(57)【要約】【課題】ライン像走査型画像表示装置において、走査光学系を簡素かつ小型化ならしめ、なおかつ、画像表示面上に適正な２次元の画像を表示できるようにする。【解決手段】１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する光変調手段１０、２０における光変調素子の配列を物体とし、各光変調素子からの光束を物体光として結像光学系３０により伝達して所定のＶ方向の１次元状のライン像として結像させ、結像光学系３０から射出する光束を、偏向手段４０によりＶ方向に対して直交するＨ方向に偏向走査し、偏向された光束に対し走査光学系５０により、主として像面湾曲を補正し、表示画像の像面を平面化するライン像走査型画像表示装置であって、走査光学系５０は主として像面湾曲を補正するに足る僅少な屈折力を有し、偏向手段に近接して配置されるＮ（１≦Ｎ≦２）枚のレンズで構成され、光変調手段における光変調素子の使用数：Ａを、表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御する、光変調素子使用数制御手段７２、７４を有する。【選択図】図１
2005092015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する光変調手段と、
この光変調手段における上記光変調素子の配列を物体とし、上記各光変調素子からの光束を物体光として伝達し、所定のＶ方向の１次元状のライン像として結像させる結像光学系と、
この結像光学系から射出する光束を、上記Ｖ方向に対して直交するＨ方向に偏向走査する偏向手段と、
この偏向手段により偏向された光束に対し、主として像面湾曲を補正し、表示画像の像面を平面化する走査光学系とを有し、
上記走査光学系は主として像面湾曲を補正するに足る僅少な屈折力を有し、上記偏向手段に近接して配置されるＮ（１≦Ｎ≦２）枚のレンズで構成され、
上記光変調手段における光変調素子の使用数：Ａを、上記表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御する光変調素子使用数制御手段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。
【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、
光変調素子使用数制御手段が、表示画像のＨ方向における周辺部を走査するときの光変調素子の使用数：Ａ（周辺部）を、上記表示画像のＨ方向における中心部を走査するときの使用数：Ａ（中心部）より少なくするように可変制御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３】
請求項２記載のライン像走査型画像表示装置において、
光変調素子使用数制御手段が、光変調素子の使用数：Ａを、表示画像の中心部から周辺部へ向かうに従って徐々に減少させるように可変制御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、
光変調素子使用数可変手段が、
表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、上記結像光学系の光軸から最も離れた画素に対応する光変調素子から順に非使用状態とするように可変制御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、
結像光学系は光変調手段側がテレセントリックであるとともに、偏向手段近傍に実質的な絞り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。
【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、
結像光学系が、光変調手段側から偏向手段側へ向かって順次、強い正のパワーを有する単レンズと、３枚以上のレンズから成るレンズ群を配置してな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６記載のライン像走査型画像表示装置において、
光変調手段側に配置される強い正のパワーを有する単レンズの少なくとも１面が、Ｖ方向とＨ方向で近軸曲率がほぼ等しいトロイダル面であるか、もしくは特殊トロイダル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８】
請求項１〜７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、
走査光学系が、Ｖ方向・Ｈ方向共に補正過剰の像面湾曲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。
【請求項９】
請求項８記載のライン像走査型画像表示装置において、
走査光学系が、少なくとも１面が共軸非球面である単レンズ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、
偏向手段がガルバノミラーであり、
表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で長くするように画像信号を処理する画像信号処理手段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。
【請求項１１】
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、
偏向手段がポリゴンミラーであり、
表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で短くするように画像信号を処理する画像信号処理手段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。
【請求項１２】
請求項１〜１１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、
表示画像を結像させる画像表示面としてスクリーン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。
【請求項１３】
請求項１２記載のライン像走査型画像表示装置において、
走査光学系とスクリーンとの間の光路を、１枚以上の折り返しミラーで屈曲さ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１４】
請求項４記載のライン像走査型画像表示装置において、表示画像のＶ方向の歪みを補正する方法であって、
表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、上記結像光学系の光軸から最も離れた画素に対応する光変調素子から順に非使用状態とするように可変制御することを特徴とする表示画像の歪み補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はライン像走査型画像表示装置および表示画像の歪み補正方法に関する。この発明のライン像走査型画像表示装置は、プロジェクタ等の投影装置や車載ナビゲータ、各種ディスプレイに利用できる。
【背景技術】
【０００２】
「１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する光変調手段」における各光変調素子からの光を結像光学系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、走査光学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】
「１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する光変調手段」としては、ＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）やＬＤアレイ、さらにはデジタル・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】
このようなライン像走査型画像表示装置で、平面状の画像表示面に「長方形形状の適正な２次元の画像」を光学的に得ようとすると、偏向光束に作用する走査光学系には、像面湾曲補正機能や歪曲収差補正機能、さらには画像表示面上の走査速度を等速化する等速化機能が必要とされる。これらの機能の全てを光学的に良好に実現することは「少ないレンズ枚数の走査光学系」では極めて困難であり、このため走査光学系を構成するレンズ枚数が増大してしまう。
【０００５】
このようにレンズ枚数の多い走査光学系の場合、レンズ枚数の多いことに起因してコスト高を招来するのみならず、偏向光束の偏向範囲をカバーするために、偏向手段から離れる位置に配置されるレンズほど大型になるため、画像表示装置自体も大型化し易い。
【０００６】
光プリンタ等に関連して知られた光走査装置の技術分野においては「光走査の等速特性を電気的に補正する技術」が従来から知られている（特許文献３）。
【０００７】
しかしながら、像面湾曲は電気的には補正できず、従来は、像面湾曲・歪曲収差とも特許文献１のように光学的に行われており、このため、走査光学系のレンズ枚数が増大する（例えば、特許文献１記載のものでは走査光学系はレンズ３〜５枚で構成されている。）という事態を招来していた。
【０００８】
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、ライン像走査型画像表示装置において、走査光学系を簡素かつ小型化ならしめ、なおかつ、画像表示面上に適正な２次元の画像を表示できるようにし、もって、ライン像走査型画像表示装置の低コスト化・コンパクト化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明のライン像走査型画像表示装置は、光変調手段、結像光学系、偏向手段、走査光学系を有する。  
「光変調手段」は、１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する。微小な光変調素子はその個々が「１画素」の表示を受け持つ。  
「結像光学系」は、光変調手段における光変調素子の配列を物体とし、各光変調素子からの光束を物体光として伝達し、所定のＶ方向の１次元状のライン像として結像させる。
【００１１】
即ち、ライン像の長手方向がＶ方向である。Ｖ方向が「光変調手段における光変調素子の配列方向」に対応することは言うまでもない。
【００１２】
光変調手段において、多数の光変調素子は１次元状に配列されるが、配列は１列配列に限らない。例えば、光変調素子を互いに平行且つ近接させて３列に配列し、配列の１列を赤画像表示用の素子列、別の１列を緑画像表示用の素子列、他の１列を青画像表示用の素子列とすることができる。このような場合、画像表示面上には、赤・緑・青の３列のライン画像が互いに平行且つ近接して結像することになる。
【００１３】
光変調手段は、ＬＥＤアレイ等のように自己発光型のものでもよいし、特許文献２により公知のＢＢＬＶやデジタル・マイクロミラー・デバイスを外部の光源からの光で照射するようにしたものでも良い。
【００１４】
「偏向手段」は、結像光学系から射出する光束を、Ｖ方向に対して直交するＨ方向に偏向走査する。  
「走査光学系」は、偏向手段により偏向された光束に対し、主として像面湾曲を補正し、表示画像の像面を平面化する光学系である。表示画像は、実態的には「平面的な画像表示面」に表示される。
【００１５】
上述の如く、結像光学系は「各光変調素子からの光束を物体光として伝達して１次元状のライン像として結像させる機能」を有するから、１次元状のライン像それ自体は結像光学系により結像するが、走査光学系を用いることなく偏向手段による偏向を行うと、ライン像の走査により表示される表示画像の像面は平面ではなく「円筒面状」になる。走査光学系は、このような円筒面状の像面を像面湾曲とし、この像面湾曲を補正して表示画像の像面を平面化し、画像表示面と合致させるのである。従って、走査光学系は、像面湾曲を補正し、表示画像の像面を平面化する機能を持たねばならない。
【００１６】
請求項１記載のライン像走査型画像表示装置は以下の点を特徴とする。  
即ち、走査光学系は、主として像面湾曲を補正するに足る「僅少な屈折力」を有し、偏向手段に近接して配置されるＮ（１≦Ｎ≦２）枚のレンズで構成される。  
また、光変調手段における光変調素子の使用数：Ａを、表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御する「光変調素子使用数制御手段」を有する。
【００１７】
走査光学系が「主として像面湾曲を補正する。」とは、走査光学系が像面湾曲のみを補正する場合と、他の補正機能を有する場合とを含む。他の補正機能とは、例えば等速化特性の補正とか歪曲収差（結像光学系により結像されるライン像には曲がりがないので、この場合の歪曲収差はＶ方向の歪曲収差である。）の補正等である。
【００１８】
走査光学系は「他の補正機能」を持たなくても良く、上記等速化特性補正機能や歪曲収差補正機能は、等速化特性や歪曲収差を若干改善する程度のものでもよい。走査光学系は「主として像面湾曲を補正するに足る僅少な屈折力」を有すれば足りるので、等速化特性や歪曲収差も、上記僅少な屈折力で補正できる範囲でよいのである。
【００１９】
換言すると、走査光学系に十分な歪曲収差補正機能がないので、像面湾曲を補正して表示画像を平面化すると、「ライン像の長さ」が、Ｈ方向の中央部から周辺部に向かうにつれて大きくなる。これが上に述べたＶ方向の歪曲収差である。
【００２０】
この発明のライン画像走査型画像表示装置では、このようなＶ方向の歪曲収差による表示画像の変形を補正するために、光変調手段における光変調素子の使用数：Ａを、表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御するのであり、請求項１記載のライン画像走査型画像表示装置は、これを実行するための「光変調素子使用数制御手段」を有するのである。  
「光変調素子使用数制御手段」は、具体的にはマイクロコンピュータやあるいはその機能の一部として設定できる。
【００２１】
請求項１記載のライン像走査型画像表示装置の光変調素子使用数制御手段は「表示画像のＨ方向における周辺部を走査するときの光変調素子の使用数：Ａ（周辺部）を、表示画像のＨ方向における中心部を走査するときの使用数：Ａ（中心部）より少なくする」ように可変制御することができる（請求項２）。この場合、光変調素子使用数制御手段が「光変調素子の使用数：Ａを、表示画像の中心部から周辺部へ向かうに従って徐々に減少させる」ように可変制御することができ（請求項３）、さらに「表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、結像光学系の光軸から最も離れた画素に対応する光変調素子から順に非使用状態とする」ように可変制御することができる（請求項４）。
【００２２】
走査光学系の向きや構成によっては、Ｈ方向の中途部分を走査するときに「ライン画像の端部位置」が単純には高くならず部分的に低くなることがあり、中途部分で使用数：Ａの減少の割合を減らしてライン画像の長さの歪みを補正できる。このときでも、請求項２記載のように「周辺部では使用数：Ａを少なくする」ように設定するのが全体の性能からは望ましく、画素数をより少にして歪みを補正する。
【００２３】
また、請求項３記載のように、Ｈ方向の中心部から周辺部に向かうにつれて、使用数：Ａを徐々に減少させることは、走査光学系に非球面を多用しない場合や、多用してもあまり高次の項を使用しない場合や、球面を主体にした像面湾曲補正などの場合の補正方法として有効である。
【００２４】
請求項４記載の場合には、間引いた画素分だけ「Ｖ方向の画素数」が減るのでライン画像の明るさが低下するが、Ｖ方向の歪曲収差：１０％程度以下の通常の補正では、明るさの低下は実用上無視しても目立たない。明るさの低下が問題となるような場合には、ライン画像の走査に同期して光源の明るさを可変にするなどの方法で対処できる。
【００２５】
上記請求項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ける「結像光学系」は、光変調素子側がテレセントリックであるとともに、偏向手段近傍に実質的な絞りを有することが好ましい（請求項５）。この場合、結像光学系を「光変調手段側から偏向手段側へ向かって順次、強い正のパワーを有する単レンズと、３枚以上のレンズから成る群を配置した構成」とすることができる（請求項６）。
【００２６】
通常の光変調素子は「配列直交方向に発光が最大になる指向性」を有することが多いが、請求項５記載のように、結像光学系の光変調素子側をテレセントリックとすることにより、各光変調素子からの光取り込みの「バラツキ」を低減し、ライン画像の長手方向（Ｖ方向）の「明るさむら」を低減できる。また、偏向手段近傍に実質的な絞りを有するようにすることにより、偏向手段の偏向部を小さく設定でき、「偏向のバラツキ」や「駆動電力／消費電力」を低減でき、省エネにつながる。
【００２７】
請求項６記載のように結像光学系を構成すると、強い正のパワーを有する単レンズは光変調素子側をテレセントリックに構成するために極めて有効で、各光変調素子の指向中心の光を瞳の中心近傍に導く役割をする。勿論、この部分を２枚以上のレンズに分割し、各レンズのパワーを小さくして加工性を向上させるなどの効果を狙うことも可能である。
【００２８】
また、請求項６記載の場合における結像光学系の「３枚以上のレンズから成る群」は、走査光学系以後の画素の再現を大きく決定する部分であり（その思想で小型を実現しており）、特に白色光／多色光で使用し「色収差の補正が必要なとき」には、３枚以上の構成は必須である。この群は近軸色収差、球面収差、Ｖ方向の非点格差、コマ収差、倍率の色収差を補正し、像性能の多くを分担することで走査光学系を簡単にする。
【００２９】
請求項６記載のライン像走査型画像表示装置における結像光学系の「光変調手段側に配置される強い正のパワーを有する単レンズ」は、少なくとも１面を、Ｖ方向とＨ方向で近軸曲率が略等しいトロイダル面もしくは「特殊トロイダル面」とすることが好ましい（請求項７）。このような面を、画角で光線が分離している光変調素子側に配置されるレンズに適用することで、サジタル像面の制御を比較的独立して行うことができ、このレンズに続いて配置されるレンズ群の構成を簡素化でき、結像光学系が広角で明るい仕様が要求されるときなどに有効である。
【００３０】
請求項１〜７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「走査光学系」は、Ｖ方向・Ｈ方向共に「補正過剰の像面湾曲」を有するものであることができ（請求項８）、この場合、走査光学系を「少なくとも１面が共軸非球面である単レンズ」として構成することができる（請求項９）。
【００３１】
この発明のライン画像走査型画像表示装置では、走査光学系を用いない状態ではライン画像の走査による表示画像には、偏向手段による偏向の起点と像面との距離を半径とするアナモフィックな像面湾曲（円筒面形状）が発生する。従って、「走査光学系」の第１の役割はかかるアナモフィックな像面湾曲の補正であるが、Ｈ方向にパワーを持たないアナモフィック面で補正したのではＨ方向の像面を補正できない。従って、走査光学系はＶ方向とＨ方向とで、ともに補正過剰の像面湾曲を有することが必要である。光学系全体で像面湾曲が良好であるためには、結像光学系のＶ方向の像面湾曲は補正不足になっていることがよい。
【００３２】
請求項９記載のように、走査光学系を「少なくとも１面を共軸非球面とした単レンズ」とすることにより最小の構成枚数でありながら、走査全域で走査光学系としての光学性能を実現できる。勿論、両面を非球面としたり２枚構成にするなど、仕様に応じて使い分けすることもできる。
【００３３】
また、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、偏向手段を「ガルバノミラー（鏡面の偏向角が正弦振動する光偏向器）」とし、「表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で長くする」ように画像信号を処理する画像信号処理手段を有することができる（請求項１０）。「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。  
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はまた、偏向手段を「ポリゴンミラー」とし、「表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で短くする」ように画像信号を処理する画像信号処理手段を有することができる（請求項１１）。
【００３４】
請求項１０、１１の「画像信号処理手段」は、具体的にはマイクロコンピュータやその機能の一部として設定でき、上述の「光変調素子使用数制御手段」と共に同一のマイクロコンピュータで実現できる。
【００３５】
請求項１〜１１の任意の１に記載のライン像走査型画像表示装置は、表示画像を「ライン画像走査型画像表示装置とは別体」のスクリーンに表示するようにできることは勿論であるが、「表示画像を結像させる画像表示面としてスクリーン」を装置の一部として有することができ（請求項１２）、この場合、走査光学系とスクリーンとの間の光路を１枚以上の折り返しミラーで屈曲させた構成とすることができる（請求項１３）。このようにスクリーンを一体化することにより、リアプロジェクション型の画像表示装置を高性能且つ軽量・低コストに実現できる。
【００３６】
この発明の「表示画像の歪み補正方法」は上記請求項４記載のライン像走査型画像表示装置において、表示画像のＶ方向の歪みを補正する方法であって、表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、結像光学系の光軸から最も離れた画素に対応する光変調素子から順に非使用状態とするように可変制御する。
【発明の効果】
【００３７】
上記の如く、この発明においては、走査光学系に要求されるのは「主として像面湾曲を補正する機能」であり、これに必要な屈折力は僅少であるので、走査光学系を１枚もしくは２枚のレンズで構成してこれらを偏向手段に近接させて配置することができる。従って走査光学系をコンパクト且つ安価に実現でき、ライン画像走査型画像表示装置を低コスト且つコンパクトに実現できる。
【００３８】
また「光変調素子使用数制御手段」により、光変調手段における光変調素子の使用数：Ａを表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御することにより、Ｖ方向の歪曲収差を電気的手法で補正し、良好な表示画像を表示することができる。
【００３９】
請求項１０、１１記載の発明のように、画像信号処理手段により「表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で調整する」ことにより、ライン画像のＨ方向の走査の非等速性による表示画像の歪みを軽減もしくは補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１に即して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。  
図１（ａ）において、符号１０は照明光学系、符号２０は光変調器、符号３０は結像光学系、符号４０は偏向手段、符号５０は走査光学系、符号６０は画像表示面を示す。  
光変調器２０は自己非発光型で照明手段を必要とするものであり、照明光学系１０と光偏向器２０とにより「光変調手段」を構成している。
【００４１】
照明光学系１０は、ハロゲンランプのような「線状の発光源」を有するランプ１１からの光を、反射鏡１２とシリンドリカルレンズ１３とにより、光変調器２０の変調領域に、図１（ａ）の図面に直交する方向を長手方向とするスリット状に集光するように構成されている。ランプ１１の線状の発光源は、光変調器２０の変調領域長よりもやや長い発光長を有している。反射鏡１２の断面形状は円形状のほか、楕円、放物線や高次項を含む非円弧であってもよい。
【００４２】
光変調器２０は、反射型の光変調素子であるＢＢＬＶを、図１（ａ）において図面に直交する方向へ配列して有するものである。光変調素子であるＢＢＬＶは、図１（ｃ）左図に示すように、Ｖ字状の溝を有する基板２１上に、可撓性の短冊状反射部材２２をその１方の端部を固定してＶ字状の溝を跨ぐように配置し、開口を有する遮光板２３とカラーフィルタ２４を適宜の接合手法で一体化したものである。
【００４３】
図１（ｃ）左図は「光変調オン」の使用状態であり、照射される照明光Ｌが短冊状反射部材２２により反射され、画像光Ｌ０として遮光版２３の開口を通過し、カラーフィルタ２４を透過して色分解される。図１（ｃ）の右図は「光変調オフ」の非使用状態であり、短冊形反射部材２２はＶ字溝に沿って撓められ、反射光は遮光板２３により遮光される。
【００４４】
個々の短冊形反射部材のオンオフが１画素の情報を表すが、光変調器における１画素相当の大きさは１９μｍ×２０μｍであり、１９μｍ幅の方向が光変調素子の配列方向であり、配列ピッチは２０μｍである。
【００４５】
光変調器２０には、図１（ｃ）に即して説明した如きＢＢＬＶによる光変調素子が、図１（ｂ）に示すように３列に配列されている。光変調素子２０における配列ＬＲは赤、配列ＬＧは緑、配列ＬＢは青の画像情報を表現するためのものであり、それぞれ赤・緑・青のカラーフィルタで反射光を色分解する。各配列における光変調素子の配列数は７６８個であり、光変調素子の配列長は１５．３６ｍｍ（１９μｍ×７６８）である。
【００４６】
図１の実施の形態では、赤・緑・青の各色に光変調素子の１列が対応しているが、各色を光変調素子の複数列で構成するようにしてもよく、カラーフィルタに代えて３色の照明光をそれぞれ光変調素子列上に集光させても良い。ＥＬアレイ、ＬＥＤアレイ、ＬＤアレイのような自己発光型の光変調手段であれば照明光学系１０は不要である。
【００４７】
後述する実施例に示すように、結像光学系３０は複数枚のレンズにより構成されるが、光変調器２０側をテレセントリックにするため、光変調器２０側に比較的パワーの強い正レンズが用いられている。各光変調素子から射出する光束は、指向性の中心が光軸に平行である場合、結像光学系３０の入射瞳に向かって有効に光束を取り込むことができ、光変調素子配列方向の明るさのむらを低減できる。
【００４８】
また、実施例に示すようにパワーの強い正レンズに続き「３枚構成のレンズ群」が用いられている。結像光学系のみで考えると「後置して絞りがあるビハインド絞り」であるが「縮小共役側を像面にする通例」に従えば、技術的にはフロント絞りに分類されるレンズ系になる。
【００４９】
光変調器２０は結像光学系３０に対し「フルシフト状態」で配置され、図１（ａ）の図面に直交する方向において、光変調素子の配列の「一方の端部にある光変調素子」が結像光学系３０の光軸位置に位置するようになっている。
【００５０】
結像光学系３０は焦点距離：３６ｍｍ、共役長：１．５ｍで、画像表示面６０（実態的にはスクリーン面である。）上に３９倍の拡大像を結像する。従って、光変調器２０における配列長：１５．３６ｍｍの光変調素子列からの光は図１（ａ）の図面に直交する方向長さ：６００ｍｍの「ライン像」として結像する。このライン像の長手方向（図１（ａ）で図面に直交する方向）がＶ方向である。
【００５１】
図１の実施の形態では、偏向手段４０として「最大振れ角が１５度で正弦波振動するガルバノミラー」を用いている。偏向手段４０近傍に「実質的な絞り」を有するので、偏向手段の偏向ミラー面の有効径を最小にすることができ、回転駆動の精度向上や駆動電力の低減が可能となっている。
【００５２】
偏向手段４０がガルバノミラーであるため、偏向面に入射する光束の入射角は時間的に正弦波振動する。従って、画像表示面６０上におけるＨ方向でのライン像の移動を「光学的に等速化」するには、Ｈ方向の像高：ｈ、入射角：θ、像面までの距離：Ｌが、
ｈ＝Ｌ・ｓｉｎ-1(θ)
を満足するような「Ｈ方向の歪曲収差補正（等速性補正）」が必要である。
【００５３】
即ち、図１の実施の形態において、走査光学系５０に「このような歪曲収差補正」を行わせれば、ライン像の移動を光学的に等速化できるが、この実施の形態においては、走査光学系５０には「主として像面湾曲を補正するに足る僅少な屈折力」を持たせるので、走査光学系５０による上記等速性補正の実質的な補正は行わず、等速性補正は請求項１０記載の「表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で長くするように画像信号を処理する画像信号処理手段」を用いて電気的に行う。
【００５４】
ガルバノミラー４０の有効振れ角が結像光学系の光軸となす角：４５゜を基準に±８．２度である時、ミラーから１．４ｍ離れた画像表示面６０上で±４００ｍｍ（＝幅８００ｍｍ）のライン像走査を行うとき、走査の最周辺部で−７．５％のリニアリティが発生する。
【００５５】
このリニアリティ補正は以下の如くに行われる。  
図１（ａ）に示す高周波クロック発生回路７８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７６で分周することにより、画素クロックを生成している。走査の周辺部側でリニアリティが負であることは中心部に比べて走査速度が遅すぎることを意味するので、ｍ＋ｎの画素ラインのうちに、時間幅：８／８の画素クロックをｍ個、時間幅：９／８の画素クロックをｎ個とし、時間幅：９／８の画素クロックによる画素ラインの走査の長さを相対的に大きくし、クロックｍ、ｎの個数配分によりリニアリティの補正を行うことが可能である。
【００５６】
例えば、上記―７．５％のリニアリティを補正する場合であれば、
１／（１−７．５％）＝１／（１−０．０７５）＝｛ｍ＋（９ｎ／８）｝／（ｍ＋ｎ）
であるから、ｍ＝９、ｎ＝１９、ｍ＋ｎ＝２５がこの関係を満足する。
【００５７】
従って、２５個の画素ライン信号を出力するとき、時間幅：８／８の画素クロックを９回、時間幅：９／８の画素クロックを１６回、適当な配列のもとに繰り返す規則を用いることにより、−７．５％のリニアリティによる等速性のずれ（＝画素ラインの等間隔性のずれ）を補正できる。
【００５８】
ライン像をＨ方向に走査するにあたり、リニアリティは連続的に変化するが、走査領域を複数の区域に分割し、各区域におけるリニアリティの変化が略同程度となるように各区域の大きさを定め、これら区域ごとに上記の如き時間幅の異なる画素クロックの混合の割合を調整することにより、全走査領域でリニアリティを有効に補正可能である。この補正方法は、原理的に特許文献３に記載された方法と同じである。
【００５９】
図２は、Ｖ方向における歪曲の補正を説明するための図である。  
上に説明したように、図１の実施の形態において、光変調器２０は結像光学系３０に対してフルシフト状態で配置され、図１（ａ）の図面に直交する方向において、光変調素子配列の一方の端部にある光変調素子が、結像光学系３０の光軸上に位置するようになっている。
【００６０】
この状態で画像表示面上にライン像を結像させ、これをＨ方向に走査して表示される表示画像の状態を示したのが図２（ａ）である。同図における縦軸はＶ方向即ち「ライン像の長手方向」、横軸はＨ方向、即ち走査方向である。なお、Ｖ方向はＨ方向に比して縮小して描いてある。
【００６１】
Ｖ方向において、光変調器２０が結像素子３０に対してフルシフト状態では、光変調素子配列の一方の端部にある光変調素子からの光の「結像位置の軌跡（走査線）」は図２（ａ）のＶ＝０の横線ＳＬ０のように直線となり曲がりは発生しない。しかし、Ｖの値が大きくなるに従い走査線は「下向きに凸の弓形」に曲がり、他端の光変調素子からの光の走査線は図２（ａ）の曲線ＳＬ１のようになる。走査線ＳＬ１のＶ座標は、Ｈ＝０（ガルバノミラーの偏向ミラーが基準位置：４５度にあるときのライン像の結像位置）において６００ｍｍであるが、Ｈ＝±２００ｍｍではＶ＝６０６．８ｍｍ、Ｈ＝±４００ｍｍ（偏向ミラーが基準位置±８．２度にあるときのライン像の結像位置）ではＶ＝６３０．８ｍｍとなる。
【００６２】
即ち、光偏向器２０における７６８個の光変調素子の配列によるライン像は、Ｈ＝±４００では６３０．８ｍｍの長さに結像する。これはＨ＝０におけるライン像の長さ：６００ｍｍに対して、
６００／６３０．８＝０．９５１２≒０．９５＝１９／２０
から１９：２０である。
【００６３】
即ち、Ｈ＝０における光変調素子１９個分の配列が、Ｈ＝±４００では２０個分の配列に拡大されていることになる。従って、Ｈ＝±４００ｍｍの位置にライン像を結像させるときには、光変調素子の配列：２０個ごとに１個を間引いて「オフ状態」とし、オフ状態となった部分を埋め合わせるように、隣接する画素を光軸方向（Ｖ＝０の方向）へ順次シフトさせ、７６８個のうち「周辺部の３８個を非使用状態にする」と、
６３０．８・（７６８−３８）／７６８＝５９９．５９≒６００ｍｍ
となり、周辺部以外の使用状態にある７３０個の光変調素子により表された物体の、Ｈ＝±４００ｍｍにおけるライン像の長さを６００ｍｍに補正することができる。
【００６４】
同様に、任意のＨ位置におけるライン像の長さをＶ（Ｈ）とし、Ｖ（Ｈ）／Ｖ（０）に応じて光変調素子の「間引き数」を決定し、これら非使用の画素を周辺部にシフトさせ、周辺部の光変調素子を除く「使用状態の光変調素子」でライン画像を表示すれば、ライン像のＨ方向の表示領域にわたってライン像の長さを実質的に一定に揃えることができる。なお、間引く画素は、一定間隔ごとに間引くようにしても良いしランダムに間引くようにしても良い。
【００６５】
例えば、Ｈ＝±２００ｍｍでのライン像の長さは６０６．８ｍｍで、
６００／６０６．８＝０．９８８８≒０．９９＝９９／１００
であるから、光変調素子の配列１００個ごとに１個を間引き、７６８個のうち周辺部８個の光変調素子を非使用状態にすることにより、
６０６．８・（７６８−８）／７６８＝６００．４８≒６００
となり、ライン像の長さを６００ｍｍに補正できる。
【００６６】
ライン像の長さ：Ｖ（Ｈ）のＨによる変化は一様でないが、実用的には「同じ規則の補正（例えば、Ｈの増加と共に、画素の間引き数を直線的あるいは等差的に増加させる規則の補正）」でも表示画像の歪みを低減できるし、このような同じ規則の補正は比較的簡単に実施できる。
【００６７】
図２（ｂ）において「Ｖ方向に並んだ升目」は光変調器の光変調素子の像を模型化して示している。ハッチを付した升目は「間引かれる画素」を示し、矢印は、間引かれた画素に隣接する画素を結像光学系の光軸方向へ順次シフトすることを示している。図２（ｃ）では、間引かれて非使用状態となった画素がライン画像の周辺部に集められた状態を示している。図２（ｃ）において破線で示す枠は、上記の如く補正された「表示画像の輪郭」を示している。
【００６８】
以上、ライン像の走査に伴う表示画像の歪みの低減について説明したが、「結像光学系のＶ方向の歪曲収差を含むＶ方向の画素間隔の補正」を上記補正に含めて同時に実行することも可能である。
【００６９】
上記の「光変調手段における光変調素子の使用数：Ａ（光変調素子の配列数から非使用状態の光変調素子数を差し引いた数）を、表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御する光変調素子使用数制御手段は、図１（ａ）に示すフレームメモリ７２と画像処理部７４とで構成される。
【００７０】
即ち、フレームメモリ７２に記憶された画像情報（各画素に応じて光変調素子のオンオフを決定する情報）から、光変調素子の配列１ライン分の情報ごとに、間引く画素を決定して画素を間引いた後の情報を連続させて（間引いた画素の隣接画素を順次結像光学系の光軸方向へシフトさせることにより行う。）１ライン像の画像情報として、変調回路７０に入力させる。
【００７１】
このようにして、表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、結像光学系の光軸から最も離れた画素から順に非使用状態とするように可変制御する「表示画像の歪み補正方法（請求項１４）」が実施される。
【００７２】
以下、結像光学系と走査光学系との具体的な実施例を挙げる。
【００７３】
各実施例とも、結像光学系は、強い正のパワーを有し、光変調器側から数えて第２面がＸＺ面（図１（ａ）の図面に平行な面）内に非円弧形状を有する「湾曲軸トロイダル面」である単レンズを光変調器側に配し、その偏向手段側に４枚構成のレンズ群を配して構成されている。偏向手段であるガルバノミラーは図１（ａ）に示す如く、結像光学系の光軸に対して偏向ミラーを４５度傾けた状態を基準位置とし、光変調器側からの光線は直角に曲げられ走査光学系に入射する。
【００７４】
「非球面」は座標を光軸方向：Ｘ、Ｖ方向：Ｙ、Ｈ方向：Ｚとし、Ｖ方向の近軸曲率半径：Ｒｖ、Ｈ方向の近軸曲率半径：Ｒｈ、曲率半径の逆数である曲率（Ｃ＝１／Ｒ）を用いて、Ｖ方向断面（ＸＹ面）の非円弧形状をＸ軸に回転して得られる周知の式：
Ｘ＝Ｃv・Ｙ2/[１＋√{１−(Ｋv＋１)・Ｃv2・Ｙ2}]＋ａ04・Ｙ4＋ａ06・Ｙ6
＋ａ08・Ｙ8＋ａ10・Ｙ10＋ａ12・Ｙ12
で表現する。
【００７５】
「特殊トロイダル面」は、ＸＺ面内に非円弧形状を有する湾曲軸トロイダル面であり、Ｙ方向に曲率が変化する項  
Ｃs＝Ｃｈ＋ｂ02・Ｙ2＋ｂ04・Ｙ4＋ｂ06・Ｙ6＋ｂ08・Ｙ8＋ｂ10・Ｙ10＋ｂ12・Ｙ12
を用い、
Ｘ＝Ｃv・Ｙ2／［１＋√｛１−（Ｋv＋１）・Ｃv2・Ｙ2｝］＋ａ04・Ｙ4＋ａ06・Ｙ6
＋ａ08・Ｙ8＋ａ10・Ｙ10＋ａ12・Ｙ12
＋Ｃs・Ｚ2／［１＋√｛１−（Ｋｈ＋１）・Ｃs2・Ｚ2｝］
＋(ｄ00＋ｄ02・Ｙ2＋ｄ04・Ｙ4＋ｄ06・Ｙ6＋ｄ08・Ｙ8＋ｄ10・Ｙ10＋ｄ12・Ｙ12)・Ｚ4
で表現される。なお、各実施例ともＫｖ＝Ｋｈ＝０である。
【実施例１】
【００７６】
走査光学系は両面非球面の単レンズである。
No.  面の説明            Rv        d        Nd      νｄ
00  光変調素子           0.0      16.862
01  球面                69.644     9.37    1.70091   54.52
02  特殊トロイダル面   -34.451     6.06
03  球面                18.604     5.87    1.69680   55.46
04  球面                88.046     1.517
05  球面               -91.461     0.8     1.77737   25.53
06  球面                17.198     7.04
07  球面               -14.087     3.78    1.84666   23.78
08  球面               -17.821     0.1  
09  球面               500.000     3.29    1.69680   55.46
10  球面               -26.321     7.0
11  偏向面               0.0      10.0
12  非球面              48.188     3.0     1.53046   55.84
13  非球面              49.361                                    。
【００７７】
第２面：ＸＺ面内に非円弧形状を有する湾曲軸トロイダル面
Rh = -34.451  
面の係数
0/8次        2/10次    4/12次        6次
a                                      5.447E-06    -7.842E-09
3.277E-11   -6.611E-14   5.638E-17
b                          2.775E-05  -1.534E-07     9.445E-10
-4.788E-12    1.215E-14  -1.159E-17
d             6.774E-06    7.249E-08  -6.972E-09     1.097E-10
-7.184E-13    2.086E-15  -2.222E-18                  。
【００７８】
第１２面：非球面
面の係数
0/8次        2/10次     4/12次        6次
a                                      2.389E-06     -3.456E-08
3.672E-10   -1.869E-12   2.591E-15
第１３面：非球面
面の係数
0/8次        2/10次     4/12次        6次
a                           2.816E-06  -3.374E-08
3.168E-10   -1.402E-12   1.727E-14                    。
【００７９】
入射瞳位置：光変調器から無限遠、物体側ＮＡ＝０．１８３、半画角＝２４．２°、ガルバノミラーの有効偏向角：±８．２°、光線偏向範囲：±１６．４°、Ｈ方向走査長：±４００ｍｍ。
【００８０】
図３に、実施例１の結像光学系と走査光学系のレンズ構成を示す。（ａ）はＸＹ面内の図、（ｂ）はＸＺ面内の図である。符号Ｌ１は「強い正のパワーを有し、光変調器側から数えて第２面がＸＺ面内に非円弧形状を有する「湾曲軸トロイダル面」である単レンズ、符号４０はガルバノミラー、符号Ｌ６は走査光学系を構成する単レンズを示す。ＸＹ断面で光変調器２０は完全にシフトされ、光軸より下方に配置されている。
【００８１】
実施例１に関する歪曲収差図を図４に、ＭＴＦ特性図を図５に示す。ＭＴＦはｄ線（５８７．６ｎｍ）、ｇ線（４３５．８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（６３２．８ｎｍ）に、２：１：１のウエイトをかけた波動光学系な計算値である。３つの図はそれぞれ画像表示面上のＨ＝０．０、Ｈ＝±２００、Ｈ＝±４００で、各図にはＶ＝０．０、Ｖ＝３００、Ｖ＝６００における特性を、Ｙ軸にＭＴＦ、Ｘ軸にデフォーカスをとり表示してある。実線は「Ｖ方向」、破線あるいは鎖線は「Ｈ方向」である。プロットした周波数はナイキストである０．６４本／ｍｍである。
【実施例２】
【００８２】
走査光学系は、球面だけで構成される２枚のレンズである。
No.  面の説明            Rv          d      Nd      νｄ
00  光変調素子          0.0        18.12
01  球面               86.342       7.84   1.70091   54.52
02  特殊トロイダル面  -36.641       6.06
03  球面               18.220       5.87   1.69680   55.46 
04  球面               85.420       1.26
05  球面             -139.68        0.8    1.77737   25.53
06  球面               17.203       6.33
07  球面              -14.226       3.78   1.84666   23.78
08  球面              -17.795       0.1 
09  球面              437.695       3.29   1.69680   55.46
10  球面              -27.978       7.0 
11  偏向面              0.0         7.0
12  球面               51.922       3.0    1.53046   55.84
13  球面               52.054       7.0
14  球面             -133.97        3.0    1.53046   55.84
15  球面             -122.02                                。
【００８３】
第２面：ＸＺ面で非球面を有する湾曲軸トロイダル面
Rh = -36.641
面の係数
0/8次        2/10次        4/12次        6次
a                                        5.084E-06    -6.252E-09
1.914E-11  -3.080E-14    1.762E-17
b                          2.404E-05   -7.583E-08      3.212E-10
-2.835E-12   1.148E-14   -1.512E-17
d              5.255E-06   1.019E-07   -6.173E-09      9.952E-11
-7.186E-13   2.349E-15   -2.841E-18                    。
【００８４】
入射瞳位置：光変調器から３７０ｍｍ、ガルバノミラーの有効偏向角：±８．３°、光線偏向範囲：±１６．６°、Ｈ方向走査長：±４００ｍｍ。他は実施例１と同じである。
【００８５】
図６に、実施例２の結像光学系と走査光学系のレンズ構成を図３に倣って示す。符号Ｌ６、Ｌ７が走査光学系を構成する２枚の球面レンズを示している。また、実施例２に関する歪曲収差図・ＭＴＦ特性図を、それぞれ図４、図５に倣って図７、図８に示す。
【００８６】
図９は、図１に示す実施の形態において、偏向手段４１として「ポリゴンミラー」を用いた例を示している。この場合には等速特性はｆθ特性であるが、実施例１の方法と同様の方法を適用して補正することができる。
【００８７】
図１０は、図１に示す実施の形態の変形例で、表示画像を結像させる画像表示面としてスクリーンＳＣを有し、走査光学系５０とスクリーンＳＣとの間の光路を、１枚以上の折り返しミラーＭＬで屈曲させた構成となっている。
【００８８】
図１（図９）に実施の形態を示したライン像走査型画像表示装置は、１次元状に配列された多数の微小な光変調素子を有する光変調手段１０、２０と、この光変調手段における光変調素子の配列を物体とし、各光変調素子からの光束を物体光として伝達し、所定のＶ方向の１次元状のライン像として結像させる結像光学系３０と、この結像光学系３０から射出する光束を、Ｖ方向に対して直交するＨ方向に偏向走査する偏向手段４０（４１）と、この偏向手段により偏向された光束に対し、主として像面湾曲を補正し、表示画像の像面を平面化する走査光学系５０とを有し、走査光学系５０は主として像面湾曲を補正するに足る僅少な屈折力を有し、偏向手段に近接して配置されるＮ（１≦Ｎ≦２）枚のレンズで構成され、光変調手段における光変調素子の使用数：Ａ（光変調素子の配列数から前記間引き数を差し引いた数）を、表示画像のＨ方向の位置に応じて可変制御する、光変調素子使用数制御手段７２、７４を有する（請求項１）。
【００８９】
光変調素子使用数制御手段７２，７４は、表示画像のＨ方向における周辺部を走査するときの光変調素子の使用数：Ａ（周辺部）を、表示画像のＨ方向における中心部を走査するときの使用数：Ａ（中心部）より少なくするように可変制御し（請求項２）、また、使用数：Ａを、表示画像の中心部から周辺部へ向かうに従って徐々に減少させるように可変制御する（請求項３）。
【００９０】
光変調素子使用数可変手段７２，７４はまた、表示画像のＨ方向における中心部から周辺部へ向かうに従って、光変調手段に印加する画像信号における画素変調信号を、表示画像のＨ方向の位置に対する所定の関係で間引くことにより使用数：Ａを変化させるとともに、間引かれなかった表示画素を結像光学系の光軸側へ順次シフトさせ、結像光学系３０の光軸から最も離れた画素に対応する光変調素子から順に非使用状態とするように可変制御する（請求項４）。結像光学系３０は光変調手段側がテレセントリックであるとともに、偏向手段近傍に実質的な絞りを有する（請求項５）。
【００９１】
また、上に挙げた実施例１、２の結像光学系は、光変調手段側から偏向手段側へ向かって順次、強い正のパワーを有する単レンズＬ１と、３枚以上のレンズから成る群を配置してなり（請求項６）、光変調手段側に配置される強い正のパワーを有する単レンズＬ１の少なくとも１面（第２面）が、特殊トロイダル面であり（請求項７）、また、これら実施例における走査光学系は、Ｖ方向・Ｈ方向共に補正過剰の像面湾曲を有し（請求項８）、実施例１では走査光学系は、両面が共軸非球面である単レンズである（請求項９）。
【００９２】
図１のライン像走査型画像表示装置においては、偏向手段４０がガルバノミラーであり、表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で長くするように画像信号を処理する画像信号処理手段７６、７８を有する（請求項１０）。図９のライン像走査型画像表示装置においては、偏向手段４１がポリゴンミラーであるから、画像信号処理手段７６、７８は、表示画像のＨ方向における中心部から周辺部に向かうに従い、光変調手段における１画素の変調時間を画素ライン単位で短くするように画像信号を処理する（請求項１１）。
【００９３】
また、図１０に実施の形態を示したライン像走査型画像表示装置は、表示画像を結像させる画像表示面としてスクリーンＳＣを有し（請求項１２）、走査光学系５０とスクリーンＳＣとの間の光路を、１枚の折り返しミラーＭＬで屈曲させた構成となっている（請求項１３）。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】ライン像走査型画像表示装置の実施の形態を説明するための図である。
【図２】発明の特徴部分を説明するための図である。
【図３】実施例１の結像光学系と走査光学系のレンズ構成を示す図である。
【図４】実施例１の歪曲収差を示す図である。
【図５】実施例１のＭＴＦ特性図を示す図である。
【図６】実施例２の結像光学系と走査光学系のレンズ構成を示す図である。
【図７】実施例２の歪曲収差を示す図である。
【図８】実施例２のＭＴＦ特性図を示す図である。
【図９】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１０】ライン像走査型画像表示装置の実施の他の形態を特徴部分のみ略示する図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０      照明光学系
２０      光変調器
３０      結像光学系
４０      偏向手段
５０      走査光学系
【図１】
2005092015.tif 000003
【図２】
2005092015.tif 000004
【図３】
2005092015.tif 000005
【図４】
2005092015.tif 000006
【図５】
2005092015.tif 000007
【図６】
2005092015.tif 000008
【図７】
2005092015.tif 000009
【図８】
2005092015.tif 000010
【図９】
2005092015.tif 000011
【図１０】
2005092015.tif 000012