(57)【要約】【課題】  簡単な構成で安価な光学エンジンにより装置の小型化・軽量化を図り、かつ高解像度の画質を得られる小型光学エンジンおよびそれを用いた映像表示装置を提供する。【解決手段】  1つないしは複数の光源と、光の拡がりを制御する1つないしは複数の光学素子と、前記光源からの出射光を合成する合成手段と、走査手段を有することを特徴とする光学エンジンにおいて、前記光源からの光は、スクリーン上で楕円形状のビームスポットを有し、該スポットの長軸が走査方向に対して略垂直に設置されることを特徴とする光学エンジンである。【選択図】図１(a)
2010249966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひとつないし複数の光源と、光の拡がりを制御するひとつないし複数の光学素子と、前記光源からの出射光を合成する合成手段と、走査手段を有する光学エンジンにおいて、
前記光源からの光は、スクリーン上で楕円形状のビームスポットをもち、該スポットの長軸が走査方向に対して略垂直に形成されることを特徴とする光学エンジン。
【請求項２】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記合成手段はp偏光の光を色合成する色合成手段から成ることを特徴とする光学エンジン。
【請求項３】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光源はTEモードで発振し、
前記合成手段は前記光源から出た光がs偏光で入射する色合成手段から成り、
前記色合成手段の接地面は、前記走査手段の接地面と異なることを特徴とする光学エンジン。
【請求項４】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光源はTMモードで発振し、
前記合成手段は前記光源から出た光がｓ偏光で入射する色合成手段から成ることを特徴とする光学エンジン。
【請求項５】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光源はTEモードで発振し、
前記合成手段は前記光源から出た光がp偏光で入射して進行方向を変える色合成手段から成ることを特徴とする光学エンジン。
【請求項６】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光源はTMモードで発振し、
前記合成手段は前記光源から出た光がp偏光で入射して進行方向を変える色合成手段から成り、
前記色合成手段の接地面は、前記走査手段の接地面と異なることを特徴とする光学エンジン。
【請求項７】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光学素子の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、前記光源の発光点から前記光学素子までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、前記発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーンの走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscan としたとき、
B ＝ 2ftanθ＋ａ  ≧  Ｓｓｃａｎ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φ
の関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン。
【請求項８】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光学素子の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、前記光源の発光点から前記光学素子までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、前記発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーンの走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscanとしたとき、
Ｂ  ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  １．５  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φ
の関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン。
【請求項９】
請求項1に記載の光学エンジンにおいて、
前記光学素子の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、走査方向と前記スポットの長軸がなす角をγ  （°）、前記光源の発光点から前記光学素子までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、前記発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーンの走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscan としたとき、
B ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φｓｉｎγ
もしくは
Ｂ  ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  １．５  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φｓｉｎγ
の関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン。
【請求項１０】
赤(R)、緑(G)、青(B)の3色光源と、光の拡がりを制御する複数の光学素子と、前記光源からの出射光を合成する色合成手段と、走査手段を有することを特徴とする光学エンジンにおいて、
スクリーン上において画素ピッチをd、Ｇ光のビームスポットサイズをφG、R光とB光のビームスポット間隔をφRB、R光とG光のビームスポット間隔をφRG、B光とG光のビームスポット間隔をφＢＧとしたとき、
φＧ  ≦  １．５ｄ  かつ  φＲＢ  ＜  ０．５ｄ  かつ  φＲＧ  ＜  ０．５ｄ  かつ  φBG ＜ 0.5d を満たすことを特徴とする光学エンジン。
【請求項１１】
請求項10に記載の光学エンジンにおいて、
前記色合成手段は、前記光源のうちR光、B光はs偏光、G光はp偏光で入射することを特徴とする光学エンジン。
【請求項１２】
請求項10に記載の光学エンジンにおいて、
B光が通過する前記光学素子の数が、他の色の光が通過する光学素子の数の数より少ないことを特徴とする光学エンジン。
【請求項１３】
請求項10に記載の光学エンジンにおいて、
PWM駆動される前記光源の光出力の時間変化をP(t)としたとき、
2010249966.tif 000004
より求めた色度座標（xW, yW）から求めた色温度Kwが10,000 K ≦  Ｋｗ  ≦  16,000 K を満たすことを特徴とする光学エンジン。
【請求項１４】
請求項10に記載の光学エンジンにおいて、
前記光源と前記光学素子と前記色合成手段の保持部材は別体となっており、それぞれに放熱部材が配置されることを特徴とする光学エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号に応じて変調された光源光を走査させることで映像を表示する映像表示装置に係り、光学エンジンの小型化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型の映像表示装置にて大型の画面を構成することを目的とし、レーザやLEDを光源とした、DMD（Digital Mirror Device）方式や液晶パネル方式、または光学的走査方式による新しいディスプレイが登場している。例えば白色光源を用いると、光源部分の容積が飛躍的に縮小できるため、映像表示装置を小型化できる。さらに、R（赤）、G（緑）、B（青）などの単色光源を用いることで、小型化に加え、高画質化が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-293226号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1では複数のレーザ光源を近接して配置するため、高価である。また、熱が大量に発生するため光源の光軸がずれたり、光出力に損失が生じるという問題がある。さらに、複数のレーザのビームスポットサイズがばらつき、解像度が劣化するという課題がある。
【０００５】
そこで本発明は、簡単な構成で安価な光学エンジンにより装置の小型化・軽量化を図り、かつ高解像度の画質を得られる光学エンジン、およびそれを用いた映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、1つないしは複数の光源と、光の拡がりを制御する1つないしは複数の光学素子と、前記光源からの出射光を合成する合成手段と、走査手段を有することを特徴とする光学エンジンにおいて、前記光源からの光は、楕円形状のスポットを有し、該スポットの長軸が走査方向に対して垂直に設置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高解像度な画質を得られる小型の光学エンジンおよびそれを用いた映像表示装置が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１（ａ）】本発明の光学エンジンの概略構成の第1の実施の形態である。
【図１（ｂ）】本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射したスクリーン上のビームスポットである。
【図１（ｃ）】従来の駆動方法で投射したスクリーン上のビームスポットと光強度を示すである。
【図１（ｄ）】本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射したスクリーン上のビームスポットと光強度を示す図である。
【図２】本発明の光学エンジンの概略構成の第2の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の光学エンジンの概略構成の第3の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の光学エンジンの概略構成の第4の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の光学エンジンの概略構成の第5の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の光学エンジンの概略構成の第6の実施の形態を示す図である。
【図７（ａ）】本発明の光学エンジンの光源と光学素子とスクリーンを示す図である。
【図７（ｂ）】本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により映像を投射するスクリーンと、その走査方向の画素を示す図である。
【図７（ｃ）】スクリーン上における1画素と、本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射した1つのビームスポットを示す図である。
【図８】スクリーン上における1画素と、本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射した1つのビームスポットを示す図である。
【図９】本発明の光学エンジンを用いて投影した、スクリーン上における白色ビームを示す図である。
【図１０（ａ）】本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射した、スクリーン上におけるビームスポットを示す図である。
【図１０（ｂ）】本発明の光学エンジンを用いた映像表示装置により投射した、スクリーン上におけるビームスポットを示す図である。
【図１１】本発明の光学エンジンの概略構成の第7の実施の形態を示す図である。
【図１２】本発明の光学エンジンの概略構成の第8の実施の形態を示す図である。
【図１３（ａ）】本発明の光学エンジンを駆動したときの光出力の時間変化の概略図の一例を示す図である。
【図１３（ｂ）】従来の駆動方法（PWM駆動）の一例を示す図である。
【図１３（ｃ）】従来の駆動方法（アナログ駆動）の一例を示す図である。
【図１４】本発明の光学エンジンの概略構成の第8の実施の形態を示す図である。
【図１５】映像表示装置の実施の形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明における複数の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1(a)に、本発明の光学エンジンの概略構成の第1の実施の形態を示す。実施例の光学エンジン12は、複数の光源1a、1b、1cと、光の拡がりを制御する複数の光学素子2a、2b、2cと、前記光源からの出射光を合成する合成手段3と、走査手段4を有する。前記光源1a、1b、1cからの光は楕円形状のスポットを有し、図1(b)に示すように、該スポットの長軸は走査方向に対して略垂直に設置される。これにより、例えば同色光源1a、1b、1cを複数用いた場合には、温度が変化して光源1a、1b、1cの発光点の位置がずれたり、組み付け時に光源1a、1b、1cの位置がずれても、光軸ずれが目立ちにくく、高輝度化が実現できる。
一方、異なる単色光源1a、1b、1cを複数用いた場合には、合成手段3には色を合成するミラーやプリズム、ライトガイド、光ファイバーなどの色合成手段3を用いることとする。走査方向には光源を点灯させるタイミングを調節できるため、色ずれを防止できるが、走査方向と垂直な方向においては調節が困難である。しかし本発明によれば、走査方向に対してスポットが縦長になるように配置できるため、異なる色のスポットがずれた場合にも重なる面積が大きく、光軸ずれや色ずれが目立ちにくいという利点がある。
【００１０】
図1(c)に、従来の駆動方法で投射したスクリーン上のビームスポットと、光強度を示す。従来は、1画素に対してビームスポットの大きさがほぼ等しく、隣の画素が暗い場合にはぼやけが発生して、解像感のある先鋭な表示が困難であった。
【００１１】
しかし本発明では、図1(d)に示すように1画素に対してスポットの短軸が短いため、スポットが隣の画素に侵入するまでに光源1a、1b、1cを消灯することが可能であり、映像を高解像度で表示できる。
【００１２】
ここで、例えばレーザ光源1a、1b、1cを使用する場合、レーザは映像信号によって変調できるため、黒色表示時にはレーザの発振を止めることで、省電力化が可能である。光源1a、1b、1cは、UV硬化樹脂による固着、もしくは嵌合により固定する。光源1a、1b、1cから出射する拡散光の拡がりを制御して先鋭度の高い映像を提供するため、光源直後に、例えばコリメート機能やフォーカス機能を有するレンズ、光ファイバー、ホログラム素子などの光学素子2a、2b、2cを配置する。レンズ形状は、凸、凹、球面、非球面とする。シリンドリカルレンズを配置して、光源からのビームの形状を整形しても良い。これにより走査手段4が有する反射部の形状に合った形状のビームを入射させることができ、高効率化が図れると同時に、反射部からはみ出た光による温度上昇の問題も解消できる。
【００１３】
光学素子2a、2b、2cは、光源1a、1b、1cの構造体の直後に配置しても良いし、構造体内部の発光点近傍に配置しても良い。発光点の近傍に配置することによって、光学素子2a、2b、2cへの光取り込み効率が向上すると同時に、スクリーン6上にてより小さいスポットを生成し、高画質化を実現することが可能となる。スポット径は、走査手段4の反射部において1 mm以下とする。光学素子2a、2b、2cの位置は、光源1a、1b、1cの発光点のx、 y軸方向へのずれ量に合わせて自動制御できるように、アクチュエータやフィードバックセンサを取り付けても良い。これにより光軸ずれを解消し、高解像度が得られる。
【００１４】
使用する光源1a、1b、1cは、白色でも良いし、R（赤）、G（緑）、B（青）の3色もしくはR（赤）、G1（緑1）、G2（緑2）、B（青）もしくはR（赤）、G（緑）、B（青）、Y（黄）の4色でも良い。白色光源を用いる場合には、複数の光源1a、1b、1cを使用することで高輝度化を実現できる。また、3色もしくは4色の単色光源1a、1b、1cを用いることで、色再現性が飛躍的に向上し、高画質化が実現できる。波長が2〜5 nm異なる光源1a、1b、1cを複数使用しても良い。これにより、例えば光源1a、1b、1cにレーザを用いた場合に、干渉によって生じるスペックルパターンを低減することが可能である。
【００１５】
また、例えば光源1a、1b、1cにLEDやレーザを使用し、合成手段3にダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを使用する場合、光源1a、1b、1cのビームプロファイルにおいて、ピーク強度の10 % 以上の強度を有する波長域でダイクロイック面の光学特性が得られていれば良い。ブロードでなくピークを持つ発光分布を有するLEDやレーザ光源1a、1b、1cを使用すれば、ダイクロイック面の特性はピーク波長の約±１０  ｎｍ  の範囲において透過率・反射率が94 % 以上が得られれば良い。このため、ダイクロイック面の層数を少なくすることができ、安価に作製することができる。
【００１６】
複数の光源1a、1b、1cは、個別のパッケージに実装しても良いし、同一パッケージに実装しても良い。また、光源1a、1b、1cと色合成手段3、走査手段4のいずれかが、同一パッケージに実装されていても良い。個別のパッケージに実装することで、放熱し易く光源1a、1b、1cのピーク波長ずれや光損失が生じにくいという利点がある。一方、同一パッケージに実装することで、単色光源1a、1b、1cを用いた場合には色を合成し易く、光軸を一致させ易いという利点がある。
【００１７】
走査手段4には、2次元方向のスキャン素子を1個使用しても良いし、1次元方向のスキャン素子を2個使用しても良い。走査手段4が有する反射部の形状は、真円、楕円、正方形、長方形のいずれかであるものとする。反射部のサイズは、最大1 mmであるとする。反射部は光源1a、1b、1cから出射するビームの形状に合わせた形状を有し、かつ、最小サイズとすることで、質量を小さくすることができ、高速駆動して高解像度の画質を得ることが可能である。
【００１８】
走査手段4の反射部の材料は、例えばAlや銀蒸着、誘電体多層膜である。材料の上に、SiO2やTiO2などのトップコートを塗っても良い。光源1a、1b、1cのビームプロファイルを観察したときに、ピーク強度の10 % 以上の強度となる波長域において、反射率を90 %以上とすることによって、高輝度の画像が得られるとともに、走査手段4で発生する熱量を減らし、高効率の光学エンジン12を提供することができる。
【００１９】
光学エンジン12は、アパーチャ44を有していても良く、例えば光源1a、1b、1cや光学素子、合成手段3の出射直後、筐体444の出射口に配置される。これにより、光源自体が有しているフレアや、光源1a、1b、1cの構造体や光学素子2a、2b、2c、合成手段3で発生する干渉縞、散乱光、迷光、スポットのずれなどを除去し、真円、楕円、正方形、長方形のいずれかの形状をしたビームを取り出すことが可能である。筐体444の出射口にアパーチャ44を配置した場合には、走査手段4の反射部以外の、例えばトーションバーなどに当たった散乱光を除去することが可能であり、高精細なスポットを得ることができる。
【００２０】
アパーチャ44の断面は斜め形状を有しており、階段状になっていても良い。これにより、回折光の発生を防止する効果がある。色は黒色とし、例えばアルミなどの金属をアルマイト加工して作製する。x方向に精度良く保持するため、筐体444の底面に開けるアパーチャ44の取付穴は長穴とする。これにより、光源1a、1b、1cや合成手段3などが傾いて配置された場合にも、光軸に合わせてアパーチャ44の位置を調節することができ、フレアの少ない高精細なスポットを得ることができる。
【００２１】
筐体444は、アルミなどの金属から作られ、低コストでの加工が容易である。光源1a、1b、1cと光学素子2a、2b、2cと合成手段3の保持部材は別体となっており、それぞれに放熱部材11が配置される。これにより、光源1a、1b、1cで大量の熱が発生した場合にも、光学素子2a、2b、2cや合成手段3を破壊することなく、光源1a、1b、1cの放熱が可能である。光源1a、1b、1cを十分に放熱することにより、ピーク波長のずれや光出力の損失および発光点の位置ずれを防止して、高画質化が図れる。例えば、本発明の光学エンジン12を車に搭載したり、携帯電話に組み込むなどして、環境温度が光源1a、1b、1cの仕様範囲を超えた場合にも、光源1a、1b、1cの温度を動作保証温度範囲内に下げることができ、高輝度化できる。筐体444の耐衝撃性を高めるため、内部に緩衝材を配置しても良い。
【００２２】
筐体444は、走査手段4の保持位置に長穴を有する。これにより、光源1a、1b、1cや合成手段3が傾いて設置された場合にも、ビームが走査手段4に損失なく入射するよう、走査手段4のx方向を調節することが可能であり、熱の発生を抑えることができる。
【００２３】
図2に、本発明の光学エンジンの概略構成の第2の実施の形態を示す。光学エンジン12において、合成手段3は、p偏光の光を色合成する色合成手段3であることを特徴とする光学エンジン12である。
【００２４】
ここで、p偏光とは、電界成分が入射面に平行な光波を指し、s偏光とは、電界成分が入射面に垂直な光波を指す。例えば色合成手段3にダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーを用い、光源1a、1b、1cが広い波長帯域の発光分布を有する場合に、p偏光を色合成手段3に入射させることで、高い透過率と反射率を得ることができ、高輝度化を実現できる。
【００２５】
色合成手段3の各面には、ARコートが施されており、余分な反射を防ぐものとする。色合成手段3は接着剤で筐体444に固定されるものとし、筐体444の底面には、接着剤逃げの溝を加工することで、底面から浮き上がらず精度良く保持できるようにする。
【００２６】
図3に、本発明の光学エンジンの概略構成の第3の実施の形態を示す。光学エンジン12において、合成手段3は色合成手段3であり、TEモードで発振する光源1a、1b、1cと、光源1a、1b、1cから出た光はs偏光で入射する色合成手段3を含み、走査手段4は、その設置面が色合成手段3の接地面と異なることを特徴とする光学エンジン12である。これにより、スクリーン6上のビームスポットの長軸を、走査方向に対して略垂直とすることができ、光軸ずれの目立たない高解像度の映像が得られる。ここで、TEモードとは、短軸方向に振動している光波を指す。
【００２７】
図4に、本発明の光学エンジンの概略構成の第4の実施の形態を示す。光学エンジン12において、合成手段3は色合成手段3であり、TMモードで発振する光源1a、1b、1cと、光源1a、1b、1cから出た光はs偏光で入射する色合成手段3を含むことを特徴とする光学エンジン12である。これにより、スクリーン6上のビームスポットの長軸を、走査方向に対して略垂直とすることができ、光軸ずれの目立たない高解像度の映像が得られる。ここで、TMモードとは、長軸方向に振動している光波を指す。
【００２８】
図5に、本発明の光学エンジンの概略構成の第5の実施の形態を示す。光学エンジン12において、合成手段3は色合成手段3であり、TEモードで発振する光源1a、1b、1cと、光源1a、1b、1cから出た光はp偏光で入射し、進行方向を変える色合成手段3を含むことを特徴とする光学エンジン12である。これにより、スクリーン6上のビームスポットの長軸を、走査方向に対して略垂直とすることができ、光軸ずれの目立たない高解像度の映像が得られる。
【００２９】
図6に、本発明の光学エンジンの概略構成の第6の実施の形態を示す。光学エンジン12において、合成手段3は色合成手段3であり、TMモードで発振する光源1a、1b、1cと、光源1a、1b、1cから出た光はp偏光で入射し進行方向を変える色合成手段3を含み、色合成手段3の接地面は、走査手段4の接地面と異なることを特徴とする光学エンジン12である。これにより、スクリーン6上のビームスポットの長軸を、走査方向に対して略垂直とすることができ、光軸ずれの目立たない高解像度の映像が得られる。
【００３０】
図7(a)に、本発明の光学エンジン12の光源1と光学素子2とスクリーン6を示す。図7(b)に、本発明の光学エンジン12を用いた映像表示装置により映像を投射するスクリーン6と、その走査方向の画素を示す。図7(c)に、スクリーン6上における1画素と、本発明の光学エンジン12を用いた映像表示装置により投射した1つのビームスポットを示す。
【００３１】
請求項1に記載の光学エンジン12において、光学素子2の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン6上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、光源1の発光点から光学素子2までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーン6の走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscan としたとき、  B ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  Ｓｓｃａｎ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φ  の関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン12である。これにより、1画素とビームスポットサイズが同サイズになるため、解像度・先鋭度の高い画像が得られる。
【００３２】
また本発明は、スポットの短軸方向に対して上式を満たせば良いため、長軸方向に対して適用する場合に比べてレンズ設計に余裕ができ、屈折力の小さいレンズを用いれば良い。従って低コストでの作製が可能である。また、発光点の形状は、図7に示すような長方形でも良いし、正方形、真円、楕円でも良く、全ての場合について同様の効果がある。
【００３３】
図8に、スクリーン6上における1画素と、本発明の光学エンジン12を用いた映像表示装置により投射した1つのビームスポットを示す。光学エンジン12において、光学素子2の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン6上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、光源1の発光点から光学素子2までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーン6の走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscanとしたとき、 B ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  １．５  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φ  の関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン12である。すなわち、スクリーン6上のビームスポットサイズは、画素に対して1.5倍以下であれば、高解像度の画質を得ることができる。
【００３４】
図9に、本発明の光学エンジン12を用いた映像表示装置により投射した、スクリーン6上におけるビームスポットを示す。請求項1に記載の光学エンジン12において、光学素子2の出射面におけるビームの水平方向のスポットサイズをB (mm)、スクリーン6上のビームスポットの走査方向のサイズをφ  （ｍｍ）、走査方向とスポットの長軸がなす角をγ  （°）、光源1の発光点から光学素子2までの距離をf (mm)、光源光の拡がりが光軸となす角をθ  （°）、発光点の走査方向と平行な方向のサイズをa (mm)、スクリーン6の走査方向のサイズをSscan (mm)、走査方向の画素数をnscan として、B ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φｓｉｎγもしくはＢ  ＝  ２ｆｔａｎθ＋ａ  ≧  １．５  Ｓｓｃａｎ  ／  ｎｓｃａｎ  ≧  φｓｉｎγの関係式を満たすことを特徴とする光学エンジン12である。
【００３５】
すなわち、走査方向に対してビームスポットが傾き角γを持っていても、高解像度の画質を得ることができる。ここで傾き角γは、走査方向と、走査方向に垂直な方向において、ビームスポットの長さを比べたとき、走査方向の長さの方が狭くなることを満たす角度であるとする。
【００３６】
図10(a)に、本発明の光学エンジン12を用いた映像表示装置によりスクリーン6上に投影した、赤(R)、緑(G)、青(B)のビームスポットを示す。R, G, Bの3色光源1a、1b、1cと、光の拡がりを制御する複数の光学素子2a、2b、2cと、光源1a、1b、1cからの出射光を合成する色合成手段3と、走査手段4を有することを特徴とする光学エンジン12において、スクリーン6上において、画素ピッチをd、G光のビームスポットサイズをφＧ、R光とB光のビームスポット間隔をφＲＢ、R光とG光のビームスポット間隔をφＲＧ、B光とG光のビームスポット間隔をφＢＧとしたとき、φＧ  ≦  １．５ｄ  かつ  φＲＢ  ＜  ０．５ｄ  かつ  φＲＧ  ＜  ０．５ｄ  かつ  φＢＧ  ＜ 0.5d を満たすことを特徴とする光学エンジン12である。
【００３７】
例えば光源1a、1b、1cや光学素子2a、2b、2cを保持する際に、位置や傾きに誤差を含んだとしても、上記条件を満たしていれば、R, G, Bの3色がスクリーン6上で分かれて見えず、白色に合成されて高解像度の画質を得られる。一方、図10(b)に示すように、φＲＢ、φＲＧ、φＢＧのいずれかが0.5d以上になると、スクリーン6上で色が分かれて見えてしまい、解像度が劣化する。
【００３８】
図11に、本発明の光学エンジンの概略構成の第7の実施の形態を示す。請求項10に記載の光学エンジンにおいて、光源1a、1b、1cのうちR光、B光はs偏光、G光はp偏光で色合成手段3に入射することを特徴とする光学エンジン12である。例えば色合成手段3にダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーを用いる場合、G光の発光分布がブロードに近い場合にも、p偏光で色合成手段3に入射させれば、広い波長帯域で高い透過率を得られる。これにより、ダイクロイック面の少ない層数で、安価に、高輝度化を実現できる。
【００３９】
図12に、本発明の光学エンジンの概略構成の第8の実施の形態を示す。B光が通過する光学素子2a、2b、2cの数は最も少ないことを特徴とする光学エンジン12である。一般に、光学素子2a、2b、2cは、Bの波長域（400 nm〜485 nm）において、透過率や反射率が低下する。したがって、B光が通過する光学素子2a、2b、2cの数を少なくすることによって、B光の明るさの低下を防ぎ、光学エンジン12の高輝度化を実現することができる。
【００４０】
図13(a)に、本発明の光学エンジンを駆動したときの光出力の時間変化の概略図の一例を示す。従来の駆動方法は光出力を一定としたPWM駆動（図13(b)）またはパルス変調ではないアナログ駆動（図13(c)）であったが、本光学エンジン12は光出力が可変のPWM駆動を行い、これを一定時間で積分し、R, G, Bの光出力を算出する。
【００４１】
PWM駆動される前記光源の光出力の時間変化をP(t)としたとき、
【００４２】
【数１】
2010249966.tif 000003
より求めた色度座標（xW, yW）から求めた色温度Kwが１０，０００  Ｋ  ≦  Ｋｗ  ≦  １６，０００  Ｋ  を満たすことにより、色温度の高い画質が得られる。色度座標から色温度は一義的に求められ（参考文献：http://www.spstj.org/book/pdf/lecture/lec_2006.pdf）、例えば（xW, yW）＝(0.26, 0.31)の場合には、色温度は10914 K、偏差は0.02となる。
【００４３】
図14に、本発明の光学エンジンの概略構成の第9の実施の形態を示す。前記光源1a、1b、1cと光学素子2a、2b、2cと色合成手段3の保持部材は別体となっており、それぞれに放熱部材11が配置されることを特徴とする光学エンジン12である。保持部材と放熱部材11が別体で構成されていることにより、光源1a、1b、1cから発生する熱が光学素子2a、2b、2cや色合成手段3、筐体444に伝わることなく、放熱できるため、光源1a、1b、1cの光出力の損失や発光点の位置ずれ、ピーク波長のずれを防ぎ、高画質化を実現できる効果がある。
【００４４】
以上の構成を有する本発明の光学エンジン12に、電源部14、回路部15、信号処理手段を組み合わせた映像表示装置の実施の形態を図15に示す。小型で軽量の映像表示装置を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
1a  光源1
1b  光源2
1c  光源3
2a  光学素子1
2b  光学素子2
2c  光学素子3
3  色合成手段
4  走査手段
44  アパーチャ
444  筐体
5  ビームスポット
6  スクリーン
7  1画素
8  緑色のビームスポット
9  赤色のビームスポット
10  青色のビームスポット
11  放熱部材
12  光学エンジン
13  構造体
14  電源部
15  回路
【図１（ａ）】
2010249966.tif 000005
【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図１（ｄ）】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１３（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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