(57)【要約】【課題】複数の光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示するための光走査装置等を提供すること。【解決手段】ビーム状の光を供給する複数の光源部４０１と、光源部４０１からのビーム状の光を、被照射領域であるスクリーン１１０において第１の方向であるＸ方向と、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向へ走査させる走査部２００と、を有し、走査部２００は、Ｘ方向へビーム状の光を走査させる周波数が、Ｙ方向へビーム状の光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動され、光源部４０１は、スクリーン１１０におけるビーム状の光のスポットが、Ｘ方向及びＹ方向にアレイ状に配列するように配置され、かつ、スクリーン１１０においてスポットがＸ方向へ並列する複数のビーム状の光を用いて階調を表現する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビーム状の光を供給する複数の光源部と、
前記光源部からの前記ビーム状の光を、被照射領域において第１の方向と、前記第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を有し、
前記走査部は、前記第１の方向へ前記ビーム状の光を走査させる周波数が、前記第２の方向へ前記ビーム状の光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動され、
前記光源部は、前記被照射領域における前記ビーム状の光のスポットが、前記第１の方向及び前記第２の方向にアレイ状に配列するように配置され、かつ、前記被照射領域において前記スポットが前記第１の方向へ並列する複数の前記ビーム状の光を用いて階調を表現することを特徴とする光走査装置。
【請求項２】
前記走査部は、前記被照射領域において前記第２の方向へ並列する前記スポットの個数と同じ数の行ごとに、前記第１の方向への前記ビーム状の光の走査を行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記走査部は、前記被照射領域において前記第２の方向へ並列させる前記スポットの個数より少ない数の行ごとに、前記第１の方向への前記ビーム状の光の走査を行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記走査部は、前記被照射領域においてｎ行（ｎは正の整数）ごとに前記第１の方向への前記ビーム状の光の走査を行い、
前記光源部は、前記被照射領域において前記第２の方向へｍ×ｎ（ｍは正の整数）個の前記スポットを並列させ、かつ、前記第２の方向についてｈｎ−ｋ（ｋ＝０、１、…ｎ−１、ｈ＝１、２、…ｍ）行目に前記スポットを形成する、ｋの値ごとに選択されるｍ個の前記光源部群を用いて階調を表現することを特徴とする請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記第１の方向へ前記スポットを並列させる複数の前記光源部のうちのいずれかに代替して前記ビーム状の光を供給する予備用光源部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記光源部からの前記ビーム状の光を検出する光検出部を有し、
前記予備用光源部は、前記光検出部からの検出結果により、複数の前記光源部のうち、供給される前記ビーム状の光が所定の強度以下であると特定された前記光源部に代替して前記ビーム状の光を供給することを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
【請求項７】
複数の光源部によりビーム状の光を供給する光供給工程と、
前記光供給工程において供給された前記ビーム状の光を、被照射領域において第１の方向と、前記第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査工程と、を含み、
前記走査工程において、前記ビーム状の光は、前記第１の方向へ走査させる周波数が、前記第２の方向へ走査させる周波数に比べて高くなるように走査され、
前記光供給工程において、前記ビーム状の光は、前記被照射領域におけるスポットが、前記第１の方向及び前記第２の方向にアレイ状に配列するように供給され、かつ前記被照射領域において前記スポットを前記第１の方向へ並列させる複数の前記ビーム状の光を用いて階調を表現することを特徴とする光走査装置の制御方法。
【請求項８】
前記光源部からの前記ビーム状の光を検出する検出工程と、
前記検出工程における検出結果により、複数の前記光源部のうち、供給される前記ビーム状の光が所定の強度以下である前記光源部を特定する特定工程と、
前記第１の方向へ前記スポットを並列させる複数の前記光源部のうち前記特定工程により特定された前記光源部に代替して予備用光源部に前記ビーム状の光を供給させる代替工程と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の光走査装置の制御方法。
【請求項９】
光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、
前記光走査装置は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光走査装置であることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光走査装置、光走査装置の制御方法及び画像表示装置、特に、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査することで画像を表示するための光走査装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を走査させることで画像を表示する画像表示装置には、レーザ光を走査させる光走査装置が用いられる。光走査装置は、画像信号に応じて変調されたレーザ光を二次元方向へ走査させる。画像表示装置は、光走査装置からのレーザ光をスクリーン等に入射させることにより画像を表示する。レーザ光の変調には、一般に、レーザ光を点灯させるパルス幅を画像信号に応じて変化させるパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、「ＰＷＭ」という。）が用いられる。画像の１フレームにおいて、全画素について画像信号に応じた階調を表現するためには、最小単位のパルス幅を非常に小さくする必要がある。画像の画素数を多くするほど、また、画像の階調数を多くするほど、パルス幅の最小単位はさらに小さくなる。高出力のレーザ光源は、小さいパルス幅に応じて正確かつ高速にスイッチングを行うことが非常に困難である。そこで、変調周波数を高めることが困難である場合に、複数のレーザ光を用いることで、画像信号に応じて変調された光の走査を分担させることが考えられる。例えば、光走査装置が被照射領域の水平方向及び垂直方向へレーザ光を走査させる場合、レーザ光を走査させる周波数が垂直方向よりも水平方向のほうが高いとすると、複数のレーザ光を垂直方向へ並列させることにより、走査を分担させることができると考えられる。複数のレーザ光を垂直方向へ並列させる場合、単独のレーザ光を走査させる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能である一方、照射領域においてスポット群の軌跡同士の間に大きな隙間が生じてしまう。かかる隙間は、並列させるレーザ光の数が多くなるほど大きくなる。また、水平方向へのスキャンも、画面の水平方向からずれて斜めになってしまう。レーザ光の走査軌跡の隙間が目立ち易くなると、高品質な画像を得ることが困難となる。目立ち易い隙間を生じさせないようにレーザ光を走査させる手段としては、水平方向及び垂直方向のいずれか一方向についての走査線と同数の光源を配置し、一方向のみへ各レーザ光を走査させることが考えられる。走査線と同数の光源を用いる技術としては、例えば、特許文献１に提案されるものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、走査線と同数の光源を配置する場合、非常に多くの光源が必要であることから、光走査装置が非常に高価なものとなってしまう。このように、従来、複数の光を用いて走査を分担する場合に、高品質な画像を表示することが困難であるという問題を生じている。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、複数の光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示するための光走査装置、光走査装置の制御方法、及びその光走査装置を用いる画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】
【０００５】
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、ビーム状の光を供給する複数の光源部と、光源部からのビーム状の光を、被照射領域において第１の方向と、第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を有し、走査部は、第１の方向へビーム状の光を走査させる周波数が、第２の方向へビーム状の光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動され、光源部は、被照射領域におけるビーム状の光のスポットが、第１の方向及び第２の方向にアレイ状に配列するように配置され、かつ、被照射領域においてスポットを第１の方向へ並列させる複数のビーム状の光を用いて階調を表現することを特徴とする光走査装置を提供することができる。
【０００６】
ビーム状の光を走査させる周波数が、第２の方向である垂直方向よりも第１の方向である水平方向のほうが高いとする。ビーム状の光によるスポットは、被照射領域において、水平方向及び垂直方向へ配列している。複数のビーム状の光を用いることで、画像信号に応じて変調された光の走査を分担させ、単独の光を走査させる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能である。また、垂直方向のみならず水平方向へもスポットを並列させることにより、垂直方向のみへスポットを並列させる場合よりもスポット群の軌跡同士の間の隙間を低減でき、高品質な画像を得ることが可能となる。さらに、被照射領域においてスポットを水平方向へ並列させる複数のビーム状の光を用いて階調を表現する構成とすることにより、水平方向へスポットを並列させる複数の光源部を用いて画像を表示することが可能となる。複数のビーム状の光を用いての階調の表現は、各レーザ光に階調を分担させ、ある画素の位置をレーザ光が走査するタイミングでそれぞれに分担された階調を表示するように各レーザ光を変調することにより行う。
【０００７】
本発明の構成によると、複数の光源部からの光を利用して階調を表現することから、階調を表現するのに必要なパワーを複数の光源部に分散させることが可能である。このため、単独の光源部からの光によりすべての階調を表現する場合に比較して、小さい出力の光源部を用いることが可能となる。複数のビーム状の光を用いて階調を表現する場合、例えば、４つの光源部を用いて８ビットの階調表現を行う場合、各光源部に６４階調ずつの表示を分担させる。この場合、１階調から６３階調を担当する光源部以外の光源部は、６４階調のＯＮ／ＯＦＦのみを表示すれば良い。また、１階調から６４階調を担当する光源部については、パルス信号の振幅を従来の振幅の１／４に変換することにより、パルス幅の最小単位を従来の４倍とすることが可能となる。このため、単独の光を走査させる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能となる。低い変調周波数で画像を表示することが可能であると、画像信号に応じて確実に光を変調し、高品質な画像を表示することが可能となる。これにより、複数の光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示するための光走査装置を得られる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、走査部は、被照射領域において第２の方向へ並列させるスポットの個数と同じ数の行ごとに、第１の方向へのビーム状の光の走査を行うことが望ましい。これにより、被照射領域においてスポットが第１の方向及び第２の方向にアレイ状に配列する複数の光源部を用いて画像を表示することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様によれば、走査部は、被照射領域において第２の方向へ並列させるスポットの個数より少ない数の行ごとに、第１の方向へのビーム状の光の走査を行うことが望ましい。これにより、被照射領域においてスポットが第１の方向及び第２の方向にアレイ状に配列する複数の光源部を用いて画像を表示することができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、走査部は、被照射領域においてｎ行（ｎは正の整数）ごとに第１の方向へのビーム状の光の走査を行い、光源部は、被照射領域において第２の方向へｍ×ｎ（ｍは正の整数）個のスポットを並列させ、かつ、第２の方向についてｈｎ−ｋ（ｋ＝０、１、…ｎ−１、ｈ＝１、２、…ｍ）行目にスポットを形成する、ｋの値ごとに選択されるｍ個の光源部群を用いて階調を表現することが望ましい。例えば４つ×４つのアレイ状に配列された光源部を用いて、被照射領域において２行ごとに第１の方向への走査を行うとする。これにより、被照射領域においてスポットが第１の方向及び第２の方向にアレイ状に配列する複数の光源部を用いて画像を表示することができる。また、本態様では、第１の方向へスポットを並列させる複数行の光源部群を用いて階調を表現することから、一行の光源部群を用いる場合よりもさらに多くの光源部を用いて階調を表現することとなる。これにより、さらに低い変調周波数で画像を表示可能な構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、第１の方向へスポットを並列させる複数の光源部のうちのいずれかに代替してビーム状の光を供給する予備用光源部を有することが望ましい。予備用光源部以外の光源部が所定の強度以上の光を正常に供給している間、予備用光源部は駆動を停止している。そして、予備用光源部以外の光源部のいずれかの光量が小さくなるか、あるいは点灯しなくなった場合、その光源部に代替して予備用光源部がビーム状の光を供給する。このようにして、光源部のいずれかが所定の強度以上の光を供給していない異常状態となっても画像を表示し続けることが可能である。また、第１の方向へスポットを並列させる複数の光源部に並列させて予備用光源部を設けることにより、異常が発生した光源部に予備用光源部を容易に代替させることができる。予備用光源部は、事後的に光源部が所定の強度以上の光を正常に供給できなくなった場合のみならず、製造時に欠陥がある光源部に代えて駆動させることとしても良い。製造時に欠陥がある光源部に代えて予備用光源部を駆動させることで、歩留まりを向上させることもできる。これにより、高い信頼性の光走査装置を得られる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部からのビーム状の光を検出する光検出部を有し、予備用光源部は、光検出部からの検出結果により、複数の光源部のうち、供給されるビーム状の光が所定の強度以下であると特定された光源部に代替してビーム状の光を供給することが望ましい。所定の強度の光を供給できなくなった光源部を特定することで、異常を生じている光源部に代えて予備用光源部を即座に駆動させることが可能である。これにより、光源部の故障に対して即座に復旧可能な構成とすることができる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、複数の光源部によりビーム状の光を供給する光供給工程と、光供給工程において供給されたビーム状の光を、被照射領域において第１の方向と、第１の方向に略直交する第２の方向へ走査させる走査工程と、を含み、走査工程において、ビーム状の光は、第１の方向へ走査させる周波数が、第２の方向へ走査させる周波数に比べて高くなるように走査され、光供給工程において、ビーム状の光は、被照射領域におけるスポットが、第１の方向及び第２の方向にアレイ状に配列するように供給され、かつ被照射領域においてスポットを第１の方向へ並列させる複数のビーム状の光を用いて階調を表現することを特徴とする光走査装置の制御方法を提供することができる。
【００１４】
走査工程においてビーム状の光を走査させる周波数は、第２の方向である垂直方向よりも第１の方向である水平方向のほうが高いとする。光供給工程において被照射領域へ供給される光のスポットは、水平方向及び垂直方向へ配列している。複数のビーム状の光を用いることで、画像信号に応じて変調された光の走査を分担させ、単独の光を走査させる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能である。また、垂直方向のみならず水平方向へもスポットを並列させることにより、垂直方向のみへスポットを並列させる場合よりもスポット群の軌跡同士の間の隙間を低減でき、高品質な画像を得ることが可能となる。さらに、被照射領域において水平方向へ並列している複数のビーム状の光を用いて階調を表現する構成とすることにより、水平方向へスポットを並列させる複数の光源部を用いて画像を表示することが可能となる。
【００１５】
複数の光源部からの光を利用して階調を表現することから、光供給工程では、階調を表現するのに必要なパワーを複数の光源部に分散させることが可能である。このため、単独の光源部からの光によりすべての階調を表現する場合に比較して、小さい出力の光源部を用いることが可能となる。また、複数の光源部からの光によって階調を表現する場合、階調ごとに光源部を分担させ、単独の光を走査させる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能となる。低い変調周波数で画像を表示することが可能であると、画像信号に応じて確実に光を変調し、高品質な画像を表示することが可能となる。これにより、複数の光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部からのビーム状の光を検出する検出工程と、検出工程における検出結果により、複数の光源部のうち、供給されるビーム状の光が所定の強度以下である光源部を特定する特定工程と、第１の方向へスポットを並列させる複数の光源部のうち特定工程により特定された光源部に代替して予備用光源部にビーム状の光を供給させる代替工程と、を含むことが望ましい。予備用光源部以外の光源部が所定の強度以上の光を正常に供給している間、予備用光源部は駆動を停止している。そして、予備用光源部以外の光源部のいずれかが光量が小さくなるか、あるいは点灯しなくなった場合、代替工程において、その光源部に代替して予備用光源部がビーム状の光を供給する。このようにして、光源部のいずれかが所定の強度以上の光を供給していない異常状態となっても画像を表示し続けることが可能である。
【００１７】
特定工程において、所定の強度以上の光を正常に供給できなくなった光源部を特定することで、異常を生じている光源部に代えて予備用光源部を即座に駆動させることが可能である。予備用光源部は、事後的に光源部が所定の強度以上の光を正常に供給できなくなった場合のみならず、製造時から欠陥がある光源部に代えて駆動させることとしても良い。製造時から欠陥がある光源部に代えて予備用光源部を駆動させることで、歩留まりを向上させることもできる。これにより、高い信頼性を得られ、かつ光源部の故障に対して即座に復旧させることができる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、光走査装置からの光により画像を表示する画像表示装置であって、光走査装置は、上記の光走査装置であ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。上記の光走査装置を用いることにより、複数の光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することが可能である。これにより、高品質な画像を表示可能な画像表示装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【実施例１】
【００２０】
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に設けられた光走査装置１２０は、走査部２００を用いてレーザ光を走査させる。光走査装置１２０は、光源部アレイ１０１、投写光学系１０２、及び走査部２００を有する。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光をスクリーン１１０に透過させることで画像を表示する。
【００２１】
光源部アレイ１０１は、ビーム状の光であるレーザ光を画像信号に応じて変調して供給する複数の光源部を有する。光源部アレイ１０１の構成については、後述する。光源部アレイ１０１からのレーザ光は、投写光学系１０２を透過した後、走査部２００に入射する。走査部２００は、光源部アレイ１０１からのレーザ光を走査させる。
【００２２】
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、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、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、トーションばね２０６に略直交する回転軸であるトーションばね２０７によって、外枠部２０４に連結されている。反射ミラー２０２は、光源部アレイ１０１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。
【００２３】
反射ミラー２０２は、外枠部２０４がトーションばね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）へ走査するように変位する。また、反射ミラー２０２は、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、トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２０２は、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、光源部アレイ１０１からのレーザ光を、被照射領域であるスクリーン１１０において第１の方向であるＸ方向と、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向へ走査させる。
【００２４】
図３は、走査部２００を駆動するための構成を説明するものである。反射ミラー２０２がレーザ光を反射する側を表側とすると、第１の電極３０１、３０２は、外枠部２０４の裏側の空間であって、トーションばね２０６に関して略対称な位置にそれぞれが設けられている。第１の電極３０１、３０２に電圧を印加すると、第１の電極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２０４は、第１の電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、トーションばね２０６を中心として回動する。
【００２５】
トーションばね２０７は、詳細には、第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８とで構成されている。第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね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の電極３０６が設けられている。第２の電極３０６に電圧を印加すると、第２の電極３０６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の電極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、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。
【００２６】
走査部２００は、例えば画像の１フレーム期間において、垂直方向であるＹ方向へ１回レーザ光を走査する間に、水平方向である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。このように、走査部２００は、第１の方向であるＸ方向へレーザ光を走査する周波数が、第２の方向であるＹ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、トーションばね２０７を中心として反射ミラー２０２を共振させる構成とすることが望ましい。反射ミラー２０２を共振させることにより、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することができる。なお、反射ミラー２０２は、共振を用いず駆動することとしても良い。
【００２７】
なお、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、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、電流に応じて反射ミラー２０２と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、走査部２００を駆動できる。また、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。
【００２８】
図１に戻って、走査部２００からのレーザ光は、投写光学系１０３を透過した後、反射部１０５に入射する。反射部１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０と対向する位置に設けられている。反射部１０５は、光走査装置１２０からのレーザ光をスクリーン１１０の方向へ反射する。筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。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。
【００２９】
図４は、光源部アレイ１０１の構成、及び光源部アレイ１０１からのレーザ光の光路を説明するものである。光源部アレイ１０１は、８つの光源部４０１をアレイ状に配置して構成されている。各光源部４０１には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。各光源部４０１は、ＰＷＭによりレーザ光を変調する。光源部アレイ１０１と走査部２００との間に設けられた投写光学系１０２は、凸レンズ４０２と凹レンズ４０３とを組み合わせて構成することができる。投写光学系１０２は、凸レンズ４０２の収束作用、及び凹レンズ４０３の拡散作用により、各光源部４０１からのレーザ光を画素ピッチと略同一の間隔で出射させる。
【００３０】
さらに、走査部２００とスクリーン１１０との間の投写光学系１０３は、光源部４０１からのレーザ光をスクリーン１１０上に結像させる。投写光学系１０２、１０３を用いることにより、スクリーン１１０に高精細な画像を表示することができる。なお、図４に示す光源部アレイ１０１は、いずれも同じ波長領域の光を供給する光源部４０１で構成されている。例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各光源部を用いる場合、色ごとに光源部アレイ１０１が構成される。本実施例では、単独の色光を供給するための構成について図示及び説明を行うこととする。
【００３１】
図５は、光源部アレイ１０１における光源部４０１の配置について説明するものである。光源部アレイ１０１上のａ方向、及びａ方向に略直交するｂ方向が、それぞれスクリーン１１０上のＸ方向及びＹ方向に対応しているとすると、ａ方向に４つ、ｂ方向に２つの光源部４０１がアレイ状に配列している。各光源部４０１からのレーザ光により、スクリーン１１０上には、Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に２つのスポットＳＰがアレイ状に配列する。このように、光源部は、被照射領域であるスクリーン１１０におけるレーザ光のスポットＳＰが、Ｘ方向及びＹ方向にアレイ状に配列するように配置されている。
【００３２】
図６は、スクリーン１１０におけるレーザ光の走査軌跡を説明するものである。ここでは、スクリーン１１０上に現れる８つのスポットＳＰにそれぞれ１〜８の数字を付して説明を行うものとする。光源部アレイ１０１からの８つのレーザ光は、スクリーン１１０の入射側から見てスクリーン１１０の左上部から走査を開始する。走査部２００が各レーザ光をプラスＸ向きへ走査させると、４つのスポットＳＰ１、２、３、４は、プラスＹ側から数えて１行目の画素Ｐ上を移動する。また、４つのスポットＳＰ５、６、７、８は、２行目の画素Ｐ上を移動する。４つのスポットＳＰ１、２、３、４による１行目の走査と、４つのスポットＳＰ５、６、７、８による２行目の走査とが終わると、走査部２００は、各レーザ光の進行方向をプラスＸ向きからマイナスＸ向きへと変換する。
【００３３】
各レーザ光がプラスＸ向き、さらにプラスＸ向きからマイナスＸ向きへと走査する間に、走査部２００は、４つのスポットＳＰ１、２、３、４を３行目、４つのスポットＳＰ５、６、７、８を４行目に走査させるように、マイナスＹ向きにレーザ光を変位させる。そして、４つのスポットＳＰ１、２、３、４は、３行目の画素Ｐ上、４つのスポットＳＰ５、６、７、８は、４行目の画素Ｐ上をそれぞれマイナスＸ向きへ移動する。走査部２００は、スクリーン１１０においてＹ方向へ並列するスポットＳＰの数と同じ２行ごとに、Ｘ方向へのレーザ光の走査を行う。これを繰り返すことにより、光走査装置１２０は、スクリーン１１０の略全面にレーザ光を走査させる。
【００３４】
図７は、本実施例との比較として、スクリーン１１０において８つのスポットＳＰをＹ方向のみに並列させる場合の不具合を説明するものである。この場合、８つのレーザ光をＸ方向へ１回走査させる時間は、単独のレーザ光であればＸ方向について４往復させる時間に相当する。このため８つのスポットＳＰをＹ方向へ並列させる場合、単独のレーザ光を用いる場合よりも低い変調周波数で画像を表示することが可能である。その一方で、Ｘ方向へのレーザ光の走査が遅くなることにより、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間における、Ｙ方向へのレーザ光の移動量が大きくなる。従って、図７においてハッチングを付して示すように、スポットＳＰ群の軌跡同士の間に大きな隙間が生じてしまう。また、各レーザ光の水平方向へのスキャンも、画面の水平方向からずれて斜めになってしまう。
【００３５】
図６に戻って、本実施例は、Ｙ方向のみならずＸ方向へもスポットＳＰを並列させるように光源部４０１を配置している。Ｙ方向へ２つ、Ｘ方向へ４つが配列されたスポットＳＰ群を２行ごとに移動させる場合、Ｘ方向へ１回レーザ光を走査させる時間は、図７で説明した８つのスポットＳＰをＸ方向へ１回移動させる時間のおよそ４分の１に相当する。このようにＸ方向へ１回レーザ光を走査させる時間が短縮されると、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間におけるＹ方向へのレーザ光の移動量を小さくすることができる。従って、Ｘ方向及びＹ方向にスポットＳＰを並列させるように光源部４０１を配置することで、Ｙ方向にのみスポットＳＰを並列させる場合よりもスポットＳＰ群の軌跡同士の隙間を低減することができる。スポットＳＰ群の軌跡同士の隙間を低減することで、画像表示装置１００は、高品質な画像を表示することができる。
【００３６】
単独のレーザ光によって８ビットでＰＷＭを行う場合、図８に示すように、１階調を表すパルスＰ１から、２５６階調を表すパルスＰ２５６までは、最小パルス幅ｔを単位として設定される。パルスＰ１のパルス幅ｔは、最大パルスＰ２５６のパルス幅の２５６分の１である。画像の画素数を多くするほど、また、画像の階調数を多くするほど、パルスの最小単位ｔは小さくなる。Ｙ方向にのみ８つのスポットＳＰを並列させる場合、１回の走査によって、各画素Ｐに対して１つのレーザ光のみが走査する。このため、単独のレーザ光を走査させる場合と同様に、８つのレーザ光がそれぞれ単独で階調表現を担っている。Ｙ方向にのみ８つのスポットＳＰを並列させる場合、８つのレーザ光で走査を分担することや変調周波数を小さくすること以外は、単独のレーザ光を走査させる場合と同様の変調がなされる。
【００３７】
アレイ状に光源部４０１を配置する場合、Ｙ方向にのみスポットＳＰを並列させるように光源部を配置する場合と同じように光源部４０１を駆動したとしても、画像の表示に不具合を生じることとなる。本実施例は、スポットＳＰをＸ方向へ並列させる４つのレーザ光を用いて各画素Ｐの階調を表現する点も、Ｙ方向にのみスポットＳＰを並列させる場合と異なる。Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に２つのスポットＳＰを並列させる本実施例の場合、１回の走査によって、各画素Ｐに対して４つのレーザ光が連続して走査する。図６に戻って、例えば、１行目の１つの画素Ｐに着目すると、画素Ｐの階調は、画素Ｐの位置を連続して照射する４つのスポットＳＰ４、３、２、１により表現される。
【００３８】
スポットＳＰ１、２、３、４に対応する４つの光源部４０１は、スポットＳＰ１、２、３、４が画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。２行目の画素Ｐは、画素Ｐの位置を連続して照射する４つのスポットＳＰ８、７、６、５により表現される。スポットＳＰ５、６、７、８に対応する４つの光源部４０１は、スポットＳＰ５、６、７、８が画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。
【００３９】
３行目の画素Ｐは、画素Ｐの位置を連続して照射する４つのスポットＳＰ１、２、３、４により表現される。スポットＳＰ１、２、３、４に対応する４つの光源部４０１は、スポットＳＰ１、２、３、４が画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。４行目の画素Ｐは、画素Ｐの位置を連続して照射する４つのスポットＳＰ５、６、７、８により表現される。スポットＳＰ５、６、７、８に対応する４つの光源部４０１は、スポットＳＰ５、６、７、８が画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。
【００４０】
図９は、本発明において８ビットで画像を表示する場合に用いられるパルスを説明するものである。図９のグラフは、縦軸に振幅、横軸に時間を取って、１、２、３、４のスポットＳＰを形成する４つのレーザ光により階調を表現する態様を表している。本発明の画像表示装置１００は、パルスの振幅Ｉ’が、図８に示す従来のパルスの振幅Ｉの略４分の１に設定されている。
【００４１】
観察者の目に感じる光の強さが光の強度と光の点灯時間との積であると考えると、振幅Ｉ’を本来の振幅Ｉの４分の１とすることで、最小単位であるパルスＰ１のパルス幅Ｔは、図８に示す最小単位のパルス幅ｔの略４倍とすることができる。パルス幅を本来の略４倍とすること、及び振幅Ｉ’を本来の略４分の１とすることで、観察者は本来と同じ光量の光を観察することとなる。１階調から６３階調までは、１のスポットＳＰを形成する光源部４０１についての単独のパルスによって表現される。例えば、６３階調は、パルス幅が６３Ｔである単独のパルスによって表現される。
【００４２】
６４階調を表示する場合、スポットＳＰ１のレーザ光に代えて、スポットＳＰ２のレーザ光を、パルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させる。パルス幅６４Ｔは、従来の２５６階調を表すパルスＰ２５６のパルス幅２５６ｔに相当する。６５階調から１２７階調までは、スポットＳＰ１、２の２つのレーザ光を用いて表現される。このとき、スポットＳＰ２のレーザ光をパルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させ、スポットＳＰ１のレーザ光を点灯させる時間によって階調が調節される。
【００４３】
１２８階調を表示する場合は、スポットＳＰ２、３の２つのレーザ光を、それぞれパルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させる。１２９階調から１９１階調までは、スポットＳＰ２、３の２つのレーザ光をパルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させ、スポットＳＰ１のレーザ光を点灯させる時間によって調節される。１９２階調を表現する場合は、スポットＳＰ２、３、４の３つのレーザ光を、それぞれパルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させる。１９３階調から２５６階調までは、スポットＳＰ２、３、４の３つのレーザ光をいずれもパルス幅６４Ｔに相当する時間点灯させ、スポットＳＰ１のレーザ光を点灯させる時間によって調節される。
【００４４】
本実施例では、各光源部４０１に６４階調ずつを分担させて階調表現を行う。４つの光源部４０１からのレーザ光を利用して階調を表現することから、階調を表現するのに必要なパワーを４つの光源部４０１に分散させることが可能である。このため、単独の光源部からのレーザ光によりすべての階調を表現する場合に比較して、小さい出力の光源部４０１を用いることが可能となる。また、４つのレーザ光のうち３つについてはＯＮ／ＯＦＦのみを制御すれば良く、１つについては最小単位のパルス幅を本来の４倍としてＰＷＭを行うことが可能である。本実施例では、Ｙ方向のみにスポットＳＰを並列させる場合よりもＸ方向へのレーザ光の走査を高速にする必要はあっても、低い変調周波数で画像を表示することが可能となる。従って、パルスに応じて確実にスイッチングを行うことを可能とし、画像信号に応じて正確な画像を表示することが可能となる。レーザ光の走査軌跡同士の間に隙間を生じさせないこと、及び画像信号に応じて正確に画像を表示することにより、複数のレーザ光を用いて高品質な画像を表示することが可能となる。これにより、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができるという効果を奏する。
【００４５】
図１０は、光源部４０１を制御するための構成を説明するものである。画像信号入力部１１１は、入力端子から入力された画像信号の特性補正や増幅等を行う。同期／画像分離部１１２は、画像信号入力部１１１からの信号を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれについての画像情報信号、垂直同期信号、水平同期信号に分離し、制御部１１３へ出力する。制御部１１３のうち、走査制御部１２３は、垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、走査部２００を駆動する駆動信号を生成する。走査駆動部１１５は、制御部１１３からの駆動信号に応答して走査部２００を駆動する。
【００４６】
水平角度センサ１２５は、スクリーン１１０にてレーザ光をＸ方向へ走査させる反射ミラー２０２（図２参照）の振り角を検出する。垂直角度センサ１２６は、スクリーン１１０にてレーザ光をＹ方向へ走査させる反射ミラー２０２の振り角を検出する。信号処理部１２７は、垂直角度センサ１２６の変位からフレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、水平角度センサ１２５の変位からライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃをそれぞれ生成し、制御部１１３へ出力する。
【００４７】
画像処理部１２１は、制御部１１３に入力された画像情報を走査線ごとの情報に分けてフレームメモリ１１４に出力する。フレームメモリ１１４は、画像処理部１２１からの画像信号をフレーム単位で格納する。光源制御部１２２は、フレームメモリ１１４から読み出される行ごとの画像情報信号を出力する。また、制御部１１３は、フレーム開始信号Ｆ＿Ｓｙｎｃ、ライン開始信号Ｌ＿Ｓｙｎｃから演算された線速、及び垂直同期信号、水平同期信号に基づいて、画素タイミングクロックを生成する。画素タイミングクロックは、レーザ光が各画素上を通るタイミングを知るための信号であって、画像信号に応じて変調されたレーザ光を正確な位置に入射させるためのものである。
【００４８】
光源分担制御部１１６は、制御部１１３から入力された画像情報信号に基づいて、駆動させる光源部４０１を決定する。例えば、光源分担制御部１１６は、画素の奇数行にスポットＳＰ１、２、３、４、偶数行にスポットＳＰ５、６、７、８を割り当てることや、４つのレーザ光により階調を分担すること等を行う。光源駆動タイミング部１１７は、画素タイミングクロックに同期して光源部４０１が点灯するように、光源部４０１の駆動タイミングを決定する。光源駆動部１１８は、光源分担制御部１１６により割り当てられた光源部４０１を、光源駆動タイミング部１１７で決定された駆動タイミングで駆動する。かかる構成により、画像表示装置１００は、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【００４９】
なお、本実施例において、光源部４０１は、Ｘ方向及びＹ方向にスポットＳＰを配列するように配置されていれば良く、Ｘ方向に４つ、Ｙ方向に２つのスポットＳＰを形成するように配置される構成に限られない。また、レーザ光のスキャンは、Ｘ方向にスポットＳＰを形成するように配置された光源部４０１の個数と同じ数の行ごとに行う構成であれば良く、２行ごとに行う構成に限られない。さらに、走査部２００は、水平方向であるＸ方向へレーザ光を走査させる周波数が、垂直方向であるＹ方向へレーザ光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動する構成に限られない。走査部２００は、Ｙ方向へレーザ光を走査させる周波数が、Ｘ方向へレーザ光を走査させる周波数に比べて高くなるように駆動する構成であっても良い。この場合、Ｙ方向が第１の方向、Ｘ方向が第２の方向となる。
【実施例２】
【００５０】
図１１は、本発明の実施例２に係る光走査装置について説明するものであって、光走査装置からのレーザ光の走査軌跡を示している。本実施例の光走査装置は、上記の画像表示装置１００に適用することができる。本実施例は、走査部が、被照射領域であるスクリーン１１０において第２の方向であるＹ方向へ並列させるスポットの個数より少ない数の行ごとに、第１の方向であるＸ方向へのレーザ光の走査を行うことを特徴とする。本実施例の光走査装置は、走査部によるレーザ光の走査の態様が異なる以外は、上記実施例１の光走査装置１２０と同様の構成を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
本実施例においても、実施例１と同様に、Ｙ方向へ２つ、Ｘ方向へ４つのスポットＳＰが配列するように光源部が配置されている。走査開始時において走査部が各レーザ光をプラスＸ向きへ走査させると、４つのスポットＳＰ５、６、７、８が、１行目の画素Ｐ上をプラスＸ向きへ移動する。４つのスポットＳＰ５、６、７、８による１行目の走査が終わると、走査部は、各レーザ光の進行方向をプラスＸ向きからマイナスＸ向きへと変換する。次に、４つのスポットＳＰ１、２、３、４は、１行目の画素Ｐ上、４つのスポットＳＰ５、６、７、８は、２行目の画素Ｐ上をそれぞれマイナスＸ向きへ移動する。実施例１ではスポットＳＰ群を２行ごとに移動させてＸ方向の走査を行うのに対して、本実施例ではスポットＳＰ群を１行ごとに移動させてＸ方向の走査を行う。本実施例の場合も、スポットＳＰ群の軌跡同士の隙間を低減し、高品質な画像を表示することができる。
【００５２】
また、１行目の１つの画素Ｐに着目すると、画素Ｐの位置は、プラスＸ方向へのレーザ光の走査によって８、７、６、５の順に４つのスポットＳＰが通過し、さらにマイナスＸ方向へのレーザ光の走査によって１、２、３、４の順に４つのスポットＳＰが通過する。本実施例は、８つのレーザ光を用いて各画素Ｐの階調を表現する点も、上記実施例１とは異なる。スポットＳＰ１〜８に対応する８つの光源部は、各スポットＳＰが画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。
【００５３】
本実施例において８ビットで画像を表示する場合、８つの光源部に３２階調ずつを分担させて階調表現を行うことが可能である。本実施例では、単独のレーザ光を用いて階調を表現する場合と比較して振幅が略８分の１、最小単位のパルス幅が略８倍であるパルスを用いて光源部を制御することができる。８つの光源部からのレーザ光を利用して階調を表現することから、階調を表現するのに必要なパワーを８つの光源部に分散させることが可能である。このため、単独の光源部からのレーザ光によりすべての階調を表現する場合に比較して、小さい出力の光源部を用いることが可能となる。
【００５４】
本実施例の場合、上記実施例１の場合よりもＸ方向の走査を高速にする必要がある。Ｘ方向へのレーザ光の走査を高速にする必要はあっても、最小単位のパルス幅が本来の略８倍であるパルスを用いて光源部を制御することから、本実施例においても、低い変調周波数で画像を表示することが可能となる。従って、パルスに応じて確実にスイッチングを行うことを可能とし、画像信号に応じて正確な画像を表示することが可能となる。レーザ光の走査軌跡同士の間に隙間を生じさせないこと、及び画像信号に応じて正確に画像を表示することにより、複数のレーザ光を用いて高品質な画像を表示することが可能となる。これにより、上記実施例１の場合と同様に、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【００５５】
図１２及び図１３は、本実施例の変形例に係る光走査装置を説明するものであって、光走査装置からのレーザ光の走査軌跡を示している。本変形例も、Ｙ方向へ並列させるスポットの個数より少ない数の行ごとに、Ｘ方向へのレーザ光の走査を行っている。本変形例では、さらに、第２の方向であるＹ方向に並列するスポットＳＰから特定の行のスポットＳＰを抽出し、抽出された行のスポットＳＰを形成する光源部群を用いて階調を表現することを特徴とする。
【００５６】
本変形例では、Ｙ方向へ４つ、Ｘ方向へ４つのスポットＳＰが配列するように光源部が配置されている。図１２に示すように、走査開始時において走査部が各レーザ光をプラスＸ向きへ走査させると、４つのスポットＳＰ９、１０、１１、１２が１行目の画素Ｐ上を移動する。また、４つのスポットＳＰ１３、１４、１５、１６は、２行目の画素Ｐ上を移動する。４つのスポットＳＰ９、１０、１１、１２による１行目の走査、４つのスポットＳＰ１３、１４、１５、１６による２行目の走査が終わると、走査部は、各レーザ光の進行方向をプラスＸ向きからマイナスＸ向きへと変換する。
【００５７】
次に、図１３に示すように、走査部が各レーザ光をマイナスＸ向きへ走査させると、１行目の画素Ｐ上は４つのスポットＳＰ１、２、３、４、２行目の画素Ｐ上は４つのスポットＳＰ５、６、７、８がそれぞれ移動する。それと同時に、３行目の画素Ｐ上は４つのスポットＳＰ９、１０、１１、１２、４行目の画素Ｐ上は４つのスポットＳＰ１３、１４、１５、１６が移動する。１行目の１つの画素Ｐに着目すると、画素Ｐの位置は、プラスＸ方向へのレーザ光の走査によって１２、１１、１０、９の順に４つのスポットＳＰが通過し、さらにマイナスＸ方向へのレーザ光の走査によって１、２、３、４の順に４つのスポットＳＰが通過する。スポットＳＰ１〜４、９〜１２に対応する８つの光源部は、各スポットＳＰが画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。
【００５８】
２行目の１つの画素Ｐに着目すると、画素Ｐの位置は、プラスＸ方向へのレーザ光の走査によって１６、１５、１４、１３の順に４つのスポットＳＰが通過し、さらにマイナスＸ方向へのレーザ光の走査によって５、６、７、８の順に４つのスポットＳＰが通過する。スポットＳＰ５〜８、１３〜１６に対応する８つの光源部は、各スポットＳＰが画素Ｐの位置を通るタイミングで、その画素Ｐの階調を表現するための変調を行う。
【００５９】
本変形例の場合、３行目等の奇数行目の画素Ｐについて、１行目の画素Ｐと同様に、スポットＳＰ１〜４、９〜１２に対応する８つの光源部を用いて階調を表現する。また、４行目等の偶数行目の画素Ｐについては、２行目の画素Ｐと同様に、スポットＳＰ５〜８、１３〜１６に対応する８つの光源部を用いて階調を表現する。このように、本変形例の光走査装置は、奇数行目の画素Ｐについて、Ｙ方向に並列するスポットＳＰから１行目のスポットＳＰ１〜４、及び３行目のスポットＳＰ９〜１２を抽出し、抽出された１行目、３行目のスポットＳＰを形成する光源部群を用いて階調を表現する。また、偶数行目の画素Ｐについては、Ｙ方向に並列するスポットＳＰから２行目のスポットＳＰ５〜８、及び４行目のスポットＳＰ１３〜１６を抽出し、抽出された２行目、４行目のスポットＳＰを形成する光源部群を用いて階調を表現する。
【００６０】
本変形例の光走査装置は、以下の（１）、（２）、（３）の条件を満たす構成であれば良い。
（１）走査部により、被照射領域であるスクリーンにおいてｎ行（ｎは正の整数）ごとに第１の方向であるＸ方向へのレーザ光の走査を行う。
（２）光源部は、スクリーンにおいて第２の方向であるＹ方向についてｍ×ｎ（ｍは正の整数）個のスポットＳＰを並列させる。
（３）光源部は、第２の方向であるＹ方向についてｈｎ−ｋ（ｋ＝０、１、…ｎ−１、ｈ＝１、２、…ｍ）行目のスポットＳＰを形成する、ｋの値ごとに選択されるｍ個の光源部群を用いて階調を表現する。
【００６１】
図１２及び図１３を用いて説明した本変形例の光走査装置は、（１）、（２）の条件においてｎ＝２、ｍ＝２とした場合である。奇数行目の画素Ｐについては、Ｙ方向について、ｋ＝１（＝ｎ−１）で選択される２ｈ−１行目の２個の光源部群を用いて階調表現を行う。奇数行目の画素Ｐの階調を表現するための光源部群は、ｈ＝１である１行目のスポットＳＰ１〜４を形成する光源部群と、ｈ＝２（＝ｍ）である３行目のスポットＳＰ９〜１２を形成する光源部群である。偶数行目の画素Ｐについては、Ｙ方向について、ｋ＝０で選択される２ｈ行目の２個の光源部群を用いて階調表現を行う。偶数行目の画素Ｐの階調を表現するための光源部群は、ｈ＝１である２行目のスポットＳＰ５〜８を形成する光源部群と、ｈ＝２（＝ｍ）である４行目のスポットＳＰ１３〜１６を形成する光源部群である。このようにして、本変形例の光走査装置は、ｋの値ごとに選択されるｍ個の光源部群を用いて階調を表現する。本変形例の場合も、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【００６２】
例えば、ｎ＝３、ｍ＝２とした場合は、３行ごとのスキャンにより、ｋ＝２（＝ｎ−１）である１、４行目のスポットＳＰを形成する光源部群と、ｋ＝１である２、５行目のスポットＳＰを形成する光源部群と、ｋ＝０である３、６行目のスポットＳＰを形成する光源部群とに分担して階調表現がなされる。上記（１）、（２）、（３）の条件でレーザ光を走査させる光走査装置を用いることにより、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【実施例３】
【００６３】
図１４は、本発明の実施例３に係る光走査装置１６０の構成、及び光走査装置１６０からのレーザ光の光路を説明するものである。本実施例の光走査装置１６０は、上記の画像表示装置１００に適用することができる。光走査装置１６０は、予備用光源部１６３、１６４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、重複する説明は省略する。
【００６４】
光源部アレイ１６１は、４つの光源部４０１と２つの予備用光源部１６３、１６４とを有する。予備用光源部１６３、１６４は、光源部４０１と同様の構成を有する。走査部２００は、被照射領域であるスクリーン１１０と、走査部２００から見てスクリーン１１０のプラスＸ側に位置する光検出部１４０とにレーザ光を走査させる。光検出部１４０は、光源部４０１からのレーザ光を検出する。光検出部１４０としては、例えばフォトトランジスタやフォトセルを用いることができる。
【００６５】
図１５は、スクリーン１１０におけるレーザ光の走査軌跡を説明するものである。ここでは、４つの光源部４０１によりスクリーン１１０上に現れる４つのスポットＳＰにそれぞれ１〜４の数字を付している。予備用光源部１６３、１６４からのレーザ光をスクリーン１１０に入射させる場合、予備用光源部１６３、１６４からのレーザ光によりそれぞれＡ及びＢで示すスポットＳＰが現れる。予備用光源部１６３は、スポットＳＰ２のプラスＸ側にスポットＳＰＡを並列させるように配置されている。予備用光源部１６４は、スポットＳＰ４のプラスＸ側にスポットＳＰＢを並列させるように配置されている。
【００６６】
４つの光源部４０１によるレーザ光の供給が正常である場合、光走査装置１６０は、４つの光源部４０１からのレーザ光を用いて、画像信号に応じた光を供給する。４つのレーザ光は、スクリーン１１０上をプラスＸ向きへ走査し、そのまま光検出部１４０上を通過した後、マイナスＸ向きに走査の方向が変換される。マイナスＸ向きに走査の方向が変換された４つのレーザ光は、光検出部１４０上を通過した後、スクリーン１１０上をマイナスＸ向きへ走査する。本実施例における各レーザ光の走査の態様は、光検出部１４０上を通過する点以外において、上記実施例１の場合と同様である。また、予備用光源部１６３は、スポットＳＰ１、２を形成する２つの光源部４０１によるレーザ光の供給が正常に行われる限り、レーザ光の供給を停止している。予備用光源部１６４は、スポットＳＰ１、２を形成する２つの光源部４０１によるレーザ光の供給が正常に行われる限り、レーザ光の供給を停止している。
【００６７】
予備用光源部１６３は、第１の方向であるＸ方向へ並列するスポットＳＰ１、２を形成する２つの光源部４０１のうちのいずれかに代替してレーザ光を供給する。例えば、スポットＳＰ１を形成する光源部４０１が故障によりレーザ光の供給を停止したとする。この場合、予備用光源部１６３は、スポットＳＰ１を形成する光源部４０１に代替してレーザ光を供給する。そして、予備用光源部１６３と、スポットＳＰ２を形成する光源部４０１とを用いて、画像信号に応じて変調された光を供給する。予備用光源部１６４も、予備用光源部１６３の場合と同様にして、Ｘ方向へ並列するスポットＳＰ３、４を形成する２つの光源部４０１のうちのいずれかに代替してレーザ光を供給する。
【００６８】
図１６は、光源部４０１及び予備用光源部１６３、１６４を制御するための構成を説明するものである。光源駆動部１１８は、各光源部４０１からのレーザ光が光検出部１４０に入射するタイミングで、所定の強度、例えば最高階調を表示する場合の強度でレーザ光を供給するように各光源部４０１を制御する。光検出部１４０による検出結果は、光検出信号処理部１５１へ出力される。また、光検出信号処理部１５１で処理が施された信号は、特定部１５２に入力される。特定部１５２は、供給されるレーザ光が所定の強度以下である光源部４０１を特定する。特定部１５２は、検出ウィンドウ生成部１５３、監視部１５４、光源切換部１５５を有する。なお、光検出部１４０を設けず、水平角度センサ１２５、又は垂直角度センサ１２６に光検出部の機能を兼用させることとしても良い。この場合、水平角度センサ１２５又は垂直角度センサ１２６が光検出部として機能する。
【００６９】
図１７は、光検出信号処理部１５１による信号処理、及び特定部１５２による光源部４０１の特定について説明するものである。曲線Ｓ１は、光検出部１４０から出力される信号であって、縦軸に強度、横軸に時間をとって示している。Ｘ方向にスポットＳＰを並列させる２つの光源部４０１が正常にレーザ光を供給している場合、略同一の強度のレーザ光が連続して光検出部１４０上を通過する。この場合、連続する２つのピークが検出されることとなる。光検出信号処理部１５１は、光検出部１４０からの信号Ｓ１から、レーザ光の強度が所定値Ｃ以上であることを検出したタイミングにＨとなる矩形の信号Ｓ２を生成する。
【００７０】
検出ウィンドウ生成部１５３（図１６参照）は、レーザ光が光検出部１４０の上を通過するタイミングに検出ウィンドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４を生成する。例えば、検出ウィンドウＷ１に信号Ｓ２のＨが存在する場合、監視部１５４（図１６参照）は、検出ウィンドウＷ１のタイミングで光検出部１４０上にレーザ光を通過させる光源部４０１が所定の強度以上のレーザ光を供給する正常状態であると判断する。このように、検出ウィンドウは、光検出部１４０における検出結果を各光源部４０１に関連付ける役割を果たしている。なお、Ｙ方向にスポットＳＰを並列させる光源部４０１同士は、光検出部１４０上を同時に通過する。Ｙ方向にスポットＳＰを並列させる光源部４０１同士は、例えば、光検出部１４０おけるＹ方向についての入射位置から識別することが可能である。監視部１５４がいずれの光源部４０１も所定の強度以上でレーザ光を供給すると判断している限り、４つの光源部４０１を駆動させる。
【００７１】
光検出部１４０からの信号Ｓ１においてレーザ光の強度が所定値Ｃ以下となった場合、光検出信号処理部１５１は、所定値Ｃ以下となったタイミングにおいてＬのままである信号Ｓ２を出力する。例えば、検出ウィンドウＷ４において信号Ｓ２がＨに変化せずＬのままである場合、監視部１５４は、検出ウィンドウＷ４のタイミングで光検出部１４０上にレーザ光を通過させる光源部４０１が所定の強度以上のレーザ光を供給していない異常状態であると判断する。このようにして、光検出部１４０からの検出結果により、複数の光源部４０１のうちレーザ光が所定の強度以下である光源部４０１を特定する。
【００７２】
光源切換部１５５は、監視部１５４により所定の強度以上のレーザ光を供給していないと判断された光源部４０１の駆動を、予備用光源部１６３、１６４に切り換える。Ｘ方向に並列するスポットＳＰ１、２を形成する２つの光源部４０１のうちの一方に異常が認められた場合、異常が認められた光源部４０１の駆動が、予備用光源部１６３に切り換えられる。また、Ｘ方向に並列するスポットＳＰ３、４を形成する２つの光源部４０１のうちの一方に異常が認められた場合、異常が認められた光源部４０１の駆動が、予備用光源部１６４に切り換えられる。
【００７３】
光源分担制御部１１６は、駆動する光源部４０１を、特定部１５２からの出力を加味して決定する。光源部４０１から予備用光源部１６３、１６４へ駆動が切り換えられた場合、光源分担制御部１１６は、異常が認められた光源部４０１に割り当てられるべき画像情報を予備用光源部１６３、１６４に割り当てる。予備用光源部１６３、１６４は、このようにして、複数の光源部４０１のうち、供給されるレーザ光が所定の強度以下であると特定された光源部４０１に代替してレーザ光を供給する。
【００７４】
供給されるレーザ光が所定の強度以下であると特定された光源部４０１に代替して予備用光源部１６３、１６４によりレーザ光を供給することから、いずれかの光源部４０１に異常が発生した場合であっても画像を表示し続けることが可能である。また、第１の方向であるＸ方向へスポットを並列させる複数の光源部４０１に並列させて予備用光源部１６３、１６４を設けることにより、正常に光を供給できない状態となった光源部４０１に予備用光源部１６３、１６４を容易に代替させることができる。
【００７５】
予備用光源部１６３、１６４は、事後的に光源部４０１が正常な光量の光を供給できなくなった場合のみならず、製造時に欠陥がある光源部４０１に代えて駆動させることとしても良い。製造時に欠陥がある光源部４０１に代えて予備用光源部１６３、１６４を駆動させることで、歩留まりを向上させ、製造コストを低減させることもできる。これにより、高い信頼性を得られるという効果を奏する。なお、予備用光源部は、Ｘ方向へスポットを並列させる複数の光源部４０１に対して１つ設ける構成に限らず、複数設けることとしても良い。この場合、光源部４０１のみならず予備用光源部からのレーザ光の強度もモニタすることとし、予備用光源部を駆動させたにもかかわらず正常にレーザ光を供給しない場合に、他の予備用光源部に代替させることも可能である。
【００７６】
図１８は、本実施例の変形例に係る光走査装置のうち、光源部アレイ１８０及び光検出部アレイ１８２が設けられた部分の概略構成を示す。本変形例の光走査装置は、光検出部１８３をアレイ状に配列させた光検出部アレイ１８２を有する点が、上記の光走査装置１６０とは異なる。光源部アレイ１８０は、３つ×５つのアレイ状に設けられた光源部４０１と、光源部４０１に並列させて設けられた３つの予備用光源部１８１とを有する。光源部アレイ１８０の出射側には、半透過板１８５が設けられている。半透過板１８５は、入射するレーザ光のうちの一部を反射し、他の一部を透過させる。半透過板１８５を透過したレーザ光は、走査部により走査される。
【００７７】
光検出部アレイ１８２は、半透過板１８５で反射したレーザ光が進行する位置に設けられている。光検出部アレイ１８２に設けられた光検出部１８３は、各光源部４０１及び各予備用光源部１８１に対応して設けられている。各光検出部１８３には、半透過板１８５の反射率に応じた強度のレーザ光が入射する。各光検出部１８３は、半透過板１８５で反射したレーザ光を検出する。本変形例では、半透過板１８５で反射したレーザ光の強度をモニタすることにより、各光源部４０１がレーザ光の供給を正常に行っているか否かを判断する。
【００７８】
図１９は、光源部４０１及び予備用光源部１８１を制御するための構成を説明するものである。各光検出部１８３による検出結果は、光検出信号処理部１５１へ出力される。各光検出部１８３からの検出結果は各光源部４０１に関連付けられて出力されることから、本変形例では、検出ウィンドウ生成部が不要である。特定部１９２は、各光検出部１８３からの検出結果に基づいて、所定の光量以下である光源部４０１を特定する。これにより、上記の光走査装置１６０と同様に、高い信頼性を得られる。
【実施例４】
【００７９】
図２０は、本発明の実施例４に係る画像表示装置１７００の概略構成を示す。画像表示装置１７００は、観察者側に設けられたスクリーン１７０５にレーザ光を供給し、スクリーン１７０５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。画像表示装置１７００は、上記実施例１と同様に、光走査装置１２０を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。光走査装置１２０からのレーザ光は、投写光学系１０３を透過した後、スクリーン１７０５に入射する。本実施例の場合も、複数のレーザ光を用いて走査を分担し、高品質な画像を表示することができる。
【００８０】
なお、上記各実施例において、光走査装置はレーザ光を供給する光源部４０１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、光源部４０１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、本発明の光走査装置は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる画像表示装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】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。
【図２】走査部の概略構成を示す図。
【図３】走査部を駆動するための構成を説明する図。
【図４】光源部アレイの構成、及びレーザ光の光路を説明する図。
【図５】光源部アレイにおける光源部の配置について説明する図。
【図６】スクリーンにおけるレーザ光の走査軌跡を説明する図。
【図７】スポットをＹ方向のみに並列させる場合の走査軌跡を説明する図。
【図８】単独のレーザ光を走査させる場合に用いられるパルスを説明する図。
【図９】本発明において用いられるパルスを説明する図。
【図１０】光源部を制御するための構成を説明する図。
【図１１】本発明の実施例２に係る光走査装置を説明する図。
【図１２】実施例２の変形例に係る光走査装置を説明する図。
【図１３】実施例２の変形例に係る光走査装置を説明する図。
【図１４】本発明の実施例３に係る光走査装置の構成等を説明する図。
【図１５】スクリーンにおけるレーザ光の走査軌跡を説明する図。
【図１６】光源部及び予備用光源部を制御するための構成を説明する図。
【図１７】光検出信号処理部による信号処理等について説明する図。
【図１８】実施例３の変形例に係る光走査装置を説明する図。
【図１９】光源部及び予備用光源部を制御するための構成を説明する図。
【図２０】本発明の実施例４に係る画像表示装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００８３】
１００  画像表示装置、１０１  光源部アレイ、１０２、１０３  投写光学系、１０５  反射部、１０７  筐体、１１０  スクリーン、１２０  光走査装置、２００  走査部、２０２  反射ミラー、２０４  外枠部、２０６  トーションばね、２０７  トーションばね、３０１、３０２  第１の電極、３０５  ミラー側電極、３０６  第２の電極、３０７  第１のトーションばね、３０８  第２のトーションばね、４０１  光源部、４０２  凸レンズ、４０３  凹レンズ、ＳＰ  スポット、Ｐ  画素、１１１  画像信号入力部、１１２  同期／画像分離部、１１３  制御部、１１４  フレームメモリ、１１５  走査駆動部、１１６  光源分担制御部、１１７  光源駆動タイミング部、１１８  光源駆動部、１２１  画像処理部、１２２  光源制御部、１２３  走査制御部、１２５  水平角度センサ、１２６  垂直角度センサ、１２７  信号処理部、１４０  光検出部、１６０  光走査装置、１６１  光源部アレイ、１６３、１６４  予備用光源部、１５１  光検出信号処理部、１５２  特定部、１５３  検出ウィンドウ生成部、１５４  監視部、１５５  光源切換部、１８０  光源部アレイ、１８１  予備用光源部、１８２  光検出部アレイ、１８３  光検出部、１８５  半透過板、１９２  特定部、１７００  画像表示装置、１７０５  スクリーン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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