(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射角度が同一である複数の鏡を有し、光源から照射された光を反射させる、互いに異なる回転軸を有した複数の回転鏡と、
前記回転鏡を回転させる駆動部と、
前記駆動部による前記回転鏡の回転を制御して、反射された光の光軸を制御する回転制御部と、
を備え、
前記複数の回転鏡は、スクリーンの走査線方向と水平方向の回転軸を有した垂直方向光軸制御用回転鏡と、前記垂直方向光軸制御用回転鏡の回転軸に対して垂直であって前記スクリーンに対して傾斜した回転軸を有する水平方向光軸制御用回転鏡とにより構成され、
前記回転制御部は、前記水平方向光軸制御用回転鏡の回転軸の傾斜角度にあわせて、前記垂直方向光軸制御用回転鏡の回転速度と前記水平方向光軸制御用回転鏡の回転軸の回転速度を制御する、
ことを特徴とする投射型表示機構。
【請求項２】
前記回転制御部は、前記垂直方向光軸制御用回転鏡および前記水平方向光軸制御用回転鏡の回転速度を制御することにより、前記反射された光を表示する表示画面を拡大または縮小する、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示機構。
【請求項３】
前記投射型表示機構は、前記光源から照射される光の発光間隔を制御する発光制御部、
を備え、
前記回転制御部による前記回転速度の制御と、前記発光制御部による前記発光間隔の制御により、前記反射された光を表示する表示画面の解像度を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による表示装置としては、電子線と蛍光素材を使ったＣＲＴ（Cathode Ray Tube）装置や液晶パネルとバックライトを用いた液晶ディスプレイ表示装置がある。これらの装置では、いずれも表示面と同一面積をドット単位で光らせて画像を表現している。
【０００３】
投射型の装置の場合、高輝度のハロゲンランプ等の光源とその前に置かれたシャッタ機能をもつ液晶パネルを用い、透過光をスクリーンに投射させて画像を表示させている。この場合、透過光を光学レンズ等で光軸制御し遠方のスクリーンに投射することで装置より大きな画面を表示できる。また、光学レンズの屈折率やスクリーンまでの距離により、表示画面の大きさを可変にできるという特徴がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１０６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の光量の改善により、光源にＬＥＤを用いた小型投射装置もあるが、まだ光量不足のため大画面の装置は実現できていない。上記特許文献１では、レーザ光源と回転ポリゴン鏡を用いているが、画面走査制御のために、回転ポリゴン鏡の構造が複雑で製造工程が複雑になることと、解像度や画面サイズの変更ができないという課題があった。
【０００６】
また、ＣＲＴや液晶ディスプレイによる表示装置は、いずれも表示画面の面積と解像度は表示装置の物理的な大きさや精度に依存するという制限があり、機構部品の大きさと重量から大画面対応で可搬型の装置は作れないという課題があった。
【０００７】
投射型の表示装置の場合、高輝度のハロゲンランプなどは所要電力が大きく、発熱量が多いなどの問題、バッテリー駆動などは実現できないなど、小型可搬型表示装置の実現が難しかった。消費電力の小さいＬＥＤ光源を使用すると小型化省電力化は可能である。しかし、色別フィルタとシャッタ機能をもつ液晶パネルを透過する光をレンズにより拡大するという方式のため、パネルを透過する際の光量の減衰と光学系の機構部品を小型化するとさらに光量不足となり大画面化できないという問題があった。このため小型、省電力で高輝度な大画面表示が実現できる表示装置が求められてきた。
【０００８】
上記特許文献１では、これに対する解決策として、レーザ光源と回転ポリゴン鏡を使った投射型表示装置が開示されているが、画面走査制御のために回転ポリゴン鏡の構造に精度が求められ製造工程が複雑になることと、解像度や画面サイズが固定であるなど課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単純な形状の２つの回転鏡を用いることでこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投射型表示機構は、光源から照射された光を反射させる回転鏡と、前記回転鏡を回転させる駆動部と、前記駆動部による前記回転鏡の回転を制御して、反射された光の光軸を制御する回転制御部と、を備えることを特徴とする投射型表示機構として構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、省電力、小型化、軽量化を実現した投射型表示機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例を示す全体構成図
【図２】光軸制御例
【図３】光軸制御による表示画面サイズ制御例
【図４】光軸制御と発光制御による解像度制御例
【図５】表示画面投射軌跡例
【図６】光軸傾斜例
【図７】傾斜回転鏡単独の例
【図８】傾斜回転鏡と垂直回転鏡の組み合わせ例
【図９】光軸傾斜に対応した画面データ投射方法例
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明にかかる投射型表示機構を適用したディスプレイ装置１０００の構成例を示す図である。図１に示すように、ディスプレイ装置１０００は、レーザ光源１と、水平方向の回転軸を有した垂直方向光軸制御用回転鏡２と、垂直方向の回転軸を有した水平方向光軸制御用回転鏡３と、垂直方向光軸制御用回転鏡２を回転させるモータ４と、水平方向光軸制御用回転鏡３を回転させるモータ５と、これら回転鏡用のモータの回転速度を制御するモータ回転速度制御回路６と、外部から入力される画像データ入力信号７により構成される画像データを一時的に蓄積する画像データ入力バッファ８と、スクリーン１１に表示する上記画像データを一時的に蓄積する画像表示用バッファ９と、レーザ発光素子制御回路１０と、投射スクリーン１１とを有して構成されている。以下では、垂直方向光軸制御用回転鏡２と水平方向光軸制御用回転鏡３とを用いているが、必ずしもこれらの回転軸は水平、垂直である必要はなく、水平、垂直の各回転軸に所定の角度を設けた互いに異なる回転軸を有した回転鏡により構成してもよい。
【００１５】
レーザ光源１で発生したレーザビームは、モータ４により回転している垂直方向光軸制御用回転鏡２にて反射する際に、光軸を垂直方向に変化させる。さらに、モータ５により回転している水平方向光軸制御用回転鏡３にて反射する際に、光軸を水平方向に変化させ、遠方のスクリーン１１に照射され、光点Ｐを形成する。
【００１６】
一方、外部からの画像データ入力信号７は、画像データ入力バッファ８に一旦蓄積され、ディスプレイ装置１０００の表示方式に対応する画像データ形式に変換され、画像表示用バッファ９に蓄積される。蓄積された画像データは、スクリーン１１に表示する順番に、レーザ発光素子制御回路１０に送られ、レーザ光源１に対して、発光素子の点滅指示を行う。
【００１７】
上記のように、外部からの画像データ入力信号７はレーザ光源１を点滅させ、そのレーザビームは垂直方向光軸制御用回転鏡２、水平方向光軸制御用回転鏡３による反射を経てスクリーン１１上に連続した光点として照射される。この光点の集まりと人の目の残像により、画像として認識されることで、画像表示装置として機能する。
【００１８】
上記のようなレーザ光源と反射鏡による投射型表示装置の実施例として、特表２００３−５１０６２４号公報に開示されているように、レーザ光源と回転ポリゴン鏡を使った投射型表示装置がある。しかし、画面走査制御のために回転ポリゴン鏡の構造に精度が求められ製造工程が複雑になることと、解像度や画面サイズが固定であるなど課題があった。具体的には画面の垂直方向に光軸を変化させるために、ポリゴン鏡に複数の反射角をかえた鏡を作成する必要がある。原理的には走査線の数だけ反射角度の違う鏡を同一ポリゴン鏡に作成することは、技術的には可能であるが、その工作精度には高精度が求められることからコスト増となる。同様に鏡の数で表示画面の解像度が決まるため物理的に小型化が難しいことと、解像度が固定であるという課題がある。
【００１９】
本実施例では、反射角度が同じ鏡を有した単純な形状の２つの回転鏡を用いることでこの課題を解決するものである。まず、反射鏡の工作精度とコスト増という課題について、その解決方法を以下に説明する。
【００２０】
図２に示すように、レーザ光源２０１により点滅されたレーザビームは垂直方向光軸制御用回転鏡２０２、水平方向光軸制御用回転鏡２０３による反射を経て、光軸２０５としてスクリーン２０４上に光点として照射される。回転鏡２０２、２０３は一定速度で回転しているため、一定時間後には回転数に応じて反射角が変化しており、光軸２０６のようにスクリーン２０４上の異なる位置に照射される。このとき、点滅しているレーザビームであるため、点滅の間隔に応じて位置的に異なる２つの光点が実現できる。点滅のタイミングと回転鏡の周期を制御することで垂直、水平方向の任意の位置に光点を作成することができる。この場合に使用する回転鏡は、同一反射角をもつ複数の鏡を同一回転軸上に配置したもので、鏡の枚数と走査線の数とは直接依存せず、鏡の回転速度と鏡の枚数を掛け合わせたものが走査線の数となる。このため、一般的なＰＣ（Personal Computer）のディスプレイの走査線やハイビジョンの走査線数である数１００本から数１００００本に対応するためには、たとえば、１０枚の鏡をもつ回転鏡を毎秒数１０回転から数１００回転させれば、必要な走査線数を確保できる。同一反射角の鏡を１０枚程度作成することは工作精度的に容易でかつ物理的に小型化が可能となる。
【００２１】
次に、表示画面のサイズの変更は、従来技術では、光学レンズによる拡大縮小、または投射装置とスクリーンの距離によって行われる。このため、光学レンズを使用することで、物理的に小型化できないということと、投射装置とスクリーン間の距離という制限があるという課題について、その解決方法を以下に説明する。
【００２２】
図３に示すように、レーザ光源３０１により点滅されたレーザビームは垂直方向光軸制御用回転鏡３０２、水平方向光軸制御用回転鏡３０３による反射を経て、光軸３０５としてスクリーン３０４上に光点として照射される。次に、一定時間後には光軸３０６としてスクリーン３０４上に隣接する光点として照射される。このとき、回転速度を変更することで、同じレーザ光源の点滅間隔であっても、スクリーン３０４上に光軸３０７として異なる位置に光点を照射できる。つまり、隣り合う光点間の表示位置間隔３０８、３０９を拡大したり縮小したりすることが可能になる。このことで表示画面全体のサイズを、垂直方向光軸制御用回転鏡３０２、水平方向光軸制御用回転鏡３０３の回転速度の変化だけで変更することが可能となる。具体的には、水平方向光軸制御用回転鏡３０３の回転速度を速くすれば上記サイズを拡大することができ、水平方向光軸制御用回転鏡３０３の回転速度を遅くすれば上記サイズを縮小することができる。
【００２３】
次に、表示画面の解像度について説明する。特表２００３−５１０６２４号公報に開示された従来技術では、画面の解像度を決める要素として、各固有の反射角をもつ複数の鏡の数に依存している。このため、回転ポリゴンを交換しない限り表示画面の解像度は固定となるという課題がある。この課題について、その解決方法を以下に説明する。
【００２４】
図４に示すように、レーザ光源４０１により点滅されたレーザビームは、垂直方向光軸制御用回転鏡４０２、水平方向光軸制御用回転鏡４０３による反射を経て、光軸４０５としてスクリーン４０４上に光点として照射される。一定時間後の光点としては光軸４０６としてスクリーン４０４上の異なる位置に照射される。このとき、レーザ光源４０１の点滅の発光間隔を変化させることで一定時間内に照射される光点の数４０７、４０８は変化するので、単位面積当たりの水平方向の解像度を変化させることが可能となる。具体的には、レーザ光源４０１の点滅の発光間隔を小さく（短く）すれば水平方向の解像度を高くすることができ、レーザ光源４０１の点滅の発光間隔を大きく（長く）すれば水平方向の解像度を低くすることができる。
【００２５】
解像度を決めるもうひとつの要素である、垂直方向の走査線数については、垂直方向光軸制御用回転鏡４０２の回転速度に依存する。この２つの要素を制御することで、機構部品の交換をすることなく、解像度を変更することが可能となる。
【００２６】
次に、先に説明したように、単純に垂直、水平方向での回転鏡による反射では、無効な光点が存在するため、表示画面の輝度が低下するという課題がある。この課題について、その解決方法を以下に説明する。
【００２７】
図５に示すように、スクリーンに照射される光点は、垂直方向への光軸の移動方向５０１と水平方向への光軸の移動方向５０２とにより、複数の光点５０３のように移動することで、連続した光点として照射される。拡大すると、光点５０４のように隣り合う光点が垂直方向と水平方向とに位置をずらして照射される。これを1ドット分ずらしながら連続して照射することで、１画面分の光点を照射する。
【００２８】
この場合、表示画面５０５分の光点を確保する場合、実際に表示する領域の２倍の領域の光点が必要になる。表示画面５０５以外の領域は無効領域なので、レーザ光源は点灯していない。つまり、照射効率は１／２となってしまい、高輝度を得られないという課題がある。この課題について、その解決方法を以下に説明する。
【００２９】
図６に示すように、レーザ光源６０１により点滅されたレーザビームは垂直方向光軸制御用回転鏡６０２、水平方向光軸制御用回転鏡６０３による反射を経て、光軸６０５としてスクリーン６０４上に光点として照射される。このとき、水平方向光軸制御用回転鏡６０３の回転軸を傾斜することで光軸の移動方向を水平方向より上方斜め方向に変えることが可能になる。
【００３０】
例えば、垂直方向光軸制御用回転鏡６０２をある一定の速度で回転させた時、レーザ光源６０１から発せられた光は、垂直方向光軸制御用回転鏡６０２にて反射されたのち、上方がスクリーン６０４に対して傾斜した回転軸を有した水平方向光軸制御用回転鏡６０３への反射をへてスクリーン６０４に照射されるが、垂直方向光軸制御用回転鏡６０２の1面の鏡面による反射光が、走査線1本分移動するあいだ、水平方向光軸制御用回転鏡６０３の同一面に照射するように、回転鏡６０２，６０３の回転数を制御すればよい。
【００３１】
具体的には図７に示すように傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡がひとつだけの場合、レーザ光源７０１から発せられた光は傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡７０２にて反射して、スクリーン７０５に照射される。このとき傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡７０２にて最初に反射された光は光軸７０３としてスクリーン７０５に照射される。その後傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡７０２が回転するため、同一反射面で最後に反射する光は光軸７０４としてスクリーンに照射される。このように回転鏡を傾斜させることで、光軸の移動方向を水平方向から上方斜め方向に変えることが可能になる。
【００３２】
さらに図８に示すように、垂直方向光軸制御用回転鏡８０１を組み合わせたとき、垂直方向光軸制御用回転鏡８０１にて反射した光は、傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡８０２にて反射して、光軸８０３としてスクリーン８０４に照射される、その後、垂直方向光軸制御用回転鏡８０１と傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡８０２がそれぞれ回転しているため、２つの回転鏡にて反射した光は、光軸８０５としてスクリーン８０４に照射される。このとき、傾斜させた水平方向光軸制御用回転鏡８０２による上方斜め方向への移動分と垂直方向光軸制御用回転鏡８０１による下方垂直方向への移動分が加算され、光の輝跡は輝跡８０６のように水平方向となる。
【００３３】
上記をスクリーン上の輝跡でみると、図９に示すように、垂直方向への光軸の移動方向９０１は図５と変わらないが、水平方向への光軸の移動方向は９０２のように水平方向に加え垂直方向の移動方向が加わる。このことで、複数の光点９０３のように移動することになり、水平に連続した光点として照射される。拡大すると、光点９０４のように隣り合う光点は垂直方向の移動成分が相殺され結果的に水平方向にのみ位置をずらして照射される。これを図６における水平方向光軸制御用回転鏡６０３の回転軸の傾斜角度にあわせて、垂直方向光軸制御用回転鏡６０２の回転速度と水平方向光軸制御用回転鏡６０３の回転軸の回転速度を制御することで、１ドット分補正し垂直にずらしながら連続して照射することになり、結果として１画面分の光点を照射することが可能となる。この場合、表示画面９０５分の領域と照射される光点の面積は同一になるため、図５の方式に比べ無効領域がなくなるため、照射効率は２倍になり高輝度を実現できる。すなわち、図５の場合には有効となる光点または無効となる光点を認識して有効となる光点のみを選択するように発光を制御するか無効領域への光を遮蔽する必要が生じるが、図９の場合にはそのような選択制御が不要となり、すべての光点を単純に出力するだけで全表示画面分の光点を照射することができ、高輝度を実現するとともに回路やプログラムの処理方式を単純にし、性能を向上させることができる。
【００３４】
このように、上記実施例によれば、レーザ光源を用いることで、省電力、小型化、軽量化が実現できる。２つの単純な形の回転鏡を用いることで、機構部品を少なくでき、小型化でき、製造コストも安くなる。また、回転鏡の回転速度制御回路を設けることで、光学レンズを用いたり、表示スクリーンまでの距離を変動させることなく、回転速度の変化だけで、表示画面の大きさを変えることが可能になる。光学レンズを用いないため、小型化が可能となり、装置とスクリーンの距離に依存しないため、装置の設置場所の制約が少なくなる。さらに、回転鏡の回転速度の変更と、レーザ光源の点滅周期を変えることで、容易に表示画面の解像度を変更可能となる。上記により、高輝度、省電力、小型、軽量で高機能な投射型表示装置を実現できるようになる。
【００３５】
また、他の例として、発光体に拡散しない光源を用いることにより表示輝度を向上させてもよい。さらに、複数色の光源を用いて、それぞれの発光時間や発光パターンを可変にすることで、表示面における視覚的な輝度や色調を実現してもよい。また、色別フィルタとシャッタ機能をもつ液晶パネルによる透過光を用いた色合成を用いないことで、高輝度を実現してもよい。さらに、使用時に広げることで収納時の体積、重量を削減することと特徴とする表示用スクリーンとして構成したり、取り外し可能な拡張スクリーンを利用することにより前面投射、背面投射を兼用可能としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
パーソナルコンピュータを含むデータ端末やテレビを含む画像表示装置等、可搬可能な小型、省電力、高輝度でかつ画面表示サイズ、表示解像度を自由に変更できる機能をもった投射型表示装置に利用可能である。逆にレーザビームの反射光を受光する機能を持たせれば、小型のスキャナとしても同様の機構を用いて実現可能となる。さらに、表示画面を転写ドラムとすることにより、プリンタの潜像形成に利用することも可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・・・・・レーザ光源
２・・・・・・・垂直方向光軸制御用回転鏡
３・・・・・・・水平方向光軸制御用回転鏡
４・・・・・・・２の回転鏡を回転させるモータ
５・・・・・・・３の回転鏡を回転させるモータ
６・・・・・・・回転鏡用のモータ回転速度制御回路
７・・・・・・・外部からの画像データ入力信号
８・・・・・・・画像データ入力バッファ
９・・・・・・・画像表示用バッファ
１０・・・・・・レーザ発光素子制御回路
１１・・・・・・投射スクリーン。
【図１】
0006591250.tif 000002
【図２】
0006591250.tif 000003
【図３】
0006591250.tif 000004
【図４】
0006591250.tif 000005
【図５】
0006591250.tif 000006
【図６】
0006591250.tif 000007
【図７】
0006591250.tif 000008
【図８】
0006591250.tif 000009
【図９】
0006591250.tif 000010