JP2006189573A - 投影型表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱と消費電力が小さく、小型で低騒音の投影型表示器を提供する。
【解決手段】投影型表示器は、３原色のレーザ光を放射する半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂと、３原色のレーザ光を合成するダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備え、このミラーによりダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂからのレーザ光を反射させてスクリーン６に投影するＭＥＭＳミラー装置４と、ＭＥＭＳミラー装置４のミラーを水平方向及び垂直方向に所定の周波数で繰り返し回動させると共に、ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから強度変調された３原色のレーザ光を放射させる制御回路５とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像をスクリーン等に投影して表示する投影型表示器に関するものである。

従来より、液晶を用いた投影型表示器（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いた投影型表示器（例えば、非特許文献２参照）が提案されている。これらの投影型表示器は、基本的に光源からの光を遮ることで、スクリーンに投影する画像を形成している。液晶を用いた投影型表示器の場合は、スクリーンに投影しない余分な光を液晶面で吸収し、またＤＭＤを用いた投影型表示器の場合は、余分な光をスクリーンとは別の方向へ散乱させている。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平４−６０５３８号公報 鈴木義一著，「情報機器用光源総論」，照明学会研究会資料，ＬＳ−９５−１〜６，１９９５年，ｐ．１−１０ M.A.Mignardi，「Digital Micromirror Array for Projection TV 」，Solid State Technology，１９９４年，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．７，ｐ．６３−６４，６６，６８

従来の投影型表示器では、強力な光源が必須であり、ハロゲンランプや超高圧水銀ランプなどの高輝度のランプが用いられる。これらのランプの発光効率は通常のフィラメント型より高いとはいえ、１０％程度であり、ランプに供給される電力のほとんどが熱となって放出される。小さな卓上型投影機であっても光源の消費電力は１００Ｗから２００Ｗであり、ファンなどによる冷却は欠かせない。そのため、装置は大きくなり、また空冷ファンの騒音も耳障りである。以上のように、従来の投影型表示器では、発熱と消費電力が大きく、装置が大型化し、空冷ファンの騒音も大きいという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、発熱と消費電力が小さく、小型で低騒音の投影型表示器を提供することを目的とする。

本発明の投影型表示器は、レーザ光を放射する光源と、回動可能に支持されたミラーとこのミラーから離間して配置された駆動電極とを備え、前記ミラーにより前記レーザ光を反射させて投影対象に投影するＭＥＭＳミラー装置と、前記駆動電極に電圧を供給することにより前記ミラーを所定の周波数で繰り返し回動させるミラー制御手段と、前記ミラーの回動と同期したビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調されたレーザ光を放射させる変調手段とを有するものである。
また、本発明の投影型表示器の１構成例において、前記ＭＥＭＳミラー装置は、ミラーの回動軸が互いに直交する１軸回動の２つのＭＥＭＳミラー装置からなり、前記ミラー制御手段は、前記２つのＭＥＭＳミラー装置のうち一方のＭＥＭＳミラー装置のミラーを垂直方向に回動させると共に、他方のＭＥＭＳミラー装置のミラーを水平方向に回動させるものであり、各々のＭＥＭＳミラー装置において入射光と反射光とを含むビーム平面がミラーの回動軸と直交するように前記２つのＭＥＭＳミラー装置が配置され、前記光源からのレーザ光を一方のＭＥＭＳミラー装置で反射させ、この反射光を他方のＭＥＭＳミラー装置で反射して前記投影対象に投影するようにしたものである。

また、本発明の投影型表示器の１構成例は、さらに、前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させるダイクロイックミラーを有し、前記光源は、前記３原色のレーザ光を前記ダイクロイックミラーに入射させるものであり、前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させるものである。
また、本発明の投影型表示器の１構成例は、さらに、前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させるダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、前記ダイクロイックミラーで合成された３原色のレーザ光を反射して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させると共に、このミラーからの反射光を透過させて前記投影対象に投影する偏光ビームスプリッタキューブと、前記偏光ビームスプリッタキューブと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、通過する光を偏光変調する１／４波長板とを有し、前記光源は、前記３原色のレーザ光を前記ダイクロイックミラーに入射させるものであり、前記ＭＥＭＳミラー装置は、直交する２軸の周りで前記ミラーが回動する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、前記ミラー制御手段は、前記ミラーを水平方向及び垂直方向に回動させるものであり、前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させるものである。

また、本発明の投影型表示器の１構成例は、さらに、前記ＭＥＭＳミラー装置と前記投影対象との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記投影対象に投影するダイクロイックミラーと、前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に各色のレーザ光毎に配置され、前記光源からのレーザ光を反射して対応するＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させると共に、このミラーからの反射光を透過させて前記ダイクロイックミラーに入射させる偏光ビームスプリッタキューブと、前記偏光ビームスプリッタキューブと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に各色のレーザ光毎に配置され、通過する光を偏光変調する１／４波長板とを有し、前記光源は、前記３原色のレーザ光をそれぞれ対応する偏光ビームスプリッタキューブに入射させるものであり、前記ＭＥＭＳミラー装置は、各色のレーザ光毎に設けられた、直交する２軸の周りでミラーが回動する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、前記ミラー制御手段は、各ＭＥＭＳミラー装置のミラーをそれぞれ水平方向及び垂直方向に回動させるものであり、前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させるものである。
また、本発明の投影型表示器の１構成例において、前記ミラーの水平方向及び垂直方向の回動のうち、少なくとも一方は前記ミラーの固有振動周波数で回動するものである。
また、本発明の投影型表示器の１構成例において、前記変調手段は、前記ミラーが固有振動周波数で回動する方向について前記ビデオ信号の輝度値を光ビームの移動速度に応じて補正する手段を備えるものである。

本発明によれば、発光効率が高く、低消費電力のレーザを光源として用いて、この光源からのレーザ光をビデオ信号に応じて強度変調させ、小型で低消費電力のＭＥＭＳミラー装置によりレーザ光を偏向させて投影対象に投影するようにしたので、発熱と消費電力が小さく、小型で低騒音の投影型表示器を実現することができる。

また、ミラーの回動軸が互いに直交する１軸回動の２つのＭＥＭＳミラー装置を用いることにより、ミラーの制御を容易にすることができる。

また、光源とＭＥＭＳミラー装置との間にダイクロイックミラーを配置し、光源から３原色のレーザ光をダイクロイックミラーに入射させることにより、カラーの画像を投影して表示することができる。

また、偏光ビームスプリッタキューブと１／４波長板とを用いることにより、２軸回動のＭＥＭＳミラー装置を用いる場合に効率良くビーム偏向を行うことができる。

また、ＭＥＭＳミラー装置と偏光ビームスプリッタキューブと１／４波長板とを各色のレーザ光毎に設けることにより、波長の異なる３色のレーザ光を効率良く処理することができる。

また、ミラーの水平方向及び垂直方向の回動のうち、少なくとも一方をミラーの固有振動周波数で回動させることにより、低い電圧でＭＥＭＳミラー装置を駆動することができる。

また、ミラーが固有振動周波数で回動する方向についてビデオ信号の輝度値を光ビームの移動速度に応じて補正することにより、スクリーン等の投影対象の上での輝度を均一にすることができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。図１の投影型表示器は、それぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のレーザ光を放射する半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂと、半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂからのレーザ光を集光するレンズ２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂと、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させるダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂと、傾斜角が可変なミラーを備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置４と、ＭＥＭＳミラー装置４のミラーを水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号に応じて半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから光強度変調されたレーザ光を放射させる制御回路５とから構成される。制御回路５は、ミラー制御手段と変調手段とを構成している。

本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー装置４を光ビーム偏向器としてレーザービームをスクリーン６に投影する。ＭＥＭＳミラー装置４については例えば特開２００３−０５７５７５号公報に開示されている。図２は特開２００３−０５７５７５号公報に開示されたＭＥＭＳミラー装置の構成を示す分解斜視図、図３は図２のＭＥＭＳミラー装置の断面図である。

図２、図３に示すように、単結晶シリコンからなる下部基板１０１の中央部に４つの駆動電極１０３−１〜１０３−４が設けられている。また、下部基板１０１の上面の両側には単結晶シリコンからなる支柱１０４が設けられている。
一方、上部基板２０１の内側には円環状のジンバル２０２が設けられ、さらにジンバル２０２の内側にミラー２０３が設けられている。ミラー２０３の表面には、例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。上部基板２０１とジンバル２０２とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ２０４により連結され、同様にジンバル２０２とミラー２０３とは、１８０゜隔てた２か所においてトーションバネ２０５により連結されている。一対のトーションバネ２０４を通るｘ軸と、一対のトーションバネ２０５を通るｙ軸は直交する。結果として、ミラー２０３は、ｘ軸とｙ軸の２軸を回動軸として回動することができる。上部基板２０１、ジンバル２０２、ミラー２０３、トーションバネ２０４，２０５は単結晶シリコンで一体形成されている。

図２、図３に示したような下部基板１０１の構造と上部基板２０１の構造とが別々に作製され、はんだにより支柱１０４に上部基板２０１が取り付けられ、下部基板１０１に上部基板２０１がボンディングされている。以上のようなＭＥＭＳミラー装置４においては、ミラー２０３を接地し、駆動電極１０３−１〜１０３−４に正の電圧を与えて、しかも駆動電極１０３−１〜１０３−４間で非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２０３を静電力で吸引し、ミラー２０３を任意の方向へ回動させることができる。

従来の偏向器で光ビームを偏向させた場合、一筆書の線画しか描けなかったが、それは偏向器の偏向速度が遅かったためである。従来用いられる光ビーム偏向器としてはガルバノミラーがある。このガルバノミラーは、電磁力でミラーの傾斜角を変化させるデバイスであるが、ミラー寸法が大きく、電磁駆動機構をミラーに付加しているために慣性も大きく、高速な応答は実現できなかった。これに対し、ＭＥＭＳミラー装置４は、ミラー２０３の寸法をｍｍ以下にすることができ、かつ静電力によりミラー２０３を駆動するため、ミラー駆動のための余分な質量付加のない偏向器を構成することができる。

ＭＥＭＳミラー装置４では、ミラー２０３の固有振動周波数を１０ｋＨｚ程度にすることは容易であり、この固有振動周波数でミラー２０３を水平方向に回動させた状態で光ビームをミラー２０３で偏向させると、１秒間に２万本のラインをスクリーン６に投影することができる。さらに、この振動の向きに直交する垂直方向に１５Ｈｚの周波数でミラー２０３を回動させると、１秒間に３０回、約６００本の投影ラインで構成される２次元画像を投影できる。この２次元画像は地上波テレビとほぼ同じ表示分解能であり、投影型表示機として充分実用に耐える表示分解能である。もちろん固有振動周波数を上げてさらに表示ライン数を増やすことは可能であり、また投影のための構成を複数同時に使用して表示分解能を上げることも可能である。ミラー２０３を固有振動周波数で回動させるため、低い電圧で駆動することができる。

制御回路５は、ＭＥＭＳミラー装置４の駆動とスクリーン６に投影するレーザ光の強度変調とを行う。図４は制御回路５の構成を示すブロック図である。制御回路５は、同期信号分離部５０と、同期信号生成部５１と、ミラードライバ５２と、Ａ／Ｄ変換器５３と、圧縮・スケーリング部５４と、ビデオメモリ５５と、垂直走査方向変換部５６と、水平走査方向変換部５７と、輝度規格化部５８と、色分離部５９と、Ｄ／Ａ変換器６０−Ｒ，６０−Ｇ，６０−Ｂと、ＬＤドライバ６１−Ｒ，６１−Ｇ，６１−Ｂとを有する。

同期信号分離部５０は、入力ビデオ信号ＶＩＮから垂直同期信号Ｖ１と水平同期信号Ｈ１とを分離する。同期信号生成部５１は、投影型表示器のフレーム同期周波数及び水平同期周波数に応じたフレーム同期信号Ｖ２と水平同期信号Ｈ２とを生成する。

ミラードライバ５２は、フレーム同期信号Ｖ２と水平同期信号Ｈ２に基づく駆動電圧をＭＥＭＳミラー装置４の駆動電極１０３−１〜１０３−４に印加する。これにより、ＭＥＭＳミラー装置４のミラー２０３は、水平同期信号Ｈ２の周波数で水平方向の回動（例えば図２のｙ軸周りの回動）を繰り返すと共に、フレーム同期信号Ｖ２の周波数で垂直方向の回動（図２のｘ軸周りの回動）を繰り返す。水平方向の回動については、図３のＡの状態からＢの状態を経由して再びＡの状態に戻ると１サイクルとなり、このサイクルを水平同期信号Ｈ２の周波数で繰り返すことになる。垂直方向についても同様の回動がフレーム同期信号Ｖ２の周波数で繰り返される。

一方、Ａ／Ｄ変換器５３は、アナログの入力ビデオ信号ＶＩＮを垂直同期信号Ｖ１及び水平同期信号Ｈ１に同期してデジタルのビデオデータに変換する。ここで、本実施の形態の投影型表示器のフレーム同期周波数及び水平同期周波数は、入力ビデオ信号ＶＩＮの垂直同期周波数及び水平同期周波数とは異なる。そこで、圧縮・スケーリング部５４は、投影型表示器のフレーム同期周波数及び水平同期周波数に合わせる変換処理を、Ａ／Ｄ変換器５３から出力されたビデオデータに対して施す。ビデオメモリ５５は、変換されたビデオデータをフレーム単位で記憶する。

ところで、従来のＴＶ受像機などでは、電子ビームの左から右への走査を１回の水平走査と数え、右から左への移動を帰線期間としている。同様に、電子ビームの上から下への走査を１回の垂直走査と数え、下から上への移動を帰線期間としている。これに対して、本実施の形態の投影型表示器では、レーザ光の左から右への走査（以下、右向き走査と呼ぶ）を１回の水平走査と数え、さらに右から左への走査（以下、左向き走査と呼ぶ）も１回の水平走査と数える。同様に、レーザ光の上から下への走査（以下、下向き走査と呼ぶ）を１回の垂直走査と数え、下から上への走査（以下、上向き走査と呼ぶ）も１回の垂直走査と数える。

したがって、ビデオメモリ５５に記憶されるビデオデータの並び順が右向き走査及び下向き走査に対応しているとすれば、左向き走査の場合にはビデオデータの水平方向の並びを、右向き走査の場合と逆順に並べ替える必要があり、同様に、上向き走査の場合にはビデオデータの垂直方向の並びを、下向き走査の場合と逆順に並べ替える必要がある。

垂直走査方向変換部５６は、フレーム同期信号Ｖ２及び水平同期信号Ｈ２に同期してビデオメモリ５５から出力されるフレーム単位のビデオデータのうち、上向き走査に対応する各ビデオデータの垂直方向の並びを逆順に並べ替える変換処理を行う。
一方、水平走査方向変換部５７は、垂直走査方向変換部５６によって変換処理が施されたフレーム単位のビデオデータのうち、左向き走査に対応する各ビデオデータの水平方向の並びを逆順に並べ替える変換処理を行う。

次に、ミラー２０３の水平方向の回動は水平同期信号Ｈ２の周波数（ミラー２０３の固有振動周波数）による単振動であるため、スクリーン６の中央付近では走査速度が速く、スクリーン６の端付近では走査速度が遅くなる。したがって、ビデオデータの輝度値が均一であったとしても、スクリーン６上では中央部が暗くなり、周辺部が明るくなる。そこで、輝度規格化部５８は、ビデオデータの水平方向についてはスクリーン６上における光ビームの水平方向の移動速度に比例し、かつ垂直方向については同一である係数を、水平走査方向変換部５７から出力されたビデオデータにかけることにより、ビデオデータの輝度値を水平方向について補正する。これにより、光ビームのスクリーン６上での移動速度に応じてビーム強度が補正されることになるので、ビデオデータの輝度が均一であれば、スクリーン６上での輝度も均一となる。

なお、垂直方向の走査については、フレーム同期周波数が低いために、走査速度が一定の強制振動で行うことが可能なので、垂直方向についての輝度の補正は不要である。ミラー２０３の垂直方向の回動も単振動になる場合には、水平方向と同じように輝度の補正が必要である。この場合は、ビデオデータにかける係数を、ビデオデータの水平方向についてはスクリーン６上における光ビームの水平方向の移動速度に比例し、かつ垂直方向についてはスクリーン６上における光ビームの垂直方向の移動速度に比例する係数とすればよい。

色分離部５９は、輝度規格化部５８によって補正されたビデオデータを赤、緑、青の３原色データに変換する。Ｄ／Ａ変換器６０−Ｒ，６０−Ｇ，６０−Ｂは、色分離部５９から出力された赤色ビデオデータ、緑色ビデオデータ、青色ビデオデータをそれぞれアナログ信号に変換する。

ＬＤドライバ６１−Ｒは、Ｄ／Ａ変換器６０−Ｒから出力された赤色ビデオ信号に応じて光強度変調された赤色レーザ光を半導体レーザ１−Ｒから放射させ、ＬＤドライバ６１−Ｇは、Ｄ／Ａ変換器６０−Ｇから出力された緑色ビデオ信号に応じて光強度変調された緑色レーザ光を半導体レーザ１−Ｇから放射させ、ＬＤドライバ６１−Ｂは、Ｄ／Ａ変換器６０−Ｂから出力された青色ビデオ信号に応じて光強度変調された青色レーザ光を半導体レーザ１−Ｂから放射させる。

半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから出射した赤、緑、青の各レーザ光は、それぞれレンズ２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂによって集光され、ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂに入射する。ダイクロイックミラー３−Ｒは、レンズ２−Ｒからの赤色レーザ光を反射する。ダイクロイックミラー３−Ｇは、レンズ２−Ｇからの緑色レーザ光を反射すると共に、ダイクロイックミラー３−Ｒからの赤色レーザ光を透過させる。ダイクロイックミラー３−Ｂは、レンズ２−Ｂからの青色レーザ光を反射すると共に、ダイクロイックミラー３−Ｇからの赤色レーザ光及び緑色レーザ光を透過させる。こうして、赤、緑、青のレーザ光がダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂによって合成される。

ＭＥＭＳミラー装置４のミラー２０３は、ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂからの３原色レーザ光を反射してスクリーン６に投影する。前述のように、ミラー２０３は水平方向及び垂直方向に回動するので、スクリーン６上をレーザ光で走査することになり、入力ビデオ信号ＶＩＮに対応した２次元の画像がスクリーン６上に投影表示される。

以上のように、本実施の形態によれば、発光効率が高く、低消費電力の半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂを光源として用いて、この光源からのレーザ光をビデオ信号に応じて強度変調させ、小型で低消費電力のＭＥＭＳミラー装置４によりレーザ光を偏向させてスクリーン６に投影するようにしたので、発熱と消費電力が小さい投影型表示器を実現することができる。半導体レーザの発光効率は６０％を超えており、その出力も０．１Ｗ程度の高出力な製品が可視光の３原色で開発されている。また、本実施の形態によれば、投影型表示器の各構成要素を小さくすることができ、さらに空冷ファンも不要なことから、小型で低騒音の投影型表示器を実現することができる。従来の液晶プロジェクタに必要な投影レンズや焦点合わせ機構も不要なので、冷却機構が必要ないことと相まって極めてコンパクトな投影型表示器を構成できる。

なお、人間の目の角度分解能は視細胞と眼球の大きさから０．０２度程度であることがわかる。この数値は、１ｍ先で０．３５ｍｍ、３ｍ先では１ｍｍの分解能しかないことを意味する。レーザビームの直径は４００μｍ程度に絞ることができるので、レーザビームを走査することで、充分分解能の高い画像を投影することができる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、２軸回動のＭＥＭＳミラー装置を偏向器として使用したが、１軸回動のＭＥＭＳミラー装置を使用してもよい。図５は本発明の第２の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。

垂直走査用のＭＥＭＳミラー装置４ａのミラーはｘ軸周りに回動し、水平走査用のＭＥＭＳミラー装置４ｂのミラーはｘ軸と直交するｙ軸周りに回動する。ＭＥＭＳミラー装置４ａ，４ｂの構成は図２、図３に示したＭＥＭＳミラー装置４とほぼ同様であるが、４分割の駆動電極１０３−１〜１０３−４の代わりに２分割の駆動電極が設けられる。例えば、ＭＥＭＳミラー装置４ａの場合には、ｘ軸を挟んで対向するように２つの電極が下部基板上に形成される。また、ＭＥＭＳミラー装置４ｂの場合には、ｙ軸を挟んで対向するように２つの電極が下部基板上に形成される。また、１軸回動の場合には、図２、図３のようなジンバル２０２を設ける必要はなく、トーションバネを介してミラーを上部基板に連結すればよい。

半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂ、レンズ２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂ、及びダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂの動作は第１の実施の形態と同じである。
制御回路５ａの構成も第１の実施の形態の制御回路５とほぼ同様であるが、制御回路５ａ内のミラードライバがＭＥＭＳミラー装置４ａ，４ｂを個別に制御することが第１の実施の形態と異なる点である。

すなわち、制御回路５ａのミラードライバは、フレーム同期信号Ｖ２に基づく駆動電圧をＭＥＭＳミラー装置４ａの駆動電極に印加し、これによりＭＥＭＳミラー装置４ａのミラーにフレーム同期信号Ｖ２の周波数で垂直方向の回動を繰り返させる。また、ミラードライバは、水平同期信号Ｈ２に基づく駆動電圧をＭＥＭＳミラー装置４ｂの駆動電極に印加し、これによりＭＥＭＳミラー装置４ｂのミラーに水平同期信号Ｈ２の周波数で水平方向の回動を繰り返させる。

こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。本実施の形態によれば、水平方向の高速なビーム偏向を行うＭＥＭＳミラー装置４ｂと垂直方向の低速なビーム偏向を行うＭＥＭＳミラー装置４ａとを分離することで、ミラーの制御を容易にすることができる。

なお、光ビームの偏向効率を最大にするため、各々のＭＥＭＳミラー装置において入射光と反射光とを含むビーム平面がミラーの回動軸と直交するように２つのＭＥＭＳミラー装置を配置することが好ましい。すなわち、ＭＥＭＳミラー装置４ａは、入射光と反射光とを含むビーム平面がｘ軸と直交するように配置され、ＭＥＭＳミラー装置４ｂは、ビーム平面がｙ軸と直交するように配置されることが好ましい。

ただし、後段のＭＥＭＳミラー装置４ｂの場合、ＭＥＭＳミラー装置４ａによってビームが偏向されることから、厳密には全ての場合においてビーム平面をｙ軸と直交させることは難しい。そこで、ＭＥＭＳミラー装置４ａのミラーが傾斜角０の状態のときに、ＭＥＭＳミラー装置４ｂのミラーに入射する入射光とその反射光とを含むビーム平面がｙ軸と直交するようにＭＥＭＳミラー装置４ｂを配置すればよい。

［第３の実施の形態］
第１〜第２の実施の形態においては、レーザ光をＭＥＭＳミラー装置のミラー面に対して斜めに入射させる必要があるが、入射するビームに対してミラーの軸が直交するようにＭＥＭＳミラー装置を配置すれば、ミラーがθだけ回動したときにビームは２θ偏向され、この構成が最も効率が良い。これに対して、ビームとミラーの軸が直交しない場合、ミラーとビームの成す角をφ（φ＜９０°）とすると、ミラーがθだけ回動したときにビームの偏向角は２θｓｉｎφとなり、偏向効率が悪くなる。第２の実施の形態のように１軸回動のＭＥＭＳミラー装置を２つ用いる場合は、どちらのミラーについても最も偏向効率の良い配置を取ることが可能だが、第１の実施の形態の２軸回動のＭＥＭＳミラー装置の場合は必ず１軸について偏向効率が悪くなる。

そこで、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタキューブと１／４波長板を用いることで、ＭＥＭＳミラー装置のｘ軸及びｙ軸に直交する方向からビームをミラーに入射させる。図６は本発明の第３の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。ＭＥＭＳミラー装置４及び制御回路５の構成は第１の実施の形態と同じである。

半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂは、その構造上、出力光が直線偏波している。本実施の形態では、半導体レーザ１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから放射される赤、緑、青の３色のレーザ光の偏波面を一致させる。ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂによって合成された３原色レーザ光は、偏光ビームスプリッタキューブ７で反射され、１／４波長板８に入射する。３原色レーザ光は、１／４波長板８によって円偏波に変換され、ｘ軸及びｙ軸に直交する方向からＭＥＭＳミラー装置４のミラー２０３に入射する。ミラー２０３で反射した光は位相が反転するため、円偏波の回転方向がミラー２０３への入射光と逆転する。

そして、このミラー２０３の反射光は、１／４波長板８によって直線偏波に変換され、偏光ビームスプリッタキューブ７に入射したときの光と直交する偏波になり、偏光ビームスプリッタキューブ７を直進して、スクリーン６に到達する。
こうして、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに第１の実施の形態に比べて効率良くビーム偏向を行うことができる。

［第４の実施の形態］
偏光ビームスプリッタキューブ及び１／４波長板は、一般に波長依存性を持っている。このため、第３の実施の形態のように、波長の異なる３色のレーザ光に対して同一の偏光ビームスプリッタキューブ７と１／４波長板８を用いて効率良く処理することは難しい場合がある。

そこで、本実施の形態では、各レーザ光毎に偏光ビームスプリッタキューブと１／４波長板を設ける。図７は本発明の第４の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図であり、図１、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態では、赤、緑、青のレーザ光毎にＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂと偏光ビームスプリッタキューブ７−Ｒ，７−Ｇ，７−Ｂと１／４波長板８−Ｒ，８−Ｇ，８−Ｂとを設ける。そして、ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂを偏光ビームスプリッタキューブ７−Ｒ，７−Ｇ，７−Ｂとスクリーン６との間に設ける。

半導体レーザ１−Ｒから出射した赤色レーザ光は、偏光ビームスプリッタキューブ７−Ｒで反射され、１／４波長板８−Ｒを通過し、ＭＥＭＳミラー装置４−Ｒのミラーで反射されて再び１／４波長板８−Ｒを通過してダイクロイックミラー３−Ｒに入射する。一方、半導体レーザ１−Ｇから出射した緑色レーザ光は、偏光ビームスプリッタキューブ７−Ｇで反射され、１／４波長板８−Ｇを通過し、ＭＥＭＳミラー装置４−Ｇのミラーで反射されて再び１／４波長板８−Ｇを通過してダイクロイックミラー３−Ｇに入射する。同様に、半導体レーザ１−Ｂから出射した青色レーザ光は、偏光ビームスプリッタキューブ７−Ｂで反射され、１／４波長板８−Ｂを通過し、ＭＥＭＳミラー装置４−Ｂのミラーで反射されて再び１／４波長板８−Ｂを通過してダイクロイックミラー３−Ｂに入射する。

そして、赤、緑、青のレーザ光がダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂによって合成され、スクリーン６に投影される。
ＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂの構成は第１の実施の形態のＭＥＭＳミラー装置４と同じであり、制御回路５ｂの構成も制御回路５と同じであるが、本実施の形態の制御回路５ｂのミラードライバは、それぞれＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂに対して同一の駆動電圧を供給する。これにより、各ＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂのミラーは、互いに同期して回動する。

こうして、本実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに第３の実施の形態に比べて波長の異なる３色のレーザ光を効率良く処理することができる。

なお、図７では記載を容易にするために光路長について考慮していないが、最終段のダイクロイックミラー（図７の例では３−Ｂ）と各ＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂのミラーとの間の光路長を等しくすると、各ＭＥＭＳミラー装置４−Ｒ，４−Ｇ，４−Ｂのミラーの傾斜角が同じであれば、見かけ上同じ位置から３色のビームが同じ偏向角で出力されることになり、スクリーン６上での色ずれを避けることができる。

［第５の実施の形態］
本発明の投影型表示器が小型であることを活用して、スクリーンヘ投影表示するのではなく、直接網膜上へ描画することも可能である。図８は本発明の第５の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態では、第１の実施の形態に対してレンズ９，１０とハーフミラー１１とを追加し、さらに図８の投影型表示器を人の頭部に装着するヘルメットやゴーグル等に設ける。ハーフミラー１１はヘルメットやゴーグルを頭部に装着した状態では眼球の前面に配置される。

第１の実施の形態と同様にＭＥＭＳミラー装置４のミラーによって偏向された３原色レーザ光は、レンズ９，１０を通過してハーフミラー（あるいはダイクロイックミラー）１１のように特定の波長を反射するフィルターによって反射され、網膜上に投影される。これにより、ヘルメットやゴーグルを装着した人は、ハーフミラー１１を透過して網膜上に投影される周囲の景色とハーフミラー１１によって反射された画像とが重なった像を見ることになる。

なお、第１〜第５の実施の形態では、半導体レーザを用いた小型の投影型表示器の場合について説明しているが、本発明の用途はこれにかぎるものではなく、固体レーザや色素レーザなど高出力な大型のレーザ光源を用いれば、より大型のスクリーンへの投影表示が可能であることは言うまでもない。

本発明は、画像をスクリーン等に投影して表示する投影型表示器に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。 図１の投影型表示器のＭＥＭＳミラー装置の構成を示す分解斜視図である。 図２のＭＥＭＳミラー装置の断面図である。 図１の投影型表示器の制御回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態となる投影型表示器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ…半導体レーザ、２−Ｒ、２−Ｇ、２−Ｂ、９、１０…レンズ、３−Ｒ、３−Ｇ、３−Ｂ…ダイクロイックミラー、４、４ａ、４ｂ、４−Ｒ、４−Ｇ、４−Ｂ…ＭＥＭＳミラー装置、５、５ａ、５ｂ…制御回路、６…スクリーン、７、７−Ｒ、７−Ｇ、７−Ｂ…偏光ビームスプリッタキューブ、８、８−Ｒ、８−Ｇ、８−Ｂ…１／４波長板、１１…ハーフミラー、５０…同期信号分離部、５１…同期信号生成部、５２…ミラードライバ、５３…Ａ／Ｄ変換器、５４…圧縮・スケーリング部、５５…ビデオメモリ、５６…垂直走査方向変換部、５７…水平走査方向変換部、５８…輝度規格化部、５９…色分離部、６０−Ｒ、６０−Ｇ、６０−Ｂ…Ｄ／Ａ変換器、６１−Ｒ、６１−Ｇ、６１−Ｂ…ＬＤドライバ。

Claims (7)

1. レーザ光を放射する光源と、
   回動可能に支持されたミラーとこのミラーから離間して配置された駆動電極とを備え、前記ミラーにより前記レーザ光を反射させて投影対象に投影するＭＥＭＳミラー装置と、
   前記駆動電極に電圧を供給することにより前記ミラーを所定の周波数で繰り返し回動させるミラー制御手段と、
   前記ミラーの回動と同期したビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調されたレーザ光を放射させる変調手段とを有することを特徴とする投影型表示器。
2. 請求項１記載の投影型表示器において、
   前記ＭＥＭＳミラー装置は、ミラーの回動軸が互いに直交する１軸回動の２つのＭＥＭＳミラー装置からなり、
   前記ミラー制御手段は、前記２つのＭＥＭＳミラー装置のうち一方のＭＥＭＳミラー装置のミラーを垂直方向に回動させると共に、他方のＭＥＭＳミラー装置のミラーを水平方向に回動させるものであり、
   各々のＭＥＭＳミラー装置において入射光と反射光とを含むビーム平面がミラーの回動軸と直交するように前記２つのＭＥＭＳミラー装置が配置され、前記光源からのレーザ光を一方のＭＥＭＳミラー装置で反射させ、この反射光を他方のＭＥＭＳミラー装置で反射して前記投影対象に投影することを特徴とする投影型表示器。
3. 請求項１又は２記載の投影型表示器において、
   さらに、前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させるダイクロイックミラーを有し、
   前記光源は、前記３原色のレーザ光を前記ダイクロイックミラーに入射させるものであり、
   前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させることを特徴とする投影型表示器。
4. 請求項１記載の投影型表示器において、
   さらに、前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させるダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、前記ダイクロイックミラーで合成された３原色のレーザ光を反射して前記ＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させると共に、このミラーからの反射光を透過させて前記投影対象に投影する偏光ビームスプリッタキューブと、
   前記偏光ビームスプリッタキューブと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、通過する光を偏光変調する１／４波長板とを有し、
   前記光源は、前記３原色のレーザ光を前記ダイクロイックミラーに入射させるものであり、
   前記ＭＥＭＳミラー装置は、直交する２軸の周りで前記ミラーが回動する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、
   前記ミラー制御手段は、前記ミラーを水平方向及び垂直方向に回動させるものであり、
   前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させることを特徴とする投影型表示器。
5. 請求項１記載の投影型表示器において、
   さらに、前記ＭＥＭＳミラー装置と前記投影対象との間に配置され、３原色のレーザ光を合成して前記投影対象に投影するダイクロイックミラーと、
   前記光源と前記ＭＥＭＳミラー装置との間に各色のレーザ光毎に配置され、前記光源からのレーザ光を反射して対応するＭＥＭＳミラー装置のミラーに入射させると共に、このミラーからの反射光を透過させて前記ダイクロイックミラーに入射させる偏光ビームスプリッタキューブと、
   前記偏光ビームスプリッタキューブと前記ＭＥＭＳミラー装置との間に各色のレーザ光毎に配置され、通過する光を偏光変調する１／４波長板とを有し、
   前記光源は、前記３原色のレーザ光をそれぞれ対応する偏光ビームスプリッタキューブに入射させるものであり、
   前記ＭＥＭＳミラー装置は、各色のレーザ光毎に設けられた、直交する２軸の周りでミラーが回動する２軸回動のＭＥＭＳミラー装置であり、
   前記ミラー制御手段は、各ＭＥＭＳミラー装置のミラーをそれぞれ水平方向及び垂直方向に回動させるものであり、
   前記変調手段は、前記ミラーの回動と同期した３原色のビデオ信号に応じて、前記光源から強度変調された３原色のレーザ光を放射させることを特徴とする投影型表示器。
6. 請求項２乃至５のいずれか１項に記載の投影型表示器において、
   前記ミラーの水平方向及び垂直方向の回動のうち、少なくとも一方は前記ミラーの固有振動周波数で回動するものであることを特徴とする投影型表示器。
7. 請求項６記載の投影型表示器において、
   前記変調手段は、前記ミラーが固有振動周波数で回動する方向について前記ビデオ信号の輝度値を光ビームの移動速度に応じて補正する手段を備えることを特徴とする投影型表示器。
   

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