(57)【要約】【課題】機器を小型化することが可能な画像形成装置、及び画像表示装置を提供する。【解決手段】各光源装置３から射出される光は、対応する列にある選択行のミラー２０がオン状態にある期間中、このミラー２０に反射して投写レンズ４からスクリーン等に投写される。この結果、選択期間毎に１行分の光（ライン光）が投写され、すべての行（ｙ１〜ｙｍ）が選択され終わると、ｍ行分、即ち１画面分のライン光が投写される。プロジェクタ１が、この制御を高速なフレーム周波数（例えば、６０Ｈｚ）で行うことにより、各ライン光は、残像効果によって合成され、ｍ×ｎ個の画素からなる２次元の画像として視認される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動する複数のミラーが、それぞれの反射面が略同一平面となるような姿勢で配列されたミラー型変調装置と、
前記ミラーの配列に沿って平行光を射出する光源装置と、
前記複数のミラーを順次選択するとともに、選択された前記ミラーを、入力される画像信号に基づいて傾斜させ、前記平行光を、傾斜した前記ミラーにより所定の角度の方向に反射させるミラー駆動部と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置であって、
前記ミラーは、複数の行及び複数の列からなるマトリクス状に配列され、前記光源装置は、前記行及び前記列のいずれか一方に沿って前記平行光を射出し、前記ミラー駆動部は、前記行及び前記列の他方の単位で前記ミラーを選択することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置であって、
前記光源装置は、マトリクス状に配列された前記複数のミラーを覆うような帯状の平行光を射出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置であって、
帯状に形成された複数の前記ミラーが互いに平行に配列された前記ミラー型変調装置と、
前記ミラーの長手方向と略垂直に、複数の前記平行光が互いに平行に射出されるように備えられた複数の前記光源装置と、
入力される画像信号に基づいて、前記複数の光源装置の発光状態を、前記ミラーの選択に連動して制御する光源制御部と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置であって、
前記ミラー駆動部によって傾斜した前記ミラーは、前記平行光の光路を鈍角に折り曲げることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置を備えた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、入力される画像信号に基づいた画像を形成する画像形成装置、及びこれを用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタは、光を射出する光源（発光管等）と、この光源から射出された光を画像信号に応じて変調し、画像を形成する電気光学変調装置と、形成された画像を投写する投写光学系とを備えている。電気光学変調装置としては、透過型或いは反射型の液晶表示装置や、マイクロミラー型変調装置が一般に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
液晶表示装置は、入力される画像信号に基づいて、光源光の偏光方向を、マトリクス状に配列された多数の画素電極（画素）毎に変化させて画面単位で画像を形成するものであり、マイクロミラー型変調装置は、入力される画像信号に基づいて、光源光の反射角度を、マトリクス状に配列された多数のマイクロミラー（画素）毎に変化させて画面単位で画像を形成する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１５０７０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、上記のようなプロジェクタでは、電気光学変調装置に照射される光を略均一にするためのインテグレータ光学系が必要となる等、光源と電気光学変調装置との間に所定の光路長を確保する必要があるため、機器の小型化には限界があった。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機器を小型化することが可能な画像形成装置、及び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】
【０００６】
本発明の画像形成装置は、可動する複数のミラーが、それぞれの反射面が略同一平面となるような姿勢で配列されたミラー型変調装置と、前記ミラーの配列に沿って平行光を射出する光源装置と、前記複数のミラーを順次選択するとともに、選択された前記ミラーを、入力される画像信号に基づいて傾斜させ、前記平行光を、傾斜した前記ミラーにより所定の角度の方向に反射させるミラー駆動部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この画像形成装置によれば、平行光を複数のミラーで順次反射して画像を形成するため、変調装置の画像形成面全体に光を照射する場合に比べて、照射輝度の分布を均一化するための手段（インテグレータ光学系）を省略、或いは簡略化することが可能となり、機器を小型化することが可能となる。
【０００８】
この画像形成装置において、前記ミラーは、複数の行及び複数の列からなるマトリクス状に配列され、前記光源装置は、前記行及び前記列のいずれか一方に沿って前記平行光を射出し、前記ミラー駆動部は、前記行及び前記列の他方の単位で前記ミラーを選択することが望ましい。
【０００９】
この画像形成装置によれば、マトリクス状に配列されたミラーで画像を形成するため、２次元の画像を容易に生成することが可能となる。
【００１０】
この画像形成装置において、前記光源装置は、マトリクス状に配列された前記複数のミラーを覆うような帯状の平行光を射出することが望ましい。
【００１１】
この画像形成装置によれば、光源装置が帯状の平行光を射出するため、列に対応する数の光源装置を備える必要がなくなり、構成の簡略化、低コスト化を実現することが可能となる。
【００１２】
この画像形成装置において、帯状に形成された複数の前記ミラーが互いに平行に配列された前記ミラー型変調装置と、前記ミラーの長手方向と略垂直に、複数の前記平行光が互いに平行に射出されるように備えられた複数の前記光源装置と、入力される画像信号に基づいて、前記複数の光源装置の発光状態を、前記ミラーの選択に連動して制御する光源制御部と、を備えるようにしてもよい。
【００１３】
この画像形成装置によれば、画像信号に基づいて発光状態が制御された複数の平行光を、順次選択された帯状のミラーで反射して画像を形成するため、２次元の画像を容易に生成することが可能となる。
【００１４】
この画像形成装置において、前記ミラー駆動部によって傾斜した前記ミラーは、前記平行光の光路を鈍角に折り曲げるようにしてもよい。
【００１５】
この画像形成装置によれば、ミラーが平行光の光路を鈍角に折り曲げる構成であるため、ミラーの傾斜角を小さくすることが可能となる。このため、ミラー型変調装置の製造を容易に行うことが可能となる。
【００１６】
本発明の画像表示装置は、上記の画像形成装置を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この画像表示装置によれば、上記の画像形成装置と同様の効果を有することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施形態として、光源から射出された光を画像信号に応じて変調し、この変調光を外部のスクリーン等に拡大投写して画像を表示するプロジェクタについて説明する。
図１は、本実施形態のプロジェクタの概略構成を示す図であり、（ａ）は、プロジェクタの側面図、（ｂ）は、その正面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、プロジェクタ１は、ミラー型変調装置２と、複数の光源装置３と、投写レンズ４（図１（ｂ）においては、図示を省略）と、駆動回路４０とを備えている。
【００１９】
ミラー型変調装置２は、半導体基板１０上に多数の可動式のミラー２０が形成された電子デバイスであり、各ミラー２０が、光源装置３から射出された光を、外部から入力される画像信号に応じて選択的に反射することによって画像を形成する。ミラー型変調装置２は、ミラー２０が形成されているミラー形成面２ａが、投写レンズ４に対向するように配置されており、画像の投写方向である＋Ｚ方向対して垂直な姿勢、即ちＸＹ平面に平行な姿勢で固定されている。各ミラー２０は、それぞれの反射面２０ａが＋Ｚ方向を向いて略同一平面となるような姿勢で、Ｙ方向にｍ行（ｙ１〜ｙｍ）、Ｘ方向にｎ列（ｘ１〜ｘｎ）のマトリクス状に配列されており、ミラー型変調装置２と一体的に形成された駆動回路４０によって個別にその姿勢が制御される。
【００２０】
ミラー型変調装置２の上方（−Ｙ方向）には、マトリクスの各列（ｘ１〜ｘｎ）に対応するように、ｎ個の光源装置３が備えられている。光源装置３は、光源としての半導体レーザ、及びその射出面側に配置されたコリメータレンズ（いずれも図示せず）等を備えており、半導体レーザが発したレーザ光を平行光（スポット平行光）として外部に射出する。なお、半導体レーザの射出面の反対面には、レーザ光をモニタするためのフォトダイオード（図示せず）が備えられており、これを用いて半導体レーザの光出力が一定となるように制御することができるようになっている。各光源装置３は、ミラー形成面２ａと平行な＋Ｙ方向に、ミラー形成面２ａの各列に沿って平行光を射出する。
【００２１】
駆動回路４０は、入力される画像信号に応じて各ミラー２０の姿勢を傾斜させ、光源装置３から射出される平行光を投写レンズ４に向けて選択的に反射させる。これにより、投写レンズ４から、各ミラー２０に対応するｍ×ｎ個の画素からなる画像が投写される。
【００２２】
図２及び図３は、ミラー型変調装置２の概略構成を示す図であり、図２（ａ）及び図３は、ミラー型変調装置２を−Ｘ側から見た図、図２（ｂ）は、ミラー型変調装置２を−Ｙ側から見た図である。なお、これらの図では、１つのミラー２０のみを拡大して示している。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ミラー型変調装置２は、光を反射する反射面２０ａを有するアルミニウム製のミラー２０と、このミラー２０を駆動するアクチュエータ部３０とを備えており、これらは、駆動回路４０が作り込まれた半導体基板１０上に形成されている。アクチュエータ部３０は、半導体基板１０上に形成されたアドレス電極３１と、アドレス電極３１の上で回動する偏向エレメント３２とを備えており、アドレス電極３１は、偏向エレメント３２の−Ｙ側の端部と対向するように配置されている。ミラー２０と偏向エレメント３２とは、支柱（ポスト）３３によって一体的に固定されている。
【００２３】
偏向エレメント３２は、アドレス電極３１と協働して偏向エレメント３２を駆動する駆動電極３４を備えている。さらに、図２（ｂ）に示すように、偏向エレメント３２は、±Ｘ方向に延出するねじれバネ３６を介して、半導体基板１０上に突設された柱３５（図２（ａ）では、図示を省略）に取り付けられており、ねじれバネ３６がねじれることによって、半導体基板１０に対して回動可能になっている。なお、偏向エレメント３２は、ミラー２０のＺ方向の中心線Ｃｚよりも−Ｙ側にずれた位置でねじれバネ３６に固定されている。
【００２４】
ここで、アクチュエータ部３０のアドレス電極３１に所定の電圧が印加されると、アドレス電極３１と駆動電極３４との間に静電引力が作用する。これにより、図３に示すように、偏向エレメント３２は、アドレス電極３１に引き付けられ、ミラー２０とともに、ねじれバネ３６を軸にして、−Ｙ側の端部が−Ｚ方向に、＋Ｙ側の端部が＋Ｚ方向に移動するように回動する。なお、ミラー型変調装置２には、図示しないストッパ機構が備えられており、ミラー２０は、ＸＹ平面に平行な本来の姿勢に対して４５°傾斜した姿勢（以降、オン状態という）で安定するようになっている。この状態では、光源装置３から＋Ｙ方向に射出された平行光は、ミラー２０の反射面２０ａで反射し、進路を９０°変更して＋Ｚ方向に備わる投写レンズ４に向かう。一方、アドレス電極３１に印加される電圧が０になると、ねじれバネ３６の復元力により、偏向エレメント３２及びミラー２０は、ＸＹ平面に平行な状態（以降、オフ状態という）で安定する。この状態では、光源装置３から＋Ｙ方向に射出された平行光は、ミラー２０の表面上を通過する。
【００２５】
図４は、プロジェクタ１の回路構成を示すブロック図である。
図４に示すように、プロジェクタ１は、前述したミラー型変調装置２、光源装置３、投写レンズ４、駆動回路４０に加えて、制御部５０、操作部５１、画像信号処理部５２、光源制御部５３を備えている。
【００２６】
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムや各種データ等を記憶するＲＯＭ、各種データ処理を行う際の一時記憶に用いられるＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピュータとして機能するものである。制御部５０は、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って動作することにより、プロジェクタ１の動作を統括制御する。
【００２７】
操作部５１は、プロジェクタ１に対して各種指示を行うための複数の操作ボタンを備えており、ユーザが操作部５１の各種操作ボタンを操作すると、操作部５１は、ユーザの操作内容に応じた操作信号を制御部５０に出力する。
【００２８】
画像信号処理部５２は、外部から入力される各種形式の画像信号に基づいて、画素（ミラー２０）毎の階調情報（明るさを表す情報）からなる画像信号をフレーム（画面）単位で生成し、駆動回路４０に出力する。
【００２９】
光源制御部５３は、光源装置３の点灯及び消灯を制御する。
【００３０】
駆動回路４０は、本発明のミラー駆動部に相当し、画像信号処理部５２から入力される画像信号に基づいて、ミラー２０の姿勢を１行（ｎ個）単位で時分割制御する。具体的には、１画面分の画像を形成する期間（フレーム期間）をマトリクスの行数ｍで分割した期間（選択期間）毎に、制御対象とする行（選択行）を順次切り換えるとともに、選択行に含まれる各ミラー２０の姿勢を、対応する画素の階調情報に基づいて制御する。駆動回路４０によるミラー２０の制御は、階調情報によって表される明るさに応じた時間だけミラー２０をオン状態とするものであり、最も明るい状態を表す階調情報である場合には、選択期間中のほとんどの時間、ミラー２０をオン状態とする一方で、最も暗い状態を表す階調情報である場合には、選択期間の間中オフ状態を維持する。また、制御対象以外の行（非選択行）のミラー２０については、次に選択されるまでオフ状態で保持される。
【００３１】
各光源装置３から射出される光は、対応する列にある選択行のミラー２０がオン状態にある期間中、このミラー２０に反射して投写レンズ４からスクリーンＳＣに投写される。この結果、選択期間毎に１行分の光（ライン光）が投写され、すべての行（ｙ１〜ｙｍ）が選択され終わると、ｍ行分、即ち１画面分のライン光が投写される。プロジェクタ１が、この制御を高速なフレーム周波数（例えば、６０Ｈｚ）で行うことにより、各ライン光は、残像効果によって合成され、ｍ×ｎ個の画素からなる２次元の画像として視認される。
【００３２】
なお、本実施形態におけるミラー型変調装置２、光源装置３、及び駆動回路４０は、入力される画像信号に応じた画像を形成することから、本発明の画像形成装置に相当する。また、この画像形成装置に加えて、形成した画像を視認可能に表示するための表示手段として、投写レンズ４を備えたプロジェクタ１が、本発明の画像表示装置に相当する。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態の画像形成装置、及びプロジェクタ１によれば、光源装置３から射出される平行光を、ミラー型変調装置２によって行単位で順次反射して画像を形成するため、変調装置の画像形成面全体に光を照射する場合に比べて、照射輝度の分布を均一化するための手段（インテグレータ光学系）を省略することが可能となり、機器を小型化することが可能となる。
【００３４】
なお、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
【００３５】
（変形例１）
前記実施形態では、光源装置３が、列に沿って平行光を射出し、駆動回路４０が、行単位でミラー２０の姿勢を制御しているが、光源装置３が、行に沿って平行光を射出し、駆動回路４０が列単位でミラー２０の姿勢を制御するようにしてもよい。
【００３６】
（変形例２）
前記実施形態において、多色（カラー）の画像を形成することも可能である。例えば、必要に応じてミラー２０の列ピッチ（Ｘ方向のピッチ）を狭めて列数を増やすとともに、Ｒ（赤色）光、Ｇ（緑色）光、Ｂ（青色）光等、異なる色光をそれぞれ射出する光源装置３を、各列に対応させて周期的に（例えば、ＲＧＢＲＧＢ…の順に）配列するようにすればよい。また、異なる色光を選択的に射出可能な光源装置を列毎に備えて、時分割でその発光色を変化させるとともに、発光色の変化に同期させて発光色に応じたミラー制御を行うようにしてもよい。或いは、色光毎にミラー型変調装置２を備えて、色光毎に形成された画像を、クロスダイクロイックプリズム等の光合成手段によって合成するようにしてもよい。
【００３７】
（変形例３）
前記実施形態では、ミラー２０をオン状態にする時間を制御することによって、画像の階調を表しているが、図５に示すように、光源制御部５３が、画像信号処理部５２から画像信号を受け取り、階調情報に応じて光源装置３の点灯及び消灯を制御可能な構成とすれば、光源装置３の点灯時間によって階調を表すことが可能となる。或いは、光源制御部５３が、画像信号処理部５２から画像信号を受け取り、階調情報に応じて光源装置３の発光輝度を制御可能な構成とすれば、発光輝度の高低によって階調を表すようにすることも可能となる。以上のような構成とすれば、画像の暗色部位を表示する際には、光源装置３の発光状態が消灯状態、或いは低輝度状態となるため、光源装置３の電力消費を抑制することが可能となる。
なお、本変形例では、駆動回路４０は、光源制御部５３から入力される同期信号に基づいて、ミラー型変調装置２の選択行のすべてのミラー２０を選択期間中常にオン状態にしておけばよく、光源制御部５３が、行の選択に連動して、選択行に含まれる各画素の階調情報に応じた階調制御を行えばよい。
また、本変形例においては、列毎にミラー２０の姿勢を変化させる必要がなくなるため、図６に示すように、各列を横断するようなＸ方向に細長い帯状のミラー２０をｍ行分（ｙ１〜ｙｍ）平行に配列し、複数の光源装置３が、ミラー形成面２ａに沿って、各ミラー２０の長手方向（Ｘ方向）と略垂直に平行光を射出する構成とすることも可能である。この場合には、駆動回路４０がミラー２０を１つずつ順次傾斜させるとともに、画像信号に基づいて、複数の光源装置３の発光状態を、ミラー２０の選択に連動して制御すればよい。
【００３８】
（変形例４）
前記実施形態では、列毎に光源装置３を備えた構成を示しているが、図７に示すように、少なくとも１つの光源３ａから射出された光を、コリメータレンズ３ｂ等によって、ミラー形成面２ａの各列を覆うような帯状の平行光（スリット光）に変換し、これをミラー形成面２ａに沿って＋Ｙ方向に射出するようにしてもよい。この構成によれば、列の数だけ光源装置３を備える必要がないため、構成の簡略化、低コスト化を実現することが可能となる。
【００３９】
（変形例５）
前記実施形態では、ミラー形成面２ａに沿って進行する平行光を、４５°傾けたミラー２０によって、ミラー形成面２ａに垂直な＋Ｚ方向に反射させる構成を示しているが、この構成に限られず、例えば、図８に示すように、平行光の光路を鈍角に折り曲げる構成にすることも可能である。この構成によれば、ミラー２０の傾斜角が４５°より小さくて済むため、ミラー型変調装置２を容易に製造することが可能となる。
【００４０】
（変形例６）
前記実施形態では、画像表示装置の例として、投写レンズ４から外部のスクリーンＳＣ等に画像を投写するフロント型のプロジェクタ１について説明しているが、透過型のスクリーンを一体的に備え、その背面側に画像を投写するリアプロジェクタにも適用可能である。また、図９に示すように、投写レンズ４の代わりに、透過型スクリーンとして機能する拡散板５を備えた構成とすれば、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等の直視型表示装置のように、小型の画像表示装置１００を実現することが可能となる。
【００４１】
（変形例７）
前記実施形態では、光源として半導体レーザを備えた光源装置３を用いているが、平行光を射出可能な光源装置３であれば、半導体レーザに限定されず、他の光源を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図であり、（ａ）は、プロジェクタの側面図、（ｂ）は、その正面図。
【図２】ミラー型変調装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は、−Ｘ側から見た図、（ｂ）は、−Ｙ側から見た図。
【図３】ミラーが傾斜した状態のミラー型変調装置を示す図であり、−Ｘ側から見た図。
【図４】実施形態に係るプロジェクタの回路構成を示すブロック図。
【図５】変形例３に係るプロジェクタの回路構成を示すブロック図。
【図６】変形例３に係るプロジェクタの概略構成を示す図であり、（ａ）は、プロジェクタの側面図、（ｂ）は、その正面図。
【図７】変形例４に係るプロジェクタの正面図。
【図８】変形例５に係るプロジェクタの側面図。
【図９】変形例６に係る画像表示装置の側面図。
【符号の説明】
【００４３】
１…プロジェクタ、２…ミラー型変調装置、２ａ…ミラー形成面、３…光源装置、４…投写レンズ、１０…半導体基板、２０…ミラー、２０ａ…反射面、３０…アクチュエータ部、３１…アドレス電極、３２…偏向エレメント、３３…支柱（ポスト）、３４…駆動電極、３５…柱、３６…ねじれバネ、４０…駆動回路、５０…制御部、５１…操作部、５２…画像信号処理部、５３…光源制御部。
【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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