(57)【要約】【課題】良好な画質をもって横長の画像の表示を行う。【解決手段】１次元空間光変調素子により変調された光を、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナ２０により、１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査して、画像を投射する構成とする。４面もしくは５面ポリゴンスキャナを用いることによって、光学的な精度を保ち、かつ効率よく光を投射することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元空間光変調素子により変調された光が、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナにより、前記１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査されて、画像が表示される
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記ポリゴンスキャナにより、円筒面に画像が表示される
ことを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記１次元空間光変調素子として、回折素子型の静電駆動素子が用いられる
ことを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【請求項４】
１次元空間光変調素子により変調された光が、ポリゴンスキャナにより、前記１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査されて画像が表示され、
前記ポリゴンスキャナは、画像信号における走査方向の解像度又はフレームレートに対応して回転数が制御される
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項５】
前記ポリゴンスキャナとして、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナが用いられる
ことを特徴とする請求項４記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記ポリゴンスキャナにより、円筒面に画像が表示される
ことを特徴とする請求項４記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記１次元空間光変調素子として、回折素子型の静電駆動素子が用いられる
ことを特徴とする請求項４記載の画像投射装置。
【請求項８】
１次元空間光変調素子により光を変調して出射する２つの変調光学系と、
前記１次元空間光変調素子により変調された光を走査して平面像にする１つのポリゴンスキャナと、を有して成り、
前記変調光学系の光軸が、前記ポリゴンスキャナの回転軸から偏心して配置されて成る
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項９】
前記２つの変調光学系の光軸の成す角が、前記ポリゴンスキャナの隣り合うミラー面の成す角と略等しくされて配置された
ことを特徴とする請求項８記載の画像投射装置。
【請求項１０】
前記ポリゴンスキャナの回転軸に対する前記変調光学系の光軸の偏心量Δが、前記ポリゴンスキャナのミラー面の内接円の半径をｒｍ、前記ミラー面の面数をＮｍとすると、
Δ＝ｒｍ×ｓｉｎ［９０°／Ｎｍ］
で表される
ことを特徴とする請求項８記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次元空間光変調素子により画像情報に対応して変調した光を投射して画像を表示する画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高臨場感ディスプレーの要件として、高解像度、広色域、広視野角、高フレームレートが必要とされている。広視野角をプロジェクタ１台で実現しようとした場合、液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの２次元型の空間光変調素子を用いて巨大なスクリーンや曲面スクリーンに投影する方法が一般的に用いられている。これらの場合は、画面の端部、特に四隅において画質が劣化してしまうため、画質と視野角が両立できないのが現状である。
一方１次元型の空間光変調素子は、空間光変調素子の長軸（長手方向）と直交する方向に走査する手段を合わせることで２次元画像を表示する。投射レンズの後に走査する手段を配置するポストプロジェクションスキャン方式では、広視野角を比較的狭い投射空間で実現しやすい。また、投射像面を円筒スクリーンとする場合は画面の四隅での劣化がなく、画質を損なうことなく広い視野角を実現できる利点がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２０７７３０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、メガビジョンのような横長の画像を撮影したものを投影するシステムとしては、複数のプロジェクタを用いることが必要であった。複数のプロジェクタを用いた場合装置構成が大型化、複雑化するという問題がある。
特に、横長の画像を高フレームレートで表示することが可能な画像投射装置は提案されていない。
【０００５】
以上の問題に鑑みて、本発明は、良好な画質をもって横長の画像の表示を行うことが可能な画像投射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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の画像投射装置は、１次元空間光変調素子により変調された光を、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナにより、１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査して、画像を投射する構成とする。
また、本発明は、上述の画像投射装置において、ポリゴンスキャナにより、円筒面に画像が表示される構成とする。
【０００７】
更に、本発明の画像投射装置は、１次元空間光変調素子により変調された光を、ポリゴンスキャナにより、１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査して画像を表示し、ポリゴンスキャナを、画像信号における走査方向の解像度又はフレームレートに対応して回転数が制御される構成とする。
また、本発明は、上述の画像投射装置において、ポリゴンスキャナとして、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナが用いられる構成とする。
【０００８】
また、本発明による画像投射装置は、１次元空間光変調素子により光を変調して出射する２つの変調光学系と、１次元空間光変調素子により変調された光を走査して平面像にする１つのポリゴンスキャナと、を有して成り、変調光学系の光軸を、ポリゴンスキャナの回転軸から偏心して配置した構成とする。
【０００９】
上述したように、本発明の画像投射装置においては、１次元空間光変調素子により変調された光を、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナにより、１次元空間光変調素子の長手方向と略直交する方向に走査して画像を表示する構成とする。このように、１次元空間光変調素子により変調された変調光を走査する手段としてミラー面が４面もしくは５面のポリゴンスキャナを用いることによって、後述するように高い光利用効率をもって、かつ画質を損なうことなく横長の画像を表示することができる。
また、ポリゴンスキャナを画像信号における走査方向の解像度又はフレームレートに対応して回転数が制御される構成とすることによって、低フレームレートから高フレームレートにわたって、同様に画質を損なうことなく横長の画像を表示することができる。
【００１０】
更に、２つの変調光学系と、１つのポリゴンスキャナとを用いて、変調光学系の光軸をポリゴンスキャナの回転軸から偏心して配置する構成とすることによって、２台分の横長の画像を高フレームレートで良好な画質をもって表示することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、良好な画質をもって横長の画像の表示を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は本発明構成の画像投射装置の一実施形態例の概略構成図である。本発明の画像投射装置１００は、１次元空間光変調素子により光を変調して出射する変調光学系１０と、変調光学系１０から出射される光を、１次元空間光変調素子の長手方向と直交する方向に走査して、スクリーン３０に画像を表示するものである。
【００１３】
このような画像投射装置の一実施形態例に係る変調光学系の一例の概略構成図を図２に示す。この変調光学系１０を有する画像投射装置は、例えば大型スクリーン用プロジェクタ、特にディジタル画像のプロジェクタとして、または、コンピュータ画像投影用として用いられるものである。
図２に示すように、この実施形態例に係る変調光学系１０は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂと、各レーザ光源に対して、それぞれ光軸上に順次設けられたミラー８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂ、各色照明光学系（レンズ群）８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂ、及び光変調素子として機能する回折素子型構成の１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂとを備えている。各色照明光学系（レンズ群）８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂは、後述するように回折素子型の１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂに対して効率よく光源からの光を照射するように光束形状を整える機能を有する。また、１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂによりそれぞれ光強度が変調された赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を合成するダイクロイックミラー等の色合成フィルタ９０、空間フィルタ９２、ディフューザ９４、ミラー９６、レンズ９７を備える構成とされる。この変調光学系１０から出射された変調光が、ポリゴンスキャナ２０により走査されて、スクリーン３０に投射される。このスクリーン３０は、例えばポリゴンスキャナ２０の回転中心軸をほぼ中心位置とするほぼ円筒面として構成される。
【００１４】
この変調光学系１０において、レーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂとしては、それぞれ赤色光（例えば波長６４２ｎｍ、光出力約３Ｗ）、緑色光（例えば波長５３２ｎｍ、光出力約２Ｗ）、青色光（波長４５７ｎｍ、光出力約１．５Ｗ）のレーザを射出するレーザダイオード等を用いることができる。なお、レーザ光の波長及び光出力はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
また１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂとしては、例えば静電駆動方式によるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである静電駆動素子を用いることができる。具体的には例えば基板上に下部電極が形成され、この下部電極に対向して、この下部電極とは空間によって電気的に絶縁された薄膜リボン状の梁が上部電極としてブリッジ状に配列形成された構成の静電駆動素子が利用可能である。この静電駆動素子は、基板側の下部電極と上部電極に与える電位に応じて、上部電極と下部電極との間の静電引力又は静電反発力により上部電極が変位することを利用し、下部電極に対して例えば１つおきの上部電極を基板側に変位させることによって、回折格子として作用させることができるものである。レーザ光等のコヒーレント光を用いることによって、光の干渉により、特定の方向への反射光強度を連続的に変える階調制御を精度よく行うことができる。実用的には、梁（上部電極）を２以上並列した静電駆動素子を、数百〜千個程度の画素数分並置配列することによって、１次元型の光変調素子として使用されている。この１次元型光変調素子としては、米国Silicon Light Machine社製の回折ライトバルブ（ＧＬＶ：grating light valve）などが開発されている。
【００１６】
このような構成の変調光学系１０において、レーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂから射出された赤色、緑色及び青色の各レーザ光は、それぞれミラー８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂを経て各色照明光学系８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂから各１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂに同期入力される。
更に、各レーザ光は、１次元空間光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂによって回折されることにより空間変調され、これら３色の回折光が色合成フィルタ９０によって合成され、続いて空間フィルタ９２によって信号成分のみが取り出される。
次いで、このＲＧＢの画像信号は、ディフューザ９４によってレーザスペックルが低減され、ミラー９６及びレンズ９７を経て、画像信号と同期する走査照明系である例えばミラー面が４面もしくは５面、図示の例では４面のポリゴンスキャナ２０によって空間に展開され、スクリーン３０上にフルカラー画像として投影される。
【００１７】
このように、レンズ９７の後にスキャナ２０を配置するいわゆるポストプロジェクションと呼ばれる構成とする場合、光が透過する領域はレンズ９７のいわば芯の部分しか使用しないので、スクリーン３０における四隅の劣化が少なく、したがってスクリーン３０の四隅までくっきりした画質に優れた映像を投影することが可能である。
また、従来は、円筒面状のスクリーンに映像を投影する場合、例えば液晶パネルやＤＭＤなどの２次元空間光変調素子を用いる場合は、四隅が歪んでしまうため円筒面状のスクリーンの全ての領域で鮮明な画像を投影することは難しく、多面体として投影することしかできなかった。しかしながら、本発明の画像投射装置を用いることにより、横長の画像としても切れ目がなく、且つ円筒面状のスクリーンの四隅まで歪のない優れた画質の画像を表示することが可能となる。円筒面状のスクリーンとすることによって、平面状スクリーンを用いる場合と比較して容易に広視野角を得ることができ、また広視野角とする場合においても、プロジェクタを増加することなく、高精細を保って投影することが可能となる。
【００１８】
またこのような１次元空間光変調素子及びポリゴンスキャナを用いる画像投射装置においては、画像高は投射用のレンズ９７の倍率で決まり、画像幅（走査角）はポリゴンスキャナの面数で決定される。
したがって、従来の画像投射装置においては、スクリーンに投射される画像の縦横比はレンズの性能のみで決定されるが、本発明による画像投射装置では、縦横比を自由に選定することが可能となる。
【００１９】
次に、上述したような回折素子型等の１次元空間光変調素子により変調した光を、ポリゴンスキャナを用いて走査する場合の光利用効率について検討した結果を説明する。
走査方向の画像投射角度はポリゴンスキャナの多面体ミラーの仕様によって決定される。有効スキャン光学角Θは、下記の数１により表される。
【００２０】
【数１】
2007226172.tif 000003
【００２１】
ただし、上記数１において、Ｗｂはポリゴンのミラー面への入射ビーム幅、Ｗｍはミラー面１面の幅、Ｎｍはミラー面の面数である。図３に示すように、有効スキャン光学角は、入射ビーム幅Ｗｂに依存して変化する。図３においてはミラー面数を４面とした場合を示し、実線はミラー面の幅が８０ｍｍ、破線はミラー面の幅が４０ｍｍの場合をそれぞれ示す。ビームが幅広になるとビームがポリゴンスキャナのミラー面の稜部にて分割されてしまう時間が長くなる。
一方、ビームがポリゴンスキャナのミラー稜部にて分割されない時間に相当するスキャン効率Ｅffは、下記の数２により表され、図４に示すようなミラー入射ビーム幅依存性を示す。図４においては、ミラー面の幅を８０ｍｍとし、入射ビーム幅を２０ｍｍとした場合を示す。
【００２２】
【数２】
2007226172.tif 000004
【００２３】
図５に示すように、例えば４面のミラー面を有するポリゴンスキャナ２０を用いる場合、入射ビームＬｉに対し、矢印Ｒで示す方向に回転するにつれて、反射光は矢印Ｌｏ１、Ｌｏ２、Ｌｏ３、・・・、Ｌｏ６、Ｌｏ７で示すように反射され、ビーム幅が０の理想ビームであれば、この場合有効スキャン光学角は１８０度となる。図示しないが、例えば３面のミラー面を有するポリゴンスキャナを用いる場合は２４０度となる。
【００２４】
しかしながら、現実はビーム幅をもつので有効スキャン光学角度は限定される。すなわち図６Ａ〜Ｆに示すように、ポリゴンスキャナ２０が一回転する場合、図６Ｂ〜Ｅにおいてはビームがポリゴンスキャナ２０により良好に反射される有効スキャン領域４２となるが、図６Ａ及びＦに示す場合は入射光Ｌｉがポリゴンスキャナ２０の稜線に照射されるので、矢印Ｌｏａ及びＬｏｂで示すように２方向に分割されてしまうので、無効領域４１となる。無効領域４１に対し、有効スキャン領域４２の割合が高いことが望ましい。
【００２５】
一方、レーザを用いたディスプレーにおいて画質を悪化させる要因としてスペックルがある。スペックルコントラストを低減する方法として、ディフューザなどを用いて光束を分割し、異なる角度からスクリーンに光を入射させることで異なるスペックルパターンを発生させ、それらを重ね合わせることで光量を平均化し、スペックルを低減化する技術が知られている。そのため、視聴に耐える画質を確保するためには投射環境条件に合わせて投影Ｆナンバー内に光束を有効に広げること、すなわち入射ビーム幅をなるべく大きくすることが必要となる。
【００２６】
また、ポリゴンスキャナの大きさや形状にも制限が生じる。例えば図７Ａに概略斜視構成図を示す一般的な構造のポリゴンスキャナにおいて、ポリゴンスキャナの直径、すなわちミラー面の回転軸と直交する断面（多角形となる）が内接する円の直径をスキャナの大きさとする。ミラー面が４面の場合は図７Ｂに示すようにその対角線の長さがスキャナ直径となり、ミラー面が３面の場合は図７Ｃに示すように、断面の三角形が内接する円（破線で示す）の直径に相当する。この直径Ｄｍは、ミラー面数Ｎｍ及びミラー面幅Ｗｍを用いて下記の数３により表される。
【００２７】
【数３】
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【００２８】
スキャン光利用効率を確保するためにミラー面幅を一定にした場合、図８に示すように、ミラー面数Ｎｍの増加に対応して有効スキャン光学角Θは低下する。図８においては、ミラー面幅を８０ｍｍ、入射ビーム幅を２０ｍｍとした場合を示す。
没入感を伴う高臨場感を得られる角度は一般に１００°となっており、この角度を有効スキャン光学角Θとして得るためには、図８よりポリゴンスキャナは５面以下であることが求められる。
そして効率Ｅｆｆを増加させるには、図９及び図１０に示すようにポリゴンスキャナの直径を大きくする必要がある。図９においては、ミラー面数が２０面、図１０においては、ミラー面数が４面とし、それぞれ入射ビーム幅を２０ｍｍとした場合のスキャン効率Ｅｆｆに対応するスキャナの直径の変化をそれぞれ示す。ミラー面数が４面の場合のほうが、小さいスキャナの直径で高いスキャン効率が得られることがわかる。また、ミラー面数に対するスキャナの直径を図１１に示す。この例では、入射ビーム幅を２０ｍｍ、スキャン効率を０．７とした場合を示す。
【００２９】
ポリゴンスキャナが大きすぎると画像投射装置全体の小型化を図り難く、悪影響を及ぼすと同時に、多面体ミラー製造上の理由から、１２０ｍｍを超える直径を有するものは製造コストが大幅に増加するという不都合がある。
また、３面以下のポリゴンスキャナにおいてはミラー間の稜線部が鋭角となるため空気抵抗いわゆる風損による角速度不安定化が急速に増大し、また騒音の原因ともなる。よって広色域、高解像度、広視野角を両立した高臨場感の画像表示を実現するためには、ミラー面が４面もしくは５面のポリゴンミラーが望ましい。
さらに、ポリゴンスキャナの各ミラー面間の角度誤差、すなわちミラー面の鉛直度やミラー面間の角度の誤差は、スクリーン上で解像度の悪化となって現れる。小型化を考慮してミラー面数が４面もしくは５面のポリゴンスキャナの場合、低コストかつ高精度加工の容易性を考慮すると、平行面があり反対面を利用して面精度を出し易く、面間角度が９０°となる４面のポリゴンスキャナが最も好ましい。
以上の理由により、広色域、高解像度、広視野角を両立した高臨場感の画像表示を実現するためには、ポリゴンスキャナのミラー面数を４面もしくは５面とすることが最適であり、低コストかつ高精度加工の容易性を実現するには４面とすることが最も好ましいといえる。
【００３０】
また、本発明の画像投射装置においては、画像の高さすなわちスクリーンの高さは投影用のレンズの倍率で決まる。一方画像幅はポリゴン面数で決まるので、それぞれを独別に、すなわち表示する画像のアスペクト比を独立に設定することができるという利点を有する。
【００３１】
なお、投射用のレンズとポリゴンスキャナとの間に、例えば角度可変の折り返しミラーを配置し、ポリゴンスキャナの走査方向と直交する方向に各ミラー面の面倒れ量に合わせて光軸を変化させる構成とする場合は、ミラー面の鉛直度のばらつきによる解像度劣化を最小化することが可能である。
さらに、この角度可変の折り返しミラーを１フレーム毎に０．５ピクセル相当の角度分垂直方向に変化させる構成とする場合は、１次元空間光変調素子の解像度を擬似的に倍増させることも可能である。
【００３２】
次に、ポリゴンスキャナを、画像信号における走査方向の解像度又はフレームレートに対応して回転数が制御される構成とする本発明の他の実施形態例について説明する。
１次元空間光変調素子をその長軸に直交する方向に走査する画像投射装置の特徴として、横方向の画像解像度が１次元空間光変調素子の変調速度以内であれば可変であることが挙げられる。ポリゴンスキャナを走査手段として用いた場合、表示可能な画像の横ピクセル数Ｎpixelは、下記の数４により表される。
【００３３】
【数４】
2007226172.tif 000006
【００３４】
ただし、上記数４中、Ｔpixelは１次元型空間光変調素子の１ピクセル駆動時間、ｒｐｍはポリゴンスキャナの１分間あたりの回転数である。図１２に回転数とピクセル数の関係を示す。図１２においては、ミラー面幅が８０ｍｍ、ミラー面数が４面、ビーム幅が２０ｍｍの場合を示し、実線は１μｍ動作が可能な１次元空間光変調素子の場合、破線は１．５μｓ動作が可能な１次元空間光変調素子の場合をそれぞれ示す。図１２から明らかなように、１．５μｍ動作が可能な１次元空間光変調素子の場合、１０００ｒｐｍの４面ポリゴンスキャナと組み合わせると、約８Ｋ画素（ピクセル数８０００）の解像度に相当する。４０００ｒｐｍに速度を増加すると、約２Ｋ画素（ピクセル数２０００）となる。このとき、１Ｋ画素の１次元空間光変調素子を用いた場合、１０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍに変化させると１Ｋ８Ｋの２次元画像から１Ｋ２Ｋの画像まで連続的に変化させることができることとなる。したがって、横方向のピクセル数を自在に選択することが可能となる。
【００３５】
また、回転数の変化に対応するフレームレートｆｐｓは、下記の数５により表される。
【００３６】
【数５】
2007226172.tif 000007
【００３７】
４面ポリゴンスキャナと組み合わせた場合、図１３に示すように、１０００ｒｐｍで６０ｆｐｓ、４０００ｒｐｍで２４０ｆｐｓを実現することができる。
【００３８】
さらに、ポリゴンスキャナの回転数を変化させると、画像の幅が変化せずに横ピクセル数が変化することで、１ピクセルあたりの横幅が変化する。画像の縦幅は１次元空間光変調素子の長さと投影倍率で決定されており、投射用のレンズの焦点距離を変化させることで自由に変化させることができる。１０８８ピクセルを有する長さＨＳＬＭの１次元空間光変調素子を用いて正方形のピクセルで投射する条件にした場合は、投射レンズの焦点距離ｆｐｒｏｊは、下記の数６で表される。
【００３９】
【数６】
2007226172.tif 000008
【００４０】
ポリゴンスキャナの回転数を変化させたとき、ＨＳＬＭ＝２７．７ｍｍの場合、図１４に示すように投射レンズの焦点距離を変化させればよいことになる。正方形のピクセルにこだわらない場合はこの限りではない。
このように、ポリゴンスキャナの回転数を制御可能として画像投射装置を構成する場合、入力画像の縦横解像度、縦横比いわゆるアスペクトレシオ、フレームレートに合わせて、光利用効率を下げることなく画像投射装置の動作条件を変化させることができる。換言すれば、１台の画像投射装置でこれらの条件に対応することができ、従来構成の複数の画像投射装置の機能を１台で担うことが可能となる。
【００４１】
また、上述した本発明構成の画像投射装置において、例えば図１５に一実施形態例の概略構成図を示すように、３台の変調光学系１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃと１つのポリゴンスキャナ２０とを用いることによって、いわゆるメガビジョンのような３つの画像をタイリングさせ、略円筒形の３６０度にわたる広視野角のスクリーン３０への投射を１台の画像投射装置で実現することが可能である。
【００４２】
次に、２つの変調光学系と、１つのポリゴンスキャナを用いて、各変調光学系の光軸をポリゴンスキャナの回転軸から偏心させて配置する本発明の画像投射装置の実施形態例について説明する。
この例においては、図１６に示すように、１次元空間光変調素子により光を変調して出射する２つの変調光学系１１及び１２と、１次元空間光変調素子により変調された光を走査して平面像にする１つのポリゴンスキャナ２０が設けられる。そして、変調光学系１１及び１２の光軸ｂ１及びｂ２が、ポリゴンスキャナ２０の回転軸ａから偏心して配置される。すなわち、ポリゴンスキャナ２０の回転軸ａと直交する軸ｃ１及びｃ２から、変調光学系１１及び１２の光軸ｂ１及びｂ２がそれぞれ距離Δ１及びΔ２だけずらして配置し、画像投射装置を構成するものである。図示の例においては、円筒形状のスクリーン３０を配置した場合を示す。
【００４３】
そしてこのような構成において、２つの変調光学系の光軸ｂ１及びｂ２の成す角を、ポリゴンスキャナ２０の隣り合うミラー面の成す角と略等しくなるように配置すると、図１７に示すように、画像をスキャンするタイミングがずれることとなる。図１７において、図１６と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、変調光学系１１から出射された光は、破線Ｌ１１で示すようにスクリーン３０に投射され、像Ｉ１１を表示しながら矢印ｅ１１で示すように走査される。一点鎖線ｂ１´はポリゴンスキャナ２０で反射された変調光学系１１からの光の光軸を示す。他方の変調光学系１２から出射された光は、実線Ｌ１２で示すようにスクリーン３０に投射され、像Ｉ１２を表示しながら矢印ｅ１２で示すように走査される。すなわちこの場合、一方の変調光学系１１のフレームの間に他方の変調光学系１２のフレームが挿入されることとなり、いわば画像が１フレームのほぼ半位相分ずれることとなる。
【００４４】
一方、ポリゴンスキャナ２０の回転軸ａに対する変調光学系１１及び１２の光軸ｂ１及びｂ２の偏心量Δ１及びΔ２を、Δ１＝Δ２＝Δとし、ポリゴンスキャナ２０のミラー面の回転軸と直交する断面の内接円の半径をｒｍ、ミラー面の面数をＮｍとすると、
Δ＝Δ１＝Δ２＝ｒｍ×ｓｉｎ［９０°／Ｎｍ］    ・・・（１）
となるように、両変調光学系１１及び１２の光軸を偏心させる構成とする場合は、２台の変調光学系１１及び１２から表示される画像表示位置が同じ位置となる。
【００４５】
したがって、このように２台の変調光学系１１及び１２を使って、画像を１フレームの略半位相分ずらして表示し、かつ同じ位置に画像を映し出す構成とすると、例えば１２０Ｈｚの変調光学系２台を用いる場合、２４０Ｈｚで画像を表示することが可能となり、従来にはないハイフレームレートを実現できることとなる。
【００４６】
上記式（１）に基づき、ミラー面が４面のポリゴンスキャナと６面のポリゴンスキャナを用いる場合において、それぞれスキャナ直径、光学振れ角、頂点数、偏心量、スキャン効率について計算した結果を表１及び２に示す。
【００４７】
【表１】
2007226172.tif 000009
【００４８】
【表２】
2007226172.tif 000010
【００４９】
上記表１及び表２の結果から、同程度のスキャン効率を得るためには、ミラー面が４面のポリゴンスキャナを用いるほうが、スキャナ直径を小さくできることがわかる。したがって、この場合においても、ポリゴンスキャナとしてはミラー面が４面のポリゴンスキャナを用いることが望ましいといえる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の画像投射装置によれば、ミラー面が４面もしくは５面、より好ましくは４面のポリゴンスキャナを用いることにより、小型でかつ低コスト、さらに高解像度、広視野角を両立した画像表示を実現できる。
【００５１】
また、本発明の画像投射装置において、円筒面に画像を表示する場合は、スクリーンの四隅まで歪みがなく、また比較的狭い空間でより広い視野角、すなわち高臨場感の画像表示が可能となる。
更に、本発明の画像投射装置において、１次元空間光変調素子として、回折素子型の静電駆動素子を用いる場合は、レーザ光等のコヒーレント光を用いて光の干渉を利用することから、階調制御を精度よく行い、より良質な画像の表示が可能となる。
【００５２】
また、ポリゴンスキャナを画像信号における走査方向の解像度又はフレームレートに対応して回転数が制御される構成とすることによって、低フレームレートから高フレームレートにわたって、同様に画質を損なうことなく横長の画像を表示することができる。
【００５３】
更に、２つの変調光学系と、１つのポリゴンスキャナとを用いて、変調光学系の光軸をポリゴンスキャナの回転軸から偏心して配置する構成とすることによって、横長の画像を２倍のフレームレートでより良好な画質をもって表示することが可能となる。
【００５４】
なお、本発明による画像投射装置は、上述の実施形態例に限定されるものではなく、その他１次元空間光変調素子の種類や材料構成、変調光学系内の光学部品の構成など、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の画像投射装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図２】本発明の画像投射装置の一実施形態例の要部の概略構成図である。
【図３】入射ビーム幅と有効スキャン光学角の関係を示す図である。
【図４】入射ビーム幅とスキャン効率の関係を示す図である。
【図５】ポリゴンスキャナの回転に対する反射光の移動を示す説明図である。
【図６】Ａ〜Ｆは有効スキャン領域及び無効領域の説明図である。
【図７】Ａはポリゴンスキャナの一例の概略斜視図である。Ｂ及びＣはポリゴンスキャナの直径の説明図である。
【図８】ミラー面数と有効スキャン光学角の関係を示す図である。
【図９】ミラー面数が２０面の場合のスキャン効率とスキャナ直径の関係を示す図である。
【図１０】ミラー面数が４面の場合のスキャン効率とスキャナ直径の関係を示す図である。
【図１１】ミラー面数とスキャナ直径の関係を示す図である。
【図１２】ポリゴンスキャナの回転数とピクセル数の関係を示す図である。
【図１３】ポリゴンスキャナの回転数とフレームレートの関係を示す図である。
【図１４】ポリゴンスキャナの回転数と投射レンズ焦点距離の関係を示す図である。
【図１５】本発明の画像投射装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１６】本発明の画像投射装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図１７】本発明の画像投射装置の一実施形態例の走査態様の説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０．変調光学系、１１．変調光学系、１２．変調光学系、２０．ポリゴンスキャナ、３０．スクリーン、８２Ｒ．光源、８２Ｇ．光源、８２Ｂ．光源、８６Ｒ．照明光学系、８６Ｇ．照明光学系、８６Ｂ．照明光学系、８８Ｒ．１次元空間光変調素子、８８Ｇ．１次元空間光変調素子、８８Ｂ．１次元空間光変調素子、９０．色合成フィルタ、９２．空間フィルタ、９４．ディフューザ、９６．ミラー、９７．レンズ
【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７】
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