JP4501811B2 - 光走査装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させることで画像を表示するための光走査装置の技術に関する。

近年、画像を表示する画像表示装置として、レーザ光を走査させることで画像を表示するレーザプロジェクタが提案されている。レーザ光は、単色性及び指向性が高いことを特徴とする。このため、レーザプロジェクタは、色再現性の良い画像を得られるという利点を有する。レーザ光を走査させることで画像を表示する画像表示装置の技術としては、例えば、特許文献１に提案されるものがある。

特開平１−２４５７８０号公報

通常、レーザ光は、スクリーン等の被照射領域に形成されるスポットの形状が略円形状となるように整形される。この場合、スポットの中心位置が画素の領域に入射したタイミングを用いてレーザ光の変調を行うと、一の画素を表示するためのレーザ光が、その画素に隣接する画素の領域にまで入り込むこととなる。画像信号のアドレス情報とは異なる位置に変調光が入射することで画像がぼける、いわゆるクロストークが発生すると、画像の輪郭が不明瞭となる等により、高解像度な画像を表示することが困難になる。このような不具合を低減するためには、一の画素の領域内にスポットが全て収まる状態である場合のみにおいてレーザ光を点灯させることが考えられる。しかしながら、スポットが一の画素と同等の大きさの円形状である場合、一の画素を表示するためのレーザ光の点灯時間が非常に短くなり、画像が暗くなってしまう。レーザ光の点灯時間を長くするには、一の画素に対して小さい円形状のスポットとすることが考えられる。この場合、レーザ光を走査させる行ごとの隙間が目立ち易くなることとなることから、シームレスな画像を得ることが難しくなる。このように、従来の技術では、明るく高品質な画像を表示することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、明るく高品質な画像を表示するための光走査装置、及びその光走査装置を用いる画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じたビーム光を走査させる光走査装置であって、ビーム光を供給する光源部と、光源部からのビーム光を被照射領域において第１の方向と、第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を有し、走査部は、第１の方向へビーム光を走査させる周波数が、第２の方向へビーム光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動され、ビーム光により被照射領域に形成されるスポットが、第２の方向より第１の方向へ短い形状であることを特徴とする光走査装置を提供することができる。

第２の方向より第１の方向へ短い形状のスポットを形成することにより、一の画素を表示するためのビーム光が他の画素の領域にまで入り込むことによるぼけを低減できる。また、スポットの第１の方向の幅を小さくすることで、一の画素に対するビーム光の点灯時間を増大させることも可能となる。一の画素を表示するためのビーム光が他の画素の領域にまで入り込むことによるぼけを低減することにより、高解像度な画像を表示することができる。一の画素に対するビーム光の点灯時間を増大させることにより、明るい画像を表示することができる。さらに、第２の方向へ長い形状のスポットを形成することにより、第２の方向についての画素間の隙間を少なくすることが可能となる。ビーム光を走査させる行ごとの隙間を目立たなくすることにより、シームレスな画像を表示することができる。これにより、明るく高品質な画像を表示するための光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、スポットの第２の方向への長さが、画像信号に応じて形成される画素の第２の方向への長さと略同じであることが望ましい。これにより、ビーム光を走査させる行ごとの隙間を目立たなくし、シームレスな画像を表示することができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、スポットが略楕円形状であることが望ましい。これにより、スポットを、第２の方向より第１の方向へ短い形状とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、スポットが略長方形形状であることが望ましい。これにより、スポットを、第２の方向より第１の方向へ短い形状とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、スポットを整形する整形光学系を有することが望ましい。これにより、第２の方向より第１の方向へ短い所望の形状のスポットを形成することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、ビーム光の強度がスポットにおけるピーク強度の２分の１の強度にまで減衰するラインをスポットの外縁とすると、光源部は、画像信号に応じた一の画素を形成するために、スポットの中心位置に続いてスポットの外縁が画素の一の境界線上を通過するタイミングでビーム光を点灯させ、ビーム光の点灯後スポットの外縁が画素の他の境界線上に到達したタイミングでビーム光を消灯させるように駆動されることが望ましい。画素の境界線上では、一の画素に対して供給されたビーム光の強度に、次にビーム光が走査する画素に対して供給されたビーム光の強度が加算されることとなる。ピーク強度の２分の１にまでビーム光の強度が減衰するラインをスポットの外縁とする場合、画素の境界線上でビーム光の強度を減衰させ、画素同士を識別することが可能となる。これにより、高解像度な画像を表示することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、ガウス強度分布に略一致する強度分布のビーム光を供給し、画像信号に応じた一の画素上をスポットの中心位置が移動する時間をＴ、スポットの第１の方向におけるガウスビーム半径をω₀、画素の第１の方向への長さをＬｐ、とすると、一の画素に対して、以下の式（１）を満足する時間ｔにおいてビーム光を点灯させるように駆動されることが望ましい。なお、本明細書における単位の取り方は一例である。

ガウスビーム半径ω₀は、光源部や整形光学系の構成等に基づいて適宜決定することができる。第１の方向についての画素の長さＬｐ及びガウスビーム半径ω₀から時間ｔを決定することにより、一の画素を表示するためのビーム光が、その画素に隣接する画素の領域にまで入り込むことによるぼけを防止できる。これにより、高品質な画像を表示するための光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、さらに、以下の式（２）を満足することが望ましい。

式（２）によりｋを限定することで、画素の境界線上でビーム光の強度を減衰させ、画素間のぼけを低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、さらに、以下の式（３）を満足することが望ましい。

式（３）によりｋを限定することで、画素の境界線上でビーム光の強度をさらに減衰させ、画素間のぼけをさらに低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、ガウス強度分布に略一致する強度分布のビーム光を供給し、画像信号に応じて形成される画素の第１の方向の長さをＬｐ、一の画素上をスポットの中心位置が移動する時間をＴ、一の画素に対してビーム光を点灯させる時間をｔ、スポットの第１の方向におけるガウスビーム半径をω₀、とすると、以下の式（４）を満足することが望ましい。

時間ｔは、表示する画像に必要な明るさ等に基づいて適宜決定することができる。時間Ｔ、時間ｔからスポットの第１の方向におけるガウスビーム半径ω₀を決定することにより、一の画素を表示するためのビーム光が、その画素に隣接する画素の領域にまで入り込むことによるぼけを防止できる。これにより、高品質な画像を表示するための光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、さらに、ｋ≧１であることが望ましい。ｋを１以上の値とすることにより、画素の境界線上でビーム光の強度を減衰させ、画素間のぼけを低減できる。

また、本発明の好ましい態様としては、さらに、ｋ≧２であることが望ましい。ｋを２以上の値とすることにより、画素の境界線上でビーム光の強度をさらに減衰させ、画素間のぼけをさらに低減できる。

さらに、本発明によれば、光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、光走査装置は、上記の光走査装置であることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記の光走査装置を用いることにより、明るく高品質な画像を表示することが可能である。これにより、明るく高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００に設けられた光走査装置１２０は、画像信号に応じたレーザ光を走査させる。光走査装置１２０は、レーザ装置１０１、照明光学系１０２、及び走査部２００を有する。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からのレーザ光により画像を表示する。

図２は、レーザ装置１０１の概略構成を示す。レーザ装置１０１は、ビーム光である赤色レーザ光（以下、「Ｒ光」という。）を供給するＲ光用光源部１２１Ｒと、ビーム光である緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」という。）を供給するＧ光用光源部１２１Ｇと、ビーム光である青色レーザ光（以下、「Ｂ光」という。）を供給するＢ光用光源部１２１Ｂと、を有する。

各色光用光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂは、それぞれ画像信号に応じて変調されたレーザ光を供給する。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。レーザ装置１０１には、２つのダイクロイックミラー１２４、１２５が設けられている。ダイクロイックミラー１２４は、Ｒ光を透過し、Ｇ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は、Ｒ光及びＧ光を透過し、Ｂ光を反射する。Ｒ光用光源部１２１ＲからのＲ光は、ダイクロイックミラー１２４、１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。

Ｇ光用光源部１２１ＧからのＧ光は、ダイクロイックミラー１２４で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２４で反射したＧ光は、ダイクロイックミラー１２５を透過した後、レーザ装置１０１から出射する。Ｂ光用光源部１２１ＢからのＢ光は、ダイクロイックミラー１２５で反射することにより、光路が略９０度折り曲げられる。ダイクロイックミラー１２５で反射したＢ光は、レーザ装置１０１から出射する。レーザ装置１０１は、このようにして、画像信号に応じて変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を供給する。

図１に戻って、レーザ装置１０１からのレーザ光は、照明光学系１０２を経た後走査部２００へ入射する。走査部２００からの光は、投写光学系１０３を経た後、反射部１０５に入射する。照明光学系１０２及び投写光学系１０３は、レーザ装置１０１からのレーザ光をスクリーン１１０上に結像させる。反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光をスクリーン１１０の方向へ反射する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。

スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。

図３は、走査部２００の概略構成を示す。走査部２００は、反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２の周囲に設けられた外枠部２０４とを有する、いわゆる二重ジンバル構造をなしている。外枠部２０４は、回転軸であるトーションばね２０６によって、不図示の固定部に連結されている。外枠部２０４は、トーションばね２０６の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０６を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０６に略直交する回転軸であるトーションばね２０７によって、外枠部２０４に連結されている。反射ミラー２０２は、レーザ装置１０１からのレーザ光を反射する。反射ミラー２０２は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。

反射ミラー２０２は、外枠部２０４がトーションばね２０６を中心として回動することにより、スクリーン１１０においてレーザ光をＹ方向（図１参照）へ走査させるように変位する。また、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動することにより、反射ミラー２０２で反射したレーザ光をＸ方向へ走査するように変位する。このように、走査部２００は、レーザ装置１０１からのレーザ光をＸ方向とＹ方向へ繰り返し走査させる。

図４は、走査部２００を駆動させるための構成を説明するものである。反射ミラー２０２がレーザ光を反射させる側を表側とすると、第１の電極３０１、３０２は、外枠部２０４の裏側の空間であって、トーションばね２０６に関して略対称な位置にそれぞれが設けられている。第１の電極３０１、３０２に電圧を印加すると、第１の電極３０１、３０２と、外枠部２０４との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。外枠部２０４は、第１の電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、トーションばね２０６を中心として回動する。

トーションばね２０７は、詳細には、第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８とで構成されている。第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８との間には、ミラー側電極３０５が設けられている。ミラー側電極３０５の裏側の空間には、第２の電極３０６が設けられている。第２の電極３０６に電圧を印加すると、第２の電極３０６とミラー側電極３０５との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第２の電極３０６のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動する。走査部２００は、このようにして反射ミラー２０２を回動させることで、レーザ光を二次元方向へ走査させる。走査部２００は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。

走査部２００は、例えば画像の１フレーム期間において、垂直方向であるＹ方向へ１回レーザ光を走査させる間に、水平方向であるＸ方向について複数回レーザ光を往復させるように反射ミラー２０２を変位させる。Ｘ方向を第１の方向、Ｙ方向を第１の方向に略直交する第２の方向とすると、走査部２００は、第１の方向へレーザ光を走査する周波数が、第２の方向へレーザ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動される。なお、Ｘ方向へのレーザ光の走査を高速に行うために、走査部２００は、トーションばね２０７を中心として反射ミラー２０２を共振させる構成とすることが望ましい。反射ミラー２０２を共振させることにより、反射ミラー２０２の変位量を増大させることができる。反射ミラー２０２の変位量を増大させることにより、走査部２００は、少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査することができる。なお、反射ミラー２０２は、共振を用いず駆動することとしても良い。

なお、走査部２００は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、圧電素子の伸縮力や電磁力を用いて駆動する構成であっても良い。走査部２００は、Ｘ方向にレーザ光を走査する反射ミラーと、Ｙ方向にレーザ光を走査する反射ミラーとを設ける構成としても良い。さらに、走査部２００は、ガルバノミラーを用いる構成に限らず、複数のミラー片を有する回転体を回転させるポリゴンミラーを用いても良い。

図５は、従来の技術を用いる場合のレーザ光のスポットについて説明するものである。従来の技術においてレーザ光は、通常、スクリーン等の被照射領域に形成されるスポットＳＰａの形状が略円形状となるように整形される。スポットＳＰａの中心位置が画素Ｐの領域に入射したタイミングを用いてレーザ光の変調を行うと、一の画素を表示するためのレーザ光が、その画素に隣接する画素の領域にまで入り込むこととなる。画像信号のアドレス情報とは異なる位置に変調光が入射することで画像がぼける、いわゆるクロストークが発生すると、画像の輪郭が不明瞭となる等により、高解像度な画像を表示することが困難になる。

このような不具合を低減するためには、一の画素Ｐの領域内にスポットＳＰａが全て収まる状態である場合のみにおいてレーザ光を点灯させることが考えられる。しかしながら、スポットＳＰａが一の画素Ｐの領域内に収まる状態であるときの移動距離Δｓａが極めて短くなるため、一の画素Ｐ上を移動する間にレーザ光を点灯可能な時間が非常に少なくなる。スポットＳＰａが画素Ｐと同等の大きさの円形状である場合、一の画素Ｐに対してレーザ光を点灯可能な時間が非常に短くなるため、画像が暗くなってしまう。

画素Ｐに対して小さいスポットＳＰｂとする場合、スポットＳＰｂが一の画素の領域内に収まる状態であるときの移動距離Δｓｂを、スポットＳＰａの場合の移動距離Δｓａより長く取ることが可能である。この場合、一の画素Ｐに対するレーザ光の点灯時間を長くすることができる一方、副走査方向であるＹ方向についてのスポットＳＰｂ同士の間隔Δｙが大きくなってしまう。レーザ光を走査させる行ごとの隙間が目立ち易くなると、シームレスな画像を得ることが難しくなる。

図６は、スクリーン１１０上の被照射領域におけるレーザ光のスポットＳＰ１の形状、及び一つの画素Ｐを形成するためのレーザ光の点灯時間について説明するものである。スポットＳＰ１は、Ｘ方向への長さｄｘの短軸、Ｙ方向への長さｄｙの長軸を持つ略楕円形状を有している。スポットＳＰ１は、第２の方向より第１の方向へ短い形状を有している。Ｙ方向よりＸ方向へ短い形状のスポットＳＰ１を形成することにより、一の画素Ｐを表示するためのレーザ光が他の画素Ｐの領域にまで入り込むことによるぼけを低減できる。また、スポットＳＰ１の第２の方向であるＹ方向の幅ｄｙは、画素ＰのＹ方向の長さと略同じである。これにより、副走査方向であるＹ方向についての画素Ｐの間隔を少なくすることが可能となる。

図７は、スポットＳＰ１におけるレーザ光の強度分布について説明するものである。図７のグラフの縦軸はレーザ光の強度Ｉ、横軸はスポットＳＰ１の中心位置からの距離をそれぞれ表している。スポットＳＰ１中のレーザ光の強度分布は、スポットＳＰ１の中心位置をピーク強度Ｉ０とするガウス強度分布に略一致している。第１の方向であるＸ方向におけるガウスビーム半径をω₀とすると、スポットＳＰ１の中心からの距離ｒにおけるレーザ光の強度Ｉは、以下の式（５）によって表すことができる。

スポットＳＰ１の外縁とは、レーザ光の強度Ｉがピーク強度Ｉ０の２分の１の強度Ｉ０／２にまで減衰するラインとする。スポットＳＰ１の中心と外縁との間の距離ｒをｒ＝ｋω₀と表す場合、ｋは、以下の値（≒０．５８９）となる。

図６に戻って、光源部は、一の画素Ｐに対して、スポットＳＰ１の中心位置に続いてスポットＳＰ１の外縁が画素の一の境界線である左側境界線ｂｌ上を通過するタイミングでレーザ光を点灯させる。そして、レーザ光の点灯後スポットＳＰ１の外縁が画素Ｐの他の境界線である右側境界線ｂｒ上に到達したタイミングでレーザ光を消灯させる。レーザ光を点灯させるタイミングにおけるスポットＳＰ１の中心位置Ｏと、レーザ光を消灯させるタイミングにおけるスポットＳＰ１の中心位置Ｏ’との間隔をΔｓ１とすると、光源部は、画素ＰのＸ方向への長さＬｐのうち、スポットＳＰ１の中心位置が間隔Δｓ１を通過する間にレーザ光を点灯させる。

一の画素Ｐ上をスポットＳＰ１の中心位置が移動する時間をＴ（秒）、スポットＳＰ１のＸ方向におけるガウスビーム半径をω₀（ミリメートル）、画素ＰのＸ方向への長さをＬｐ（ミリメートル）、ｋを上記の値とする。一の画素Ｐ上をレーザ光が走査する速度が一定であるものとみなすと、Ｌｐに対する（Ｌｐ−２ｋω₀）の割合と、Ｔに対するｔの割合とは等しくなる。よって、光源部は、一の画素Ｐに対して、式（１）を満足する時間ｔ（秒）においてレーザ光を点灯させるように駆動される。

本実施例の画像表示装置１００は、一の画素Ｐに対して式（１）により算出された時間ｔにおいてレーザ光を供給するように駆動が制御される。本実施例では、スポットＳＰ１のＸ方向の幅を小さくすることで、スポットを略円形状とする場合と比較して、一の画素Ｐに対するレーザ光の点灯時間ｔを増大させることが可能となる。一の画素Ｐに対するレーザ光の点灯時間ｔを増大させることにより、明るい画像を表示することができる。例えば、振幅変調によりレーザ光を変調する場合、光源部は、時間ｔにおいて振幅を変化させたパルス信号によりレーザ光を変調する。また、パルス幅変調によりレーザ光を変調する場合、光源部は、時間ｔを最大パルス幅としてパルス幅を変化させたパルス信号によりレーザ光を変調する。

図８は、画素Ｐ同士の境界線ｍｂ上におけるレーザ光の強度について説明するものである。図８のグラフの縦軸はレーザ光の強度、横軸はＸ方向における位置をそれぞれ表している。一の画素ＰについてスポットＳＰ１の中心位置がｍ１を通過するタイミングにおいて、境界線ｍｂ上におけるビーム光の強度はＩ０／２であるとする。そして、スポットＳＰ１の中心位置が境界線ｍｂを通過した後、ｍ２を通過するタイミングで、境界線ｍｂ上におけるビーム光の強度が再びＩ０／２になるとする。光源部は、スポットＳＰ１の中心位置がｍ１からｍ２へ移動する間は、レーザ光の供給を停止させる。

境界線ｍｂ付近では、一の画素Ｐに対するレーザ光の強度分布Ｌ１と、その次の画素Ｐに対するレーザ光の強度分布Ｌ２とが加算される。このため、ｍ１、ｍ２では、隣接する画素Ｐに対するレーザ光がピーク強度Ｉ０に加算され、強度Ｉ０より大きい強度となる。境界線ｍｂ上では、スポットＳＰ１の中心位置がｍ１にあるときのビーム光の強度Ｉ０／２と、スポットＳＰ１の中心位置がｍ２にあるときのビーム光の強度Ｉ０／２とが加算され、ピーク強度Ｉ０と略同じ強度となる。このように、ピーク強度の２分の１にまでレーザ光の強度が減衰するラインをスポットの外縁とする場合、画素の境界線上でビーム光の強度を減衰させ、画素同士を識別することが可能となる。

本発明によると、一の画素Ｐを表示するためのレーザ光が他の画素Ｐの領域にまで入り込むことによるぼけを低減することにより、高解像度な画像を表示することができる。また、一の画素Ｐに対するレーザ光の点灯時間を増大させることにより、明るい画像を表示することができる。さらに、Ｙ方向について画素Ｐと略同じ長さのスポットＳＰ１を形成することにより、レーザ光を走査させる行ごとの隙間を目立たなくし、シームレスな画像を表示することができる。これにより、明るく高品質な画像を表示することができるという効果を奏する。

なお、上記の式（１）におけるｋの値は上述するものに限られない。ｋは、以下の式（６）を満足する任意の値であれば良い。

これにより、スポットの外縁をレーザ光の強度がピーク強度の２分の１以下にまで減衰するラインとし、画素Ｐを識別することが可能となる。また、ｋは、以下の式（２）により限定することとしても良い。

例えば、ｋ＝１であるとき、図９に示すように、スポットＳＰ１の中心位置から外縁までの距離ｒ（＝ｋω₀）は、ガウスビーム半径ω₀となる。この場合、スポットＳＰ１の外縁は、レーザ光の強度ＩがＩ０／ｅ²（≒０．１３５Ｉ０、ｅは自然対数の底）にまで減衰するラインとなる。この場合、光源部は、一の画素Ｐに対して、以下の式（７）を満足する時間ｔ（秒）においてレーザ光を点灯させるように駆動される。

ｋを上記の式（２）を満足する値とすることにより、画素Ｐの境界線上でレーザ光の強度を減衰させ、画素Ｐ間のぼけを低減できる。さらに、ｋは、式（３）により限定することとしても良い。

例えば、ｋ＝２であるとき、図１０に示すように、スポットＳＰ１の中心位置から外縁までの距離ｒ（＝ｋω_ｏ）は、２ω_ｏとなる。この場合、スポットＳＰ１の外縁は、レーザ光の強度ＩがＩ０／ｅ^８（≒３．３４×１０^−４Ｉ０）にまで減衰するラインとなる。この場合、光源部は、一の画素Ｐに対して、以下の式（８）を満足する時間ｔ（秒）においてレーザ光を点灯させるように駆動される。

ｋを上記の式（３）を満足する値とすることにより、画素Ｐの境界線上でレーザ光の強度をさらに減衰させ、さらに画素Ｐ間のぼけを低減できる。

図１１は、画像表示装置１００を制御するためのブロック構成を示すものである。画像信号入力部７１１は、入力端子から入力された画像信号の特性補正や増幅等を行う。例えば、画像信号入力部７１１は、アナログ形式の画像信号をディジタル形式の光源変調用強度信号に変換する。画像信号入力部７１１は、ディジタル形式の画像信号をディジタル形式の光源変調用強度信号として出力することとしても良い。同期／画像分離部７１２は、画像信号入力部７１１からの信号を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれについての画像情報信号、垂直同期信号、水平同期信号に分離し、制御部７１３へ出力する。制御部７１３のうちの画像処理部７２１は、画像情報をフレームごとの情報に分けて、フレームメモリ７１４へ出力する。フレームメモリ７１４は、画像処理部７２１からの画像信号をフレーム単位で格納する。

制御部７１３のうちの走査制御部７２３は、垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、走査部２００を駆動させる駆動信号を生成する。走査駆動部７１５は、制御部７１３からの駆動信号に応答して走査部２００を駆動させる。水平角度センサ７１６は、スクリーン１１０にてレーザ光をＸ方向へ走査させる反射ミラー２０２（図３参照）の振り角を検出する。垂直角度センサ７１７は、スクリーン１１０にてレーザ光をＹ方向へ走査させる反射ミラー２０２の振り角を検出する。信号処理部７１８は、垂直角度センサ７１７の変位からフレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、水平角度センサ７１６の変位からライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃをそれぞれ生成し、制御部７１３へ出力する。

制御部７１３は、フレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、ライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃから演算された線速度、及び垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、画素タイミングクロックを生成する。画素タイミングクロックは、レーザ光が各画素上を通るタイミングを知るための信号であって、画像信号に応じて変調されたレーザ光を正確な位置に入射させるためのものである。制御部７１３は、さらに画素タイミングクロックから、光源駆動パルス信号を生成する。光源駆動パルス信号により、上記の式（１）等を満足する時間ｔにおいてレーザ光を点灯させることが可能となる。

Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、光源制御部７２２によりフレームメモリ７１４から読み出されるＲ光についての画像情報信号、及び光源駆動パルス信号に基づいて、Ｒ光用光源部１２１Ｒを駆動させる。Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、光源駆動パルス信号に応じてＲ光用光源部１２１ＲのＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、Ｒ光源駆動部７３２Ｒは、画像情報信号に応じてパルス幅が変調された駆動信号に応じてＲ光の変調を行う。Ｇ光源駆動部７３２Ｇも、Ｒ光源駆動部７３２Ｒと同様にして、Ｇ光用光源部１２１Ｇを駆動させる。Ｂ光源駆動部７３２Ｂも、Ｒ光源駆動部７３２Ｒと同様にして、Ｂ光用光源部１２１Ｂを駆動させる。各光源駆動部７３２Ｒ、７３２Ｇ、７３２Ｂは、画像情報信号に応じて振幅が変調された駆動信号に応じて変調を行うこととしても良い。この場合、画像信号入力部７１１は、アナログ形式の画像信号を増幅することでアナログ形式の光源変調用強度信号を出力する構成や、ディジタル形式の画像信号をアナログ形式の信号に変換する構成とする。

各光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂとして例えば端面発光型半導体レーザを用いる場合、スポットが略楕円形状であるレーザ光を供給することが可能である。スポットが略楕円形状となるレーザ光を供給可能である場合、照明光学系１０２や投写光学系１０３（図１参照）を用いてレーザ光を絞ることによりスポットを略楕円形状とすることができる。さらにスポットを変形させる場合や、各光源部１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂが略円形状のスポットを形成するレーザ光を供給する場合、例えば面発光型半導体レーザを用いる場合は、以下に説明する整形光学系を用いることができる。

図１２は、整形光学系であるアナモルフィックプリズム９０１によるスポットの整形について説明するものである。アナモルフィックプリズム９０１は、レーザ装置１０１と走査部２００（図１参照）との間の光路中に配置される。アナモルフィックプリズム９０１は、屈折作用により、断面が略円形状であるレーザ光Ｌａを垂直方向へ引き伸ばし、断面が略楕円形状のレーザ光Ｌｂを出射させる。このようにして、スポットを所望の形状とすることができる。なお、アナモルフィックプリズム９０１は、特定方向についてスポットを拡大又は縮小させる構成であれば良い。整形光学系としては、例えば、垂直方向についてスポット径を変化させるアナモルフィックプリズムと、水平方向についてスポット径を変化させるアナモルフィックプリズムとを併せて用いる構成としても良い。

整形光学系としてはアナモルフィックプリズム９０１に限られず他の構成、例えば、所望の楕円形状の開口部を備えるアパーチャや、ＤＯＥ（Diffractive Optical Elements；回折型光学素子）、シリンドリカルレンズ、非球面レンズ等を用いることとしても良い。整形光学系としてアパーチャを用いる場合、所望のスポット形状のレーザ光を容易に得られる一方、アパーチャにてレーザ光が遮られる分光利用効率が減少することとなる。

レーザ光がガウス強度分布以外の強度分布である場合も本発明を適用することが可能である。例えば整形光学系としてＤＯＥを用いる場合、スポットにおけるレーザ光の強度分布がガウス強度分布とは異なることも考えられる。ガウス強度分布とは異なる場合であっても、レーザ光の強度分布は通常スポットの中心付近をピークとするものと考えられる。よって、被照射領域にて目視されるスポットの形状から本実施例と同様にレーザ光の点灯時間ｔを決定することとしても、本発明の効果を十分得ることが可能である。

図１３は、本発明の実施例２に係る画像表示装置について説明するものであって、被照射領域におけるレーザ光のスポットＳＰ２を示している。実施例１ではスポットＳＰ１の形状からレーザ光の点灯時間ｔを決定するのに対して、本実施例では、レーザ光を点灯させる時間ｔからスポットＳＰ２の形状を決定する。また、本実施例では、スポットＳＰ２は、第２の方向であるＹ方向の幅ｄｙより第１の方向であるＸ方向の幅ｄｘが短い略長方形形状をなしている。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

レーザ光を点灯させるタイミングにおけるスポットＳＰ２の中心位置Ｏと、レーザ光を消灯させるタイミングにおけるスポットＳＰ２の中心位置Ｏ’との間隔をΔｓ２とすると、光源部は、画素ＰのＸ方向への長さＬｐのうち、スポットＳＰ２の中心位置が間隔Δｓ２を通過する間レーザ光を点灯させる。画素ＰのＸ方向の長さをＬｐ（ミリメートル）、一の画素Ｐ上をスポットＳＰ２の中心位置が移動する時間をＴ（秒）、一の画素Ｐに対してビーム光を点灯させる時間をｔ（秒）、スポットＳＰ２のＸ方向におけるガウスビーム半径をω_ｏ（ミリメートル）、とすると、式（４）を満足する。

本実施例の場合も、例えばｋが以下の値である場合、スポットＳＰ２の外縁を、レーザ光の強度がピーク強度の２分の１にまで減衰するラインとすることができる。

本実施例の画像表示装置は、ガウスビーム半径ω₀が式（４）を満足するようにスポットＳＰ２の形状を決定する。本実施例の場合も、上記実施例１と同様に、明るく高品質な画像を表示することができる。さらに、ｋを、ｋ≧１を満足する値としても良い。これにより、画素Ｐの境界線上でレーザ光の強度を減衰させ、画素Ｐ間のぼけを低減できる。さらに、ｋを、ｋ≧２を満足する値としても良い。これにより、画素Ｐの境界線上でレーザ光の強度をさらに減衰させ、画素Ｐ間のぼけをさらに低減できる。

なお、本実施例では、スポットＳＰ２のＹ方向の幅ｄｙが、画素ＰのＹ方向の幅よりも若干小さい。このため副走査方向であるＹ方向について、スポットＳＰ２同士の間隔Δｙが生じる。レーザ光を走査させる行ごとの隙間が目立たない程度であれば、本実施例のように、Ｙ方向について画素Ｐよりも小さいスポットＳＰ２を形成することとしても良い。上記実施例１のように略楕円形状のスポットを形成する場合も同様である。本実施例の場合、整形光学系として例えばアパーチャやＤＯＥを用いることで容易に略長方形形状のスポットＳＰ２を得ることができる。

図１４は、本発明の実施例３に係る画像表示装置１７００の概略構成を示す。画像表示装置１７００は、観察者側に設けられたスクリーン１７０５にレーザ光を供給し、スクリーン１７０５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置１７００は、上記実施例１と同様に、光走査装置１２０を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。光走査装置１２０からのレーザ光は、投写光学系１０３を透過した後、スクリーン１７０５に入射する。本実施例の場合も、明るく高品質な画像を表示することができる。

なお、上記の実施例において、各色光用光源部はレーザ光を供給する構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、各色光用光源部は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。

以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる画像表示装置に用いる場合に適している。

本発明の実施例１に画像表示装置の概略構成を示す図。 レーザ装置の概略構成を示す図。 走査部の概略構成を示す図。 走査部を駆動させるための構成を説明する図。 従来の技術を用いる場合のレーザ光のスポットについて説明する図。 スポットの形状及びレーザ光の点灯時間について説明する図。 スポットにおけるレーザ光の強度分布について説明する図。 画素同士の境界線上におけるレーザ光の強度について説明する図。 スポットの中心位置から外縁までの距離について説明する図。 スポットの中心位置から外縁までの距離について説明する他の図。 画像表示装置を制御するためのブロック構成を示す図。 整形光学系によるスポットの形状の整形について説明する図。 本発明の実施例２に係る画像表示装置について説明する図。 本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１００ 画像表示装置、１０１ レーザ装置、１０２ 照明光学系、１０３ 投写光学系、１０５ 反射部、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、１２０ 光走査装置、２００ 走査部、１２１Ｒ Ｒ光用光源部、１２１Ｇ Ｇ光用光源部、１２１Ｂ Ｂ光用光源部、１２４、１２５ ダイクロイックミラー、２０２ 反射ミラー、２０４ 外枠部、２０６ トーションばね、２０７ トーションばね、３０１、３０２ 第１の電極、３０５ ミラー側電極、３０６ 第２の電極、３０７ 第１のトーションばね、３０８ 第２のトーションばね、Ｐ 画素、ＳＰａ、ＳＰｂ スポット、ｂｌ 左側境界線、ｂｒ 右側境界線、Ｏ、Ｏ’ 中心位置、ＳＰ１ スポット、７１１ 画像信号入力部、７１２ 同期／画像分離部、７１３ 制御部、７１４ フレームメモリ、７１５ 走査駆動部、７１６ 水平角度センサ、７１７ 垂直角度センサ、７１８ 信号処理部、７２１ 画像処理部、７２２ 光源制御部、７２３ 走査制御部、７３２Ｒ Ｒ光源駆動部、７３２Ｇ Ｇ光源駆動部、７３２Ｂ Ｂ光源駆動部、９０１ アナモルフィックプリズム、ＳＰ２ スポット、１７００ 画像表示装置、１７０５ スクリーン

Claims (12)

1. 画像信号に応じたビーム光を走査させる光走査装置であって、
   前記ビーム光を供給する光源部と、
   前記光源部からの前記ビーム光を被照射領域において第１の方向と、前記第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を有し、
   前記走査部は、前記第１の方向へ前記ビーム光を走査させる周波数が、前記第２の方向へ前記ビーム光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動され、
   前記ビーム光により前記被照射領域に形成されるスポットが、前記第２の方向より前記第１の方向へ短い形状であり、
   前記ビーム光の強度が前記スポットにおけるピーク強度の２分の１以下の所定の強度にまで減衰するラインを前記スポットの外縁とすると、前記光源部は、前記画像信号に応じた一の画素に対して、前記スポットの中心位置に続いて前記スポットの前記外縁が前記画素の一の境界線上を通過するタイミングで前記ビーム光を点灯させ、前記ビーム光の点灯後前記スポットの前記外縁が前記画素の他の境界線上に到達したタイミングで前記ビーム光を消灯させるように駆動されることを特徴とする光走査装置。
2. 前記スポットの前記第２の方向への長さが、前記画像信号に応じて形成される画素の前記第２の方向への長さと略同じであることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記スポットが略楕円形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
4. 前記スポットが略長方形形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光走査装置。
5. 前記スポットを整形する整形光学系を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記光源部は、ガウス強度分布に略一致する強度分布の前記ビーム光を供給し、
   前記画像信号に応じた一の画素上を前記スポットの中心位置が移動する時間をＴ、前記スポットの前記第１の方向におけるガウスビーム半径をω0、前記画素の前記第１の方向への長さをＬｐ、とすると、一の前記画素に対して、以下の条件式を満足する時間ｔにおいて前記ビーム光を点灯させるように駆動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
   

   
7. さらに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項６に記載の光走査装置。
   

   
8. さらに、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項７に記載の光走査装置。
   

   
9. 前記光源部は、ガウス強度分布に略一致する強度分布の前記ビーム光を供給し、
   前記画像信号に応じて形成される画素の前記第１の方向の長さをＬｐ、一の前記画素上を前記スポットの中心位置が移動する時間をＴ、一の前記画素に対して前記ビーム光を点灯させる時間をｔ、前記スポットの前記第１の方向におけるガウスビーム半径をω0、とすると、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光走査装置。
   

   
10. さらに、ｋ≧１であることを特徴とする請求項９に記載の光走査装置。
11. さらに、ｋ≧２であることを特徴とする請求項１０に記載の光走査装置。
12. 光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、
    前記光走査装置は、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光走査装置であることを特徴とする画像表示装置。

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