JP2003021800A - 投射型表示装置 - Google Patents

投射型表示装置

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JP2003021800A
JP2003021800A JP2001209576A JP2001209576A JP2003021800A JP 2003021800 A JP2003021800 A JP 2003021800A JP 2001209576 A JP2001209576 A JP 2001209576A JP 2001209576 A JP2001209576 A JP 2001209576A JP 2003021800 A JP2003021800 A JP 2003021800A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ビームを走査して、画像むらのない高精度
な投射画像を得ることができる、小型、安価な投射型表
示装置を提供する。 【解決手段】 赤色半導体レーザからなる光源11、青
色半導体レーザからなる光源12、半導体レーザ励起に
よる緑色固体レーザからなる光源13から放射される,
異なる波長の光を色合成素子14の異なる面から入射さ
せ、一つの光路上へ集約させる。色合成素子14の多重
干渉膜面は、各々光源の発振波長の光のみが透過もしく
は反射する面となっていて、合波が行われる。コリメー
タレンズ15を使って、光ビームのビームウェストが被
投射面付近に来るように平行化する。水平方向の光走査
を行うマイクロメカニカルミラー16に光ビームを当て
た後、垂直走査を担当するガルバノミラー17に当て、
2次元走査すると、被投射面18に3色の光パルスが重
なった画素19が並んだカラー画像が表示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、投射型の表示装置
に関し、特に光ビームを走査してコンピュータ画面、T
V画面などの静止画ないし動画を、スクリーン、壁など
の被投射面に映し出す投射型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、赤色、緑色、青色の3色のレーザ
光を走査して投射する、所謂、投射型レーザディスプレ
イは、広く提供されており、例えば、電子通信学会誌6
8巻4号387−394ページに示されている。この例
では、赤色、緑色、青色のレーザ光を光変調器を用いて
振幅変調した後、一つの光軸上に合成し、水平光走査素
子および垂直光走査素子を用いて2次元的に走査してス
クリーン上に画像を投影するものである。光走査素子と
しては、一般的に音響光学偏向器や電気光学偏向器、機
械式偏向器がある。音響光学偏向器や電気光学偏向器
は、偏向角が小さく色分散があるので実用的でなく、機
械式偏向器が一般的である。機械式偏向器の例として
は、ポリゴンミラーやガルバノミラーがある。また、画
像の階調および色表示は、レーザ光源の出射光強度を変
調して行う。
【0003】図10は、特開平7−151995号公報
に開示された映像投写装置の構成を示し、異なる発振波
長のレーザ光をダイクロイックミラー118,119を
使用して一つの光路上に束ねた後、光走査素子130を
用いて投射を行う提案をしている。レーザ放射光は、外
部光変調器、もしくは、発光ダイオードの場合は直接変
調を行うことで光度の制御を行っている。
【0004】図11は、特開平11−305710号公
報に開示された画像投影装置の構成を示し、光ビーム走
査は行っていないが、ライトバルブ206を赤色、緑
色、青色で共通して使う目的で、3色間でレーザパルス
出射をずらして使用している例である。被投射面208
に照射されるタイミングは各色で異なるが、人間の眼に
はその積分効果によってカラー画像として認識されるこ
とになる。赤色、緑色、青色の光源としては、パルス発
振するレーザを使用しているため、光変調は光源後段に
設けたライトバルブで強度変調を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザを使用した投射型表示装置においては、以下のよ
うな課題がある。
【0006】ビーム走査しながら光強度変調を行う場
合、空間的にはレーザビームがつながっているため、投
射する画素間の区切りが曖昧になりがちで、色ずれ、輝
度むら、階調むらなどの原因になりやすい。特に高精細
画像の場合に大きな課題となる。
【0007】また、カラー表現を行うための異なる発振
波長を有する複数のレーザ光を一つの光路上に集約する
のに色合成部品を必要とするため、装置の大型化、部品
実装の煩雑化、高コスト化を引き起こす。
【0008】さらに、パルス発振レーザを用いる場合
は、ショット毎の強度バラツキをフィードバック制御す
ることが困難であるため、画像表示の均一性に問題を生
じる可能性がある。
【0009】また、赤色、緑色、青色の光パルスを時系
列で発振すると、3色を含む画素クロックが長くなるた
め、表示され得る画像解像本数が少なくなる。弊害を避
けるためには、画素クロックの3分の1の速度で各色の
変調を行わなければならない。
【0010】そこで本発明は、光ビームを走査して、画
像むらのない高精度な投射画像を得ることができる、小
型、安価な投射型表示装置を提供することを目的とす
る。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明による投射型表示装置は、光ビームを、被投
射面に向けて走査し、且つ、走査中に該光ビームを画素
間で区切ることでパルス光として放射することを特徴と
する。
【0012】以上の構成によって、光ビームの投射によ
り、画像むらのない高精度な画像を得ることができる。
また、画素クロックに合わせたパルス光の列として走査
光ビームを取り扱うことができるので、日本工業規格J
IS C 6802、国際電気標準会議IEC6082
5などに規格化されたレーザ製品の安全基準の適用を正
確に行うことが可能となる。即ち、光ビームを一定持続
時間のパルス光として定義できない場合、レーザ放射の
測定において、測定開口を走査によって横切る光ビーム
の時間が一定とならず、条件によっては正確なレーザ安
全クラス分けが困難となる。
【0013】また、前記投射型表示装置において、該光
ビームは、赤色、緑色、青色を中心波長とする複数の光
ビームからなることを特徴としている。この構成によれ
ば、カラー画像の表示を行うことができる。
【0014】また、前記投射型表示装置であって、該パ
ルス光は画素クロック幅内でパルス幅変調を行うことで
表示画像の階調および色調を表現することを特徴として
いる。あるいは、前記投射型表示装置であって、該パル
ス光は画素クロック幅内でパルス数変調を行うことで表
示画像の階調および色調を表現することを特徴としてい
る。あるいは、前記投射型表示装置であって、該パルス
光は強度変調を行うことで表示画像の階調および色調を
表現することを特徴としている。さらには、前記投射型
表示装置でおいて、該パルス光は、複数の光ビーム間で
互いに独立に制御されることで表示画像の階調および色
調を表現することを特徴としている。この構成によれ
ば、画像の精確な色表現と階調表示を行うことができ
る。
【0015】また、前記投射型表示装置は、光走査素子
を用いて該光ビームを水平走査方向および垂直走査方向
に走査して、被投射面上に画像を表示することを特徴と
している。より具体的には、前記光走査素子が半導体プ
ロセスないし機械的組立てによって作製したガルバノミ
ラーであることを特徴としている。あるいは、前記光走
査手段が回転ポリゴンミラーであることを特徴としてい
る。この構成によれば、小型な装置構成で、高精細な投
射画像を得ることができる。
【0016】また、前記複数の光ビームは、波長フィル
タ、色分解プリズム、回折格子等の色合成素子で同一光
路上に合波されることを特徴としている。また、光ビー
ムを構成するパルス光の放射時期が赤色、緑色、青色の
光ビーム間で同期していることを特徴としている。この
構成によれば、精確な色再現性と高精細性をもった画像
表示を行うことができる。
【0017】また、前記複数の光ビームは、光走査素子
に対して互いに異なる角度から入射された後、走査され
ることを特徴としている。あるいは、前記複数の光ビー
ムは、光走査素子上の互いに異なる位置に入射された
後、走査されることを特徴としている。この構成によれ
ば、部品点数を低減でき、装置小型化、低価格化を行う
ことができる。さらには、表示画素に合わせたパルス光
が、異なる色毎に時間的にずれて投射されるため、光ビ
ームは確実にパルス光として扱うことができ、波長も分
離して考えられる。そのため、レーザ安全基準の適用を
さらに正確に行うことが可能となる。
【0018】また、前記光ビームを出射する光源の少な
くとも一つが、端面発光型半導体レーザであることを特
徴としている。あるいは、前記光ビームを出射する光源
の少なくとも一つが、スーパールミネッセントレーザで
あることを特徴としている。あるいは、前記光ビームを
出射する光源の少なくとも一つが、面発光型半導体レー
ザであることを特徴としている。あるいは、前記光ビー
ムを出射する光源の少なくとも一つが、発光ダイオード
であることを特徴としている。あるいは、前記光ビーム
を出射する光源の少なくとも一つが、共振器型発光ダイ
オードであることを特徴としている。あるいは、前記光
ビームを出射する光源の少なくとも一つが、半導体励起
固体レーザであることを特徴としている。あるいは、前
記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、レーザ
光の第2高調波を光ビームとして出射することを特徴と
している。この構成によれば、光源を小型化できること
で、装置の小型化ができる。さらには、電気―光変換効
率が高いため低電力での動作ができ、且つ、熱発生が低
く抑えられるため、放熱の構造が不要もしくは簡便化で
きる。
【0019】このほか、画像は単色表示でも、カラー表
示でもよい。また、表示する画像の大きさは、用途に応
じて適当な大きさを設定すればよい。例えば、コンピュ
ータ用ディスプレイ、パーソナルテレビ、少人数での会
議やプレゼンテーションなどでは、10ないし17イン
チ程度でよい。また、多人数の会議やプレゼンテーショ
ン用では、50インチ以上の大きな画面とすればよい。
また、個人用の表示装置として、例えば、眼鏡などに装
着する場合は、1インチ以下の小さな画面を用いればよ
い。以上のように、画面サイズや明るさに応じて投射光
学系の倍率、光源の光出力などを設定すればよい。ま
た、被投射面は、専用に用意されたスクリーンに特に限
定されるものでなく、壁や紙、簡易スクリーン、すりガ
ラスなどに投射して画像表示を行ってもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0021】(実施の形態1)図1は本発明による投射
型表示装置の第1の実施の形態を示す構成図であり、1
1は赤色半導体レーザからなる光源、12は青色半導体
レーザからなる光源、13は赤外半導体レーザ励起によ
る緑色固体レーザからなる光源、14は多重干渉膜を施
した色合成素子、15はコリメータレンズ、16はSi
基板からなるマイクロメカニカルミラー、17はステッ
ピングモーターで駆動する機械式ガルバノミラー、18
は被投射面、19はレーザ投射により表示される画素を
示している。
【0022】半導体レーザ11は、InGaAlPから
なる中心波長635nmの赤色光源であり、半導体レー
ザ12は、InGaNからなる中心波長445nmの青
色光源である。いずれも、直接駆動電流を制御すること
で、出射光ビームをパルス化する。半導体励起固体レー
ザ13は、波長808nmの励起用赤外半導体レーザか
らの出射光をNd:YVO4結晶を通して波長1.06
μmの赤外光とし、周期的ドメイン反転を施したKTP
結晶を用いて第2高調波である波長532nmの緑色光
を得ている。変調は、励起用半導体レーザの直接変調で
行う。
【0023】上記複数の光源から放射される、異なる波
長の光を色合成素子14の異なる面から入射させ、一つ
の光路上へ集約させる。色合成素子14の中で斜線を施
した多重干渉膜面は、各々光源の発振波長の光のみが、
透過もしくは反射する面となっていて、効率良く合波が
行われる。コリメータレンズ15を使って、光ビームの
ビームウェストが被投射面付近に来るように平行化す
る。水平方向の光走査を行うマイクロメカニカルミラー
16に光ビームを当てた後、垂直走査を担当するガルバ
ノミラー17に当て、2つのミラーを通して水平・垂直
の2次元走査を行う。
【0024】光走査を行うマイクロメカニカルミラー1
6は、Si基板から作製したマイクロメカニカル技術を
用いたミラーで、図2に構成図を示す。下側Si基板2
1には、磁性体からなるコア22、コアを巻くように銅
パターンからなるコイル23が形成され、上側Si基板
24にはエッチングにより作製されたトーションバー2
5で支えられるミラー面26が形成されている。上下の
Si基板を張り合わせ、電磁力によって回転共振状態を
保つように設計される。無論、駆動力として、静電力あ
るいは圧電力を生じるような構造であってもよい。な
お、水平本数800、垂直本数600のSVGA画像で
は、マイクロメカニカルミラーによる光ビームの走査を
図1に概略示すように往復で使う場合、水平走査周波数
は18kHz、垂直周波数60Hzとなる。この際、実
際の表示システムでの垂直ブランキングのため、水平走
査周波数を23kHz程度に設定することもある。XG
Aなどさらに高い解像本数を持つ画像では、水平走査周
波数がその分高くなる。このような装置を用いて複数の
光ビームを2次元走査すると、被投射面18に3色の光
パルスが重なった画素19が並んだカラー画像が表示さ
れる。各色の光強度の制御は1画素期間内のパルス幅な
いしパルス数を制御することでなされる。
【0025】図3はパルス幅変調の例を示し、画素クロ
ック幅31内に含まれるパルス幅の変調32で行ってい
る。したがって、パルス光の発光開始、停止時間は3色
で完全に一致はしないが、隣接する画素の間隔に相当す
るパルス光の停止期間33は確実に画素クロック幅の中
で行われるようになっている。即ち、赤色、緑色、青色
の光ビームを重ねて合成したカラー光ビームは、パルス
幅が画素クロック以下のパルス光から構成されるパルス
列として扱うことができる。水平本数800、垂直本数
600、垂直走査周波数60Hzとすると、画素クロッ
ク幅は、約35nsecとなる。パルス光の最大パルス
幅は、この時間範囲内に限定される。装置からの赤色、
緑色、青色のレーザ放射光を各々30−60mW程度と
することで、例えば、対角14インチ程度の被投射面上
で100cd/m2程度の輝度を得ることができ、室内
程度の明るさの環境で、十分鑑賞可能な画像を表示でき
る。
【0026】本実施の形態において、緑色光源として、
波長1060nmの半導体レーザを励起用レーザとして
第2高調波である530nmを発生させたものでもよ
い。あるいは、ErやYbなどの希土類元素をドープし
たガラスを赤外波長の半導体レーザで励起したアップコ
ンバージョン発光を用いても良い。この場合、発振波長
として520ないし550nmの光を得ることができ
る。あるいは、Tbなどの希土類元素あるいは色素をド
ープしたガラスないし光ファイバを紫外波長レーザで励
起したダウンコンバージョン発光を用いても良い。材料
によって、530ないし550nmの発光を得ることが
できる。あるいは、緑色光源をInGaN/GaN系、
ZeSe/ZnMgSSe系、ZnCdSe/BeZn
Te系、MgSe/BeZnTe系などの半導体レーザ
で直接構成してもよい。
【0027】また、青色光源を、850nmから950
nm程度の赤外半導体レーザもしくは波長946nmの
Nd:YAGレーザの光を励起光として、分布ドメイン
反転構造をもたせたMgOドープLiNbO3結晶で第
2高調波を発生させたものでもよい。あるいは、Erや
Tmなどの希土類元素をドープしたガラスを赤外あるい
は赤色波長の半導体レーザで励起したアップコンバージ
ョン発光を用いても良い。この場合、発振波長として4
50から480nmの光を得ることができる。あるい
は、Euなどの希土類元素あるいは色素をドープしたガ
ラスないし光ファイバを紫外波長レーザで励起したダウ
ンコンバージョン発光を用いても良い。材料によって、
610ないし630nmの発光を得ることができる。
【0028】また、半導体レーザとしては、半導体基板
面内方向にレーザ共振器を形成し、基板端面から放射す
る、所謂、端面発光型レーザのみならず、基板垂直方向
にレーザ共振器を形成し、基板垂直方向に発振する、所
謂、面発光型レーザも好適に用いられる。面発光型レー
ザの場合は、発光開口が端面発光型と比較して大きく、
また水平方向と垂直方向の区別がないため、放射角の小
さな指向性の高い光ビームを容易に得ることができる。
【0029】また、水平走査および垂直走査は、図1に
示すように独立の構造をもつミラーでもよいし、図4に
示すような水平走査を受け持つ振動面41と垂直走査を
受け持つ振動面42が入れ子になっている所謂ジンバル
構造でもよい。独立ミラーの場合は、水平と垂直とで異
なる共振周波数を設計しやすい長所、ジンバル構造の場
合は、光ビームが一度に2次元走査できるため、走査精
度が向上する長所がある。
【0030】また、高速走査側、即ち、水平走査側光走
査素子を、例えば、モーターを使った機械的ガルバノミ
ラーあるいはポリゴンミラーとしたり、低速走査側、即
ち、垂直走査側光走査素子にもSiマイクロメカニカル
ミラーを用いたり、あるいは、いずれもSiマイクロミ
ラーから構成するといった構成上の変更は無論可能であ
る。要求されるコスト、装置の大きさ、消費電力、ある
いは、画像の大きさ、解像点数などにより、適切な構成
が選択される。
【0031】また、色合成素子としては、様々な光学部
品を用いることができる。即ち、グレーティング、プリ
ズム、方向性結合器、光ファイバなどがある。また、2
次元の走査および投影に用いられる光学系も単純なコリ
メータレンズに限らず、f−θレンズ、アークタンジェ
ントレンズなど画像歪みの補正を設計に入れたレンズを
用いればさらに有効である。
【0032】(実施の形態2)図5を参照して、本発明
による投射型表示装置の第2の実施の形態を説明する。
第1の実施の形態と異なり、本実施の形態では、光源と
して、レーザと比較してコヒーレンシーの低いスーパー
ルミネッセントダイオードを用いる。赤色光源51aお
よび青色光源51bに関しては、半導体レーザの共振器
端面をレーザ導波路軸に対して斜めにする、あるいは、
端面に反射防止膜を施すことで、レーザ帰還を抑圧す
る。この構成により、発振光はスペクトル線幅が広が
り、空間的コヒーレンシーも低下する。光ビームの指向
性はレーザと比較して低くなるが、本発明の投射表示に
際しては問題のない程度である。低コヒーレンシーのた
め、被投射面状態によっては起こりうるレーザスペック
ルによるギラツキを解消する長所を持つ。緑色光源51
cの低コヒーレンシー化は、励起光源をスーパールミネ
ッセントダイオードとした固体レーザあるいは第2高調
波で得られる。無論、緑色半導体レーザの共振器端面の
反射率を低減させた素子を用いてもよい。
【0033】本実施の形態では、赤色、緑色、青色の放
射光は、波長フィルタ、色分解プリズム、回折格子等の
色合成素子で同一光路上に合波される。図5に示す例で
は、赤色、緑色、青色の放射光は、多段に配置した誘電
体多層膜フィルタ52a,52b,52cを通して順
次、同じ光路上に合流し、コリメータレンズ53を通し
て光走査素子54,55に導かれる。図中では、わかり
やすくするために赤色、緑色、青色の光ビームを分離し
て描いてあるが、実際には3色のパルス光は、空間的に
も時間的にも一致している。光走査素子54は、回転ポ
リゴンミラーで、光走査素子55は、モーター駆動によ
るガルバノミラーである。2面の光走査素子により、2
次元の掃引を受けた光ビームは、ミラー面の偏向角に応
じて画面均一性を実現するための投影光学系56を通し
て、被投射面57へ投射される。
【0034】放射光の変調は、スーパールミネッセント
ダイオードへの注入電流を直接変調するか、半導体励起
固体レーザの場合は、外部光変調器で光強度変調を行っ
てもよい。外部光変調器としては、音響光学型ないし電
気光学型が高速性、高光利用効率から適切である。他に
も、マイクロメカニクスに基づく光変調器や液晶を用い
た光変調器なども画像の解像点数や被投射面の明るさに
応じて用いられる。
【0035】以上構成により被投射面上へ投射した画像
は、スペックルノイズのない極めて品位の高い表示を得
ることができた。
【0036】(実施の形態3)図6を用いて本発明によ
る第3の実施の形態を説明する。本実施の形態では、赤
色光源61、緑色光源62、青色光源63の光ビームを
色合成素子で合波させることなく、光走査素子65,6
6へ入射させる。即ち、図示するように3つの光ビーム
を異なる角度で水平走査用素子65へ入射させ、次いで
垂直走査用素子66で反射させて、被投射面67上へ画
像を形成させる。図中、コリメータ光学系64は、光走
査素子65,66の前段でも後段でも目的を達せられ
る。被投射面との距離、画像解像度、装置の大きさ等に
より最適の配置が設定される。光走査素子65は、Si
基板から作製したマイクロメカニカル技術を用いたマイ
クロメカニカルミラーで、静電力によって共振振動状態
を保つように設計される。また、垂直走査素子66は、
図6に示すように独立の構造をもつガルバノミラーでも
よいし、図4に示すような水平振動と垂直振動の振動面
が入れ子になっている所謂ジンバル構造の素子でもよ
い。
【0037】図6の例では、3色の光スポットが被投射
面上で垂直方向に並んだ配列で投射される。同じ画素形
成場所を時間的にずれて光スポットが当たることになる
が、極めて短い時間内で描きこまれるため、眼には積算
されてカラー画像が問題なく観察される。パルス光はパ
ルス幅変調されることで、階調が表現される。また、赤
色、緑色、青色の強度比により色彩表現がなされる。た
だし、本実施の形態では、表示画面内に3色ビームを描
きこむために、垂直方向の光走査素子66で一部の光ビ
ームを表示画面外の上下まで走査させる必要がある。図
6の例では、赤色が上側に、青色が下側に一部はみ出
す。
【0038】また、図7に図示するように、赤色、緑
色、青色の光スポットが被投射面上で水平に並んだ配列
でも同様にカラー表示が行われる。この際は、水平走査
素子65で、表示画面の左右に一部の光ビームをはみ出
す形で光走査が行われる。図7の例では、赤色が右側
に、青色が左側に一部はみ出す。ただし、上記したよう
に、表示画面から上下あるいは左右にはみ出すレーザ光
は、電気的に出射を止めるため、画面外へのレーザ放射
は実際には起こらない。
【0039】本実施の形態では、赤色、緑色、青色が、
同時に同じ画素位置を走査することはない。そのため、
各色のレーザ光が、画素に合わせてパルス化していれ
ば、光走査ビームが横切る位置に開口を置いて放射光パ
ワーもしくは放射光エネルギーを測定した場合でも、開
口を通しては常に制限されたパルス持続時間以下の光パ
ルス列しか入射してこないことになる。つまり、レーザ
安全基準のクラス分けを行う場合に、明確にパルス幅、
放射光パワーを規定内にすることができ、安全を考慮し
た措置を適切に取ることができる。
【0040】(実施の形態4)図8を用いて本発明によ
る第4の実施の形態を説明する。本実施の形態では、実
施の形態3と同様、色合成素子を用いず、赤色光源6
1、緑色光源62、青色光源63の光ビームを空間的に
並列に導き、光走査素子65のミラー面の異なる位置に
入射する。その結果、被投射面67上では、水平もしく
は垂直にずれた位置に3色の光スポットが形成される。
画素情報を3色の光ビームが少し遅れて描き込まれる
が、その時間差は極めて短いので、眼の観察においては
何ら問題なくカラー画像を認識することができる。画素
の階調や色調は、パルス幅固定のまま、光ビーム強度の
変調で行う。実施の形態3と同様に、被投射面上に赤
色、緑色、青色の光スポットを描きこむために、光走査
素子による走査角度範囲は、自ずと左右、上下に余裕を
持って広がることになる。
【0041】(実施の形態5)前述した実施の形態は、
いずれも半導体レーザあるいはスーパールミネッセント
ダイオードといった放射指向性の高い光源を使用した例
であるため、放射光を直進性の高い光ビームとして扱え
る。しかしながら、発光ダイオードや共振器型発光ダイ
オード等のインコヒーレント光源では、発光面からの放
射角が広いため、直進光ビームとしての取扱いは不適切
である。
【0042】図9は、インコヒーレント光源を用いた本
発明による第5の実施の形態の構成を示す。赤色発光ダ
イオード91a、緑色発光ダイオード91b、青色発光
ダイオード91cの放射光を平行光ビームとするため、
コリメータレンズ92a,92b,92cを夫々発光ダ
イオードの放射面の前に配置する。色合成素子93を通
して合波された光は、コンデンサレンズ94で一度集光
した後、空間フィルタ95を通して高次成分を取り除い
た後、コリメータレンズ96を通して平行光ビームとす
る。その後、光走査素子97a,97bで水平走査およ
び垂直走査を行い、投影レンズ98を通して被投射面9
9へ結像する。
【0043】本実施の形態では、光源として発光ダイオ
ードを使用し、ヘッドマウントディスプレイないしは眼
鏡型ディスプレイといった眼に近い位置での投射型表示
装置、あるいは、携帯電話や電子手帳といった携帯仕様
の小型投射表示装置に使用する。即ち、発光ダイオード
は小さく、低消費電力であるため、小型ディスプレイと
して使用することが可能である。投射光学系は、発光面
(本実施の形態の構成では空間フィルタ95の位置に相
当)の像を被投射面に結像する光学系として考えるのが
適切である。即ち、光源からの放射光を開口数の大きな
光学系で伝達し、被投射面に結像することで光利用効率
を高くすることができる。
【0044】本実施の形態に使用した赤色、緑色、青色
の発光ダイオードの最大光出力は、用途によって選択さ
れる。例えば、網膜描画型だと10μW程度で、被投射
面である網膜へは、その10分の1程度の光量が伝達さ
れる。小さいサイズの表示のため、この程度の明るさで
十分な表示品位を得ることができる。目に近い位置への
投射型だと、1mW以下の出力で被投射面上へはその1
0分の1程度が到達し、表示を行う。携帯型だと、その
大きさによって、光源出力は数100μWから数10m
Wの範囲で選択される。無論、投射型表示装置からの出
力光強度は、装置内部のレンズ光学系や光走査素子の損
失で、3分の1から10分の1程度の装置出力となる。
また、発光ダイオードの放射パルス幅を画素クロック以
下のパルス幅として、具体的には、SVGA画像では最
大20nsないし30nsとして、その範囲でパルス幅
もしくはパルス尖頭値を制御することで階調を表現す
る。色調は3色の光源の制御で行う。
【0045】本実施の形態では、被投射面が小型の表示
装置であったが、無論、大きな表示画面を必要とする場
合は、さらに大きな光出力の発光ダイオードないし発光
ダイオードのアレイを使用すればよい。あるいは高出力
の共振器発光ダイオードを使用すればよい。共振器型発
光ダイオードは、発光ダイオードの発光層の上下両側な
いし下側に化合物半導体自身あるいは誘電体で形成した
多重干渉膜、あるいは金属反射膜を形成して、発光効率
の向上を行うものである。さらには、共振器の存在で放
射パターンに指向性が出るため、多少距離の離れた投射
表示には好適である。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザ、半導体励起固体レーザ、スーパールミネ
ッセントダイオード、発光ダイオードなどを光源として
用いて、高精度で高精細な画像を任意の被投射面に表示
でき、画像の色ずれ、輝度むら、階調むらが少なく、光
利用効率が高く、安価で、小型化が可能な投射型表示装
置を提供することができる。また、表示画像や測定条件
によらず、パルス幅の制限された光パルス列として放射
光を取り扱うことができるため、レーザ安全基準に基づ
く安全クラスの設定および措置を確実に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施の形態の投射型表示装
置を示す説明図。
【図2】第1の実施の形態の投射型表示装置で使用する
マイクロメカニカル光走査素子を示す構成図。
【図3】第1の実施の形態の投射型表示装置で用いられ
る光ビームのパルス幅変調を説明する図。
【図4】第1の実施の形態の投射型表示装置で使用する
他のマイクロメカニカル光走査素子を示す構成図。
【図5】第2の実施の形態の投射型表示装置を示す説明
図。
【図6】第3の実施の形態の投射型表示装置を示す説明
図。
【図7】第3の実施の形態の投射型表示装置を示す他の
説明図。
【図8】第4の実施の形態の投射型表示装置を示す説明
図。
【図9】第5の実施の形態の投射型表示装置を示す説明
図。
【図10】従来例を示す図。
【図11】他の従来例を示す図。
【符号の説明】
11,12,13,51a,51b,51c,61,6
2,63,91a,91b,91c:光源 14,52a,52b,52c,93:色合成素子 15,53,56,64,92a,92b,92c,9
4,96,98:レンズ 16,17,54,55,65,66,97a,97
b:光走査素子 18,57,67,99:被投射面 19:画素 21,24:Si基板 22:コア 23:コイル 25:トーションバー 26:ミラー 31:画素クロック幅 32:パルス幅変調 33:パルス光停止期間 41,42:振動面 95:空間フィルタ
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Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ビームを被投射面上に投射して画像を
    表示する投射型表示装置であって、 光ビームを出射する光源と、この出射された光ビームを
    被投射面に向けて走査する光走査素子とを備え、 走査中の該光ビームを画素間で区切ることで、画素に対
    応したパルス光として放射することを特徴とする投射型
    表示装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の投射型表示装置におい
    て、 前記光ビームは、赤色、緑色、青色を中心波長とする複
    数の光ビームからなることを特徴とする投射型表示装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の投射型表示装置に
    おいて、 前記パルス光は、画素クロック幅内でパルス幅変調を行
    うことで表示画像の階調および色調を表現することを特
    徴とする投射型表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の投射型表示装置に
    おいて、 前記パルス光は、画素クロック幅内でパルス数変調を行
    うことで表示画像の階調および色調を表現することを特
    徴とする投射型表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2記載の投射型表示装置に
    おいて、 前記パルス光は、強度変調を行うことで表示画像の階調
    および色調を表現することを特徴とする投射型表示装
    置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の投射型
    表示装置において、 前記パルス光は、複数の光ビーム間で互いに独立に制御
    されることで表示画像の階調および色調を表現すること
    を特徴とする投射型表示装置。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の投射型
    表示装置において、 前記光走査素子は、前記光ビームを水平走査方向および
    垂直走査方向に走査して、被投射面上に画像を表示する
    ことを特徴とする投射型表示装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の投射型表示装置におい
    て、 前記光走査素子の少なくとも1つが、半導体プロセスに
    よって作製したミラーであることを特徴とする投射型表
    示装置。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の投射型表示装置におい
    て、 前記光走査素子の少なくとも1つが、機械的組み立てに
    よって作製したガルバノミラーであることを特徴とする
    投射型表示装置。
  10. 【請求項10】 請求項7記載の投射型表示装置におい
    て、 前記光走査素子の少なくとも1つが、回転ポリゴンミラ
    ーであることを特徴とする投射型表示装置。
  11. 【請求項11】 請求項2記載の投射型表示装置におい
    て、 前記複数の光ビームは、色合成素子によって同一光路上
    に合波されることを特徴とする投射型表示装置。
  12. 【請求項12】 請求項11記載の投射型表示装置にお
    いて、 前記複数の光ビームは、該光ビームを構成するパルス光
    の放射時期が赤色、緑色、青色の光ビーム間で同期して
    いることを特徴とする投射型表示装置。
  13. 【請求項13】 請求項2記載の投射型表示装置におい
    て、 前記複数の光ビームは、前記光走査素子に対して互いに
    異なる角度から入射された後、走査されることを特徴と
    する投射型表示装置。
  14. 【請求項14】 請求項2記載の投射型表示装置におい
    て、 前記複数の光ビームは、前記光走査素子上の互いに異な
    る位置に入射された後、走査されることを特徴とする投
    射型表示装置。
  15. 【請求項15】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、端面
    発光型半導体レーザであることを特徴とする投射型表示
    装置。
  16. 【請求項16】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、スー
    パールミネッセントレーザであることを特徴とする投射
    型表示装置。
  17. 【請求項17】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、面発
    光型半導体レーザであることを特徴とする投射型表示装
    置。
  18. 【請求項18】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、発光
    ダイオードであることを特徴とする投射型表示装置。
  19. 【請求項19】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、共振
    器型発光ダイオードであることを特徴とする投射型表示
    装置。
  20. 【請求項20】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、半導
    体励起固体レーザであることを特徴とする投射型表示装
    置。
  21. 【請求項21】 請求項20記載の投射型表示装置にお
    いて、 前記半導体励起固体レーザが、半導体レーザの光で誘起
    される光学結晶、希土類あるいは色素ドープガラス、希
    土類あるいは色素ドープファイバからの波長変換光を出
    射することを特徴とする投射型表示装置。
  22. 【請求項22】 請求項1〜14のいずれかに記載の投
    射型表示装置において、 前記光ビームを出射する光源の少なくとも一つが、レー
    ザ光の第2高調波を光ビームとして出射することを特徴
    とする投射型表示装置。
  23. 【請求項23】 請求項22記載の投射型表示装置にお
    いて、 前記レーザ光の第2高調波の励起光源として、半導体レ
    ーザ又は半導体励起固体レーザを使用することを特徴と
    する投射型表示装置。
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