(57)【要約】【課題】スクリーン等の介在物が存在せず、明るく精悦度の良い照明光や映像を空間上に浮遊しているように表示すること。【解決手段】光源８からのビーム光１０を２軸の揺動ミラー５，６で反射させ、２次元的に偏向する。回転体１４の外周には回転軸と平行に棒状の表示体１６を配置して回転させる。揺動ミラー５，６を制御し、ビーム光１０を回転する表示体１６を追跡して照射し、長手方向と回転方向に走査させる。表示体１６は照射されたビーム光を拡散し、移動面において照明体となりあるいは映像を表示する。【選択図】図１
2013125067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射されたビーム光を用いて２次元的に照明する照明装置において、
前記ビーム光を出射する光源と、
該光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、
出射された該ビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、
該揺動ミラーを駆動し所定の角度で揺動させるミラー制御・駆動部と、
該揺動ミラーにより反射されたビーム光を吸収して周囲に拡散する棒状の表示体と、
該表示体を支持して回転する回転体と、
該回転体を回転させるモータと、
前記表示体の回転位置を検出する回転検出部と、を備え、
該回転検出部で検出した前記表示体の回転位置に応じて、前記ミラー制御・駆動部は前記光源からのビーム光が前記表示体に照射されるように前記揺動ミラーを制御することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記表示体をＮ個（Ｎは複数）有し、該Ｎ個の表示体を前記回転体の回転軸に関して対称な位置に配置した構成とし、
前記回転体の１回転周期をＮ個に分割し、前記ミラー制御・駆動部は、分割された各時間において前記Ｎ個の各表示体に対し順次に前記ビーム光を照射するよう前記揺動ミラーを制御することを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の照明装置において、
前記表示体を回転軸と平行で所定の半径位置に配置し、前記回転体が回転することで前記表示体は円筒面状の軌跡を描くことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の照明装置において、
前記表示体を回転軸と垂直な面内で半径方向に配置し、前記回転体が回転することで前記表示体は円板面状の軌跡を描くことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置において、
前記ミラー制御・駆動部は前記揺動ミラーに対し、前記ビーム光を２次元的に偏向する際、前記棒状の表示体の長手方向には前記ビーム光を一定の偏向角度で往復走査し、該長手方向の走査速度は前記表示体の回転方向の走査速度よりも大きくなるよう駆動することを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記光源駆動部は、前記揺動ミラーから前記表示体までの光路長に応じて、前記表示体の長手方向の走査期間のうち前記光源からビーム光を出射する期間を可変制御することを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置において、
前記表示体は、前記ビーム光のスポット径よりも大きい太さとし、剛性の高いガラス材で構成したことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置を用いて映像を表示する映像表示装置であって、
入力する映像信号を処理し前記表示体に照射する映像光の信号に変換して前記光源駆動部へ出力する画像処理部を備え、
該画像処理部は、前記表示体の位置情報と揺動ミラーの揺動状態に基づき、ビーム光の走査位置に対応した映像光の信号を生成し、
前記光源駆動部は、前記画像処理部からの入力信号に応じて前記光源を駆動しビーム光を出射させることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動回転する反射ミラーに光ビームを当て、その反射光を表示体に照射して照明光を発生させる照明装置、及びこれを用いて空間上に映像を表示する映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
映像表示の分野で、仮想現実や臨場感の向上を実現するため、様々な形態の映像表示装置が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、３６０度に渡って配置される全周スクリーンに立体的な映像を表示させる全周映像描画装置が開示されている。その構成は、２次元中間画像を全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部と、投射光を全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系と、反射光を全周スクリーン面に投射して表示画像として表示させる表示光学系とを備える。
【０００４】
また特許文献２に開示される立体表示装置は、画像信号に応じて各々が線状画像を表示する少なくとも２つの線状画像表示体と、これらの線状画像表示体の各々を互いにほぼ平行な複数の移動軌跡面に沿って周期的に移動させる移動走査機構を備えて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２４７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２９０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される構成は、円筒状スクリーンの背面から映像光を投射することで円筒表面に立体映像を表示するものであり、スクリーンの透過特性により外部への漏れ光、表示映像の明るさ、精悦度などが影響され、高画質の映像を表示するには限界があると思われる。
【０００７】
特許文献２に開示される構成は、周期的に移動する複数の線状画像表示体へ画像信号を供給しなければならず、そのための信号配線が複雑になることが予想される。
【０００８】
本発明の目的は、観察者が投射映像を視認する際、スクリーン等の介在物が存在せず明るく精悦度の良い高画質な映像を視認でき、映像表示体への信号配線が不要な照明装置及び映像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の照明装置は、ビーム光を出射する光源と、光源を駆動しビーム光を出射させる光源駆動部と、出射されたビーム光を反射ミラーによって２次元的に偏向する揺動ミラーと、揺動ミラーを駆動し所定の角度で揺動させるミラー制御・駆動部と、揺動ミラーにより反射されたビーム光を吸収して周囲に拡散する棒状の表示体と、表示体を支持して回転する回転体と、回転体を回転させるモータと、表示体の回転位置を検出する回転検出部と、を備え、回転検出部で検出した表示体の回転位置に応じて、ミラー制御・駆動部は光源からのビーム光が表示体に照射されるように揺動ミラーを制御する。
【００１０】
また、表示体をＮ個（Ｎは複数）有し、Ｎ個の表示体を回転体の回転軸に関して対称な位置に配置した構成とし、回転体の１回転周期をＮ個に分割し、ミラー制御・駆動部は、分割された各時間においてＮ個の各表示体に対し順次にビーム光を照射するよう揺動ミラーを制御する。
【００１１】
また、前記照明装置を用いて映像を表示する映像表示装置であって、入力する映像信号を処理し表示体に照射する映像光の信号に変換して光源駆動部へ出力する画像処理部を備え、画像処理部は、表示体の位置情報と揺動ミラーの揺動状態に基づき、ビーム光の走査位置に対応した映像光の信号を生成し、光源駆動部は、画像処理部からの入力信号に応じて光源を駆動しビーム光を出射させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の照明装置によれば、スクリーン等の介在物が存在せず明るく精悦度の良い照明体として機能し、また表示体への信号配線を不要とする照明装置が実現する。また本発明の映像表示装置によれば、スクリーン等の介在物が存在せず、明暗の精悦度が良く、光の点滅の少ない高画質な映像を表示する。さらには、周囲からの視認領域を広くすることで、あたかも空間に映像が浮かび上がっているように表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例による照明装置を示す構成図（実施例１）。
【図２】表示体の構造を示す図。
【図３】ビーム光を回転体上の表示体へ照射する状態を示す図。
【図４】各時間における表示体と照射ビームの位置関係を示す図。
【図５】表示体の回転位置と揺動ミラーの垂直偏向角度θvtの関係を示す図。
【図６】揺動ミラーに対する水平タイミング信号を示す図。
【図７】表示体の回転位置とビーム光の水平走査幅ＨＷtの関係を示す図。
【図８】実施例１の変形例を示す図で、揺動ミラーと回転体を接近させた場合。
【図９】図８における揺動ミラーの垂直偏向角度θvtを示す図。
【図１０】図８におけるビーム光の水平走査幅ＨＷtを示す図。
【図１１】本発明の第２の実施例による照明装置の要部構成を示す図（実施例２）。
【図１２】表示体の回転位置と揺動ミラーの垂直偏向角度θvtの関係を示す図。
【図１３】実施例２の変形例を示す図で、揺動ミラーから遠い側の表示体にビーム光を照射する場合。
【図１４】図１３における揺動ミラーの垂直偏向角度θvtを示す図。
【図１５】本発明の第３の実施例による映像表示装置を示す構成図。
【図１６】実施例３による映像表示の一例を示す図。
【図１７】実施例３の他の構成を示す構成図で、表示体が円板面状の軌跡を描く場合。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施例による照明装置を示す構成図である。本実施例の照明装置は、光源から発せられたビーム光を揺動ミラーで反射し、回転する表示体に照射して照明光を発生させるものである。
【００１６】
装置の構成は、光学系として赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）色等の可視光の何れかを発生するレーザ光源８、コリメートレンズ９を有し、走査系としてビーム光１０を反射して２次元的に偏向する２軸揺動ミラー５，６を有する。表示系では、ビーム光１０が照射される棒状の表示体１６、表示体１６を回転軸と平行に支持する回転体１４、回転体１４を回転駆動するモータ１２、モータ１２の回転状態を検出する回転検出部１３を有する。
【００１７】
制御系では、光源駆動部７は、２軸の揺動ミラー５，６の揺動角度と表示体１６の回転位置に応じて、光源８の発光期間と発光強度を制御しビーム光１０を出射させる。ミラー制御・駆動部３は、波形データ保持部４が保持する揺動ミラー５，６の駆動波形データに基づき、揺動ミラー５，６に対し駆動信号Ｈdrive，Ｖdriveを供給する。モータ制御・駆動部１１は、モータ１２に駆動信号Ｒdriveを送り所望の回転速度と回転位相で制御する。タイミング生成部２は、端子１からの開始基準信号startと、回転検出部１３からの回転位置信号Ｒphaseと、揺動ミラー５，６の位置信号Ｍphaseを加工した位相信号Ｖphase、Ｈphaseに基づき、各種タイミング信号を生成し各駆動部に供給する。
【００１８】
本実施例の照明装置は、棒状の表示体１６を回転させることで、表示体１６は円筒面状の軌跡を描く。そして、回転検出部１３で検出した回転位置信号Ｒphaseより表示体１６の回転位置を特定し、表示体１６が何れの回転位置にあっても、光源８からのビーム光１０が揺動ミラー５，６を反射して表示体１６に照射されるように揺動ミラー５，６を制御する。このうち揺動ミラー５は水平方向（Ｈscan）に、揺動ミラー６は垂直方向（Ｖscan）に揺動運動する。この場合、ミラー５は高速で揺動しビーム光を表示体１６の長手方向に往復走査し（Ｈscan）、ミラー６は低速で揺動しビーム光を表示体１６の回転位置に追従させる（Ｖscan）。これより、揺動ミラー５，６で反射されたビーム光は２次元的に偏向されて、表示体１６が回転移動する領域を軌跡１５のようにラスタスキャンする。揺動ミラー５による水平偏向角をθhm、表示体１６上の水平走査幅をＨＷtとする。
【００１９】
以下、各部の構成を詳細に説明する。光源には、ビーム光の光量を高速で容易に変調できるレーザ光源８を用いる。もちろん、レーザ光源の代わりに、ＬＥＤ光源をビーム集光用の光学部品や光量の変調部品とともに用いても良い。光ビームのスポット径（ビーム径）は、その放射強度がピーク値または光軸上の値の１／ｅ２（１３．５％）となる所をスポット径とする定義にてφ１ｍｍ以下の大きさ、例えばφ０．５ｍｍとし、表示する映像が所望の解像度を満足するようにしている。レーザ光源８の波長λは、例えば６４０ｎｍ（赤）、５３０ｎｍ（緑）、４５０ｎｍ（青）等の可視光領域の波長を用いる。
【００２０】
２軸の揺動ミラー５，６は、反射ミラーを２次元的に揺動するものであり、その駆動方式は電磁誘導、圧電駆動、静電駆動等いずれでも良い。また、揺動ミラー５，６の具体例を示せば、反射ミラーの大きさはφＬ＝１．５ｍｍで、水平方向の揺動周期は３０ｋＨｚ、垂直方向の揺動周期は６０Ｈｚとする。
【００２１】
ミラー制御・駆動部３は揺動ミラー５，６に対して、３０ｋＨｚの水平駆動信号Ｈdriveと６０Ｈｚの垂直駆動信号Ｖdriveを供給する。また、水平／垂直駆動信号の振幅を変えることで、揺動ミラー５，６の水平／垂直方向の揺動角（偏向角）を調整する。水平駆動では揺動ミラー５は共振状態で揺動し（一定の揺動角）、ビーム光を表示体１６上を双方向（左から右方向と、右から左方向）に往復して走査する。垂直駆動では揺動ミラー６は非共振状態で揺動し（駆動波形に従って揺動角を制御）、表示体１６の回転位置に合わせてビーム光を双方向（上から下方向と下から上方向）に走査する。
【００２２】
ミラー制御・駆動部３は、タイミング生成部２で生成したミラー開始基準信号Ｖspm，Ｈspmを開始基準として、波形データ保持部４より駆動波形データを取り出し、揺動ミラー５，６に対する駆動信号Ｈdrive，Ｖdriveを生成して供給する。なお、波形データ保持部４では、後述する照射条件毎に最適化した駆動波形データを保持する。
【００２３】
光源駆動部７は、タイミング生成部２で生成した表示信号Ｖdisp，Ｈdispをもとに、光源８を駆動しビーム光１０を出射させる。すなわち、揺動ミラー５，６の揺動位置（ビーム走査位置）に合わせ垂直方向／水平方向の所望の期間において光源８を発光させ、かつ光源８の発光強度を制御する。これにより、照明領域の範囲と領域内の明るさの分布を制御する。
【００２４】
図２は、表示体１６の構造を示す図である。棒状の表示体１６は、光を程良く吸収して拡散する材料で構成し、例えばガラス材が適する。表示体１６に光が入射するとそこから光が周囲に拡散してあたかも発光素子（照明素子）のように振る舞うものである。表示体１６の形状は照明領域の幅（表示幅）とビーム光１０のスポット径に合わせ、例えば長さＷ＝１５０ｍｍ、太さＳ＝１ｍｍとする。なお、回転運動に伴う表示体１６の「たわみ」をなくすため、剛性が高く回転速度に応じて表示体１６の太さＳを定めるのが良い。またこの太さＳはビーム光１０のスポット径よりも大きくして、表示体１６の位置が回転ジッタにより多少ずれてもスポットが確実に表示体１６に含まれるようにした。表示体１６は回転体１４の外周部に、表示体１６の長手方向が回転軸と平行な姿勢で支持される。
【００２５】
図３は、ビーム光を回転体上の表示体へ照射する状態を模式的に示す図で、図１を側面から見た図である。表示体１６は、例えば半径Ｌ＝５０ｍｍの回転体１４の外周部に支持され、円筒面上を回転運動する。回転体１４の回転速度は例えば６０回転／秒（３６００回転／分）とする。また揺動ミラー５，６から回転体１４の中心軸までの距離はＤ＝２００ｍｍとする。
【００２６】
ここで、回転体１４の外周径や表示体１６の長さは、揺動ミラー５，６の各軸の揺動角と、表示体１６までの光路長により定める。まあた、回転体１４の回転速度は、フリッカー対策の観点からは表示体１６が同一個所を通過する回数が３０回／秒以上である１８００回転／分以上が望ましく、３０００回転／分以上が理想的である。
【００２７】
この場合の揺動ミラー６による垂直方向の走査比はＤ：Ｌ＝４：１（Ｌ／Ｄ＝０．２５）であり、垂直最大偏向角度はθvm＝約±１４度（ミラーの揺動角度は約±７度）となる。なお、揺動ミラー５により表示体１６（長さＷ＝１５０ｍｍ）の全体を水平方向に照射する場合の走査比は（１／２）Ｗ／Ｄ＝０．３７５であり、水平最大偏向角度θhmは約±２０度（ミラーの揺動角度は約±１０度）となる。
【００２８】
回転体１４を回転させると、外周部に取り付けた表示体１６は、半径Ｌ＝５０ｍｍで左回りに３６００回転／分で回転し周期Ｔ＝１／６０秒で一周する。時間ｔ＝０における表示体１６の位置を回転体１４の上側頂点位置とすると、時間ｔ経過後において表示体１６の垂直方向の位置はＬcos(２πｔ／Ｔ)となる。そのとき表示体１６を照射するための揺動ミラー６の偏向角度θvtは（１）式で表される。
θvt＝tan−１｛cos(２πｔ／Ｔ)／（Ｄ／Ｌ−sin（２πｔ／Ｔ））｝  （１）
【００２９】
また時間ｔ経過後の揺動ミラー５，６から表示体１６までの距離（以下、光路長）をＤｔとする。光路長Ｄｔは（２）式で表わされる。
Ｄｔ＝｛Ｄ２＋Ｌ２−２Ｄ・Ｌsin(２πｔ／Ｔ)｝１／２              （２）
【００３０】
図４は、回転周期Ｔを８分割し、各時間ｔ＝ｔ０，ｔ１，・・・ｔ７における表示体１６と照射ビームの位置関係を示した図である。時間ｔ０は、回転体１４の上側頂点位置、時間ｔ４は、回転体１４の下側頂点位置に移動した場合であり、偏向角θvtはθvm，−θvmとなる。また時間ｔ２とｔ６は水平位置に移動した場合で偏向角θvtは０となる。揺動ミラー５，６から表示体１６までの光路長Ｄｔは、時間ｔ２で最小（Ｄ−Ｌ）、時間ｔ６で最大（Ｄ＋Ｌ）となる。
【００３１】
図５は、表示体１６の回転位置と揺動ミラー６の垂直偏向角度θvtの関係を示す図である。横軸は時間ｔで、時間ｔ０を基準に６０Ｈｚの周期でモータ１２と揺動ミラー６に対して垂直開始基準信号Ｖspr，Ｖspmを与える。縦軸には表示体１６の垂直方向の位置（モータ１２の回転位置信号Ｒphase）を実線で示し、これに追従するための揺動ミラー６の垂直偏向角度θvtを破線で示す。Ｒphaseは時間ｔとともにＬcos（２πｔ／Ｔ）で変化する。一方θvtは（１）式で示すように、表示体１６が頂点位置ｔ０，ｔ４、あるいは水平位置ｔ２，ｔ６にいるときはＲphaseの曲線と一致するが、その他の位置ではＲphaseの曲線からずれる。これは、表示体１６が回転することにより揺動ミラー５，６から表示体１６までの光路長Ｄｔが変化するからである。
【００３２】
回転体１４は一定の回転速度６０回転／秒で回転させる。揺動ミラー６に対しては表示体１６の回転位置信号Ｒphaseに同期させて、θvtの曲線に対応した垂直駆動信号Ｖdriveと垂直位相信号Ｖphaseを供給し、ビーム光が回転する表示体１６を追跡するように動作させる。
【００３３】
図６は、揺動ミラー５に対する水平タイミング信号を示す図である。水平方向の揺動ミラー５に対し、３０ｋＨｚの開始基準信号Ｈspmをもとに、ｓｉｎ波状の駆動信号Ｈdriveを供給する。なお、水平方向揺動ミラー５は共振揺動するため、駆動波形は矩形波でも良い。これに応じて揺動ミラー５の反射ミラーは、位置信号Ｍphaseで示すようにｓｉｎ波状に揺動運動し、その位置信号Ｍphaseから水平位相信号Ｈphaseを生成する。水平表示信号Ｈdispは光源８に対する制御信号であり、１周期の間で光源の発光期間（表示期間）Ｈdpを制御する。
【００３４】
図７は、表示体１６の回転位置とビーム光１０の水平走査幅ＨＷtの関係を示す図である。水平方向の揺動ミラー５は高速に共振状態で揺動するので、その偏向角度の最大振幅θhmは一定で用いる。一方、表示体１６が回転することにより揺動ミラー５から表示体１６までの光路長Ｄｔは（２）式のように変化するから、一定の偏向角度θhmでビーム光を走査しても表示体１６上での水平方向の走査幅ＨＷtは変化する。走査幅ＨＷtは光路長Ｄｔに比例し、その最大値（時間ｔ６で最大となる）で規格化すると（３）式で表わされる。
ＨＷt＝｛１−２Ｄ・Ｌ（１＋sin(２πｔ／Ｔ)）／（Ｄ＋Ｌ）２｝１／２  （３）
【００３５】
これに従い、ビーム光１０を常に照射させると表示体１６による発光領域の水平幅は回転位置（垂直位置）で変化し、また発光領域の境界線が二重になり見苦しいものとなる。そこで光源駆動部７により、水平方向の走査期間のうちビーム光を照射する期間（表示期間）Ｈdpを可変制御することで、表示体１６による発光領域の水平幅を一定（すなわち矩形状）にすることができる。
【００３６】
具体的には図７に破線で示すように、表示期間Ｈdpは（３）式のＨＷtの逆数に比例させればよい。Ｈdpは光路長Ｄｔが最小になる時間ｔ２で最大となり、その最大値で規格化すると（４）式で表わされる。
Ｈdp＝１／｛１＋２Ｄ・Ｌ(１−sin(２πｔ／Ｔ))／（Ｄ−Ｌ）２｝１／２  （４）
【００３７】
その結果、例えばＤｔが最大になる時間ｔ６では、Ｈdpを（Ｄ−Ｌ）／（Ｄ＋Ｌ）＝０．６倍に縮小させる。なお、表示期間Ｈdpが最大になる時間ｔ２にて表示体１６の長さＷ（＝１５０ｍｍ）全体を走査させるためには、水平最大偏向角度θhm＝約±２７度とすればよい。
【００３８】
さらには発光領域の水平幅だけでなく、領域内での発光強度を均一化することも可能である。水平方向の揺動ミラー５は共振運動するので、光ビームの水平走査速度は走査位置により変化する。そこで光源駆動部７は、走査速度（走査位置）に応じて光源の光強度を調整するよう光強度変調を行う。これにより、発光領域内の輝度を一定にすることができる。
【００３９】
以上のように本実施例では、表示体１６の回転位置に応じて垂直方向揺動ミラー６を駆動する。波形データ保持部４は（１）式の垂直偏向角θvtに対応する揺動ミラー６の駆動条件を波形データとして用意し、ミラー制御・駆動部３はこのデータを用いて揺動ミラー６を駆動する。なお、水平方向揺動ミラー５の駆動波形は共振揺動のため、ｓｉｎ波や矩形波など何れでも良い。また光源８に対しては、表示体１６の回転状態に応じて（４）式の表示期間Ｈdpを示す水平表示信号Ｈdispをタイミング生成部２で設定し、光源駆動部７を制御する。なお、垂直表示信号Ｖdispについての表示期間は固定値で良く、例えば常時点灯とする。
【００４０】
次に、本実施例の動作の安定性について説明する。揺動ミラー５，６を反射したビーム光１０は、表示体１６が1回転する間に、垂直方向に１往復、水平方向に５００往復だけ走査し、表示体１６上を１０００回走査することになる。ビーム光が水平方向に１走査する間に、表示体１６は回転方向に２πＬ／１０００＝０．３１４ｍｍ移動する。一方、回転体１４が例えば０．１％ｐ−ｐの回転ジッタの精度で回転動作する場合、太さＳ＝１ｍｍの表示体１６は１走査当たり０．３１４±０．１５７ｍｍの範囲で回転移動することから、ビーム光１０のスポット径φ０．５ｍｍは移動する表示体１６から外れることなく、表示体１６を追従することができる。
なお、モータ１２や揺動ミラー５，６の動作状態を常時検出し、最適動作を維持するよう補正処理することで、環境条件や動作条件による特性変動の影響をなくすことができる。
【００４１】
また、表示体１６により背景がどれだけ遮蔽されるかを見積もる。ビーム光の１走査領域と１走査時間に着目した場合、太さＳ＝１ｍｍの表示体１６は、１／０．３１４＝３．１８回の水平走査で、１走査領域を移動する。従って、ビーム光の不点灯領域では、表示体１６が背景を遮る割合は１／１０００×３．１８＝０．３１８％であり、背景は表示体１６をほぼ透過して視認できる。また、外光が表示体１６を照らす際も１／１０００×３．１８＝０．３１８％と短期間であり、反射する外光成分は０．３１８％に減光され、明暗のコントラストが良い照明装置を実現できる。
【００４２】
上記した寸法や動作条件は一例であり、他の条件でも同様に実現できる。以下、他の寸法例を示す。
【００４３】
図８は、実施例１の変形例を示す図であり、揺動ミラーと回転体の位置関係が異なっている。この例では、表示体１６の支持半径はＬ＝５０ｍｍのままで、揺動ミラー５，６から回転体１４の中心軸までの距離をＤ＝１００ｍｍに接近させた場合である。この場合の揺動ミラー５，６による垂直方向の走査比はＤ：Ｌ＝２：１（Ｌ／Ｄ＝０．５）であり、垂直最大偏向角度はθvm＝約±２７度に増大する。また、水平方向の走査比は（１／２）Ｗ／Ｄ＝０．７５であり、水平最大偏向角度θhmは約±３７度に増大する。
【００４４】
図９は、図８における表示体１６の回転位置と揺動ミラー５，６の垂直偏向角度θvtの関係を示す図である。垂直偏向角度θvtは前記（１）式から算出されるが、回転位置信号Ｒphaseとのずれが大きくなる。
【００４５】
図１０は、図８における表示体１６の回転位置とビーム光１０の水平走査幅ＨＷtの関係を示す図である。水平走査幅ＨＷtは前記（３）式から算出されるが、その最大値と最小値は３倍の差が生じる。よって、発光領域の水平幅を一定にするには、（４）式に従い表示期間Ｈdpを変化させ、光路長Ｄｔが最大になる時間ｔ６では、Ｈdpを１／３倍に縮小させる。なお、表示期間Ｈdpが最大になる時間ｔ２にて表示体１６の長さＷ（＝１５０ｍｍ）全体を走査させるためには、水平最大偏向角度θhm＝約±５，６度となる。
【００４６】
この場合も揺動ミラー５，６の駆動条件（波形データ）を波形データ保持部４に用意し、表示体１６の回転状態に応じて光源８の表示期間Ｈdpを示す水平表示信号Ｈdispをタイミング生成部２で生成する。
【００４７】
実施例１の構成によれば、次のような特徴を有する照明装置が実現する。ビーム光を受けた表示体は光の回り込みや拡散効果で発光体となり、その発光体は高速で回転移動するため、観察者から見て面積を持った照明体として視認できる。一方、ビーム光が照射されない表示体の領域は黒体となり、観察者にはほとんど視認されない。また、発光領域内の同一箇所に着目した場合、表示体は高速で点滅するため光の点滅（フリッカー）として視認されることもない。ビーム光が照射されると表示体からは全方向に光拡散するので、観察者の視認可能な領域が拡大する。また観察者にとって、黒体領域は背景が透過して見え、発光体領域はあたかも何もない空間上に発光体が浮かび上がっているように観察することが可能となる。これにより、スクリーン等の介在物が存在せず明るく精悦度の良い照明体として機能し、また表示体への信号配線を不要とする照明装置が実現する。
【００４８】
上記実施例では回転体１４や表示体１６の一例を挙げたが、回転ムラ（ジッタ）や剛性を考慮して、回転数の設定や表示体１６の形状と保持方法を適宜変更することができる。回転条件として真円としたが、もちろんこの限りではなく、楕円であっても良い。揺動ミラー５，６では反射ミラーを水平・垂直軸の周りに揺動させる構造としたが、回転する表示体に対してビーム光を２次元的に偏向するものであればその構成は限定されない。
【実施例２】
【００４９】
図１１は、本発明の第２の実施例による照明装置の要部構成を示す図である。実施例２では、回転体１４の外周上に２個の表示体１６，１７を有し、各表示体１６，１７を回転軸に関し対称の位置関係に配置した構成としている。
【００５０】
回転体１４の回転速度は３０回転／秒（１８００回転／分）で、実施例１の半速としている。回転体１４の１回転周期を半回転ごとに時間分割し、ビーム光を２本の表示体１６，１７に交互に照射するよう２軸の揺動ミラー５，６を駆動する。この場合、１本の表示体にとってその発光時間は半減するが、２本の表示体からのトータルの発光時間（単位時間当たりの走査回数）は実施例１と基本的には変わらない。なおフリッカー対策の観点から言えば、表示体が２本の場合の回転速度は、表示体が同一個所を通過する回数が３０回／秒以上である９００回転／分以上が望ましく、１５００回転／分以上が理想的である。
【００５１】
この例では、２個の表示体１６，１７のうち、揺動ミラー５，６に近い側を回転する表示体を選択してビーム光を照射するので、表示領域（発光領域）は揺動ミラー５，６に近い側の半周となる。また、揺動ミラー６によるビーム光の垂直走査は一方向のみ（ここでは上から下方向）とし、垂直帰線期間（下から上方向への戻り）を設けている。
【００５２】
図１２は、表示体１６，１７の回転位置と揺動ミラー６の垂直偏向角度θvtの関係を示す図である。横軸の時間軸ｔは表示体１６の回転位置で表示している。縦軸には各表示体１６，１７の回転位置信号をそれぞれＲphase，Ｒphase’で示し、各表示体１６，１７に追従するための揺動ミラー６の垂直偏向角度をθvt，θvt’で示す。当然ながら、ＲphaseとＲphase’、あるいはθvtとθvt’は互いに極性が反転している。
【００５３】
揺動ミラー６に対する垂直駆動信号Ｖdriveと垂直位相信号Ｖphaseは、照射するいずれかの表示体１６，１７に対する垂直偏向角度θvt，θvt’に合わせて設定する。すなわち、時間ｔ０からｔ４までの区間は表示体１６に対する垂直偏向角度θvtに合わせ、時間ｔ４からｔ０までの区間は表示体１７に対する垂直偏向角度θvt’に合わせる。時間ｔ０とｔ４では駆動信号の切り替えを行う訳であるが、この切り替えタイミングに揺動ミラー６の戻り期間（垂直帰線期間）Ｖfbを設ける。垂直帰線期間Ｖfbを設けることで、垂直表示期間Ｖdpは時間ｔａからｔｂまで（あるいは時間ｔａ’からｔｂ’まで）に減少する。このデューティ比は例えばＶdp：Ｖfb＝７：３とする。
【００５４】
波形データ保持部４には、揺動ミラー６に対する表示期間Ｖdpにおける駆動波形と帰線期間Ｖfbにおける帰線波形とを波形データとして予め保持している。また光源駆動部７は、垂直表示信号Ｖdispで定められた表示期間Ｖdpと帰線期間Ｖfbに従い光源８の点灯と消灯を繰り返す。
【００５５】
図１３は、実施例２の変形例を示す図であり、揺動ミラー５，６から遠い側を回転する表示体を選択してビーム光を照射する場合を示す。よって表示領域は、揺動ミラー５，６から遠い側の半周となり、揺動ミラー６によるビーム光の垂直走査は一方向のみ（ここでは下から上方向）となる。
【００５６】
図１４は、表示体１６，１７の回転位置と揺動ミラー６の垂直偏向角度θvtの関係を示す図である。横軸の時間軸ｔは表示体１６の回転位置で表示している。揺動ミラー６に対する垂直駆動信号Ｖdriveと垂直位相信号Ｖphaseは、時間ｔ０からｔ４までの区間は表示体１７に対する垂直偏向角度θvt’に合わせ、時間ｔ４からｔ０までの区間は表示体１６に対する垂直偏向角度θvtに合わせる。この場合も駆動信号の切り替えタイミングにおいて揺動ミラー６の戻り期間（垂直帰線期間）Ｖfbを設ける。垂直帰線期間Ｖfbを設けることで、垂直表示期間Ｖdpは時間ｔｃからｔｄまで（あるいは時間ｔｃ’からｔｄ’まで）に減少する。
【００５７】
実施例２では２個の表示体を用いることで、照明装置における回転体１４の回転速度を半減させることができる。これにより表示体を含めた回転部の剛性や回転負荷が低減し、風切り音が低減する。また、照射領域（発光領域）が半周以下の範囲となるので、より扁平な発光素子となる。この効果は、表示体の数を増やすことでより顕著になる。ただし回転体の大きさ（直径）に対する照発光領域の大きさ（高さ）が狭まることになるので、その場合には揺動ミラー５，６と光源８を複数用意して、発光領域を拡張することができる。
【実施例３】
【００５８】
図１５は、本発明の第３の実施例による映像表示装置を示す構成図である。実施例３では、回転する表示体に照明光の代わりに映像光を照射し、映像を表示するものである。
【００５９】
その構成は、実施例１（図１）の照明装置に画像処理部１９を追加し、これに映像信号Ｖｉｄｅｏを入力する。画像処理部１９は、表示体１６の位置情報（回転位置信号Ｒphase）と揺動ミラー５，６の揺動状態（位相信号Ｖphase、Ｈphase）に基づき、ビーム光の走査位置に対応した映像信号を生成して光源駆動部７に出力する。その際、図示しない画像メモリを用いて、フレームレート変換、スケーリング、解像度変換、強度変調等の画像変換処理を施す。映像信号は例えば３原色信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とし、光源駆動部７は映像信号に従い３個（３波長）のレーザ光源８ｒ、ｇ、ｂを変調駆動する。３個のコリメートレンズ９ｒ、ｇ、ｂを通過した各色のビーム光は２軸の揺動ミラー５，６で反射され、表示体１６に照射されて映像が表示される。
【００６０】
図１６は、本実施例による映像表示の一例を示す図である。表示体１６は図面上下方向に配置され、破線で示す回転面（円筒面）に映像を表示する。ここでの映像信号は、表示すべき対象物（ゆらめく炎）の形状に合わせた映像情報としている。また映像表示部の背景（円筒下部）には映像に関連した物体（例えば薪の実物）を配する。この場合、炎（映像）のない領域では背景の薪が直接観察でき、炎があたかも薪から昇るように表示される。すなわち本実施例の映像表示装置によれば、静止物からなる空間に映像からなる浮遊体を重ねて表示することができる。他の具体的な表示例としては、蝋燭（静止物）と灯火（浮遊体）の関係、花（静止物）の周りを舞う蝶（浮遊体）の関係などが好適である。
【００６１】
図１７は、実施例３の他の構成を示す構成図である。この例では、表示体１６を回転体１４の回転軸と垂直な面内で半径方向に配置している。回転体１４を回転させると、表示体１６は円板面状の軌跡を描く。その際表示体１６を所定角度内で往復回転させ、表示領域１５が扇形を描くようにしている。一方揺動ミラー５，６は回転体１４の回転軸上に配置し、揺動ミラー５，６によるラスタスキャン領域が、扇形の表示領域と一致するようにした。本構成によれば、映像を表示する表示面が平面となるが、回転機構が簡便な構成となる。
【００６２】
実施例３によれば、表示領域のうち映像輝度の高い所では色情報を持った発光体として表示され、映像の黒表示部分は黒体となり背景が透過する。観察者が表示された映像を視認する際、スクリーン等の介在物が存在せず、明暗の精悦度が良く、光の点滅（フリッカー）の少ない高画質な映像となる。さらには、周囲からの視認領域を広くすることで、あたかも空間に映像が浮かび上がっているように表示することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
２…タイミング生成部、３…ミラー制御・駆動部、４…波形データ保持部、５，６…２軸揺動ミラー、７…光源駆動部、８…光源、９…コリメートレンズ、１０…ビーム光、１１…モータ制御・駆動部、１２…回転モータ、１３…回転検出部、１４…回転体、１５…ビーム光の軌跡、１６，１７…表示体、１９…画像処理部、Ｖdrive，Ｈdrive…ミラー駆動信号、Ｍphase…ミラー位置信号、Ｖphase，Ｈphase…ミラー位相信号、Ｖdisp，Ｈdisp…表示信号、Ｖspm，Ｈspm…ミラー開始基準信号、Ｖspr，Ｈspr…モータ開始基準信号、Ｒdrive…モータ駆動信号、Ｒphase…回転位置信号、ＨＷt…水平走査幅、Ｈdp，Ｖdp…表示期間、θvt，θht…ミラー偏向角度、θvm，θhm…ミラー最大偏向角度。
【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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【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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