JP2008129053A - 走査装置及び走査型光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上させることが可能な走査装置及び走査型光学装置を提供すること。
【解決手段】内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子１３と、該光学素子１３の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極１１及び第２電極１２と、光学素子１３に時間的に電界の方向が一方向Ａと該一方向と反対の他方向Ｂに生じるように、第１電極１１及び第２電極１２のうち少なくとも一方に印加する電圧を制御する制御部２０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査装置及び走査型光学装置に関する。

近年、レーザ光などのビーム状の光を被投射面上でラスタースキャンして画像を表示する走査型画像表示装置が提案されている。この装置では、レーザ光の供給を停止することで完全な黒を表現できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ等に比べて高コントラストの表示が可能である。また、レーザ光を使用した画像表示装置は、レーザ光が単一波長であるために色純度が高い、コヒーレンスが高いためにビームを整形しやすい（絞りやすい）等の特性を持つことから、高解像度、高色再現性を実現する高画質ディスプレイとして期待されている。また、走査型画像表示装置は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどと異なり、固定された画素を持たないため、画素数という概念がなく、解像度を変換し易いという利点も持っている。

走査型画像表示装置で画像を生成するには、ポリゴンミラー、ガルバノミラーなどのスキャナを用いて光を２次元に走査する必要がある。１個のスキャナを水平方向、垂直方向の２方向に振りつつ光を２次元に走査する方法もあるが、その場合、走査系の構成や制御が複雑になるという問題がある。そこで、光を１次元に走査するスキャナを２組用意し、各々に水平走査と垂直走査を受け持たせるようにした走査型画像表示装置が提案されている。従来は、双方のスキャナともにポリゴンミラーやガルバノミラーを使用するのが普通であり、双方のスキャナに回転多面鏡（ポリゴンミラー）を用いた投写装置が下記の特許文献１に開示されている。
特開平１−２４５７８０号公報

しかしながら、特許文献１ではポリゴンミラーを用いた装置が紹介されているが画像フォーマットの高解像度化に伴い、スキャン周波数も高くなってきており、ポリゴンミラーやガルバノミラーでは限界を迎えつつある。そこで、近年、高速側のスキャナにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用したシステムが発表されている。ＭＥＭＳ技術を利用したスキャナ（以下、単にＭＥＭＳスキャナという）とは、シリコン等の半導体材料の微細加工技術を用いて製作するものであり、トーションバネ等で支持したミラーを静電力等により駆動するものである。このスキャナは、静電力とバネの復元力との相互作用でミラーを往復運動させて、光を走査することができる。ＭＥＭＳスキャナを用いることにより、従来のスキャナに比べて高周波数、大偏角のスキャナを実現することができる。これにより、高解像度の画像を表示することが可能になる。

ところで、高速のＭＥＭＳスキャナを実現するには、ミラーを共振点で往復運動させなければならないため、光利用効率などを考えると、走査線が視聴者から見て左から右へスキャンした後に、次の走査線は右から左にスキャンする（両側スキャン）システムとなる。
一方、画像信号はＣＲＴ（Cathode Ray Tube）をベースに規格が決まっているため、左から右へスキャンした後は短い時間で左に戻り、再度右へスキャンする（片側スキャン）に合わせたフォーマットとなっている。したがって、ＭＥＭＳスキャナの場合、一部のデータは入力された信号の順番を反転して表示しなければならないため、信号の制御が複雑となる。
そこで、ＭＥＭＳスキャン以外の走査手段としては、電気光学（ＥＯ：Electro Optic）スキャナが考えられる。ＥＯスキャナとはＥＯ結晶に電圧を加えることにより、その結晶中を透過する光の進行方向を変える素子である。このようにＥＯスキャナでは、電圧によりスキャン角を制御できるので、ＣＲＴと同様に片側スキャンによる描画が可能となる。

また、ＥＯスキャナとは、ＥＯ結晶が一対の電極に挟持されており、この電極に電圧を印加することにより電子が注入され電子の分布に偏りが生じる。そのため、カー効果による屈折率変化にも分布が生じ、入射された光が屈折率の高い側に曲がっていくので、光の走査を可能にしている。また、ＥＯ結晶内部の屈折率分布の傾きが、電子注入量、つまり、印加電圧によるため、印加電圧を変化させることで、ＥＯ結晶から射出される光のスキャン角度を制御することができる。
しかしながら、ＥＯスキャナにより光を走査させる場合、ＥＯ結晶の内部の電子の分布に偏りを生じさせているため、電圧の印加の仕方により、ＥＯ結晶の内部に電子が偏り続けてしまう。このように、ＥＯ結晶の内部に電子が偏り続けると、電極の導通破壊等の不具合が生じ、信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、信頼性を向上させることが可能な走査装置及び走査型光学装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の走査装置は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極と、前記光学素子に時間的に前記電界の方向が一方向と該一方向と反対の他方向に生じるように、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方に印加する電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る走査装置は、制御部により第１電極及び第２電極に電圧を印加することで光学素子に電界が生じる。この電界により、光学素子の屈折率分布が一方向に向かって連続的に増加あるいは減少する。このため、光学素子の内部に生じる電界と垂直な方向に進行するレーザ光は、屈折率が低い側から高い側に向かって曲げられる。
このとき、制御部により、光学素子に時間的に電界の方向が一方向と該一方向と反対の他方向に生じるように電圧が印加される。すなわち、光学素子に、例えば、一方向の電界が生じる電圧のみ印加すると、内部において電子の偏りが生じてしまう。しかしながら、本発明のように、他方向に電界が生じる電圧を光学素子に印加することにより、光学素子の内部の電子の偏りを緩和することが可能となる。したがって、電子の偏りによる電極の導通破壊等の不具合を抑えることができるため、装置の寿命が長くなり、装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の走査装置は、前記制御部が、前記光学素子に前記一方向及び前記他方向の電界が交互に生じるように電圧を制御することが好ましい。
本発明に係る走査装置は、電界方向が一方向に生じるように、光学素子に電圧が印加される。その後、電界方向が他方向に生じるように、光学素子に電圧が印加される。このように、光学素子に一方向及び他方向の電界が交互に生じることにより、電子の偏りを小まめに緩和することができるため、より効率良く電子の偏りを抑制することが可能となる。

本発明の走査装置は、前記制御部が、前記光学素子に前記一方向の電界が生じたときの印加電圧の時間積分値と、前記他方向の電界が生じたときの印加電圧の時間積分値とが同じになるように電圧を制御することが好ましい。
本発明に係る走査装置は、光学素子に一方向の電界が生じたときの印加電圧の時間積分値と、他方向の電界が生じたときの電界強度の印加電圧とが同じであるため、光学素子の内部の電子の偏りを最も小さくすることが可能となる。

本発明の走査装置は、前記光学素子がＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃の組成を有することが好ましい。
本発明に係る走査装置は、光学素子が、高い誘電率を有する誘電体材料であるＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃（タンタル酸ニオブ酸カリウム）の組成を有する結晶である（以下、ＫＴＮ結晶と称す）。ＫＴＮ結晶は、立方晶から正方晶さらに菱面体晶へと温度により結晶系を変える性質を有しており、立方晶においては、大きい２次の電気光学効果を有することが知られている。特に、立方晶から正方晶への相転移温度に近い領域では、比誘電率が発散する現象が起こり、比誘電率の自乗に比例する２次の電気光学効果はきわめて大きい値となる。したがって、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃の組成を有する結晶は、他の結晶に比べて屈折率を変化させる際に必要になる印加電圧を低く抑えることが可能となる。これにより、省電力化を実現可能な走査装置を提供することが可能となる。

本発明の走査型光学装置は、レーザ光を射出する光源装置と、該光源装置から射出したレーザ光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、該走査手段が、上記の走査装置を有することを特徴とする。

本発明に係る走査型光学装置では、光源装置から射出されたレーザ光は、走査手段により被投射面に向けて走査される。このとき、上述したように、信頼性の高い走査装置を用いることにより、装置全体の信頼性も向上させることが可能となる。したがって、信頼性の向上を図るとともに、画質の劣化を生じさせることなく画像をより鮮明に被投射面に表示できる走査型光学装置を得ることが可能となる。

本発明の走査型光学装置は、前記走査手段が、水平走査を行うことが好ましい。
本発明に係る走査型光学装置では、電気光学素子が水平走査を行い、垂直走査として例えば、安価なポリゴンミラー等を用いることにより、安価かつ高性能な走査型光学装置を実現することができる。
なお、ここで言う「水平走査」とは、２方向の走査のうち、高速側の走査であり、垂直走査とは低速側の走査である。

本発明の走査型光学装置は、前記被投射面に射出されるレーザ光の水平帰線期間に、前記光学素子に前記電界の方向が前記一方向あるいは前記他方向に生じるように電圧が印加されることが好ましい。

水平帰線期間とは、レーザ光が被投射面（例えば、スクリーン）上の左端から右端まで走査した後、再び左端に戻る時間である。
本発明に係る走査型光学装置では、光学素子に、例えば、一方向の電界を生じさせたとき、被投射面にレーザ光が射出される。そして、水平帰線期間では、レーザ光が走査ラインの先頭に戻るため、レーザ光を消灯することにより、レーザ光は被投射面に投射されない。このように、水平帰線期間において、他方向に電界が生じるように光学素子に電圧を印加することにより、電子の偏りが緩和する。したがって、走査型光学装置を例えば画像表示装置として用いた場合、画像の品質に悪影響を及ぼすことなく、装置の信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の走査型光学装置は、前記被投射面に射出されるレーザ光の垂直帰線期間に、前記光学素子に前記電界の方向が前記一方向あるいは前記他方向に生じるように電圧が印加されることが好ましい。

垂直帰線期間とは、レーザ光が被投射面（例えば、スクリーン）上の上端から下端まで走査した後、再び上端に戻る時間である。
本発明に係る走査型光学装置では、水平帰線期間に比べて長い垂直帰線期間で、光学素子に電子の偏りが緩和する一方向あるいは他方向に電界が生じるように電圧を印加することにより、電界が他方向に生じる時間を長くとることができる。これにより、上述の時間積分値を揃えようとした場合、電子の偏りが緩和するように水平帰線期間に電圧を印加する場合に比べて、垂直帰線期間に電圧を印加した方が電極に印加する電圧を小さくすることができる。したがって、第１電極及び第２電極への負担を抑えることが可能となる。
また、水平帰線期間には、電界が他方向に生じるようにある程度の電圧を印加し、さらに、垂直帰線期間において電界が他方向に生じるように電圧を印加することで、第１電極及び第２電極への負担をさらに抑えることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る走査装置及び走査型光学装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
走査装置１は、内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって、内部を進行するレーザ光を走査するものである。具体的には、走査装置１は、図１に示すように、第１電極１１と、第２電極１２と、光学素子１３と、制御部２０とを備えている。

光学素子１３は、電気光学効果を有する誘電体結晶（電気光学結晶）であり、本実施形態ではＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム、ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃）の組成を有する結晶材料で構成されている。また、ＫＴＮ結晶はカー効果（等方性材料に電場をかけると複屈折性が生じる現象であり、印加電圧により発生した電界の強さの二乗に比例する）を利用した結晶である。
また、光学素子１３は、直方体形状であり、光学素子１３の上面１３ａには第１電極１１が配置され、下面１３ｂには第２電極１２が配置されている。この第１電極１１及び第２電極１２には、電圧を印加する電源Ｅが接続されている。また、第１電極１１及び第２電極１２は、図１に示すように、光学素子１３内を進行するレーザ光Ｌの進行方向の寸法がほぼ同じである。これにより、第１電極１１と第２電極１２との間の光学素子１３に電界が生じるようになっている。例えば、第２電極１２より第１電極１１に高い電圧が印加されると、第１電極１１から第２電極１２に向かって（矢印Ａに示す方向）電界が生じる。その結果、電気光学結晶の屈折率は第１電極１１から第２電極１２に向かって高くなる。

また、光学素子１３は、図１に示すように、走査装置１の入射端面１ａの第１電極１１に近い側からレーザ光を入射させるように配置されている。これにより、本実施形態の走査装置１は、入射したレーザ光を基準に片側に走査する片側走査を行う。つまり、走査装置１の屈折率分布により、光学素子１３に入射したレーザ光は第２電極１２側のみに曲げられるため、光学素子１３の第１電極１１に近い側からレーザ光を入射させることにより、スキャン範囲を大きく取ることが可能となっている。

次に、走査装置の動作について説明する。
第２電極１２には、電源Ｅにより例えば−１００Ｖの電圧が印加され、第１電極１１には、電源Ｅにより例えば０Ｖの固定電圧が印加される。第１，第２電極１１，１２に電圧を印加することで、光学素子１３には第１電極１１から第２電極１２に向かって電界が生じる。これにより、図１に示すように、光学素子１３の屈折率は、第１電極１１側が低くなり、第２電極１２側に向かって屈折率が徐々に高くなる。これにより、光学素子１３の内部に生じる電界方向Ａと垂直な方向に進行するレーザ光は、偏向する。具体的には、走査装置１の入射端面１ａから入射したレーザ光Ｌは、光学素子１３の屈折率が高い第２電極１２側に向かって曲げられる。

また、電源Ｅには制御部２０が設けられている。この制御部２０は、第１電極１１及び第２電極１２に印加する電圧を制御する。すなわち、光学素子１３に電界の方向が第１電極１１から第２電極１２に向かう方向（一方向）Ａ及び方向Ａと逆方向の第２電極１２から第１電極１１に向かう方向（他方向）Ｂに生じるように電圧を制御するようになっている。具体的には、制御部２０は、光学素子１３に方向Ａ及び方向Ｂの電界が交互に生じるように、第１電極１１及び第２電極１２に印加する電圧を制御している。

次に、走査装置から射出されるレーザ光の走査について説明する。
第２電極１２に印加される電圧の波形は、例えば、図２に示すように、鋸歯状の波形である。制御部２０により、初期電圧値Ｓ１（０Ｖ）の電圧が第２電極１２に印加されると、図１に示すように、光学素子１３を進行するレーザ光Ｌ１は直進し走査装置１の射出端面１ｂから射出される。

また、制御部２０により、第２電極１２に印加する電圧値を、図２の電圧の波形に示すように徐々に上げると、光学素子１３の屈折率勾配が大きくなる。これにより、第１電極１１に印加する電圧を時間ｔ１で徐々に最大電圧値Ｓ２（−１００Ｖ）まで上げると、図１に示すように、光学素子１３を進行するレーザ光Ｌ２は、光学素子１３内において印加電圧の上昇とともに徐々に大きく屈折する。これにより、走査装置１の射出端面１ｂから射出される光は、スキャン範囲において電界方向Ａと同じ方向に走査される。

このように、制御部２０により、第２電極１２に最大電圧値Ｓ２（−１００Ｖ）が印加された後、リフレッシュ電圧値Ｓ３（＋１５０Ｖ）が時間ｔ２の間印加される。そして、時間ｔ２後に、第２電極１２に再び初期電圧値Ｓ１から最大電圧値Ｓ２まで電圧が印加される。すなわち、レーザ光が走査されている間、第１電極１１から第２電極１２の方向Ａに電界が生じ、第１電極１１側に電子の偏りが発生する。そこで、第２電極１２から第１電極１１の方向Ｂに電界が生じるように第２電極１２にリフレッシュ電圧値Ｓ３が印加されることにより、第２電極１２側に偏った電子が、第１電極１１側に戻ろうとするため、光学素子１３の内部の電子の偏りが緩和される。

ここで、リフレッシュ電圧値Ｓ３及び時間ｔ２は、レーザ光の走査時に、第２電極１２に印加される初期電圧値Ｓ１，最大電圧値Ｓ２，初期電圧値Ｓ１から最大電圧値Ｓ２までの時間ｔ１による時間積分値Ｍによって決められる。具体的には、リフレッシュ電圧値Ｓ３及び時間ｔ２は、リフレッシュ電圧値Ｓ３及び時間ｔ２による時間積分値Ｎと時間積分値Ｍとがほぼ同じになるように決められている。すなわち、光学素子１３に、方向Ａに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｍと、方向Ｂに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｎとは、ほぼ同じになっている。
また、制御部２０は、リフレッシュ電圧が印加されている間、すなわち、方向Ｂに電界が生じるように第２電極１２に電圧が印加されている間は、レーザ光を射出する光源（図示略）の駆動を停止するように制御している。

本実施形態に係る走査装置１では、制御部２０により、レーザ光を走査しているときに、電界の方向Ａと反対の方向Ｂとに電界が生じるように、電源Ｅの制御を行っている。これにより、光学素子１３の内部に生じる電子の偏りを緩和することが可能となる。したがって、電子の偏りに起因する第１電極１１及び第２電極１２の導通破壊等の不具合を抑えることができる。この結果、装置全体の寿命が長くなり、信頼性を向上させることが可能となる。
つまり、本実施形態の走査装置１は、信頼性を向上させることが可能である。
なお、制御部２０が、第１電極１１及び第２電極１２に印加する電圧を制御するとしたが、第１電極１１及び第２電極１２のうちいずれか一方をＧＮＤとし、残りの一方の電極に印加する電圧を制御しても良い。また、制御部２０により第１電極１１及び第２電極１２のいずれの電極に印加される電圧を変化させても良い。

また、光学素子１３に方向Ａに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｍと、方向Ｂに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｎとは、ほぼ同じになっているようにしたが、必ずしも同じになっていなくても良い。すなわち、光学素子１３に方向Ｂに電界が生じるように、ある程度の電圧を印加するだけでも、電子の偏りを抑制することができる。つまり、リフレッシュ電圧値Ｓ３及び時間ｔ２は、光学素子１３として用いる結晶の特性によって適宜変更が可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る走査装置１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態では、上記第１実施形態の走査装置１を走査手段として備える画像表示装置（走査型光学装置）３０について説明する。

本実施形態に係る画像表示装置３０は、図３に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置（光源装置）３０Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置（光源装置）３０Ｇと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置（光源装置）３０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム３１と、クロスダイクロイックプリズム３１から射出されたレーザ光をスクリーン（被投射面）３５の水平方向に走査する走査装置１と、走査装置１から射出されたレーザ光をスクリーン３５の垂直方向に走査するガルバノミラー（走査手段）３２と、ガルバノミラー３２から走査されたレーザ光が投影されるスクリーン３５とを備えている。このガルバノミラー３２は、回転軸Ｑを中心に揺動可能となっている。
また、電源Ｅ及び赤色，緑色，青色光源装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂには制御部３６が設けられている。

走査装置１は、スクリーン３５上において２方向（垂直方向ｖ、水平方向ｈ）の走査のうち、光源装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから射出される光を水平方向（一方向）ｖに走査する水平走査用スキャナであり、ガルバノミラー３２は、走査装置１から射出される光を垂直方向（一方向と異なる方向）ｈに走査する垂直走査用スキャナである。
なお、ここで言う「水平走査用スキャナ」は、２方向の走査のうち、高速側の走査を担うスキャナであり、「垂直走査用スキャナ」は、低速側の走査を担うスキャナである。

次に、走査装置に印加する電圧波形及びガルバノミラーの回転角の時間関係についてタイミングチャートを用いて説明する。
走査装置１の電極に印加される電圧の波形は、第１実施形態と同様であり、図４に示すように、初期電圧値Ｓ１から最大電圧値Ｓ２まで徐々に上がる波形である。
また、ガルバノミラー３２の回転角は、図４に示すように、走査装置１の第２電極１２に印加される電圧が変化している間、揺動していない波形である。また、走査装置１の第２電極１２に印加される電圧が最大電圧値Ｓ２から初期電圧値Ｓ１に戻る間に、ガルバノミラー３２の回転角が１ステップ大きくなっている。

また、第２電極１２にリフレッシュ電圧値Ｓ３が印加される時間ｔ２は、図４に示すように、レーザ光が第１電極１１側に戻る時間、所謂水平帰線期間となっている。また、制御部３６により、この水平帰線期間では、赤色，緑色，青色光源装置（光源装置）３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの駆動を停止するように制御している。すなわち、水平帰線期間はスクリーン３５に何も描画されないため、水平帰線期間に走査装置１の第２電極１２に電圧を印加しても画像に悪影響を及ぼすことはない。

次に、以上の構成からなる本実施形態の画像表示装置３０を用いて、画像をスクリーン３５に投射する方法について説明する。
各光源装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから射出されたレーザ光は、図３に示すように、クロスダイクロイックプリズム３１で合成され走査装置１に入射する。走査装置１に入射したレーザ光は、スクリーン３５の水平方向に走査され、ガルバノミラー３２により垂直方向に走査されてスクリーン３５に投影される。

本実施形態に係る画像表示装置３０では、レーザ光が走査されている間、第１電極１１側に生じる電子の偏りを水平帰線期間において緩和している。すなわち、水平帰線期間で、走査装置１の光学素子１３に電界が方向Ｂに生じるように電圧を印加することにより、画像の品質に悪影響を及ぼすことなく電子の偏りに起因する第１電極１１及び第２電極１２の導通破壊等の不具合を抑えることができる。したがって、画像表示装置３０の信頼性を向上させることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図３及び図５を参照して説明する。
本実施形態に係る画像表示装置４０の全体構成は、図３に示す画像表示装置と同様であり、走査装置１の第２電極１２に印加する電圧の点で第２実施形態と異なるため、この点を説明する。

赤色，緑色，青色光源装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂから射出されたレーザ光の走査について説明する。
走査装置４５から射出されたレーザ光は、図３に示すように、ガルバノミラー３２により、スクリーン３５上の上端３５ａから下端３５ｂまで走査された後、再びスクリーン３５の上端に戻る。このように、レーザ光がスクリーン３５の下端３５ｂから上端３５ａまで戻る時間、すなわち、ガルバノミラー３２の回転角が最大となる位置から初期位置に戻る時間が垂直帰線期間である。この垂直帰線期間に、光学素子１３に方向Ｂに電界が生じるように、第２電極１２にリフレッシュ電圧値Ｓ５（＋１００Ｖ）が時間ｔ３の間印加される。
また、走査装置４５におけるレーザ光の走査時に、第２電極１２に印加される電圧の波形は、図５に示すように、リフレッシュ電圧値がＳ３より小さいリフレッシュ電圧値Ｓ４（＋１００Ｖ）である点において、図４に示す電圧波形と異なる。

また、垂直帰線期間に印加するリフレッシュ電圧値Ｓ５及び時間ｔ３は、１フレームにおいて各走査ラインＰにおける時間積分値Ｎ１の和と、リフレッシュ電圧値Ｓ４及び時間ｔ２による時間積分値Ｎ２との総和が、１フレームにおいて各走査ラインＰにおける時間積分値Ｍの和とほぼ同じになっている。
また、ガルバノミラー３２の回転角と時間との関係は、図４に示すグラフと同じである。

本実施形態に係る画像表示装置４０では、垂直帰線期間は、水平帰線期間に比べて長いので、光学素子１３に電界が方向Ｂに生じるように電圧を印加する時間を長くとることができる。すなわち、垂直帰線期間に電界が方向Ｂに生じるように電圧を印加することで、第２電極１２に印加する電圧を第２実施形態の画像表示装置３０のリフレッシュ電圧値Ｓ３に比べて、本実施形態のリフレッシュ電圧値Ｓ４を小さくすることが可能となる。これにより、第２電極１２への負担を抑えることが可能となる。

なお、走査ラインＰごとにリフレッシュ電圧を印加しないで、垂直帰線期間にのみリフレッシュ電圧を印加しても良い。このとき、垂直帰線期間に印加するリフレッシュ電圧値及び時間は、１フレームにおいて各走査ラインＰにおける時間積分値Ｍの和とほぼ同じなるように決定すれば良い。この構成は、１フレーム内の走査ラインＰの本数が多く、水平帰線期間が短い場合に効果的であり、このように垂直帰線期間のみにリフレッシュ電圧を印加することで、鮮明な画像をスクリーン３５に表示することが可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図６及び図７を参照して説明する。
第２，第３実施形態の画像表示装置３０，４０では、入射したレーザ光を基準に片側に走査する片側走査を行ったが、本実施形態の画像表示装置５０では、入射したレーザ光を基準に両側に走査する両側走査について説明する。なお、画像表示装置５０の全体構成は、図３に示す画像表示装置と同様であり、走査装置５１によるレーザ光の走査のみ異なるため、この点を説明する。また、走査装置５１は、第１電極５２と第２電極５３と、光学素子５４とを有している。

まず、走査装置５１によるレーザ光の走査について図６を参照して説明する。なお、図６は、光源装置から射出されたレーザ光の光路図を分り易く説明するために、クロスダイクロイックプリズム３１及びガルバノミラー３２を省略し、光源装置３０Ｇを１つだけ取り上げ、直線配置としている。
走査装置５１は、図６に示すように、光源装置３０Ｇから射出されたレーザ光を入射端面５１ａの中央部から若干第２電極５３側に入射させるように配置されている。つまり、本実施形態の走査装置５１は、入射したレーザ光を第２電極５３側に比べて、第１電極５２側に大きく偏向させるため、中央部より若干第２電極５３側からレーザ光を入射させることにより、スキャン範囲を大きく取ることが可能になっている。

次に、走査装置５１の第１電極５２及び第２電極５３に印加される電圧について説明する。また、電源Ｅには制御部５５が設けられている。
第１電極５２には、電源Ｅにより例えば０Ｖの固定電圧が印加される。また、第２電極５３に印加される電圧は、例えば、図７に示すように、制御部５５により、時間ｔａで初期電圧値Ｓａ（例えば、−１００Ｖ）から０Ｖまで徐々に上がる電圧が印加され、時間ｔａの約２倍の時間ｔｂで０Ｖから最大電圧値Ｓｂ（例えば、＋２００Ｖ）まで徐々に上がる電圧が印加される。

次に、走査装置から射出されるレーザ光の走査について説明する。
第２電極５３に、初期電圧値Ｓａから０Ｖまで徐々に上がる電圧が印加されると、図６に示すように、走査装置５１には、方向Ａの電界が生じる。これにより、走査装置５１から射出されるレーザ光Ｌ１は、第２電極５３側に曲げられ射出端面５１ｂから射出される。
そして、時間ｔａで第２電極５３に印加される電圧が０Ｖとなると、走査装置５１の射出端面５１ｂから射出されたレーザ光Ｌ２は、光路Ｏ上を進行しスキャン範囲の中央部分を照射する。
さらに、時間ｔｂで０Ｖから最大電圧値Ｓｂまで徐々に上がる電圧が印加されると、走査装置５１には、方向Ｂの電界が生じる。これにより、走査装置５１から射出されるレーザ光Ｌ３は、第１電極５２側に曲げられ射出端面５１ｂから射出される。このような電圧印加により、本実施形態の画像表示装置５０の走査装置５１から射出されるレーザ光は、スクリーン３５を左右非対称に走査される。

そして、第２電極５３に印加される電圧が最大電圧値Ｓｂになると、図７に示すように、制御部５５により、リフレッシュ電圧値Ｓｃ（−１００Ｖ）が時間ｔｃの間印加される。すなわち、第１電極５２側にレーザ光を走査する場合の方が、第２電極５３に印加される電圧が大きく、時間も長いため、第２電極５３側に電子の偏りが発生する。そこで、第１電極５２から第２電極５３に電界が生じるように、第２電極５３にリフレッシュ電圧値Ｓｃが印加されることにより、第１電極５２側に偏った電子が、第２電極５３側に戻ろうとするため、走査装置５１の内部の電子の偏りが緩和される。

ここで、リフレッシュ電圧値Ｓｃ及び時間ｔｃは、レーザ光の第２電極５３側に走査する時に、第２電極１２に印加される初期電圧値Ｓａ及び時間ｔａによる時間積分値Ｍ１によって決められる。具体的には、リフレッシュ電圧値Ｓｃ及び時間ｔｃは、リフレッシュ電圧値Ｓｃ及び時間ｔｃによる時間積分値Ｍ２と時間積分値Ｍ１との和が、０Ｖから最大電圧値Ｓｂまでの時間ｔｂによる時間積分値Ｎとほぼ同じになるように決められている。すなわち、光学素子１３に、方向Ａに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｍ１と時間積分値Ｍ２との和と、方向Ｂに電界が生じているときの印加電圧の時間積分値Ｎとは、ほぼ同じになっている。

また、第２電極５３にリフレッシュ電圧値Ｓｃが印加される時間ｔｃは、図７に示すように、レーザ光が第２電極５３側に戻る時間、所謂水平帰線期間となっている。また、制御部５５により、この水平帰線期間では、赤色，緑色，青色光源装置（光源装置）３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの駆動を停止するように制御している。すなわち、水平帰線期間はスクリーン３５に何も描画されないため、第２実施形態と同様に、水平帰線期間に走査装置５１の第２電極５３に電圧を印加しても画像に悪影響を及ぼすことはない。

本実施形態に係る画像表示装置５０では、レーザ光を両側に走査する場合においても、制御部５５により、光学素子５４の内部の電子の偏りを緩和するように、電源Ｅの制御を行っている。これにより、光学素子５４の内部に生じる電子の偏りを緩和することが可能となる。したがって、電子の偏りに起因する第１電極５２及び第２電極５３の導通破壊等の不具合を抑えることができる。この結果、装置全体の寿命が長くなり、信頼性を向上させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、走査装置５１から射出されたレーザ光を左右非対称に走査するように、第２電極５３に電圧を印加させたが、図８に示すように、左右対称に走査する画像表示装置６０にも適用可能である。この画像表示装置６０の走査装置６１は、入射したレーザ光を基準に第１電極６２側、第２電極６３側の両側に走査する両側走査装置である。また、第２電極６３に印加する電圧の波形としては、図９に示すように、初期電圧値Ｓａ１から０Ｖまでの時間ｔａ１の時間積分値Ｍａと、０Ｖから最大電圧値Ｓｂ１までの時間ｔｂ１の時間積分値Ｎａとがほぼ同じになる波形となっている。これにより、走査装置６１の内部に生じる電子の偏りを緩和することが可能となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態において、光学素子としてＫＴＮ結晶を例に挙げて説明したが、これに限ることはなく、屈折率が線形的に変化する素子であれば良い。例えば、ＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）等の電気光学効果を有する誘電体結晶であっても良いが、ＬｉＮｂＯ₃等の組成を有する結晶は、ＫＴＮ結晶に比べて走査偏角が小さく、また、駆動電圧が高いため、ＫＴＮ結晶を用いることが好ましい。
また、第２〜第４実施形態において走査装置を画像表示装置に用いた例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、光スキャナ等に適用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る走査装置を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る走査装置の電極に印加する電圧の波形を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の走査装置の電極に印加する電圧の波形を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る画像表示装置の走査装置の電極に印加する電圧の波形を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の電極に印加する電圧の波形を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の変形例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態に係る画像表示装置の変形例の電極に印加する電圧の波形を示す図である。

符号の説明

１…走査装置、１１…第１電極、１２…第２電極、１３…光学素子、２０…制御部、３０，４０，５０…画像表示装置（走査型光学装置）、３０Ｒ…赤色光源装置（光源装置）、３０Ｇ…緑色光源装置（光源装置）、３０Ｂ…青色光源装置（光源装置）

Claims (8)

1. 内部に生じる電界の大きさに応じて屈折率分布が変化することによって入射されたレーザ光を走査する光学素子と、
   該光学素子の対向する２つの面にそれぞれ配置された第１電極及び第２電極と、
   前記光学素子に時間的に前記電界の方向が一方向と該一方向と反対の他方向に生じるように、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方に印加する電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とする走査装置。
2. 前記制御部が、前記光学素子に前記一方向及び前記他方向の電界が交互に生じるように電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の走査装置。
3. 前記制御部が、前記光学素子に前記一方向の電界が生じたときの印加電圧の時間積分値と、前記他方向の電界が生じたときの印加電圧の時間積分値とが同じになるように電圧を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査装置。
4. 前記光学素子がＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ₃の組成を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の走査装置。
5. レーザ光を射出する光源装置と、
   該光源装置から射出したレーザ光を被投射面に向けて走査する走査手段とを備え、
   該走査手段が、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査装置を有することを特徴とする走査型光学装置。
6. 前記走査手段が、水平走査を行うことを特徴とする請求項５に記載の走査型光学装置。
7. 前記被投射面に射出されるレーザ光の水平帰線期間に、前記光学素子に前記電界の方向が前記一方向あるいは前記他方向に生じるように電圧が印加されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の走査型光学装置。
8. 前記被投射面に射出されるレーザ光の垂直帰線期間に、前記光学素子に前記電界の方向が前記一方向あるいは前記他方向に生じるように電圧が印加されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の走査型光学装置。

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