的值。第二反射镜106b是其中光束从正的一侧进入并出射到正的一侧的表面，并具有使被引导向外部的光束指向内部的效果。特别地，它在周边具有显著效果。第二反射镜106b具有在垂直扫描方向上安排这种形状的表面形状。

如此，光束被第一反射镜106a引导向外部，并且光束被第二反射镜106b再次引导向内部，从而将光束导向到充当扫描表面的屏幕107。定义第二扫描反射镜106b上的反射点的位置，以便当第一偏转器105a以某一角度偏转时，在水平扫描方向于截面中观察时，第二偏转器105b的每个偏转角上的光束沿着相同光程传播到屏幕107。在第一反射镜106a中，朝着第二反射镜106b上的各反射位置反射光束。由于第二反射镜106b上的各反射点的位置在水平扫描方向于周边处间隔变得较宽，也需要使第一反射镜106a的水平扫描方向上的二阶导数在周边处变大。此外，当第一反射镜106a的二阶导数变大时，由于光束主要扩散到外部，也会使第二反射镜106b的周边处的二阶导数变大，并且也需要使将光束引导到内侧的效果变大，判断第一反射镜106a和第二反射镜106b的形状，以便将光束从第二反射镜106b的各反射点导向到屏幕107上的各预先确定的位置。

当以这样的方式构成时，被第一偏转器105a以某一角度偏转的光束始终到达水平扫描方向上的相同位置，而不管第二偏转器105b的偏转角度如何。

结果，可以校正由斜投影系统所产生的梯形失真，同时，也可以校正垂直扫描方向上的TV失真。

此外，由于第一反射镜106a具有负的光焦度，第二反射镜106b具有正的光焦度，这对于校正场曲也是有效的。此外，进行这样的配置，以便被第一偏转器105a反射的光束的在第二反射镜106b上的反射点远离屏幕107，与在水平方向朝着扫描周边远离扫描中心一样。以此方式，由斜入射所产生的扫描线的弯曲形状和被第一偏转器105a在水平扫描方向偏转的光束的在第二反射镜106b上的反射点的轨迹被吸收，并且在被第二扫描反射镜106b反射之后的光束位于同一个平面内。

因此，可以使屏幕107上的扫描线变为直线，因此，可以适当地校正由于斜入射而造成的扫描线的弯曲和水平方向上的TV失真。

以此方式，来自光源的光束被允许倾斜地进入在第一扫描方向扫描的偏转器，在扫描光学系统中包括的各反射面中，与待扫描的表面最近的反射面被作为最后的反射面，该最后的反射面被设置为相对于垂直于第一扫描方向的第二扫描方向倾斜，第一扫描方向上的最后的反射面上的反射点的轨迹被设置为使得反射点远离扫描表面，如远离最后的反射面的中心一样，以便可以适当地校正扫描线的弯曲。

于是，如上所述，二维扫描光学系统106使用旋转非对称形状的两个反射面。

第一个实施例包括第一反射镜106a和第二反射镜106b。

下面将参考图19A和19B来描述TV失真和梯形失真的计算方法。

图19A是说明TV失真的计算方法的视图。TV失真是示出所显示的图像表面的框架的弯曲量的像差量，其中沿着通过图像表面中心的轴的位移量被图像表面的宽度划分。因此，通过下列公式表示图像表面框架的每一侧的TV失真。

上侧 L1:a/B×100(％)

下侧 L2:b/B×100(％)

左侧 L3:c/A×100(％)

右侧 L4:d/A×100(％)

此外，图19B是说明梯形失真的计算方法的视图。梯形失真是示出所显示的图像表面的框架的倾斜量的像差量，其中图像表面的角度的变化被图像表面的宽度划分.因此，通过下列公式表示图像的框架中的梯形失真。

上侧 L1:e/2/B×100(％)

下侧 L2:f/2/B×100(％)

左侧 L3:g/2/A×100(％)

右侧 L4:h/2/A×100(％)

图11显示了第一个实施例的光学扫描设备中的扫描图像。此外，表2显示了TV失真和梯形失真的量。

在第一个实施例的光学扫描设备中，TV失真在上侧为-0.01(％)，在下侧为-0.01(％)，在左侧为0.00(％)，在右侧为0.00(％)，梯形失真在上侧为0.00(％)，在下侧为0.00(％)，在左侧为0.00(％)，在右侧为0.00(％)，几乎完全校正了扫描失真。

图14在比较示例中显示了扫描图像，在该示例中，从第一个实施例的光学扫描设备中移除了二维扫描光学系统。此外，表3显示了TV失真和梯形失真的量。

在从第一个实施例的光学扫描设备中移除二维扫描光学系统的该比较示例中，TV失真在上侧为7.55(％)，在下侧为6.49(％)，在左侧为-0.84(％)，在右侧为0.84(％)，梯形失真在上侧为0.00(％)，在下侧为0.00(％)，在左侧为-2.01(％)，在右侧为2.01(％)。以此方式，即使它是通过斜投影系统将光束投影到屏幕107上的光学扫描设备，或通过斜入射系统允许光束进入扫描单元105的光学扫描设备，通过使用第一个实施例的二维扫描光学系统106，也可以获得能够显示扫描失真非常小并且始终非常好的二维扫描图像的光学扫描设备。

在第一个实施例中，通过扫描单元105在水平扫描方向以张角θ_x＝±18.9(mm)和在垂直扫描方向以视角θ_x＝±10.0(度)，用来自光源单元101的光束执行扫描。此外，通过二维扫描光学系统106显示在屏幕107上的每一个张角的偏转的光束的图像的水平扫描方向中的宽度为243.5(毫米)，在垂直方向上的宽度为182.6(毫米)，从而显示相反角度的扫描图像12.0(英寸)。扫描图像的宽度由通过图像中心的位置来定义。即，二维扫描光学系统的第一扫描方向上的全张角为θd1＝37.8(度)，在第二扫描方向上的全视角为θd2＝20.0(度)，显示图像的第一扫描方向上的宽度为Wi1＝243.5(毫米)，第二扫描方向上的宽度为Wi2＝182.6(毫米)，且其变成

$\frac{\mathrm{\θd}2}{\mathrm{\θd}1}=0.707\×\frac{\mathrm{Wi}2}{\mathrm{Wi}1}$

并满足诸如下列表达式的条件表达式

$0.3\&times;\frac{\mathrm{Wi}2}{\mathrm{Wi}2}<\frac{\mathrm{\&theta;d}2}{\mathrm{\&theta;d}1}<0.9\&times;\frac{\mathrm{Wi}2}{\mathrm{Wi}1}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(3\right)$

如果θd2/θd1不大于公式(3)中的下限值，则变得难以校正第二扫描方向上的场曲，并导致光点肥胖，从而使分辨率变差。如果θd2/θd1不小于公式(3)中的上限值，则变得难以校正梯形失真。因此，通过满足公式(3)中显示的条件，可以适当地校正梯形失真，此外，也可以适当地校正第二扫描方向上的场曲，从而使光点变成所希望的大小。

此外，通过将垂直扫描方向(第二扫描方向)中的张角设置得小，可以尝试二维扫描光学系统106的小型化。

与第一个实施例的情况相同，在扫描单元105由两个偏转器105a和105b构成的情况下，在显示于屏幕107上的图像中，优选情况下，具有较大的宽度的图像位于远离屏幕107的位置。通过移位，可以轻松地校正二维扫描光学系统106的性能。

假设Dx是在二维扫描光学系统106的水平方向上的宽度，Dy是垂直扫描方向上的宽度，Dz是在垂直于水平扫描方向和垂直扫描方向的z轴方向上的宽度，则满足下列条件。

Dx＝36.0(mm)

Dy＝19.4(mm)

Dz＝24.4(mm)以及

Dx≤50(mm)...(4)

Dy≤30(mm)...(5)

Dz≤50(mm)...(6)

此外，假设Ld是在Z轴方向，第一偏转器105a与扫描表面到二维扫描光学系统106最近的位置之间的距离，

Ld＝36.5(mm)，

并满足下列条件:

Ld≤50(mm)     (7)

结果，二维扫描光学设备变得非常紧凑，并有一个优点:能够小型化安装了此二维光学扫描设备的图像显示设备。此外，可以缩小保持有各光学部件的机械构件的结构和存储区的面积，以便可以降低成本。

以此方式，尽管在通过使用扫描单元105中的具有正弦波驱动的偏转器在屏幕107上显示扫描图像的情况下，由于产生诸如恒定速度扫描属性收缩的问题之类的各种扫描失真而导致扫描图像的质量显著地变差，除了由斜投影系统所产生的梯形失真之外由扫描单元105朝着二维方向偏转所产生的TV失真，由于斜入射而导致的扫描线的弯曲，等等，通过第一个实施例，在整个扫描图像区域中可以获得恒定速度扫描属性，同时，可以适当地校正诸如TV失真和梯形失真之类的扫描失真。

如此，可以实现能够始终显示高质量扫描图像的光学扫描设备。

此外，由于不管投影距离如何，可以同时校正恒定速度扫描属性和扫描失真，在第一个实施例的光学扫描设备被用作诸如正面投影仪等等之类的投影设备的情况下，可以达到进一步的效果。

在第一个实施例中，对于构成了二维扫描光学系统106的反射镜106a、106b和透镜106c，使用了基于平面的自由形式的曲面，但不仅限于此，例如，即使使用基于球形的自由形式的曲面和基于抛物线的自由形式的曲面，也可以充分地实现相同的效果。

图20显示了本发明的扫描类型图像显示设备的示意图。

在图20中，从光源单元101发出的光束通过聚光透镜102和会聚光学系统104进入扫描单元105。其中设置了水平扫描反射镜105a和垂直扫描反射镜105b的扫描单元105是这样配置的，即，使得能够在二维方向扫描入射光束。被扫描单元105偏转的光束通过由两个反射透镜106a和106b以及透镜106c构成的二维扫描光学系统被引导到诸如屏幕、墙等等之类的扫描表面107。进行这样的配置，以便从光源单元101发出的光束基本上被聚光透镜102、会聚光学系统104以及二维扫描光学系统106聚焦在扫描表面107上，并在扫描表面107上形成光源图像(光点)。通过扫描单元105以光学方式扫描在扫描表面107上的光源图像，从而形成二维图像。

扫描单元105中的水平扫描反射镜105a是通过半导体加工工艺制成的微机械反射镜，并以这样的方式构成，即，使得通过机械共振操作摇摆镜面。

垂直扫描反射镜105b是通过诸如具有旋转轴的步进电机之类的电机驱动的反射镜。水平扫描反射镜105a和垂直扫描反射镜105b分别连接到水平驱动单元114、水平驱动电路119、垂直驱动单元115以及垂直驱动电路120。此外，光源单元101连接到光源驱动电路113，光源驱动电路113、水平驱动电路119，垂直驱动电路120连接到控制电路121，与控制电路121同步，光源单元101的光发出时间以及扫描反射镜105a和105b的偏转操作被控制。将来自未显示的信号输入单元的图像信号输入到控制电路121中，控制电路121基于该输入信号来执行控制。

在图20中，箭头标记117表示水平扫描反射镜105a的摇摆方向.用被水平扫描反射镜105a偏转的光束以光学方式来扫描扫描表面107，并且光束形成了图20所示的诸如向外的扫描线108和返回的扫描线109之类的扫描线。

箭头标记118表示垂直扫描反射镜105b的摇摆方向。垂直扫描反射镜105b在箭头标记118的方向旋转，以便在箭头标记112的方向于待扫描的表面107上执行光学扫描。因此，在待扫描的表面107上，从顶部到底部构成了诸如扫描线108和109之类的往复的扫描线。当射束点来到待扫描的表面107的底部时，垂直扫描反射镜105b将射束点返回到扫描表面107的上端，然后，执行重复的扫描。光束被扫描直到扫描表面107的有效部分110的外面，并通过其该部分以光学方式进行检测，以便取同步定时。

例如，假定在扫描表面107的有效部分110内形成的图像是在水平方向具有800个像素并且在垂直方向具有600个像素的SVGA的图像。当以60Hz驱动垂直方向上的操作时，水平扫描线的数量变成300，每一个扫描线都针对向外的方向和返回的方向，因此，需要18KHz的共振频率。即，驱动频率在第二扫描方向中而不是在第一扫描方向中低。

在图20中，为简单起见，通过使扫描线变稀疏来表示轮廓。

图21是本发明的扫描类型图像显示设备的另一个实施例的主要部分示意图。

在图21中，便携式设备122具有连接到主体单元123的投影显示单元124。投影显示单元124与第一个实施例1的二维光学扫描设备安装在一起。便携式设备122具有输入单元125，其被构成为通过输入单元125来执行所有操作。便携式设备122具有天线127，并可以传输和接收数据。主体单元123包括诸如液晶面板、有机EL之类的显示单元126。对于字符信息、简单图像等等，未显示的用户可以在手持便携式设备122时直接观看显示单元126。然而，在他希望通过大得多的屏幕观察或不可以通过显示单元126的区域观看的情况下，可以通过用户的操作从投影显示单元124投影图像。例如，朝着诸如墙之类的扫描表面107的方向投影图像，从而显示扫描图像128。

图22是本发明的扫描类型图像显示设备的另外的实施例的主要部分的示意图。

扫描类型图像显示设备129包括三个组成元件:主体单元130、头单元131以及连接单元132。光源单元和聚光透镜系统保存在主体单元130中，会聚光学系统、扫描单元和二维扫描光学系统保存在头单元131中。

用于连接主体单元130和头单元131的连接单元132例如由光纤构成，并将从光源单元发出的光束提供到头单元131。如此，通过扫描线108和109，在诸如桌子之类的扫描表面107进行描绘，从而显示图像。此时，例如，如果诸如PDA之类的便携式信息终端133和扫描类型图像显示设备129通过电缆134连接，可以在由扫描类型图像显示设备129投影的大屏幕中观看便携式信息终端133的小屏幕。

第二个实施例

图23A是第二个实施例的光学扫描设备中的水平扫描的剖面视图，图23B是其垂直扫描剖面视图。

在图23A和23B中，参考编号201表示光源单元，该光源单元包括三个彩色激光器:辐射绿色光的绿色半导体激光器201a，辐射红色光的红色半导体激光器201b，以及辐射蓝色光的蓝色半导体激光器201c。从光源单元201发出的三种彩色发像散束分别被对应的聚光透镜202a、202b和202c转换为平行光束，并分别被孔径光阑203a、203b和203c在每一个光束宽度方面加以限制。然后，红色、绿色和蓝色的激光束被二向色棱镜208(光束合成装置)合成为白色光束。

合成的白色光束被会聚光学系统204转换为具有所希望的会聚度的会聚光束，并变为入射光束以进入稍后描述的扫描单元205.参考编号205表示二维扫描单元，类似于第一个实施例，由在水平扫描方向具有正弦波驱动的MEMS反射镜(第一偏转器)205a和在垂直扫描方向具有等角速度的锥体波驱动的偏转反射镜(第二偏转器)205c构成。

例如，二维扫描单元205可以包括具有反射面并能够在二维方向共振的偏转器。

由扫描单元205用从光源单元201发出的光束在水平扫描方向和垂直扫描方向执行扫描。这里，水平扫描方向上的频率被设置为高，垂直扫描方向上的频率被设置为低，从而在水平扫描方向上描绘扫描线。

参考编号206表示包括三个反射镜206a、206b和206c的二维扫描光学系统，并通过扫描单元205作为扫描表面207或其附近的光点来形成在二维方向被扫描的光束的图像。

被偏转以便通过扫描单元205进行扫描的光束被通过二维扫描光学系统206导向到扫描表面207上，并以光学方式在扫描表面207(屏幕)上进行扫描。如此，通过扫描单元205在二维方向执行光学扫描，从而在屏幕(扫描表面)207上显示二维图像。

第二个实施例类似于第一个实施例，允许第一反射镜206a和第二反射镜206b在参考光束Lvc倾斜地进入屏幕207的垂直扫描方向上倾斜，从而折叠光束的光程。

图24是第二个实施例的光源单元的主要部分示意图。

从绿色半导体激光器201a发出的发像散束被准直透镜202a转换为大致平行的光束，并通过孔径光阑203a在光束宽度方面被进行进一步的限制，并进入二向色棱镜208。同样，从红色半导体激光器201b发出的发像散束被准直透镜202b转换为平行光束，并通过孔径光阑203b在光束宽度方面进行限制，并进入二向色棱镜208。此时，通过二向色棱镜208，同步绿色光束和红色光束，以及形成黄光束。同样，也通过准直透镜202c将蓝色半导体激光201c转换为平行光束，并通过孔径光阑203c在光束宽度方面进行限制，并进入二向色棱镜208。合成黄色光束和蓝色光束，形成白色光束。将白色光束导向到扫描单元205。

第二个实施例类似于第一个实施例，通过斜投影在屏幕207上显示扫描图像。此时，参考光束Lvc在垂直扫描方向以19.7(度)进入屏幕207。到达屏幕207的上部的光束Lvu进入屏幕207的角度θvu是34.7(度)，到达屏幕207的底部的光束Lvi进入屏幕207的角度θvi是0.47(度)。

此外，来自光源单元201的入射光束被允许在垂直扫描方向以20(度)的入射角倾斜地进入第一偏转器205a的反射面，与第一个实施例相比，使可偏转的光束宽度变宽。

以此方式，使得参考光束Lvc倾斜地进入屏幕207的扫描方向和参考光束Lvc被允许倾斜地进入扫描单元205的扫描方向成为相同的扫描方向，以便通过二维光学系统206可以轻松地校正TV失真和梯形失真。

在第二个实施例中，红色、绿色和蓝色三种颜色的激光束在光源单元201中振荡，基于每一个图像信号执行光学调制，并将彩色图像显示在屏幕207上。

当显示彩色图像时，会产生颜色失调的问题，图像质量变差。特别地，在二维扫描光学系统206只由塑料透镜构成的情况下，由于塑料的色散范围窄，因此，色差校正困难，并会显著地产生颜色失调的问题。然而，由于本实施例的二维扫描光学系统206由三个反射镜206a、206b和206c构成，因此，不会产生色差，并因此获得一个优点:不会产生彩色图像的颜色失调。

以此方式，在使用生成多个波长的光源单元201的情况下，优选情况下，为二维扫描光学系统206使用多个扫描反射镜，以便可以显示始终不会产生颜色失调的高质量的图像。当然，甚至在二维扫描光学系统206中提供了透镜的情况下，也可以基本上控制色差。在此情况下，类似于第一个实施例的透镜106c，如果扫描透镜被配置为在待扫描的表面的一侧具有凹形的弯月面形状，并且几乎没有光焦度，则可以将色差控制为小，并且是有效的。

表4显示了第二个实施例中的二维扫描光学系统206的结构的数值示例。

也是在第二个实施例的二维扫描光学系统206中，三个反射镜206a、206b和206c在垂直扫描方向被设置为偏移和倾斜。反射面的形状相对于水平扫描方向的中心是对称的，并且是在垂直扫描方向中不对称的旋转非对称的表面。

以此方式，由二维扫描所产生的TV失真，由斜投影所产生的梯形失真，以及由斜入射所产生的诸如扫描线的弯曲等等之类的扫描失真可以被适当地校正。

图25是概要显示了第一反射镜206a的反射面的形状的视图，图26是概要显示了第二反射镜206b的反射面的形状的视图，图27是概要显示了第三反射镜206c的反射面的形状的视图。

图28显示了第一反射镜206a在水平扫描方向上的二阶导数，图29显示了第二反射镜206b在水平扫描方向上的二阶导数，图30显示了第三个反射镜206c在水平扫描方向的二阶导数。

下面将描述第一反射镜206a的表面形状。

第一反射镜206a是其中光束从表面内的z坐标的负的一侧进入并出射到负的一侧的反射面。

如图25所示，在水平扫描方向中，中心的形状象一个凸形，并且从凸形朝着周边逐渐地变成平面，并进一步变为凹面。此外，如图28所示，在水平扫描方向的中心位置，二阶导数是正的，且朝着周边逐渐地降低，并在通过零之后变成负的。此表面是其中其形状从凸状变为平面，然后再变为凹形的平面。

第二反射镜206b也是其中光束从表面内的z坐标的负的一侧进入并出射到负的一侧的反射面。

如图26所示，第二反射镜206b在水平扫描方向的中心位置是凹形的，且朝着周边逐渐地变成平面的，并进一步变成凸状的。如图29所示，在水平扫描方向的中心位置，二阶导数是负的，且朝着周边逐渐地增大，并在通过零之后变成正的。在这样的表面中，从水平操作的中心位置越靠近外围一侧，将光束指向外部的操作就越强。此外，此形状是在垂直扫描方向连续地安排的表面形状。即，第二反射镜206b的反射面是“二维反正弦校正表面”，并具有以恒定的速度校正屏幕207上的所有扫描线的光学扫描速度的效果。

第三反射镜206c是其中光束从表面内的z坐标的正的一侧进入并出射到正的一侧的反射面。如图27所示，反射面主要在垂直扫描方向具有凸面，并在垂直扫描方向扩像散束。此外，还对准进入第三反射镜206c的光束的方向，以便当在水平扫描截面内观察时，在水平扫描方向到达周边并在垂直扫描方向排列的光束(使这些光束在水平扫描方向于周边处在水平扫描方向中变成凹形的)通过相同的光程。以此方式，可以校正屏幕207上的垂直线的TV失真和梯形失真。

图31显示了第二个实施例的光学扫描设备中待扫描的表面上的扫描速度比率。

图31显示了相对于通过扫描图像的中心附近的扫描线的扫描速度比率，其中，在全部扫描线中光学扫描速度大致是恒定的，且其误差最大为1.56(％)。

图32显示了第二个实施例的光学扫描设备中待扫描的扫描表面上的扫描速度比率。

图32显示了相对于通过底端(图像高度的垂直0％)、底部中间(图像高度的垂直25％)、中心(图像高度的垂直50％)、上部中间(图像高度的垂直75％)和上端(图像高度的垂直100％)的扫描图像的五个扫描线的扫描速度比率。此时，扫描速度比率的误差最大为5.78(％)，并可以在水平扫描方向对光量分布的均匀性进行充分的校正。

以此方式，在第二个实施例中的光学扫描设备中，通过使用反正弦校正表面，可以在描绘水平扫描方向的区域的整个图像中适当地执行反正弦校正。

图33显示了第二个实施例的光学扫描设备中的扫描图像(光栅)，表5显示了TV失真和梯形失真的值。

如图33所示，在第二个实施例的光学扫描设备中，通过使用二维扫描光学系统206，可以适当地校正TV失真和梯形失真。TV失真被校正到非常小的弯曲，例如在上侧为-0.07(％)，在下侧为0.02(％)，在左侧为-0.02(％)，在右侧为0.02(％)。此外，梯形失真被校正为非常小的失真，例如上下侧的0.00(％)，在左侧为-0.08(％)，在右侧为0.08(％)。以此方式，通过使用二维扫描光学系统206，可以适当地校正扫描图像的TV失真和梯形失真，并可以始终在扫描表面207上显示具有较高外观质量的图像。

类似于第二个实施例，通过使用用于二维扫描光学系统206的反正弦校正表面，可以获得一个扫描方向中的恒定速度扫描属性。此外，通过偏心地设置两个旋转非对称反射面，以便在允许执行斜投影的扫描方向折叠光程，可以适当地校正诸如TV失真和梯形失真之类的扫描失真。此时，如果与反正弦校正表面分开地提供两个旋转非对称反射面，则可以独立地执行反正弦校正功能和扫描失真校正功能，因此，可以适当地执行校正。

此外，如果从不同于执行反正弦校正的扫描方向的扫描方向执行斜投影，由于可以独立地执行反正弦校正和扫描失真校正，可以获得良好的扫描图像。

此外，类似于第二个实施例，在通过于一维方向组合两个偏转器扫描来构成二维扫描单元205的情况下，如果执行正弦波驱动的偏转器位于光源单元201的一侧，则可以轻松地执行反正弦校正，这是有益的。

此外，当来自光源单元201的光束被允许进入扫描单元205的反射面时，通过允许光束从与光束被允许倾斜地进入屏幕207的扫描方向相同的扫描方向倾斜地进入，可以通过辅助扫描光学系统206适当地校正扫描图像的TV失真和梯形失真。

还是在第二个实施例中，斜入射的方向是垂直扫描方向，当通过从扫描单元205到辅助扫描光学系统206的光程观察时，入射光束被允许从小入射角光束朝着屏幕207的方向相对参考光束Lvc通过的一侧(图中的上侧)倾斜地进入偏转装置205。如此，可以适当地进一步校正TV失真。

在第二个实施例中，执行斜投影，其中，参考光束Lvc在垂直扫描方向倾斜地进入屏幕207。水平扫描方向(第一扫描方向)上的张角是θd1＝±18.9(度)，垂直扫描方向(第二扫描方向)上的张角是θd2＝±9.00(度)，扫描图像的水平扫描方向上的宽度是Wi1＝286.67(mm)，第二扫描方向上的宽度是Wi2＝215.04(mm)，因此，θd1/θd2可以按下列公式来表达，

$\frac{\mathrm{\&theta;d}2}{\mathrm{\&theta;d}1}=0.63\&times;\frac{\mathrm{wi}2}{\mathrm{wi}1},$

这意味着，θd1/θd2满足条件表达式(3)。以此方式，通过将垂直扫描方向(第二扫描方向)中的张角设置为小，可以尝试使辅助扫描光学系统206小型化。通过将垂直扫描方向对水平扫描方向的张角设置为小比率，将垂直扫描方向中的基本焦距设置为短，以便可以使得校正扫描图像的诸如TV失真和梯形失真之类的扫描失真变得容易。假设Dx是在辅助扫描光学系统206的水平扫描方向上的宽度，Dy是在垂直扫描方向上的宽度，Dz是在Z轴方向(垂直于水平扫描方向和垂直扫描方向)上的宽度，Dx＝34.21(mm)，Dy＝26.26(mm)，Dz＝45.32(mm)，并且这些值满足条件表达式(4)到(6)。

根据这些公式，光学扫描设备变得非常紧凑，并且有一个优点:安装了此光学扫描设备的图像显示设备可以被小型化。

以此方式，在第二个实施例中的辅助扫描系统中，由于辅助扫描光学系统206仅由反射镜构成，因此不会产生色差，并且甚至在使用发出多个波长的光源单元201的情况下，也可以显示始终没有颜色失调的彩色图像。

甚至在使用波长转换激光器(这种激光器例如允许从红外半导体激光器发出的激光束进入配备有偏振反转(polarization reversal)结构的光学晶体，将波长转换为半波长并产生绿色或蓝色激光束)的情况下，光源单元201中所使用的半导体激光器可以充分地获得类似于第二个实施例的本发明的效果。

第三个实施例

图34A显示了第三个实施例的光学扫描设备的水平扫描剖面视图，图34B显示了其垂直扫描剖面视图。

在图34A和34B中，从光源单元301发出的发像散束被聚光透镜302转换为平行光束或大致平行的光束，并通过孔径光阑303在光束宽度方面进行进一步的限制。通过孔径光阑303的光束被会聚光学系统304转换为具有所希望的会聚度的会聚光束，并变为入射光束以进入稍后描述的扫描单元305。扫描单元305由能够在辅助维方向扫描的偏转器构成。此辅助维扫描单元305在水平扫描方向和垂直扫描方向对来自光源单元301的光束进行扫描。扫描单元305通过执行高速扫描的水平扫描方向中的正弦波来驱动，并在执行低速度扫描的垂直扫描方向中以大致相等的角速度被驱动，从而执行二维光栅扫描。

图35是可在二维方向共振的偏转器(第三个实施例的扫描单元305)的主要部分示意图。

在该图中，反射面305-1被扭杆305-2支撑，并连接到中间框架305-3。此外，中间框架305-3被扭杆305-4支撑，并连接到框架305-5。这里，当扭杆305-2被扭曲时，反射面305-1在水平扫描方向被偏转，当扭杆305-4被扭曲时，由中间框架305-3支撑的反射面305-1在垂直扫描方向被偏转。以此方式，偏转器305可以在二维方向偏转反射面305-1。

在图34A和34B中，参考编号306表示二维光学系统，该二维光学系统包括两个反射镜306a和306b以及透镜306c。二维扫描光学系统306作为扫描表面(屏幕)307或其附近的光点来形成由二维扫描单元305反射的光束的图像。被偏转以便通过扫描单元305进行扫描的光束通过二维扫描光学系统306被导向到扫描表面307上，并以光学方式对扫描表面307(屏幕)进行扫描。

还是在第三个实施例中，参考光束Lvc在垂直扫描方向倾斜地进入屏幕307，入射角是18.1(度)。此外，到达屏幕307上方的光束Lvu的入射角θvu是33.0(度)，到达屏幕307的底部的光束Lvl的入射角θv1是0.11(度)。

图36A和36B显示了第三个实施例的一部分的主要部分示意图。

在第三个实施例中，二维扫描光学系统306包括两个反射镜306a和306b和透镜306c。来自光源单元的光束是平行光束，并被聚光透镜304(其是会聚光学系统)转换为会聚光束。会聚光束被二维扫描单元305反射，并被平面反射镜309返回，以便通过二维扫描光学系统306到达扫描表面307。

此光束在聚光透镜304前面具有大致125(mm)的自然会聚点。从聚光透镜304到透镜306c(其是二维扫描光学系统306中离扫描表面307的一侧最近的光学元件)的光程长度在中心光束是55.1(mm)，甚至在最长的偏转光束的情况下为68.5(mm)，会聚光束的自然会聚点位于二维扫描光学系统306和扫描表面307之间。

表6显示了第三个实施例的二维光学系统306的结构的各种数值。

第一反射镜306a、第二反射镜306b的每一个表面、透镜306c的光入射表面306ci，以及扫描透镜的光出射表面306co是由公式(a)表达的自由形式的曲面形状。此外，这些表面相对于水平扫描方向的中心是对称的，并且是在垂直扫描方向中不对称的旋转非对称的表面。此外，每一个表面在垂直扫描方向中偏移和倾斜，并且被设置成在垂直扫描方向折叠光束的光程。

类似于第一和第二个实施例，第三个实施例也采用了斜投影系统。两个旋转非对称反射面306a和306b被设置为在其中执行斜投影的扫描方向中折叠光束的光程，以便可以适当地校正扫描图像的TV失真和梯形失真。

此外，当来自光源单元301的入射光束被允许进入扫描单元305的反射面时，它被允许从与倾斜地投影的扫描方向相同的扫描方向进入，以便可以通过二维光学系统306适当地校正扫描图像的TV失真和梯形失真。第三个实施例中的斜入射角是28(度)。

还是在第三个实施例中，斜入射的方向是垂直扫描方向，当通过从扫描单元305到辅助扫描光学系统306的光程观看时，入射光束被允许从小入射角的偏转光束Lvl朝着屏幕307的方向相对参考光束Lvc通过的一侧(图36B中的底部)倾斜地进入扫描单元305。如此，可以适当地进一步校正TV失真。

图37显示了第一反射镜306c的形状，图38显示了第二反射镜306b的形状。图39A显示了透镜306c的入射表面306ci的形状，图39B显示了透镜306c的光出射表面306co的形状。

图40显示了第一反射镜306a的水平扫描方向上的二阶导数，图41显示了第二反射镜306b的水平扫描方向上的二阶导数，图42A显示了透镜306c的光入射表面306ci的水平扫描方向上的二阶导数，图42B显示了透镜306c的光出射表面306co的水平扫描方向上的二阶导数。

如图42B所示，扫描透镜306c的光出射表面306co的水平扫描方向上的二阶导数从水平扫描方向的中心朝着周边逐渐地增大。这是发像散束的方向。这样的形状构成了“二维反正弦校正表面”，其中这样的形状在垂直扫描方向上安排。

二维扫描单元305在水平扫描方向正弦驱动，光学扫描速度在水平扫描方向于周边处减小。

第三个实施例将透镜306c的光出射表面306co构成“二维反正弦校正表面”，从而，在其中光束在水平扫描方向透射的透镜的部分越靠周边，传播方向就越被引导向外部，随着从扫描图像的中心接近周边，光学扫描速度逐渐地增大。

图43显示了第三个实施例的光学扫描设备的扫描表面307上的扫描光的扫描速度比率。这显示了相对于通过屏幕307上显示的图像的中心的各扫描线，在中心附近光学扫描速度的每一个图像高度的扫描速度比率。恒定速度扫描属性的误差最大为0.25％，可以认识到，在扫描线的整个区域，适当地实现反正弦校正。

此外，图44显示了第三个实施例的光学扫描设备的扫描表面307上的扫描光的扫描速度比率。

这显示了排列在垂直扫描方向上的各扫描线中，底端(图像高度的0％)、底部中间(图像高度的25％)、中心(图像高度的50％)、上部中间(图像高度的75％)和上端(图像高度的100％)的五个扫描线中的扫描速度比率。

恒定速度扫描属性的误差最大为0.84％，并且在任何扫描线中实现恒定速度扫描。

以此方式，通过使用透镜306的光出射表面306co的“二维反正弦校正表面”，依据扫描单元的正弦波驱动的光学扫描速度和依据“二维反正弦校正表面”的光学扫描速度被消除，以便均匀地校正扫描表面307上的光学扫描速度。通过在垂直扫描方向安排此形状，对于描绘扫描图像的整个扫描线实现恒定速度扫描。

以此方式，获得了没有亮度不均匀状况的并具有高质量的二维扫描图像。

在第三个实施例中，当通过能够进行100(MHz)的高速度调制的电路提供图像信号时，甚至通过高速度调制，施加在电路上的负载也是大的。除此之外，通常，需要根据通过正弦波驱动而产生的扫描速度的不均匀性按不等间隔给出图像信号，此外，还需要以四分之一像素的精度控制图像信号，因此，需要四倍的频率，施加在电路上的负载是巨大的。

在第三个实施例中，通过二维反正弦校正表面的效果，可以在扫描图像的整个区域进行高度准确的恒定速度扫描校正，因此，可以以恒定间隔给出图像信号，以便电路上的负载可以降低。

图45显示了第三个实施例的光学扫描设备中的扫描图像。

可以认识到，被描绘为扫描图像的光栅是按等间隔排列起来的。特别地，各垂直线是按等间隔排列的。

这些是在第一次的水平扫描的过程中通过按相等时间间隔接通光源来描绘的垂直线，并且因为各垂直线是在空间上按相等间隔排列的，所以施加了恒定速度扫描属性的效果。

此外，在表7中显示了TV失真和梯形失真的值。

TV失真在上侧为0.03％，在底侧为0.00％，在左侧为0.01％，在右侧为-0.01％，而梯形失真在上侧为0.00％，在底侧为0.00％，在左侧为-0.01％，在右侧为0.01％，并且适当地校正TV失真和梯形失真。

此外，在第三个实施例的光学扫描设备中，假设θd1是水平扫描方向(第一扫描方向)上的视角，θd2是在垂直扫描方向(第二扫描方向)上的视角，Wi1是在扫描表面上显示的图像的第一扫描方向上的宽度，Wi2是在第二扫描方向上的宽度，θd2/θd1可以表达如下，

$\frac{\mathrm{\&theta;d}2}{\mathrm{\&theta;d}1}=0.35\&times;\frac{\mathrm{wi}2}{\mathrm{wi}1}$

这显示了θd2/θd1满足条件表达式(3)。

以此方式，当将垂直扫描方向(第二扫描方向)中的张角设置得小时，可以轻松地校正斜投影所造成的梯形失真。此外，在通过二维扫描光学系统306的反射镜306a和306b在垂直扫描方向折叠光程的情况下，可以尝试使得二维扫描光学系统306小型化。假设Dx是在二维扫描光学系统306的水平方向上的宽度，Dy是垂直扫描方向上的宽度，Dz是在垂直于水平扫描方向和垂直扫描方向的z轴方向上的宽度，

Dx＝39.84(mm)

Dy＝14.39(mm)

Dz＝22.49(mm)

它们满足公式(4)到(6)。此外，从扫描单元305中，从离扫描表面307最近的位置到离二维扫描光学系统306的扫描表面最近的位置在z轴方向上的距离Ld是，

Ld＝40.87(mm)

其满足公式(7)的条件。

通过这些公式，二维扫描系统变得非常紧凑，并且获得一个优点:安装了此二维系统的图像显示设备可以被小型化。

以此方式，通过使用两个自由形式的曲面反射镜306a和306b以及具有二维反正弦校正表面的透镜306c作为二维扫描光学系统306，可以使得二维恒定速度扫描和扫描失真校正兼容。

此外，距离扫描表面307越近，光学表面的有效部分就变得越大，每一个张角的偏转光束变宽。此时，在使用反射面的情况下，为了避免由于需要使光程的位置偏心而造成的光程的干涉，有效部分的大小显著地影响扫描光学系统306的光轴方向(z轴方向)的大小。第三个实施例几乎不受有效部分的大小的影响，并使扫描光学系统的结构紧凑。

此外，通过使透镜306c变成弯月面形状，取消了光焦度，以便只能自由地设置光退出方向。因此，扫描光学系统306的最后的表面被配置为折射面，并且其表面被作为“二维反正弦校正表面”，从而有效地执行反正弦校正。

在第三个实施例中，透镜306c位于至扫描光学系统306的扫描表面307的最近的一侧。透镜306c的光出射表面被配置为“二维反正弦校正表面”，并被配置为弯月面形状，凹面在水平扫描方向被引导向扫描表面307的一侧。

如此，在按多数排列的所有扫描线中，可以准确地实现恒定速度扫描属性，获得不存在光量分布的不均匀、像素的位置偏移、扫描失真状况并始终具有较高外观质量的二维扫描图像。

在第三个实施例中的光学扫描设备中，在参考光束倾斜地进入屏幕的扫描方向中，尽管所采用的所有光束入射到屏幕的角度不小于0.00(度)，但是，不仅限于此，甚至对于以负角度入射的偏转光束，也可以充分地获得本发明的效果。

图46显示了在眼球的视网膜上以光学方式扫描的视网膜扫描类型显示设备的示意图，并显示了其图像。

在第一到第三个实施例中，尽管具有使用投影仪的二维扫描光学系统的光学扫描设备被作为示例，但是，不仅限于此，例如，也可以使用图46所示的取景器和用于HMD(头戴式显示器)的视网膜扫描类型显示设备。在该图中，参考编号310表示本发明的光学扫描设备，并用来自未显示的光源单元的光束以光学方式扫描充当扫描表面的透射扩散板307，从而形成扫描图像。通过使用目镜光学系统311，将来自透射扩散板307的扩像散束导向到观察者的眼睛313，并通过光瞳314在视网膜315上成像。

以此方式，以光学方式扫描观察者的眼睛313上的视网膜315，从而显示扫描图像。甚至在本发明的光学扫描设备被用作此视网膜扫描显示设备的情况下，也可以充分地获得本发明的效果。

表 2

Table 3

表 5

表 7

Claims (16)

1.一种光学扫描设备，包括:

在第一方向和垂直于第一方向的第二方向用来自光源单元的光对扫描表面进行扫描的扫描单元，该扫描单元包括在至少第一方向正弦波驱动的偏转表面，以及

用于将光引导到扫描表面上的光学单元，所述扫描单元利用所述光来执行扫描，

其中，所述光学单元具有光学表面，并且该光学表面在第一和第二截面中的每一形状均为这样的形状，即在周边部分发散光的光焦度比在中心部分的大，

其中，第一截面和第二截面相互平行并且平行于第一方向，

以及其中，光学表面在第一截面和第二截面中的形状彼此不同。

2.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中

所述光学表面具有这种形状，其中，表示所述第一方向中任意截面的截面形状的函数的二阶导数从中心到周边增大。

3.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学单元在所述第一方向具有反正弦特性。

4.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，满足下列条件表达式，

$0.7\&le;\frac{\mathrm{\&theta;}x\max }{\mathrm{\&phi;ox}}\&le;0.95$

其中，φox表示在所述偏转表面的所述第一方向中的偏转角度的最大值，θxmax表示在实际光学扫描中使用的偏转角的最大值。

5.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学表面是旋转非对称形状的曲面。

6.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，在所述光学表面中，表示当从所述第一方向的中心向周边移动时所述第一方向中的截面形状的函数的二阶导数的变化大于表示当从所述第二方向的中心向周边移动时所述第一方向中的截面形状的函数的二阶导数的变化。

7.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学表面是所述光学单元中与待扫描的所述表面的一侧最近的折射面。

8.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，在位于所述光学单元中到所述扫描表面最近的一侧的折射光学元件中提供所述光学表面，以及

所述折射光学元件具有弯月面形状，其中，第一方向的截面在所述扫描表面的一侧具有凹面。

9.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学单元具有旋转非对称形状的多个反射面，以及

所述多个反射面被设置为在第二方向折叠来自所述扫描单元的光的光程。

10.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，张角中心光束在第二方向的平面内倾斜地进入所述扫描表面。

11.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，满足下列条件表达式，

$0.3\&times;\frac{\mathrm{wi}2}{\mathrm{wi}1}<\frac{\mathrm{\&theta;d}2}{\mathrm{\&theta;d}1}<0.9\&times;\frac{\mathrm{wi}2}{\mathrm{wi}1}$

其中，θd1表示所述第一方向中的整个张角，θd2表示所述第二方向中的整个张角，Wi1表示显示在所述扫描表面上的图像在所述第一方向上的宽度，Wi2表示在所述第二方向上的宽度。

12.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，来自所述光源单元的光在第二方向的表面内倾斜地进入所述扫描单元的偏转表面。

13.根据权利要求12所述的光学扫描设备，其中，来自所述光源单元的光从一方向倾斜地进入所述扫描单元的偏转表面，在该方向存在这样的光束，该光束是在由扫描单元的偏转表面所偏转的光束当中，在第二方向中的平面内具有对所述扫描表面的小入射角的光束。

14.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学单元具有负的光焦度，并且会聚光进入所述光学系统。

15.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，满足下列条件，

Dx≤50(mm)

Dy≤30(mm)

Dz≤50(mm)

其中，Dx表示所述光学单元在所述第一方向上的宽度，Dy表示所述光学单元在所述第二方向上的宽度，Dz表示所述光学单元在垂直于所述第一方向和第二方向的第三方向上的宽度。

16.根据权利要求1所述的光学扫描设备，其中，所述光学表面是反射表面。

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