(57)【要約】【課題】コンパクト、低コストに実現でき、２次元的な表示画像の歪みを有効に軽減して良好な画像を表示できるライン像走査型画像表示装置を実現する。【解決手段】光変調手段５における各光変調素子からの光を結像レンズ６により物体光として伝達し、結像レンズ系６から射出した結像光束を、偏向手段７により偏向させ、走査レンズ系８を介して画像表示面９上に１次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に２次元の画像を表示するライン像走査型画像表示装置であって、偏向手段７と走査レンズ系８とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性に応じ、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う。【選択図】    図１
2004279544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小な光変調素子を１次元状に配置してなる光変調手段における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、この結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により上記光変調素子の配列方向に直交する方向へ偏向させ、走査レンズ系を介して画像表示面上に１次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させて上記画像表示面上に２次元画像を表示するライン像走査型画像表示装置であって、
偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性に応じ、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行うことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載のライン像走査型画像表示装置において、
偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性からのずれに対応して、走査域が予め所定の複数ブロックに分割され、各ブロックにおいて、時間幅を変更される画素クロックの数の調整により、各ブロックの走査長さを調整することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行うことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のライン像走査型画像表示装置において、
走査レンズ系が、偏向手段の像側近傍に配置され、偏向手段により偏向された光束の被走査面における像面湾曲を補正する機能を主として有し、
上記走査レンズ系は、そのパワーが結像レンズ系のパワーに比して十分小さく、少くとも１面が非球面であることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項４】
請求項３記載のライン像走査型画像表示装置において、
走査レンズ系が３枚以下のレンズで構成され、そのうちの少なくとも１面は特殊トーリック面であることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
偏向手段が偏向反射面を単振動的に振動させるガルバノミラーであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項６】
請求項５記載のライン像走査型画像表示装置において、
ガルバノミラーの有効走査振れ角：θｅｆｆ、最大振れ角：θｍａｘが、条件：
（１）  θｅｆｆ／θｍａｘ＞０．５
を満足することを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項７】
請求項１〜６の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
光変調手段が、照明光学系と非自己発光型の光変調素子を有し、選択された信号に対応する光のみが結像レンズ系へ選択的に伝達されることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項８】
請求項７記載のライン像走査型画像表示装置において、
非自己発光型の光変調素子が反射タイプのＢＢＬＶで、正反射光が選択された信号に対応するように設定されていることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項９】
請求項１〜６の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
光変調手段が、自己発光型の光変調素子を用いるものであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
画像表示面における走査位置に応じて、結像光束における光量を可変としたことをを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
光変調手段が、３原色：Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色を表示する微小な光変調素子を、色ごとに１次元状に配列させ、互いに近接した３列に配置したものであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のライン像走査型画像表示装置において、
画素クロックの時間幅の変更を、走査光学系の色収差に応じて異ならせたことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、
走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる１以上の折り返しミラーを有することを特徴とするライン像走査型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はライン像走査型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
「微小な光変調素子を１次元状に配置してなる光変調手段」における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、この結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により光変調素子の配列方向に直交する方向へ偏向させ、偏向される光束を、走査レンズ系を介して画像表示面上に１次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に２次元の画像を表示する「ライン像走査型画像表示装置」が知られている（非特許文献１、特許文献１）。
【０００３】
微小な光変調素子を１次元状に配置してなる光変調手段はＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）、ＬＤアレイやデジタル・マイクロミラー・デバイスが従来から広く知られ、ＢＢＬＶ（Ｂｏｔｈ  Ｅｎｄ  Ｆｉｘｅｄ  Ｂｅａｍ  ＬＩｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）も知られている（特許文献２）。
【０００４】
なお、光走査装置に関連し「光走査の等速特性を電気的に補正する技術」は特許文献３に記載がある。
【０００５】
このようなライン像走査型画像表示装置では、ライン像の走査において、画像表示面に順次に投影結像されるライン像相互の間隔が等間隔でないと、表示される画像に走査方向の歪みが生じてしまう。このような歪みを避けるためには、走査レンズ系に「ライン像相互の間隔を等間隔化するような補正機能（所定の歪曲収差）」を与えれば良いが、補正機能を十分に高くしようとすると、走査レンズ系のレンズ枚数が増えたりして（例えば特許文献１記載のものでは走査レンズ系は５枚構成である。）、走査レンズ系の大型化、延いては画像表示装置の大型化を招来し、コストも高くなりやすい。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ｌｉｎｅｒ  ＧＬＶ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ    Ｒ．Ｗ．Ｃｏｒｒｉｇａｎ  ｅｔ．ａｌ．  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ
【特許文献１】
特開２００２−１３１８３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１４５５０号公報
【特許文献３】
特開平１４−２７７７８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述したところに鑑み、コンパクト且つ低コストで実現でき、２次元的な表示画像における前記歪みを有効に軽減して良好な画像を表示できるライン像走査型画像表示装置の実現を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のライン像走査型画像表示装置は「微小な光変調素子を１次元状に配置してなる光変調手段における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、この結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により光変調素子の配列方向に直交する方向へ偏向させ、走査レンズ系を介して画像表示面上に１次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に２次元の画像を表示するライン像走査型画像表示装置」であって、以下の如き特徴を有する（請求項１）。
【０００９】
即ち、偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性に応じて、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う。「画素ライン」は、光変調手段における光変調素子の１次元状の配列を謂う。
【００１０】
「ライン像」は、光変調手段に配列された光変調素子の変調状態として表現された１次元的なライン画像を、結像レンズ系と偏向手段と走査レンズ系とを介して画像表示面上に結像させたものである。このようなライン像が、偏向手段による結像光束の偏向により、画像表示面上でライン像の長手方向に直交する方向へ走査される。
【００１１】
この走査は、走査方向において「ライン像を順次に微小時間間隔でフラッシュ的」すなわち間欠的に結像表示することにより行う。このようにライン像は１度に１個の像が表示されるが、走査が高速で行われると、観察者には２次元的な画像が「残像」として観察されることになる。
【００１２】
「画像表示面」は実体的にはスクリーン等である。
【００１３】
「画素クロック」は、ライン像の走査において、順次のライン像を表示するタイミングを決定するクロックで「１つのライン像を形成する光変調素子に共通」である。
【００１４】
画素クロックの時間幅は「あるライン像が表示される瞬間から次ぎのライン像が表示される瞬間までの時間幅」である。
画素クロックの時間幅が変化すると、あるライン像とこの直後に表示されるライン像の「走査方向の間隔」が変化する。
【００１５】
「等間隔特性」は、画素クロックの時間幅を一定にしてライン像の走査を行うとき、任意のライン像の走査方向における理想の像高：Ｈと現実の像高：ｈに対して「｛（ｈ−Ｈ）／Ｈ｝×１００％」で定義される量で、全走査領域にわたって０％であることが理想であるが、実際にはライン像の位置により変化する。
等間隔特性を決定するのは「走査レンズ系の光学特性」と「偏向手段による偏向態様」である。即ち、等間隔特性は「偏向手段と走査レンズ系とに起因」して発生する。
【００１６】
従って、走査レンズ系と偏向手段とが定まれば等間隔特性も定まり、このように定まる等間隔特性を補正するように、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で制御することにより、表示画像の「走査方向の歪み」を有効に防止もしくは軽減させることができる。
【００１７】
上記請求項１記載のライン像走査型画像表示装置において「偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性からのずれに対応して、走査域を予め所定の複数ブロックに分割し、各ブロックにおいて、時間幅を変更される画素クロックの数の調整により、各ブロックの走査長さを調整することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う」ことができる（請求項２）。
【００１８】
「走査域」は、２次元の画像を表示するために必要なライン像の総数を謂う。この総数をＮとすると、画像表示面に表示される２次元の画像は「互いに隣接するＮ本のライン像」で構成されることになり、これらＮ本のライン画が並ぶ領域はライン像の走査が行われる領域を定める。
【００１９】
走査領域のブロックへの分割は、一般には、各ブロック内における等間隔特性の変化が同程度もしくは同一になるように行われる。
【００２０】
説明を補足すると「あるブロックがｎ本のライン像で構成される」ものとし、ライン像の走査速度：ｖ、画素クロックの時間幅：ｔを共に一定と考えれば、ｎ本のライン像は画像表示面上に幅：ｎ・ｖ・ｔとして表示されるが、実際には、等間隔特性が有限であるため走査速度：ｖは一定とはならない。
【００２１】
そこで、このブロック内における走査速度の平均を「ｖ＋Δｖ」とすれば、画像表示面上におけるｎライン像は表示幅：ｎ・（ｖ＋Δｖ）ｔとなり、上記ｎ・ｖ・ｔとの差分：ｎ・Δｖ・ｔが表示画像の歪みの原因となる。
【００２２】
この場合、ｎ本のライン像を表示するｎ個の画素クロックのうち、時間幅：ｔの画素クロックの数をｍ、時間幅：ｔ＋Δｔの画素クロックの数を（ｎ―ｍ）とすると、ｎライン像の表示幅は、
ｍ（ｖ＋Δｖ）ｔ＋（ｎ−ｍ）（ｔ＋Δｔ）（ｖ＋Δｖ）
となる。
【００２３】
高次の項は無視できるから、この式は、
ｎ・ｔ・ｖ＋ｎ・Δｖ・ｔ＋ｎ・Δｔ・ｖ―ｍ・ｖ・Δｔ
となり、これが本来の表示幅：ｎ・ｖ・ｔと等しくなるためには、
ｎ・ｖ・ｔ＝ｎ・ｔ・ｖ＋ｎ・Δｖ・ｔ＋ｎ・Δｔ・ｖ―ｍ・ｖ・Δｔ
から、
ｍ・ｖ・Δｔ＝ｎ（Δｖ・ｔ＋ｖ・Δｔ）
が成立てば良い。
【００２４】
この式において、ｎは当該ブロックに含まれるライン像の数で既知であり、ｔは基準となる画素クロックの時間幅で既知である。また、ｖとΔｖは等間隔特性により知ることができる。従って、上記式において画素クロックの時間幅の変化量：Δｔと、時間幅：ｔ＋Δｔのクロック数：ｍを適当に選ぶことにより、ｎ本のライン像の表示幅を理想上の表示幅：ｎ・ｖ・ｔに近づけあるいは一致させることが可能になる。実際には、１つのブロック内に画素クロックの時間幅：ｔ＋Δｔ１のクロック数がｍ１、ｔ＋Δｔ２のクロック数がｍ２個、・・と言うように、３以上の「互いに異なる時間幅」の画素クロックが含まれる場合もある。
【００２５】
上記請求項１または２記載のライン像走査型画像表示装置において、走査レンズ系は「偏向手段の像側近傍に配置され、偏向手段により偏向された光束の、被走査面における像面湾曲を補正する機能を主として有し、そのパワーが結像レンズ系のパワーに比して十分小さく、少くとも１面が非球面である」構成とすることができる（請求項３）。
【００２６】
請求項３記載のライン像走査型画像表示装置における走査レンズ系は「３枚以下のレンズで構成され、そのうちの少なくとも１面は特殊トーリック面である」ことができる（請求項４）。
【００２７】
請求項１〜４の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、偏向手段は「偏向反射面を単振動的に振動させるガルバノミラー」であることができ（請求項５）、この場合、ガルバノミラーの有効走査振れ角（振れ角のうちで、画像の表示に与る角度領域）：θｅｆｆ、最大振れ角：θｍａｘが、条件：
（１）  θｅｆｆ／θｍａｘ＞０．５
を満足することが好ましい（請求項６）。
【００２８】
上記請求項１〜６の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置において、光変調手段は「照明光学系と非自己発光型の光変調素子を有し、選択された信号に対応する光のみが結像レンズ系へ選択的に伝達される」構成とすることができる（請求項７）。非自己発光型の光変調素子としては、ＧＬＶやデジタル・マイクロミラー・デバイスを好適に用いることができる。
【００２９】
請求項７記載のライン像走査型画像表示装置は、非自己発光型の光変調素子として「反射タイプのＢＢＬＶ」を用い、正反射光が選択された信号に対応するように設定することができる（請求項８）。
【００３０】
請求項１〜６の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置における光変調手段はまた「自己発光型の光変調素子を用いるもの」であることもできる（請求項９）。このような光変調手段は半導体レーザやＬＥＤ等を１次元状に配置したものを用いることができ、さらには、光源と一体化された液晶シャッタアレイ等を用いることもできる。
【００３１】
上記請求項１〜９の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置はまた「画像表示面における走査位置（ライン像の位置）に応じて、結像光束における光量を可変とする」ことが好ましい（請求項１０）。
【００３２】
請求項１〜１０の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置における光変調手段は「３原色：Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色を表示する微小な光変調素子を、色ごとに１次元状に配列させ、互いに近接した３列に配置したもの」であることができ（請求項１１）、この場合、画素クロックの時間幅の変更を「走査光学系の色収差に応じて（Ｒ、Ｇ、Ｂごとに）異ならせる」ことが好ましい（請求項１２）。
【００３３】
請求項１〜１２の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置はまた「走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる１以上の折り返しミラーを有する」ことができる（請求項１３）。
【００３４】
上記各請求項記載のライン像走査型画像表示装置は、プロジェクタを始め、車載ナビゲータなど各種表示装置として実施できる。
【００３５】
この発明のライン像走査型画像表示装置では、偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する等間隔特性を、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変化させることにより、画像表示面上で各ライン像の間隔を略等間隔とすることができ「高性能の画像表示」が可能になる。
【００３６】
このように等間隔特性の補正を画素クロックの時間幅制御と言う電気的な制御方法で行うので、走査レンズ系に「等間隔特性を高度に補正する機能」を与える必要がない。このため走査レンズ系を少数枚のレンズで低コストでコンパクトに構成でき、ライン像走査型画像表示装置を小型・薄型化・低コスト化できる。
【００３７】
画素クロックの時間幅を、各ライン像ごとに変化させれば、原理的に等間隔特性を完全に補正することができるが、変更する時間幅をライン像ごとに記憶して制御しようとすると、２次元的な画像を表示するライン像の数が大きいので、画素クロックの時間幅を制御する手段が複雑化したり大掛かりになったりすることが考えられるが、請求項２記載のように、走査域をブロック分割し「ブロック内では同一規則の時間幅変更を導入する」ことでメモリ数の低減が可能である。
【００３８】
等間隔特性の大きさ（％）を等差でブロック分けをするのは合理的な一方法である。例えば、等間隔特性が最大１０％である場合、等間隔特性を「等差で２０ブロック」に分割するとき量子化誤差は±０．２５％以内に低減でき、実用上十分な性能が得られる。
【００３９】
請求項３におけるように、走査レンズ系を偏向手段の近傍に配置すれば、走査レンズ系を小型にできる。そして、走査レンズ系の機能を主として「偏向手段により偏向された光束の被走査面における像面湾曲を補正する機能」とすることにより、走査レンズ系の設計が容易になる。
【００４０】
走査レンズは、偏向手段から離れるほど走査光線が分離し、収差補正が容易になるが、請求項３のように「偏向手段の近傍」に配置しても、少なくとも１面の非球面を有することにより「像面湾曲の補正」は十分に可能である。
【００４１】
結像レンズ系のパワー：φｆ、走査レンズ系のパワー：φｓの大小関係は、
｜φｓ｜／φｆ≦０．１
であることが好ましく、このようなパワー配分によれば、結像レンズ系の性能を十分に引き出すことができ、走査レンズ系で発生する色収差を抑制でき、走査レンズ系の偏肉を少なくし小型で加工性を容易に確保できる。
【００４２】
また、走査レンズ系を単レンズで構成する場合「偏向手段の側に凸面を向けたメニスカス形状」にするのが好ましい。このようなレンズ形状にすると、像面湾曲の良好な補正が可能になるとともに平面に近い面形状を避けることができ、加工性が向上する。
【００４３】
走査レンズ系は「偏向される結像光束が通過するレンズ面の有効範囲」が長方形になるため、請求項４に記載のもののように「少なくとも１面を特殊トーリック面」とすることにより画像表示面における「像面湾曲の高次の補正」が可能になる。特に、走査レンズ系の色収差を補正し、画像表示面上におけるＲ、Ｇ、Ｂの画素位置の差を低減するには、原理上、最低でも「凹凸２枚のレンズ」が必要であり、像面湾曲と色収差を同時に補正するには２〜３枚のレンズ構成が適している。このように走査レンズ系を「凹凸２枚以上のレンズ」で構成する場合、凸レンズの（複数枚のときは平均）アッベ数：ν（凸）と、凹レンズのアッベ数：ν（凹）に１０以上の差を設定することが好ましい。
【００４４】
偏向手段としては、光走査装置に関連して広く知られた回転多面鏡や回転２面鏡、回転単面鏡を用いることができることは勿論であるが、請求項５のようにガルバノミラーを用いることもできる。
【００４５】
一般的な画像表示で、長辺画角（ライン像の走査方向の画角）として、±１０度を想定し、最大走査角を±１５度（＝走査幅で３０度）とすると、１面の偏向反射面が１５度の偏向角を持つ回転多面鏡の偏向反射面は２４面になる。この場合、偏向される結像光束の有効幅を考慮すると、２４面の回転多面鏡はかなり大型になる。
【００４６】
偏向反射面が６面の小型ポリゴンを使うことを想定すると偏向反射面１面あたりの最大走査角は１２０度であるから、有効走査期間率（２０／１２０）は略１７％で光の利用効率が低い。このような観点からすると、ガルバノミラーは小型化が可能であり、また偏向反射面の角振動の振幅を適宜に設定できる点で、偏向手段として好適である。
【００４７】
偏向手段としてガルバノミラーを用いる場合、偏向反射面は一般に正弦波振動（単振動）させるため、上記の有効走査角＝±１０度、最大走査角を±１５度という条件では、偏向角が大きくなる「２次元画像のライン像走査方向の周辺」ほど走査速度は遅くなり、ライン像の間隔が周辺で次第に狭くなる。従って、このような場合には、画素クロックの時間幅あるいは時間幅の大きい画素の数が周辺部で増大するようにする。
【００４８】
偏向手段としてのガルバノミラーのガルバノミラーの有効走査振れ角：θｅｆｆ、最大振れ角：θｍａｘが前記条件（１）を満たすようにすることにより、光の利用効率を５０％以上に設定でき、画像表示面での明るさを確保でき、光源電力や使用電力の増大を抑えることができる。偏向手段の偏向特性と１クロックの時間幅変更の適切な組み合わせにより光の利用効率向上が可能になる。
【００４９】
請求項７に記載されたように、光変調手段として１次元状に配置された非自己発光型の光変調素子と照明光学系とを有するものを用い「選択された信号に対応する光のみ」を結像レンズ系へ選択的に伝達する構成は、線状光源、円筒状の反射鏡、シリンドリカルレンズ等を使用して、照明光束を光変調手段に効率的に集光でき、明るいライン像を表示できる。
【００５０】
光源を適宜選択することで色温度や明るさの仕様を変更でき、光源部と光変調素子の間に赤外カット等の各種フィルタを挿入して、光変調手段以後の温度上昇を抑制することもできる。
【００５１】
光変調素子として使用可能な「ＢＢＬＶ」は、特許文献３に記載されたように、数１０μｍのＶ字型ベース上に梁を渡し、梁の状態を「電圧オフで平面」「電圧オンでＶ字形」とし、電圧のオン・オフで反射光の方向を変化させることにより光のオン・オフスイッチングを行うが、スイッチング周波数が高く、ＢＢＬＶを微細に形成可能であるので、これを光変調素子として用いることにより、ライン像走査型画像表示装置の小型化が可能であり、個々のＢＢＬＶが矩形ミラーであるため、先鋭な像を形成できる。
【００５２】
ＢＢＬＶによる正反射光（電圧オフ）が「選択された信号に対応する」ように設定することで画像表示に与る光を効果的に画像表示面へ導くことができる。
【００５３】
光変調手段を「１次元状に配置された自己発光型の光変調素子」とする構成（請求項９）は、光変調素子を集光照明するための照明手段が不要で、簡素な構成によりライン像走査型画像表示装置を小型化でき、自己発光型の光変調素子に応じて、低コスト化・微細配列による小型化・明るい表示画像等を実現できる。
【００５４】
この発明では、上記の如く、ライン像の走査を行う際に、等間隔特性を補正するように画素クロックの時間幅を変化させるが、それに応じて、ライン像照射の時間が均一にならず、極端な場合には、表示される２次元的な画像の走査方向に「明るさのむら」が発生することも考えられる。偏向手段としてガルバノミラーを用いる場合は、前述の如く、走査方向の周辺部に近いほど等間隔特性は「マイナス側」に大きく発生するので、画素クロックに時間幅を大きくする必要があり、上記ライン像照射の時間間隔も長くなる。
【００５５】
このような場合には、請求項１０に記載のように「画像表示面における走査位置に応じて、結像光束における光量を可変とする」ことにより、表示画像における明るさのむらを軽減もしくは防止できる。
【００５６】
請求項１１に記載されたように、光変調素子として３原色：Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するものを用いることにより、画像表示面上に２次元的なカラー画像を表示できるが、その場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のライン像の「色収差による結像位置の差」は、請求項１２記載のように「画素クロックの時間幅を各色ごとに個別に設定」することにより軽減させることができる。
【００５７】
また、請求項１３に記載されたように、走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる１以上の折り返しミラーを有することにより、画像表示に必要な投影光路長を屈曲させることで、ライン像走査型画像表示装置の奥行きを小さくすることが可能になる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図１において、符号１は照明光学系、符号３は半透鏡、符号５は光変調手段、符号６は結像レンズ系、符号７は偏向手段、符号８は走査レンズ系、符号９は画像表示面の実体をなすスクリーンをそれぞれ示している。
【００５９】
照明光学系１は、線状光源１Ａとリフレクタ１Ｂと、集光レンズ２を有する。
光変調手段５は「非自己発光型」の微小な光変調素子を図面に直交する方向へ密接して直線状に配列してなり、変調回路ＨＴからの変調信号により変調を行われるようになっている。
【００６０】
微小な光変調素子は特許文献３により公知の「反射型光変調素子であるＢＢＬＶ」で、１素子の有効形状（反射光の方向を変化させられる形状）は１９μｍ×２０μｍ、素子の配列ピッチは２０μｍで、７６８個の素子が直線状に配列され、光変調素子の配列長は約１５．３６ｍｍである。
【００６１】
このようなＢＢＬＶの１次元配列が３列、５０μｍ間隔で配列され、１列にはＲ、別の１列にはＧ、他の１列にはＢのカラーフィルタが接合手法で一体に接合されている。上記３列の光変調素子列の配列幅は略０．１２ｍｍである。
【００６２】
照明光源１における線状光源１Ａはハロゲン電球等の線状光源で、光変調素子５における「光変調素子の配列長：約１５．３６ｍｍ」よりやや長い発光長を有している。リフレクタ１Ｂは、円弧あるいは放物線等の断面形状（高次の項を含む非円弧形状でも良い）を持ち、線状光源１Ａからの光を反射させる。
【００６３】
集光レンズ２は図面に直交する方向を「屈折面の母線方向」とするシリンドリカルレンズであり、線状光源１Ａからの直接光、リフレクタ１Ｂによる反射光を集光させる。シリンドリカルレンズ２による１方向的な集束光は、半透鏡３により反射され、光変調素子５に向かって集束し、上記Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光変調素子列の配列幅（＝略０．１２ｍｍ）よりも若干広い領域を照射する。
【００６４】
光変調手段５の各光変調素子による正反射光は、半透鏡３を介して結像レンズ系６に入射する。結像レンズ系６は、図において単一のレンズとして描いてあるが、実際には複数枚のレンズで構成される。結像レンズ系６は、光変調素子５側が略テレセントリックであることが望ましい。結像レンズ系６に後置して絞りがある「ビハインド絞り」であることは好ましい。
【００６５】
光変調手段５は結像レンズ系６に対しほぼ完全にオフセットされて配置され、結像レンズ系６は焦点距離：３６ｍｍで、共役長：１．５ｍの位置にあるスクリーン９上に「３９倍の拡大像」を（走査レンズ系８を介して）結像させる。従って、光変調素子配列長：１５．３６ｍｍの光変調手段５からの光はＲ、Ｇ、Ｂそれぞれ「略６００ｍｍの長さのライン像」を図面に直交する方向に形成する。
【００６６】
図示されない上記絞りの面で「有効光束が規制される」ので、絞りの像側に近接して偏向手段７（の偏向反射面）を配置することにより、偏向反射面の面積を小さく設定できる。偏向手段７は、偏向反射面が最大振れ角：１５度で正弦波振動で揺動する駆動するガルバノミラーである。
【００６７】
偏向手段７の偏向反射面の揺動が正弦波振動であるので、走査レンズ系８に入射する偏向光束の入射角度も正弦波的に変化する。従って「スクリーン９を一定速度で走査する」のを、仮に「走査レンズ系８の光学特性により実現」しようとすると、走査レンズ系８は、ライン像の走査方向における像高：ｈ、入射角：θ、像面までの距離：ｌが、
ｈ＝ｌ・ａｒｃｓｉｎ（θ）
を満足するように歪曲収差を補正されている必要がある。
【００６８】
この実施の形態では、前述したように、走査レンズ系８には主として像面湾曲の機能を付与し、歪曲収差の補正は緩やかにし、補正残りの残存歪曲収差については画素クロックの時間幅の制御で対応するのである。
【００６９】
【実施例】
以下に、走査レンズ系に関する具体的な数値実施例を３例挙げる。
実施例１、２は、走査レンズ系を図１に示す如くに１枚のレンズで構成した例であり、実施例３は２枚のレンズで構成した例である。
【００７０】
実施例１
「走査レンズ系（１枚構成）」
ガルバノミラーとの光軸上の距離（ガルバノミラーの偏向反射面から走査レンズ系の入射側レンズ面に至る光軸上の距離）：７ｍｍ
光軸上の厚さ：３ｍｍ
材質の屈折率：ｎｄ＝１．５３０４６
材質のアッベ数：νｄ＝５５．８４
図１のように座標軸：Ｘ、Ｚを定義し、Ｙ軸を図面に直交する方向とすると、実施例１の走査レンズ系（１枚構成）は両面とも「光軸を含むＸ−Ｚ面」内の形状が非円弧形状となっており、近軸曲率半径：Ｒｚ、高次の係数：Ａ４，Ａ６，Ａ８、…として周知の式：
Ｘ（Ｚ）＝Ｚ２／［Ｒｚ＋Ｒｚ・√｛１−（１＋Ｋ）Ｚ２／Ｒｚ２｝＋Ａ４・Ｚ４＋Ａ６・Ｚ６＋Ａ８・Ｚ８＋Ａ１０・Ｚ１０  （式１）
で表す。
【００７１】
また「Ｘ−Ｙ面」内の極率：Ｃｙが、Ｚ方向の高さ：Ｚに応じて変化する所謂「湾曲軸トロイダル形状」をしており、この面形状を、Ｚ＝０のＸ−Ｙ面の曲率半径：Ｒｙ０、高次の係数：Ｂ２，Ｂ４，Ｂ６…として、以下の式
Ｃｙ（Ｚ）＝１／Ｒｙ０＋Ｂ２・Ｚ２＋Ｂ４・Ｚ４＋Ｂ６・Ｚ６＋Ｂ８・Ｚ８        （式２）
で表す。
【００７２】
走査レンズ系の各面の形状を特定するデータは以下の通りである。
【００７３】
2004279544.tif 000003
【００７４】
2004279544.tif 000004
【００７５】
上の表記において、例えば「４．９２Ｅ−０６」は「４．９２×１０−６」を意味する。以下の実施例においても同様である。
【００７６】
実施例１の走査レンズ系を用い、画像表示面上でＺ方向に±４００ｍｍの走査をしたときの像面湾曲とリニアリティ（等間隔特性に対応する）を図２に示す。走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず、像面湾曲は幅で０．０３ｍｍ程度で良く補正できている。ここで収差を表示した波長はｅ線（５４６．０７ｎｍ）である。
【００７７】
実施例１では走査レンズ系を単レンズ構成にし、主として像面湾曲を補正しているため、等間隔特性に対応する「リニアリテイ」は補正されていない。
偏向反射面の有効振れ角：±８．２度のときに、偏向反射面から１．４ｍ離れたスクリーン９で±４００ｍｍ（＝幅８００ｍｍ）の走査を行うが、走査の最終部（±４００ｍｍ）で−７．５％のリニアリティが発生している。
【００７８】
この残存リニアリテイ（等間隔特性）は以下のように補正できる。
【００７９】
図１における高周波クロック生成部ＧＳにおいて「画素クロックの８倍の高周波クロック」を生成し、この高周波クロックを分周回路ＢＳで８分周することにより「画素クロック」を生成し、変調回路ＨＴに印加する。
リニアリティが負であることは「中心部に比べて周辺部の走査速度が遅い」ことを意味するので、周辺部にあるブロック（走査域を分割したブロック）の中の画素クロックに、画素クロックの時間幅が正規の時間幅：８／８よりも長い、時間幅：９／８の画素クロックを混在させることにより、リニアリティのマイナス分を補うことができる。
【００８０】
例えば、上記ブロックを構成するライン像（１色のもの）の数が２５である場合、時間幅：８／８をもった画素クロックの数：ｘ、時間幅：９／８の画素クロックの数：ｙとすると、先に説明したように、方程式：
１／（１−７．５％）＝１／（１−０．０７５）＝｛ｘ＋（９ｙ／８）｝／（ｘ＋ｙ）
において、ｘ＋ｙ＝２５とおけば、ｘ＝９、ｙ＝１６となるから、２５個のライン像を順次出力するに際して、出力を決定する画素クロックとして時間幅：８／８  のクロックを９回、時間幅：９／８のクロックを１６回「適当な配列のもとに繰り返す規則（例えば、前半の９回は時間幅：８／８とし、後半の１６回を時間幅：９／８とする）」を用いて発生させることで、−７．５％のリニアリティがもたらす等間隔特性を補正でき、高性能な光走査を達成できる。
【００８１】
リニアリティの変化が図３に示すように走査方向に対称である場合には、走査域を、リニアリティの幅：０．５％毎に分割すると、走査の片側（４００ｍｍ）に対応して１５ブロックに分割でき、ブロック内では予め設定された同一の規則に従い、画素クロックの時間幅を異ならせた画素クロックの数の調整により、当該ブロック内でのリニアリテイの幅を±０．２５％以内に抑えることができるので「画素クロックの時間幅を変化させる規則」が１５規則で済み、これら規則を記憶させるのに必要なメモリ数は少なくてすむ。
【００８２】
実施例２
走査レンズ系はレンズ１枚で構成され、配置関係は実施例１と同じである。
【００８３】
「走査レンズ」
ガルバノミラーとの光軸上の距離：７ｍｍ
光軸上の厚さ：３ｍｍ、
材質の屈折率：ｎｄ＝１．５３０４６
材質のアッベ数：νｄ＝５５．８４
第１面は（式１）で与えられる非円弧形状を光軸の回りに回転させて得られる共軸非球面で、第２面は（式２）で表される湾曲軸トロイダル形状である。
【００８４】
走査レンズ系の各面の形状を特定するデータは以下の通りである。
【００８５】
2004279544.tif 000005
【００８６】
2004279544.tif 000006
【００８７】
実施例２に関する像面湾曲とリニアリティを、図２に倣って図４に示す。実施例１と同様、走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず、像面湾曲は幅で０．０３ｍｍ程度で良く補正できている。
【００８８】
実施例１の場合と同様にして、等間隔特性を良好に補正できる。
【００８９】
実施例３
実施例３は走査レンズ系を２枚のレンズで構成した例である。
【００９０】
配置関係は実施例１と同じである。
「第１レンズ（ガルバノミラー側のレンズ）」
ガルバノミラーとの光軸上の距離：７ｍｍ
光軸上の厚さ：３ｍｍ
材質の屈折率：ｎｄ＝１．５３０４６
材質のアッベ数：νｄ＝５５．８４
「第２レンズ（スクリーン側のレンズ）
第１レンズとの空気間隔：５ｍｍ
光軸上の厚さ：３ｍｍ
材質の屈折率：ｎｄ＝１．５８４１０
材質のアッベ数：νｄ＝３０．４５
第１レンズは「両面とも球面」、第２レンズは「両面とも湾曲軸トロイダル形状」である。
【００９１】
走査レンズ系の各レンズ面形状を特定するデータは以下の通りである。
【００９２】
第１レンズ
第１面
Ｒ（曲率半径）      −２４２７．０
第２面
Ｒ（曲率半径）      −１１２１．０                                    。
【００９３】
2004279544.tif 000007
【００９４】
2004279544.tif 000008
【００９５】
実施例３に関する像面湾曲とリニアリティを、図２に倣って図５に示す。実施例１と同様、走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず像面湾曲は良く補正できている。実施例１の場合と同様にして、等間隔特性を良好に補正できる。
【００９６】
ｅ線（５４６．０７ｍｍ）基準の波長に対する走査長（光軸からの片側）の差（ｍｍ）を示す。
【００９７】
2004279544.tif 000009
実施例１、２は単レンズ構成のため、走査レンズ系の色収差を補正できないので「波長による走査長の差」が生じている。このような場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂのライン像ごとに画素クロックの時間幅の変更を異ならせることにより「ライン像位置の色による差」を低減できる。
【００９８】
実施例３では走査レンズ系の色収差を補正しており、Ｒ、Ｇ、Ｂのライン像の位置に差異がないので、画素クロックの時間幅制御をＲ、Ｇ、Ｂの各色のライン像に対し「共通化された規則」で行うことができる。
【００９９】
図６には光学配置の別例を示す。繁雑を避けるため、混同の虞れが無いと思われるものについては、図１におけると同一の符号を用いた。この例においては、走査レンズ８Ａが上記実施例３のように２枚のレンズで構成され、走査レンズとスクリーン９との間に、走査レンズ系８Ａから画像表示面９へ向う光束の光路を折り曲げる折り返しミラーＭＬが配置されている。
【０１００】
最後に、画素クロックの時間幅の変更につき簡単に説明する。
【０１０１】
上に、実施例１に即して説明した例では、画素クロックは、図１の高周波クロック生成部ＧＳにおいて「画素クロックの８倍の高周波クロック」を生成し、この高周波クロックを分周回路ＢＳで８分周することにより「画素クロック」を生成するのであるが、この場合の具体的な例を、図７、図８を参照して説明する。
【０１０２】
図７は、図１における高周波クロック生成回路ＧＳと分周回路ＢＳを合わせた部分を示している。説明の便宜上、図１における符号とは異なる符号を付した。
【０１０３】
図７において、画素クロック生成回路１０は、（図１の高周波クロック生成回路ＧＳに対応する）高周波クロック生成回路１１、カウンタ１２、比較回路１３及び画素クロック制御回路１４  からなる。
【０１０４】
高周波クロック生成回路１１は、画素クロック：ＰＣＬＫの基準となる高周波クロック：ＶＣＬＫを生成する。カウンタ１２は、高周波クロック：ＶＣＫＬ  の立上がりで動作して該クロック：ＶＣＫＬをカウントする。比較回路１２はカウンタ１２のカウント値と「予め設定された値及び外部から与えられる画素クロックの遷移タイミング」として位相シフト量を指示する位相データと比較し、その比較結果にもとづき制御信号：ａ、制御信号：ｂを出力する。
【０１０５】
画素クロック制御回路１３は制御信号：ａ、ｂにもとづき、画素クロック：ＰＣＬＫの立ち上げ・立ち下げのタイミングを制御する。
【０１０６】
「位相データ」は、等間隔特性を補正するために、画素クロックの位相のシフト量を指示するためのデータで、一般に数ビットのデジタル値で与えられ、図示されないメモリに記憶されている。
【０１０７】
画素クロック生成回路１０の動作を図８に即して説明する。
画素クロック：ＰＣＬＫは高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周で得られ、標準ではデュティ比：５０％である。図８の（ａ）は、高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周に相当するデュティ比：５０％の標準の画素クロック：ＰＣＬＫを生成する様子を、（ｂ）は高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロック分だけ位相を進めた画素クロック：ＰＣＬＫを生成する様子を、（ｃ）は高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を遅らせた画素クロック：ＰＣＬＫクロックを生成する様子を示す。
【０１０８】
前述の説明のように、「画素クロックの時間幅」は、ある画素クロックの立ち上がりから次ぎの画素クロックの立ち上がりに至る時間であり、図８に即しての説明によれば、ある画素クロックに続く画素クロックの位相を±１／８クロック分変化させることにより、画素クロックの時間幅を「１／８クロック分」だけ変化させることができる。
【０１０９】
図８（ａ）においては、位相データとして「７」の値が与えられている。比較回路１３には予め「３」が設定されている。カウンタ１２は高周波クロック：ＶＣＬＫの立上がりで動作しカウントを行う。比較回路１３は、カウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号：ａを出力する。
【０１１０】
画素クロック制御回路１４は、制御信号：ａが「Ｈ」になっていることから、クロックのタイミング▲１▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｈ」から「Ｌ」に立ち下げる。次いで、比較回路１３は、与えられた位相データ「７」とカウンタ１２のカウント値を比較し、両者が一致したら制御信号：ｂを出力する。図８（ａ）では、カウンタ１２のカウント値が「７」になったところで、比較回路１３が制御信号：ｂを出力する。
【０１１１】
画素クロック制御回路１４は、制御信号：ｂが「Ｈ」になっていることからクロックのタイミング▲２▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｌ」から「Ｈ」に立ち上げる。この時、比較回路１３は同時にカウンタ１２をリセットさせ、再び０からカウントを行わせる。
【０１１２】
このようにして、図８（ａ）に示すように、高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周に相当するデュティ比：５０  ％の画素クロック：ＰＣＬＫを生成できる。比較回路１３の設定値を変えれば、デュティ比が変化する。
【０１１３】
図８（ｂ）においては、位相データ「８」が与えられている。カウンタ１２は高周波クロック：ＶＣＬＫのカウントを行い、比較回路１３は、カウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号：ａを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号：ａが「Ｈ」になっていることから高周波クロックのタイミング▲１▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｈ」から「Ｌ」に立ち下げる。
【０１１４】
次いで、比較回路１３は、カウンタ１２の値が与えられた位相データ「８」と一致したら制御信号：ｂを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号：ｂが「Ｈ」になっていることから、高周波クロックのタイミング▲２▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｌ」から「Ｈ」に立ち上げる。このとき比較回路１３が同時にカウンタ１２をリセットさせ、再び０からカウントを行わせて行く。
【０１１５】
このようにして、図８（ｂ）に示すように、高周波クロック：ＶＣＬＫの８分周クロックに対して「１／８クロック分だけ位相を進ませた画素クロック：ＰＣＬＫ」を生成できる。位相データとして「８」の代わりに「９」を与えておけば、上記位相の進みを画素クロックの２／８だけ進めることができ、これにより、実施例１に即して説明した「画素クロックの時間幅を１０／８」に変化させることができる。
【０１１６】
図８（ｃ）において、位相データ「６」が与えられている。カウンタ１２が画素クロック：ＶＣＬＫのカウントを行い、比較回路１３は、カウンタ１２の値が「３」になったところで制御信号：ａを出力し、画素クロック制御回路１４は制御信号：ａが「Ｈ」になっていることから高周波クロックのタイミング▲１▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｈ」から「Ｌ」に立ち下げる。
【０１１７】
次いで、比較回路１３は、カウンタ１２のカウント値が与えられた位相データ「６」と一致したら制御信号：ｂを出力する。画素クロック制御回路１４は、制御信号：ｂが「Ｈ」になっていることから、高周波クロックのタイミング▲２▼で画素クロック：ＰＣＬＫを「Ｌ」から「Ｈ」に立ち上げる。
【０１１８】
この時、同時にカウンタ１２をリセットさせ再び０からカウントを行わせる。このようにして、図８（ｃ）に示すように、高周波クロック：ＶＣＬＫ  の８分周クロックに対して１／８クロックだけ位相を遅らせた画素クロック：ＰＣＬＫを生成できる。
【０１１９】
なお、位相データを、画素クロック：ＰＣＬＫの立上がりに同期させて与えると、画素クロック：ＰＣＬＫの位相を高周波クロック：ＶＣＬＫの１クロックごとに変化させることが可能となる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規なライン像走査型画像表示装置を実現できる。この装置では、走査レンズ系が「主に像面湾曲の補正」を行なえばよいので、走査レンズ系を単レンズあるいは少ない枚数で構成できるため、ライン像走査型画像表示装置をコンパクト且つ低コストで構成できる。
【０１２１】
また、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、走査レンズ系で補正できなかった等間隔特性を有効に補正して、良好な２次元画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ライン像走査型画像表示装置の実施の１形態を説明するための図である。
【図２】走査レンズ系の実施例１の像面湾曲と、等間隔特性に対応するリニアリティを示す図である。
【図３】実施例１に関するリニアリティと、これを画素クロックに時間幅の異なる画素の数の調整により調整した後のリニアリティを説明するための図である。
【図４】走査レンズ系の実施例２に関する像面湾曲とリニアリティを示す図である。
【図５】走査レンズ系の実施例３に関する像面湾曲とリニアリティを示す図である。
【図６】ライン像走査型画像表示装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図７】画素クロック生成回路を説明するための図である。
【図８】図７の画素クロック生成回路による画素クロックの発生と、画素クロックの時間幅の変更を説明するための図である。
【符号の説明】
１      照明光学系
３      半透鏡
６      結像レンズ系
７      偏向手段
８      走査レンズ系
９      画像表示面の実体をなすスクリーン
【図１】
2004279544.tif 000010
【図２】
2004279544.tif 000011
【図３】
2004279544.tif 000012
【図４】
2004279544.tif 000013
【図５】
2004279544.tif 000014
【図６】
2004279544.tif 000015
【図７】
2004279544.tif 000016
【図８】
2004279544.tif 000017