專利名稱：二維掃描投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二維掃描投影儀，其將通過使光源發(fā)出的光束進(jìn)行二維掃描來產(chǎn) 生的圖像放大和投影到預(yù)定的掃描面上。
背景技術(shù)：
近來，一種將通過使光源發(fā)出的光束進(jìn)行二維掃描來產(chǎn)生的圖像放大和投影到諸 如屏幕之類的掃描面上的二維掃描投影儀是已知的。此外，對于二維掃描投影儀，被配置成 使掃描光學(xué)系統(tǒng)的光軸相對于屏幕傾斜的設(shè)備是已知的。上述配置的二維掃描投影儀將圖 像從設(shè)置在屏幕下方的圖像產(chǎn)生單元投影到整個屏幕上。這樣配置的二維掃描投影儀能夠 進(jìn)行所謂的上投(shooting-up)投影，其中圖像從設(shè)置在屏幕下方的圖像產(chǎn)生單元投影到 整個屏幕上。能夠執(zhí)行上投投影的設(shè)備與掃描光學(xué)系統(tǒng)的光軸基本垂直于屏幕的常規(guī)的非 上投(non-shooting-up)型投影儀相比可以節(jié)省空間。但是存在這樣的問題通過能夠進(jìn)行上投投影的設(shè)備投影的圖像與通過非上投投 影儀投影的圖像相比具有較大的TV畸變(TVdistortion)和梯形畸變。這里所說的TV畸 變指的是投影到屏幕上的圖像畸變。特別地，TV畸變通過投影圖像的長邊向投影圖像的短 邊的畸變的數(shù)值來表示。例如，日本專利臨時公開No. 2004-138719A中公開了一種用于降 低投影儀中的TV畸變的技術(shù)。專利公開2004-138719A中公開了一種二維掃描投影儀，其中掃描光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置 在光源和屏幕之間。在該投影儀中，掃描光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置成偏軸的(decentered)。通過這 種配置，投影儀的設(shè)計(jì)者試圖通過對投影光學(xué)系統(tǒng)賦予變形效應(yīng)(anamorphic effect)來 校正TV畸變等等。但是，由于專利公開2004-138719A中描述的投影儀被配置為掃描光學(xué)系統(tǒng)是偏 軸的(decentered)，投影儀的配置不可避免地變得復(fù)雜。另外，需要對透鏡進(jìn)行高精度的定 位。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種二維掃描投影儀，其能夠進(jìn)行所謂的上 投投影并且能夠有效地補(bǔ)償諸如TV畸變和梯形畸變之類的圖像質(zhì)量下降，而無需采用復(fù) 雜且具有高精度要求的配置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種二維掃描投影儀，其使從光源發(fā)出的 光束在第一方向上和與第一方向垂直的第二方向上掃描以在掃描面上投影二維圖像，包 括第一偏轉(zhuǎn)器，所述第一偏轉(zhuǎn)器在第一方向上偏轉(zhuǎn)光束；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，所述掃描光 學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述第一偏轉(zhuǎn)器和所述掃描面之間。所述掃描光學(xué)系統(tǒng)被配置成組成所述掃 描光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)部件的中心軸彼此共線以限定所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光軸，并且所述光學(xué) 部件中的每一個都具有關(guān)于所述光軸旋轉(zhuǎn)對稱的放大率，所述掃描面的中心在所述第二方 向上偏離所述光軸與包括所述掃描面的平面的交點(diǎn)，所述第一偏轉(zhuǎn)器被設(shè)置成所述第一偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸在包括所述光軸和所述第二方向的平面中相對于所述第二方向傾斜第一角 度，從所述光源發(fā)出的光束入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上，從而在包括所述光軸和所述第二方 向的平面中，入射到投影圖像的中心的所述光束的主光線斜入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上以相 對于所述光軸形成第二角度。 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述二維掃描投影儀滿足下面兩個條件。在這種情況下，H 代表所述交點(diǎn)與所述屏幕的下邊中點(diǎn)之間的距離，D代表所述交點(diǎn)與所述屏幕的下邊的一 個端點(diǎn)之間的距離，H”代表所述交點(diǎn)與所述屏幕的上邊中點(diǎn)之間的距離，D”代表所述交點(diǎn) 與所述屏幕的上邊的一個端點(diǎn)之間的距離，f 代表所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的焦距，a代表所述 第一方向上的半視角，P代表所述第一角度，0代表所述第二角度，《代表所述第二方向 上的半視角。
_9] tanp + tan^ + coj/cosoc ^ /7 tan(Z)"http://)...⑴
1 - tanp tan(j8 + co)/cos aD"tanp + tan(^-6>)/cosQr ￡jftan(i)//).. . (2) 1 - tan p tan(/ - <y)/cos a D根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，根據(jù)權(quán)利要求2所述的二維掃描投影儀進(jìn)一步滿足下面 的條件。在這種情況下，H’代表所述交點(diǎn)與所述屏幕的中心之間的距離，D’代表所述交點(diǎn) 與所述屏幕的側(cè)邊中點(diǎn)之間的距離。
_2] tanp + tan^/cosa ￡j/,tan(D'//)....⑴
l-tanptany^/cosorD'根據(jù)本發(fā)明，所述二維掃描投影儀可以進(jìn)一步包括第二偏轉(zhuǎn)器，所述第二偏轉(zhuǎn)器 設(shè)置在所述光源與所述第一偏轉(zhuǎn)器之間，并在所述第二方向上偏轉(zhuǎn)所述光束；以及中繼光 學(xué)系統(tǒng)，所述中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述第一偏轉(zhuǎn)器與所述第二偏轉(zhuǎn)器之間，并使從所述第 二偏轉(zhuǎn)器射出的光束對準(zhǔn)所述第一偏轉(zhuǎn)器。根據(jù)本發(fā)明的二維掃描投影儀，所述光源可包括在與所述第二方向?qū)?yīng)的方向上 對齊的多個發(fā)光單元，所述二維掃描投影儀可進(jìn)一步包括聚光光學(xué)系統(tǒng)，所述聚光光學(xué)系 統(tǒng)設(shè)置在所述光源與所述第一偏轉(zhuǎn)器之間，并被配置成使所述多個發(fā)光單元發(fā)出的多個光 束同時入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上。在這種情況下，通過使所述多個光束同時在掃描面上沿 所述第一方向掃描來實(shí)現(xiàn)二維掃描。根據(jù)本發(fā)明的二維掃描投影儀，優(yōu)選的是，所述第一角度和所述第二角度被設(shè)定 為具有相同的符號以及被設(shè)定成在包括所述光軸和所述第二方向的平面中，入射到所述第 一偏轉(zhuǎn)器上的所述主光線和與所述第一偏轉(zhuǎn)器的所述旋轉(zhuǎn)軸垂直相交的平面之間所形成 的角度小于所述第二角度。根據(jù)本發(fā)明的二維掃描投影儀，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)可具有有助于保持所述掃描面 上的恒定掃描速度的至少一個反射鏡。優(yōu)選的是，安裝在所述二維掃描投影儀上的所述掃描光學(xué)系統(tǒng)具有負(fù)畸變，所述 負(fù)畸變被限定在滿足f ( 0 + )彡H”彡ftan ( 0 + co)的f 0特性與ftan 0特性之間。根據(jù)所述二維掃描投影儀，即使當(dāng)投影儀被配置成上投投影型投影儀時，也可以 有效地抑制TV畸變和梯形畸變，而無需使用常規(guī)復(fù)雜的高精度掃描光學(xué)系統(tǒng)。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀的總體配置的輔助掃描剖面。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀中的展開光路。圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀所滿足的條件的相關(guān)參 數(shù)的示意圖。圖4是用于推導(dǎo)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀所滿足的條件的示意圖。圖5是用于推導(dǎo)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀所滿足的條件的示意圖。圖6是用于推導(dǎo)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀所滿足的條件的示意圖。圖7是用于推導(dǎo)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的二維掃描投影儀所滿足的條件的示意圖。圖8顯示了根據(jù)對比例的二維掃描投影儀的展開光路。圖9顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例1的二維掃描投影儀投影的圖像的畸變狀態(tài)。圖10顯示了通過根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例2的二維掃描投影儀投影的圖像的畸變狀態(tài)。圖11顯示了通過根據(jù)對比例的二維掃描投影儀投影的圖像的畸變狀態(tài)。圖12是圖2中顯示的橫向偏轉(zhuǎn)器周圍的光學(xué)系統(tǒng)的放大圖。圖13顯示了根據(jù)本發(fā)明的變形的二維掃描投影儀的展開光路。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上投投影型二維掃描投影儀100的總體配置。 投影儀100在殼體50中具有投影光學(xué)系統(tǒng)10、第一反光鏡Ml和第二反光鏡M2以及屏幕 So圖2顯示了二維掃描投影儀100中的展開光路。在圖2中，第一反光鏡Ml和第二 反光鏡M2的反射光路被展開。如圖2所示，投影光學(xué)系統(tǒng)10具有光源單元1、第二偏轉(zhuǎn)器 2、中繼光學(xué)系統(tǒng)(relaying optical system) 3、第一偏轉(zhuǎn)器4以及掃描光學(xué)系統(tǒng)5。用點(diǎn) 劃線表示的軸AX為掃描光學(xué)系統(tǒng)5的光軸。在下文中，在包括掃描光學(xué)系統(tǒng)5的光軸AX和第一偏轉(zhuǎn)器4的旋轉(zhuǎn)軸的截面中定 義的掃描光學(xué)系統(tǒng)5的光軸AX的法向被定義為縱向，與光軸AX和法向兩者都垂直的方向 被定義為橫向。例如，當(dāng)整個外形被當(dāng)成大致的長方體的二維掃描投影儀100被置于水平 面上時，橫向平行于放置二維掃描投影儀100的水平面并且等于第一方向，縱向與豎直方 向重合并且等于第二方向。在下文中，第一偏轉(zhuǎn)器4和第二偏轉(zhuǎn)器2分別被稱為橫向偏轉(zhuǎn) 器4和縱向偏轉(zhuǎn)器2。在圖1和圖2中，橫向被表示為Y方向，縱向被表示為Z方向。與Y方向和Z方向 兩者垂直的方向，即與作為掃描面的屏S垂直的設(shè)備的深度方向被定義為X方向。在實(shí)際中存在這樣的情況，除了第一反光鏡Ml和第二反光鏡M2之外，還在投影光 學(xué)系統(tǒng)10中放置反光鏡(未顯示)來折疊投影儀100中的光路。但是，在下文中，不考慮 每個反光鏡對光路的折疊，在解釋每個部件時假設(shè)光路是展開的。圖2中顯示的光源單元1發(fā)射激光，根據(jù)諸如圖像信號之類的外部輸入信號對激 光進(jìn)行開/關(guān)(on/off)調(diào)制。光源單元1發(fā)出的激光入射到縱向偏轉(zhuǎn)器2上?？v向偏轉(zhuǎn)器2被配置成能夠繞與圖2的紙面垂直的中心軸轉(zhuǎn)動。也就是說，縱向 偏轉(zhuǎn)器2是用于使激光在屏幕S的縱向上掃描的偏轉(zhuǎn)器。
被縱向偏轉(zhuǎn)器2的偏轉(zhuǎn)面偏轉(zhuǎn)的激光然后通過中繼光學(xué)系統(tǒng)3入射到橫向偏轉(zhuǎn)器 4上。在圖2中，為了便于圖示，僅顯示了橫向偏轉(zhuǎn)器4的中心軸。根據(jù)該實(shí)施例的中繼光 學(xué)系統(tǒng)3包括具有透鏡L31至L34的前透鏡組(front group)以及具有透鏡L35至L38的 后透鏡組(rear group)。在圖2中，位于中繼光學(xué)系統(tǒng)3的中部的虛線表示形成中間圖像 的位置。在該實(shí)施例中，中繼光學(xué)系統(tǒng)3中的軸向光束入射到屏S上的大致中心位置上。也 就是說，中繼光學(xué)系統(tǒng)3中的軸向光束產(chǎn)生投影圖像的中心區(qū)域。橫向偏轉(zhuǎn)器4被配置為能夠繞與圖2的紙面平行的中心軸轉(zhuǎn)動。也就是說，橫向 偏轉(zhuǎn)器4是用于使入射激光在屏S的橫向上掃描的偏轉(zhuǎn)器。激光在與橫向偏轉(zhuǎn)器4的轉(zhuǎn)動狀態(tài)對應(yīng)的角度連續(xù)被偏轉(zhuǎn)并入射到掃描光學(xué)系 統(tǒng)5上。應(yīng)注意，在該實(shí)施例中，掃描光學(xué)系統(tǒng)5包括四個透鏡L51至L54，總體上具有f 9 特性。但是，構(gòu)成掃描光學(xué)系統(tǒng)5的透鏡的數(shù)量是一個示例。掃描光學(xué)系統(tǒng)5的每個透鏡 L51至L54不偏軸。也就是說，透鏡的中心軸互相重合，并構(gòu)成掃描光學(xué)系統(tǒng)5的光軸AX。 每個透鏡L51至L54具有關(guān)于光軸AX旋轉(zhuǎn)對稱的放大率(power)。從掃描光學(xué)系統(tǒng)5出射的激光沿橫向方向在屏幕S上進(jìn)行掃描。如上所述，根據(jù) 本發(fā)明的二維掃描投影儀100被配置為上投投影型的。因此，如圖2所示，屏幕S的中心Sc 沿縱向(即Z方向)偏離光軸AX與包括屏S的平面(Y-Z面)的交點(diǎn)P。在二維掃描投影儀100中，在橫向偏轉(zhuǎn)器4沿橫向進(jìn)行的每次掃描中，縱向偏轉(zhuǎn)器 2轉(zhuǎn)動預(yù)定量。該預(yù)定量被限定為與在屏幕S上掃描時同時使用的激光束的數(shù)目和每個激 光束在屏幕S上形成的光斑的尺寸相乘所得到的長度對應(yīng)的量。通過重復(fù)掃描，在屏幕S 上形成二維圖像。也就是說，與可轉(zhuǎn)動的感光鼓不同，作為該實(shí)施例中的掃描面的屏幕S相 對于掃描光學(xué)系統(tǒng)5是固定的。在如上文所述配置的二維掃描投影儀100中，橫向偏轉(zhuǎn)器4被設(shè)置成偏轉(zhuǎn)器4的 中心軸4a相對于Z方向傾斜。也就是說，橫向偏轉(zhuǎn)器4被設(shè)置成其本身的中心軸與Z方向 之間形成的角度(以后稱為第一角度P)取除0°以外的值。當(dāng)中心軸與Z方向重合時，該 角度(第一角度P)是0°，圖12所示的箭頭表示的方向(逆時針方向)被定義成正向。 圖12是顯示橫向偏轉(zhuǎn)器4周圍的光學(xué)系統(tǒng)的放大圖。此外，二維掃描投影儀100被配置成通過中繼光學(xué)系統(tǒng)3的光束斜入射到橫向偏 轉(zhuǎn)器4上。特別的，二維掃描投影儀100被配置成，當(dāng)光束入射到橫向偏轉(zhuǎn)器4上時，在入 射到橫向偏轉(zhuǎn)器4上的光束中，會通過屏幕S的中心Sc的光束的主光線L相對于光軸AX 在X-Z面內(nèi)形成第二角度0。應(yīng)注意的是，第二角度0取除0°以外的值。當(dāng)入射到橫向 偏轉(zhuǎn)器4上的主光線L位于X-Y面內(nèi)時，第二角度0為0°。在圖12中，箭頭所表示方向 (逆時針方向)被定義為正向。如上所述，根據(jù)該實(shí)施例的二維掃描投影儀100被配置成橫向偏轉(zhuǎn)器4傾斜且光 束斜入射到橫向偏轉(zhuǎn)器4上。通過這種配置，可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)。首先，可以將上投投影型投影儀中會出現(xiàn)的TV畸變適當(dāng)?shù)匾种频交镜扔诜巧?投投影型投影儀的TV畸變的水平。一般而言，在與橫向偏轉(zhuǎn)器4的中心軸垂直的平面(為 方便起見，稱之為旋轉(zhuǎn)截面)中掃描的光束不會導(dǎo)致掃描線彎曲(bow)。此外，特別是在包 括光軸AX的旋轉(zhuǎn)截面中掃描的光束的情況中，光束不會導(dǎo)致縱向方向上的彎曲。因此，橫 向偏轉(zhuǎn)器4傾斜，從而旋轉(zhuǎn)截面和屏幕S上的投影圖像互相接近。也就是說，由于可以通過
7在旋轉(zhuǎn)截面附近掃描的光學(xué)上合適的光束來形成投影圖像，可以適當(dāng)?shù)匾种芓V畸變。換言 之，可以使主光線L相對于橫向偏轉(zhuǎn)器4(旋轉(zhuǎn)截面)的入射角比第二角度0小。因此，可 以適當(dāng)?shù)匾种茠呙杈€的彎曲，具有較小程度的TV畸變的圖像可以被投影到屏幕S上。第二，可以將上投投影型投影儀中會出現(xiàn)的梯形畸變抑制到非上投投影型投影儀 的梯形畸變的水平。特別的，通過傾斜橫向偏轉(zhuǎn)器4，通過橫向偏轉(zhuǎn)器4形成的圖像(通過 橫向偏轉(zhuǎn)器4的反射圖像)也是傾斜的。也就是說，通過使橫向偏轉(zhuǎn)器4傾斜適當(dāng)?shù)慕嵌龋?可以給予圖像能夠抵消由于上投投影引起的梯形畸變的畸變。第三，通過傾斜橫向偏轉(zhuǎn)器4，可以增大表觀視角(apparent angle of view) 0因 此，與橫向偏轉(zhuǎn)器4不傾斜的情況相比，可以加寬屏幕S上的特定高度處的掃描范圍。第四，可以抑制一些由于光束傾斜入射到橫向偏轉(zhuǎn)器4而出現(xiàn)的現(xiàn)象。一般而言， 當(dāng)入射到橫向偏轉(zhuǎn)器4上的光束的傾斜量增大時，即，當(dāng)橫向偏轉(zhuǎn)器4上的入射角增大時， 入射光束在橫向偏轉(zhuǎn)器4的偏轉(zhuǎn)面上形成的光斑的直徑增大。由于光斑的直徑增大，在反 射時很大程度上導(dǎo)致光束旋轉(zhuǎn)(beam rotation)(在屏幕S上形成的束斑根據(jù)被橫向偏轉(zhuǎn) 器4反射的光束的偏轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象)。通過將橫向偏轉(zhuǎn)器4設(shè)置成傾斜的，可以減小光束 在橫向偏轉(zhuǎn)器4處的傾斜角。因此，可以有效地抑制上述現(xiàn)象。為了增強(qiáng)上文所述的第四個優(yōu)點(diǎn)的效果，根據(jù)該實(shí)施例的二維掃描投影儀100被 配置成第一角度P和第二角度0具有相同的符號。為了獲得上文所述的優(yōu)點(diǎn)，二維掃描投影儀100被配置成滿足下面的條件(1)和 ⑵。在這種情況下，H代表交點(diǎn)P與屏幕S的下邊中點(diǎn)之間的距離，D代表交點(diǎn)P與屏幕S 的下邊的一個端點(diǎn)之間的距離，H”代表交點(diǎn)P與屏幕S的上邊中點(diǎn)之間的距離，D”代表交 點(diǎn)P與屏幕S的上邊的一個端點(diǎn)之間的距離，f代表掃描光學(xué)系統(tǒng)5的焦距，a代表橫向 的半視角(half angle of view), P代表第一角度，0代表第二角度，《代表縱向的半視 角。圖3中顯示了這些參數(shù)。
tanp + tan(" + at)/cos a > 丑丨’ tan(D"http://)(丄)
1 - tan p tan(/ + <y)/cos orD"
tanp + tan(^ -co)/cosa < ^ tan(jD//)(2)
l-tan/7 tan(/0 - co)f cos aD可通過下式得到橫向的半視角a。在這種情況下，Ys代表屏幕在Y方向上的長度。a = (Ys/f)/cos(^+p)可通過下式得到縱向的半視角《。在這種情況下，Zs代表屏幕S在Z方向上的長度。co = Zs/f條件(1)是用于設(shè)計(jì)投影儀使得位于屏幕S的上邊處的掃描線變成直線或具有朝 中心Sc凸出的曲線的條件。條件(2)是用于設(shè)計(jì)投影儀使得位于屏幕S的下邊處的掃描 線變成直線或具有朝中心Sc凸出的曲線的條件。更特別地，當(dāng)每個上述條件(1)和(2)具 有等號關(guān)系時，投影圖像是矩形的。也就是說，在這種情況下，屏幕S的下邊處的掃描線和 屏幕S的上邊處的掃描線基本上都變成直線。在其他情況下，投影圖像是所謂的線軸形的 (spool-like shape)。當(dāng)投影圖像是矩形的或線軸形的時，可以投射出具有與屏幕S對應(yīng)
8的矩形形狀的圖像，而不會導(dǎo)致沒有掃描線存在的區(qū)域(即非顯示區(qū))的出現(xiàn)。通過進(jìn)一步滿足下面的條件(3)，可以增強(qiáng)上文所述的優(yōu)點(diǎn)的效果。在這種情況 下，H’代表交點(diǎn)P與屏幕S的中心之間的距離，D’代表交點(diǎn)P與屏幕S的側(cè)邊中點(diǎn)之間的距離。tanp + tan^/cosor ￡ tan(Z)'//).... (3) l-tanyotanyff/cosa D'條件(3)是用于屏幕S的中心處的減小TV畸變的條件。滿足條件(3)可以使二 維掃描投影儀100投射出接近于非上投投影型所投射的圖像的高質(zhì)量圖像。此外，通過在 滿足條件(3)的范圍內(nèi)增大第一角度P，可以在確保大的視角的同時減小設(shè)備的厚度，并 增強(qiáng)校正梯形畸變的功能。接下來，參考圖4至圖7解釋推導(dǎo)上文所述的條件(1)至條件(3)的過程。圖4 顯示了橫向偏轉(zhuǎn)器4處于旋轉(zhuǎn)截面4p與水平面平行的狀態(tài)的情形。也就是說，在圖4中， 橫向偏轉(zhuǎn)器4被設(shè)置成中心軸4a與Z方向平行。讓我們考慮這樣的情況從橫向偏轉(zhuǎn)器4 反射的光束相對于橫向偏轉(zhuǎn)器4的旋轉(zhuǎn)截面4p以角度(0+03)前進(jìn)。在這種情況下，我們 假設(shè)橫向偏轉(zhuǎn)器4不轉(zhuǎn)動。也就是說，光束不被橫向偏轉(zhuǎn)器4偏轉(zhuǎn)，并且光束在包括掃描光 學(xué)系統(tǒng)5的光軸AX的X-Z面上前進(jìn)。讓我們考慮沿圖4中顯示的光束的光路從橫向偏轉(zhuǎn)器4偏離恒定距離(例如1) 的點(diǎn)A。點(diǎn)A的坐標(biāo)(X，Y，Z)可表示成如下形式X...cos(3+w)Y…0Z...sin(3+w)圖5顯示了橫向偏轉(zhuǎn)器4從圖4所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)動了特定量且光束被偏轉(zhuǎn)角度 a (即橫向的半視角)的狀態(tài)。如圖5所示，當(dāng)光束被偏轉(zhuǎn)角度a時，點(diǎn)A移動到點(diǎn)A’。點(diǎn) A’的坐標(biāo)(X，Y，Z)可表示成如下形式X...cos a cos(3+w)Y...sina cos(3+w)Z...sin(3+w)圖6顯示了橫向偏轉(zhuǎn)器4在保持圖5所示狀態(tài)的同時傾斜預(yù)定量的狀態(tài)。特別地， 圖6所示的橫向偏轉(zhuǎn)器4被設(shè)置成偏轉(zhuǎn)器4的中心軸4a在X-Z面中相對于Z方向傾斜第 一角度P。因此，傾斜的橫向偏轉(zhuǎn)器4的旋轉(zhuǎn)截面4p’相對于旋轉(zhuǎn)截面4p (水平面)傾斜。 在圖6中，與X方向、Y方向和Z方向?qū)?yīng)的方向分別被定義為x方向、y方向和z方向。如圖6所示，當(dāng)橫向偏轉(zhuǎn)器4傾斜時，點(diǎn)A’的坐標(biāo)(X，Y，Z)如下表示X... cos p cos a cos +co) -sin p sin +co)Y...sina cos(3+w)Z... sin p cos a sin +co) +cos p sin +co)基于上述解釋，推導(dǎo)出用于在屏幕S上投影不具有TV畸變和梯形畸變的高質(zhì)量圖 像的條件(1)。圖7是用于推導(dǎo)條件(1)的示意圖。在圖7中，假設(shè)點(diǎn)A’位于屏幕S的上 邊的一端附近。圖7中顯示的角度0被定義為屏幕的法線(即光軸AX)與前進(jìn)到點(diǎn)A’的光線之間形成的角度。通過下式得到角度e
權(quán)利要求
一種二維掃描投影儀，其使從光源發(fā)出的光束在第一方向上和與第一方向垂直的第二方向上掃描以在掃描面上投影二維圖像，包括第一偏轉(zhuǎn)器，所述第一偏轉(zhuǎn)器在第一方向上偏轉(zhuǎn)光束；以及掃描光學(xué)系統(tǒng)，所述掃描光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述第一偏轉(zhuǎn)器和所述掃描面之間，其中所述掃描光學(xué)系統(tǒng)被配置成組成所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)部件的中心軸彼此共線以限定所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光軸，并且所述光學(xué)部件中的每一個都具有關(guān)于所述光軸旋轉(zhuǎn)對稱的放大率；所述掃描面的中心在所述第二方向上偏離所述光軸與包括所述掃描面的平面的交點(diǎn)；所述第一偏轉(zhuǎn)器被設(shè)置成所述第一偏轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)軸在包括所述光軸和所述第二方向的平面中相對于所述第二方向傾斜第一角度；以及從所述光源發(fā)出的光束入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上，從而在包括所述光軸和所述第二方向的平面中，入射到投影圖像的中心的所述光束的主光線斜入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上以相對于所述光軸形成第二角度。
2.如權(quán)利要求1所述的二維掃描投影儀，進(jìn)一步滿足下面兩個條件 tan/ + tan(yg + a)/cos or ^ 丑,,tan(Z)"http://)…⑴
3.如權(quán)利要求2所述的二維掃描投影儀，進(jìn)一步滿足下面的條件
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的二維掃描投影儀，進(jìn)一步包括第二偏轉(zhuǎn)器，所述第二偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述光源與所述第一偏轉(zhuǎn)器之間，并在所述第二 方向上偏轉(zhuǎn)所述光束；以及中繼光學(xué)系統(tǒng)，所述中繼光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述第一偏轉(zhuǎn)器與所述第二偏轉(zhuǎn)器之間，并 使從所述第二偏轉(zhuǎn)器射出的光束對準(zhǔn)所述第一偏轉(zhuǎn)器。
5.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的二維掃描投影儀，其中所述光源包括在與所述第二方向?qū)?yīng)的方向上對齊的多個發(fā)光單元， 其中所述二維掃描投影儀進(jìn)一步包括聚光光學(xué)系統(tǒng)，所述聚光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述光源與所述第一偏轉(zhuǎn)器之間，并被配置 成使所述多個發(fā)光單元發(fā)出的多個光束同時入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上，以及其中通過使所述多個光束同時在掃描面上沿所述第一方向掃描來實(shí)現(xiàn)二維掃描。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的二維掃描投影儀，其中所述第一角度和所述第二角度被設(shè)定為具有相同的符號以及被設(shè)定成在包括所 述光軸和所述第二方向的平面中，入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上的所述主光線和與所述第一偏 轉(zhuǎn)器的所述旋轉(zhuǎn)軸垂直相交的平面之間所形成的角度小于所述第二角度。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的二維掃描投影儀，其中所述掃描光學(xué)系統(tǒng)具有有助 于保持所述掃描面上的恒定掃描速度的至少一個反射鏡。
8.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的二維掃描投影儀，其中所述掃描光學(xué)系統(tǒng)具有負(fù)畸 變，所述負(fù)畸變被限定在滿足f ( 3 + )彡H”彡ftan⑶+ co)的f 0特性與ftan 0特性之 間。全文摘要
一種二維掃描投影儀，包括用于在第一方向上偏轉(zhuǎn)光束的第一偏轉(zhuǎn)器以及設(shè)置在所述第一偏轉(zhuǎn)器和掃描面之間的掃描光學(xué)系統(tǒng)。所述掃描光學(xué)系統(tǒng)被構(gòu)造成組成所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)部件的中心軸與所述掃描光學(xué)系統(tǒng)的光軸共線，并且所述光學(xué)部件中的每一個都具有關(guān)于所述光軸旋轉(zhuǎn)對稱的放大率。所述掃描面的中心在第二方向上從包括掃描面的平面與所述光軸的交點(diǎn)偏離。所述第一偏轉(zhuǎn)器被設(shè)置成使其旋轉(zhuǎn)軸在包括所述光軸和所述第二方向的平面中相對于所述第二方向傾斜第一角度。從所述光源發(fā)出的光束斜入射到所述第一偏轉(zhuǎn)器上，從而在包括所述光軸和所述第二方向的平面中，入射到投影圖像的中心的所述光束的主光線與所述光軸形成第二角度。
文檔編號G02B26/10GK101981486SQ200880128258
公開日2011年2月23日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者松岡祥平 申請人:Hoya株式會社