JP2006337922A - 表示装置および表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より歪みの少ない、より明るい画像を表示できるようにする。
【解決手段】 走査ミラー１２４は、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光を反射する。メモリ１４４は、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、走査ミラー１２４の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する。ロータリエンコーダ１４２は、走査ミラー１２４の角速度または角度位置を検出する。制御演算器１４３は、検出された走査ミラー１２４の角速度または角度位置および目標データを基に、走査ミラー１２４の回動または回転を制御する。本発明は、フロントプロジェクタまたはリアプロジェクタに適用できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、表示装置および表示方法に関し、特に、スクリーンに光を投射して画像を表示する表示装置および表示方法に関する。

近年、画像表示をさせるための光をスクリーンに投射することによって、画像を表示する技術がより広範囲に使用されてきている。

このような背景の中で、レーザー光が変調されて生成された１次元の画像を走査することにより２次元の画像を生成し、この２次元の画像をスクリーンに投射することによって、画像を表示する各種の技術が開発されている。

図１は、従来の表示装置１の構成を示す図である。光源１１は、発光し、レーザー光を光変調素子１２に入射する。光変調素子１２は、光源１１から射出された光を変調する。投影光学系１３は、光変調素子１２から入射される光を、反射させて投影像を形成する。光偏向部１４は、光変調素子１２から射出される光に対する走査を行うことで２次元の像を形成する。光偏向部１４を経て得られる２次元の像は、拡大投影系を介して拡大されてスクリーン１６上に投影される。

集光光学系２１は、光源１１からの光を集光し、集光された光を光変調素子１２に照射する。

投影光学系１３は、正鏡２２および副鏡２３から構成される。光変調素子１２からの変調光は、正鏡２２で反射され、副鏡２３に入射させられ、副鏡２３から射出された光は、再度正鏡２２で反射され、光偏向部１４の走査ミラー２４に入射される。

光偏向部１４の走査ミラー２４は、投影光学系１３から入射された変調光を反射するとともに、所定の軸を中心に所定の範囲内で回動し、投影光学系１３により形成される投影像を走査させ、２次元の像を形成させる。走査ミラー２４は、形成された２次元の像を拡大投影系の入射部２５に入射させ、拡大させてスクリーン上に投影させる。

従来、ガルバノミラーを三角波形状の駆動信号で駆動し、効率良く２次元画像を投射する方法がある（例えば、特許文献１参照）。このようにすることで、鋸波形状の駆動信号で駆動する場合に比較して、duty cycleを大きくでき、従って、より高品質のビデオイメージを投射することができる。

また、光変調手段における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により偏向させ、走査レンズ系を介して画像表示面上に１次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に２次元の画像を表示するライン像走査型画像表示装置がある（例えば、特許文献２参照）。このライン像走査型画像表示装置は、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に応じ、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で偏向することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う。これにより、単振動的（正弦波状）に振動するガルバノミラーによって生じる画像の歪みを取り除くことができる。

国際公開第２００４／４３１５号パンフレット

特開２００４−２７９５４４号公報

しかしながら、ガルバノミラーを回動させるガルバノモータを三角波形状の駆動信号で駆動する場合には、表示される画像が、歪んでしまうという問題を発生する恐れがある。

特許文献１において、ガルバノミラーを駆動する方法については詳述されていないが、特許文献１のfig４の下のグラフは、横軸を時間、縦軸をミラー角として、ガルバノミラーの目標軌道を表していると考えられ、特許文献１のfig４の上のグラフは、横軸を時間、縦軸をミラー角として、実現可能なガルバノミラーの軌道を表していると考えられる。

ガルバノミラーに、一定周期で反転する等角速度運動をさせたいが、折り返し部分において、慣性モーメントにより反転させるには一定の時間が必要となる物理的な制約により、軌道がなまってしまう。このなまった部分がTurn-around Timeとなり、等角速度運動している部分がUsable Display Timeとなる。

後述するようにガルバノミラーが、等角速度運動をしても、平面であるスクリーン上での投射像の速度は、等速にならない。例えば、スクリーン上の水平方向（走査方向）に等時間間隔の点を投射しようとすると、スクリーンの中央部では点の間隔が狭く、スクリーンの端部に近づくに従い、点の間隔が広くなる。すなわち、スクリーン上に投影される画像が歪んでしまう。

図２は、従来の表示装置１の走査を説明する図である。

光源１１より射出された光は、光変調素子１２を介し、変調される。変調された変調光は、投影光学系１３へと入射される。

投影光学系１３を介した変調光は、光偏向部１４の走査ミラー２４へと入射される。走査ミラー２４は、等角速度運動することにより、投影光学系１３によって形成された１次元の像を走査させ、２次元の像を形成させるように反射する。

角速度ωｃは、スクリーン３１の中央部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー２４の角速度を示す。走査速度Ｖｃは、スクリーン３１の中央部において走査されている第１の像の速度を示す。角速度ωｅは、スクリーン３１の端部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー２４の角速度を示す。走査速度Ｖｅは、スクリーン３１の端部において走査されている第１の像の速度を示す。

図２で示されるように、角速度ωｃと角速度ωｅとが等しい場合、走査速度Ｖｃは、走査速度Ｖｅより小さくなる。

特許文献２において、偏向手段は、単振動的に振動し、三角波形状の目標軌道について記載されていない。単振動的に振動するガルバノミラー、いわゆる共振型ガルバノミラーは、装置の小型化および低価格化に有利であるが、duty cycleを大きくできず、質の高い画像を表示させるプロジェクタに不向きである。

ここで、ガルバノミラーを三角波形状の目標軌道で駆動し、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を考える。

この場合、表示される画像の明るさが低下してしまう。

その理由を以下に示す。

スクリーン上で画像が歪まないように画素クロックの時間幅を補正するとは、スクリーンの中央部における画素の投射時間に比較して、スクリーンの両端に近づく程、画素の投射時間を短くすることに相当する。このようにすることで、ガルバノミラーが等角速度運動しても、スクリーンに表示される画像の歪みを生じさせないようにすることができる。

プロジェクタにおいては、画像の明るさが重要な特性の一つである。画像の明るさは、より正確には、表示装置が照射できる（全画面最大輝度における）光束量で定義される。光束の単位はルーメンである。画像が明るいことの利点は、コントラスト比を大きくできる点である。画像がより明るい場合、より明るい場所でも画像表示することができる。

しかし、画像の明るさは、スクリーンに投射される画像の範囲の中で、最も暗い部分の明るさによって決まる。すなわち、スクリーンへの投射時間が短ければ、その画素は暗くなる。画像の明るさのムラ（斑）は、そのまま画像の欠点とされるので、画像のうちの明るい部分の光量を何らかの方法で落として、その部分の明るさは、画像のうちの暗い部分と合わせられる。

光源および光学系に、スクリーンの中央部における明るさの画像を投射する能力があったとしても、スクリーンの両端に近づく程、画素の投射時間を短くすることによって、画像が暗くなり、スクリーンの両端の画像の明るさに、画像全体の明るさが合わせられることになる。すなわち、スクリーンの両端の画像の明るさによって、表示装置としての明るさが決まることになる。

このように、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更すると、表示される画像の明るさが低下してしまう。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、より歪みの少ない、より明るい画像を表示できるようにするものである。

本発明の表示装置は、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光を反射する反射手段と、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶手段と、反射手段の角速度または角度位置を検出する検出手段と、検出された反射手段の角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。

記憶手段は、時刻ｔにおける反射手段の角度位置の目標θが、所定の定数ｋに対してθ ∝ (ｃｏｓ(ａｒｃｔａｎ(ｋｔ)))²を満たす目標データを記憶するようにすることができる。

反射手段は、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、またはポリゴンプリズムとすることができる。

制御手段は、検出された反射手段の角速度または角度位置と、目標データで示される目標とを比較し、反射手段の角速度または角度位置と目標との差に応じて、反射手段の回動または回転を制御するようにすることができる。

本発明の表示方法は、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光を反射する反射手段を備える表示装置の表示方法であって、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶ステップと、反射手段の角速度または角度位置を検出する検出ステップと、検出された反射手段の角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転を制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。

本発明の表示装置においては、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光が反射される。また、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データが記憶され、反射手段の角速度または角度位置が検出され、検出された角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転が制御される。

本発明の表示方法においては、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データが記憶され、角速度または角度位置が検出され、検出された反射手段の角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転が制御される。

以上のように、本発明によれば、画像を表示することができる。また、本発明によれば、より歪みの少ない、より明るい画像を表示できるようになる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、請求項に記載の構成要件と、発明の実施の形態における具体例との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする具体例が、発明の実施の形態に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、構成要件に対応するものとして、ここには記載されていない具体例があったとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、具体例が構成要件に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その具体例が、その構成要件以外の構成要件には対応しないものであることを意味するものでもない。

さらに、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明が、請求項に全て記載されていることを意味するものではない。換言すれば、この記載は、発明の実施の形態に記載されている具体例に対応する発明であって、この出願の請求項には記載されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加される発明の存在を否定するものではない。

請求項１に記載の表示装置は、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光を反射する反射手段（例えば、図５の走査ミラー１２４）と、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶手段（例えば、図５のメモリ１４４）と、反射手段の角速度または角度位置を検出する検出手段（例えば、図５のロータリエンコーダ１４２）と、検出された反射手段の角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転を制御する制御手段（例えば、図５の制御演算器１４３）とを含むことを特徴とする。

請求項５に記載の表示方法は、所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように変調光を反射する反射手段を備える表示装置の表示方法であって、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶ステップ（例えば、図８のステップＳ１１）と、反射手段の角速度または角度位置を検出する検出ステップ（例えば、図８のステップＳ１５）と、検出された反射手段の角速度または角度位置および目標データを基に、反射手段の回動または回転を制御する制御ステップ（例えば、図８のステップＳ１６およびステップＳ１７）とを含むことを特徴とする。

図３および図４は、本発明の一実施の形態の表示装置１０１の構成を示す図である。

図３は、表示装置１０１の構成を示すブロック図である。表示装置１０１は、光源１１１、光変調素子１１２、投影光学系１１３、光偏向部１１４、および拡大投影系１１５を備える。表示装置１０１は、画像を表示するための光をスクリーン１１６に投射することにより、スクリーン１１６に画像を表示させる。

光源１１１は、レーザー（LASER：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）光を発光し、光変調素子１１２に入射させる。

光変調素子１１２は、光源１１１から射出されたレーザー光を変調する。つまり、光源１１１から射出される光は、入力された画像信号に応じて、光変調素子１１２を介すことによって、画像に明暗を形成するように変調される。

投影光学系１１３は、光変調素子１１２から入射される変調光を、反射させて投影像を形成する。

光偏向部１１４は、投影光学系１１３から射出される光に対する走査を行うことで２次元の像を形成する。

光偏向部１１４を経て形成される２次元の像は、拡大投影系１１５を介して拡大され、スクリーン１１６上に投影される。

このように、表示装置１０１は、スクリーン１１６に画像を表示させる。なお、スクリーン１１６は、表示装置１０１の外部に設けるようにしても、表示装置１０１と一体に設けるようにしてもよい。

図４は、光源１１１、光変調素子１１２、投影光学系１１３、光偏向部１１４、および拡大投影系１１５における光路の概略を示す図である。

光源１１１は、発光し、光を集光光学系１２１に入射する。例えば、光源１１１は、レーザー装置からなり、周波数が一致し、位相が揃っている、いわゆるレーザー光であって、赤、青、緑の三原色の光であるレーザー光を発光し（射出し）、レーザー光を光変調素子１１２に入射する。なお、光源１１１は、所定の強さまたは色の光を発光できれば足り、半導体レーザー装置、ガスレーザー装置、または固体レーザー装置など方式は問わない。

光源１１１から射出されたレーザー光は、集光光学系１２１へと入射される。

集光光学系１２１は、光源１１１からの光を集光し、集光された光を光変調素子１１２に照射するために設けられている。なお、図４には集光光学系１２１を光学系単レンズで簡略的に示しているが、集光光学系１２１は、光変調素子１１２における個別の変調素子の配列方向に沿う方向の線状ビームを光変調素子１１２に対し、照射するための構成を有している。例えば、集光光学系１２１としては、開口数（NA：Numerical Aperture）が均一で、強い照明を可能にするケラー照明系を採用することができる。

集光光学系１２１で集光された光は、光変調素子１１２に入射される。光変調素子１１２は、光源１１１からの光を変調する。例えば、光変調素子１１２は、GLVからなり、GLVである光変調素子１１２に入射された光は、光変調素子１１２によって回折される。

ここで、光変調素子１１２の一例であるGLVについて説明する。

GLVは、光を変調する極小のマイクロリボン状の変調素子を１列に並べ、シリコン基板上に設置したものである。GLVの変調素子の各々に電気信号を加えると、GLVの変調素子は、微細に動き、入射された光を回折させる。入射された光は、回折量に応じた明暗を生じる。すなわち、GLVの各々の変調素子は、電気信号に応じて、形成される画像に光の明暗を形成する。このように、GLVは、電気信号に応じて、光源１１１からの光を変調する１次元の光変調素子である。

複数の変調素子を１列に配置した１次元の光変調素子１１２は、例えばGLVからなると説明したが、光変調素子１１２は、１列に配置されるものに限られるものではなく、例えば、複数の光を変調する変調素子が、複数列に配置された空間光変調素子によって、構成されるようにしてもよい。例えば、変調素子が２列に配置されていた場合でも、この変調素子から照射される光によって形成される像を、その配列方向（長さ方向）と直交する方向に、後述する光偏向部１１４が、走査することにより所望の２次元の像を得ることができ、このように複数列に配置された空間光変調素子により、光変調素子１１２が、構成されるようにしてもよい。

光変調素子１１２によって変調された変調光は、投影光学系１１３へと入射される。投影光学系１１３は、光変調素子１１２から入射される光を、反射させて投影像を形成する。投影光学系１１３は、例えば、等倍投影の基本系である、米国特許３４４８０１５号に示されるオフナー光学系を用いることができる。

投影光学系１１３のオフナー光学系を構成する１対の反射鏡は、正鏡１２２および副鏡１２３である。

投影光学系１１３を構成する正鏡１２２は、光変調素子１１２からの変調光を、反射し、副鏡１２３に入射させる。副鏡１２３は、正鏡１２２から射出された変調光を反射し、正鏡１２２に入射させる。正鏡１２２は、副鏡１２３から射出された変調光を、再度反射させ、光偏向部１１４の走査ミラー１１４へと入射させる。

光偏向部１１４は、投影光学系１１３を介した光変調素子１１２からの光に対する走査を行うことで２次元の像を形成させる。光偏向部１１４には、走査ミラー１２４が設けられており、走査ミラー１２４は、投影光学系１１３から入射された光を反射するとともに、所定の軸を中心に所定の範囲内で回動する。すなわち、走査ミラー１２４は、光変調素子１１２によって変調され、投影光学系１１３を介して入射された光を、走査するように反射する。換言すれば、走査ミラー１２４は、投影光学系１１３によって形成された第１の像の光を、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査させて第２の像を形成させるように反射する。

光偏向部１１４の走査ミラー１２４は、投影光学系１１３より入射された光を走査し、拡大投影系１１５の入射部１２５に入射させる。

拡大投影系１１５の入射部１２５に入射された光からなる２次元の像は、スクリーン１１６に表示される。

図５は、表示装置１０１の光偏向部１１４の構成の例を示す図である。

光偏向部１１４は、走査ミラー１２４、ガルバノモータ１４１、ロータリエンコーダ１４２、制御演算器１４３、メモリ１４４、およびモータ駆動回路１４５からなる。

ガルバノモータ１４１は、モータ駆動回路１４５から供給される駆動信号により駆動され、所定の範囲の角度で、その範囲内において向きを変えるように軸を回動させる。すなわち、ガルバノモータ１４１は、所定の角度の範囲を往復するように軸を回動させる。ガルバノモータ１４１の軸には、走査ミラー１２４が装着されている。ガルバノモータ１４１の軸が回動することによって、走査ミラー１２４を回動させることになる。

ロータリエンコーダ１４２は、走査ミラー１２４の角度（角度位置）を検出する。すなわち、ロータリエンコーダ１４２は、ガルバノモータ１４１と走査ミラー１２４を回動させる軸と同軸に設けられ、ガルバノモータ１４１が、走査ミラー１２４を回動させる軸の角度を検出することにより、走査ミラー１２４の角度を検出する。ロータリエンコーダ１４２は、走査ミラー１２４の角度を示す角度データを制御演算器１４３に供給する。

なお、ロータリエンコーダ１４２は、アナログ方式、デジタル方式、アブソリュート方式、インクリメンタル方式、光電方式、磁気方式、または静電方式などいずれの方式であってもよい。

制御演算器１４３は、検出された走査ミラー１２４の角度（角度位置）および、メモリ１４４に記憶されている目標データを基に、走査ミラー１２４の回動を制御する。より詳細に説明すれば、制御演算器１４３は、ロータリエンコーダ１４２から供給された、ガルバノモータ１４１の軸の角度を示す角度データと、メモリ１４４に格納されている目標軌道データを基に、同期信号に対応したガルバノモータ１４１の駆動を制御する制御信号を生成し、制御信号をモータ駆動回路１４５に供給する。

例えば、制御演算器１４３は、DSP（Digital Signal Processor）およびその周辺回路から構成される。

メモリ１４４は、第２の像における第１の像の走査の速度が等速となる、走査ミラー１２４の角度位置の目標を示す目標軌道データを記憶する。

モータ駆動回路１４５は、制御演算器１４３から供給された制御信号を基に、ガルバノモータ１４１を駆動させる電流を生成し、ガルバノモータ１４１に駆動電流を供給することにより、ガルバノモータ１４１を駆動させる。

図６は、制御演算器１４３の機能の構成の例を表すブロック図である。

制御演算器１４３は、時刻算出部１６１、目標軌道データ取得部１６２、角度データ取得部１６３、および制御信号生成部１６４より構成されている。

時刻算出部１６１は、表示しようとする画像に同期した同期信号を取得し、取得した同期信号を基にして、表示している画像における時刻を算出する。時刻算出部１６１は、時刻を示すデータを目標軌道データ取得部１６２に供給する。

目標軌道データ取得部１６２は、メモリ１４４から、時刻に対応した角度位置の目標を示す目標データを取得する。目標軌道データ取得部１６２は、取得した目標データを制御信号生成部１６４に供給する。

角度データ取得部１６３は、ロータリエンコーダ１４２から供給された、走査ミラー１２４の角度を示す角度データを取得する。角度データ取得部１６３は、取得した角度データを制御信号生成部１６４に供給する。なお、アナログ方式のロータリエンコーダ１４２を採用した場合、角度データ取得部１６３は、ロータリエンコーダ１４２から供給された、アナログ信号である、走査ミラー１２４の角度を示す角度信号を取得する。そして、角度データ取得部１６３は、取得した角度信号をデジタルデータである角度データに変換して、変換により得られた角度データを制御信号生成部１６４に供給する。

制御信号生成部１６４は、目標軌道データ取得部１６２から供給された、時刻に対応した目標データ、および角度データ取得部１６３から供給された、走査ミラー１２４の角度を示す角度データを基にして、モータ駆動回路１４５を制御するための制御信号を生成する。例えば、制御信号生成部１６４は、角度データ取得部１６３より取得した角度データと、目標データとを比較し、角度データと目標データとの差に応じた制御信号を生成する。制御信号生成部１６４は、生成した制御信号をモータ駆動回路１４５に供給する。

図７は、表示装置１０１における走査を説明する図である。

図７において、角速度ωｃは、スクリーン１１６の中央部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｃは、スクリーン１１６の中央部において走査されている第１の像の速度を示す。角速度ωｅは、スクリーン１１６の端部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｅは、スクリーン１１６の端部において走査されている第１の像の速度を示す。

図７で示されるように、走査速度Ｖｃと走査速度Ｖｅとが等しくなるように、角速度ωｅは、角速度ωｃに比較して小さくなるように、走査ミラー１２４の角度位置が制御される。

ここで、走査ミラー１２４によって反射されてスクリーン１１６に投射された像の投射角θについて考える。

スクリーン１１６の中央に像が投射されているときの投射角θをθ＝０とする。この時、スクリーン１１６に投射されている像の速度（走査速度）が、スクリーン１１６上で一定（任意の投射角θについて、常にＶｃ＝Ｖｅ）となる条件は、角速度ωが投射角θのcosineの２乗に比例することである。すなわち、式（１）が満たされる場合、任意の投射角θにおいて、スクリーン１１６に投射されている像の走査速度が一定となる条件は、スクリーン１１６上の像の位置が投射角のタンジェントに比例するので、次の式（１）で表せる。
ｄ／ｄｔｔａｎθ＝一定 ・・・（１）

式（１）を計算すると投射角の角速度は次のようになる。
ｄθ／ｄｔ∝（ｃｏｓθ）² ・・・（２）

さらに式（２）を解くと、θを時間の関数で表す式（３）が得られる。
θ∝(ｃｏｓ(ａｒｃｔａｎ(ｋｔ)))² ・・・（３）
式（３）において、ｋは定数であり、ｔは時刻である。但し、θ＝０の時、ｔ＝０である。

式（３）は、投射角０である時刻を挟んでスクリーン１１６の端部に照射を開始する時刻からもう一方のスクリーン１１６の端部で照射を終了する時刻までの範囲で成り立つ。例えば、図９の例では、スクリーン１１６の中央を照射している時刻を０とした場合、時刻ｔ＝0±3.75msの範囲で成り立つ。

投射角θは、走査ミラー１２４の角度位置に対応するので、メモリ１４４は、式（２）を満たす、走査ミラー１２４の角度位置の目標を示す目標軌道データ（目標データ）を記憶する。

制御演算器１４３は、走査ミラー１２４の角度位置が、メモリ１４４に記憶されている目標軌道データで示される目標になるように、ガルバノモータ１４１の駆動を制御する制御信号を生成する。これにより、走査ミラー１２４は、式（２）を満たすように駆動され、スクリーン１１６に投射されている像の走査速度が一定になる。

次に、図８のフローチャートを参照して、表示装置１０１における走査の制御の処理について説明する。

ステップＳ１１において、メモリ１４４は、目標軌道データを記憶する。

図９および図１０を参照して、メモリ１４４に記憶される目標軌道データの具体的な例を説明する。

図９は、式（１）を基に、走査ミラー１２４の角速度を数値計算した結果を示す図である。図９において、縦軸は、走査ミラー１２４の角速度［°／ｍｓ］を示し、横軸は、時刻［ｍｓ］を示す。

図１０は、走査ミラー１２４の角度（角度位置）を数値計算した結果を示す図である。図１０において、縦軸は、走査ミラー１２４の角度［°］を示し、縦軸は、時刻［ｍｓ］を示す。

なお、計算の条件は、走査ミラー１２４が毎秒120回往復走査するものとし、走査ミラー１２４の走査角を30.4°（ミラー振り角15.2°）とし、投射有効時間率を90％とした（全時間中の90％の時間において、像がスクリーン１１６に投射される）。

図９および図１０で示される例において、時刻0.00ｍｓおよび8.33ｍｓの整数倍の時刻において、像がスクリーン１１６の中央に投射される。

像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻において、走査ミラー１２４の角速度は、最大の角速度である4.16°／ｍｓまたは−4.16°／ｍｓとなる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻から時間が経過するに従って、式（１）を満たすように曲線的に遅くなる。そして、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻において（走査ミラー１２４の振り角が7.6°または−7.6°になった場合）、走査ミラー１２４の角速度は、3.86°／ｍｓまたは−3.86°／ｍｓまで下がる。

例えば、走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻である時刻0.00ｍｓにおいて、最大の角速度である4.16°／ｍｓとなり、時間が経過するに従って、式（１）を満たすように曲線的に（経過する時間に対して非線形に）遅くなる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻である時刻3.75ｍｓにおいて、3.86°／ｍｓとなる。

時刻3.75ｍｓ乃至時刻4.58ｍｓにおいて、走査ミラー１２４は、回動の方向を反転させる。すなわち、時刻3.75ｍｓ乃至時刻4.58ｍｓの時間は、スクリーン１１６に像が投射されず、走査ミラー１２４が折り返しするための時間である。

走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻である時刻4.58ｍｓにおいて、−3.86°／ｍｓとなり、時間が経過するに従って、式（１）を満たすように曲線的に速くなる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻である時刻8.33ｍｓにおいて、最大の角速度である−4.16°／ｍｓとなる。

走査ミラー１２４の角速度は、時刻8.33ｍｓを過ぎるに従って、式（１）を満たすように曲線的に遅くなる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻である時刻12.08ｍｓにおいて、−3.86°／ｍｓとなる。

時刻12.08ｍｓ乃至時刻12.91ｍｓにおいて、走査ミラー１２４は、回動の方向を反転させる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻である時刻12.91ｍｓにおいて、3.86°／ｍｓとなり、時間が経過するに従って、式（１）を満たすように曲線的に速くなる。走査ミラー１２４の角速度は、像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻である時刻16.67ｍｓにおいて、最大の角速度である4.16°／ｍｓとなる。

時刻16.67ｍｓ以後、走査ミラー１２４の角速度は、時刻0.00ｍｓからの角速度の変化と同様に変化する。

図１０の実線は、図９で示される走査ミラー１２４の角速度に対応する、走査ミラー１２４の角度を示す。時刻に対する走査ミラー１２４の角度は、非直線的に変化する。図１０の点線は、時刻に対する走査ミラー１２４の角度の非直線的な変化を強調して示す。スクリーン１１６の端部に像を投射するとき、走査ミラー１２４の角度の変化は比較的少なくなり、スクリーン１１６の中央に像を投射するとき、走査ミラー１２４の角度の変化は比較的多くなる。

例えば、走査ミラー１２４の角度位置は、時刻0.00ｍｓにおいて、像がスクリーン１１６の中央に投射される角度位置である0°となり、時間が経過するに従って、式（２）を満たすように曲線的に（経過する時間に対して非線形に）変化する。走査ミラー１２４の角度位置は、時刻3.75ｍｓにおいて、像がスクリーン１１６の端部に投射される角度位置である7.6°（有効範囲端）となる。

時刻3.75ｍｓ乃至時刻4.58ｍｓにおいて、走査ミラー１２４は、回動の方向を反転させるので、走査ミラー１２４の角度位置の時間変化は、増加方向から減少方向に変わる。

走査ミラー１２４の角度位置は、時刻4.58ｍｓにおいて、再度、7.6°となり、時間が経過するに従って、式（２）を満たすように曲線的に変化する。走査ミラー１２４の角度位置は、時刻8.33ｍｓにおいて、像がスクリーン１１６の中央に投射される角度位置である0°となる。

走査ミラー１２４の角度位置は、時刻8.33ｍｓを過ぎるに従って、式（２）を満たすように曲線的に変化し、時刻12.08ｍｓにおいて、像がスクリーン１１６の端部に投射される角度位置である−7.6°（有効範囲端）となる。

時刻12.08ｍｓ乃至時刻12.91ｍｓにおいて、走査ミラー１２４は、回動の方向を反転させ、走査ミラー１２４の角度位置の時間変化は、減少方向から増加方向に変わる。走査ミラー１２４の角度位置は、時刻12.91ｍｓにおいて、−7.6°となり、時間が経過するに従って、式（２）を満たすように曲線的に変化する。走査ミラー１２４の角度位置は、時刻16.67ｍｓにおいて、0°となる。

時刻16.67ｍｓ以後、走査ミラー１２４の角度位置は、時刻0.00ｍｓからの角度位置の変化と同様に変化する。

走査ミラー１２４の折り返しについては種々の制御方法が考えられるが、図９および図１０で示す例において、一定の角加速度で、角速度を反転するものとした。具体的には、走査ミラー１２４は、有効範囲端の7.6°または−7.6°まで回動した後、最大7.99°または−7.99°まで振れてから、折り返すことになる。

例えば、メモリ１４４は、図１０で示される、時刻に対して走査ミラー１２４の角度を示す目標軌道データを記憶する。より具体的には、例えば、メモリ１４４は、時刻0.00ｍｓ乃至時刻16.67ｍｓにおける角度位置を示す目標軌道データを記憶する。

ステップＳ１２において、制御演算器１４３の時間算出部１６１は、表示しようとする画像に同期した同期信号を取得する。より具体的には、例えば、メモリ１４４は、時刻0.00ｍｓ乃至時刻16.67ｍｓにおける角度位置を示す目標軌道データを記憶する。

ステップＳ１３において、時刻算出部１６１は、ステップＳ１２の処理で取得した同期信号に基づいて、表示する画像における時刻を求める。時刻算出部１６１は、ステップＳ１２の処理で取得した同期信号に基づいて、スクリーン１１６にフレームの表示を開始してからの経過時間を求めることにより、表示する画像における時刻を求める。時刻算出部１６１は、時刻を示すデータを目標軌道データ取得部１６２に供給する。

ステップＳ１４において、制御演算器１４３の目標軌道データ取得部１６２は、メモリ１４４から、メモリ１４４に記憶されている目標軌道データのうち、時刻算出部１６１から供給されたデータで示される時刻に対する目標とする角度（角度位置）を示す目標軌道データを取得する。

ステップＳ１５において、制御演算器１４３の角度データ取得部１６３は、ロータリエンコーダ１４２から、走査ミラー１２４の角度（角度位置）を示す角度データを取得する。

ステップＳ１６において、制御演算器１４３の制御信号生成部１６４は、ステップＳ１４の処理で取得した目標軌道データおよびステップＳ１５の処理で取得した角度データを基に、制御信号を生成する。制御信号生成部１６４は、生成した制御信号をモータ駆動回路１４５に供給する。

ステップＳ１７において、モータ駆動回路１４５は、ステップＳ１６の処理で生成された制御信号を基に、ガルバノモータ１４１を駆動して、ステップＳ１２に戻り、上述した処理を繰り返す。

このようにすることで、スクリーン１１６に投射された像は、一定の速度で走査されることになる。すなわち、図１１で示されるように、スクリーン１１６に投射された像は、スクリーン１１６の中央部またはスクリーン１１６の端部においても、同じ速度で走査される。

以上のように、スクリーンにおいて像が一定の速度で走査されるので、より歪みの少ない画像を表示することができる。

また、スクリーン上の位置によって表示される画像の明るさが変化することがないので、明るさを制限する必要がなく、より明るい画像を表示することができる。

また、本発明によれば、全体の時間に対する画像を表示している時間の比率を示す投射有効時間率を大きくすることができる。

すなわち、スクリーンに画像を表示していない時間は、走査ミラー１２４を折り返ししている時間である。例えば、図９の右上がりの直線または右下がりの直線で示される、一定の角加速度で、角速度が反転される時間である。

走査ミラー１２４の折り返しの前後の角速度の差が小さいほど、スクリーンに画像を表示していない時間を短くすることができる。

図９で示されるように、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻、すなわち、走査ミラー１２４の折り返しの前後において、走査ミラー１２４の角速度の絶対値は小さくされる。これにより、走査ミラー１２４の折り返しに要する時間を短くすることができ、その結果、投射有効時間率を大きくすることができる。

また、投射有効時間率を大きくすることに代えて、走査ミラー１２４の角加速度を小さくすることもできる。この場合、ガルバノモータ１４１として、より低トルクのモータを採用することができる。低トルクのモータは、高トルクのモータに比較して、より小型、より低価格である。または、ガルバノモータ１４１の消費電力を下げることができる。この場合、ガルバノモータ１４１の容量を小さくでき、またはモータ駆動回路１４５の容量を小さくすることができる。

さらに、走査ミラー１２４を含む回動部分に加わる角加速度が小さいと、回動部分の共振モードを励振する力が小さくなる。共振モードが励振されると、走査ミラー１２４の制御が不安定になり、スクリーン１１６上の画素の位置が正規の位置からずれてしまい、画質が低下してしまう。角加速度が小さければ、共振モードによる画質の低下を抑制することができる。

なお、メモリ１４４は、図９で示される、時刻に対して走査ミラー１２４の角速度を示す目標データを記憶するようにしてもよい。この場合、走査ミラー１２４の角速度が検出され、検出された角速度と、目標データで示される角速度とを基に、制御信号が生成される。ロータリエンコーダ１４２が、走査ミラー１２４の角速度を検出するようにしてもよく、また、制御演算器１４３が、ロータリエンコーダ１４２から供給される、走査ミラー１２４の角度位置を示す角度データを基に、走査ミラー１２４の角速度を求めるようにしてもよい。

また、走査ミラー１２４は、ガルバノミラーに限らず、ポリゴンミラー、またはポリゴンプリズム等とするようにしてもよい。この場合、ガルバノモータ１４１に代えて定回転モータが設けられ、定回転モータは、ほぼ一定の速度で軸を回転させることにより、ポリゴンミラー、またはポリゴンプリズム等をほぼ一定の速度で回転させる。

図１２は、一定の方向に回転させられるポリゴンミラーまたはポリゴンプリズムを採用する場合に、メモリ１４４に記憶される目標データの例を示す図である。図１２において、縦軸は、角速度［°／ｍｓ］を示し、横軸は、時刻［ｍｓ］を示す。メモリ１４４は、図１２で示されるように、スクリーン１１６において像が一定の速度で走査されるように（式（１）を満たすように）、像がスクリーン１１６の中央に投射される時刻において、ポリゴンミラーまたはポリゴンプリズムの角速度が、最大となり、また、像がスクリーン１１６の端部に投射される時刻において、ポリゴンミラーまたはポリゴンプリズムの角速度が、小さくなる目標データを記憶する。

制御演算器１４３は、メモリ１４４に記憶されている目標データを基に、ポリゴンミラーまたはポリゴンプリズムを回転させる定回転モータの回転を制御する。

図１３は、表示装置１０１の他の例を説明する図である。

スクリーン１８１は、平面ではなく、円弧状（の曲面）に形成される。例えば、平面状のスクリーンに比較して、走査ミラー１２４からスクリーン１８１の端部までの光路の長さが短くなるようにスクリーン１８１は形成される。

図１３において、角速度ωｃは、円弧状のスクリーン１８１の中央部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｃは、スクリーン１８１の中央部において走査されている第１の像の速度を示す。角速度ωｅは、スクリーン１８１の端部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｅは、スクリーン１８１の端部において走査されている第１の像の速度を示す。

図１３で示されるように、スクリーン１８１上の走査速度Ｖｃと走査速度Ｖｅとが等しくなるように、走査ミラー１２４の角度位置が制御される。

図１４は、表示装置１０１のさらに他の例を説明する図である。

スクリーン２０１は、平面ではなく、円弧状（の曲面）に形成される。例えば、平面状のスクリーンに比較して、走査ミラー１２４からスクリーン２０１の端部までの光路の長さが長くなるようにスクリーン２０１は形成される。

図１４において、角速度ωｃは、円弧状のスクリーン２０１の中央部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｃは、スクリーン２０１の中央部において走査されている第１の像の速度を示す。角速度ωｅは、スクリーン２０１の端部において、第１の像が走査されている場合の走査ミラー１２４の角速度を示す。走査速度Ｖｅは、スクリーン２０１の端部において走査されている第１の像の速度を示す。

図１４で示されるように、走査速度Ｖｃと走査速度Ｖｅとが等しくなるように、走査ミラー１２４の角度位置が制御される。

なお、図１３または図１４で構成を示す表示装置１０１は、照射側から視聴するフロントプロジェクタまたは、照射側と反対側から視聴するリアプロジェクタとすることができる。

この場合、円弧の外側から視聴するとき、視聴者はより広い範囲から視聴することができる。また、円弧の内側から視聴する場合、より迫力のある画像を視聴者に提供することができる。

以上のように、本発明によれば、より歪みの少ない、より明るい画像を表示できるようになる。

また、以上においては、光変調素子１１２として、１次元変調素子のGLVを用いるようにしたが、GLVに限らず、２次元の光変調素子であるDMD（Digital Micro mirror Device：商標）またはLCOS（Liquid Crystal on Silicon）などを用いるようにしてもよい。この場合、光源１１１は、採用する光変調素子に合わせて、メタルハライドランプまたは高圧水銀ランプなどを採用することができる。

さらにまた、制御演算器１４３としては、DSP（Digital Signal Processor）に限らず、汎用のMPU（Micro Processing Unit）またはCPU（Central Processing Unit）等を採用することができる。

以上のように、本発明は、例えば、いわゆるフロントプロジェクタまたはリアプロジェクタなどに適用できる。また、本発明は、画像を形成するプリンタまたはファックスなどにも適用できる。この場合、感光体に照射される光により形成される画像の歪みをより少なくすると共に、感光体に照射される光をより強くすることができる。さらに、本発明は、画像を読み取るスキャナなどにも適用できる。この場合、読み取りの対象となる画像に照射される光の強さの変動をより少なくするとともに、照射される光をより強くすることができる。

従来の表示装置の構成を示すブロック図である。 従来の表示装置の走査を説明する図である。 本発明の一実施の形態の表示装置の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態の表示装置の構成を示す図である。 光偏向部の構成の例を示す図である。 制御演算器の機能の構成の例を表すブロック図である。 走査を説明する図である。 走査の制御の処理を説明するフローチャートである。 目標軌道データの具体的な例を説明する図である。 目標軌道データの具体的な例を説明する図である。 スクリーンに投射された像の走査の速度を説明する図である。 目標データの例を説明する図である。 走査の他の構成の例を説明する図である。 走査の他の構成の例を説明する図である。

符号の説明

１０１ 表示装置， １１１ 光源， １１２ 光変調素子， １１３ 投影光学系， １１４ 光偏向部， １１５ 拡大投影系， １１６ スクリーン， １２１ 集光光学系， １２２ 正鏡， １２３ 副鏡， １２４ 走査ミラー， １２５ 入射部， １４１ ガルバノモータ， １４２ ロータリエンコーダ， １４３ 制御演算器， １４４ メモリ， １４５ モータ駆動回路， １６１ 時刻算出部， １６２ 目標軌道データ取得部， １６３ 角度データ取得部， １６４ 制御信号生成部， １８１ スクリーン， ２０１ スクリーン

Claims (5)

1. 所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように前記変調光を反射する反射手段と、
   前記第２の像における前記第１の像の走査の速度が等速となる、前記反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶手段と、
   前記反射手段の角速度または角度位置を検出する検出手段と、
   検出された前記反射手段の角速度または角度位置および前記目標データを基に、前記反射手段の回動または回転を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記記憶手段は、前記第１の像が、前記第２の像の中央に位置するときを０とし、１つの前記第２の像の形式を開始してから終了するまでの時間の時刻ｔにおける前記反射手段の角度位置の目標θが、所定の定数ｋに対して、
   θ ∝ (ｃｏｓ(ａｒｃｔａｎ(ｋｔ)))²
   を満たす前記目標データを記憶する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記反射手段は、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、またはポリゴンプリズムである
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記制御手段は、
   検出された前記反射手段の角速度または角度位置と、前記目標データで示される目標とを比較し、
   前記反射手段の角速度または角度位置と目標との差に応じて、前記反射手段の回動または回転を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 所定の軸を中心に回動するかまたは回転して、変調された光である変調光を基に形成された第１の像を走査させて第２の像が形成されるように前記変調光を反射する反射手段を備える表示装置の表示方法において、
   前記第２の像における前記第１の像の走査の速度が等速となる、前記反射手段の角速度または角度位置の目標を示す目標データを記憶する記憶ステップと、
   前記反射手段の角速度または角度位置を検出する検出ステップと、
   検出された前記反射手段の角速度または角度位置および前記目標データを基に、前記反射手段の回動または回転を制御する制御ステップと
   を備えることを特徴とする表示方法。

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