(57)【要約】【課題】  ３原色の３色のビーム光をスクリーンに投射してカラー画像を表示する装置の小型化，低コスト化を図ると共に、高解像度の画像表示を可能にする。【解決手段】  ３原色の第１色ビーム光光源と第２色ビーム光光源と第３色ビーム光光源とが隣接して配置された光源装置１と、入力するビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂに基づいて光源装置１から一列且つ並行に出射される第１色，第２色，第３色の各ビーム光２，３，４を描画面２０上に集光するレンズ系５と、レンズ系５から出射する第１色，第２色，第３色の各ビーム光２，３，４を描画面２０上に反射すると共に各色ビーム光２，３，４を描画面２０上で走査する走査手段６とを備える。更にまた、光源装置１から一列且つ並行に出射される各色ビーム光２，３，４の位置ズレを補正して描画面２０上での第１色投射像と第２色投射像と第３色投射像とを重ね合わせる補正手段（制御部）７を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３原色の第１色ビーム光光源と第２色ビーム光光源と第３色ビーム光光源とが隣接して配置された光源装置と、入力するビデオ信号に基づいて前記光源装置から一列且つ並行に出射される第１色のビーム光と第２色のビーム光と第３色のビーム光とを描画面上に集光するレンズ系と、該レンズ系から出射する前記第１色，第２色，第３色の各ビーム光を前記描画面上に反射すると共に該第１色，第２色，第３色のビーム光を該描画面上で走査する走査手段とを備えることを特徴とするカラー画像表示装置。
【請求項２】
前記光源装置から一列且つ並行に出射される第１色のビーム光と第２色のビーム光と第３色のビーム光の位置ズレを補正して前記描画面上での前記第１色の投射像と前記第２色の投射像と前記第３色の投射像とを重ね合わせる補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のカラー画像表示装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記第１色ビーム光光源と前記第２色ビーム光光源と前記第３色ビーム光光源の各々に入力する前記ビデオ信号の相対的遅延量を制御する制御手段で構成されることを特徴とする請求項２に記載のカラー画像表示装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記走査手段の反射面に形成された回折格子で構成されることを特徴とする請求項２に記載のカラー画像表示装置。
【請求項５】
前記補正手段は、請求項３記載の制御手段及び請求項４記載の回折格子で構成されることを特徴とする請求項２に記載のカラー画像表示装置。
【請求項６】
前記光源装置には、前記第１色ビーム光光源と第２色ビーム光光源と第３色ビーム光光源とが隣接して一列に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のカラー画像表示装置。
【請求項７】
前記走査手段は、前記第１色のビーム光と前記第２色のビーム光と前記第３色のビーム光を前記描画面上の水平方向及び垂直方向に走査する偏向ミラーで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のカラー画像表示装置。
【請求項８】
前記走査手段は、前記第１色のビーム光と前記第２色のビーム光と前記第３色のビーム光を前記描画面上の水平方向に走査する第１偏向ミラーと垂直方向に走査する第２偏向ミラーで構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のカラー画像表示装置。
【請求項９】
前記走査手段の前方位置に設けられ該走査手段で前記水平方向に走査される前記ビーム光を検出したとき該検出位置をカラー画像の水平方向の描画始端位置とする受光センサを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のカラー画像表示装置。
【請求項１０】
前記走査手段の走査が前記水平方向の往復行で行われ前記カラー画像の前記水平方向の描画が往復行の夫々で行われることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のカラー画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラー画像をスクリーンに投射するカラー画像表示装置に係り、特に、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色ビーム光をスクリーン上で二次元的に走査してカラー画像を描画するカラー画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１，２に記載されている従来のレーザディスプレイ装置では、赤色光を発光するＲ用レーザ光源，緑色光を発光するＧ用レーザ光源，青色光を発光するＢ用レーザ光源の各々から出射された各色ビーム光をポリゴンミラー等の走査手段に反射させてスクリーン上を走査させることで、カラー画像をスクリーンに投射する様になっている。走査手段としては、ポリゴンミラーに限らず他の方式のミラー、例えば特許文献３に記載されている様に、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて制作された二次元走査用のミラーを用いることも可能である。
【０００３】
従来のレーザディスプレイ装置で用いるレーザ光源は、Ｒ用レーザ光源から出射した赤色ビーム光と、Ｇ用レーザ光源から出射した緑色ビーム光と、Ｂ用レーザ光源から出射した青色ビーム光とを、ファイバ等の導波路やダイクロイックミラー等で構成される光学系を通すことで１本の同心のビーム光に合波し、その後に、走査手段であるミラーに合波したビーム光を反射させ、スクリーンにカラー画像を投射するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４―４５４７８号公報
【特許文献２】特開２００２―３４４７６５号公報
【特許文献３】特開２００４―２６４６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーザディスプレイ装置で用いるレーザ光源は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色ビーム光を１本のビーム光に合波した後に走査手段であるミラーに出射する構成のため、合波のための光学系が複雑となり、装置が大型化してしまうと共にコストが嵩んでしまうという問題がある。
【０００６】
例えば、何処にでもある白い壁や白板等をスクリーンに見立ててカラー画像をレーザディスプレイ装置から投射する用途を考えると、レーザディスプレイ装置を携帯型にする必要があり、光学系の構成は単純で小型の方が望ましい。しかし、合波用の光学系を省略した場合、カラー画像を構成する各ドットにおけるスクリーン上の赤色光照射点位置，緑色光照射点位置，青色光照射点位置の位置ズレが生じ、この位置ズレがある程度大きくなると、画像の解像度を劣化させてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、小型で低コストのカラー画像表示装置を提供すると共に、解像度の高いカラー画像を表示することが可能なカラー画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のカラー画像表示装置は、３原色の第１色ビーム光光源と第２色ビーム光光源と第３色ビーム光光源とが隣接して配置された光源装置と、入力するビデオ信号に基づいて前記光源装置から一列且つ並行に出射される第１色のビーム光と第２色のビーム光と第３色のビーム光とを描画面上に集光するレンズ系と、該レンズ系から出射する前記第１色，第２色，第３色の各ビーム光を前記描画面上に反射すると共に該第１色，第２色，第３色のビーム光を該描画面上で走査する走査手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のカラー画像表示装置は、前記光源装置から一列且つ並行に出射される第１色のビーム光と第２色のビーム光と第３色のビーム光の位置ズレを補正して前記描画面上での前記第１色の投射像と前記第２色の投射像と前記第３色の投射像とを重ね合わせる補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のカラー画像表示装置の前記補正手段は、前記第１色ビーム光光源と前記第２色ビーム光光源と前記第３色ビーム光光源の各々に入力する前記ビデオ信号の相対的遅延量を制御する制御手段で構成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明のカラー画像表示装置の前記補正手段は、前記走査手段の反射面に形成された回折格子で構成されることを特徴とする。
【００１２】
本発明のカラー画像表示装置の前記補正手段は、上記制御手段及び上記回折格子で構成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明のカラー画像表示装置の前記光源装置には、前記第１色ビーム光光源と第２色ビーム光光源と第３色ビーム光光源とが隣接して一列に配置されることを特徴とする。
【００１４】
本発明のカラー画像表示装置の前記走査手段は、前記第１色のビーム光と前記第２色のビーム光と前記第３色のビーム光を前記描画面上の水平方向及び垂直方向に走査する偏向ミラーで構成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明のカラー画像表示装置の前記走査手段は、前記第１色のビーム光と前記第２色のビーム光と前記第３色のビーム光を前記描画面上の水平方向に走査する第１偏向ミラーと垂直方向に走査する第２偏向ミラーで構成されることを特徴とする。
【００１６】
本発明のカラー画像表示装置は、前記走査手段の前方位置に設けられ該走査手段で前記水平方向に走査される前記ビーム光を検出したとき該検出位置をカラー画像の水平方向の描画始端位置とする受光センサを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明のカラー画像表示装置は、前記走査手段の走査が前記水平方向の往復行で行われ前記カラー画像の前記水平方向の描画が往行，復行の夫々で行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、３原色の各色用のレーザ光源を並置して各色毎のビーム光を並行に出射し描画面（スクリーン）に投射する構成のため、光源の構成が簡単で小型となり、製造コストが低減する。また、描画面上でのカラー画像を構成する各ドットにおいて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各像の投射点位置が補正手段によって重ね合わされるため、画像の解像度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカラー画像表示装置を構成するレーザディスプレイ装置の要部構成図である。このレーザディスプレイ装置は、レーザ光源装置１と、レーザ光源装置１から出射された赤色（Ｒ）ビーム光２と緑色（Ｇ）ビーム光３と青色（Ｂ）ビーム光４とをスクリーン２０の表面に集光するレンズ系５と、レンズ系５で集光されたＲ，Ｇ，Ｂの各色ビーム光２，３，４を二次元的に走査しながら反射してスクリーン２０に投射する偏向ミラー６と、レーザ光源装置１に入力するビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂの入力タイミングを制御する制御部７とを備えて構成される。偏向ミラー６としては、例えば、周知のポリゴンミラーや上述した特許文献３記載のミラーを用いることができる。
【００２１】
図２は、レーザ光源装置１の正面模式図である。円筒状のステム８内には、水平に台座９が設けられ、その上に、紙面の手前側に赤色ビーム光２を出射する赤色光レーザ光源１０と、緑色ビーム光３を出射する緑色光レーザ光源１１と、青色ビーム光４を出射する青色光レーザ光源１２が隣接して設けられる。レーザ光源１０，１１，１２は水平方向に一列に隣接して設けられるが、この「水平方向」が、本実施形態では、スクリーン２０における水平方向（Ｘ方向）の走査方向となる。
【００２２】
図１の制御部７は、赤色光レーザ光源１０の入力段に設けられた遅延回路１３と、緑色光レーザ光源１１の入力段に設けられた遅延回路１４と、青色光レーザ光源１２の入力段に設けられた遅延回路１５と、各遅延回路１３，１４，１５の遅延タイミングを制御するタイミング制御手段１６とを備える。電気信号であるビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂの夫々は遅延回路１４，１５，１６に入力され、各遅延回路１４，１５，１６からビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂが出力された時に該当レーザ光源１０，１１，１２からビーム光２，３，４が出射される。
【００２３】
図２に示す様に、本実施形態におけるレーザ光源装置１からは、赤色ビーム光２と緑色ビーム光３と青色ビーム光４とが並行に出射され、各色共通のレンズ系５で集光され、偏向ミラー６で反射されてスクリーン２０上に投射されるが、各色レーザ光源１０，１１，１２に水平方向の位置ズレが存在し、可動する偏向ミラー６上での各ビーム光２，３，４の入射角も異なるため、スクリーン上にカラー画像を描画するときの各ドットの投射点位置が、Ｒ，Ｇ，Ｂでズレてしまう。
【００２４】
つまり、あるドットを表示するビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂを、図３に示す様に、同一タイミングで各色レーザ光源１０，１１，１２に入射すると、当該ドットのスクリーン２０上での投射点位置が、Ｒ，Ｇ，Ｂでずれてしまう。この位置ズレが小さい場合には問題ないが、スクリーン２０までの距離やレーザ光源装置１における各レーザ光源１０，１１，１２間の距離によって、スクリーン２０上でＲ，Ｇ，Ｂの位置ズレが大きくなると、カラー画像の解像度が劣化してしまう。そこで、本実施形態では、図１の制御部７により、各ドットにおけるビデオ信号Ｒ，Ｇ，Ｂの各色レーザ光源１０，１１，１２への入力タイミングを制御し、スクリーン２０上における各ドットのＲ，Ｇ，Ｂの投射点位置が一致する様に制御する。
【００２５】
図４は、制御部７が行うタイミング制御の説明図である。本実施形態では、図２に示す各色レーザ光源１０，１１，１２の配列で、中央の緑色光レーザ光源１１から出射される緑色光の投射像に、赤色光の投射像と、青色光の投射像とが重なるように、各遅延回路１３，１４，１５の夫々の遅延タイミングを制御する。
【００２６】
図４に示す例では、同一タイミングで各色ビーム光２，３を投射したときに緑色の投射像Ｇに対して先行してスクリーンに投射される赤色の投射像Ｒが、遅れてスクリーンに投射され緑色の投射像Ｇに重なる様に、遅延回路１３の遅延量を遅延回路１４の遅延量より長く設定する。また、同一タイミングで各色ビーム光３，４を投射したときに緑色の投射像Ｇに対して遅れてスクリーンに投射される青色の投射像Ｂが、先行してスクリーンに投射される緑色の投射像Ｇに重なる様に、遅延回路１５の遅延量を遅延回路１４の遅延量より短く設定する。
【００２７】
これにより、カラー画像を構成する各ドットにおけるＲ，Ｇ，Ｂ光のスクリーン２０への到達時間に瞬間的な差が生じるが、視覚的に同一ドットにＲ，Ｇ，Ｂ光が投射されるために、カラー画像の解像度は高くなる。
【００２８】
尚、遅延回路１３，１４，１５の各遅延量は、無限遠でＲ，Ｇ，Ｂの各投射像が一致するように調製するのが良いが、スクリーンまでの距離に応じて手動調整する機能を設けてもよい。また、一番先行する色のビデオ信号に対して他の色のビデオ信号を遅延させればよいため、各色毎に遅延回路を設けるのではなく、２つの遅延回路を設けるだけでもよい。図４の例では、遅延回路１５は省略できる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るカラー画像表示装置であるレーザディスプレイ装置の要部構成図である。本実施形態では、図１の第１実施形態で用いた制御部７は採用せずに、偏向ミラー６の代わりに、グレーティング（回折格子）付き偏向ミラー２１を用いたことを特徴とし、他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００３０】
グレーティング付き偏向ミラー２１は、例えば特許文献３に記載された二次元タイプのミラーに、多数の縞模様を回折格子２２として蒸着形成すれば実現できる。同一タイミングで各色レーザ光源１０，１１，１２から出射しグレーティング付き偏向ミラー２１に入射したＲ，Ｇ，Ｂのビーム光２，３，４は、ビーム光２，３，４の波長の違いによって異なる反射角で反射されるため、無限遠でＲ，Ｇ，Ｂ光が一致するような回折格子２２を形成しておく。
【００３１】
これにより、レーザ光源装置１内の各色レーザ光源１０，１１，１２の配置位置に位置ズレが存在しても、スクリーン上の各ドットでＲ，Ｇ，Ｂの投射点位置を一致させることができ、高解像度のカラー画像を表示することが可能となる。
【００３２】
尚、本実施形態では、Ｘ方向（水平方向）とＹ方向（垂直方向）の両方にミラーを振ることが可能な、即ち二次元走査が可能な偏向ミラーに回折格子２２を設けたが、より精度良くＲ，Ｇ，Ｂのスクリーン上での投射点位置を一致させるために、Ｘ方向にミラーを走査する第１の偏向ミラーと、Ｙ方向にミラーを走査する第２の偏向ミラーとを別々に設け、両方の偏向ミラーの夫々に揺動方向に垂直な回折格子２２を設け、レーザ光源１０，１１，１２から出射した各色ビーム光２，３，４を両方の偏向ミラーで順に反射してスクリーン２０に投射する構成としてもよい。
【００３３】
尚また、本実施形態では、回折格子によってＲ，Ｇ，Ｂ光の反射角を変更する構成のため、図２に示す各色レーザ光源１０，１１，１２で、中間波長の緑色光レーザ光源１１を真ん中に設ける必要がある。これに対し、第１の実施形態では、各色レーザ光源１０，１１，１２の配列順は任意である。
【００３４】
（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態では、偏向ミラー２１に回折格子２２を設けたが、回折格子２２は一旦形成すると、その間隔等は不変となり変更調整できない。このため、スクリーン２０を設ける位置によってはＲ，Ｇ，Ｂの投射点位置に、目立つ位置ズレが生じてしまうことがある。このため、第３の実施形態では、第２の実施形態のレーザディスプレイ装置に、第１の実施形態と同様の制御部７を設ける。これにより、スクリーン上でのＲ，Ｇ，Ｂ光の投射点位置の微小な位置ズレ補正が可能となる。
【００３５】
（第４の実施形態）
上述した各実施形態で用いたレーザ光源装置１では、図２に示す様に一列即ち一直線上に各色レーザ光源１０，１１，１２を配置したが、一直線上に各色レーザ光源１０，１１，１２を配置できない場合もある。例えば、緑色光レーザ光源１１を赤色光レーザ光源１０や青色光レーザ光源１２と同程度の小型で実現するために、波長１０６０ｎｍのレーザ光を発光するレーザ光源と、波長１０６０ｎｍのレーザ光を波長５３０（緑色）のレーザ光に変換する波長変換素子とを直列配置し、これに赤色光レーザ光源１０と青色光レーザ光源１２を並置すること構成が考えられる。この場合、冷却のためのヒートシンクの配置位置なども工夫する必要があり、各色レーザ光源１０，１１，１２を一直線上に配置するのが困難になることもある。
【００３６】
斯かる場合は、小型の赤色光レーザ光源１０と青色光レーザ光源１２とを一直線上に配置し、緑色のビーム光３を赤色ビーム光２と青色ビーム光４との中間位置に並行に挿入する光学系をレーザ光源装置１の正面部に設けることで解決できる。この光学系の一例を図６に示す。
【００３７】
図６（ａ）に示す光学系は、４５度に傾斜し緑色光を反射し赤色光と青色光とを透過するダイクロイックミラー２５を内部に持つ正方形のプリズム体２６と、緑色のビーム光３を反射してダイクロイックミラー２５に４５度の角度で入射するミラー２７，２８とで構成される。斯かる光学系を用いることで、図６（ｂ）に示す様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各ビーム光２，３，４を一列且つ並行に配置することが可能になり、第１，第２，第３の各実施形態のレーザ光源装置１として使用可能となる。尚、緑色のビーム光３を１本のファイバに入射させ、このファイバの出端を赤色光レーザ光源１０と青色光レーザ光源１２の中間位置に配置することでもよい。
【００３８】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係るカラー画像表示装置であるレーザディスプレイ装置の要部構成図である。第１の実施形態と比較して、偏向ミラー６の出射側前方所定位置に、フォトセンサ３０，３１を設けた点が異なる。本実施形態では、偏向ミラー６を水平方向（Ｘ方向）に振ることでＲ，Ｇ，Ｂの各色ビーム光２，３，４をスクリーン２０上で往復行走査し、往行，復行の各行毎にカラー画像を描画する。このとき、垂直方向にカラー画像の位置ズレが生じる虞がある。そこで、各行の描画開始位置をフォトセンサ３０，３１で検出し、フォトセンサ３０，３１がビーム光を検出した時点を始端としてカラー画像の描画を行う。これにより、画像の垂直方向の位置ズレが防止可能となる。
【００３９】
また、偏向ミラー６の往復の揺動動作において、スクリーンの左端側の描画位置およびスクリーンの右端側の描画位置の揺動動作のリニアリティは低下する。このため、フォトセンサ３０，３１が未だビーム光２，３，４を検出していないときの描画を停止することで、位置ズレ防止の他に、カラー画像の左右端部における歪みを防止できる。
【００４０】
尚、本実施形態では、偏向ミラー６で水平方向（Ｘ方向）の走査の他に垂直方向（Ｙ方向）の走査も同時に行っているため、フォトセンサ３０，３１は、若干垂直方向に長手のものを使用し、垂直方向に偏向ミラー６が揺動しても、フォトセンサ３０，３１がビーム光２，３，４を検出できる構成にする必要がある。
【００４１】
偏向ミラーとして、水平方向走査用と垂直方向走査用の２つを別に設ける構成であれば、フォトセンサ３０，３１は、水平方向走査用の偏向ミラーの前方に配置すればよく、また、垂直方向に長手のフォトセンサを使用する必要はない。
【００４２】
尚また、本実施形態では、水平方向の往行と復行の両方の走査で画像描画を行うためフォトセンサ３０の他にフォトセンサ３１を設けたが、往行だけで描画を行う構成であれば、フォトセンサ３１は不要である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、小型，低コストで高解像度のカラー画像を描画できるため、特に携帯型のカラー画像表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るカラー画像表示装置の要部構成図である。
【図２】図１に示すレーザ光源装置の正面模式図である。
【図３】赤色，緑色，青色の各色用のレーザ光源を同一タイミングで励起したときのスクリーン上での各色投射像の位置ズレを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における制御部の動作説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るカラー画像表示装置の要部構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態で用いる光学系の説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るカラー画像表示装置の要部構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  レーザ光源装置
２  赤色ビーム光
３  緑色ビーム光
４  青色ビーム光
５  レンズ系
６  偏向ミラー（走査手段）
７  制御部
１０  赤色光レーザ光源
１１  緑色光レーザ光源
１２  青色光レーザ光源
１３，１４，１５  遅延回路
１６  タイミング制御手段
２１  グレーティング付き偏向ミラー（走査手段）
２２  グレーティング（回折格子）
３０，３１  フォトセンサ（受光センサ）
【図１】
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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】
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