JP2008158446A - 画像投影装置、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回折格子型の光変調装置の製造上のばらつきによって生じる画像のスジを低減し、良好な画像表示を可能とする、画像投影装置を提供する。
【解決手段】光源１００と、回折格子型の光変調装置１０２と、投影光学系１１０と、走査光学系１０７とを有し、さらに１次元像発生装置６０を備え、この１次元像発生装置６０により、光変調装置１０２により発生した主１次元像と比較して、光量の充分に小さい副１次元像を発生させる画像投影装置を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回折格子を用いて光の回折角度を変化することによって光を変調する、回折格子型の光変調装置を備えた画像投影装置、並びにこの画像投影装置と投影された画像を表示する表示部とを備えた画像表示装置に関する。

プロジェクターやプリンター等の画像投影装置において、１次元的な画像情報を有する画像光を、光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影することで、２次元画像を形成する装置が知られている。
このように１次元的な画像を得る装置として、光学的な機能を有する微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いた光変調装置が提案されている。
ＭＥＭＳ素子を用いた光変調装置の多くは、光の進行方向の制御や光のオン／オフを行うような、広義の光スイッチングシステムとして用いられている。
この光スイッチングシステムの一種として、回折格子の機能を有するＭＥＭＳ素子より成るいわゆる１次元型の光変調素子を用いる回折格子型の光変調装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

この回折格子型の光変調装置によって、光源からの光を、画像情報等に対応して変調することにより、画像を投影することができる。
また、画像投影装置と投影された画像を表示する表示部とを備えることにより、画像表示装置を構成して、画像を表示することができる。
上述の回折格子型の光変調装置を用いて、画像投影装置や画像表示装置を構成することにより、光量の変化の大きい変調度が実現でき、広い帯域幅の表示が可能になる。
これにより、高い解像度を有し、動作電圧が低い小型の画像投影装置や画像表示装置を提供することが可能になる。

特許第３４０１２５０号明細書 特許第３１６４８２４号明細書

しかしながら、上述した光変調装置を用いた、画像投影装置や画像表示装置では、光変調装置の製造過程において、画素毎にばらつきが生じることがあり、このようなばらつきを生じていると、駆動電力に対して設計通りの回折光が生じなくなってしまう。そのため、光変調装置により変調した１次元状の画像光を、走査ミラー等によってスクリーン上に投影すると、画像に横スジが入ってしまうという問題がある。
上述したような、例えば１０８０組×６本の電極構造を有する回折格子を、均一に生産性良く製造するのは、現状では大変困難である。

上述した横スジの問題を解決する方法として、例えばＮＤフィルターやアイリス（絞り）を用いてコントラストを改善して、横スジを目立たなくする方法がある。
しかしながら、この方法の場合、ＮＤフィルターで吸収されたり、アイリスの開口以外の部分に当たって蹴られたりするために、光量が減少してしまう、という欠点がある。

上述した問題の解決のために、本発明においては、回折格子型の光変調装置の製造上のばらつきによって生じる画像のスジを低減し、良好な画像表示を可能とする、画像投影装置及び画像表示装置を提供するものである。

本発明の画像投影装置は、光源と、回折格子型の光変調装置と、投影光学系と、走査光学系とを有し、さらに１次元像発生装置を備え、この１次元像発生装置により、光変調装置により発生した主１次元像と比較して、光量の充分に小さい副１次元像を発生させるものである。
本発明の画像表示装置は、画像を投影する画像投影装置と、投影された画像を表示する表示部とを備え、画像投影装置を上記本発明の画像投影装置の構成としたものである。

上述の本発明の画像投影装置の構成によれば、１次元像発生装置を備え、この１次元像発生装置により、光変調装置により発生した主１次元像と比較して、光量の充分に小さい副１次元像を発生させることにより、主１次元像と副１次元像とを同時に投影すれば、主１次元像の光強度分布の特に暗い部分を、副１次元像によって光量を上げることが可能になる。これにより、回折格子型の光変調装置の製造ばらつきに起因する、投影画像における暗い部分によるスジを目立たなくすることが可能になり、画質の良好な画像を投影することが可能になる。
また、上述の本発明の画像表示装置の構成によれば、画像を投影する画像投影装置と、投影された画像を表示する表示部とを備え、画像投影装置を上記本発明の画像投影装置の構成としたことにより、表示部に投影される画像におけるスジを目立たなくすることが可能になり、画質の良好な画像を表示することが可能になる。

上述の本発明によれば、投影画像における暗い部分によるスジを目立たなくすることが可能になり、画質の良好な画像を投影することが可能になる。
特に、暗い階調においては、各回折格子型の光変調素子の製造ばらつきが、そのまま画像にスジとなって現れやすく、キャリブレーションが困難であるため、効果が大きい。
本発明では、最も暗い階調程度のわずかな光量を足し合わせる方式であるため、画像全体の光量の減少を抑制することができる。
さらにまた、１次元画像デバイスである回折格子型の光変調装置は、１次元像を走査するという方式のため、必ずしも主１次元像と副１次元像とを重ね合わせる必要はなく、同一面上に配置して走査すれば、スジを低減する効果が得られる。

以下本発明を実施するための形態を説明するが、本発明は以下の形態に限定されるものではない。
まず、本発明を適用する画像投影装置の概略構成図を、図１に示す。

図１に示すように、この画像投影装置は、例えば光の３原色である赤色、緑色、青色の各色のレーザ光（矢印Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｇ，Ｌ_Ｂで示す）を射出する、光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを備える。
これらの光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂから射出された各色光は、照明光学系１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂを通過した後、図示しないミラーによって光路を曲げて、回折格子型の光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに入射される。これら光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂから反射又は回折された光は、同様に図示しないミラーにより光路を曲げて、Ｌ型プリズム等の色合成部１０４に入射され、この色合成部１０４において一本の光束に纏められて、例えば３原色の光Ｌ_Ｔとして射出される。この合成された光Ｌ_Ｔの光路上に、光選択部１０５、いわゆる空間フィルターが配置され、この空間フィルターにおいて１次元画像光が選択される。選択された画像光の射出光路上に投影レンズ１０６、更にガルバノミラーやポリゴンミラー等の走査光学系１０７が配置され、投影光学系１１０が構成される。
そして、走査光学系１０７の例えば矢印ｒで示す回転により、１次元状の画像光が矢印Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、・・・で示すように走査され、スクリーン１２０の表面において矢印Ｓで示す方向に順次画像が投影される。

ここで光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂとしては、前述した従来構成の回折格子型の光変調装置を用いることができる。
また、光選択部１０５は、例えばオフナー光学系として構成され、空間フィルターとして例えばシュリーレンフィルター１０５Ｓを通過した１本の光束が、投影レンズ１０６により走査光学系１０７を介してスクリーン１２０上に結像される構成とする。なお、シュリーレンフィルター１０５Ｓは、例えばフーリエ面に配置される。

このような画像投影装置にあっては、非駆動時には、光変調装置からの光が、シュリーレンフィルター１０５Ｓで遮られる。
一方、駆動時には、光変調装置の回折格子により回折された±１次（ｍ＝±１）の回折光が、シュリーレンフィルター１０５Ｓを通過する。

このような構成にすることにより、スクリーン１２０に投影すべき光のオン／オフを制御することができる。また、上述したように第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面との高さの差Δｈ_１を変化させることができ、その結果、回折光の強度を変化させて、階調制御を行うことができる。

回折格子型の光変調装置において、第１の電極３１及び第２の電極３２は、寸法が非常に小さくかつ駆動電力に対する変調度が細かいので、高い解像度、高速なスイッチング動作、並びに広い帯域幅の表示が可能となる。さらには、低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された画像投影装置を実現することが可能である。

また、このような画像投影装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた投射型表示装置と比べて、走査光学系１０７によって走査を行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能となる。しかも、３原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合するので、極めて広い、自然な色再現範囲の画像を表現することができるといった、従来にはない、優れた表示性能を有する。

続いて、本発明の具体的な実施の形態について、説明する。

まず、本発明の一実施の形態として、画像投影装置の概略構成図を、図２に示す。
図２に示すように、この画像投影装置は、レーザ光源１００、照明光学系１０１、回折格子型の光変調装置１０２、光選択部１０５、投影光学系１１０から構成される。
そして、この図２に示す画像投影装置は、図１に示した画像投影装置を基本構成としており、図２では、３色のレーザ光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂのうちの１色（例えば赤色のレーザ光源１００Ｒ）のレーザ光源１００に対応する光学系を図示している。
レーザ光源１００には、例えば半導体レーザや固体レーザ等が用いられる。レーザ光源１００から射出された光Ｌｏは、照明光学系１０１を経て回折格子型の光変調装置１０２への照明光Ｌｃとして、１次元状（線状）に光変調装置１０２へ照射される。なお、照明光学系１０１には、ビーム整形やビーム拡大等のためのレンズ系が含まれる。

回折格子型の光変調装置１０２は、図示しない駆動回路からの信号（画像信号に基づく信号）を受けて動作し、その回折光Ｌｍは光選択部１０５に入射する。この回折光Ｌｍは、オフナーリレー光学系等より成る光選択部１０５が備えるシュリーレンフィルター（図示せず）により、例えば＋１次光が選択されて画像信号光Ｌｓとなり、回折格子型の光変調装置１０２と対応する位置に再び１次元像４６が生成される。この１次元像４６を投影光学系１１０によって、走査、拡大等を行うことにより、２次元像４７をスクリーン１２０上に投影することができる。

なお、３色のレーザ光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂからの光は、図１に示したように、回折格子型の光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと光選択部１０５との間に配置された、色合成部１０４により合成される。即ち、図２では、回折格子型の光変調装置１０２と光選択部１０５との間の、回折光Ｌｍの部分において、３色の光が合成されることになる。

ここで、回折格子型の光変調装置１０２の一形態の概略断面図を、図３に示す。
図３に示すように、回折格子型の光変調装置１０２は、基体１１２上に回折格子型の光変調素子１１１が形成され、その上を覆うようにガラス板等の光透過部材１１３が、スペーサ１１５を介して低融点金属材料層１１４Ａ，１１４Ｂによって接合されて、構成される。
また、必要に応じて、図示しない樹脂等の封止部材によって、封止される。
なお、回折格子型の光変調装置１０２は、図示しないフレキシブルケーブル等の配線部材を介して、図示しない駆動回路に接続される。

この回折格子型の光変調装置１０２が備える回折格子型の光変調素子１１１の素子数としては、１０８８個程度とすることができる。
即ち、縦１０８０画素の画像を表示するためには最低限、１０８０個の回折格子型の光変調素子が必要である。

本実施の形態の画像投影装置においては、特に、１次元像を発生させる１次元像発生装置６０を、光選択部１０５と投影レンズ１０６との間に設けている。
この１次元像発生装置６０は、補完光Ｌｃｏｍを出射させて、この補完光Ｌｃｏｍから画像信号光Ｌｓによる１次元像の光強度分布の平均からのずれを補完する、補完１次元像を発生させるように構成されている。
そして、画像信号光Ｌｓと並行して、１次元像発生装置６０から補完光Ｌｃｏｍが出射する。この補完光Ｌｃｏｍも、投影光学系１１０を通過して、スクリーン１２０上に補完１次元像として結像する。
１次元像発生装置６０は、より具体的には、回折格子型の光変調装置１０２による１次元像４６の結像位置と略同一平面上に、配置することが望ましい。

このように構成したことにより、図４にスクリーン１２０の平面図を示すように、スクリーン１２０上に、光変調装置１０２による１次元像４６に対応するスクリーン１２０上の１次元像（主１次元像）７１と、１次元像発生装置６０による補完１次元像（副１次元像）７２との、２つの１次元像７１，７２を、同時に投影することができる。
そして、これらの１次元像７１，７２を、それぞれ横方向（矢印Ａ）に走査することにより、２次元像４７が得られる。

よって、２つの１次元像７１，７２の距離Ｄ（図４参照）は、なるべく近い方が望ましい。
例えば、１次元像発生装置６０を、１次元像４６から１．０ｍｍ、即ち画素にして約４０画素の距離に配置する。このとき、スクリーン１２０上の１次元像７１，７２の距離Ｄも画像の約４０画素に対応する。このように配置した場合、走査により、２次元像４７の両端で、２つの１次元像が約４０画素分重ならない領域があり、この領域ではスジ低減効果は得られないが、この領域は画像信号の入力されない非表示領域４８ａ，４８ｂに含まれるため、観察者への影響は少ない。さらに、非表示領域４８ａ，４８ｂを、スクリーン１２０の範囲外に配置することにより、観察者への影響を完全に除去することができる。
２つの１次元像７１，７２は、１次元像発生装置６０を１次元像４６の結像位置に近づけることによって、原理的には１０画素以下の距離まで近づけることができる。

ここで、スクリーン１２０上の１次元像７１が、図５Ａの平面図に示すように、第１画素から第１０８８画素まで形成されるとする。このとき、図４の２次元像４７の高さＨが１０８８画素に対応する。
この１０８８画素分の１次元像７１のうち、第３００画素から第５００画素までを抜粋して、光強度の最大値を１として規格化した光強度分布を、図５Ｂに示す。
スジをキャンセルするという目的から、この図５Ｂに示す光強度分布を有する１次元像７１に対応して、１次元像発生装置６０からの補完１次元像７２を、回折格子型の光変調装置１０２による１次元像７１の光強度分布の平均からのずれを補正する光強度分布とすることが望ましい。
これら２つの１次元像７１，７２が、スクリーン１２０上で横方向に走査されることによって足し合わされ、スジの低減された均一な２次元像４７が得られる。
なお、スクリーン１２０上の１次元像７１の光強度分布の平均からのずれは、個々の回折格子型の光変調装置１０２の製造バラツキによる個性で決まるので、基本的に、経時変化はしないものである。

１次元像発生装置６０の具体的な構成は、様々な構成が考えられるが、例えば１次元像発生装置６０の一形態として、図６Ａに断面図を示す構成とすることができる。
図６Ａに示す１次元像発生装置６０は、保持部材８０と、内部に三色（赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂ）の光源を備えた照明光源８２が配置された筐体８１と、透過率分布を持つフィルター８３と、拡散板８４とを、備えている。筐体８１は、前面側が保持部材８０に取り付けられている。
保持部材８０は、図６Ａ及び図６Ｂの斜視図に示すように、２つの上下方向に長いスリット状の開口８０Ａ，８０Ｂが、左右に並んで形成されている。
一方のスリット状の開口８０Ａは、画像信号光Ｌｓを通過させるスリットとなっており、この保持部材８０の開口８０Ａ付近で、画像信号光Ｌｓによる１次元像４６が結像する。
そして、フィルター８３は、保持部材８０の他方のスリット状の開口８０Ｂに、はめ込まれている。このフィルター８３の内側（筐体８１側）に重ねて、拡散板８４が取り付けられている。

照明光源８２としては、三色の光源を備えた各種の光源（発光素子やランプ等）、もしくは、各種の白色光源を、用いることが可能である。そして、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子を光源として用いることにより、照明光源８２を小型化することができる。
例えば、それぞれ出力１０ｍＷオーダーの３色の発光ダイオードを使用することができる。

照明光源８２からの照明光を、筐体８１の内壁面及び拡散板８４で拡散し、なるべく均一な分布を持つ照明としてから、フィルター８３に照射して、スクリーン１２０上に補完１次元像７２を生成するための、補完光Ｌｃｏｍを出射させる。

２次元像４７におけるスジを目立たなくするためには、スクリーン１２０上の１次元像７１の全画素のうちの、なるべく多くの画素を平均化することが望ましい。

そのためには、例えば、フィルター８３を、図５Ｂに示した１次元像７１の光強度分布に対応して、透過率の分布を有する構成とすればよい。
そして、フィルター８３を作製する際に、写真のカラーネガのように露光・現像を行って、表面に高さの分布を形成することにより、透過率分布を持たせることができる。

より好ましくは、フィルター８３の透過率分布を、図５Ｂの破線で示すように、１次元像７１の光強度の平均からのばらつきを埋めるような分布とする。
即ち、１次元像７１の最も明るい部分（図５Ｂでは第３７５画素付近）に対応するフィルター８３の部分を最小の透過率（図５Ｂでは約５％）とし、それを基準にしてフィルター８３の透過率分布を設定して、１次元像７１に補完１次元像７２が加わることにより全画素がほぼ同じ明るさとなるようにする。

なお、補完１次元像（副１次元像）７２は、あくまで補助的なものであり、映像信号は含まず、かつ、横方向に走査するという性質上、必ずしも１画素幅である必要はない。
さらに、補完１次元像（副１次元像）７２は、補助的なものであるので、光量は１次元像（主１次元像）の光量よりも充分小さくして、重ね合わせたときに２次元像４７が不必要に明るくなり過ぎないようにする。

また、フィルター８３の横方向にも透過率分布を持たせ、かつ階調に連動して横方向に動くスリットをフィルターの表面に配置することで、暗い階調だけでなく、複数の階調において、スジを低減する効果が得られる。なお、上記の可動スリットを設ける方法以外にも、例えば、フィルター自体を動かす方法がある。
そして、中間階調から明るい階調にも対応するように、フィルター８３の横方向にも透過率分布をもたせれば、全ての階調においてスジ低減効果を得ることも可能になる。

さらにまた、明るい階調になるほど、１次元像７１の光強度分布の平均からのずれの比率は下がるものの絶対量が大きくなると共に、ずれの分布も階調の変化に対応して徐々に変化する。
そこで、例えば各階調のずれ量の分布をフォトディテクターで測定して、その測定値から、回折格子型の光変調装置１０２の動作に基いて、１次元像発生装置６０を動作させることが考えられる。具体的には、画像の内容による２次元像４７の横方向の階調の変化に追随して、図６Ａに示した照明光源８２の発光強度を変化させればよい。

ここで、本実施の形態の画像投影装置を、実際に作製して、性能を調べた。
それぞれ出力１０ｍＷオーダーの３色の発光ダイオード（ＬＥＤ）を照明光源８２に使用して、保持部材８０に形成した横幅０．４ｍｍのスリット８０Ｂにフィルター８３をはめ込んで、１次元像発生装置６０を構成した。
フィルター８３は、上述したように、１次元像７１の光強度分布（平均からのずれ）を補正するため、回折格子型の光変調装置１０２を最も暗い階調で動作させたときの１次元像７１の最も明るい部分に対応するフィルター８３の部分を透過率０％とし、それを基準に他の部分が全て同じ明るさとなるように、透過率分布を持たせた。
なお、照明光源８２による照明光は完全に均一な強度ではないため、その影響も考慮して、フィルター８３の透過率分布を設定した。
また、回折格子型の光変調装置１０２の動作させる階調によって、スクリーン１２０上の１次元像７１の明るさが変わるため、この１次元像７１の明るさの変化に連動するように、照明光源８２の光強度を変化させるようにした。
この１次元像発生装置６０を用いることにより、スクリーン１２０上に幅Ｗ（図４参照）が約１５画素の補完１次元像７２を生成した。１次元像発生装置６０からの補完１次元像７２は、補助的に用いるものなので、必ずしも回折格子型の光変調装置１０２の１画素幅でなくても投影画像の解像度に劣化はなく、このように約１５画素の幅Ｗの補完１次元像７２としても問題はない。

さらに、図１及び図２のスクリーン１２０に、光強度測定のためのフォトディテクターを設けた。
そして、投影光学系１１０を動作させて、２次元像４７をスクリーン１２０上に生成すると共に、フォトディテクターを２次元像４７の縦方向（走査方向に垂直な方向）に移動させて、縦方向の光強度分布を測定した。
なお、比較のために、１次元像発生装置６０からの補完１次元像７２を発生させた場合と、補完１次元像７２を発生させない（１次元像７１のみの）場合とで、それぞれ光強度分布を測定した。

測定の結果、補完１次元像７２を発生させることにより、２次元像４７の均一性が、１次元像７１のみの２％から、０．３％にまで改善し、目視においても明らかにスジ低減効果が得られた。

上述の本実施の形態によれば、回折格子型の光変調装置１０２からの１次元像４６の結像位置と同一面上に、１次元像発生装置６０を設けて、この１次元像発生装置６０により、光変調装置１０２により発生した１次元像（主１次元像）７１と比較して、光量の充分に小さい補完１次元像（副１次元像）７２を発生させている。これにより、１次元像（主１次元像）７１と補完１次元像（副１次元像）７２とを同時にスクリーン１２０に投影することによって、１次元像（主１次元像）７１の光強度分布の特に暗い部分を、補完１次元像（副１次元像）７２によって光量を上げると共に、光強度分布の平均からのばらつきを埋めることが可能になる。
従って、回折格子型の光変調装置１０２の製造ばらつきに起因する、投影画像（２次元像４７）における暗い部分によるスジを目立たなくすることが可能になり、画質の良好な画像を投影することが可能になる。
特に、暗い階調においては、各回折格子型の光変調素子１０２の製造ばらつきが、そのまま画像にスジとなって現れやすく、キャリブレーションが困難であるため、効果が大きい。
そして、アイリスやＮＤフィルターを用いるコントラスト改善方法では、画面全体の光量が減少するという欠点があるのに対して、本実施の形態では、最も暗い階調程度のわずかな光量を足し合わせる方式であるため、そのような欠点は生じない。さらに、１次元画像デバイスである回折格子型の光変調装置１０２は、１次元像７１を走査するという方式のため、必ずしも主１次元像７１と副１次元像７２とを重ね合わせる必要はなく、同一面上に配置して走査すれば、２次元像４７においてスジを低減する効果が得られるという利点を有している。

また、１次元像発生装置６０が、図５Ｂに破線で示したように、光変調装置１０２からの１次元像（主１次元像）７１の光強度分布の平均からのずれを完全に埋める透過率分布を有するフィルター８３を備えていることにより、１次元像（主１次元像）７１及び補完１次元像（副１次元像）７２を重ね合わせて得られる２次元像４７において、２次元像４７の光強度分布の均一性をさらに高めることができる。

続いて、本発明の他の実施の形態として、画像投影装置の概略構成図を、図７に示す。
本実施の形態の画像投影装置においては、特に、回折格子型の光変調装置１０２と全く同一の構造の１次元像発生装置６１を設けている。
スジ低減の基本的な考え方は、先の実施の形態と同様であるが、１次元像発生装置６１が回折格子型の光変調装置１０２と全く同一の構造のものであること、１次元像発生装置６１の位置が回折格子型の光変調装置１０２と光軸方向に等価な位置であること、照明光にレーザ光源１００からの光の一部を取り出して用いること、といった点が異なる。

そして、本実施の形態では、照明光学系１０１と回折格子型の光変調装置１０２との間に、一部の光を透過するミラー７３を配置して、ミラー７３で反射した光が回折格子型の光変調装置１０２に入射し、ミラー７３を透過した光が１次元像発生装置６１に入射するように構成している。さらに、１次元像発生装置６１と光選択部１０５との間に、ミラー７４を配置している。このミラー７４は、全ての入射光を反射する構成とすることが望ましい。

レーザ光源１００から発した光は、照明光学系１０１を経てミラー７３にて大部分（例えば９９％）が反射して、回折格子型の光変調装置１０２へ、照明光として線状に照射される。また、残りの光（例えば１％）が透過して、１次元像発生装置６１へ照明光として線状に照射される。
ミラー７３の透過率は、スジの強度と平均強度との比率に合わせることが望ましい。例えば、スジの強度が平均強度の１％程度であるときには、ミラー７３の透過率も１％とすると良い。

回折格子型の光変調装置１０２と、この回折格子型の光変調装置１０２と同じ構造を持つ１次元像発生装置６１とは、図示しない駆動回路からの信号（画像信号に基づく信号）を受けて動作し、各装置１０２，６１の回折光は光選択部１０５に入射する。これらの回折光は、オフナーリレー光学系等より成る光選択部１０５が備えるシュリーレンフィルター（図示せず）により、例えば＋１次光が選択されて、回折格子型の光変調装置１０２及び１次元像発生装置６１に対応する位置に再び１次元像４６及び補完１次元像が生成される。
これらの１次元像を投影光学系１１０によって、拡大等を行うことにより、スクリーン１２０上に再び１次元像（主１次元像）７１及び補完１次元像（副１次元像）７２を結像することができる。
さらに、これら２つの１次元像７１，７２が、スクリーン１２０上で横方向に走査されることにより足し合わされ、スクリーン１２０上にスジの低減された２次元像４７が得られる。

回折格子型の光変調装置１０２と１次元像発生装置６１とは、スクリーン１２０上でそれぞれの１次元像７１，７２が結像するように、スクリーン１２０上からの距離が等価な位置に配置されている。

図２に示した先の実施の形態では、図４に示したように、補完１次元像（副１次元像）７２がある程度１次元像（主１次元像）７１よりも大きい幅Ｗ（例えば１５画素）を有していた。
これに対して、本実施の形態では、１次元像発生装置６１が回折格子型の光変調装置１０２と同じ構成であるため、１次元像発生装置６１からの補完１次元像（副１次元像）７２の幅が、回折格子型の光変調装置１０２からの１次元像（主１次元像）７１の幅と同じ幅（通常は１画素）になる。

本実施の形態でも、先の実施の形態と同様に、回折格子型の光変調装置１０２からの１次元像７１と、１次元像発生装置６１からの補完１次元像７２とが、スクリーン１２０上にてなるべく近い位置に結像されることが望ましい。
例えば、それぞれの回折光が、ミラー７４を用いて例えば１．３ｍｍ離れた距離、即ち画素にして約５２画素分離れた距離を平行に進むように、光学系を調整する。原理的には２０〜３０画素幅以下の距離まで近づけることができる。

なお、３色のレーザ光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂからの光は、図１に示したように、回折格子型の光変調装置１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと光選択部１０５との間に配置された、色合成部１０４により合成される。即ち、図７では、光選択部１０５の手前の部分において、３色の光が合成されることになるが、回折格子型の光変調装置１０２と共に同じ構成の回折格子から成る１次元像発生装置６１を並行して具備しているため、図２に示した先の実施の形態の構成とは若干異なる。
具体的には、３色の光源１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに対応して、回折格子型の光変調装置１０２と１次元像発生装置６１との組が、３組設けられる。各組において、光変調装置１０２からの回折光Ｌｍと１次元像発生装置６１からの補完光Ｌｃｏｍとが、それぞれ生成されて、これらの光が並行して進む。そして、光変調装置１０２及びミラー７４より後段で、光選択部１０５より前段に、色合成部１０４を配置して、この色合成部１０４において、３組の光が合成されるように構成する。

スジをキャンセルするという目的から、図５Ｂに示したような光強度分布を有する１次元像７１に対応して、１次元像発生装置６１からの補完１次元像７２を、回折格子型の光変調装置１０２による１次元像７１の光強度分布の平均からのずれを補正する光強度分布とすることが望ましい。
これら２つの１次元像７１，７２が、スクリーン１２０上で横方向に走査されることによって足し合わされ、スジの低減された均一な２次元像４７が得られる。
なお、スクリーン１２０上の１次元像７１の光強度分布の平均からのずれは、個々の回折格子型の光変調装置１０２の製造バラツキによる個性で決まるので、基本的に、経時変化しないものである。

ここで、光変調装置１０２の製造バラツキは、暗い階調では影響が大きいが明るい階調ではその影響が埋もれてしまいほとんど現れない。つまり、暗い階調のスジは製造バラツキの個性によるものが支配的であるが、明るい階調のスジはむしろ投影光学系１１０のキズなどに起因したものが支配的であり平均強度からのずれの比率は小さい（明るい階調なのでスジのずれ量の絶対値自体は暗い階調のものより大きくなるが、比率にすると小さい、つまり明るい階調のスジは目立ちにくい）。
このことから、充分小さい光量が照射される１次元像発生装置６１は、充分に高い階調（明るい階調）で駆動することができ、製造バラツキを気にせず補正用の光強度分布（補完１次元像７２）を生成することができるので、補正用の一次元像発生源として使うことができる。

さらにまた、明るい階調になるほど、１次元像７１の光強度分布の平均からのずれの比率は下がるものの絶対量が大きくなると共に、ずれの分布も階調の変化に対応して徐々に変化する。
そこで、例えば各階調のずれ量の分布をフォトディテクターで測定して、その測定値から、回折格子型の光変調装置１０２の動作に基いて、１次元像発生装置６１を動作させることが考えられる。

ここで、本実施の形態の画像投影装置を、実際に作製して、性能を調べた。
回折格子型の光変調装置１０２と同じ構成の１次元像発生装置６１を構成した。
また、２つのミラー７３，７４を、図７に示したように配置した。
その他の各部品は、図１及び図２に示した先の実施の形態と同様にして、画像投影装置を構成した。

さらに、図１及び図２のスクリーン１２０に、光強度測定のためのフォトディテクターを設けた。
そして、投影光学系１１０を動作させて、２次元像４７をスクリーン１２０上に生成すると共に、フォトディテクターを２次元像４７の縦方向（走査方向に垂直な方向）に移動させて、縦方向の光強度分布を測定した。
なお、比較のために、１次元像発生装置６１からの補完１次元像７２を発生させた場合と、補完１次元像７２を発生させない（１次元像７１のみの）場合とで、それぞれ光強度分布を測定した。

測定の結果、補完１次元像７２を発生させることにより、２次元像４７の均一性が、１次元像７１のみの２％から、０．５％にまで改善し、目視においても明らかにスジ低減効果が得られた。

上述の本実施の形態によれば、回折格子型の光変調装置１０２と光軸方向において等価な位置に、光変調装置１０２と同じ構成の１次元像発生装置６１を設けて、この１次元像発生装置６１により、光変調装置１０２により発生した１次元像（主１次元像）７１と比較して、光量の充分に小さい補完１次元像（副１次元像）７２を発生させている。これにより、１次元像（主１次元像）７１と補完１次元像（副１次元像）７２とを同時にスクリーン１２０に投影することによって、１次元像（主１次元像）７１の光強度分布の特に暗い部分を、補完１次元像（副１次元像）７２によって光量を上げると共に、光強度分布の平均からのばらつきを埋めることが可能になる。
従って、回折格子型の光変調装置１０２の製造ばらつきに起因する、投影画像（２次元像４７）における暗い部分によるスジを目立たなくすることが可能になり、画質の良好な画像を投影することが可能になる。

なお、照明光学系１０１から光選択部（オフナー光学系）１０５までの光学系は、スクリーン１２０上で１次元像７１及び補完１次元像７２がそれぞれ結像され、かつ、なるべく近い位置になるという目的が達成されるように配置すれば良く、図７に示した光学系に限定されるものではない。

１次元像７１の光強度分布を補正するための、補完１次元像で補正する具体的な方法や、補正の程度は、上述した各実施の形態の構成に限定されるものではなく、様々な構成が可能である。
図２の実施の形態は、完全に光強度分布を埋める方法であった。また、図７の実施の形態も、ほぼ完全に光強度分布を埋める方法であった。
その他にも、暗い一部の画素だけを選択的に補正する方法、図２のように細かい周期で補正するのに対してより大きい周期（例えば、図５Ｂよりもなめらかな曲線の分布）で補正する方法、等が考えられる。このうち、大きい周期で補正する方法は、例えば、微細加工の限界によって、図５Ｂの破線の透過率分布を有するフィルター８３を製造することが困難である場合に、特に有効である。

図２の１次元像発生装置６０は、回折格子型の光変調装置１０２による１次元像４６の結像位置と、同一面上の位置に配置することが望ましい。
また、図７の１次元像発生装置６１は、回折格子型の光変調装置１０２と光軸方向において等価な位置に配置することが望ましい。
しかしながら、１次元像７１の光強度分布を補正するという目的を果たす上では、必ずしも、このような１次元像４６の結像位置と同一面上の位置や、光変調装置１０２と等価な位置に限定されるものではない。これらの位置からその近傍のある程度の距離の位置までは許容される。

図４では、スクリーン１２０上で、１次元像７１が左、補完１次元像７２が右にあり、補完１次元像７１の方が先行して走査されるように配置されていたが、２つの１次元像７１，７２の左右の位置関係や、走査の際の先行・後続の関係は、図４とは逆の関係としても構わない。

上述の各実施の形態では、スクリーン１２０に投影した画像を表示する構成として説明した。スクリーン１２０は、反射型のスクリーンとしても、透過型のスクリーンとしても、いずれの構成も可能である。
また、本発明では、投影された画像を表示する表示部を、スクリーン以外の構成として、画像表示装置を構成してもよい。例えば、板状の表示パネル等を使用することも可能である。
また、本発明の画像投影装置を用いて、画像投影装置の外部に設けたスクリーンや壁等に投影された画像を表示するようにしてもよい。

さらにまた、１次元像発生装置は、１次元状の補完像を発生できる構成であれば、特に限定されない。例えば、前記特許文献１等に記載された可動電極の高さを変化させる光変調素子や、第１の電極及び第２の電極を入射光に対して傾斜させる、ブレーズ型の光変調素子（例えば、特開２００５−１０７２２５号公報の図９参照）を採用することができる。
そして、前述したように、１次元像発生装置からの補完１次元像は、必ずしも１次元回折格子型の光変調装置の１画素幅でなくても投影画像の解像度に劣化はないので、１次元像発生装置として、ある程度横幅を持った縦長の画像デバイス、例えば、液晶等を用いても良い。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

本発明を適用する画像投影装置の概略構成図である。 本発明の一実施の形態の画像投影装置の概略構成図である。 図２の光変調装置の一形態の概略断面図である。 スクリーン上の１次元像を示す平面図である。 Ａ スクリーン上の１次元像を示す平面図である。 Ｂ 図５Ａの１次元像の一部を抜粋した光強度分布及びフィルターの透過率分布を示す図である Ａ 図２の１次元像発生装置の一形態の概略断面図である。 Ｂ 図６Ａの保持部材等の斜視図である。 本発明の他の実施の形態の画像投影装置の概略構成図である。

符号の説明

１１，１１１ 光変調素子、１２，１１２ 基体、１３，１１３ 光透過部材、１４，１１４Ａ，１１４Ｂ 低融点金属材料層、３１ 第１の電極、３２ 第２の電極、３３ 下部電極、４６ １次元像、４７ ２次元像、４８ａ，４８ｂ 非表示領域、６０，６１ １次元像発生装置、７１ １次元像（主１次元像）、７２ 補完１次元像（副１次元像）、７３，７４ ミラー、８０Ａ，８０Ｂ スリット、８２ 照明光源、８３ フィルター、８４ 拡散板、１００ レーザ光源、１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ 光源、１０１，１０１Ｒ，１０１Ｇ，１０１Ｂ 照明光学系、１０２，１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ 回折格子型の光変調装置、１０４ 色合成部、１０５ 光選択部、１０７ 走査光学系、１１０ 投影光学系、１１５ スペーサ、１２０ スクリーン

Claims (7)

1. 光源と、回折格子型の光変調装置と、投影光学系と、走査光学系とを有する画像投影装置であって、
   １次元像発生装置を備え、
   前記１次元像発生装置により、前記光変調装置により発生した主１次元像と比較して、光量の充分に小さい副１次元像を発生させる
   ことを特徴とする画像投影装置。
2. 前記１次元像発生装置が、照明光源と、前記主１次元像の光強度分布に対応した透過率分布を有するフィルターとから成ることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記１次元像発生装置の前記照明光源が、赤色、緑色、青色の３色の発光素子から成ることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
4. 前記フィルターの透過率分布が、前記主１次元像の光強度分布の平均からのずれを埋める分布となっていることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
5. 前記１次元像発生装置が、回折格子型の光変調装置から成ることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
6. １次元型の光変調装置と、投影光学系と、走査光学系とを有する画像投影装置を備え、投影された画像を表示する表示部とを備えた画像表示装置であって、
   前記画像投影装置が１次元像発生装置を備え、
   前記１次元像発生装置により、前記光変調装置により発生した主１次元像と比較して、光量の充分に小さい副１次元像を発生させる
   ことを特徴とする画像表示装置。
7. 前記表示部が、スクリーンであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。

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