JP6726743B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過式の投射面に背面若しくは前面から映像を投写して映像を表示する投写型映像表示装置に関する。

大型でフラットな映像表示装置の発展は著しく、従来、広く利用されていた投写型の映像表示装置に替え、近年では、例えば、有機ＥＬパネル等、いわゆる、フラットパネルを利用した映像表示装置が広く普及してきている。しかしながら、投写型の映像表示装置は、比較的安価に製造することが可能であり、軽量で可搬性にも優れており、テレビジョン受像機としての利用と共に、更には、その特徴を生かして、例えば、教育現場や会議室等における映像表示装置としても幅広く利用されている。

なお、従来の投写型の映像表示装置では、本発明者等によって提案されて既に公開された、例えば、以下の特許文献１に示されるように、筐体を必要とせず、安価に製造可能であり、かつ、可搬性にも優れた投写型映像表示装置が実現されている。

特開２０１１−２５３１３０号公報

しかしながら、背面投写型を含む映像表示装置は、放送映像やパーソナルコンピュータの画像を表示するために広く利用されていることから、その使用環境に適合した各種の改良が求められており、そのため、投写型映像表示装置も、また、その製造価格や消費電力の低減、小型化や軽量化と共にその可搬性など、更には、装置が配置される室内における意匠性について等々、様々な改良が求められている。

そこで、本発明は、従来の映像表示装置の一般的な構成に替わって、極めて新規な構成の背面若しくは前面から映像を投写する投写型映像表示装置を提供するものであり、特に、製造価格の低減と共に、消費電力の低減（超低消費電力）や装置の小型・軽量化やその意匠性を含めて改良された投写型映像表示装置を提供することをその目的とするものである。

上述した目的を達成するため、本発明によれば、その一例として、室内空間内においてその両面を前記室内空間に露出した状態で配置され、かつ、その背面若しくは前面から投写された映像光を透過して表面の映像表示面に表示する映像投写スクリーンと、前記映像投写スクリーンの背面側若しくは前面側における所定の位置に配置され、前記映像投写スクリーンの背面若しくは前面から映像光を拡大投写する映像投写装置と、を備えた投写型映像表示装置であって、前記映像投写装置は、コヒーレントな光からなる映像光を前記映像投写スクリーン上で走査することにより映像を形成する光走査型映像投写装置により構成されており、かつ、前記映像投写スクリーンは、前記映像投写装置からの前記コヒーレントな光からなる映像光を前記映像投写スクリーンの表面方向に導くと共に、前記室内空間内における光の一部を透過するように構成されている投写型映像表示装置が提案される。

本発明によれば、全体を覆う筐体を必要とすることなく、優れた映像が得られ、折り畳みが容易で可搬性にも優れ、安価に製造可能であり、かつ、消費電力が大幅に低減され、更には、装置の小型・軽量化や、更には、その意匠性を含めて、改良された投写型映像表示装置が提供されるという、優れた効果が発揮される。

本発明の一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図である。 本発明の一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す側面図ある。 本発明の一実施の形態になるリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す上面図である。 本発明の他の実施の形態になるフロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図である。 本発明の他の実施の形態になるフロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す側面図ある。 本発明の他の実施の形態になるフロント方式の小型投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す上面図である。 上記リア方式およびフロント方式の投写ボード装置における光走査映像投写装置を原理的に示す図である。 上記光走査映像投写装置を構成する光走査部の構造の一例を示す図である。 上記光走査映像投写装置を構成する光走査部の動作の一例を示す図である。 上記光走査部の位相による振り角の変化を示す図である。 上記光走査部の一般的な共振動作中における位相と振り角の関係を示す図である。 上記光走査部の一般的な共振動作中における位相と走査座標の関係を示す図である。 上記リア方式の投写ボード装置における半透明スクリーンの具体的な構成（サーキュラーフレネルレンズ）を示す図である。 上記リア方式の投写ボード装置における半透明スクリーンの具体的な構成（リニアフレネルレンズ）を示す図である。 上記半透明スクリーンのより詳細な構成を示す一部拡大断面図である。 上記フロント方式の投写ボード装置における半透明スクリーンの具体的な構成（サーキュラーフレネルレンズ）を示す図である。 上記フロント方式の投写ボード装置における半透明スクリーンの具体的な構成（リニアフレネルレンズ）を示す図である。 上記半透明スクリーンのより詳細な構成を示す一部拡大断面図である。 上記光走査映像投写装置で使用されるＳ偏光波の反射特性グラフを示す図である。 上記リアおよびフロント方式の投写ボード装置における半透明スクリーンのその他の具体的な構成を示す図である。 上記リアおよびフロント方式の投写ボード装置における光走査映像投写装置の実施例を示す図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の光学的な基本構成を示す正面図（光走査装置を像面の下部に配置）である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の光学的な基本構成を示す側面図（光走査装置を像面の下部に配置）である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の投写部の拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の自由曲面レンズの拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の光路干渉を確認するための構成図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１の歪性能図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１での位相と入射角度の関係図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１での位相と入射座標の関係図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１での２次元上の走査範囲を５×５分割した主光線の各光学面での座標図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１での主走査方向の自由曲面レンズの形状を表す光線図である。 上記光走査映像投写装置の実施例１での副走査方向の自由曲面レンズ・ミラーの形状図である。 上記光走査映像投写装置の実施例２の光学的な基本構成図である。 上記光走査映像投写装置の実施例２の投射部の拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例２の自由曲面レンズの拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例２の歪性能図である。 上記光走査映像投写装置の実施例３の光学的な基本構成図である。 上記光走査映像投写装置の実施例３の投射部の拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例３の自由曲面レンズの拡大図である。 上記光走査映像投写装置の実施例３の歪性能図である。 上記光走査映像投写装置の光走査装置のその他の変形例の第１の使用形態を示す上面図である。 上記光走査映像投写装置の光走査装置のその他の変形例の第１の使用形態を示す側面図である。 上記光走査映像投写装置の光走査装置のその他の変形例の第２の使用形態を示す図である。 上記光走査映像投写装置の光走査装置のその他の変形例の第３の使用形態を示す図である。 走査画面の明るさの均一化に関する走査型投射装置の基本構成を示す図である。 上記光走査装置の像面上を走査するレーザ光の走査状態を説明するための説明図である。 上記光走査装置の半導体レーザの発光点を示す模式図である。 上記光走査装置の第１の技術的手段について説明するための基本構成図である。 上記光走査装置の第１の技術手段による像面上を走査するレーザ光の走査状態を説明するための説明図である。 上記光走査装置の第２の技術手段による像面上を走査するレーザ光の走査状態を説明するための説明図である。 上記光走査装置のその他の技術手段による像面上を走査するレーザ光の走査状態を説明するための説明図である。 上記投写ボード装置のスクリーン静電式感圧センサーを組み込んだ変形例を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図面において、共通な機能を有する構成要素については、同一符号を付して示し、かつ、一度説明したものについては、その後、その説明を省略することとする。

まず、添付の図１〜図３には、本発明の一実施の形態である、いわゆる、リア方式の投写ボード装置（即ち、背面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図、側面図、そして、上面図を示す。これらの図において、参照符号１３０は、その詳細構造は以下に説明するが半透明の投写スクリーンを示しており、その投写（表示）面のアスペクト比として、例えば、１６：９の横長のものを示している。この半透明スクリーン１３０は、その周囲を支持枠１１１により取り囲まれていると共に、その下部の支持枠補強部材１１０の略中央部には、表示面側に「コ」または「Ｕ」字状に突出したハンドル１１２が取り付けられている。

そして、上述した半透明スクリーン１３０は、スクリーン保持部（スタンド）１１３により、例えば、教室や会議室などを含む室内空間内において、直立した状態、即ち、床面に垂直に配置される。より詳細には、スクリーン保持部（スタンド）１１３の上部には、外形が箱状のスクリーン保持部１１４が取り付けられており、上記のスクリーン１３０は、スクリーン保持部１１４の上面に、着脱自在に、搭載されて固定されている。また、このクリーン保持部（スタンド）１１３の下端には、その一部を切り欠いた外形略楕円状の脚部１１５が形成されている（図３を参照）。更に、脚部の底面には、移動用のキャスター１１６が設けられており、これにより、装置全体としても容易に移動可能な投射ボードを実現している。

更に、上記スクリーン保持部１１４の背面側には、その詳細構造は後に説明する光走査型の映像投写装置をその内部に配置するための部材、即ち、プロジェクタ設置部１１７が、着脱可能に設けられている。なお、符号１１８は、プロジェクタ設置部１１７の一部であって、光走査型の映像投写装置の収納空間を形成する壁部を示している。上述した構成によれば、図にも明らかなように、プロジェクタ設置部１１７の上に載置するだけで、光走査型の映像投写装置を上記半透明スクリーン１３０に対して所望の位置に配置させることが可能となる。また、図中の符号１１９は、上記プロジェクタ設置部１１７の一部に取り付けられ、光走査型の映像投写装置からの映像光を外部に（即ち、半透明スクリーン１３０に向けて）透過させるための透過窓を示しており、例えば、単なる空間として、あるいは、ガラスなどの透明体を嵌め込んでもよい。

図４〜図６は、本発明の他の実施の形態である、例えば、テーブル等の上面に搭載可能な卓上用の小型の、いわゆる、フロント方式の投写ボード装置（即ち、前面投写型映像表示装置）の全体構造を示す正面図、側面図である。これらの図においても、参照符号１３０は、半透明の投写スクリーンを示して、この半透明スクリーン１３０は、その周囲を支持枠１１１により取り囲まれていると共に、その下部の支持枠補強部材の略中央部には、略楕円形状のスクリーン保持部１１４が設けられており、上記のスクリーン１３０は、スクリーン保持部１１４の上に、着脱自在に固定されている。

このスクリーン保持部１１４の前面側には、光走査型の映像投写装置をその内部に配置するための部分、即ち、プロジェクタ設置部１１７が形成されている。なお、図５では、光路折り返しミラー（自由曲面ミラー）３がプロジェクタ設置部１１７から飛び出ている様子が示されている。

続いて、図７には、本発明になるリア方式およびフロント式の投写ボード装置（背面および前面投写型映像表示装置）において、所望の映像を上記半透明スクリーン１３０に対して投写する光走査型の映像投写装置を構成する光走査映像投写装置１０を原理的に示す。即ち、図において、回動軸を有する走査ミラー（光走査部）１により光源部４からのレーザ光を反射させることによって、レーザ光を走査させることができる。概念的には、変調された各画素２０１が、走査軌跡２０２に沿って、像面上で二次元状に走査されることとなる。

次に、図８を用いて、上記光走査部１での二次元状の偏向作用の詳細について説明する。図の光走査部１において、レーザ光を反射角度で偏向する走査ミラー面１ａは、同軸上に走査ミラー面１ａを挟んで対向して配置された第１のトーションバネ１ｂに連結されている。トーションバネ１ｂは保持部材１ｃに連結されており、更に、保持部材１ｃは第２のトーションバネ１ｄに連結されている。そして、それぞれのトーションバネ１ｂと１ｄに関して略対称な位置には、図示しないが永久磁石とコイルが配置されている。これらのコイルは走査ミラー１のミラー面１ａに略平行に形成されており、走査ミラー１のミラー面１ａが静止した状態にあるときに、ミラー面１ａと略平行な磁界を生じさせる。コイルに電流を流すと、フレミングの左手の法則によって、ミラー面１ａと略垂直なローレンツ力が発生する。

これにより、ミラー面１ａは、ローレンツ力と、トーションバネ１ｂと１ｄの復元力がつりあう位置まで回動する。トーションバネ１ｂに対しては、ミラー面１ａが持つ共振周波数でコイルに交流電流を供給することによって、ミラー面１ａは共振動作を行う。同様に、トーションバネ１ｄに対しては、ミラー面１ａと保持部材１ｃを合わせた共振周波数でコイルに交流電流を供給することによって、ミラー面１ａとトーションバネ１ｂと保持部材１ｃは共振動作を行う。これによって、２方向について、異なる共振周波数による共振動作が可能となっている。

より詳細には、図９において、光走査部の反射面である走査ミラー１の回動角をβ／２とすれば、反射光線の角度である走査角はその２倍でβ変化する。ここで、走査ミラー１と像面２０の間になんら光学要素を配置しない場合は、走査角βは像面２０での入射角αに等しくなる。従って、ある投射距離に対する走査像の大きさは走査ミラー１の回動角β／２で決まってしまう。

次に、図１０を用いて、走査ミラー１の動作である一般的な共振作用について説明する。回動角±β／２の走査ミラー１を共振動作、即ち、正弦波状に駆動した場合、走査ミラー１の向きは、±β／２の範囲で正弦波状に変化する。具体的には、回動角±５．３度の走査ミラー１を用いた場合の例を図１１に示すが、走査角は２倍で±１０．６度となり、像面での入射角も±１０．６度となる。そして、図１２の走査座標は、光学要素の配置分の空間を確保した場合での像面での走査座標であるが、図１１と似た正弦波状の特徴を持っている。

なお、走査ミラー１の駆動方式には、正弦波状の回動角変化となる共振型ミラー以外には、ノコギリ波状の回動角変化となるガルバノミラーも存在するが、高解像度の表示には、駆動周波数が大きい共振型ミラーが適している。

また、上記の説明では、上記半透明スクリーン１３０に対して映像を投写する光走査映像投写装置１０は、半透明スクリーン１３０の下部、より具体的には、その背面側において周囲の一部に隣接して、即ち、スクリーンの下辺に沿って略中央部に設けられたプロジェクタ設置部１１７の内部に配置されるとした。しかしながら、光走査映像投写装置１０は、上記の例に限定されることなく、上記に代えて、例えば、スクリーンの上辺または側辺に沿って設置してもよいことは、当業者にとっては当然であろう。また、後にも述べるが、スクリーンの周囲の一部に隣接して設けられる光走査映像投写装置１０は、上述した１台にのみ限定されるものではなく、複数台を設置してもよい。

続いて、図１３、図１４には、上記のリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）における半透明スクリーン１３０の具体的な構成を示す。この半透明スクリーン１３０は、例えば、ポリカーボネートなどの板または、ＰＥＴシートなどのシート状の樹脂材料やガラス板により構成されており、その裏面（即ち、観察者側と反対の光源側）には、図からも明らかなように、連続する三角形（ノコギリ波状）の断面を有し、上述した走査画面を形成する光（レーザ光）を屈折させて観察者（即ち、視聴者）側に向かう光に変更する作用を持つ光路変更手段６１が多数形成されている。即ち、この光路変更手段６１により、走査画面に略垂直な方向に方向変換され走査画像観視側に出射する。この光路変更手段６１の具体例としては、例えば、図１３に示すような（偏心）サーキュラーフレネルレンズとして形成してもよく、あるいは、図１４に示すようなリニアフレネルレンズとして形成してもよい。

更には、図１５（ａ）にも示すように、これらの光路変更手段６１の間に、所定の距離の平坦部６２を設けて形成してもよい（半透明型）。なお、これら光路変更手段６１は、本例では、一例として、３０μｍ〜１００μｍ程度のピッチ（間隔）で形成されている。加えて、図１５（ｂ）にも示すように、半透明スクリーン１３０の裏面（即ち、光路変更手段６１が形成された面）には、透明な板状の保護板６５が設けられてもよい。

また、図１６〜１７には、上記のフロント方式の投写ボード装置（前面投写型映像表示装置）における半透明スクリーン１３０の具体的な構成を示す。この半透明スクリーン１３０は、その裏面（即ち、観察者側と反対側）には、連続する三角形（ノコギリ波状）の断面を有し、前面（観視側）から入射する上述した走査画面を形成する光（レーザ光）を屈折させて観察者（即ち、視聴者）側に向かう光に変更する作用を持つ光路変更手段６１が多数形成されている。即ち、この光路変更手段６１により、走査画面に略垂直な方向に方向変換され走査画像観視側に出射する。この光路変更手段６１の具体例としては、例えば、図１６に示すような（偏心）サーキュラーフレネルレンズとして形成してもよく、あるいは、図１７に示すようなリニアフレネルレンズとして形成してもよい。

更に、図１５（ａ）（ｂ）にも示すように、これらの光路変更手段６１の間には、所定の距離の平坦部６２を設けて形成してもよい（半透明型）。なお、これら光路変更手段６１は映像光線が全反射するように素材の屈折率とフレネル角を最適化してもよく、（ｂ）に示しように金属膜または特定の偏波に対して反射率が高くなる金属多層膜から形成される反射膜６４を設けてもよい。この光路変更手段６１は本例では、一例として、３０μｍ〜１００μｍ程度のピッチ（間隔）で形成されている。加えて、半透明スクリーン１３０の裏面（即ち、光路変更手段６１が形成された面）には、透明な板状の保護板６５が設けられている。

なお、これらの光路変更手段６１を形成する傾斜面６３には、上述したように例えば、アルミニウムなどの金属膜やＴｉ,Ｎｂ,Ｓｉなどの金属多層膜が形成されており、これにより、光（レーザ光）の反射面を形成する。なお、本実施例のような斜投写光学系を用いる場合には、特に、フレネル中心が走査画面から外れるような偏心フレネルレンズが好適であろう。他方、リニアフレネルレンズによれば、例えば、ロール工程などにより、その製造が比較的容易であり量産にも適していることから、大型のスクリーン安価に製造することが可能である。

また、半透明スクリーン１３０の光路変更手段６１が形成された面に設けられた透明な板状の保護板６５によれば、半透明スクリーン１３０を裏側からの機械的な衝撃に対して保護することができると共に、光路変更手段６１を外気から遮蔽するここによって空気中の塵等が堆積し難くなり、半透明スクリーン１３０を長期間にわたって良好な状態に維持することも可能となる。

このようなスクリーン１３０によれば、入射面での反射損失を低減するために全反射方式を採用すれば、反射損出の少ない優れた走査画像を得ることが可能な、換言すれば、光の利用効率の高い超低消費電力の装置を実現することが可能となる。

また、その一方で、上記図１３〜図１８に示した半透明型のシートからなるスクリーン１３０によれば、映像が投写されていない場合、スクリーン１３０を観察者側から見て半透明となることから、装置が配置される室内における存在感などを含めて、背面投写型映像表示装置全体の意匠性についても様々な改良が可能となるという利点が得られるであろう。特に、図４〜図７にも示した卓上用の小型のフロント方式の投写ボード装置は、例えば、テーブルを間にして対向する顧客や生徒に対してプレゼンテーションする場合などにおいて、半透明スクリーン１３０を介して相手方の様子を確認することが可能となるなどの利点が考えられる。

なお、上記に示したスクリーン１３０においても、光路変更手段６１の傾斜面６３に形成するアルミニウムなどの金属膜の厚さを適宜設定することによれば、所望の透明度（半透明の度合）を得ることが可能となる。一例として、例えば、アルミニウムの金属膜の厚さを略７０ｎｍ〜８０ｎｍとすることによれば、光に対して透過率が５０％であり、反射率が５０％の半透明スクリーン１３０が得られる。

加えて、光走査型映像投写装置から射出されて上記スクリーン１３０の光路変更手段６１により所定の方向に反射されるレーザ光は、図１９にも示すように、その反射特性を考慮すれば、Ｓ偏光波であることが好ましい。そのため、以下に詳述する光走査型映像投写装置の出力部に、Ｐ偏光波をＳ偏光波に変換するためのフィルター等を設けてもよい。

以上からも明らかなように、上述した本発明になるリア方式およびフロント方式の投写ボード装置（背面／前面投写型映像表示装置）によれば、走査ミラー（光走査部）により光源部からのコヒーレント光の利用により、即ち、レーザ光を反射させることによって走査させて映像を形成する光走査型の映像投写装置１０と共に、上述した半透明スクリーン１３０を採用することにより、従来の装置のように全体を覆う筐体を必要とすることなく、優れた映像が得られる。このことから、折り畳みが容易に可能であり、そのため可搬性に優れ、安価に製造可能であり、消費電力の低減に優れ、かつ、装置の小型・軽量化や、更には、その意匠性を含めて、改良された背面投写型映像表示装置が提供されることとなる。

なお、以上の説明では、背面投写型映像表示装置においては、光源部からのコヒーレント光であるレーザ光を走査ミラー（光走査部）により走査させて映像を形成するものとして、一般的な光走査型の映像投写装置１０について述べた。しかしながら、本発明では、それのみに限定されることなく、更に改良された光走査型映像投写装置を採用することも可能である。

＜光走査型映像投写装置の詳細＞
そこで、上述したリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）を構成する光走査型映像投写装置１０の他の実施例の構造や動作・作用について、その変形例をも含めて、以下に詳細に説明する。

この光走査型映像投写装置は、図２０に示すように、基本的に、レーザ光を出射する光源部４と、共振型ミラーである走査ミラー１を用いた主走査方向（水平方向）と副走査方向（垂直方向）の２方向の光走査を行う走査部を有し、光源部より照射したレーザ光を主走査方向と副走査方向に走査して偏向する機能を有している。

テレビの走査線に対応した２次元状の走査を行うために、まず、垂直方向に１往復分の光走査を行う間に、水平方向の画素分の走査を行うことで、走査線１本分の走査を行うことができる。例えば、水平８００画素、垂直６００画素の表示を垂直周波数６０Ｈｚで行うためには、水平方向は６００画素なので３００往復であり、６０×３００＝１８０００Ｈｚ（１８ｋＨｚ）という高速な周波数で駆動できることが必要となる。そして、表示するが解像度（画素数）が大きくなればなるほど、ますます高速な周波数で駆動することが必要となってくる。表示画素と水平走査周波数（水平スキャン走査数）の関係を纏めて以下の表１に示すが、水平１９２０画素、垂直１０８０画素のＨＤ対応では、３８．９ｋＨｚとなり、更なる高速化が必要となる。加えて、短い投写距離で大きな走査像を実現するためには、走査ミラー１の回動角を大きくする必要がある。

このように、走査ミラー１を、更に高速で駆動すること、更に、大きな回動角で駆動することは、両方とも、可動部分である機構部品のトーションバネ１ｂ・１ｄの負担が増大することである。従って、従来、共振型ミラーでは、高速な周波数と、走査ミラー１の回動角がトレードオフの関係にあった。

従って、従来の光走査装置（例えば、特開２０１０−１３９６８７号公報を参照）では、大きな解像度（画素数）を表示するためには、トレードオフとしてミラーの回動角が小さくなるので、所定の大きさの画像を表示するためには、大きな投射距離が必要となっていた。加えて、像面上の走査座標の移動軌跡が正弦波状になり、線形性が悪いという問題点も存在する。

また、走査ミラーの正弦波状な回動では、走査ミラーの角度変化に速い・遅いが周期的に現れる。この走査ミラーの正弦波状の回動のみで、像面上をレーザ光が走査した場合では、走査ミラーの角度変化が速いときは像面での走査位置の変化も速くなり、走査ミラーの角度変化が遅いときは像面での走査位置の変化も遅くなる。従って、像面上には正弦波に対応した明暗が像面上に生じる。

時間に対して等間隔でレーザ光を変調する場合、同じ理由で、走査ミラーの角度変化が速いときには像面上の画素が粗に配置され、走査ミラーの角度変化が遅いときには像面上の画素が密に配置されるので、線形性が大きく劣化した二次元像となってしまう。

ここで、画素分布が密で正弦波状の明るい部分でレーザ光を間引く回路処理を行うことで、像面上での明暗だけなら改善できるが、しかしながら、二次元像の線形性は改善できておらず、回路規模の増大と光量低下という新たな問題点が生じてしまう。なお、像面上での画素の配置のタイミングに合わせてレーザ光を変調することで線形性も改善できるが、ますます回路規模が増大してしまう。

かかる問題を対策するものとして、従来の光走査装置（例えば、特開２００５−２３４１５７号公報を参照）では、走査ミラーとは別に複数の反射面を有する「走査光学系（走査ミラー、プリズム）」を提案しているが、その製造段階における光学部品の形状誤差、あるいは、組み立てにおける光学部品の偏心・倒れが生じた場合、透過面であるレンズ面に比べ、ミラー面での光線角度の変動は約２倍となるので、ミラー面を多用した光学系の製造は急激に難しくなる。

更に、従来技術においては、走査ミラーとは別に複数の反射面を有する「２次元走査光学系（走査ミラー、プリズム、走査レンズ）」が提案されているが（例えば、特開２００６−１７８３４６号公報を参照）、しかしながら、やはり、その製造段階における光学部品の形状誤差、組み立てにおける光学部品の偏心・倒れが生じた場合、透過面であるレンズ面に比べ、ミラー面での光線角度のブレは約２倍となるので、ミラー面を多用した光学系の製造は急激に難しくなることは上記と同様である。

加えて、ミラー面を複数枚用いた光学系では、ミラー面でのレーザ光の反射前後の光路を確保するために、ミラー面の前後の間隔を大きく取ることが必要となり、光学系全体が大型化するという問題点もある。

従って、光走査型映像投写装置では、光量分布の問題、線形性の問題、更には、走査ミラーへの機械的な負荷の増大による信頼性の劣化という問題が存在している。

また、光走査型映像投写装置では、一般的に、光源として利用されるのはレーザ光源であり、その場合、発生するレーザ光はコヒーレント光であるため、一般的なスクリーン面（粗面）で反射されたときランダムな位相が付け加えられ反射光は散乱光となる。そして、これら粗面の異なる場所で散乱された光が空間伝播により重なり干渉することで、ランダムな干渉パターンであるスペックルが発生し、投写画像にぎらつきを生じ、場合によっては、極端に画質が低下する。

また、発光点が小さい半導体レーザなどを光源とする光走査装置では、光源と観察者の瞳を結ぶ立体角内に許容値を越えるエネルギーのレーザ光を照射することは網膜を焼失する危険性から、その光量に制限があり、必要な明るさが得られない場合がある。

そこで、本発明のリア方式の投写ボード装置（背面投写型映像表示装置）において採用される光走査型映像投写装置は、上述した課題に鑑みて達成されたものであり、傾斜光学系を用いた画像表示装置として優れた光利用効率と、広角化や線形性にも優れた走査特性を有しており、これによって、スペックルが抑制され、明るい環境下においても十分な明るさが得られる優れた背面投写型映像表示装置が実現される。

なお、上述した課題を解決するため、採用された光走査装置は、ビーム状の光として、例えば、レーザ光を供給する光源部と、前記光源部から出射した光を反射面の往復運動で走査する光走査部と、走査された光の走査角度を拡大する光学系から構成されており、かかる構成において、前記光学系は、光源部側に曲面レンズを像面側に１枚の曲面ミラーを有する構成とする。より高い光学性能を得るためには、前述した曲面レンズと曲面ミラーの形状を設計自由度が大きい自由曲面とすることが好ましい。

そして、光走査部が走査範囲の中央で静止している場合の曲面ミラーにおける入射光線と反射光線で定義される平面に対して、像面における二次元状の走査範囲の短辺よりも長辺が、より平行な位置関係となる向きで構成し、２つの走査方向における反射面の偏向角度のうちの大きい方向を、前記走査範囲の長辺方向に該当する向きで構成する。

更に、レーザ光源と光走査部を結んだ光軸と光走査部は４５度以下の角度で配置し、曲面レンズと曲面ミラーは前記光軸から偏心して配置することで、曲面ミラーと像面の距離を十分に短くしても曲面ミラーで反射した走査光が再び曲面レンズ入射しないように配置でき装置の小型化が実現できる。

一方、スペックルを抑制するために赤色、緑色、青色の光源をそれぞれ単色レーザ光源とせず、おのおの近接した波長の複数の光源を併用する。更に、複数の近接した波長の光源の一方をＳ偏光とし、他方をＰ偏光として偏光合成することで、より一層効果を挙げることができる。同時に曲面ミラーの表面を複数の面粗さが混合した面とすることで、レーザのコヒーレント性を低下させてスペックルを抑制する。

前記した曲面ミラーの表面を粗面として一部に散乱特性を持たせることで擬似的に発光点の面積を広げ２次光源化することにより、安全規格を満足させながら光量を増加させる。また、上述したように赤色、緑色、青色それぞれ単色レーザ光源とせず、おのおのに近接した波長の複数の光源を併用することで、明るさを向上させる他に、色再現範囲を広げることも可能となる。

以下、上述した光走査装置を実現するための各部の構成やその作用や効果について、以下に詳細に述べる。

上記の図２０に示した光走査装置の全体の基本構成は、概略、投写部１０と投写部を保持する構造体３０と、像面２０とに分けられる。かかる構成において、光源部４から出射したレーザ光は、光走査部１で二次元状に偏向される、この偏向されたレーザ光は、屈折系レンズである自由曲面レンズ２と反射ミラーである自由曲面ミラー３で線形性の改善と広角化の作用を受け、像面２０上に矩形（二次元状）で光量分布が一様な二次元走査像として表示される。

図２１は、自由曲面ミラー３の配置の一例を示したおり、この図では、光走査部が走査範囲の中央で静止している場合での自由曲面ミラーにおける入射光線と反射光線で定義される第１の平面（表２の座標系の定義でＸＺ平面）に対して、像面における二次元状の走査範囲の短辺よりも長辺が、平行な位置関係に近くなるように、自由曲面ミラー３を配置している。この理由は、走査量が大きい長辺側の光線に対して自由曲面ミラー３を斜めに配置することで、所定の回動角の２倍となる走査角で走査された光線が自由曲面ミラー３で反射する座標範囲が広くなるので、自由曲面ミラー３の形状自由度が増大するからである。

＜実施例１＞
続いて、上述した自由曲面レンズ２を含む光走査装置の光学部の基本構成図について、図２２から図３２を用いて説明する。

図２２および図２３は、実施例１になる光走査装置の光学部の基本構成図であり、図では、光走査装置１０から出射した光線が、像面２０上の５×５の分割点に到達している様子を表している。これらの図の符号４０は、光走査装置の筐体を示している。

また、図２４は光走査装置１０を構成する要部を示しており、この図において、光源部４（図２０を参照）から出射したレーザ光は、走査ミラー１の回動で走査偏向された後、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３を経て、像面２０（図示せず）に到達する。

図２５は、上記自由曲面レンズ２の詳細図であり、第１自由曲面レンズ２ａと、第２自由曲面レンズ２ｂで構成されている。第２自由曲面レンズ２ｂの走査画面の長手方向に対応したレーザ光が通過する部分は、走査画面短手方向に対応したレーザ光が通過する部分と比較して、その物理長が長くなっている。

更に、図２４に示した自由曲面ミラー３の走査画面の長手方向に対応したレーザ光が反射する部分は、走査画面短手方向に対応したレーザ光が反射する部分と比較して、走査画面に向かって凸面形状が強くなる。

なお、図２４と図２５においては、これらの光学要素の形状がより分かりやすい向きで表示されている。

更に、図２６には、上記図２２の光線図では、自由曲面ミラー３で反射した光線が再び自由曲面レンズ２に照射しないこと、即ち、光路干渉の有無が分かりづらいことから、光路干渉が起きていないことが分かる向きの光線図を示す。

加えて、以下の表２と表３には、光学データの一例を示す。

表２は、第０面である各光学素子レーザ光源から走査ミラー１としてのＭＥＭＳ（水平±５．３度、垂直±２．９度の共振回動）、自由曲面レンズ、自由曲面ミラーの配置位置を表したものであり、表３は、以下の数１で定義した自由曲面形状の自由曲面係数を表す。

そして、図２７は、主走査方向の回動角±５．３度と副走査方向の回動角±２．９度の走査ミラー１による走査角の光線を位相１０度刻みで像面２０上に到達した座標を表した図であり、走査範囲を１９×１９の分割で詳細に評価した結果である。図２４に示した自由曲面ミラー３からの投射距離１００ｍｍで、自由曲面像面２０上に６００×４５０ｍｍの走査範囲を走査しており、線形性の改善と、広角化を同時に実現している様子が分かる。

次に、像面での入射角度と入射座標から、線形性の改善と広角化の結果について、図２８から図３２を用いながら、上記図１１と図１２に既に示した一般的な共振作用と比較しながら説明する。

なお、上記図１１と図１２は、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３相当分の空間のみを当初設けた状態での、それぞれ像面での入射角度と像面での座標を表した図である。入射角度が５．３度の２倍の値である±１０．６度の範囲で正弦波状に変化し、同様に、入射座標も±２６．６ｍｍの範囲で正弦波状に変化している。

一方、図２８と図２９は、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３の作用で入射角度を大きく変化させて、像面２０上に±３００ｍｍの範囲で三角波状の入射座標を実現している。即ち、走査像面の走査範囲が従来方式では±２６．６ｍｍであるのに対して、本実施例では±３００ｍｍと１０倍以上の広角化を実現している。

この時、二次元状の走査範囲の長辺に相当する水平サイズがＸ＝６００ｍｍ、投射距離がＬ＝１００ｍｍなので、Ｌ／Ｘが０．１７と非常に小さい値を実現している。

なお、投射距離は、レンズデータ上で自由曲面ミラーの配置位置を定義する基準位置から、像面へ下ろした垂線の長さで定義する。但し、走査投射装置の小型化を優先する用途では、Ｌ／Ｘの値が１を越えない範囲で大きくすることも効果的である。

また、比較のために、従来技術（上記特開２０１０−１３９６８７号公報や特開２００５−２３４１５７号公報を参照）における記載である、水平方向に左右対称で画角±１８．９度との記載を元に、Ｌ／Ｘの値を計算すると、Ｌ／Ｘ＝１／２／ｔａｎ１８．９＝１．４６と大きな値が得られ、従来技術では広角化は不十分であることが分かる。

次に、図３０と図３１を用いて、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３における特徴について説明する。

図３０は、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３での光線の制御結果としての、主光線の座標が存在する光線の範囲を示している。走査ミラー１の主走査方向が、副走査方向よりも大きいので、第１自由曲面レンズ２ａの入射面である第４面での主光線の範囲は、横長の領域となっている。

この図からは、第１自由曲面レンズ２ａの出射面、第２自由曲面レンズ２ｂを順次通過する毎に、主光線の範囲が縦長の領域に変化している様子が分かる。

なお、自由曲面ミラー３である第８面では縦長の領域になっているが、第８面において主走査方向（図３０の横方向）を極端に狭くした訳ではなく、第８面での縦サイズを自由度として大きくした結果である。

この理由について、図３１を用いて説明する。

図３１は主走査方向の断面での光線図であり、光学系全体の光線図と自由曲面レンズ２の拡大図を一緒に表した図である。走査ミラー１の回動で、図３１のＸ軸の正側を通過する光線Ｌ１は、自由曲面ミラー３で反射し像面２０の座標Ｐ１に到達する。一方、Ｘ軸の負側を通過する光線Ｌ２は、自由曲面ミラー３で反射し像面２０の座標Ｐ２に到達する。ここで、第２自由曲面レンズ２ｂを通過する光線Ｌ２と、自由曲面ミラー３で反射した光線Ｌ１の光路が、第２自由曲面レンズ２ｂで干渉しないことが必要である。このためには、自由曲面ミラー３での光線Ｌ１と光線Ｌ２で形成する幅を小さくする必要であるため、自由曲面ミラー３での光線通過範囲の水平方向のサイズを小さくする理由である。

また、本実施例では、図３１にも示すように、自由曲面ミラー３で反射してから像面までの光線Ｌ１の光路長が、光線Ｌ２の光路長よりも大きい。このため光走査の位置により像倍率が異なり走査画像の線形性が悪化する。この改善のためには、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３では光線Ｌ１の光路長を、光線Ｌ２の光路長よりも短くすることが必要となる。

そこで、自由曲面レンズ２を通過する光線Ｌ１の空気換算の光路長を、光線Ｌ２の値よりも小さくするための、光線Ｌ１が通過する側のレンズ厚を厚くして、いわゆる、擬似的なプリズム化を行った。自由曲面レンズ２を擬似的なプリズム化することで実現できる光路長の変化量は、自由曲面ミラー３で反射した後の光路長の差に比べて小さいが、設計上自由曲面ミラー３の手前の光路長を制約するのに有効であろう。

一方、上述した自由曲面レンズ２のレンズ形状をプリズム化した場合、レンズ材料の分散（光の波長によって屈折率が異なる）によってその後の光路が光の波長によって異なるので光の波長ごと像面での到達距離が異なり倍率の色収差が発生する。この倍率の色収差を軽減するためには、前述した自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３では光線Ｌ１の光路長を、光線Ｌ２の光路長よりも短くするために、自由曲面レンズ２を通過する光線Ｌ１の空気換算の光路長を、光線Ｌ２の値よりも小さくするために実施する光線Ｌ１が通過する側のレンズ厚と光線Ｌ２が通過する側のレンズ厚の比を３倍以下とすれば、実用上問題ないレベルの倍率色収差に低減できることを、シミュレーションで見出した。更に、２倍以内にすれば更に良好な結像性能を得ることができる。

自由曲面ミラー３で反射してから像面までの光線Ｌ１の光路長が、光線Ｌ２の光路長よりも大きいために発生した光走査の位置により像倍率が異なり走査画像の線形性の悪化は設計自由度が大きい自由曲面ミラー３のミラー形状の最適化と上述した自由曲面レンズの形状最適化（パワー配分）により十分に軽減可能となる。

一方で、副走査方向における特徴について、副走査方向の各光学素子でのサグ量の図である図３２を用いて説明する。図３２で、第１自由曲面レンズ２ａと第２自由曲面レンズ２ｂはそれぞれ、凹レンズ状で負の屈折力を有している。そして、自由曲面ミラー３は、中央部分は凹面なので正の屈折力を、周辺部分は凸面なので負の屈折力を有している。実施例１のレンズデータが、副走査方向を面対称な配置としたのがその理由であるが、面対称の条件、即ち、配置関係を変えることで、正の屈折力の部分と、負の屈折力の部分が変わるので、自由曲面ミラー３には正の屈折力の部分と、負の屈折力の部分が存在するとの表現が正しい。

以上のように、自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３を所定の条件で配置することで、走査ミラー１の回動角度を見かけ上１０倍以上広角化でき線形性の改善を同時に実現していることが分かる。言い換えれば、走査ミラー１の回動角度が小さくても超広角な光走査装置が実現でき、走査ミラー１としてのＭＥＭＳの機械的な信頼性を損なうこともない。

＜実施例２＞
次に、実施例２になる光走査装置の光学部の構成図について図３３から図３６、および、表４と表５を用いて説明する。

図３３は実施例２の光学的な基本構成図であり、図３４は実施例２の投射部の拡大図、図３５は実施例２の自由曲面レンズの拡大図、そして、図３６は実施例２の歪性能図である。また、以下の表４は実施例２のレンズデータの一例を示し、表５はその自由曲面係数の一例を示す。

なお、この実施例２では、自由曲面レンズ２が１枚構成であり、その他の点は、上記の実施例１と同様である。

＜実施例３＞
更に、第３の実施例になる光走査装置の構成について図３７から図４０を用いて説明する。

図３７は実施例３の光学的な基本構成図であり、図３８は実施例３の投射部の拡大図、図３９は実施例３の自由曲面レンズの拡大図、そして、図４０は実施例３の歪性能図である。また、以下の表６は実施例３のレンズデータの一例を示し、表７はその自由曲面係数の一例を示す。

この実施例３では、走査ミラー１としてのＭＥＭＳの回動角（水平±５．３度、垂直±２．９度の共振回動）が、本来１６：９のワイド画面用なので、像面サイズを１６：９で８００×４５０ｍｍの二次元状な範囲としており、その点のみが、上記実施例１との違いである。図４０からも明らかなように、歪性能である線形性が、実施例１の歪性能である線形性を表す図２７に比較して、大幅に改善されており、本来、１６：９の像面を走査するために開発された走査ミラー１では、１６：９の像面を走査した方が、組合せとしては良好である。但し、逆に、本発明の自由曲面レンズ２と自由曲面ミラー３を用いた構成では、１６：９で開発された走査ミラーを４：３の像面にも適用可能と言える。

＜その他の変形例＞
図４１および図４２は、光走査装置のその他の変形例の第１の使用形態を示す説明図であり、走査像面を含めた光走査装置の上面図とその側面図である。

この変形例になる使用形態では、筐体４０を含んだ光走査装置１０が実効的な走査像面２０の上部に配置された構成であり、走査像面２０上の５×５の分割点に到達している様子を表している。但し、光走査装置１０と走査したレーザ光が重複しないように、光走査装置１０近傍での有効走査範囲を実効的に振れる範囲（図４１において、一点鎖線３１で表示）からＸ軸方向のみを狭めている。この結果、光走査装置１０の設置自由度が大きくなると同時に、筐体４０を含んだ光走査装置１０の寸法が大きくなっても実使用状態で走査画像をセットが遮ることがなく、使い勝手が向上する。

また、光走査装置１０を走査画面の上下方向（図中では走査画面の長手方向）に配置しても、上述した光走査装置およびこれを用いた画像表示装置であれば、上述した理由により実使用状態で走査画像をセットが遮ることがない。

図４３は、その他の変形例の第２の使用形態を示す説明図ある。図４１に示した第１の使用形態との違いは、光走査装置１０−１および１０−２を走査画面の異なる位置に複数配置（図面では説明の都合上、２個配置）したことである。本使用形態においては、走査画面表示範囲を遮ることなく、光走査装置１０−１，１０−２を配置できるので、複数の光走査装置を使用して同一走査画像を表示し画面を重ねあわせることで高輝度化が可能となる。

また、同一解像度の複数の光走査装置の走査画像位置を意図的にずらすことで、擬似的に解像度を増加させて見せたり、インターレースさせて異なるフィールドごとの画像情報により走査画像を作成して画面を重ねることで、解像度を向上させたりすることが可能となる。

図４４は、その他の変形例の第３の使用形態を示す説明図である。図４４においては、走査画面表示範囲を遮ることなく光走査装置１０−２，１０−３を配置できるので、複数の光走査装置を使用して同一走査画像を表示し画面を重ねあわせることから上述した第２の使用形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態として上述した図１から図３に示したリア方式の投写ボード装置（即ち、背面投写型映像表示装置）や図４から図６に示した本発明の他の実施の形態である、例えば、テーブル等の上面に搭載可能な卓上用の小型の、いわゆる、フロント方式の投写ボード装置（即ち、前面投写型映像表示装置）においては図４４に示した利用形態がよい。この時、複数のまたは単数の光走査装置はセットの安定性を考慮すれば投写ボート装置の下部に配置されることが望ましいが、画面のアスペクト比に応じて図４４に示すように画面水平方向に配置されてもよい。

更に、光走査装置の片方のレーザ光を一方の偏波（例えば、Ｐ波）とし、他方の光走査装置のレーザ光を他方の偏波（例えば、Ｓ波）として、それぞれ、右目用に映像と左目用の映像を走査画像とすることによれば、偏光メガネを用いて画面を重ね、立体画像を楽しむことも可能となる。

同様に、光走査装置１０の片方に右目用に映像を、他方の光走査装置に左目用の映像を走査画像して、画面を重ね時分割で左右の目に入る画像をスイッチングする機能を有する特殊メガネを用いることにより、立体画像を楽しむことも可能となる。

＜走査画面の明るさの均一化＞
次に、走査画面の明るさを均一技術について、以下に説明する。図４５は、その原理を説明するための説明図であり、光走査装置１０ｂを構成する要部である光源部４（図２０を参照）から出射したレーザ光は、走査ミラー１（図２０を参照）の回動で走査偏向された後で、自由曲面レンズ２（図２０を参照）と自由曲面ミラー３（図２０を参照）で屈折反射され、走査像面２０に到達する。

レーザ光源走査装置１０ｂから発したレーザ光は特定の大きさのスポット寸法（画素に対応）２０１を有しており、図４６に示すように、レーザ光２０４は走査画面２０上において、第１の走査は水平方向に矢印２０２に沿って走査し、第２の走査は逆方向の矢印２０３に沿って走査されるため、インターレース方式とは異なり、帰線期間がなく、走査時間にロスがないことから、その結果として解像度を損なうことがない。レーザ光源として、例えば、半導体レーザは、図４７に示すように、電極４０１および４０４に挟まれたクラッド層４０２とクラッド層４０２の内部に存在する活性領域４０３から成り、発生するレーザ光のスポット形状４０５は、クラッド層４０２の内部に存在する活性領域４０３に直交する方向（図中Ｙ軸）を長手方向とする楕円形状となっている。

このため、レーザ光源として楕円形状をなす半導体レーザを使用する場合には、図４８に示すように、光走査装置に対して走査画面で距離の遠い方向（図面中では長手方向）に楕円のスポット形状の短辺を合わせることで、斜め入射によるスポット形状の悪化を軽減できる。

なお、従来技術では、上述したように、レーザ光のスポット寸法が決まれば、走査ミラーの振り角によって決定される走査画面寸法によって、解像性能は一義的に決まっていた。

一方、上述した構成を有する光走査装置１０ｂにおいては、光学系の最終面が反射面で構成されているため、走査ミラーで走査偏向されたレーザ光はミラーの反射面において入射角度の２倍量の偏向がなされる。そのため、走査ミラーの変位量に対してより大きく偏向でき、走査画面の対応する位置によっては自由曲面ミラーの反射角が異なるように、それぞれに対応した自由曲面ミラー面の法線角度が異なるという特有の特徴を実現することができる。このため、従来技術とは異なり、レーザ光のスポット寸法と走査ミラーの振り角だけでは解像度が決まらない。

更に、上述した光走査装置１０ｂにおいては、走査画面位置それぞれにおいて異なった入射角度でレーザ光が入射するため、レーザ光のスポット寸法、輝度または密度を、単独で、または、それらを組み合せながら、走査位置にあわせてそれぞれを変化させる必要がある。

次に、上述した内容を具現化するための第１の技術的手段について説明する。

第１の技術的手段では、図４８に示すように、光走査装置１０ａは複数のレーザ光源を組み合せて構成する。但し、ここでは、説明の都合上、２種類で説明する。

図に示した構成によれば、第１の光源部４ａおよび第２の光源部４ｂは光合成部５ａにより合成され、走査ミラー１の回動で走査偏向された後で、自由曲面レンズ２（図２０を参照）と自由曲面ミラー３（図２０を参照）で屈折反射され、走査像面２０に到達する。光合成部５ａは、例えば、偏光合成プリズムとし、第１の光源部４ａからのレーザ光はＰ偏波、第２の光源部４ｂからのレーザ光はＳ偏波とすることで効率よくレーザ光を合成できる。

更に第１の光源部４ａにＲＧＢの異なる波長を発振するレーザ光源を合成する合成光学系またはマルチ発光レーザとしてＰ偏波、第２の光源部４ｂも同様にＲＧＢの異なる波長を発振するレーザ光源を合成する合成光学系またはマルチ発光レーザとしてＳ偏波とすることで効率よくレーザ光を合成しカラー映像を表示できる。

即ち、走査画面の位置に合わせて、第１および第２のレーザ光源から出射するレーザ光の光出力を変化させることで、画面全体の輝度の均一性を向上させる。なお、高い光出力を、その信頼性を損なうことなく得るため、特定の短い期間に、パルス的に定格を超える電流を流すことで実現することができる。この時、合成されたレーザ光のスポット径もそれぞれの光源からのレーザ光出力と同期させ変化させてもよいことは言うまでもない。

図４９は、走査画面上の明るさを均一にする第１の技術手段について説明するための原理図である。走査装置（図示せず）を使用し画面垂直方向の分解能をより細かくして第１の水平走査を矢印２０２に沿って行い、第２の走査は逆方向の矢印２０３−１および矢印２０３−２に沿って走査される。この時、矢印２０３−１（図中破線表示）の領域ではレーザ光を発光（発振）させない。この結果、図４９の左側の画面明るさを相対的に上げることが可能となる。同様にして、画面の一部（例えば右側や上下部）の明るさを変化させることや明るさの変化量に傾斜をつけることもレーザ光を発光（発振）させる領域を自在に制御することで可能となることは言うまでもない。

更に、上述した内容を具現化するための第２の技術的手段について説明する。図５０は、走査画面上の明るさを均一にする第２の技術手段について説明するための原理図である。走査装置（図示せず）を使用し画面垂直方向にレーザ光を走査する点が、上記図４９に示した第１の技術的手段との違いである。

レーザ光源として楕円形状をなす半導体レーザを使用する場合には、光走査装置（図示せず）に対して走査画面で距離の遠い方向（図面中では長手方向）にレーザ光２０４の楕円スポット形状の短辺を合わせることで、斜め入射によるスポット形状の悪化を軽減できる。また、走査画面内の明るさを均一にするために、例えば図５１に示したように領域Ａの走査範囲と領域Ｂの走査範囲において画面長手方向の走査間隔を変化させることで走査画面の左側の画面明るさを相対的に上げることが可能となる。同様にして画面の一部（例えば右側や上下部）の明るさを変化させることや明るさの変化量に傾斜をつけることも、画面垂直方向の走査範囲においてレーザ光を発光（発振）させる領域を自在に制御することで可能となることは言うまでもない。

次に、スペックルを軽減する技術について、以下に説明する。スペックルを軽減するために有効な技術手段としては、以下に示す３つの技術手段が有効である。

（１）コヒーレントなレーザ光を、時間的、および／または、空間的に不規則な光に変換する。
（２）単一波長の光とせず複数波長の光を混色させる。
（３）光の強度を時間的、空間的に変化させ不規則な光とする。

上記（１）および（３）を実現する具体的技術手段の１つとして、光走査装置の斜投写光学系に使用する自由曲面ミラー表面の面粗さを制御することで、レーザ光のランダムな干渉パターンであるスペックルの発生を抑制する。

その実現は、プラスチックを成形しその表面に反射膜を設けることで達成される。このため、ミラーの反射面の面粗さは金型表面の面粗さがそのまま転写できるので、金型表面の面粗さを制御することで、スペックルが軽減できる。

なお、図５２に示すように、スクリーン１３０の表面に静電式感圧センサー（静電容量方式タッチパネル）を組み込むことも可能である。この静電式感圧センサーは、より具体的には、図示のように、スクリーン１３０の表面上にセンサーパネル１３１を取り付け、透明ＩＴＯ１３２を介して、センサー表面にガラスやアクリルなどの硬いカバー（パネル）１３３を搭載して構成され、例えば、静電容量方式では、センサー回路の静電容量変化を読み取ることで座標位置を検出して読み取る。また、表面型では、四隅の電極に電圧が印加されてパネル面に均等な電界が形成されている状態で、指が触れた際の電界変化を読み取ることで座標位置検知を行うことが可能となる。

このような静電容量方式タッチパネルを組み込むことによれば、例えば、本発明の投写ボード装置のスクリーン１３０上にパーソナルコンピュータの画像を表示して使用する場合、スクリーン１３０上を利用者が指でタッチすることによりパーソナルコンピュータの操作を行うことが可能となる。

以上、種々の実施例について詳細に説明したが、本発明は、上述した実施例のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために装置全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…光走査部、１ａ…走査ミラー、２…自由曲面レンズ、３…自由曲面ミラー、４…光源部、５ａ…光合成部、１０…光走査映像投写装置、１０ａ、１０ｂ、１０−１、１０−２、１０−３…光走査装置、２０…像面、４０…筐体、６１…光路変更手段、６３…傾斜面、１１３…スクリーン保持部（スタンド）、１３０…投写スクリーン（半透明スクリーン）、４０１，４０４…電極、４０２…クラッド層、４０３…活性領域。

Claims (9)

1. 室内空間内においてその両面を前記室内空間に露出した状態で配置され、かつ、その背面若しくは前面から投写された映像光を透過して表面の映像表示面に表示する映像投写スクリーンと、
   前記映像投写スクリーンの背面側若しくは前面側における所定の位置に配置され、前記映像投写スクリーンの背面若しくは前面から映像光を拡大投写する映像投写装置と、を備えた投写型映像表示装置であって、
   前記映像投写装置は、特定波長の光を単独若しくは合成して得られる映像光を前記映像投写スクリーン上で走査することにより映像を形成する光走査型映像投写装置により構成されており、かつ、
   前記映像投写スクリーンは、前記映像投写装置からの映像光の光路変換手段として、特定偏波に対する反射率を高めた反射層を設けた前記特定波長の光を単独若しくは合成して得られる映像光を前記映像投写スクリーンの表面方向に導くと共に、前記室内空間内における光の一部を透過するように構成されている、投写型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写スクリーンは、前記映像投写スクリーンの裏側の表示面の全体に、コヒーレントな光からなる映像光を所定の方向に導くための光路変更手段が形成されている、投写型映像表示装置。
3. 請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写スクリーンの前記光路変更手段は、その裏側面の全体に形成されたサーキュラーフレネルレンズまたはリニアフレネルレンズの一部に反射膜を形成することにより構成されている、投写型映像表示装置。
4. 請求項３に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写スクリーンの裏側面の全体に形成されたサーキュラーフレネルレンズは、その中心が前記映像投写スクリーンの外形の外側に位置するように形成されている、投写型映像表示装置。
5. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写装置を構成する前記光走査型映像投写装置は、前記映像投写スクリーン上で走査するコヒーレントな光の映像光をＳ偏光波として射出するように構成されている、投写型映像表示装置。
6. 請求項５に記載の投写型映像表示装置において、
   前記光走査型映像投写装置は、
   コヒーレントなビーム状の光を供給する光源部と、
   前記光源部から出射した光を反射面の往復の回転運動で走査する光走査部と、
   前記光源部から出射した光を反射面の往復の回転運動により像面である走査面に長辺方向（主走査方向）と短辺方向（副走査方向）の２方向で像面における二次元状の走査範囲に光走査する光走査部と、を備えている、投写型映像表示装置。
7. 請求項６に記載の投写型映像表示装置において、
   前記光走査型映像投写装置は、更に、走査された光の走査角度を拡大する光学系を光走査部と像面の間に設け、かつ、前記光学系は光走査部が走査範囲の中央で静止している場合の曲面ミラーにおける入射光線と反射光線で定義される第１の平面と異なる平面において前記光走査部側に少なくとも曲面レンズを１枚と、像面側に１枚の曲面ミラーを有している、投写型映像表示装置。
8. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写スクリーンは、更に、その表示側に、利用者の指で接触した位置座標を検知する手段を組み込んでいる、投写型映像表示装置。
9. 請求項８に記載の投写型映像表示装置において、
   前記映像投写スクリーンの表示側に組み込んだ指の接触位置座標検知手段は、静電式感圧センサーからなる、投写型映像表示装置。

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