JP2008287149A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device.
近年、レーザ光などのビーム状の光を被投射面上でラスタースキャンして画像を表示する走査型画像表示装置が提案されている。この装置では、レーザ光の供給を停止することで完全な黒を表現できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ等に比べて高コントラストの表示が可能である。また、レーザ光を使用した画像表示装置は、レーザ光が単一波長であるために色純度が高い、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい(絞りやすい)等の特性を持つことから、高解像度、高色再現性を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。また、走査型画像表示装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどと異なり、固定された画素を持たないため、画素数という概念がなく、解像度を変換し易いという利点も持っている。 2. Description of the Related Art In recent years, scanning image display apparatuses that display an image by raster scanning beam-like light such as laser light on a projection surface have been proposed. In this apparatus, since the complete black can be expressed by stopping the supply of the laser light, a high contrast display is possible as compared with, for example, a projector using a liquid crystal light valve. In addition, image display devices that use laser light have characteristics such as high color purity because the laser light has a single wavelength and high coherence, so that the beam is easy to shape (easy to squeeze). It is expected as a high-quality display that realizes resolution and high color reproducibility. In addition, unlike a liquid crystal display, a plasma display, or the like, a scanning image display device does not have a fixed pixel, and therefore has an advantage that the resolution is easily converted without the concept of the number of pixels.
走査型画像表示装置で画像を生成するには、ポリゴンミラー、ガルバノミラーなどのスキャナを用いて光を2次元に走査する必要がある。1個のスキャナを水平方向、垂直方向の2方向に振りつつ光を2次元に走査する方法もあるが、その場合、走査系の構成や制御が複雑になるという問題がある。そこで、光を1次元に走査するスキャナを2組用意し、各々に水平走査と垂直走査を受け持たせるようにした走査型画像表示装置が提案されている。従来は、双方のスキャナともにポリゴンミラーやガルバノミラーを使用するのが普通であり、双方のスキャナに回転多面鏡(ポリゴンミラー)を用いた投写装置が下記の特許文献1に開示されている。
しかしながら、特許文献1ではポリゴンミラーを用いた装置が紹介されているが画像フォーマットの高解像度化に伴い、スキャン周波数も高くなってきており、ポリゴンミラーやガルバノミラーでは限界を迎えつつある。そこで、近年、高速側のスキャナにMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用したシステムが発表されている。MEMS技術を利用したスキャナ(以下、単にMEMSスキャナという)とは、シリコン等の半導体材料の微細加工技術を用いて製作するものであり、トーションバネ等で支持したミラーを静電力等により駆動するものである。このスキャナは、静電力とバネの復元力との相互作用でミラーを往復運動させて、光を走査することができる。MEMSスキャナを用いることにより、従来のスキャナに比べて高周波数、大偏角のスキャナを実現することができる。これにより、高解像度の画像を表示することが可能になる。
However, in
また、高速なMEMSスキャナを実現するには、ミラーを共振点で往復運動させる必要がある。したがって、MEMSスキャナにより走査される光を被投射面の端から端までの間、一定の速度で動作させることが難しい。これにより、被投射面に投射される画像は歪んでしまう。
そこで、光線を十分高速、かつ一定の速度で走査させる手段としては、音響光学素子や電気光学素子を用いたスキャナが挙げられる。しかしながら、これらのスキャナはMEMSスキャナと比較して十分に大きな偏角を得ることが難しく、実用的な画像表示装置を構築するのは難しいという問題がある。
また、光学素子を配置して被投射面に投射されるレーザ光の歪みを補正する方法も考えられるが、この構成では、構造が複雑になる上、光軸の調整も難しいことから製造コストが高騰することも考えられる。
In order to realize a high-speed MEMS scanner, it is necessary to reciprocate the mirror at the resonance point. Therefore, it is difficult to operate the light scanned by the MEMS scanner at a constant speed from end to end of the projection surface. Thereby, the image projected on the projection surface is distorted.
Accordingly, examples of means for scanning the light beam at a sufficiently high speed and at a constant speed include a scanner using an acousto-optic element or an electro-optic element. However, these scanners have a problem that it is difficult to obtain a sufficiently large declination compared to a MEMS scanner, and it is difficult to construct a practical image display device.
A method of correcting the distortion of the laser light projected on the projection surface by arranging an optical element is also conceivable. However, this configuration makes the structure complicated and makes it difficult to adjust the optical axis. Soaring is also possible.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低コストで、被投射面に表示させる画像の歪みを抑えることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides an image display device capable of suppressing distortion of an image displayed on a projection surface at low cost.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の画像表示装置は、ビーム状の光を射出する光源と、被投射面の水平方向及び垂直方向のうち少なくとも一方向に前記ビーム状の光を非等速に走査させる非等速走査部を有する第1走査部と、該第1走査部によって走査される前記ビーム状の光の前記被投射面上での照射位置を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
An image display device of the present invention includes a light source that emits beam-shaped light, and a non-constant speed scanning unit that scans the beam-shaped light at a non-constant speed in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of a projection surface. And a correction unit that corrects an irradiation position of the beam-shaped light scanned by the first scanning unit on the projection surface.
本発明に係る画像表示装置では、光源から射出されたビーム状の光は、第1走査部により被投射面の水平方向の端部から反対の端部まで走査される。ここで、第1走査部の非等速走査部は非等速であるため、例えば、被投射面の端部は折り返し点となるため速度がゼロとなるので、走査されている光が被投射面の端部に向かうに連れて、第1走査部の速度は遅くなる。これにより、被投射面の端部側で、第1走査部により走査されるビーム状の光は歪むため、所定の位置からずれてしまう。そこで、本発明では、補正部を備えているため、補正部が、第1走査部によって走査される被投射面上でのビーム状の光の位置を補正することにより、正確な位置にビーム状の光を走査することが可能となる。したがって、被投射面に走査されるビーム状の光が直線を描くように補正されるため、被投射面上において高精度なビーム状の光の走査を行うことができる。すなわち、画像表示装置を画像表示装置に用いた場合、鮮明な画像を表示することが可能となる。
また、本発明では補正部を光源から射出されるビーム状の光の光路上に配置すれば良いため、光学素子、例えばレンズ等を用いてビーム状の光を補正する場合に比べて、光軸合わせ等が必要でないので、製造コストを抑えることが可能となる。
なお、ここで言う「水平方向の走査」とは、2方向の走査のうち、高速側の走査であり、「垂直方向の走査」とは低速側の走査である。
In the image display device according to the present invention, the beam-like light emitted from the light source is scanned from the horizontal end of the projection surface to the opposite end by the first scanning unit. Here, since the non-constant speed scanning part of the first scanning part is non-constant speed, for example, the end of the projection surface becomes a turning point and the speed becomes zero, so that the scanned light is projected. The speed of the first scanning unit decreases as it goes toward the end of the surface. As a result, the beam-like light scanned by the first scanning unit is distorted on the end side of the projection surface, and thus deviates from a predetermined position. Therefore, in the present invention, since the correction unit is provided, the correction unit corrects the position of the beam-like light on the projection surface scanned by the first scanning unit, so that the beam-like shape is accurately positioned. Can be scanned. Therefore, since the beam-shaped light scanned on the projection surface is corrected so as to draw a straight line, the beam-shaped light can be scanned with high accuracy on the projection surface. That is, when the image display device is used as an image display device, a clear image can be displayed.
In the present invention, since the correction unit may be disposed on the optical path of the beam-like light emitted from the light source, the optical axis is compared with the case where the beam-like light is corrected using an optical element such as a lens. Since alignment is not necessary, it is possible to reduce the manufacturing cost.
Here, “horizontal scanning” refers to high-speed scanning of the two scanning directions, and “vertical scanning” refers to low-speed scanning.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が、前記垂直方向に前記ビーム状の光を補正することが好ましい。 In the image display device of the present invention, it is preferable that the correction unit corrects the beam-like light in the vertical direction.
本発明に係る画像表示装置では、補正部が、第1走査部によって走査される被投射面上での照射位置を垂直方向に補正する。ここで、第1走査部により、ビーム状の光は被投射面の垂直方向にも走査されており、第1走査部は被投射面の端部側に向かうに連れて走査速度が遅くなるため、ビーム状の光は所定の位置から垂直方向にずれる。このとき、補正部が垂直方向にビーム状の光を補正するため、ビーム状の光の垂直方向のずれを補正することができる。 In the image display device according to the present invention, the correction unit corrects the irradiation position on the projection surface scanned by the first scanning unit in the vertical direction. Here, the beam-like light is also scanned in the vertical direction of the projection surface by the first scanning unit, and the scanning speed of the first scanning unit becomes slower toward the end side of the projection surface. The beam-like light is shifted from the predetermined position in the vertical direction. At this time, since the correction unit corrects the beam-like light in the vertical direction, the vertical shift of the beam-like light can be corrected.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が、前記水平方向に前記ビーム状の光を補正することが好ましい。 In the image display device of the present invention, it is preferable that the correction unit corrects the beam-like light in the horizontal direction.
本発明に係る画像表示装置では、第1走査部は往復運動するため、第1走査部は被投射面の端部側に向かうに連れて走査速度が遅くなるので、被投射面上での画素ピッチが変わる。すなわち、被投射面の中央部側では画素ピッチが大きく(画素密度が低く)、被投射面の端部側では画素ピッチが小さく(画素密度が高く)なる。これにより、被投射面に投射される画像には歪みが生じるとともに輝度の不均一が生じる。そこで、本発明に係る画像表示装置では、補正部が、水平方向にビーム状の光を補正するため、画素密度を均一にすることができるので、画像の歪みを補正し輝度を均一にすることが可能となる。 In the image display device according to the present invention, since the first scanning unit reciprocates, the scanning speed of the first scanning unit decreases toward the end of the projection surface. The pitch changes. That is, the pixel pitch is large (pixel density is low) on the center side of the projection surface, and the pixel pitch is small (pixel density is high) on the end portion side of the projection surface. As a result, the image projected on the projection surface is distorted and the brightness is non-uniform. Therefore, in the image display device according to the present invention, since the correction unit corrects the beam-like light in the horizontal direction, the pixel density can be made uniform, so that the image distortion is corrected and the luminance is made uniform. Is possible.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が、前記垂直方向に前記ビーム状の光を補正する垂直補正用光学素子と、前記水平方向に前記ビーム状の光を補正する水平補正用光学素子とを備えることが好ましい。 In the image display device according to the aspect of the invention, the correction unit corrects the beam-shaped light in the vertical direction, and a horizontal correction optical device corrects the beam-shaped light in the horizontal direction. It is preferable to provide an element.
本発明に係る画像表示装置では、光源から射出されたビーム状の光の光路上に垂直補正用光学素子及び水平補正用光学素子を直列に並べることにより、被投射面の垂直方向及び水平方向の画像の歪みを補正することが可能となる。 In the image display device according to the present invention, the vertical correction optical element and the horizontal correction optical element are arranged in series on the optical path of the beam-like light emitted from the light source, so that the vertical direction and the horizontal direction of the projection surface are aligned. Image distortion can be corrected.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が、前記光源と前記第1走査部との間の光路上に配置され、前記第1走査部に入射するビーム状の光を補正することが好ましい。 In the image display device of the present invention, the correction unit is arranged on an optical path between the light source and the first scanning unit, and corrects the beam-shaped light incident on the first scanning unit. preferable.
本発明に係る画像表示装置では、補正部は、光源と第1走査部との間の光路に配置されているため、第1走査部に走査される前のビーム状の光の走査を補正する。したがって、補正部から射出されるビーム状の光は小さな振り角で済むため、補正部を低電圧駆動で十分な補正をすることができる。
また、補正部は小さな振り角で済むため、第1走査部より大きさの小さい光学素子で良い。したがって、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
In the image display device according to the present invention, the correction unit is disposed in the optical path between the light source and the first scanning unit, and thus corrects the scanning of the beam-shaped light before being scanned by the first scanning unit. . Accordingly, since the beam-like light emitted from the correction unit can have a small swing angle, the correction unit can be sufficiently corrected by low voltage driving.
Further, since the correction unit needs only a small swing angle, an optical element having a smaller size than the first scanning unit may be used. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire apparatus.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が、前記第1走査部と前記被投射面との光路上に配置され、前記第1走査部から射出するビーム状の光を補正することが好ましい。 In the image display device of the present invention, the correction unit is arranged on an optical path between the first scanning unit and the projection surface, and corrects the beam-like light emitted from the first scanning unit. preferable.
本発明に係る画像表示装置では、補正部は、第1走査部と被投射面との間の光路に配置されているため、第1走査部により走査された後のビーム状の光の走査を補正する。例えば、第1走査部より射出され、被投射面に走査されるビーム状の光をできるだけ垂直に入射させるために、絞りを用いてビーム状の光のビーム径を細くする場合がある。この構成の場合、補正部として光学素子を用いた場合、ビーム状の光が入射可能な厚みでよいため、補正部の厚みを薄くすることができる。これにより、低電圧で補正部を駆動することができるので、消費電力の低減化を図ることができる。 In the image display device according to the present invention, since the correction unit is disposed in the optical path between the first scanning unit and the projection surface, the beam-shaped light is scanned after being scanned by the first scanning unit. to correct. For example, in order to make the beam-like light emitted from the first scanning unit and scanned onto the projection surface enter as perpendicular as possible, the diameter of the beam-like light may be reduced using a stop. In the case of this configuration, when an optical element is used as the correction unit, the thickness of the correction unit can be reduced because the thickness can be such that beam-like light can enter. As a result, the correction unit can be driven with a low voltage, so that power consumption can be reduced.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が前記第1走査部によって走査される前記被投射面上での位置ずれの補正を行うことが好ましい。 In the image display device according to the aspect of the invention, it is preferable that the correction unit corrects a positional deviation on the projection surface scanned by the first scanning unit.
本発明に係る画像表示装置では、補正部が第1走査部によって走査される被投射面上での位置ずれの補正を行うため、被投射面上の輝度むらを抑えることが可能となる。 In the image display device according to the present invention, since the correction unit corrects the positional deviation on the projection surface scanned by the first scanning unit, it is possible to suppress luminance unevenness on the projection surface.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が前記第1走査部によって形成される前記被投射面上での画像の歪みの補正を行うことが好ましい。 In the image display device according to the aspect of the invention, it is preferable that the correction unit corrects distortion of an image on the projection surface formed by the first scanning unit.
本発明に係る画像表示装置では、補正部が第1走査部によって形成される被投射面上での画像の歪みの補正を行うため、鮮明な画像を被投射面に映し出すことが可能となる。 In the image display device according to the present invention, since the correction unit corrects the distortion of the image on the projection surface formed by the first scanning unit, a clear image can be displayed on the projection surface.
また、本発明の画像表示装置は、前記非等速走査部がMEMSミラーであることが好ましい。 In the image display device of the present invention, it is preferable that the non-constant speed scanning unit is a MEMS mirror.
本発明に係る画像表示装置では、光源から射出されたビーム状の光をMEMSミラーにより、被投射面上に向かって走査する。このように、第1走査部としてMEMSミラーを用いることにより、装置全体を小型化することができる。さらには、他のミラーを用いた場合に比べ、装置全体の低消費電力化、静音、低振動等の効果を得ることが可能となる。 In the image display apparatus according to the present invention, the beam-like light emitted from the light source is scanned toward the projection surface by the MEMS mirror. Thus, by using the MEMS mirror as the first scanning unit, the entire apparatus can be reduced in size. Furthermore, it is possible to obtain effects such as low power consumption, quietness, and low vibration of the entire apparatus as compared with the case where other mirrors are used.
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が音響光学素子を含むことが好ましい。
また、本発明の画像表示装置は、前記補正部が電気光学素子を含むことが好ましい。
In the image display device of the present invention, it is preferable that the correction unit includes an acousto-optic element.
In the image display device according to the aspect of the invention, it is preferable that the correction unit includes an electro-optical element.
これら本発明に係る画像表示装置では、音響光学素子または電気光学素子により、光源から射出されたビーム状の光の被投射面上での位置を補正する。このように、補正部として音響光学素子または電気光学素子を用いることにより、ビーム状の光の微小角度の偏向を高精度で行うことができる。 In these image display apparatuses according to the present invention, the position of the beam-like light emitted from the light source on the projection surface is corrected by the acousto-optic element or the electro-optic element. As described above, by using an acousto-optic element or an electro-optic element as the correction unit, it is possible to deflect the beam-like light at a minute angle with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of an image display device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
[第1実施形態]
本実施形態に係る画像表示装置1は、3色の光源装置を用いて、スクリーンに画像を投影させる画像表示装置である。
[First Embodiment]
The
本実施形態に係る画像表示装置1は、図1に示すように、光源部10と、クロスダイクロイックプリズム11と、補正用光学素子(補正部)26と、MEMSミラー(第1走査部:非等速走査部)30、MEMSミラー(第1走査部)20とを備えている。
光源部10は、赤色のレーザ光(ビーム状の光、中心波長:620nm)を射出する赤色光源装置(光源)10Rと、緑色のレーザ光(ビーム状の光、中心波長:530nm)を射出する緑色光源装置(光源)10Gと、青色のレーザ光(ビーム状の光、中心波長:460nm)を射出する青色光源装置(光源)10Bとを有する。なお、赤色,緑色,青色のレーザ光の波長は一例に過ぎない。
また、クロスダイクロイックプリズム11は、各光源装置10R,10G,10Bから射出された各色のレーザ光を合成する。
As shown in FIG. 1, the
The
The cross
まず、MEMSミラー20は、図1に示すように、スクリーン40において2方向(垂直方向v、水平方向h)の走査のうち、MEMSミラー30から射出されるレーザ光を垂直方向vに走査する垂直走査用スキャナであり、MEMSミラー30は、補正用光学素子26から射出される光を水平方向hに走査する水平走査用スキャナである。
また、補正用光学素子26は、MEMSミラー30に入射するレーザ光を走査し、スクリーン40上でのレーザ光の位置を補正する素子である。
なお、ここで言う「水平走査用スキャナ」は、2方向の走査のうち、高速側の走査を担うスキャナであり、「垂直走査用スキャナ」は、低速側の走査を担うスキャナである。
また、本実施形態で用いるスクリーン40は、横640×縦480の画素によって形成される、いわゆるVGA(Video Graphics Array)型のディスプレイとする。
なお、ここで言う「画素」とは、投射画像を構成する最小単位である1画素に対応した被投射面上の照射領域である。
First, as shown in FIG. 1, the
The correction
The “horizontal scanning scanner” mentioned here is a scanner responsible for high-speed scanning out of two directions, and the “vertical scanning scanner” is a scanner responsible for low-speed scanning.
The
The “pixel” referred to here is an irradiation area on the projection surface corresponding to one pixel which is a minimum unit constituting the projection image.
補正用光学素子26は、電気光学効果を有する誘電体結晶(電気光学結晶)であり、本実施形態ではKTN(タンタル酸ニオブ酸カリウム、KTa1−xNbxO3)の組成を有する結晶材料で構成されている。また、KTN結晶はカー効果(等方性材料に電場をかけると複屈折性が生じる現象であり、印加電圧により発生した電界の強さの二乗に比例する)を利用した結晶である。
The correcting
補正光学素子26は、図1に示すように、光学素子21と、第1電極22と、第2電極23とを備えている。光学素子21は、直方体形状であり、光学素子21の上面21aには第1電極22が配置され、下面21bには第2電極23が配置されている。この第1電極22及び第2電極23には、電圧を印加する電源(図示略)が接続されている。また、第1電極22及び第2電極23は、図1に示すように、光学素子21内を進行するレーザ光Lの進行方向の寸法がほぼ同じである。これにより、第1電極22と第2電極23との間の光学素子21に電界が生じるようになっている。例えば、第2電極23より第1電極22に高い電圧が印加されると、第1電極22から第2電極23に向かって(矢印Aに示す方向)電界が生じる。その結果、電気光学結晶の屈折率は第1電極22から第2電極23に向かって高くなる。逆に、第1電極22より第2電極23に高い電圧が印加されると、第2電極23から第1電極22に向かって(矢印Bに示す方向)電界が生じる。
As shown in FIG. 1, the correction
なお、本実施形態では、補正用光学素子26には、後述するように、図2に示す正負両側の電圧が印加されるため、電界は矢印A方向及びB方向に生じる。また、補正用光学素子26は、レーザ光の垂直方向の補正を行う。
また、補正用光学素子26は、垂直方向にレーザ光を走査する周波数が、MEMSミラー20及びMEMSミラー30のレーザ光を垂直及び水平方向に走査する周波数に比べて高くなるように、レーザ光を走査可能となっている。つまり、補正用光学素子26は、MEMSミラー20及びMEMSミラー30に比べて高速で走査可能となっている。
In the present embodiment, as will be described later, the positive and negative voltages shown in FIG. 2 are applied to the correction
The correcting
MEMSミラー30は、補正用光学素子26から射出されたレーザ光をスクリーン40の水平方向に走査するミラーである。また、MEMSミラー30は、図3に示すように、ミラー部31と、梁32a,32bと、第1基板35とを備えている。
ミラー部31は、MEMSミラー30の中央部に設けられており、入射したレーザ光をスクリーン40に反射させるものである。梁32a,32bは、ミラー部31の両側に外方に向かって伸びており、スクリーン40における上下方向(y軸方向)に設けられている。これにより、ミラー部31はy軸振動が可能、すなわち、スクリーン40の水平方向にレーザ光を走査することが可能となっている。
また、MEMSミラー20は、梁32a,32bが、ミラー部31の両側に外方に向かって伸びており、スクリーン40における左右方向(x軸方向)に設けられている。これにより、ミラー部31はx軸振動が可能、すなわち、スクリーン40の垂直方向にレーザ光を走査することが可能となっている。その他の構成においてはMEMSミラー30と同様である。
The
The
In the
次に、スクリーン40に走査されるレーザ光の補正について、図4を参照して説明する。
図4は、補正用光学素子26を用いないでMEMSミラー30により、光源部10から射出されたレーザ光をスクリーン40に向かって走査したときのレーザ光の軌跡について説明する図である。
MEMSミラー30は、ミラー部31を共振点で往復運動させているため、非等速でレーザ光を走査する。具体的には、スクリーン40に描画されるレーザ光は、スクリーン40の水平方向の左端40a及び右端40b側でレーザ光の走査速度が遅くなる。また、MEMSミラー20は、MEMSミラー30によりレーザ光を水平方向にスクリーン40の上端40cから下端40dまでレーザ光を走査している間、等速でレーザ光を垂直方向に走査している。これにより、スクリーン40上に走査されるレーザ光は、図4に示すように、サイン波形状(図4の破線)を描く。
また、MEMSミラー30が等速で運動する場合は、図4に示すように、直線(図4の一点鎖線)を描く。
Next, correction of laser light scanned on the
FIG. 4 is a diagram for explaining the locus of laser light when the laser light emitted from the
Since the
Further, when the
MEMSミラー30が等速で運動する場合は直線を描くもののスクリーン40の斜め方向に走査されるため、歪みが生じる。
そこで、MEMSミラー30により水平方向に走査されるレーザ光が水平方向に直線(所定の位置:図4に示す実線)を描くように走査されるように、補正用光学素子26に印加される電圧を制御する。図2に補正用光学素子26に印加される補正電圧波形を示す。MEMSミラー30の縦軸は走査角であり、横軸はスクリーン40上での位置を示し、補正用光学素子26の縦軸は電圧であり、横軸は時間を示す。
また、MEMSミラー30の走査角が0のとき、レーザ光はスクリーン40の水平方向の中央部を走査しており、走査角が最大のとき、スクリーン40の左端40aを走査し、走査角が逆側に最大のとき、スクリーン40の右端40bを走査する。
When the
Therefore, the voltage applied to the correction
When the scanning angle of the
まず、レーザ光をスクリーン40の左端40aから右端40bに向かって走査する場合について説明する。
スクリーン40の左端40aから中央部までは、図4に示すように、レーザ光は所定の位置(図4の実線)よりスクリーン40の上端40c側を走査する。このため、補正用光学素子26は、図4の矢印Mに示すように、スクリーン40の中央部までスクリーン40の下端40d側に向けてレーザ光を偏向する。具体的には、補正用光学素子26には、図2に示すように、高い電圧から徐々に低い電圧となるように曲線を描く電圧パターンS1を印加する。
そして、スクリーン40の中央部から右端40bまでは、図4に示すように、レーザ光は所定の位置(図4の実線)よりスクリーン40の下端40d側を走査する。このため、補正用光学素子26は、図4の矢印Nに示すように、スクリーンの上端40c側に向けてレーザ光を偏向する。具体的には、補正用光学素子26には、図2に示すように、低い電圧から徐々に高い電圧となるように曲線を描く電圧パターンS2を印加する。
First, a case where laser light is scanned from the
From the
Then, from the center of the
次に、レーザ光をスクリーン40の右端40bから左端40aに向かって走査する場合について説明する。
レーザ光は、図4に示すように、スクリーン40の右端40b側では、スクリーン40の上端40c側を走査するため、電圧パターンS1と同じ波形の電圧が印加される。そして、スクリーン40の左端40a側では、スクリーン40の下端40d側を走査するため、電圧パターンS2と同じ波形の電圧が印加される。
そして、補正用光学素子26に電圧パターンS1と電圧パターンS2とを連続的に印加し、レーザ光を垂直方向に補正することで、図4に示すように、レーザ光は鎖線から実線を描く。すなわち、レーザ光は垂直方向に湾曲することなく、スクリーン40上でレーザ光を図4の実線に示すように、水平方向に走査される。
Next, a case where laser light is scanned from the
As shown in FIG. 4, the laser light scans the
Then, by continuously applying the voltage pattern S1 and the voltage pattern S2 to the correcting
また、本実施形態で用いるスクリーン40は、VGA型であり、補正用光学素子26の垂直方向の最大走査角を30度とすると、走査線間隔は約1mradであり、上記補正のためには、補正用光学素子26は垂直方向に±0.5mrad走査させる必要がある。この程度の走査角ならば、補正用光学素子26に10Vの電圧、もしくは、それ以下の電圧を印加することで走査可能である。すなわち、電圧をさほど高くすることなく、十分に走査することが可能である。
また、MEMSミラー30の前段で走査角をずらしても、ズレ量は非常に小さいので、このずれ量をMEMSミラー30で十分呑み込むことが可能であるため、水平走査を支障なく行うことができる。
Further, the
Even if the scanning angle is shifted in front of the
本実施形態に係る画像表示装置1では、補正用光学素子26により、スクリーン40に走査されるレーザ光が水平方向に直線になるように補正されるため、画像が歪まなくなる。すなわち、鮮明な画像をスクリーン40に表示することが可能となる。
また、補正用光学素子26をクロスダイクロイックプリズム11から射出されたレーザ光の光路上に配置すれば良いため、光学素子、例えば、レンズを用いてレーザ光の軌跡を補正する場合に比べて、光軸合わせ等が必要でなくなるので、製造コストを抑えることが可能となる。
つまり、本実施形態の画像表示装置1は、低コストで、スクリーン40に表示させる画像の歪みを抑えることが可能である。
In the
Further, since the correcting
That is, the
また、補正用光学素子26は、クロスダイクロイックプリズム11とMEMSミラー30との間の光路に配置されているため、MEMSミラー30に走査される前のレーザ光の走査を制御する。したがって、補正用光学素子26から射出されるレーザ光は小さな振り角で済むため、補正用光学素子26を低電圧駆動で十分な補正をすることができる。
また、補正用光学素子26は小さな振り角で済むため、小さい光学素子で良い。したがって、装置全体の小型化を図ることが可能となる。
Further, since the correcting
Further, since the correction
なお、補正用光学素子26をクロスダイクロイックプリズム11とMEMSミラー30との間の光路に配置したが、図5に示すように、MEMSミラー30とスクリーン40との間の光路に配置した画像表示装置45であっても良い。例えば、MEMSミラー30より射出され、スクリーン40に走査されるレーザ光をできるだけ垂直に入射させるために、絞りを用いてレーザ光のビーム径を細くする場合がある。この構成の場合、補正用光学素子26の厚みを薄くすることができるため、低電圧で補正用光学素子26を駆動することができるので、消費電力の低減化を図ることができる。
なお、レーザ光を垂直方向vに走査する垂直走査用スキャナとしてMEMSミラーを用いたが、ポリゴンミラー、ガルバノミラーあるいは電気光学素子であっても良い。
Although the correction
Although the MEMS mirror is used as a vertical scanning scanner that scans the laser beam in the vertical direction v, a polygon mirror, a galvanometer mirror, or an electro-optical element may be used.
[第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図6から図10を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第1実施形態に係る画像表示装置1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る画像表示装置50では、補正用光学素子57がレーザ光の水平方向の走査の補正を行なう点において第1実施形態と異なる。その他の構成においては第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings of the respective embodiments described below, portions having the same configuration as those of the
The
補正用光学素子57には、図6に示すように、電界方向A及び電界方向Bが、補正用光学素子26の電界方向A及び電界方向Bと直交する方向に生じるように、第1電極22及び第2電極23が配置されている。また、補正用光学素子57は、クロスダイクロイックプリズム11から射出されたレーザ光を水平方向に向かって走査し、スクリーン40上でのレーザ光の位置を補正する素子である。
As shown in FIG. 6, the correction
次に、スクリーン40に走査されるレーザ光の補正について、図7から図9を参照して説明する。
図7は、補正用光学素子57を用いないでMEMSミラー30により、光源部10から射出されたレーザ光をスクリーン40に向かって走査したときのスクリーン40に形成される画像の外形を示す図である。すなわち、図7の破線に示すように、スクリーン40の左端40a及び右端40b側で中央部に向かって画像が歪む。さらには、上述したように、MEMSミラー30により走査されるレーザ光はスクリーン40の左端40a及び右端40bで走査速度が遅くなる。これにより、レーザ光の1画素の大きさ(図7に示す実線)は、スクリーン40の中央部では、画像のスクリーン40の水平方向の約1/4、3/4のところの画素の大きさを正規の大きさとした場合、この画素の大きさ(図7に示す一点鎖線)より大きくなり(画素密度が低い)、スクリーン40の左端40a及び右端40b側では小さく(画素密度が高い)なる。
Next, correction of laser light scanned on the
FIG. 7 is a diagram showing the outer shape of an image formed on the
まず、画素の大きさがスクリーン40の水平方向で均等になるように水平方向に走査されるレーザ光の補正について説明する。
つまり、画素の大きさを均等にするには、レーザ光がスクリーン40上の水平方向に一定の速度で移動すれば良い。これにより、図8に示すように、MEMSミラー30が等速運動をするときのレーザ光の軌跡(図8の実線)と、実際のレーザ光の軌跡(図8の破線)との差を補間する電圧(図8の一点鎖線)を補正用光学素子57に印加すれば良い。すなわち、図9に示すように、レーザ光が、スクリーン40の左端40aで電圧変化が0となり、徐々に負側に大きくなり、スクリーン40の中央部で電圧変化が再び0となる。また、スクリーン40の左端40aからスクリーン40の中央部に向かって負の電圧が印加されたが、スクリーン40の右端40bまでは、画素の大きさが均一になるように、逆方向、すなわち正の電圧が印加される。電圧波形は、スクリーン40の左端40aからスクリーン40の中央部に印加する電圧波形と対称の波形である。
First, correction of laser light scanned in the horizontal direction so that the size of the pixels is uniform in the horizontal direction of the
That is, in order to make the sizes of the pixels uniform, the laser light may move at a constant speed in the horizontal direction on the
本実施形態に係る画像表示装置50では、補正用光学素子57により、水平方向の画素密度を均一にすることができるので、スクリーン40上での画像の歪みを補正することが可能となる。
In the
[第2実施形態の変形例]
本変形例では、スクリーン40に左端40a及び右端40b側における画像の歪みの補正について説明する。
ここで、図7に示すスクリーン40の垂直方向の中央部Cを走査するレーザ光の補正について説明する。すなわち、スクリーン40の中央部では、スクリーン40上での走査距離が、スクリーン40の上端40c側での走査距離に比べて長さPだけ短くなるため、この長さPだけ長くするように、スクリーン40の左端40a及び右端40b側に向かうに連れて高い電圧を印加する。具体的には、スクリーン40の左端40aからスクリーン40の水平方向の中央部までは、補正用光学素子57に印加する電圧は、図10に示すように、高い電圧から徐々に低い電圧となるように曲線を描く電圧パターンS1が印加される。また、スクリーン40の中央部から右端40bまでは、低い電圧から徐々に高い電圧となるように曲線を描く電圧パターンS2が印加される。
なお、図10に示す一点鎖線の傾き(水平方向のスクリーン40の全体の長さに対する長さPの割合により求められる)は、スクリーン40の垂直方向の中央部に向かうに連れて大きくなる。これにより、この傾きに応じて補正用光学素子57に補正電圧が印加され、各ラインを走査するレーザ光はスクリーン40の左端40aから右端40bまで走査され、矩形状の画像が表示される。
[Modification of Second Embodiment]
In this modification, correction of image distortion on the
Here, correction of the laser beam for scanning the central portion C in the vertical direction of the
Note that the inclination of the alternate long and short dash line shown in FIG. 10 (obtained by the ratio of the length P to the total length of the
本実施形態に係る画像表示装置では、スクリーン40の左端40a側及び右端40b側の画像の歪みを補正することができるため、輝度が均一である鮮明な画像をスクリーン40に表示することが可能となる。
なお、本変形例の画像の歪みの補正を第2実施形態の画像表示装置に適用することも可能である。
In the image display device according to the present embodiment, since the distortion of the image on the
Note that it is also possible to apply the image distortion correction of this modification to the image display device of the second embodiment.
[第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図11から図15を参照して説明する
本実施形態に係る画像表示装置65では、MEMSミラー60が2軸振動する点において第1実施形態と異なる。その他の構成においては第1実施形態と同様である。
また、画像表示装置65は、図11に示すように、光源部10と、補正用光学素子26と、MEMSミラー60とからなっている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 15. In the
Further, as shown in FIG. 11, the
MEMSミラー60は、図12に示すように、ミラー部61と、梁62a,62bと、第1基板63と、梁64a,64bと、第2基板65とを備えている。
ミラー部61は、MEMSミラー60の中央部に設けられており、入射したレーザ光をスクリーン40に反射させるものである。梁62a,62bは、ミラー部61の両側に外方に向かって伸びており、スクリーン40における左右方向(x軸方向)に設けられている。
また、第1基板63は、ミラー部61を囲む額縁状であり、梁62a,62bに接続されている。梁64a,64bは、第1基板63の外方に向かって伸びており、スクリーン40における上下方向(y軸方向)に設けられている。
また、第2基板65は、第1基板63を囲む額縁状であり、梁64a,64bに接続されている。
これらにより、ミラー部61は第1基板63に対し、梁62a,62bを振動軸として、振動運動が可能となっており、第1基板63は第2基板65に対し、梁64a,64bを振動軸として、振動運動が可能となっている。したがって、ミラー部61は、x軸及びy軸の2軸振動が可能、すなわち、スクリーン40の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査することが可能となっている。
As shown in FIG. 12, the
The
The
The
As a result, the
本実施形態では、MEMSミラー60が、スクリーン40の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査するため、図13に示すように、スクリーンの左端40a,右端40b,上端40c,下端40d側で画像が歪む。そこで、本実施形態では、第1実施形態で示した水平方向の軌跡のずれの補正及びスクリーン上端40c、下端40dの歪みを補正する。
具体的には、補正用光学素子26には、図14に示すように、スクリーン40の上端40c側の垂直方向の歪みを補正する円弧状の電圧(図14の破線で示すスクリーン40の中央部で最も電圧値が高くなる電圧波形)と、第1実施形態のサイン波形状を補正する電圧(図14の一点鎖線)とを合成した補正電圧(図14の実線)が印加される。
In this embodiment, since the
Specifically, as shown in FIG. 14, the correcting
本実施形態に係る画像表示装置65では、MEMSミラー60が2軸振動するミラーであっても、補正用光学素子26に印加する電圧を制御することにより、画像の歪みを補正することができる。
なお、スクリーン40の下端40d側の垂直方向の歪みを補正するには、上端40c側の補正電圧と対称の電圧が補正用光学素子26に印加される。すなわち、補正用光学素子26に印加される電圧は、図15に示すように、円弧状の電圧(図15の破線で示すスクリーン40の中央部で最も電圧値が高くなる電圧波形)と、第1実施形態のサイン波形状を補正する電圧(図15の一点鎖線)とを合成した補正電圧(図15の実線)となり、この補正電圧が補正用光学素子26に印加される。
In the
In order to correct the vertical distortion on the
なお、本実施形態においてスクリーン40の左端40a及び右端40bの歪みを補正するには、第2実施形態で用いた補正用光学素子57を備えることにより、水平方向のレーザ光の補正が可能となる。したがって、レーザ光の水平方向の走査及び垂直方向の走査の両方を補正する場合は、クロスダイクロイックプリズム11から射出されたレーザ光の光路上に、水平方向に補正する水平補正用光学素子及び垂直方向に補正する垂直補正用光学素子を直列に並べれば良い。これにより、スクリーン40に表示される画像の水平方向及び垂直方向の画像の歪みを抑制することができる。
なお、2つの補正用光学素子を用いた場合、MEMSミラー60とスクリーン40との間の光路上に直列に配置する構成であっても良く、また、いずれか一方の補正用光学素子を光源部10とMEMSミラー60との間の光路上に配置し、他方の補正用光学素子をMEMSミラーとスクリーン40との間の光路上に配置しても良い。さらには、垂直補正用光学素子及び水平補正用光学素子は、音響光学素子あるいは電気光学素子のいずれであっても良い。
また、1つの補正用光学素子でレーザ光を水平方向及び垂直方向に走査できる場合は、水平用、垂直用と分けて補正用光学素子を設けなくて済むため、装置全体の小型を図ることが可能となる。
In the present embodiment, in order to correct the distortion of the
When two correction optical elements are used, a configuration in which the two correction optical elements are arranged in series on the optical path between the
Further, when the laser beam can be scanned in the horizontal direction and the vertical direction with one correction optical element, it is not necessary to provide the correction optical element separately for horizontal and vertical use, so that the entire apparatus can be reduced in size. It becomes possible.
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、補正部としてKTN結晶(電気光学素子)を用いた、これに限るものではなく、他の電気光学素子(例えば、ニオブ酸リチウム;LiNbO3)を用いても良い。さらには、電気光学素子に限らず、音響光学素子であっても良い。補正部として音響光学素子または電気光学素子を用いることにより、レーザ光の微小角度の偏向を高精度で行うことができる。
また第1走査部としてMEMSミラーを用いたが、往復運動をする走査機構であれば良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, a KTN crystal (electro-optical element) is used as the correction unit, but the invention is not limited to this, and another electro-optical element (for example, lithium niobate; LiNbO 3 ) may be used. Furthermore, it is not limited to an electro-optical element, but may be an acousto-optical element. By using an acousto-optic element or an electro-optic element as the correction unit, the laser beam can be deflected at a minute angle with high accuracy.
Although the MEMS mirror is used as the first scanning unit, any scanning mechanism that reciprocates may be used.
1,45,65…画像表示装置、10R…赤色光源装置(光源)、10G…緑色光源装置(光源)、10B…青色光源装置(光源)、26,57…補正用光学素子(補正部)、30,60…MEMSミラー(第1走査部)、40…スクリーン(被投射面)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
被投射面の水平方向及び垂直方向のうち少なくとも一方向に前記ビーム状の光を非等速に走査させる非等速走査部を有する第1走査部と、
該第1走査部によって走査される前記ビーム状の光の前記被投射面上での照射位置を補正する補正部とを備えることを特徴とする画像表示装置。 A light source that emits beam-shaped light;
A first scanning unit having a non-constant speed scanning unit that scans the beam-shaped light at a non-constant speed in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of a projection surface;
An image display apparatus comprising: a correction unit that corrects an irradiation position on the projection surface of the beam-shaped light scanned by the first scanning unit.
Priority Applications (1)
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2007
- 2007-05-21 JP JP2007133928A patent/JP2008287149A/en not_active Withdrawn
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