(57)【要約】【課題】光源からの光を走査ミラーにより走査して画像を表示させる投射型画像表示装置において、走査ミラーの非等速性に起因する画像の歪みを、より簡易な構成で補正する。【解決手段】レーザプロジェクタ１００において、少なくとも一次元方向に正弦振動することにより、光源からの光を走査する走査ミラー７と、走査ミラー７とスクリーンＳとの間に配置され、走査ミラー７により走査された光の偏向角を少なくとも一次元方向に補正する補正レンズと、を備え、補正レンズ８は、走査ミラー７の走査角が大きいほど、偏向角を大きくする補正を行う。【選択図】図１
2009244330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
少なくとも一次元方向に正弦振動することにより、前記光源からの光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、前記走査ミラーにより走査された光の偏向角を少なくとも一次元方向に補正する補正レンズと、
を備え、
前記補正レンズは、前記走査ミラーの走査角が大きいほど、前記偏向角を大きくする補正を行うことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記補正レンズは、凹型シリンドリカルレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記走査ミラーは、二次元方向に正弦振動する走査ミラーであり、
前記補正レンズは、トーリックレンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
光源からの光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
二次元方向に正弦振動することにより、前記光源からの光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、前記走査ミラーにより走査された光の偏向角を二次元方向に補正する補正レンズと、
を備え、
前記補正レンズは、トーリックレンズを含み、前記走査ミラーの走査角が大きいほど、前記偏向角を大きくする補正を行うことを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正弦振動する走査ミラーを用いた投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ等の投射型画像表示装置として、共振型の走査ミラーを用いたものが知られている。この走査ミラーを正弦波交流電流により振動させると、ミラーの走査速度が時間に対して正弦波状に変化することとなる。
図４は、正弦振動する走査ミラーの走査角と走査速度の関係を示している。図４に示すように、走査ミラーの走査速度は、走査角（振幅）がゼロをとる画像中央部において最大となり、走査角が水平方向の最大値Ｘ、−Ｘ（又は、垂直方向の最大値Ｙ、−Ｙ）をとる画像端部においてゼロとなっている。したがって、単位時間あたりの走査幅が一定とならず、画像の端にいくほど小さくなる。このような走査ミラーの非等速性ゆえに、図５に示すように、スクリーン上に投射される画像に、歪みや輝度の不均等が生じてしまうという問題が生じていた。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、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を、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、スクリーン上における各ライン像の間隔の補正を行う画像表示装置が提案されている。例えば、走査域を分割したブロックのうち、周辺部のブロックに対応する画素クロックには正規のクロックよりも長い時間幅の画素クロックを混在させており、これにより、等間隔特性が補正されることとなる。
【特許文献１】特開２００４−２７９５４４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、特許文献１に開示された等間隔特性の補正技術は、画像クロックの時間幅制御によるものであり、電気的制御が必要となって構成が複雑化するという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、光源からの光を走査ミラーにより走査して画像を表示させる投射型画像表示装置において、走査ミラーの非等速性に起因する画像の歪みを、より簡易な構成で補正することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、光源からの光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
少なくとも一次元方向に正弦振動することにより、前記光源からの光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、前記走査ミラーにより走査された光の偏向角を少なくとも一次元方向に補正する補正レンズと、
を備え、
前記補正レンズは、前記走査ミラーの走査角が大きいほど、前記偏向角を大きくする補正を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投射型画像表示装置において、前記補正レンズは、凹型シリンドリカルレンズを含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の投射型画像表示装置において、前記走査ミラーは、二次元方向に正弦振動する走査ミラーであり、
前記補正レンズは、トーリックレンズを含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、光源からの光をスクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
二次元方向に正弦振動することにより、前記光源からの光を走査する走査ミラーと、
前記走査ミラーと前記スクリーンとの間に配置され、前記走査ミラーにより走査された光の偏向角を二次元方向に補正する補正レンズと、
を備え、
前記補正レンズは、トーリックレンズを含み、前記走査ミラーの走査角が大きいほど、前記偏向角を大きくする補正を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、投射型画像表示装置において、少なくとも一次元方向に正弦振動することにより、光源からの光を走査する走査ミラーと、走査ミラーとスクリーンとの間に配置され、走査ミラーにより走査された光の偏向角を少なくとも一次元方向に補正する補正レンズと、が備わり、補正レンズは、走査ミラーの走査角が大きいほど、偏向角を大きくする補正を行う。
すなわち、走査ミラーとスクリーンとの間に、光の偏向角を補正する補正レンズを配することで、走査ミラーが正弦波状に振動することに起因する画像の歪みや、輝度の不均等が補正されることとなる。したがって、光源からの光を走査ミラーにより走査して画像を表示させる投射型画像表示装置において、走査ミラーの非等速性に起因する画像の歪みを、より簡易な構成で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】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態では、投射型画像表示装置として、例えば、レーザ光（光）を用いるレーザプロジェクタを例示して説明する。
図１は、本実施形態におけるレーザプロジェクタの要部構成を示すブロック図である。図２は、走査ミラーの要部構造を示す斜視図である。図３は、本実施形態のレーザプロジェクタにより表示される画像を説明する図である。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。
【００１２】
図１に示すように、実施形態のレーザプロジェクタ（投射型画像表示装置）１００は、レーザ光（光）を発光する光源１、光源１からのレーザ光を合波するミラー部２、スクリーンＳに表示する画像の画像データを記憶する画像メモリ３、画像データに基づいて光源１を駆動する光源駆動部４、所定の周波数の正弦波交流信号を生成する駆動信号生成部５、駆動信号生成部５において生成された正弦波交流信号に基づいて走査ミラー７を駆動するミラー駆動部６、ミラー駆動部６により駆動され、光源１から発光されたレーザ光を二次元方向に走査する走査ミラー７、走査ミラー７とスクリーンＳとの間に配置された補正レンズ８、レーザプロジェクタ１００の動作を統括制御する制御部９、等を備えて構成される。
【００１３】
光源１は、例えば、半導体レーザ（LD：Laser Diode）であり、光源駆動部４の駆動により、画像メモリ３からの画像データを変調して、それぞれ赤色（R）緑色（G）青色（B）の各色レーザ光を発光する。
ミラー部２は、例えば、特定の波長の光を透過して、それ以外の波長の光を反射するダイクロイックミラー等であり、複数の光源１からの各色レーザ光を、１軸の光軸を有するレーザ光に合波する。
【００１４】
画像メモリ３は、スクリーンＳに表示させる画像の画像データを記憶する。なお画像データの供給源はこれに限られず、筐体に接続されたＰＣ（Personal Computer）、ビデオカメラ等の各種の記憶装置に記憶された画像データを用いても良い。
光源駆動部４は、画像メモリ３から読み出した画像データに基づいて、光源１を駆動して、画素毎にレーザ光を調整する。
駆動信号生成部５は、制御部９による制御に応じて、走査ミラー７の固有共振周波数の正弦波交流信号を生成する。
ミラー駆動部６は、走査ミラー７の電極（後述）７６に接続され、駆動信号生成部５において生成された正弦波交流信号を電極７６に供給することにより、走査ミラー７を正弦振動させる。
【００１５】
走査ミラー７は、光源１からのレーザ光を二次元方向に反射させ、スクリーンＳに画像を投射する。本実施形態では、二次元走査を行う走査ミラー７として、例えば、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems: 微小電気機械システム)技術を利用した電磁駆動型のＭＥＭＳミラーを用いている。ＭＥＭＳミラーは、マイクロマシニング技術を利用して、シリコンウエハ上に機械的な機構と電気回路とを集積することにより製造される微小な装置であり、このＭＥＭＳミラーを用いることにより、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１６】
走査ミラー７は、図２に示すように、レーザ光を反射するミラー基板７１、ミラー基板７１を囲むように形成された内側フレーム７２、内側フレーム７２を囲むように形成された外側フレーム７３を備え、ミラー基板７１は、内側ヒンジ７４により、内側フレーム７２の内側に支持され、内側ヒンジ７４の軸周りに揺動可能となっている。また、内側フレーム７２は、内側ヒンジ７４と直交する方向の外側ヒンジ７５により、外側フレーム７３の内側に支持され、外側ヒンジ７５の軸周りに揺動可能となっている。
ミラー基板７１の表面の略中央部にはミラーＭが設けられ、当該ミラーＭを囲むように、周縁部に平面状のコイル７１ａが形成されている。また、内側フレーム７２の表面の周縁部には、平面状のコイル７２ａが形成され、各コイル７１ａ、７２ａの両端は電極７６に電気的に接続されている。また、外側フレーム７３の側面には、２対の永久磁石７７、７８が、Ｎ極とＳ極とが互いに対向するように配置されている。
【００１７】
このような走査ミラーＭ７において、コイル７１ａに電流を流すと、永久磁石７７によって発生する磁界との相互作用によりローレンツ力が生じ、内側ヒンジ７４を軸として、ミラー基板７１が内側ヒンジ７４の復元力とつりあう位置まで傾斜する。また、コイル７２ａに電流を流すと、永久磁石７８によって発生する磁界との相互作用によりローレンツ力が生じ、外側ヒンジ７５を軸として、内側フレーム７２が外側ヒンジ７５の復元力とつりあう位置まで傾斜する。
この走査ミラー７のコイル７１ａ、７２ａに、走査ミラー７が有する固有の共振周波数の正弦波交流電流を流すと、走査ミラー７が、内側ヒンジ７４及び外側ヒンジ７５を軸とする直交する２つの方向（水平方向及び垂直方向）に共振振動することとなる。共振振動において、走査ミラー７は、正弦波状に動作することとなり、上述したように、単位時間あたりの走査幅が、走査角が小さい画像中央部ほど広く、走査角が大きい画像の端ほど狭くなる。
【００１８】
補正レンズ８は、走査ミラー７とスクリーンＳとの間に配置され、走査ミラー７により走査された光の偏向角を二次元方向に補正することで、上述した走査ミラー７の速度変化に起因する画像の歪みや輝度の偏りを補正する。この補正レンズ８は、走査ミラー７の走査角が大きいほど、偏向角を大きくする補正を行うものである。すなわち、補正レンズ８は、走査角が大きくなる画像の端部ほど、走査ミラー７からの光の光路を広げる方向に補正する。したがって、図４に示すように、単位時間あたりの走査幅が画面全体で一定となり、走査ミラー７からのレーザ光をスクリーンＳ上に等速に走査することができる。
【００１９】
このような特性を有する補正レンズ８として、例えば、トーリックレンズを適用する。トーリックレンズに入射された光は、二次元方向に対して発散する方向に屈折して進む。また、ｌ＝ｆｓｉｎ−１θ（ここで、ｌ：走査距離、ｆ：焦点距離、θ：入射角度）で示されるアークサイン（arc-sin）特性を有するアークサインレンズが好適である。
また、走査ミラー７を一次元方向のみに正弦振動している場合には、光の偏向角を一元方向のみに補正する補正レンズ８として、例えば、凹型シリンドリカルレンズを用いる。シリンドリカルレンズに入力された光は、一次元方向に対して屈折せずに直進し、一次元方向に対して発散する方向に屈折して進むこととなる。
【００２０】
以上説明した本実施形態におけるレーザプロジェクタ（投射型画像表示装置）１００によれば、二次元方向に正弦振動することにより、光源１からの光を走査する走査ミラー７と、走査ミラー７とスクリーンＳとの間に配置され、走査ミラー７により走査された光の偏向角を二次元方向に補正する補正レンズ８と、が備わり、補正レンズ８には、トーリックレンズが含まれ、走査ミラー７の走査角が大きいほど、偏向角を大きくする補正が行われる。
すなわち、走査ミラー７とスクリーンＳとの間に、光の偏向角を補正する補正レンズ８を配することで、走査ミラー７が正弦波状に振動することに起因する画像の歪みや、輝度の不均等が補正されることとなる。したがって、光源１からの光を走査ミラー７により走査して画像を表示させる投射型画像表示装置において、走査ミラー７の非等速性に起因する画像の歪みを、より簡易な構成で補正することができる。
【００２１】
なお、本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
【００２２】
例えば、走査ミラーの回転角の変位を検出する検出部や、スクリーンＳにおけるレーザ光の照射位置を検出する検出部等を設けても良い。これらの検出部からの検出信号を走査ミラーの駆動部にフィードバックさせることにより、高精度な角度制御を行うことができる。
また、補正レンズ８の種類は、正弦振動する走査ミラー７に対応して、光を広げる方向に屈折させることが可能なレンズであれば、上記実施形態において例示したものに限られない。また、補正レンズ８の数も１枚に限られず、複数枚のレンズを組み合わせたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態におけるレーザプロジェクタの要部構成を示すブロック図である。
【図２】走査ミラーの要部構造を示す斜視図である。
【図３】本実施形態のレーザプロジェクタにより表示される画像を説明する図である。
【図４】正弦振動する走査ミラーの走査速度と走査角の関係を示す図である。
【図５】従来の投射型画像表示装置により表示される画像を説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  レーザプロジェクタ（投射型映像表示装置）
１      光源
７      走査ミラー
８      補正レンズ
Ｓ      スクリーン
【図１】
2009244330.tif 000003
【図２】
2009244330.tif 000004
【図３】
2009244330.tif 000005
【図４】
2009244330.tif 000006
【図５】
2009244330.tif 000007