Блок оптического сканирования, проектор изображений, включающий в себя его, автомобильное устройство отображения на ветровом стекле и мобильный телефон

Блок оптического сканирования, проектор изображений, включающий в себя его, автомобильное устройство отображения на ветровом стекле и мобильный телефон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к блоку оптического сканирования и проектору изображений, включающему в себя его. В частности, оно относится к проектору изображений, который создает двухмерные изображения на плоскости проекции путем двухмерного сканирования световым пучком с использованием оптического дефлектора, и который можно устанавливать в малоразмерном электронном устройстве, например в мобильном телефоне или автомобильном дисплее на ветровом стекле.

Уровень техники

К настоящему времени получил широкое распространение проектор изображений, который содержит осветительную систему, включающую в себя источник света, пространственный модулятор света, модулирующий силу света из осветительной системы, и проекционную линзу, формирующую изображение с помощью света, модулируемого пространственным модулятором света. Существует возрастающая потребность в уменьшении размеров проектора изображений.

Кроме того, в качестве источника света приобрели популярность СИД и ЛД (лазерный диод), и было разработано малоразмерное электронное устройство, например мобильный телефон, включающий в себя проектор изображений.

Была предложена другая разновидность проектора изображений, использующего блок оптического сканирования. В этом блоке оптического сканирования оптический дефлектор отклоняет в двух измерениях световой пучок от источника света для двухмерного сканирования плоскости проекции пятнами и формирования двухмерного изображения с использованием эффектов остаточного изображения. В таком блоке оптического сканирования применяется многоугольное зеркало, гальванозеркало, устройства MEMS, изготовленные по технологии MEMS (Micro Electro Mechanical System) и т.п. для оптического дефлектора, отклоняющего световой пучок из источника света.

Такой блок оптического сканирования сталкивается с той трудностью, что проецируемые изображения могут иметь различные виды деформаций вследствие двухмерного сканирования. Для решения этой проблемы предпринимались различные попытки.

Одним примером является система оптического сканирования в виде линзы поворотно-асимметричной формы f-арксинус θ для достижения постоянной скорости сканирования и корректировки деформации изображения, которая раскрыта, например, в японской патентной заявке, не прошедшей экспертизу, 2006-178346 (Ссылка 1).

Другим примером является система оптического сканирования, имеющая поворотно-асимметричную отражающую поверхность для корректировки трапецеидальных деформаций или телевизионных искажений, которая раскрыта, например, в японской патентной заявке, не прошедшей экспертизу, 2005-234 157 (Ссылка 2).

Еще одним примером является система оптической коррекции в виде столбчатой линзы с вогнутой поверхностью, которая корректирует неравномерность яркости изображения, обусловленную углами сканирования, которая раскрыта, например, в международной патентной заявке WO 2005/083493 (Ссылка 3).

Существует возрастающая потребность в проекторе изображений, установленном в малоразмерном электронном устройстве, например мобильном телефоне, для осуществления проекции на очень малых расстояниях, в котором более крупные двухмерные изображения формируются на очень малых расстояниях от устройства до плоскости проекции. Проекция на очень малых расстояниях включает в себя не только вертикальную проекцию (на плоскость, ортогональную направлению распространения светового пучка сканирования) на очень малых расстояниях, но и проекцию двухмерного изображения 62 на плоскость 61, где располагается мобильный телефон 60, например, согласно фиг. 29. Мобильный телефон 60 включает в себя проектор изображений в качестве ультракомпактного проекционного устройства. Проектор изображений должен иметь возможность проецировать хорошие двухмерные изображения на плоскость 61 и быть оптической системой относительно простой конструкции в отличие от современных, конструкция которых сложна ввиду миниатюризации.

Однако существует ограничение на угол отклонения θ оптического дефлектора, входящего в состав устройства MEMS и т.п. Например, при максимальном угле отклонения θ оптического дефлектора ±8 градусов, угол сканирования светового пучка будет составлять ±16 градусов, в связи с чем получаемые изображения ограничиваются изображениями с полным углом поля 32 градуса. Для формирования проецируемого изображения размером А4 с использованием оптического дефлектора, малоразмерному электронному устройству потребуется длинное расстояние свыше 50 см.

Таким образом, необходимо отклонять световой пучок с увеличенным углом с помощью оптического дефлектора для достижения проекции на очень малых расстояниях в блоке оптического сканирования посредством двухмерного сканирования.

Однако системы оптического сканирования, раскрытые в ссылках 1 и 2, являются столь сложными и большими структурами, что они не пригодны для малоразмерных электронных устройств, например мобильного телефона. Они не пригодны для достижения сокращения размера и, одновременно, проецирования изображений на очень малых расстояниях.

Кроме того, система оптического сканирования, раскрытая в Ссылке 3, корректирует угол отклонения света для обеспечения постоянной скорости сканирования пятна в плоскости изображения (плоскости проекции) для достижения однородного распределения яркости. Однако в этой ссылке не раскрыта компактная система сканирования, способная проецировать большое изображение на плоскость на очень малых расстояниях.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение блока оптического сканирования, который обеспечивает большой угол сканирования с использованием оптического дефлектора с малым углом отклонения, проектора изображений, который может проецировать большие двухмерные изображения на очень малых расстояниях, и автомобильного дисплея на ветровом стекле и мобильного телефона, включающего в себя проектор изображений.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения блок оптического сканирования содержит источник света; элемент преобразования расходящегося светового пучка, имеющий такую положительную силу, чтобы преобразовывать расходящийся световой пучок из источника света в сходящийся световой пучок для формирования пятна на плоскости проекции; оптический дефлектор, отклоняющий свет из элемента преобразования расходящегося светового пучка в первое направление сканирования и второе направление сканирования, которое ортогонально первому направлению сканирования; и элемент преобразования угла отклонения, имеющий такую отрицательную силу, чтобы преобразовывать угол отклонения света, отклоняемого оптическим дефлектором. Положительная сила означает оптическую силу линзы, позволяющую преобразовывать параллельный световой пучок в сходящийся световой пучок, а отрицательная сила означает оптическую силу линзы, позволяющую преобразовывать параллельный световой пучок в расходящийся световой пучок.

В одних признаках вышеозначенного аспекта элемент преобразования угла отклонения выполнен в виде одиночной линзы.

В других признаках вышеозначенного аспекта элемент преобразования угла отклонения выполнен в виде совокупности линз, сформированных из разных стеклянных материалов.

В других признаках вышеозначенного аспекта оптический дефлектор состоит из первого участка дефлектора, который отклоняет свет из элемента преобразования расходящегося светового пучка в первом направлении сканирования, и второго участка дефлектора, который отклоняет свет из элемента преобразования расходящегося светового пучка во втором направлении сканирования; и первый и второй участки дефлектора сформированы как единое целое.

В других признаках вышеозначенного аспекта оптический дефлектор включает в себя зеркальный участок, который способен поворачиваться первым и вторым участками дефлектора, и угол падения между нормальным направлением зеркального участка и направлением распространения света, излучаемого из источника света и проходящего через элемент преобразования расходящегося светового пучка, задан равным 45 градусам или менее в первом и втором направлениях сканирования.

В других признаках вышеозначенного аспекта блок оптического сканирования дополнительно содержит делитель пучка между оптическим дефлектором и элементом преобразования угла отклонения, который делает направление распространения света, излучаемого из источника света и проходящего через элемент преобразования расходящегося светового пучка, совпадающим с нормальным направлением зеркального участка в опорной позиции в первом и втором направлениях сканирования, и оптический дефлектор включает в себя зеркальный участок, который способен поворачиваться первым и вторым участками дефлектора.

В других признаках вышеозначенного аспекта оптический дефлектор состоит из оптического вибрационного элемента, который совершает возвратно-поступательное движение вокруг опорной штанги в первом и втором направлениях сканирования. Кроме того, когда опорная оптическая ось является направлением распространения света, отклоняемого оптическим вибрационным элементом, когда оптический вибрационный элемент находится в опорной позиции, угол отклонения θ является углом распространения света, отклоняемого оптическим дефлектором, относительно опорной оптической оси, и угол сканирования α является углом распространения света, преобразованного элементом преобразования угла отклонения, относительно опорной оптической оси, элемент преобразования угла отклонения преобразует угол отклонения падающего света, проходящего по опорной оптической оси, для выполнения условия θ=α, и преобразует угол отклонения падающего света, не проходящего по опорной оптической оси, для выполнения условия θ<α.

В других признаках вышеозначенного аспекта элемент преобразования расходящегося светового пучка и элемент преобразования угла отклонения являются поворотно-симметричными линзами.

В других признаках вышеозначенного аспекта элемент преобразования угла отклонения является поворотно-асимметричной линзой.

В других признаках вышеозначенного аспекта, по меньшей мере, одна поверхность элемента преобразования угла отклонения выполнена в асферической форме.

В других признаках вышеозначенного аспекта направление оптической оси от оптического дефлектора к элементу преобразования угла отклонения наклонено относительно плоскости проекции, которая подвергается двухмерному сканированию светом, отклоняемым в первом и втором направлениях сканирования оптическим дефлектором и излучаемым через элемент преобразования угла отклонения.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения проектор изображений содержит вышеуказанный блок оптического сканирования и блок управления, управляющий блоком оптического сканирования, причем блок управления содержит схему управления источником света, которая управляет световым излучением источника света, схему регулировки угла отклонения, которая управляет углом отклонения оптического дефлектора, и схему обработки изображения, которая надлежащим образом корректирует полученные данные изображения и выводит скорректированные данные изображения на схему регулировки угла отклонения и схему управления источником света.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения автомобильное устройство отображения на ветровом стекле содержит вышеуказанный проектор изображений.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения мобильный телефон содержит вышеуказанный проектор изображений.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схема конструкции проектора изображений согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - схема конструкции оптического дефлектора.

Фиг. 3A - сходящийся световой пучок вдоль опорной оптической оси Lb, и фиг. 3B - сходящийся световой пучок с углом наклона (углом отклонения θ) относительно опорной оптической оси Lb, когда сходящийся световой пучок проходит через элемент преобразования угла отклонения.

Фиг. 4A-4C - графики, демонстрирующие измеренные значения в присутствие и в отсутствие элемента преобразования угла отклонения, фиг. 4A - изменение угла сканирования (угла отклонения), фиг. 4B - изменение скорости сканирования, и фиг. 4C - изменение скорости сканирования, полученное из фиг. 4B согласно нормализованным максимальным значениям.

Фиг. 5A - график, демонстрирующий величину прогиба и изменение величины прогиба на поверхности падения относительно радиуса от оптической оси элемента преобразования угла отклонения, и фиг. 5B - график, демонстрирующий те же величины на выходной поверхности.

Фиг. 6 - схема проектора изображений с отражательным элементом, отличным от показанного на фиг. 1.

Фиг. 7 - схема проектора изображений с отражательным элементом, отличным от показанных на фиг. 1 и 6.

Фиг. 8 - схема проектора изображений согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 9 - схема проектора изображений согласно третьему варианту осуществления.

Фиг. 10 демонстрирует ухудшение цветного изображения в плоскости проекции и его коррекцию.

Фиг. 11 - схема автомобильного устройства отображения на ветровом стекле согласно четвертому варианту осуществления.

Фиг. 12 - соотношение между размером пучка на зеркальном участке и элементе преобразования расходящегося светового пучка.

Фиг. 13 - оптические пути, полученные путем моделирования с использованием оптимально сконструированной оптической системы (блока оптического сканирования).

Фиг. 14 - схема конструкции блока оптического сканирования в модификации проектора изображений согласно первому варианту осуществления.

Фиг. 15A-15F - пятна на экране, сформированные модификацией проектора изображений под углами падения φ 0, 15, 30, 45, 60, 75 градусов соответственно.

Фиг. 16 - демонстрирует формирование пятен на фиг. 15A-15F.

Фиг. 17 - схема конструкции блока оптического сканирования в модификации проектора изображений согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 18 - вид в разрезе первого элемента преобразования расходящегося светового пучка в модификации проектора изображений (блока оптического сканирования) согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 19 - вид в разрезе второго элемента преобразования расходящегося светового пучка в модификации проектора изображений (блока оптического сканирования) согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 20 - вид в разрезе блока объединения оптических путей в модификации проектора изображений (блока оптического сканирования) согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 21 - вид в разрезе фокусирующей линзы в модификации проектора изображений (блока оптического сканирования) согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 22 - вид в разрезе элемента преобразования угла отклонения в модификации проектора изображений (блока оптического сканирования) согласно второму варианту осуществления.

Фиг. 23 - схема конструкции проектора изображений согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 24 - схема другого блока оптического сканирования для сравнения с блоком оптического сканирования проектора изображений согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 25A, 25B - схемы пятен на плоскости изображения, когда оптический дефлектор поворачивается на 5 градусов вокруг оси X блоком оптического сканирования согласно пятому варианту осуществления и блоком оптического сканирования, показанным на фиг. 24 соответственно.

Фиг. 26 - схема конструкции блока оптического сканирования в модификации проектора изображений согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 27A - схема пятен на плоскости изображения, когда оптический дефлектор находится в опорной позиции (стационарной позиции), повернутой на 0 градусов (амплитуда=0), и фиг. 27B - то же самое, когда оптический дефлектор повернут на 15 градусов (амплитуда=15 градусов) в модификации блока оптического сканирования согласно пятому варианту осуществления.

Фиг. 28A - вид сбоку мобильного телефона на плоскости согласно шестому варианту осуществления, и фиг. 28B - мобильный телефон, показанный на фиг. 28A, если смотреть по стрелке A.

Фиг. 29 - иллюстративный мобильный телефон, включающий в себя проектор изображений.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Первый вариант осуществления

На фиг. 1 показана схема проектора 1 изображений согласно первому варианту осуществления, и на фиг. 2 показана схема конструкции оптического дефлектора 13. Согласно фиг. 1 угол между главным лучом, отклоняемым оптическим дефлектором 13, и опорной оптической осью Lb определяется как угол отклонения θ, тогда как угол между главным лучом, прошедшим через элемент 14 преобразования угла отклонения, и опорной оптической осью Lb определяется как угол сканирования α. Опорная оптическая ось - это направление распространения главного луча, отклоняемого (отражаемого) оптическим дефлектором 13, когда оптический дефлектор 13 находится в опорной позиции (стационарной позиции:θ=α=0), что описано ниже.

В первом варианте осуществления проектор 1 изображений содержит блок оптического сканирования 10 и блок управления 20. Блок оптического сканирования 10 в основном содержит источник света 11, элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка (собирающая линза), оптический дефлектор 13 (оптический вибрационный элемент) и элемент 14 преобразования угла отклонения, которые образуют оптическую проекционную систему для проецирования изображений на экран Sc.

Источник света 11 представляет собой монохромный источник света, например полупроводниковый лазер, излучающий красный световой пучок с центральной длиной волны 638 нм в настоящем варианте осуществления. Источник света 11 и оптический дефлектор 13 излучают под управлением блока управления 20, описанного ниже.

Элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка приспособлен иметь положительную силу для преобразования расходящегося светового пучка (далее, светового пучка P), излучаемого источником света 11, в сходящийся световой пучок. Таким образом, элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка преобразует угол расхождения светового пучка P из источника света 11 в угол схождения для формирования пятен S с заранее определенным размером на экране Sc.

Оптический дефлектор 13 отклоняет, для сканирования, световой пучок P в качестве сходящегося светового пучка из элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка в первом и втором направлениях сканирования, которые ортогональны друг другу в двух измерениях. Первое и второе направления сканирования содержатся в плоскости проекции (на экране Sc), и, согласно фиг. 1, они представляют собой направление, ортогональное плоскости чертежа (см. стрелку x), и вертикальное направление (см. стрелку y), если смотреть спереди.

Согласно фиг. 2 оптический дефлектор 13 в основном содержит прямоугольную внешнюю раму 13a (первый участок дефлектора), прямоугольную внутреннюю раму 13b (первый участок дефлектора), размещенную внутри внешней рамы 13a, и подвижный прямоугольный зеркальный участок 13c, расположенную внутри внутренней рамы 13b. Зеркальный участок 13c включает в себя зеркальную поверхность, отражающую световой пучок и поддерживается с возможностью вращения внутренней рамой 13b с помощью пары опорных штанг 13d. Внутренняя рама 13b поддерживается с возможностью вращения внешней рамой 13a с помощью пары опорных штанг 13e, которые проходят ортогонально относительно опорных штанг 13d. Таким образом, зеркальный участок 13c поворачивается в горизонтальном направлении вокруг пары опорных штанг 13d, тогда как внутренняя рама 13b поворачивается в вертикальном направлении, например, вокруг пары опорных штанг 13e. Одно из направлений вращения является первым направлением сканирования, и другое является вторым направлением сканирования.

Такой оптический дефлектор 13 может состоять из известного зеркала MEMS, выполненного из кристаллов кремния. Например, в этом зеркале MEMS, зеркальный участок 13c и внутренняя рама 13b формируются над нижней поверхностью подложки кристалла кремния путем травления.

В зеркале MEMS не показанные два электрода формируются на нижней подложке зеркального участка, соответствующие правому и левому участкам зеркального участка 13c. При подаче напряжения между электродом зеркального участка 13c и двумя электродами на нижней подложке, электростатические силы действуют на пару опорных штанг 13d и наклоняют зеркальный участок 13c.

Кроме того, в зеркале MEMS не показанные два электрода формируются на нижней подложке внутренней рамы 13b, соответствующие верхнему и нижнему участкам внутренней рамы 13b. При подаче напряжения между электродом внутренней рамы 13b и двумя электродами на нижней подложке, электростатические силы действуют на пару опорных штанг 13e и наклоняют внутреннюю раму 13b.

Зеркальный участок 13c может быть приспособлен так, чтобы включать в себя магнитный элемент на своей задней поверхности и наклоняться магнитной силой, создаваемой катушкой на нижней подложке, или он может быть приспособлен так, чтобы наклоняться силой деформации пьезоэлектрического элемента. Он не подлежит ограничению первым вариантом осуществления.

Для отклонения светового пучка таким зеркалом MEMS с высокой скоростью, зеркальный участок 13c должен приводиться в движение вблизи точки резонанса. Вследствие этого угол отклонения или угол наклона зеркального участка 13c должен изменяться по синусоидальному закону относительно времени. Зеркальный участок 13c имеет чрезвычайно малый размер около 1 мм, и его вращательный момент очень мал, благодаря чему его первичная резонансная частота может увеличиваться в направлении деформации согласно толщине или ширине (конструкции) пары опорных штанг 13d. Можно легко получить высокую первичную резонансную частоту вокруг опорных штанг 13d (горизонтальное направление). В настоящем варианте осуществления вращение вокруг опорных штанг 13d или горизонтальное сканирование устанавливается в направлении высокоскоростного сканирования (основном направлении сканирования), тогда как вращение вокруг опорных штанг 13e или вертикальное сканирование устанавливается во вспомогательном направлении сканирования.

Трудно достигнуть увеличения амплитуды зеркального участка 13c обычным методом возбуждения и стабилизировать его движения в силу неоднородной движущей силы, сопротивления воздуха и т.п. Однако зеркало MEMS согласно настоящему варианту осуществления может стабильно двигаться с амплитудой, достаточно большой для сканирования всего экрана Sc, поскольку зеркальный участок 13c возбуждается вблизи первичной резонансной частоты. Кроме того, необходимо увеличивать амплитуду внутренней рамы 13b, которая вращается/вибрирует в направлении (вокруг опорных штанг 13e), ортогональном направлению вращения/вибрации зеркального участка 13c, для достижения проекции на очень малых расстояниях. Однако поскольку это вспомогательное направление сканирования, внутренняя рама 13b должна возбуждаться во вспомогательном направлении сканирования на низкой частоте, которая зависит от количества кадров изображения в секунду (например, 30, 60 или 120 Гц для генерации изображения 30, 60 или 120 кадров в секунду). Для возбуждения внутренней рамы 13b на низкой частоте за счет резонанса между внутренней рамой 13b и опорными штангами 13e, необходимо формировать очень тонкие опорные штанги 13e в качестве осей вращения, но это не практично, поскольку тонкие штанги не могут обладать достаточной ударостойкостью и легко могут быть разбиты. Для увеличения толщины опорных штанг 13e резонансная частота A вращения (вибрации) вокруг опорных штанг 13e должна быть установлена равной высокому значению. Поскольку резонансная частота B внутренней рамы 13b устанавливается равной низкому значению, и резонансные частоты A, B не совпадают друг с другом, резонанс здесь нельзя использовать. В заключение, необходимо использовать увеличенную силу для получения нужной амплитуды зеркального участка 13c. Для возбуждения зеркального участка посредством резонанса во вспомогательном направлении сканирования, двухосное сканирование (например, раскрытое в японской патентной заявке, прошедшей экспертизу 2005-5262899) может быть хорошим способом генерации изображений вместо растрового сканирования. Посредством двухосного сканирования зеркальный участок 13c может возбуждаться резонансными колебаниями с высокой амплитудой в основном и вспомогательном направлениях сканирования, что позволяет осуществлять проекцию на очень малых расстояниях с малой мощностью.

Сходящийся световой поток, отклоняемый оптическим дефлектором 13, образованным вышеописанным зеркалом MEMS, и проходящий через элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка, сканирует в двухмерно ортогональных направлениях, первом (горизонтальном) направлении сканирования и втором (вертикальном) направлении сканирования.

В первом варианте осуществления первый и второй участки дефлектора сформированы как единое целое, однако их можно формировать независимо. Например, можно использовать два датчика MEMS в качестве одноосного вращающегося элемента, или плоское зеркало может быть присоединено к выходному валу шагового двигателя и вращаться с постоянной угловой скоростью.

Кроме того, оптический дефлектор приспособлен для двухмерного сканирования; однако он может быть приспособлен для одномерного сканирования.

Другая проблема, подлежащая решению, связанная с вышеописанной оптической проекционной системой, состоит в том, что для проецирования больших изображений на экран Sc на очень малых расстояниях нужно дополнительно увеличить амплитуду зеркального участка 13c.

Однако при увеличении амплитуды зеркальный участок 13c невозможно стабильно возбуждать в силу неоднородной движущей силы или сопротивления воздуха. Очень трудно генерировать движущую силу, достаточно большую для достижения большой амплитуды в первом месте. В частности, чем больше резонансная частота, тем труднее добиться большой амплитуды. Для решения этой проблемы вес зеркального участка 13 можно снизить путем уменьшения его толщины или его размера.

Однако утончение и сокращение размера зеркального участка 13c приводит к проблеме. При более тонком зеркальном участке 13c величина деформации может увеличиваться, что приводит к разрушению оптического дефлектора 13, или отражение света деформированным зеркальным участком 13c может увеличивать оптическую аберрацию, что препятствует стабильной генерации пятен S на экране Sc и снижает разрешение проецируемых изображений. С другой стороны, при сокращении размера зеркального участка 13c элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка должен фокусировать сходящийся световой пучок до меньшего размера пучка на зеркальном участке 13c, и для достижения меньшего размера пучка требуется более высокая точность сборки и изготовления компонентов. Однако поскольку NA (числовая апертура) элемента преобразования расходящегося светового пучка 12 определяется для формирования заранее определенного размера пятен S на экране Sc на основании светового пучка P из источника света 11, как описано выше, расстояние (оптический путь) от элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка до зеркального участка 13c (оптического дефлектора 13) должно увеличиваться согласно фиг. 12 для сокращения размера пучка на зеркальном участке 13c. Это препятствует сокращению размера всей оптической системы. Напротив, когда расстояние между ними установлено равным малому значению, размер пучка светового пучка из элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка будет больше эффективной отражающей поверхности зеркального участка 13c. Это может препятствовать эффективному использованию светового пучка из источника света 11.

С учетом вышеозначенных проблем, амплитуда зеркального участка 13c задается равной ±7,5 градусов в настоящем варианте осуществления. Другими словами, максимальное значение угла отклонения θ светового пучка P, отклоняемого оптическим дефлектором 13, составляет ±15 градусов. С использованием только оптического дефлектора 13 (без элемента 14 преобразования угла отклонения), например, для получения двухмерного изображения размером А4 (210 мм × 297 мм), может потребоваться дальность проекции около 560 мм, и для получения двухмерного изображения размером 14 дюймов потребуется дальность проекции около 500 мм. Это большие расстояния. Таким образом, с использованием лишь оптического дефлектора 13, проектор изображений не может проецировать изображения на очень малых расстояниях.

Согласно проектору 1 изображений настоящего варианта осуществления элемент 14 преобразования угла отклонения и элемент 12 преобразования расходящегося светового пучка имеют оптимальную конструкцию с учетом размера, габарита и амплитуды зеркального участка 13c оптического дефлектора 13. Элемент 14 преобразования угла отклонения приспособлен быть элементом увеличения угла отклонения, который преобразует угол отклонения θ светового пучка, отклоняемого оптическим дефлектором 13, в угол сканирования α, превышающий угол отклонения θ. В настоящем варианте осуществления элементом 14 преобразования угла отклонения является одиночная линза, например, выполненная из одного стеклянного материала. На фиг. 13 показаны оптические пути, полученные путем моделирования с использованием оптимально сконструированной оптической системы (блока оптического сканирования 10). На фиг. 13 схематически показаны оптический путь среди линейно размещенных компонентов оптической системы от источника света 11 до элемента 14 преобразования угла отклонения, и оптические пути, полученные в результате моделирования, когда зеркальный участок 13c наклонен на заранее определенный угол. В этой модели предполагается, что световой пучок с длиной волны 530 нм излучается из источника света 11.

В первом варианте осуществления (также в модели, показанной на фиг. 13) фокусное расстояние элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка задано равным 3,91 мм, и расстояние от источника света 11 до первой поверхности (противоположной источнику света 11) элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка задано равным 3 мм. Его центральная толщина равна 2,4 мм, и он выполнен из стеклянного материала с показателем преломления n_CL=1,5196. Расстояние от второй поверхности элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка до отражающей поверхности оптического дефлектора 13 задано равным 18,354 мм, тогда как расстояние от отражающей поверхности оптического дефлектора 13 до первой поверхности элемента 14 преобразования угла отклонения задано равным 8 мм. Элемент 14 преобразования угла отклонения имеет центральную толщину 3 мм и выполнен из стеклянного материала с показателем преломления n_EXP=1,5196. Эта оптическая система (блок оптического сканирования 10) призвана фокусировать свет от источника света 11 в позиции 200 мм в сторону от второй поверхности элемента 14 преобразования угла отклонения.

Обе поверхности линзы элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка являются асферической. Ее асферическая форма выражается нижеследующей формулой (1) на основании соотношения между расстоянием z поверхностей линзы в направлении оптической оси и радиусом h в прямоугольной системе координат, где направление оптической оси света от источника света 11 к оптическому дефлектору 13 является направлением оси Z, и вершины Q1, Q2 поверхностей линзы являются точками отсчета.

,

где c - параксиальная кривизна (c=1/r, где r - радиус кривизны), k - коническая константа, A, B, C, D, E, F, G... - асферические коэффициенты. Заметим, что "SQRT(Q)" обозначает квадратный корень из Q в формуле (1).

В нижеследующей Таблице 1 приведены данные по соответствующим поверхностям элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка. В таблице 1 "E-0n" обозначает 10^-n.

Таблица 1
	ПЕРВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ	ВТОРАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
r	11,305091	-2,298941
k	0	0
A	-1,44724E-02	4,64187E-03
B	-1,31006E-04	4,18303E-04
C	1,27580E-04	6,37029E-05
D	4,06654E-05	2,07440E-05

Сходящийся световой пучок из элемента 12 преобразования расходящегося светового пучка направляется к элементу 14 преобразования угла отклонения через оптический дефлектор 13. На фиг. 3A-3C показано, как сходящийся световой поток, отклоняемый оптическим дефлектором 13, проходит через элемент 14 преобразования угла отклонения. Согласно фиг. 3A сходящийся световой пучок распространяется вдоль опорной оптической оси Lb, и согласно фиг. 3B сходящийся световой пучок наклонен под углом (углом отклонения θ) относительно опорной оптической оси Lb. На фиг. 3A-3B условные обозначения 14a, 14b представляют поверхность падения и выходную поверхность элемента 14 преобразования угла отклонения соответственно, которые будут описаны ниже.

Элемент 14 преобразования угла отклонения приспособлен иметь отрицательную силу и преобразовывать сходящийся световой потоковой пучок из элемента преобразования расходящегося светового пучка 12 в более слабый сходящийся световой потоковой пучок для его фокусировки (уменьшения размера пучка до величины, меньшей заранее определенного размера пучка) на экране Sc. Кроме того, элемент 14 преобразования угла отклонения преобразует падающий свет с углом отклонения θ в исходящий световой пучок с углом сканирования α, который является углом относительно опорной оптической оси, согласно фиг. 3B. В первом варианте осуществления конструкция и размещение элемента 14 преобразования угла отклонения определяется для выполнения условия угол отклонения θ=угол сканирования α, когда световой пучок падает по опорной оптической оси Lb, и для выполнения условия угол отклонения θ< угол сканирования α, когда световой пучок не падает по опорной оптической оси Lb. Кроме того, элемент 14 преобразования угла отклонения сконструирован и размещен так, чтобы преобразовывать падающий световой пучок с углом отклонения θ 10 градусов в исходящий световой пучок с углом сканирования α 20 градусов, и световой пучок с максимальным углом отклонения θ 15 градусов в световой пучок с углом сканирования α 31,3 градусов. Таким образом, он всегда удваивает размер светового пучка. Максимальный угол отклонения θ падающего светового пучка составляет ±15 градусов, поскольку световой пучок отклоняется зеркальным участком 13c оптического дефлектора 13, максимальная амплитуда которого задана равной ±7,5 градусов.

Элемент 14 преобразования угла отклонения включает в себя асферическую первую поверхность (на стороне оптического дефлектора 13) и сферическую вторую поверхность. Ее асферическая форма выражается вышеозначенной формулой (1) на основании соотношения между расстоянием z поверхности линзы в направлении оптической оси и радиусом h в прямоугольной системе координат, где прямая линия, соединяющая вершины Q1', Q2' первой и второй поверхностей, или направление оптической оси света от источника света 11 к экрану Sc является направлением оси Z. Данные по первой и второй поверхностям линзы указаны в нижеследующей таблице 2.

Таблица 2
	ПЕРВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ	ВТОРАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
r	-6,267876	19,975324
k	0	0
A	8,78931E-04	0
B	-2,92949E-04	0
C	6,96796E-05	0
D	-6,36735E-06	0

В первом варианте осуществления элемент 14 преобразования угла отклонения приспособлен включать в себя асферическую первую поверхность и сферическую вторую поверхность; однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Обе поверхности, первая и вторая, могут быть асферическими или сферическими в зависимости от требуемого уровня пятен или проецируемых изображений на экране Sc.

Поверхности линз элемента 14 преобразования угла отклон