JP4852971B2

JP4852971B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP4852971B2
Application number: JP2005311460A
Authority: JP
Inventors: 哲朗山▲崎▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: JP2007121538A

Description

本発明は、画像表示装置、特に、画像信号に応じて変調されたビーム光を走査させるこ
とにより画像を表示する画像表示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、色純度が高い、コヒーレンスが高
く整形が容易である等の特徴を有する。このため、レーザプロジェクタにより、高解像度
かつ色再現性が良好な画像を表示することが期待されている。レーザ光の走査には、光を
反射している状態の反射ミラーを振動させることによって光を走査させる構成を用いるこ
とができる。レーザプロジェクタにおいて、反射ミラーを用いてレーザ光を走査させる技
術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００３−２１８００号公報

高い解像度の画像を表示するには、画像の１フレーム期間において多くの画素を形成す
るために、レーザ光を高速に走査させることとなる。反射ミラーの高速かつ正確な駆動を
行うには反射ミラーの偏向角をできるだけ小さくすることが望まれることから、特に、大
型な画像を表示する場合には、スクリーン等の被照射面と反射ミラーとの間の距離を長く
することが求められている。ビーム径が最小となるビームウェストが反射ミラーの位置と
なるように光学系を構成すると、被照射面に形成されるレーザ光のスポットが一つの画素
より大きくなることが考えられる。被照射面と反射ミラーとの間の距離を長くするほど、
またビームウェストにてレーザ光を細く絞るほど、被照射面におけるスポットは大きくな
る。この場合、一つの画素にスポットを収めるためにさらに光学系を追加する必要がある
ことから、光学系の複雑化を招くこととなる。また、特許文献１に提案される構成では、
被照射面の位置にビームウェストを形成している。この場合、反射ミラーにおけるビーム
径が大きくなることから、大型な反射ミラーを用いる必要を生じる。反射ミラーが大型に
なると、高速かつ大きな偏向角で反射ミラーを振動させることが非常に困難である。

被照射面、及び反射ミラーのいずれか一方にビームウェストを形成することによる不具
合を回避するために、被照射面と反射ミラーとの中間位置にビームウェストを形成するこ
とが考えられる。しかしながら、反射ミラーから被照射面までに１ｍ以上の光路を確保す
るような場合には、被照射面から反射ミラーまでの光路にて、画素や反射ミラーに収まる
程度、例えば１ｍｍほどのビーム径を維持させることは非常に困難である。このように、
ビーム光の走査により画像を表示する従来の技術では、簡易な構成により高い解像度の画
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、簡易な構成により高い解像度の画像を表示す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。

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、画像信号に応じて変
調されたビーム光を、被照射面を走査させることにより画像を表示する画像表示装置であ
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走査させる走査部と、ビー
ム光を集光させる集光光学系と、を有し、集光光学系は、走査部と被照射面との中間位置
よりも走査部から遠い位置においてビームウェストを形成す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。

走査部と被照射面との中間位置よりも走査部から遠い位置においてビームウェイトを形
成する構成とすると、走査部の位置にビームウェストを形成する場合と比較して、被照射
面でのスポット径を低減することが可能となる。被照射面の位置にビームウェストを形成
する場合と比較すると、走査部でのビーム径を低減することができる。本発明によると、
画面サイズ及び解像度に応じた画素領域にスポットを収め、かつ、走査部の位置にてビー
ム径が最小となるように、ビームウェストの位置の最適化が可能となる。画素領域にスポ
ットを収めることで解像度に応じた高精細な表示を可能とする。走査部の位置におけるビ
ーム径を最小とすることで、走査部に用いられる反射ミラーのサイズを小さくすることが
できる。反射ミラーを小型にできることで、高速かつ大きな偏向角により反射ミラーを振
動させることが可能となる。さらに、本発明はビームウェストの位置を適宜調整するのみ
で実現可能であるから、新たな光学系を不要とし、簡易な構成とすることができる。これ
により、簡易な構成により高い解像度の画像を表示することが可能な画像表示装置を得ら
れる。

また、本発明の好ましい態様によれば、集光光学系は、中間位置と被照射面との間の光
路中においてビームウェストを形成することが望ましい。これにより、画素領域にスポッ
トを収めることができ、かつ走査部の位置でのビーム径を小さくすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、光源部と走査部との間に設けられ、光源部から
のビーム光を走査部にて集光させる第１集光光学系と、走査部と被照射面との間に設けら
れ、第１集光光学系からのビーム光を集光させることによりビームウェストを形成する第
２集光光学系と、を有することが望ましい。第１集光光学系は、走査部の反射ミラーにて
ビーム径が十分小さくなるようにビーム光を集光させる。走査部と被照射面との間に設け
られる第２集光光学系のみを用いる場合と比較して、第１集光光学系を併せて用いること
で、走査部の位置でのビーム径を小さくすることが可能となる。これにより、走査部の位
置でのビーム径をさらに小さくし、かつ最適な位置にビームウェストを設定することがで
きる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部と第２集光光学系との間に設けられ、ビ
ーム光のビーム径を調整するビーム径調整光学系を有し、第２集光光学系は、ビーム径調
整光学系からのビーム光を集光させることが望ましい。第２集光光学系には、第１集光光
学系により走査部付近にて集光された後のレーザ光が入射する。第１集光光学系による集
光後所定のビーム径に戻ったビーム光を第２集光光学系へ入射させるためには、走査部と
第２集光光学系との間の距離を長く取ることとなる。走査しているビーム光を第２集光光
学系で取り込むためには、走査部と第２集光光学系との間の距離が長くなるに従い大型な
第２集光光学系が必要となる。ビーム径調整光学系によりビーム径を適宜調整可能な構成
とすることで、走査部と第２集光光学系との間の距離を長く取る必要が無くなる。また、
走査部に近い位置に第２集光光学系を配置可能とすることで、小型な第２集光光学系を用
いることができる。このように、光学系の構成に応じてビーム径を適宜調整することで、
光学系の構成の自由度を増加させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、ビーム光を反射する反射ミラーを有
し、反射ミラーを共振動作させることによりビーム光を走査させることが望ましい。反射
ミラーを共振動作させることにより、反射ミラーの変位量を増大させることが可能である
。これにより、少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査させることができる。本発明
では、小型で共振動作させることが可能な反射ミラーを用いることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、互いに異なるピーク波長を有する複
数の色光であるビーム光を供給し、集光光学系は、色光ごとに設けられ、かつ、ピーク波
長に対応する位置にビームウェストを形成することが望ましい。ビーム光は、波長が大き
いほど広がり易い。ピーク波長に対応する位置にビームウェストを形成する集光光学系を
用いることにより、被照射面における各色光のスポットの大きさを均一にすることができ
る。これにより、色ずれを低減し、高品質な画像を表示することができる。

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は、画像信号に応じて変調されたビーム光を、スクリーン１１０の
被照射面Ｓ上を走査させることにより画像を表示する。

画像表示装置１００は、Ｒ光用光源部１０１Ｒと、Ｇ光用光源部１０１Ｇと、Ｂ光用光
源部１０１Ｂとを有する。Ｒ光用光源部１０１Ｒは、ビーム光である赤色レーザ光（以下
、「Ｒ光」という。）を供給する半導体レーザである。Ｇ光用光源部１０１Ｇは、ビーム
光である緑色レーザ光（以下、「Ｇ光」という。）を供給する半導体レーザである。Ｂ光
用光源部１０１Ｂは、ビーム光である青色レーザ光（以下、「Ｂ光」という。）を供給す
る半導体レーザである。各色光用光源部１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、それぞれ画像
信号に応じて変調されたレーザ光であって、互いに異なるピーク波長を有する色光を供給
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。

集光光学系ＬＮ１は、Ｒ光用光源部１０１Ｒとクロスダイクロイックプリズム１０３と
の間、Ｇ光用光源部１０１Ｇとクロスダイクロイックプリズム１０３との間、Ｂ光用光源
部１０１Ｂとクロスダイクロイックプリズム１０３との間にそれぞれ設けられている。こ
のように、集光光学系ＬＮ１は、色光ごとに設けられている。集光光学系ＬＮ１は、それ
ぞれレーザ光を集光させる。集光光学系ＬＮ１は単独のレンズにより構成する場合に限ら
れず、複数のレンズにより構成することとしても良い。各色光用光源部１０１Ｒ、１０１
Ｇ、１０１Ｂからの光は、それぞれ集光光学系ＬＮ１を透過した後、クロスダイクロイッ
クプリズム１０３へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム１０３は、２つのダイクロイック膜１０３ａ、１０３ｂ
を有する。第１ダイクロイック膜１０３ａ、及び第２ダイクロイック膜１０３ｂは、Ｘ字
型に直交して配置される。Ｒ光用光源部１０１ＲからのＲ光は、第１ダイクロイック膜１
０３ａで反射し、かつ第２ダイクロイック膜１０３ｂを透過することにより、走査部２０
０の方向へ進行する。Ｇ光用光源部１０１ＧからのＧ光は、第１ダイクロイック膜１０３
ａ及び第２ダイクロイック膜１０３ｂを透過することにより、走査部２００の方向へ進行
する。Ｂ光用光源部１０１ＢからのＢ光は、第２ダイクロイック膜１０３ｂで反射し、か
つ第１ダイクロイック膜１０３ａを透過することにより、走査部２００の方向へ進行する
。このように、クロスダイクロイックプリズム１０３は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を合成する
。

図２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、回転軸である第１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、第１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、第１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、第１トーションばね２０６に略直交する回転軸である第２トーションばね２
０７によって、外枠部２０４に連結されている。反射ミラー２０２は、各色光用光源部１
０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂ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、例えば、正方形形状をなしている。

反射ミラー２０２は、外枠部２０４が第１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、第２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、第２トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２
０２は、第２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、
各色光用光源部１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂ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３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２０
２がレーザ光を反射させる側を表側とすると、第１電極３０１、３０２は、外枠部２０４
の裏側の空間であって、第１トーションばね２０６に関して略対称な位置にそれぞれ設け
られている。第１電極３０１、３０２に電圧を印加すると、第１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２
０４は、第１電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、第１トーションば
ね２０６を中心として回動する。

第２トーションばね２０７は、詳細には、第３トーションばね３０７と第４トーション
ばね３０８とで構成されている。第３トーションばね３０７と第４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電極３０６が設けられている。第２電極３０６に電圧を印加すると、第２電極３
０６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、第２
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、副走査方向であるＹ方向へ１
回レーザ光を走査させる間に、主走査方向である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、第２トーションばね
２０７を中心として反射ミラー２０２を共振動作させる構成とすることが望ましい。反射
ミラー２０２を共振動作させることにより、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させることができる。なお、反射ミラー２０２は、
共振動作以外の動作により駆動することとしても良い。

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１に戻って、走査部２００からの光は、反射部１０５に入射する。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。スクリーン１１０は
、筐体１０７の正面に設けられている。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する
。スクリーン１１０は、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。スクリーン１１０は、例えば、光を観察者側へ角度変換するフレネルレンズ
や、光を拡散させるレンチキュラーレンズ（いずれも不図示。）等を有する。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４は、スクリーン１１０の被照射面Ｓに形成されるレーザ光のスポットＳＰ、及びレ
ーザ光の走査により表示される画素Ｐを示す。画素Ｐは一辺の長さｄの正方形形状をなし
ている。スポットＳＰは、半径ω_Pの円形状をなしている。半径ω_Pは、被照射面Ｓにおけ
るレーザ光のビーム半径である。本明細書において、ビーム半径とは、いずれもガウスビ
ーム半径を指すものとする。ビーム半径ω_Pがｄ／２以下であれば、画素Ｐの領域にスポ
ットＳＰを収めることができる。画像表示装置１００は、画素Ｐの領域にスポットＳＰを
収めることにより、解像度に応じた高精細な表示を行うことができる。

例えば、対角線方向へ５０インチの画面サイズのスクリーン１１０において１９２０×
１０８０ピクセルのフルハイビジョンの画像を表示する場合を考える。この場合、一つの
画素Ｐの一辺の長さｄは、およそ０．５７６５ｍｍである。レーザ光が画素Ｐの領域にち
ょうど収まるスポットＳＰを形成するとき、被照射面Ｓにおけるレーザ光のビーム半径ω
_Pは、０．５７６５／２≒０．２８８（ｍｍ）となる。

図５は、被照射面Ｓにレーザ光のビームウェストを形成する従来の構成を説明するもの
である。ビームウェストは、ガウスビームにおいて波面の曲率がゼロ、かつビーム径が最
小となる位置をいう。ここでは、各色光のうちＧ光の光路を代表例として説明を行う。ま
た、便宜上、Ｇ光用光源部１０１Ｇからスクリーン１１０までの光路が一つの直線上にあ
るものとして図示することとし、説明に不要な構成の図示を省略している。ビームウェス
トの位置から距離ｚの位置におけるガウスビームのビーム半径ω（ｚ）は、以下の式（１
）により表すことができる。

但し、λはビーム光の波長、Ｍ²はビーム品質、ω₀はビームウェストにおけるビーム半
径をそれぞれ示す。ビーム品質Ｍ²は、実際のビーム光の拡がり角を、理想的な回折限界
ビームの拡がり角で除した比を表す。ビーム品質Ｍ²は１以上の数値で表される。

例えば、図５に示す構成において、反射ミラー２０２から被照射面Ｓまでの距離Ｌ₀を
１．５ｍとする場合を考える。被照射面Ｓの位置にビームウェストを形成することから、
ビームウェストにおけるビーム半径ω₀＝ω_P＝０．２８８ｍｍである。Ｇ光のピーク波長
λ＝５５０ｎｍ、ビーム品質Ｍ²＝１．０であるとすると、反射ミラー２０２の位置にお
けるビーム半径ω_Sは、式（１）にｚ＝１．５×１０³を代入することで算出できる。
ω_S＝ω（１．５×１０³）≒０．９５６ｍｍ

よって、被照射面Ｓの位置にビームウェストを形成する場合、一辺が２×０．９５６＝
１．９１２（ｍｍ）以上である反射ミラー２０２を用意すれば良いこととなる。

図６は、本実施例の画像表示装置１００の特徴的部分の構成を説明するものである。画
像表示装置１００は、集光光学系ＬＮ１により、反射ミラー２０２と被照射面Ｓとの中間
位置Ｍと被照射面Ｓとの間の光路中においてビームウェストＢＷを形成することを特徴と
する。ビームウェストＢＷは、被照射面Ｓからの距離がＬ₁である位置に形成されている
。なお、反射ミラー２０２から被照射面Ｓまでの距離Ｌ₀を１．５ｍとし、波長λ、ビー
ム品質Ｍ²はいずれも図５の説明と同じであるとする。

被照射面Ｓの位置におけるビーム半径ω_Pを０．２８８ｍｍとすると、上記式（１）を
用いて、被照射面Ｓ及びビームウェストＢＷの間の距離Ｌ₁と、反射ミラー２０２の位置
におけるビーム半径ω_Sとの関係を図７のように表すことができる。図７に示す関係から
、被照射面Ｓからの距離Ｌ₁＝１３６．５０７ｍｍの位置にビームウェストＢＷを形成す
る場合に、反射ミラー２０２の位置におけるビーム半径ω_Sが最小となることがわかる。
なお、Ｌ₁が２３７ｍｍ付近となる部分でグラフが途切れているのは、Ｌ₁が２３７ｍｍ以
上となる場合には条件を満足する状態が存在しないことを示している。

反射ミラー２０２の位置におけるビーム半径ω_Sは、上記式（１）にｚ＝１．５×１０³
−１３６．５０７を代入することで算出できる。
ω_S＝ω（１．５×１０³−１３６．５０７）≒０．９１１ｍｍ

よって、本実施例によると、一辺が２×０．９１１＝１．８２２（ｍｍ）以上である反
射ミラー２０２を用いることが可能となる。これにより、被照射面Ｓの位置にビームウェ
ストを形成する従来の場合と比較して、反射ミラー２０２の一辺を約５％小さくすること
が可能となる。反射ミラー２０２の厚みを同一とする場合、反射ミラー２０２の一辺を約
５％小さくすることにより、反射ミラー２０２の振動周波数を約１５％も向上させること
ができる。

このように、本発明によると、画面サイズ及び解像度に応じた画素領域にスポットＳＰ
を収め、かつ、走査部２００の位置にてビーム径が最小となるように、ビームウェストＢ
Ｗの位置の最適化が可能となる。画素領域にスポットＳＰを収めることで解像度に応じた
高精細な表示を可能とする。走査部２００の位置におけるビーム径を最小とすることで、
反射ミラー２０２のサイズを小さくすることができる。反射ミラー２０２を小型にできる
ことで、高速かつ大きな偏向角により反射ミラー２０２を振動させることが可能となる。
さらに、本発明はビームウェストＢＷの位置を適宜調整するのみで実現可能であるから、
新たな光学系を不要とし、簡易な構成とすることができる。これにより、簡易な構成によ
り高い解像度の画像を表示することができるという効果を奏する。

なお、ビームウェストＢＷの位置は、上記式（１）の各パラメータに応じて適宜設定す
ることが可能である。また、集光光学系ＬＮ１は、中間位置Ｍと被照射面Ｓとの間の光路
中にビームウェストＢＷを形成する構成に限られない。集光光学系ＬＮ１は、走査部２０
０と被照射面Ｓとの中間位置Ｍよりも走査部２００から遠い位置においてビームウェスト
ＢＷを形成する構成であれば良い。例えば、集光光学系ＬＮ１は、走査部２００からスク
リーン１１０までの光路の延長上であって、走査部２００から見て被照射面Ｓよりも遠い
位置にビームウェストＢＷを形成することとしても良い。

図８は、被照射面Ｓにおける各色光のずれを低減するための構成を説明するものである
。上記の式（１）から、ビーム光の波長λが大きいほど、距離ｚにおけるビーム半径ω（
ｚ）が大きくなることがわかる。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各ピーク波長は、例えば、６５０ｎ
ｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍである。Ｒ光のピーク波長はＧ光のピーク波長より大きいこ
とから、Ｒ光用光源部１０１Ｒ、Ｇ光用光源部１０１Ｇから被照射面Ｓまでの距離がいず
れも略同一である場合、被照射面ＳにおけるスポットＳＰは、Ｇ光よりＲ光のほうが大き
くなる。また、Ｂ光のピーク波長はＧ光のピーク波長より小さいことから、Ｂ光用光源部
１０１Ｂ、Ｇ光用光源部１０１Ｇから被照射面Ｓまでの距離がいずれも略同一である場合
、被照射面ＳにおけるスポットＳＰは、Ｇ光よりＢ光のほうが小さくなる。このため、各
色光用光源部から被照射面Ｓまでの距離が略同一、かつ同じ位置にビームウェストを形成
する集光光学系ＬＮ１を用いると、スクリーン１１０にて色ずれを生じることがある。

このため、各集光光学系ＬＮ１は、いずれもピーク波長に対応する位置にビームウェス
トを形成することが望ましい。Ｒ光に対して設けられる集光光学系ＬＮ１は、Ｇ光に対し
て設けられる集光光学系ＬＮ１より被照射面Ｓに近い位置にビームウェストを形成する。
これにより、被照射面Ｓの位置におけるビーム径の拡がりを相殺することができる。Ｂ光
に対して設けられる集光光学系ＬＮ１は、Ｇ光に対して設けられる集光光学系ＬＮ１より
走査部２００に近い位置にビームウェストを形成する。これにより、被照射面Ｓの位置に
おけるビーム径の収縮を相殺することができる。このようにピーク波長に対応する位置に
ビームウェストを形成する集光光学系ＬＮ１を用いることにより、被照射面Ｓにおける各
色光のスポットＳＰの大きさを均一にすることができる。これにより、スクリーン１１０
における色ずれを低減し、高品質な画像を表示することができる。このほか、上記の式（
１）によると、ビーム品質Ｍ²が大きいほど、距離ｚにおけるビーム半径ω（ｚ）が大き
くなる。このため、ビーム品質Ｍ²が大きい光源に対して設けられる集光光学系ＬＮ１ほ
ど、走査部２００に近い位置にビームウェストを形成するように構成することとしても良
い。

図９は、本発明の実施例２に係る画像表示装置の特徴的部分の構成を説明するものであ
る。本実施例の画像表示装置は、第１集光光学系ＬＮ１及び第２集光光学系ＬＮ２を有す
ることを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。ここでは、図６と同様に、各色光のうちＧ光の光路を代表例として説明を行う
。第１集光光学系ＬＮ１は、Ｇ光用光源部１０１Ｇと反射ミラー２０２との間に設けられ
ている。第１集光光学系ＬＮ１は、Ｇ光用光源部１０１ＧからのＧ光を走査部の反射ミラ
ー２０２にて集光させる。

第２集光光学系ＬＮ２は、反射ミラー２０２と被照射面Ｓとの間に設けられている。反
射ミラー２０２と第２集光光学系ＬＮ２との間には、ビーム径調整光学系９０１が設けら
れている。ビーム径調整光学系９０１は、レーザ光のビーム径を調整する。ビーム径調整
光学系９０１は、単独のレンズにより構成する場合に限られず、複数のレンズにより構成
することとしても良い。第２集光光学系ＬＮ２は、第１集光光学系ＬＮ１、反射ミラー２
０２、ビーム径調整光学系９０１を順次経たＧ光を集光させる。本実施例の構成において
は、第２集光光学系ＬＮ２により、反射ミラー２０２及び被照射面Ｓの中間位置と、被照
射面Ｓとの間の位置にビームウェストＢＷが形成される。

反射ミラー２０２から被照射面Ｓまでの距離Ｌ₀が１．５ｍ、第２集光光学系ＬＮ２か
ら被照射面Ｓまでの距離Ｌ₂が１．４ｍであるとする。上記実施例１と同様に、Ｇ光のピ
ーク波長λ＝５５０ｎｍ、ビーム品質Ｍ²＝１．０とする。被照射面Ｓの位置におけるビ
ーム半径ω_Pを０．２８８ｍｍとすると、上記式（１）を用いて、被照射面Ｓ及びビーム
ウェストＢＷの間の距離Ｌ₁と、第２集光光学系ＬＮ２の位置におけるビーム半径ω_Lとの
関係を図１０のように表すことができる。図１０に示す関係から、被照射面Ｓからの距離
Ｌ₁＝１４４．３１４ｍｍの位置にビームウェストＢＷを形成する場合に、第２集光光学
系ＬＮ２の位置におけるビーム半径ω_Lが最小となることがわかる。このとき第２集光光
学系ＬＮ２の位置におけるビーム半径ω_L＝０．８５０ｍｍである。

第１集光光学系ＬＮ１及びビーム径調整光学系９０１は、第２集光光学系ＬＮ２の位置
におけるビーム半径ω_L＝０．８５０ｍｍとなるように構成される。さらに、本実施例で
は、第１集光光学系ＬＮ１及びビーム径調整光学系９０１の構成に応じて、反射ミラー２
０２の位置におけるビーム半径ω_Sを適宜決定することが可能である。例えば、第１集光
光学系ＬＮ１は、反射ミラー２０２の位置にビームウェストを形成するように構成されて
いる。例えば、第１集光光学系ＬＮ１により、反射ミラー２０２の位置におけるビーム半
径ω_Sを０．４ｍｍとすることができる。反射ミラー２０２の位置におけるビーム半径ω_S
を０．５ｍｍ以下とすることにより、一辺が１ｍｍ以下の反射ミラー２０２を用いること
が可能となる。なお、第１集光光学系ＬＮ１は、反射ミラー２０２の位置にビームウェス
トを形成する構成とする場合に限らず、反射ミラー２０２内にレーザ光を集光させること
が可能な構成であれば良い。

ビーム径調整光学系９０１は、第１集光光学系ＬＮ１により集光されたレーザ光を、第
２集光光学系ＬＮ２の位置にて所定のビーム半径ω_Lにまで拡げ、ビーム径を調整する。
第１集光光学系ＬＮ１による集光後、ビーム径調整光学系９０１を経ずに所定のビーム径
にまで拡げられたレーザ光を第２集光光学系ＬＮ２へ入射させるためには、反射ミラー２
０２と第２集光光学系ＬＮ２との間の距離を長く取ることとなる。走査しているレーザ光
を第２集光光学系ＬＮ２で取り込むためには、反射ミラー２０２と第２集光光学系ＬＮ２
との間の距離が長くなるに従い大型な第２集光光学系ＬＮ２が必要となる。

ビーム径調整光学系９０１によりビーム径を適宜調整可能な構成とすることで、反射ミ
ラー２０２と第２集光光学系ＬＮ２との間の距離を長く取る必要が無くなる。また、反射
ミラー２０２に近い位置に第２集光光学系ＬＮ２を配置可能とすることで、第２集光光学
系ＬＮ２の有効径を小さくでき、小型な第２集光光学系ＬＮ２を用いることができる。こ
のように、光学系の構成に応じてビーム径を適宜調整することで、光学系の構成の自由度
を増加させることができる。なお、被照射面Ｓの画素領域、及び反射ミラー２０２にてレ
ーザ光を収めることができる限り、ビーム径調整光学系９０１を省略しても良い。また、
ビーム径調整光学系９０１の機能を第２集光光学系ＬＮ２に持たせることとしても良い。

第１集光光学系ＬＮ１と第２集光光学系ＬＮ２とを併せて用いることで、反射ミラー２
０２と被照射面Ｓとの間に設けられる第２集光光学系ＬＮ２のみを用いる場合と比較して
、反射ミラー２０２の位置でのビーム径を小さくすることが可能となる。これにより、反
射ミラー２０２の位置でのビーム径をさらに小さくし、かつ最適な位置にビームウェスト
ＢＷを設定することができる。

図１１は、本発明の実施例３に係る画像表示装置１１００の概略構成を示す。画像表示
装置１１００は、観察者側に設けられたスクリーン１１１０にレーザ光を供給し、スクリ
ーン１１１０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。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。走査部２００からのレーザ光は、出射窓１１０６を透過した後、スクリーン１
１１０に入射する。本実施例の場合も、上記の画像表示装置１００と同様に、集光光学系
ＬＮ１により、走査部２００及び被照射面Ｓの中間位置と、被照射面Ｓとの間の光路中に
おいてビームウェストを形成する。これにより、簡易な構成により高い解像度の画像を表
示することができる。

なお、上記の実施例において、各色光用光源部は半導体レーザを用いる構成としている
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、固体レーザ、液体レーザやガスレーザを用いる構成としても良い。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、画像信号に応じて変調されたビーム光を
走査させることにより画像を表示する場合に適している。

本発明の実施例１に係る画像表示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。レーザ光のスポット及び画素を示す図。被照射面にレーザ光のビームウェストを形成する構成を説明する図。画像表示装置の特徴的部分の構成を説明する図。ビームウェストの位置及びビーム半径の関係を示す図。被照射面における各色光のずれを低減するための構成を説明する図。本発明の実施例２に係る画像表示装置の特徴的部分の構成を説明する図。ビームウェストの位置及びビーム半径の関係を示す図。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、１０１ＲＲ光用光源部、１０１ＧＧ光用光源部、１０１Ｂ
Ｂ光用光源部、１０３クロスダイクロイックプリズム、１０３ａ第１ダイクロイッ
ク膜、１０３ｂ第２ダイクロイック膜、１０５反射部、１０７筐体、１１０スク
リーン、２００走査部、ＬＮ１集光光学系、Ｓ被照射面、２０２反射ミラー、２
０４外枠部、２０６第１トーションばね、２０７第２トーションばね、３０１、３
０２第１電極、３０５ミラー側電極、３０６第２電極、３０７第３トーションば
ね、３０８第４トーションばね、Ｐ画素、ＳＰスポット、ＢＷビームウェスト、
Ｍ中間位置、９０１ビーム径調整光学系、ＬＮ１第１集光光学系、ＬＮ２第２集
光光学系、１１００画像表示装置、１１０６出射窓、１１１０スクリーン

Claims

互いに異なるピーク波長を有する複数の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走査する走査部と、
前記ビーム光ごとに設けられ、前記ビーム光を集光させる集光光学系と、を有し、
前記集光光学系は、前記走査部と被照射面との中間位置と前記被照射面との間の光路中にビームウェストを形成し、前記ピーク波長が長い程、前記ピーク波長に対応する前記ビームウェストが前記被照射面と近い位置にあることを特徴とする画像表示装置。
前記光源部と前記走査部との間に設けられ、前記光源部からの前記ビーム光を前記走査部にて集光させる第１集光光学系と、
前記走査部と前記被照射面との間に設けられ、前記第１集光光学系からの前記ビーム光を集光させることにより前記ビームウェストを形成する第２集光光学系と、を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記走査部と前記第２集光光学系との間に設けられ、前記ビーム光のビーム径を調整するビーム径調整光学系を有し、
前記第２集光光学系は、前記ビーム径調整光学系からの前記ビーム光を集光させることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記走査部は、前記ビーム光を反射する反射ミラーを有し、前記反射ミラーを共振動作させることにより前記ビーム光を走査させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。