JP5119627B2

JP5119627B2 - 画像投射装置

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Publication number: JP5119627B2
Application number: JP2006226809A
Authority: JP
Inventors: 茂樹橋本; 洋志田中; 一直鬼木; 歩田口
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008051963A

Description

本発明は、例えば回折格子型構成の１次元型の光変調装置を有する画像投射装置に関する。

プロジェクターやプリンター等の画像投影装置において、１次元的な画像情報を有する画像光を、光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影することで２次元画像を形成する装置が知られている。このように１次元的な画像を得る装置として、光学的な機能を有する微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いる光変調装置が提案されている。光学ＭＥＭＳの多くは光の進行方向の制御や光のオン／オフを行うような、広義の光スイッチングシステムとして用いられている。この光スイッチングシステムの一種として、回折格子の機能を有する光ＭＥＭＳ素子より成るいわゆる１次元型の光変調素子を用いる回折格子型の光変調装置が知られている（例えば特許文献１及び２参照。）。

図１３は、回折格子型の光変調素子１１を複数並置配列して構成した回折格子型の光変調装置５０の要部の概略平面構成図を示す。この光変調素子１１は、基体１２上に形成した下部電極３３と、この下部電極３３をブリッジ状に跨ぐように配置したリボン状の第１及び第２の電極３１及び３２とを有して構成される。第１及び第２の電極３１及び３２は例えば交互に配置され、これら第１及び第２の電極３１及び３２と下部電極３３とは、その間の空間によって電気的に絶縁されている。また、第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばその両端が屈曲されて支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂとされ、この支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂを介して基体１２に支持されて構成される。

ここで基体１２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁性材料より成る下地膜と、その上面に形成され、導電性を有する材料から成る上部電極とから構成される。この場合上部電極３８としては、例えば高い反射率を有するＡｌ等より成り、少なくともその上面中央部が反射領域として構成される。

そして図１３に示すように、第１の電極３１は一様に固定電位に接続するバイアス電極へ接続され、第２の電極３２は、回折格子型の光変調素子１１毎にそれぞれ異なる制御電極へ接続される。バイアス電極は、複数の光変調素子１１において共通とされており、図示しないバイアス電極端子部を介して接地されている。下部電極３３も、複数の光変調素子１１において共通とされており、図示しない下部電極端子部を介して接地されている。図１３において、各電極３１及び３２の延長する方向を矢印Ｘ、並置配列される幅方向を矢印Ｙでそれぞれ示す。なお、第１の電極３１は接地電位に限定されることなく、例えば所定の電位としてもよい。
この場合、第１及び第２の電極３１及び３２は３本ずつ６本で一組の光変調素子１１が構成され、この光変調素子１１が基体（図示せず）上に例えば１０８０組、第１及び第２の電極３１及び３２の矢印Ｙで示す幅方向に並置配列して形成され、回折格子型の光変調装置５０が構成される。

図１３の矢印Ｂ−Ｂに沿った第１の電極３１の概略断面図を図１４に示し、図１３の矢印Ａ−Ａに沿った第２の電極３２の非駆動状態及び駆動状態における概略断面図をそれぞれ図１５及び図１６に示す。また、図１３の矢印Ｃ−Ｃに沿った隣接する２つの光変調素子１１の一部概略断面図を図１７に示す。また図１７においては、隣接する光変調素子１１の左側が非駆動状態、右側が駆動状態である場合を示す。図１４〜図１７に示す例においては、各電極の支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂが柱状とされ、かつその内部に空隙を有する構造とする例を示すが、支持部の形状はその他種々の構造とし得る。

接続端子部、制御電極を介して第２の電極３２へ電圧を印加し、且つ、下部電極３３へ電圧を印加すると（実際には、下部電極３３は接地状態にある）、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が下方に変位する。そして、このような第２の電極３２の変位に基づき、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。
ここで、図１７に示すように、隣接する第１の電極３１の間の距離をｄとし、また第１及び第２の電極３１及び３２に入射する光（入射角：θｉ）の波長をλ、回折角をθｍとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θｍ）］＝ｍ×λ
で表すことができる。ここで、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、第１及び第２の電極３１及び３２の頂面の高さの差Δｈが（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。すなわち、第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第１及び第２の電極３１及び３２の頂面の高さの差Δｈを変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。

この光変調装置５０は、図１８に概略断面構成図を示すように、基体１２上に光変調装置５０の周囲をガラス等より成る光透過部材１３に覆われて構成される。なお、図１８において、回折格子型の光変調素子の図示は省略している。基体１２と光透過部材１３とは、低融点金属材料層１４によって接合されている。

特許第３４０１２５０号特許第３１６４８２４号

上述したような回折格子型の光変調装置を用いて光源からの光を画像情報等に対応して変調して画像を投影する画像投影装置にあっては、回折格子を構成する第１及び第２の電極等の製造過程においてばらつきが生じると、駆動電力に対して設計通りの回折光が生じなくなってしまう。このため、この光変調装置により変調した１次元状の画像光を走査ミラー等によってスクリーン上に投影すると、画像に横スジが入ってしまうという問題がある。上述したような例えば１０８０組×６本の電極構造を有する回折格子を均一に生産性良く製造するのは現状では大変困難である。
また、特にポリゴンミラーを走査手段として用いる場合、ミラー面の面倒ればらつきによって、走査された画像がフレーム毎に上下移動してしまう恐れがある。このような上下移動が生じると、縦解像度が劣化してしまう。横長の画像を高フレームレートで表示するには走査手段としてポリゴンミラーを用いることが有利であるが、ポリゴンミラーの各ミラー面を高精度に作製することは現状では難しく、製造上のコストを非常に増大させるという問題がある。このため、このような走査手段による投影位置の誤差を補正することが求められている。

以上の問題に鑑みて、本発明は、１次元型の光変調装置の製造上のばらつきによって生じる画像のスジを低減するとともに、走査手段による投影位置の誤差を補正し、良好な画像表示を可能とすることである。

上記課題を解決するため、本発明による画像投射装置は、１次元型の光変調装置を備える変調光学部と、投射光学部と、走査光学部と、信号処理部とを有する。走査光学部に、１次元型の光変調装置の長手方向と略直交する方向に走査する主走査光学部と、１次元型の光変調装置の長手方向に走査する副走査光学部とを備える。副走査光学部は、主走査光学部によって形成される画像のフレームにおいて１画素間隔に相当する角度の整数倍分だけ１次元型の光変調装置の長手方向に光軸角を変化させる。また、信号処理部は、変化させた光軸角に相当する画素数分の移動に対応して、１次元型の光変調装置に入力する画像信号を補償する。

上述したように、本発明の画像投射装置においては、走査光学部に、互いに直交する方向に光を走査する主走査光学部と副走査光学部とを設けるものである。このように２つの走査光学部を設けることによって、１次元状の画像をいわばその１次元方向に上下移動、例えば微小振動させることができる。したがって、例えば１次元型の光変調装置において、その一部の回折格子等の部品に製造過程で生じる寸法形状等のばらつきが発生していても、その欠陥に起因する輝点または暗点が、例えば副走査光学部による１次元画像の上下移動によって平均化され、そのままスジとなって視認されることを抑制し、すなわちスジの低減化を図ることができる。
また、このような微小振動等の移動に対応して画像信号を予め信号処理部で補償することによって、画像が乱れることがなく、良好に画像を表示することが可能となる。

本発明によれば、１次元型の光変調装置の製造上のばらつきによって生じる画像のスジを低減し、また主走査光学部による投影位置の誤差を補正することで画像の縦解像度劣化を抑制し、良好な画像表示を行うことが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の概略構成図である。図１に示すように、この画像投射装置は、変調光学部１１０、投射光学部１２０、走査光学部１３０を有し、変調光学部１１０には、光源、照明光学系、光変調装置、色合成部及び光選択部が少なくとも配置される。この場合、例えば光の３原色である赤、緑及び青色のレーザ光（矢印ＬＲ、ＬＧ及びＬＢで示す）を射出する光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂを備える。そしてこれらの光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂから射出された各色光は、照明光学系１０１Ｒ、１０１Ｇ及び１０１Ｂを通過した後、図示しないミラーによって光路を曲げて1次元型の光変調装置１０２Ｒ、１０２Ｇ及び１０２Ｂに入射される。信号処理部２００からの信号ＳＲ、ＳＧ及びＳＢに基づいて、これら光変調装置において反射又は回折により変調された光は、同様に図示しないミラーにより光路を曲げてＬ型プリズム等の色合成部１０４に入射され、色合成部１０４において一本の光束に纏められて例えば３原色の光ＬＴとして射出される。この合成された光ＬＴの光路上に光選択部１０５、いわゆる空間フィルターが配置され、ここにおいて１次元画像光が選択される。選択された画像光の射出光路上に投影レンズ１０６、更に回転ミラー等より成る副走査光学部１０７、ガルバノミラーやポリゴンミラー等より成る主走査光学部１０８が配置され、投射光学部１２０及び走査光学部１３０が構成される。そして主走査光学部１０８の例えば矢印ｒで示す回転により１次元状の画像光が矢印Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・で示すように走査され、スクリーン１５０等の表面の画像生成面１５０Ｓにおいて矢印Ｓで示す方向に順次画像が投影される。

ここで光変調装置１０２Ｒ、１０２Ｇ及び１０２Ｂとしては前述の図１３〜図１８を用いて説明した従来構成の回折格子型の光変調装置を用いることができる。この光変調装置に光を照射する照明光学系１０１Ｒ、１０１Ｇ及び１０１Ｂにおいて円筒レンズを用いることにより、図１３中矢印Ｘで示す各電極の延長方向には所定のスポットサイズに集光され、これとは直交する矢印Ｙで示す電極の幅方向には所定幅にコリメートされたコリメート光をこの光変調装置１０１Ｒ、１０１Ｇ及び１０１Ｂの回折格子を構成する電極の反射領域に効率よく照射することができる。
また、光選択部１０５は例えばオフナー光学系として構成され、空間フィルターとして例えばシュリーレンフィルター１０５Ｓを通過した１本の光束が投影レンズ１０６により副走査光学部１０７及び主走査光学部１０８を介してスクリーン１５０上に結像される構成とする。なお、シュリーレンフィルター１０５Ｓは、例えばフーリエ面に配置される。

このような画像投射装置にあっては、前述の図１３〜図１７に示す可動電極である第２の電極３２が図１５及び図１７の左側に示した状態である非駆動時には、第１及び第２の電極３１及び３２の頂面で反射された光はシュリーレンフィルター１０５Ｓで遮られる。
一方、第２の電極３２が図１６及び図１７の右側に示した状態である駆動時には、第１及び第２の３１及び３２で構成される回折格子により回折された±１次（ｍ＝±１）の回折光はシュリーレンフィルター１０５Ｓを通過する。
このような構成にすることで、スクリーン１５０に投影すべき光のオン／オフを制御することができる。また上述したように、第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈを変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。

回折格子型の光変調装置において、第１及び第２の電極３１及び３２は、寸法が非常に小さくかつ駆動電力に対する変調度が細かいので、高い解像度、高速なスイッチング動作及び広い帯域幅の表示が可能となる。更には、低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された画像投射装置を実現することが可能である。また、このような画像投射装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた投射型表示装置と比べて、主走査光学部１０８によって1次元画像の走査を行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能となる。しかも、３原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合するので、極めて広い、自然な色再現範囲の画像を表現することができるといった、従来にはない、優れた表示性能を有する。
またその他の１次元型の光変調装置としては、例えばアレー状液晶素子、アレーＬＤ（レーザダイオード）、アレーＬＥＤ（発光ダイオード）などの光変調機能付発光素子を光源及び光変調装置に換えて用いることも可能である。

図２は本発明の一実施形態例に係る画像投射装置の概略斜視構成図であり、このような回折格子型の光変調装置を用いてスクリーン１５０上に1次元画像を走査投影して２次元画像を表示する様子を模式的に示したものである。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。なお、図２中変調光学部１１０において、赤、緑及び青色等の各色の合成前の光路は代表して１光路のみを示す。
この場合、光源１００（図示しないが例えば赤、緑及び青色の３原色の光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂに対応）から出射された光は照明光学系１０１（１０１Ｒ、１０１Ｇ及び１０１Ｂに対応）によって所定の形状の光束に整形されて光変調装置１０２（１０２Ｒ、１０２Ｇ及び１０２Ｂに対応）に照射される。光変調装置１０２によって、画像等の情報に対応して変調された光は、図示しない色合成部で合成されて、光選択部１０５及び投影レンズ１０６に入射される。投影レンズ１０６の入射前の位置に１次元像４６が結像され、ここにおいて光散乱素子いわゆるディフューザを配置する構成としてもよい。

そして投影レンズ１０６から出射された光は、この例においては先ず副走査光学部１０７に入射される。図示の例においては、ガルバノミラー等の回転ミラーが例えば矢印ｒ１で示すように回転することによって、１次元像の長手方向、すなわち１次元型の光変調装置の長手方向に移動させる。その後主走査光学部１０８において、副走査光学部１０７の走査方向と略直交する方向に光を走査する。図示の例においては、ガルバノミラー等の回転ミラーが例えば矢印ｒ２で示すように回転することによって、スクリーン１５０等の画像生成面１５０Ｓ上に矢印Ｓで示すように走査され、すなわち矢印Ｌ１、Ｌ２、・・・Ｌｎ−１、Ｌｎで示すように走査投影されて２次元像４７が生成される。スクリーン１５０等の画像生成面１５０Ｓ上において２次元像４７が投影される画像表示領域に斜線を付して示し、その両側に非表示領域４８ａ及び４８ｂが存在する。

なお、副走査光学部１０７の構成例としては、例えばガルバノモータ、ステップモータ等のモータ類を使用するという方法の他、図３に一例の概略構成図を示すように、ミラー４１の片側をヒンジで固定して支点４２とし、ピエゾ素子やリニアモータ等の振動素子４３により例えばミラー４１の一端を矢印ｒ１１で示すように移動することによって、光反射角度を調整して走査する構成とすることができる。

このような構成として副走査光学部１０７を設け、変調光学部１１０から出力される1次元画像光を、主走査光学部１０８によるスクリーン１５０上の走査方向と略直交する方向、すなわち1次元画像の長手方向（画像の上下方向）に移動させる。そして本発明においては、光変調装置１０２Ｒ、１０２Ｇ及び１０２Ｂに入力する画像信号ＳＲ、ＳＧ及びＳＢを、副走査光学部１０７による走査方向の移動、すなわち上下方向の移動と逆方向に移動するようにして、すなわちこの上下移動を信号処理部２００において補償する構成とする。
例えば図３に示すミラー４１の回転等によって光軸を上下に１画素幅移動させた場合は、そのままであると画像生成面１５０Ｓに投影された画像も１画素幅移動してしまうので、後述するように、光変調装置１０２に入力する画像信号を逆方向に１画素分移動させて変調するようにする。

次に、この副走査光学部１０７の動作態様について詳細に説明する。
画像におけるスジを目立たなくするためには、なるべく多くの画素を平均化することが望ましい。そのためには副走査光学部１０７によって、画像の投射位置を図４に示すように周期的に移動させればよい。図４において、横軸は１フレーム単位の時間、縦軸は１画素幅を単位とする画像生成面１５０Ｓ上の位置を示す。この例においては、一方へ４画素、他方へ４画素移動するので、元の位置の画素を加えて９画素分を平均化することができる。
図４に示すように、１フレームの画像描画中は副走査光学部１０７をある位置で静止するようにし、画像信号がこの光変調装置１０２に入力されていない時間、すなわち図２における非表示領域４８ａ及び４８ｂを主走査光学部１０８により走査している時間に、この副走査光学部１０７の例えば１画素分の移動を完了すれば、画像すなわち図２中のスクリーン１５０上における２次元像４７に影響を与えることはない。
画像信号が１秒あたり１２０フレームすなわち１フレーム約８ミリ秒である場合、画像信号が光変調装置１０２に入力されない時間は約２ミリ秒である。この間に１画素分の１７μｍ程度の移動を完了することが望ましい。この程度の移動速度は、投射距離にもよるが、副走査光学部１０７においてピエゾ素子やリニアモータ等を用いて十分で可能であり、かつ負荷は低く、動作は十分可能である。

そして、副走査光学部１０７における１回あたり移動角度の変化幅に対応して、スクリーン１５０における画像が上下方向に移動しないように、光変調装置の各光変調素子に入力する画像信号を逆向きに移動させる。つまり、例えば副走査光学部１０７により１画素分に相当する上方向の角度に移動させる時間帯域では、同時に１次元型の光変調装置１０２へ入力する画像信号ＳＲ、ＳＧ及びＳＢが１画素分逆方向すなわち下方向に移動して表示されるように、光変調装置１０２に入力する信号を信号処理部２００において補償する処理を行う。

一例として、上述した回折格子型構成の１次元型の光変調装置として例えば１０８８個の１次元型光変調素子を備える構成として、縦方向に１０８０画素の１次元像を投影して走査することにより、２次元像を表示させる例について説明する。この場合、８個の１次元型の光変調素子を移動用のマージンとして使用することが可能である。このような構成とする場合において、各光変調素子への画像信号の割り当て位置を移動させる様子を図５に模式的に示す。
図５に示すように、この場合各フレームＦ１、Ｆ２、Ｆ３、・・・毎に、各光変調素子Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・Ｍ１０８５、Ｍ１０８６、Ｍ１０８７、Ｍ１０８８に入力する画像信号Ｐ１、Ｐ２、・・・Ｐ１０７９、Ｐ１０８０が順次１画素分ずつ移動するように割り当てられる。図５の例では８フレーム目まで１画素分ずつ移動させた後、９フレーム目に８画素分逆向きに移動させて元の割り当て位置に戻す場合を示す。このような信号の割り当てを行い、同時に、図１及び図２に示す副走査光学部１０７によって上下に１画素分に対応する角度分、順次光軸を変化させることによって、画像生成面１５０Ｓ上においては、各画素の配置位置がずれることなく、すなわち画像が上下にぶれることなく良好に表示される。この場合、上述の図４において説明した例と同様に、元の位置の画像信号を含めて９画素分の平均化を行うことができる。
なお、図５においては、８フレームの間に１画素分ずつ信号の割り当て位置をずらした後、９フレーム目に元の割り当て位置に戻す例を示すが、１０フレーム目以降１７フレーム目まで逆方向に１画素分ずつ割り当て位置を移動させて戻すことも可能である。
なお、光変調装置に設ける光変調素子の数及び表示する１次元像の画素数はこの例に限定されるものではない。

以上のような画像投射装置を用いて、平均化画素数を１から９画素まで変化させてスクリーン１５０の画素生成面１５０Ｓにおけるコントラストを測定した。この結果を図６に示す。ある画素において１５００：１だったコントラストが平均化の効果により約６０００：１まで改善した。

なお、副走査光学部１０７としては、上述の図３に示す構成例の他、図示しないが例えばレンズを１次元型の光変調装置の長手方向に並進運動させる機構や、また図７にその一例の概略構成図を示すように、透過平行平板４４より構成し、この透過平行平板４４を、１次元型光変調装置の長手方向と光軸方向の双方に直交する方向（図７の紙面と直交する方向）を回転軸として矢印ｒ１２で示すように回転運動させることによって、矢印Ｌ１２、で示す光軸方向を矢印Ｌ１２´で示す方向に変化させる構成とすることもできる。また例えば、図８に概略構成図を示すようにウェッジ板４５より構成し、このウェッジ板４５を光軸方向に矢印ｒ１３で示すように並進運動させることによって、矢印Ｌ１３で示す光軸方向を矢印Ｌ１３´で示す光軸方向に変化させる構成とすることもできる。

本発明の画像投射装置において、副走査光学部１０７によって１秒間に画像を移動させる回数に本質的な制限はないが、人間の目にスジの移動が検知されないようにするためには６０回以上とすることが好ましい。例えば１２０フレーム／秒の画像信号であれば１秒あたり１２０回移動すればよい。
また、移動１回あたりの画像の移動幅に本質的な制限はないが、上述した図３における振動素子や図７に示す例のような回転移動機構等を設ける場合に、これらの駆動部への負荷を軽減するためには、１画素幅とすることが好ましい。つまり、副走査光学部１０７を駆動するモータ等の駆動部の負荷を軽減するには、例えば図４に示す例のように、連続して同一方向に１画素分画像を移動させる走査を行い、次に逆方向に連続して１画素分移動させる走査を行うことをくり返す平均化を行うことが望ましい。
更に、平均化する画素の数に本質的な制限はないが、できるだけ多くの画素を平均化した方がスジの低減効果が大きい。
なお、１回あたりの移動幅を数画素分程度に大きくすることによって、例えばランダムに副走査光学部１０７によって画素の上下移動を行うことも可能であり、この場合は周期性がなくなるので、横スジの平均化によるちらつきの周期性を抑制ないしは回避して、より確実にスジの低減化を図り、より良好な画像の表示を行うことが可能となる。

また、本発明の画像投射装置における主走査光学部１０８として、ポリゴンミラーを用いることも可能である。ポリゴンミラーを用いる場合には、より良好に横長の画像を表示することが可能となる。一方ポリゴンミラーの各ミラー面の鉛直性を精度よく製造するにはコスト高を招来する恐れがある。コストをある程度抑えた場合、ポリゴンミラーの各ミラー面の面倒れが生じ、すなわちこの面倒れ精度誤差に起因して各ミラー面に対応する画像フレーム毎に、画像が画像生成面において上下に平行移動する恐れがある。
これに対し、本発明の画像投射装置においては、上下に画像を走査する副走査光学部を設けることから、この画像の上下移動分を相殺するように副走査光学部を制御することによって、良好に画像を表示することができる。

このようなポリゴンミラーを用いた本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の概略斜視構成図を図９に示す。この例においては、ポリゴンミラーの各ミラー面の面倒れ精度誤差による１次元画像の偏向を予め補正するように、ポリゴンミラーの回転角度に対応して副走査光学部を駆動する例を示す。図９において、図１及び図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
すなわちこの場合、図９に示すように、予めポリゴンミラー１０８Ａによる面倒れ精度誤差を測定しておき、ポリゴンミラー１０８Ａの回転角度を回転角度検出部６４によって検出し、角度信号Ｓａが副走査光学部１０７を駆動する副走査光学部駆動制御部６２に出力される。そして、ポリゴンミラー１０８Ａの面倒れ精度誤差に対応して、画像光を偏向するように駆動信号Ｓｍを副走査光学部１０７の図示しない駆動部に出力する。
このようにして、副走査光学部１０７により予め面倒れ精度誤差を補償されて上下方向に偏向された光がポリゴンミラー１０８Ａにより反射され、ライン状の画像光として、例えばスクリーン１５０に投影され、矢印Ｓで示すように走査されて画像が表示される。ポリゴンミラー１０８Ａは回転軸ｃを中心に矢印ｒ２で示すように回転される。
このような構成とすることによって、ポリゴンミラー１０８Ａの面倒れ精度仕様を大幅に緩和することができ、結果的にコストの低減化を図ることが可能となる。

上述したように、主走査光学部としてポリゴンミラーを用いる場合において、円筒形のスクリーンに投射する構成とした画像投射装置の一例の概略構成図を図１０に示す。図１０において、図１、図２及び図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
なお、従来は、円筒面状のスクリーンに映像を投影する場合、例えば液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などの２次元空間光変調素子を用いる場合は、四隅が歪んでしまうため円筒面状のスクリーンの全ての領域で鮮明な画像を投影することは難しく、スクリーンを多面体構成として投影することしかできなかった。しかしながら、本発明の画像投射装置を用いることにより、横長の画像としても切れ目がなく、且つ円筒面状のスクリーンの四隅まで歪のない優れた画質の画像を表示することが可能となる。円筒面状のスクリーンとすることによって、平面状スクリーンを用いる場合と比較して容易に広視野角を得ることができ、また広視野角とする場合においても、画像投射装置を増加することなく、高精細を保って投影することが可能となる。
また、上述の例においては、投射光学部の後段に走査光学部１３０を配置するいわゆるポストプロジェクションと呼ばれる構成とする場合であるが、光が透過する領域は投影レンズ１０６のいわば芯の部分しか使用しないので、スクリーン１５０における四隅の劣化が少なく、したがって上述の構成とすることによって、スクリーン１５０の四隅までくっきりした画質に優れた映像を投影することが可能である。

次に、本発明の画像投射装置において、主走査光学部によって形成される画像の１フレーム毎に、光変調装置の１画素間隔の半分に相当する移動量をもって副走査光学部による走査を行い、すなわち投影画像の上下方向に１フレーム毎に半画素分上下移動する構成とする実施形態例について説明する。
この場合、副走査光学部により走査角を、光変調装置によってライン状に配列された画素間の間隔に対し、ほぼ半分の間隔に対応して例えば１フレーム毎に例えば図３に示すミラー４１が傾斜するように構成する。この傾斜角度は、光変調装置の画素の間隔と、光変調装置から投射レンズを介してスクリーン等の画像生成面に達する距離に対応して選定される。
このような構成とする場合、図１１に示すように、副走査光学部によって、スクリーン上において上向きに走査される画像光ＬＡと、下向きに走査される画像光ＬＢは、スクリーンの上下方向に半画素分ずれて表示される。これにより、インターレース方式の表示が可能となり、解像度をほぼ２倍に向上させることが可能である。

図１２にこの場合の各走査方向に表示される画素を模式的に示す。図１１に示す上向きの走査方向の画像光の各画素Ａ１、Ａ２、Ａ３、・・・は、矢印Ｓで示す走査方向にそれぞれＡ１´、Ａ２´、Ａ３´、・・・と画像情報に対応して変化して表示される。次のフレームにおける下向きの走査方向の画像光Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・は、画素の間隔、この場合画素Ａ１及びＡ２の間隔のほぼ半分であるいわば半画素分下方向にずれて表示される。

上述のＧＬＶ型などの回折格子型光変調素子においては、画素間を隙間なく構成することが可能であるが、このような副走査光学部を用いて画像を表示する場合は、画素間の輝度の低い領域を補間することが可能となり、逆に、画素の間を離間させて構成することも可能となる。画素に対応する光変調素子の間隔を確保することもできる。また、その他の構成の１次元型に配列される例えばアレー状液晶素子、アレーＬＤ、アレーＬＥＤなどの光変調機能付発光素子を光源及び光変調装置に換えて用いる場合、画素間が区切られ、いわば画素間に暗レベルの領域が存在する。このような光変調装置を用いる場合においても、上述の構成による副走査光学部によりインターレース方式の表示を行うことによって、このような隙間を補間することができ、より良好な画質をもって画像を表示することが可能となる。画素間の間隔が大きくなるほど、このような補間により画質の向上を図る効果が得られる。

なお、上述の例においては副走査光学部の走査角を２方向としたが、３方向以上に選定し、画素の配列方向に、例えば画素の１／３、１／４、・・・などにずらして偏向させて画像を表示することも可能である。つまり、１つの走査方向に投影されるライン状の画像光の１画素の間に２以上の任意の数の画素を僅かにずらして表示することが可能であり、すなわち副走査光学部の傾斜角をｎ（ｎは２以上の自然数）個の方向に選定し、画素間を１／ｎずつずらして偏向させて画像を表示することができる。この場合、光変調装置の画素間隔に対応して、画素間を補間する画素数を任意に選定することが可能である。これにより、光変調装置の特性に限定されることなく、副走査光学部の走査角度を選定するという簡易な構成によって、画質を良好に保持することが可能となり、また光変調装置の設計自由度を高めることが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、１次元型の光変調装置の各光変調素子の製造ばらつきに起因する投影画像におけるスジを、副走査光学部を設けて１次元型光変調装置の長手方向に走査することによって平均化することによって抑制することができる。
特に、暗い階調においては１次元型の光変調装置の各光変調素子の製造ばらつきがそのまま画像にスジとなって現れるので、特にスジの低減効果が大きい。例えば、最もコントラストの低い１５００：１程度の画素においても６画素平均化すれば５０００：１に改善するので、６画素以上平均化するのが望ましい。また中間階調から明るい階調にかけても、１次元型の光変調装置によって光強度と電圧の関係には個性があるので、やはりスジを低減する効果がある。
また、主走査光学部としてポリゴンミラーを用いる場合は、ポリゴンミラーの各ミラー面の面倒れ精度誤差が大きい場合でも、副走査光学部により誤差を相殺する角度制御を行うことによって、縦方向の解像度劣化はおこらず、ミラー製造コストを大幅に低減できる効果がある。
更に、同じ副走査光学部をフレーム毎に１画素の半分に相当する角度ずらすことによって、インターレース映像として解像度を倍増することもできる。
共通の副走査光学部をつかうことで、スジの低減、ポリゴンミラーの低コスト化、インターレース解像度倍増を同時に達成できる。

なお、本発明は、上述の各実施形態例において説明した構成に限定されることなく、例えば光源として単色の光源を用いる場合、２色の光源を用いる場合、また赤、緑及び青色以外の３色の光源を用いる場合や、さらに４色の光源を用いる場合などにおいても適用可能である。また、光変調装置としても上述したように各種の１次元型構成の光変調装置が適用可能であって、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の概略構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の要部の概略斜視構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の副走査光学部の一例の概略構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例における基準位置からの画像の移動幅の時間変化を示す図である。光変調素子に対するフレーム毎の画像信号の割り当て位置を示す図である。平均化画素数とコントラストの関係を示す図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の副走査光学部の一例の概略構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の副走査光学部の一例の概略構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の要部の概略斜視構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の要部の概略斜視構成図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の画素の表示態様の説明図である。本発明の実施形態例に係る画像投射装置の画素の表示態様の説明図である。従来の光変調装置の一例の概略平面構成図である。図７の矢印Ａ−Ａに沿った第１の電極の概略断面構成図である。図７の矢印Ｂ−Ｂに沿った第２の電極の非駆動状態の概略断面構成図である。図７の矢印Ｂ−Ｂに沿った第２の電極の駆動状態の概略断面構成図である。図７の矢印Ｃ−Ｃに沿った第１及び第２の電極の概略断面構成図である。光変調装置の一例の概略断面構成図である。

符号の説明

１１．光変調素子、１２．基体、１３．光透過部材、３１．第１の電極、３２．第２の電極、３３．下部電極、４６．１次元像、４７．２次元像、１００（１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ）．光源、１０１（１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ）．照明光学系、１０２（１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ）．光変調装置、１０４．色合成部、１０５．光選択部、１０５Ｓ．シュリーレンフィルター、１０６．投影レンズ、１０７．副走査光学部、１０８．主走査光学部、１０８Ａ．ポリゴンミラー、１１０．変調光学部、１２０．投射光学部、１３０．走査光学部、１５０．スクリーン、１５０Ｓ．画像生成面

Claims

１次元型の光変調装置を備える変調光学部と、投射光学部と、走査光学部と、信号処理部とを有する画像投射装置において、
前記走査光学部に、前記１次元型の光変調装置の長手方向と略直交する方向に走査する主走査光学部と、前記１次元型の光変調装置の長手方向に走査する副走査光学部とを備え、
前記副走査光学部は、前記主走査光学部によって形成される画像のフレームにおいて１画素間隔に相当する角度の整数倍分だけ前記１次元型の光変調装置の長手方向に光軸角を変化させると共に、
前記信号処理部は、変化させた前記光軸角に相当する画素数分の移動に対応して、前記１次元型の光変調装置に入力する画像信号を補償する
画像投射装置。
前記主走査光学部がポリゴンミラーである
請求項１に記載の画像投射装置。
前記副走査光学部により、前記ポリゴンミラーの個別ミラー面倒れ誤差を相殺するように前記１次元型の光変調装置の投影画像の長手方向に光軸角が補正される
請求項２に記載の画像投射装置。
前記走査光学部から投射される光が、ほぼ円筒形状の画像生成面に結像される
請求項２又は請求項３に記載の画像投射装置。
前記主走査光学部によって形成される画像のフレーム毎に、前記１次元型の光変調装置の１画素間隔の略半分に相当する移動量をもって前記副走査光学部により走査される
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像投射装置。