(57)【要約】ガルバノミラーとポリゴンスキャナを用いた２次元ビーム走査方法ではポリゴンスキャナが大きく、かつ騒音が大きい。また、小型のミラーを振動させる方法では走査角によって明度分布が生じるという課題がある。  そこで、ＭＥＭＳミラーなどの比較的小さなミラーをその共振周波数付近で振動させてビームを走査する。その際、補正光学系を用いることで走査角を補正し、一様照明を実現する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、
前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることを特徴とする照明光源。
【請求項２】
前記補正光学系は３次球面収差を有する集光光学系からなることを特徴とする請求項１に記載の照明光源。
【請求項３】
前記コヒーレント光源からの光のうち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光源。
【請求項４】
前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極小値をとることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明光源。
【請求項５】
前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走査速度の最大値の９０％以下になることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明光源。
【請求項６】
前記光遮蔽手段が前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の３０％以内であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の照明光源。
【請求項７】
前記補正光学系は自由曲面ミラーからなることを特徴とする請求項１に記載の照明光源。
【請求項８】
前記コヒーレント光源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒーレント光源とからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の照明光源。
【請求項９】
少なくとも前記緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光を波長変換して緑色光を発生する二次高調波発生装置からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の照明光源。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の照明光源と前記照明光源からの光をスクリーン上に投影する投影光学系とを少なくとも備えることを特徴とする２次元画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、液晶パネルやＤＭＤなどの２次元空間光変調素子を用いた映像プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  図７に例えば非特許文献１などに詳説されている従来のレーザディスプレイの概略構成を示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１００ａ〜ｃからの光は、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂにて合波され、ポリゴンスキャナ１０４にて水平方向（Ｘ方向）に、ガルバノスキャナ１０５によって垂直方向（Ｙ方向）に走査され、スクリーン１０８上に照射される。このとき、入力映像信号に応じて光変調器１０６ａ〜１０６ｃで強度変調することで、スクリーン１０８上に映像が表示される。例えば、ＮＴＳＣビデオ信号に相当する動画を表示するためには、水平方向の走査線約５００本を毎秒３０フレーム表示することになり、水平走査線数は毎秒１５０００本となる。これは例えばポリゴンスキャナ１０４を３０面体とし、３万ｒｐｍで回転させることで実現される。ガルバノミラー１０５は毎秒３０回垂直方向に往復振動させる。水平方向の分解能は、この走査速度に対して、光変調器の変調速度で決まる。例えば上記の走査速度で水平方向に５００ＴＶ本の分解能を得るためには５００×１５０００＝７５０００００より、１０ＭＨｚ程度の帯域幅が必要となる。この帯域幅は、音響光学効果を用いた光変調器や電気光学効果を用いた光変調器によって実現される。【０００３】  この構成のディスプレイの特徴は、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となることである。例えば赤色光源として、波長６４７．１ナノメートルのクリプトンイオンレーザ、青色光源として波長４４１．６ナノメートルのヘリウムカドミウムレーザ、緑色光源として、波長５３２ナノメートルのネオジウムドープＹＡＧレーザの第２高調波を用いることでそれぞれの鮮やかな単色の色表示が可能となる。【０００４】  しかしながら図７の構成では、前述のように３０面体のポリゴンスキャナ１０４を３万ｒｐｍで回転させる必要があるため装置が大きくなり、かつ騒音が大きくなるという課題があった。また、ポリゴンスキャナ１０４への入射ビームが反射面の境界線上に位置する時には反射ビームが２方向に分かれるため映像表示を行うことができず、入射ビームがいずれかひとつの反射面内に入射しているときのみ画像表示が可能となる。このため、十分な光利用効率を得るためには、ポリゴンスキャナ１０４の反射面は、入射するビームの径に比べて十分に大きくする必要がある。そのため、ポリゴンスキャナ１０４の反射面数が増加したときも一定の面積を確保しなければならず、ポリゴンスキャナ１０４のサイズが大きくなる。
【非特許文献１】Ｂａｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ，“Ａ  ｌａｒｇｅ  ｓｃｒｅｅｎ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，”Ｐｒｏｃ．  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ６ｔｈ  Ｎａｔ’ｌ  Ｓｙｍｐ．，８５−１０１（１９６５）．
【発明の開示】
【０００５】  そこで本発明は、このような問題を解決し、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源、及びそれを用いた２次元画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】  この目的のために本発明の一態様に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることを特徴とする。
【０００７】  この態様によれば、コヒーレント光源からの光は、スクリーンとして機能する所定の壁等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走査される。このビーム走査手段は光を１次元に走査させる構成であってもよいし、２次元に走査させる構成であってもよい。１次元に走査させる構成の場合には、その走査方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、２次元のスクリーン上に画像を表示させることも可能となる。
【０００８】  また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によれば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのため、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって１次共振周波数付近で駆動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定した駆動を実現できる。
【０００９】  しかしながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、走査角が小さいスクリーンの中心付近では、走査速度が速いため光の軌跡が暗く、走査角が大きいスクリーンの端付近では、走査速度が遅いため光の軌跡が明るくなる。
【００１０】  このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これにより、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】［図１］本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態１の概略構成図
［図２］ビーム走査手段によるビーム走査角の時間変化を示す図
［図３］補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間変化を示す図
［図４］本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図
［図５］本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態２の概略構成図
［図６］本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態３の概略構成図
［図７］従来の２次元画像表示装置の概略構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００１３】  （実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。【００１４】  図１は本発明に係る２次元画像表示装置の概略構成図である。入力映像信号に応じて光強度変調手段１０で強度変調されたレーザ光源１からの光は、２次元ＭＥＭＳミラー３を照射する。２次元ＭＥＭＳミラー３は１０ミクロン程度の厚みのシリコン結晶からなる可動ミラーであり、エッチング技術により底面基板から浮上した位置に保持されている。中央ミラー部３１は上下方向から梁によってミラー保持部３２に接続されている。また、ミラー保持部３２は左右方向から梁によって支持されている。中央ミラー部３１の下側には底面基板には左右に分割された電極が形成され、中央ミラー部３１と底面基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力により中央ミラー部３１が梁にねじりを生じる方向すなわち左右回転軸を中心にして傾斜する。【００１５】  ミラー保持部３２に対応する底面基板には上下に分割された電極が形成され、ミラー保持部３２と底面基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力によりミラー保持部３２が梁にねじりを生じる方向すなわち上下回転軸を中心にして傾斜する。この両軸方向の傾斜を同時に制御する事で中央ミラー部の傾きを２次元方向で自由に設定できる。中央ミラー部３１の大きさは約１ｍｍ角と小さく回転モーメントも小さいため、梁部の厚みや幅の設計によってねじれ方向の１次共振周波数を高くすることができ、左右方向の回転軸中心には容易に高い１次共振周波数を得ることができる。本実施の形態及び以下の実施の形態２，３においては、２次元ＭＥＭＳミラー３がビーム走査手段としての機能を有する。つまり、中央ミラー部３１がミラー部として、ミラー保持部３２や底面基板上電極等がミラー部振動手段としての機能を有する。【００１６】  前述したように、ＮＴＳＣのビデオ画像を表示するためにはＸ方向に毎秒１５０００本の走査線を生じる必要がある。中央ミラー部３１を１ｍｍ角、梁の幅を５０ミクロン、梁の長さを２００ミクロンとしたとき、１次共振周波数は約１５ｋＨｚとなり、ちょうどビデオ信号の表示に必要な走査周波数が得られた。またＹ方向の共振周波数は４ｋＨｚであった。ビデオ信号の表示にはＹ方向の走査周波数は毎秒３０回であり、１００倍以上の共振周波数となった。【００１７】  このようにＭＥＭＳミラーを用いてビームを高速に走査する際には、ミラーが共振点付近で駆動されるために、走査角は時間に対して正弦波状の変化を示し、明度分布が生じることになる。走査角の時間変化を図に示したのが図２である。図のように走査角が正弦波状に変化したときには、走査角が小さな時にはほぼ走査速度が一定で、走査角が大きくなるに従い、走査速度が遅くなる。このため、一定の明るさのビームを１次元方向に正弦波状に走査したときには、走査角が小さな場所でビームの軌跡が暗く、走査角が大きな場所ではビームの軌跡が明るくなるという不具合が生じる。【００１８】  この問題を解決するために本発明の２次元画像表示装置では、ビーム走査角補正光学系を用いている。具体的には図１のようにＭＥＭＳミラーによる反射後のビームを凹面形状を持つ円柱レンズ（補正光学系の一形態）２に入射させる。円柱レン��２の曲率は、中心付近すなわちビーム走査角の小さな領域で大きく、周辺部分すなわちビーム走査角の大きな時にビームが通過する部分で小さくなっている。これは、円柱レンズ２が３次球面収差を有すると言い換えることができる。したがって、円柱レンズ２の周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査速度の違いによる明度分布を抑制することができる。【００１９】  円柱レンズ２を用いた場合の走査角の時間変化を図２に破線で示す。これからわかるように、円柱レンズ２を用いない場合に比べて走査角が広くなり、補正後線形範囲１２も（補正前）線形範囲１１より広くなっている。つまり、走査角を時間微分した量である走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなるため、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。【００２０】  図３は、補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間変化を示す図である。ここで、曲線Ｖ１及びＶ２は、それぞれ円柱レンズ２を用いる前後の走査速度の時間変化を表す。また、曲線Ａ１及びＡ２は、それぞれ円柱レンズ２を用いる前後の走査角の時間変化を表す。縦軸の走査角及び走査速度は、それぞれ最大走査角及び最大走査速度を基準として規格化してある。また、横軸の時間は、共振周期の半分の時間を表しており、４分の１周期の時間を１として規格化してある。【００２１】  この図の曲線Ｖ１からわかるように、円柱レンズ２を用いない場合、走査角が０（ゼロ）（時間が０（ゼロ））の点の走査速度が最も大きく、走査角が大きくなるにしたがって走査速度は小さくなっていく。ここで、円柱レンズ２を用いると、曲線Ｖ２に示されるように、走査角がゼロの点の走査速度が小さくなり、その点で極小値をとるように変化する。さらに、円柱レンズ２を用いない場合（曲線Ｖ１）と比較して、時間軸（横軸）方向に幅が広がっている。これは、走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなることを意味しており、図２に示したように、円柱レンズ２を用いることで線形範囲が広くなることに対応している。また、この効果は、円柱レンズ２が３次球面収差を有する集光光学系であることに起因する。これにより、走査速度がある一定の範囲に属する時間が操作時間に占める割合が増加するため、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。【００２２】  また、この図の曲線Ｖ２からわかるように、走査角がゼロの点における走査速度が、走査速度の最大値の９０％まで低下するように円柱レンズ２を設定すると、走査速度のばらつきが小さくなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するので、これにより明度分布が所定の値、例えば２５％より小さくなる範囲（図の走査速度が０．７５から１．０の間）が操作時間に占める割合が高くなり、全体の７０％以上となる。そして、残りの３０％以内の光はスクリーンに到達しないように遮蔽することが好ましい。【００２３】  図４は、本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図である。ここでは、Ｘ方向の走査のみについて説明する。２次元ＭＥＭＳミラー３で反射された光は、円柱レンズ２を通過する。このとき、円柱レンズ２のみであれば、通過した光はスクリーン９上の所���の領域（遮蔽前照射領域）を照射する。しかしながら、前述したように、遮蔽前照射領域の端部は中心付近に比べて光の走査速度が遅いため明るく照射されてしまい、スクリーン全体として見ると大きな明度分布が生じている。【００２４】  そこで、本実施形態においては、遮蔽前照射領域の端部を照射する光を遮蔽するための光遮蔽手段２０を設ける。本実施の形態においては、円柱レンズ２の２次元ＭＥＭＳミラー３側に密着させて配置する構成としている。これは、例えば、金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）からなる板を円柱レンズ２に密着させて配置してもよいし、それらの材料を蒸着やスパッタ等により円柱レンズ２の面上に直接形成してもよい。さらには、光遮蔽手段２０は、円柱レンズ２に密着させて配置する必要はなく、金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）からなる板を円柱レンズ２と２次元ＭＥＭＳミラー３との間、あるいは円柱レンズ２とスクリーン９との間に配置することも可能である。いずれの場合も、光遮蔽手段２０が遮蔽前照射領域の端部を照射する光を有効に遮蔽するため、スクリーン上の明度分布が小さく、かつ光の利用効率が高い照明光源を実現できる。【００２５】  以上、Ｘ方向の走査のみについて説明したが、Ｙ方向の走査についても同様であるので、説明は省略する。また、この光遮蔽手段２０は、Ｘ方向あるいはＹ方向に単独で用いることもできるし、Ｘ方向及びＹ方向に同時に用いることもできる。【００２６】  このような明度分布の補正は、例えば走査位置によって光源の発光量を変化させる、すなわち周辺部分を走査している際に光源の発光量を減少させるなどの方法によっても行えるが、その場合には同じ明るさの画像を表示する際により高出力の光源が必要になるという問題点がある。【００２７】  また本発明の２次元画像表示装置は、光源に二次高調波発生装置を用いた場合により有効である。通常二次高調波発生装置はその基本波光源として固体レーザを用いることが多い。例えば５３２ｎｍの緑色レーザはＹＡＧ固体レーザから発生される１０６４ｎｍの赤外光の波長変換によって生成されるが、ＹＡＧ固体レーザは高速にその出力を変調することができないため、上述のような走査位置によって光源の発光量を制御する方法では明度分布を抑制することができない。これに対して本発明に係る２次元画像表示装置は、光源の発光光量を一定にできるため、高速に変調できない光源を用いた場合にも有効に作用する。【００２８】  また本実施の形態では一つのレーザ光源を用いた場合の構成例を示したが、複数のレーザ光源からの光を合波したのちにビーム走査する構成を用いればフルカラーの２次元画像表示装置が構成される。【００２９】  なお、従来のポリゴンスキャナを用いた水平走査の場合は、水平に単一方向走査が行われるのに対して、本願のミラーを用いた水平走査の場合は、両方向走査を用いることが有効である。【００３０】  （実施の形態２）
図５は本発明に用いる補正光学系の別の実施の形態を示している。図５は、図１の光学系のＸ方向に対応する方向の光学構成を示している。ここでは走査角補正光学系として、自由曲面ミラー（補正光学系の一形態）５を用いている。自由曲面ミラー５はその中心部分すなわちビーム走査角の小さな領域で凹面形状を持ち、周辺部分すなわちビーム走査角の大きな領域で凸面形状を持っている。自由曲面ミラー５の周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査速度の違いによる明度分布を抑制することができる。【００３１】  また、この自由曲面ミラー５においても、前述した光遮蔽手段を設けることが可能である。この場合には、例えば、自由曲面ミラー５の反射面側に金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）を蒸着やスパッタ等により自由曲面ミラー５の面上に直接形成してもよい。さらには、光遮蔽手段２０は、上記の材料からなる板を自由曲面ミラー５と２次元ＭＥＭＳミラー３との間、あるいは自由曲面ミラー５とスクリーン９との間の光路を遮らない位置に配置することも可能である。【００３２】  （実施の形態３）
図６は本発明の照明光源と投影光学系を組み合わせて２次元画像表示装置を構成した実施の形態を示している。実施の形態２までの構成では、レーザ光源１からの光を２次元に走査するとともに強度変調し、直接スクリーン上に画像を形成していたのに対して、図６に示した本実施の形態ではレーザ光源１を一定の光量で発光させ、２次元ＭＥＭＳミラー３と走査角補正光学系４とを用いて空間光変調素子６を照明している。空間光変調素子６は例えばＴＮ液晶素子を用いた光スイッチを２次元に多数配列した液晶パネルなどが用いられる。空間光変調素子６は一様な明度分布で照明されるが、これを通過して形成された２次元画像は投射レンズ（投影光学系）８によってスクリーン９に投射される。【００３３】  以上説明した実施の形態１〜３においては、１つのレーザ光源１からの光を２次元ＭＥＭＳミラー３で反射するとして説明したが、ＲＧＢそれぞれの光源として適当な波長のコヒーレント光源を用い、カラー画像を投影することも可能である（図７参照）。このとき、ＲＧＢ３色のコヒーレント光源からの光は、入力映像信号に応じて光変調器で強度変調された後、ダイクロイックミラーにて合波される。そして、合波された１本の光ビームは、１つの２次元ＭＥＭＳミラー３に入射し、２次元方向に振動させられる。これにより、色純度が高く、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。【００３４】  ［実施の形態の概要］
本発明に係る実施の形態の概要を以下に記載する。【００３５】  （１）上記したように、本願発明に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることが好ましい。【００３６】  この構成によれば、コヒーレント光源からの光は、スクリーンとして機能する所定の壁等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走査される。このビーム走査手段は光を１次元に走査させる構成であってもよいし、２次元に走査させる構成であってもよい。１次元に走査させる構成の場合には、その走査方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、２次元のスクリーン上に画像を表示させることも可能となる。【００３７】  また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によれば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのため、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって１次共振周波数付近で駆動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定した駆動を実現できる。【００３８】  しかしながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、走査角が小さいスクリーンの中心付近では、走査速度が速いため光の軌跡が暗く、走査角が大きいスクリーンの端付近では、走査速度が遅いため光の軌跡が明るくなる。【００３９】  このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これにより、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。【００４０】  （２）照明光源は、照明光源（１）であって、前記補正光学系は３次球面収差を有する集光光学系からなることが好ましい。この構成によれば、補正光学系が３次球面収差を有しているため、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行うことができる。そのため、ミラー部により走査される光の走査速度をスクリーン上でほぼ一定とすることができ、スクリーン等を一様に照明することが可能となる。さらに、３次球面収差は、例えば、断面が円の一部である円柱レンズによっても発生する。そのため、上記の機能を有する補正光学系は作製が容易であり、製造コストを抑えることができる。【００４１】  （３）照明光源は、照明光源（１）又は（２）であって、前記コヒーレント光源からの光のうち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えることが好ましい。【００４２】  この構成によれば、最大走査角付近における走査速度が遅い領域の光は、光遮蔽��段により遮蔽されスクリーン上に到達しない。そのため、ミラー部により走査される光の走査速度の変化を小さく抑えることができ、スクリーン等を一様に照明することが可能となる。ここで、所定の割合は状況に応じて設定すればよく、例えば、走査角の最大走査角に対する比が０．９以上の光を遮蔽するようにしてもよいし、さらに走査速度の変化を抑えるために０．８以上の光を遮蔽するようにしてもよい。この比の値が小さくなれば、それだけスクリーン上における光の投影範囲は狭くなるが、その分スクリーンからの距離を遠ざければ投影範囲を広げることも可能である。【００４３】  （４）照明光源は、照明光源（１）乃至（３）のいずれかであって、前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極小値をとることが好ましい。【００４４】  補正光学系を用いない場合、走査角がゼロ（「０」）の点の走査速度が最も大きく、走査角が大きくなるにしたがって走査速度は小さくなっていく。ここで、例えば、３次の球面収差を有する集光光学系や、４次の関数で表される表面形状を持つ自由曲面ミラー等を補正光学系として用いれば、走査角がゼロの点の走査速度を小さくし、その点で極小値をとるように構成することができる。これにより、走査速度がある一定の範囲に属する時間も長くなるため、当該時間が操作時間に占める割合も増加し、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。【００４５】  （５）照明光源は、照明光源（１）乃至（４）のいずれかであって、前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走査速度の最大値の９０％以下になることが好ましい。【００４６】  この構成によれば、走査角がゼロの点における走査速度が、走査速度の最大値の９０％まで低下するように補正光学系が設定されるので、走査速度のばらつきが小さくなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するので、これにより明度分布が所定の値より小さくなる範囲が操作時間に占める割合が高くなる。そのため、スクリーン上の明度分布が小さく、かつ光の利用効率が高い照明光源を実現できる。【００４７】  （６）照明光源は、照明光源（２）乃至（５）のいずれかであって、前記光遮蔽手段が前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の３０％以内であることが好ましい。この構成によれば、操作時間の７０％を使うことができるので、光の利用効率が高い照明光源を実現できる。このとき、例えば、３次球面収差を有する集光光学系を補正光学系として用いれば、スクリーン上の明度分布を２５％程度と小さく抑えることも可能となる。【００４８】  （７）照明光源は、照明光源（１）であって、前記補正光学系は自由曲面ミラーからなることが好ましい。ここで、自由曲面ミラーはその中心部分すなわち走査角の小さな領域で凹面形状を持ち、周辺部分すなわち走査角の大きな領域で凸面形状を有している。これは、例えば、自由曲面ミラーへの入射光と反射光で作られる平面での断面形状が４次関数で記述されるような曲面であることを意味する。この形状により、自由曲面ミラーの中心部分を光が通過するときには走査角が小さくなり、周辺部分を光が通過するときには走査角が大きくなる��そのため、走査速度の違いによる明度分布を抑制し、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。さらに、４次程度の次数の関数で記述される断面形状を有する補正光学系は作製が容易であるため、製造コストを抑えることができる。【００４９】  （８）照明光源は、照明光源（１）乃至（７）のいずれかであって、前記コヒーレント光源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒーレント光源とからなることが好ましい。この構成によれば、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光である、適当な波長のコヒーレント光源を用いるので、色純度が高く、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。【００５０】  （９）照明光源は、照明光源（１）乃至（８）のいずれかであって、少なくとも前記緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光を波長変換して緑色光を発生する二次高調波発生装置からなることが好ましい。この構成によれば、少なくとも緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光の波長が半分に変換された光源であるため、単色光であり色純度が高く、かつ高輝度である。また、青色コヒーレント光源は、青色光を発生する二次高調波発生装置からなっていてもよいし、青色の光を出射する半導体レーザ光源等からなっていてもよい。そして、赤色コヒーレント光源は、赤色の光を出射する半導体レーザ光源等からなっていることが好ましい。これらの光源を用いることにより、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。【００５１】  （１０）上記したように、本願発明に係る２次元画像表示装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の照明光源と前記照明光源からの光をスクリーン上に投影する投影光学系とを少なくとも備えることが好ましい。この構成によれば、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等に一様に画像を表示することが可能な２次元画像表示装置が実現できる。【００５２】  本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  本発明にかかる２次元画像表示装置は消費電力の小さい小型のビーム走査手段で一様な照明光分布を得ることが可能であり、テレビ受像器、投写型データディスプレイ、家庭用シアターシステム、劇場用映画投写装置、大画面広告表示媒体などに利用可能である。また半導体露光装置などのフォトリソグラフィ技術にかかる製造装置にも利用可能である。
【図１】
2005083493.tif 000002
【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月3日(2006.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、
前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることを特徴とする照明光源。
【請求項２】
前記補正光学系は３次球面収差を有する集光光学系からなることを特徴とする請求項１に記載の照明光源。
【請求項３】
前記コヒーレント光源からの光のうち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光源。
【請求項４】
前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極小値をとることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明光源。
【請求項５】
前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走査速度の最大値の９０％以下になることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明光源。
【請求項６】
前記光遮蔽手段が前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の３０％以内であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の照明光源。
【請求項７】
前記補正光学系は自由曲面ミラーからなることを特徴とする請求項１に記載の照明光源。
【請求項８】
前記コヒーレント光源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒーレント光源とからなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の照明光源。
【請求項９】
少なくとも前記緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光を波長変換して緑色光を発生する二次高調波発生装置からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の照明光源。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の照明光源と前記照明光源からの光をスクリーン上に投影する投影光学系とを少なくとも備えることを特徴とする２次元画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルやＤＭＤなどの２次元空間光変調素子を用いた映像プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７に例えば非特許文献１などに詳説されている従来のレーザディスプレイの概略構成を示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１００ａ〜ｃからの光は、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂにて合波され、ポリゴンスキャナ１０４にて水平方向（Ｘ方向）に、ガルバノスキャナ１０５によって垂直方向（Ｙ方向）に走査され、スクリーン１０８上に照射される。このとき、入力映像信号に応じて光変調器１０６ａ〜１０６ｃで強度変調することで、スクリーン１０８上に映像が表示される。例えば、ＮＴＳＣビデオ信号に相当する動画を表示するためには、水平方向の走査線約５００本を毎秒３０フレーム表示することになり、水平走査線数は毎秒１５０００本となる。これは例えばポリゴンスキャナ１０４を３０面体とし、３万ｒｐｍで回転させることで実現される。ガルバノミラー１０５は毎秒３０回垂直方向に往復振動させる。水平方向の分解能は、この走査速度に対して、光変調器の変調速度で決まる。例えば上記の走査速度で水平方向に５００ＴＶ本の分解能を得るためには５００×１５０００＝７５０００００より、１０ＭＨｚ程度の帯域幅が必要となる。この帯域幅は、音響光学効果を用いた光変調器や電気光学効果を用いた光変調器によって実現される。
【０００３】
この構成のディスプレイの特徴は、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となることである。例えば赤色光源として、波長６４７．１ナノメートルのクリプトンイオンレーザ、青色光源として波長４４１．６ナノメートルのヘリウムカドミウムレーザ、緑色光源として、波長５３２ナノメートルのネオジウムドープＹＡＧレーザの第２高調波を用いることでそれぞれの鮮やかな単色の色表示が可能となる。
【非特許文献１】Ｂａｋｅｒ  ｅｔ  ａｌ，  “Ａ  ｌａｒｇｅ  ｓｃｒｅｅｎ  ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，”  Ｐｒｏｃ．  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ６ｔｈ  Ｎａｔ’ｌ  Ｓｙｍｐ．，  ８５−１０１  （１９６５）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら図７の構成では、前述のように３０面体のポリゴンスキャナ１０４を３万ｒｐｍで回転させる必要があるため装置が大きくなり、かつ騒音が大きくなるという課題があった。また、ポリゴンスキャナ１０４への入射ビームが反射面の境界線上に位置する時には反射ビームが２方向に分かれるため映像表示を行うことができず、入射ビームがいずれかひとつの反射面内に入射しているときのみ画像表示が可能となる。このため、十分な光利用効率を得るためには、ポリゴンスキャナ１０４の反射面は、入射するビームの径に比べて十分に大きくする必要がある。そのため、ポリゴンスキャナ１０４の反射面数が増加したときも一定の面積を確保しなければならず、ポリゴンスキャナ１０４のサイズが大きくなる。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題を解決し、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源、及びそれを用いた２次元画像表示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】
この目的のために本発明の一態様に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることを特徴とする。
【０００７】
この態様によれば、コヒーレント光源からの光は、スクリーンとして機能する所定の壁等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走査される。このビーム走査手段は光を１次元に走査させる構成であってもよいし、２次元に走査させる構成であってもよい。１次元に走査させる構成の場合には、その走査方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、２次元のスクリーン上に画像を表示させることも可能となる。
【０００８】
また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によれば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのため、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって１次共振周波数付近で駆動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定した駆動を実現できる。
【０００９】
しかしながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、走査角が小さいスクリーンの中心付近では、走査速度が速いため光の軌跡が暗く、走査角が大きいスクリーンの端付近では、走査速度が遅いため光の軌跡が明るくなる。
【００１０】
このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これにより、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る２次元画像表示装置の概略構成図である。入力映像信号に応じて光強度変調手段１０で強度変調されたレーザ光源１からの光は、２次元ＭＥＭＳミラー３を照射する。２次元ＭＥＭＳミラー３は１０ミクロン程度の厚みのシリコン結晶からなる可動ミラーであり、エッチング技術により底面基板から浮上した位置に保持されている。中央ミラー部３１は上下方向から梁によってミラー保持部３２に接続されている。また、ミラー保持部３２は左右方向から梁によって支持されている。中央ミラー部３１の下側には底面基板には左右に分割された電極が形成され、中央ミラー部３１と底面基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力により中央ミラー部３１が梁にねじりを生じる方向すなわち左右回転軸を中心にして傾斜する。
【００１５】
ミラー保持部３２に対応する底面基板には上下に分割された電極が形成され、ミラー保持部３２と底面基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力によりミラー保持部３２が梁にねじりを生じる方向すなわち上下回転軸を中心にして傾斜する。この両軸方向の傾斜を同時に制御する事で中央ミラー部の傾きを２次元方向で自由に設定できる。中央ミラー部３１の大きさは約１ｍｍ角と小さく回転モーメントも小さいため、梁部の厚みや幅の設計によってねじれ方向の１次共振周波数を高くすることができ、左右方向の回転軸中心には容易に高い１次共振周波数を得ることができる。本実施の形態及び以下の実施の形態２，３においては、２次元ＭＥＭＳミラー３がビーム走査手段としての機能を有する。つまり、中央ミラー部３１がミラー部として、ミラー保持部３２や底面基板上電極等がミラー部振動手段としての機能を有する。
【００１６】
前述したように、ＮＴＳＣのビデオ画像を表示するためにはＸ方向に毎秒１５０００本の走査線を生じる必要がある。中央ミラー部３１を１ｍｍ角、梁の幅を５０ミクロン、梁の長さを２００ミクロンとしたとき、１次共振周波数は約１５ｋＨｚとなり、ちょうどビデオ信号の表示に必要な走査周波数が得られた。またＹ方向の共振周波数は４ｋＨｚであった。ビデオ信号の表示にはＹ方向の走査周波数は毎秒３０回であり、１００倍以上の共振周波数となった。
【００１７】
このようにＭＥＭＳミラーを用いてビームを高速に走査する際には、ミラーが共振点付近で駆動されるために、走査角は時間に対して正弦波状の変化を示し、明度分布が生じることになる。走査角の時間変化を図に示したのが図２である。図のように走査角が正弦波状に変化したときには、走査角が小さな時にはほぼ走査速度が一定で、走査角が大きくなるに従い、走査速度が遅くなる。このため、一定の明るさのビームを１次元方向に正弦波状に走査したときには、走査角が小さな場所でビームの軌跡が暗く、走査角が大きな場所ではビームの軌跡が明るくなるという不具合が生じる。
【００１８】
この問題を解決するために本発明の２次元画像表示装置では、ビーム走査角補正光学系を用いている。具体的には図１のようにＭＥＭＳミラーによる反射後のビームを凹面形状を持つ円柱レンズ（補正光学系の一形態）２に入射させる。円柱レンズ２の曲率は、中心付近すなわちビーム走査角の小さな領域で大きく、周辺部分すなわちビーム走査角の大きな時にビームが通過する部分で小さくなっている。これは、円柱レンズ２が３次球面収差を有すると言い換えることができる。したがって、円柱レンズ２の周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査速度の違いによる明度分布を抑制することができる。
【００１９】
円柱レンズ２を用いた場合の走査角の時間変化を図２に破線で示す。これからわかるように、円柱レンズ２を用いない場合に比べて走査角が広くなり、補正後線形範囲１２も（補正前）線形範囲１１より広くなっている。つまり、走査角を時間微分した量である走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなるため、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。
【００２０】
図３は、補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間変化を示す図である。ここで、曲線Ｖ１及びＶ２は、それぞれ円柱レンズ２を用いる前後の走査速度の時間変化を表す。また、曲線Ａ１及びＡ２は、それぞれ円柱レンズ２を用いる前後の走査角の時間変化を表す。縦軸の走査角及び走査速度は、それぞれ最大走査角及び最大走査速度を基準として規格化してある。また、横軸の時間は、共振周期の半分の時間を表しており、４分の１周期の時間を１として規格化してある。
【００２１】
この図の曲線Ｖ１からわかるように、円柱レンズ２を用いない場合、走査角が０（ゼロ）（時間が０（ゼロ））の点の走査速度が最も大きく、走査角が大きくなるにしたがって走査速度は小さくなっていく。ここで、円柱レンズ２を用いると、曲線Ｖ２に示されるように、走査角がゼロの点の走査速度が小さくなり、その点で極小値をとるように変化する。さらに、円柱レンズ２を用いない場合（曲線Ｖ１）と比較して、時間軸（横軸）方向に幅が広がっている。これは、走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなることを意味しており、図２に示したように、円柱レンズ２を用いることで線形範囲が広くなることに対応している。また、この効果は、円柱レンズ２が３次球面収差を有する集光光学系であることに起因する。これにより、走査速度がある一定の範囲に属する時間が操作時間に占める割合が増加するため、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。
【００２２】
また、この図の曲線Ｖ２からわかるように、走査角がゼロの点における走査速度が、走査速度の最大値の９０％まで低下するように円柱レンズ２を設定すると、走査速度のばらつきが小さくなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するので、これにより明度分布が所定の値、例えば２５％より小さくなる範囲（図の走査速度が０．７５から１．０の間）が操作時間に占める割合が高くなり、全体の７０％以上となる。そして、残りの３０％以内の光はスクリーンに到達しないように遮蔽することが好ましい。
【００２３】
図４は、本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図である。ここでは、Ｘ方向の走査のみについて説明する。２次元ＭＥＭＳミラー３で反射された光は、円柱レンズ２を通過する。このとき、円柱レンズ２のみであれば、通過した光はスクリーン９上の所定の領域（遮蔽前照射領域）を照射する。しかしながら、前述したように、遮蔽前照射領域の端部は中心付近に比べて光の走査速度が遅いため明るく照射されてしまい、スクリーン全体として見ると大きな明度分布が生じている。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、遮蔽前照射領域の端部を照射する光を遮蔽するための光遮蔽手段２０を設ける。本実施の形態においては、円柱レンズ２の２次元ＭＥＭＳミラー３側に密着させて配置する構成としている。これは、例えば、金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）からなる板を円柱レンズ２に密着させて配置してもよいし、それらの材料を蒸着やスパッタ等により円柱レンズ２の面上に直接形成してもよい。さらには、光遮蔽手段２０は、円柱レンズ２に密着させて配置する必要はなく、金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）からなる板を円柱レンズ２と２次元ＭＥＭＳミラー３との間、あるいは円柱レンズ２とスクリーン９との間に配置することも可能である。いずれの場合も、光遮蔽手段２０が遮蔽前照射領域の端部を照射する光を有効に遮蔽するため、スクリーン上の明度分布が小さく、かつ光の利用効率が高い照明光源を実現できる。
【００２５】
以上、Ｘ方向の走査のみについて説明したが、Ｙ方向の走査についても同様であるので、説明は省略する。また、この光遮蔽手段２０は、Ｘ方向あるいはＹ方向に単独で用いることもできるし、Ｘ方向及びＹ方向に同時に用いることもできる。
【００２６】
このような明度分布の補正は、例えば走査位置によって光源の発光量を変化させる、すなわち周辺部分を走査している際に光源の発光量を減少させるなどの方法によっても行えるが、その場合には同じ明るさの画像を表示する際により高出力の光源が必要になるという問題点がある。
【００２７】
また本発明の２次元画像表示装置は、光源に二次高調波発生装置を用いた場合により有効である。通常二次高調波発生装置はその基本波光源として固体レーザを用いることが多い。例えば５３２ｎｍの緑色レーザはＹＡＧ固体レーザから発生される１０６４ｎｍの赤外光の波長変換によって生成されるが、ＹＡＧ固体レーザは高速にその出力を変調することができないため、上述のような走査位置によって光源の発光量を制御する方法では明度分布を抑制することができない。これに対して本発明に係る２次元画像表示装置は、光源の発光光量を一定にできるため、高速に変調できない光源を用いた場合にも有効に作用する。
【００２８】
また本実施の形態では一つのレーザ光源を用いた場合の構成例を示したが、複数のレーザ光源からの光を合波したのちにビーム走査する構成を用いればフルカラーの２次元画像表示装置が構成される。
【００２９】
なお、従来のポリゴンスキャナを用いた水平走査の場合は、水平に単一方向走査が行われるのに対して、本願のミラーを用いた水平走査の場合は、両方向走査を用いることが有効である。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は本発明に用いる補正光学系の別の実施の形態を示している。図５は、図１の光学系のＸ方向に対応する方向の光学構成を示している。ここでは走査角補正光学系として、自由曲面ミラー（補正光学系の一形態）５を用いている。自由曲面ミラー５はその中心部分すなわちビーム走査角の小さな領域で凹面形状を持ち、周辺部分すなわちビーム走査角の大きな領域で凸面形状を持っている。自由曲面ミラー５の周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査速度の違いによる明度分布を抑制することができる。
【００３１】
また、この自由曲面ミラー５においても、前述した光遮蔽手段を設けることが可能である。この場合には、例えば、自由曲面ミラー５の反射面側に金属あるいはそれ以外の材料（カーボンブラック等）を蒸着やスパッタ等により自由曲面ミラー５の面上に直接形成してもよい。さらには、光遮蔽手段２０は、上記の材料からなる板を自由曲面ミラー５と２次元ＭＥＭＳミラー３との間、あるいは自由曲面ミラー５とスクリーン９との間の光路を遮らない位置に配置することも可能である。
【００３２】
（実施の形態３）
図６は本発明の照明光源と投影光学系を組み合わせて２次元画像表示装置を構成した実施の形態を示している。実施の形態２までの構成では、レーザ光源１からの光を２次元に走査するとともに強度変調し、直接スクリーン上に画像を形成していたのに対して、図６に示した本実施の形態ではレーザ光源１を一定の光量で発光させ、２次元ＭＥＭＳミラー３と走査角補正光学系４とを用いて空間光変調素子６を照明している。空間光変調素子６は例えばＴＮ液晶素子を用いた光スイッチを２次元に多数配列した液晶パネルなどが用いられる。空間光変調素子６は一様な明度分布で照明されるが、これを通過して形成された２次元画像は投射レンズ（投影光学系）８によってスクリーン９に投射される。
【００３３】
以上説明した実施の形態１〜３においては、１つのレーザ光源１からの光を２次元ＭＥＭＳミラー３で反射するとして説明したが、ＲＧＢそれぞれの光源として適当な波長のコヒーレント光源を用い、カラー画像を投影することも可能である（図７参照）。このとき、ＲＧＢ３色のコヒーレント光源からの光は、入力映像信号に応じて光変調器で強度変調された後、ダイクロイックミラーにて合波される。そして、合波された１本の光ビームは、１つの２次元ＭＥＭＳミラー３に入射し、２次元方向に振動させられる。これにより、色純度が高く、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。
【００３４】
［実施の形態の概要］
本発明に係る実施の形態の概要を以下に記載する。
【００３５】
（１）上記したように、本願発明に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の１次共振周波数付近で駆動されることが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、コヒーレント光源からの光は、スクリーンとして機能する所定の壁等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走査される。このビーム走査手段は光を１次元に走査させる構成であってもよいし、２次元に走査させる構成であってもよい。１次元に走査させる構成の場合には、その走査方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、２次元のスクリーン上に画像を表示させることも可能となる。
【００３７】
また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によれば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのため、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって１次共振周波数付近で駆動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定した駆動を実現できる。
【００３８】
しかしながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、走査角が小さいスクリーンの中心付近では、走査速度が速いため光の軌跡が暗く、走査角が大きいスクリーンの端付近では、走査速度が遅いため光の軌跡が明るくなる。
【００３９】
このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これにより、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。
【００４０】
（２）照明光源は、照明光源（１）であって、前記補正光学系は３次球面収差を有する集光光学系からなることが好ましい。この構成によれば、補正光学系が３次球面収差を有しているため、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行うことができる。そのため、ミラー部により走査される光の走査速度をスクリーン上でほぼ一定とすることができ、スクリーン等を一様に照明することが可能となる。さらに、３次球面収差は、例えば、断面が円の一部である円柱レンズによっても発生する。そのため、上記の機能を有する補正光学系は作製が容易であり、製造コストを抑えることができる。
【００４１】
（３）照明光源は、照明光源（１）又は（２）であって、前記コヒーレント光源からの光のうち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えることが好ましい。
【００４２】
この構成によれば、最大走査角付近における走査速度が遅い領域の光は、光遮蔽手段により遮蔽されスクリーン上に到達しない。そのため、ミラー部により走査される光の走査速度の変化を小さく抑えることができ、スクリーン等を一様に照明することが可能となる。ここで、所定の割合は状況に応じて設定すればよく、例えば、走査角の最大走査角に対する比が０．９以上の光を遮蔽するようにしてもよいし、さらに走査速度の変化を抑えるために０．８以上の光を遮蔽するようにしてもよい。この比の値が小さくなれば、それだけスクリーン上における光の投影範囲は狭くなるが、その分スクリーンからの距離を遠ざければ投影範囲を広げることも可能である。
【００４３】
（４）照明光源は、照明光源（１）乃至（３）のいずれかであって、前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極小値をとることが好ましい。
【００４４】
補正光学系を用いない場合、走査角がゼロ（「０」）の点の走査速度が最も大きく、走査角が大きくなるにしたがって走査速度は小さくなっていく。ここで、例えば、３次の球面収差を有する集光光学系や、４次の関数で表される表面形状を持つ自由曲面ミラー等を補正光学系として用いれば、走査角がゼロの点の走査速度を小さくし、その点で極小値をとるように構成することができる。これにより、走査速度がある一定の範囲に属する時間も長くなるため、当該時間が操作時間に占める割合も増加し、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。
【００４５】
（５）照明光源は、照明光源（１）乃至（４）のいずれかであって、前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走査速度の最大値の９０％以下になることが好ましい。
【００４６】
この構成によれば、走査角がゼロの点における走査速度が、走査速度の最大値の９０％まで低下するように補正光学系が設定されるので、走査速度のばらつきが小さくなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するので、これにより明度分布が所定の値より小さくなる範囲が操作時間に占める割合が高くなる。そのため、スクリーン上の明度分布が小さく、かつ光の利用効率が高い照明光源を実現できる。
【００４７】
（６）照明光源は、照明光源（２）乃至（５）のいずれかであって、前記光遮蔽手段が前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の３０％以内であることが好ましい。この構成によれば、操作時間の７０％を使うことができるので、光の利用効率が高い照明光源を実現できる。このとき、例えば、３次球面収差を有する集光光学系を補正光学系として用いれば、スクリーン上の明度分布を２５％程度と小さく抑えることも可能となる。
【００４８】
（７）照明光源は、照明光源（１）であって、前記補正光学系は自由曲面ミラーからなることが好ましい。ここで、自由曲面ミラーはその中心部分すなわち走査角の小さな領域で凹面形状を持ち、周辺部分すなわち走査角の大きな領域で凸面形状を有している。これは、例えば、自由曲面ミラーへの入射光と反射光で作られる平面での断面形状が４次関数で記述されるような曲面であることを意味する。この形状により、自由曲面ミラーの中心部分を光が通過するときには走査角が小さくなり、周辺部分を光が通過するときには走査角が大きくなる。そのため、走査速度の違いによる明度分布を抑制し、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。さらに、４次程度の次数の関数で記述される断面形状を有する補正光学系は作製が容易であるため、製造コストを抑えることができる。
【００４９】
（８）照明光源は、照明光源（１）乃至（７）のいずれかであって、前記コヒーレント光源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒーレント光源とからなることが好ましい。この構成によれば、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光である、適当な波長のコヒーレント光源を用いるので、色純度が高く、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。
【００５０】
（９）照明光源は、照明光源（１）乃至（８）のいずれかであって、少なくとも前記緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光を波長変換して緑色光を発生する二次高調波発生装置からなることが好ましい。この構成によれば、少なくとも緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光の波長が半分に変換された光源であるため、単色光であり色純度が高く、かつ高輝度である。また、青色コヒーレント光源は、青色光を発生する二次高調波発生装置からなっていてもよいし、青色の光を出射する半導体レーザ光源等からなっていてもよい。そして、赤色コヒーレント光源は、赤色の光を出射する半導体レーザ光源等からなっていることが好ましい。これらの光源を用いることにより、鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。
【００５１】
（１０）上記したように、本願発明に係る２次元画像表示装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の照明光源と前記照明光源からの光をスクリーン上に投影する投影光学系とを少なくとも備えることが好ましい。この構成によれば、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等に一様に画像を表示することが可能な２次元画像表示装置が実現できる。
【００５２】
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明にかかる２次元画像表示装置は消費電力の小さい小型のビーム走査手段で一様な照明光分布を得ることが可能であり、テレビ受像器、投写型データディスプレイ、家庭用シアターシステム、劇場用映画投写装置、大画面広告表示媒体などに利用可能である。また半導体露光装置などのフォトリソグラフィ技術にかかる製造装置にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態１の概略構成図
【図２】ビーム走査手段によるビーム走査角の時間変化を示す図
【図３】補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間変化を示す図
【図４】本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図
【図５】本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態２の概略構成図
【図６】本発明に係る２次元画像表示装置の実施の形態３の概略構成図
【図７】従来の２次元画像表示装置の概略構成図
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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