JP2009139430A - 走査型画像表示システム及び走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレーム落ち及びフリッカの発生を防止し、鮮明な画像を表示することが可能な走査型画像表示システム及び走査型画像表示装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を射出する光源１０と、被投射面４０に向かって光源１０から射出されたレーザ光を第１方向に走査する第１走査手段３１及び第１方向と略垂直な方向の第２方向にレーザ光を走査する第２走査手段３３を有する走査手段３０と、を備える走査型画像表示装置２，３を複数備えた走査型画像表示システム１において、第１走査手段３１は、第２走査手段３３に比べて走査速度が速く、かつ、共振型の走査手段であり、第２走査手段３３の画像描画期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により複数の第１走査手段３１を加熱し、複数の第１走査手段３１の共振周波数を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型画像表示システム及び走査型画像表示装置に関する。

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。
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（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年、プロジェクタを複数台用いて、それぞれのプロジェクタから投射される複数の投写画像をスクリーンにタイリング投写して大画面を構成する技術が提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照。）。このように、同一表示画像を重ねてスクリーンに投写することで、画像の高輝度化や輝度ムラの補正をしたり、色彩表現を豊か（色再現領域の拡大）にして階調数や解像度を増やす方法が提案されている。
特許文献２に記載のマルチプロジェクションテレビは、同一構造のプロジェクションテレビをユニット化したものを上下方向に連結部材を介して連結し、左右方向併設している。これにより、連結部材によって上部に位置するプロジェクションテレビを前後方向に移動させることができるので、スクリーン前面の継ぎ目を極力小さくすることができる。

特許文献３に記載の投写形画像表示装置は、複数のプロジェクタを備えており、投写する画像を分割した分割画像を各プロジェクタの液晶パネルに表示し、この表示された分割画像をプロジェクタにより隣接してスクリーンに拡大投射し、全体画像を表示する。このとき、液晶画素とスクリーン上でのスクリーン画素とが１対１に対応し、かつ、スクリーン画素の間隔を等しくする。すなわち、画像を表示する液晶画素の位置がスクリーン上で常に一定になるため、隣接するプロジェクタの画像の境界が視認されない大形画像を得ることができる。
特開平１−２４５７８０号公報 特開平１−２２８２８１号公報 特開平３−７５６８５号公報

しかしながら、走査型画像表示装置には、レーザ光を２次元に走査させるスキャナとして、ポリゴンミラー、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー（共振型のミラー）、ＡＯ（Acousto−Optic）素子、ＥＯ（Electro-Optic）素子等が挙げられるが、大画面（スキャナの偏角が大きい）及び高解像度（高速駆動、ミラーの面積が大きい）を両立できるスキャナとしてはＭＥＭＳミラーが好ましい。
しかしながら、ＭＥＭＳミラーを用いた場合、大偏角を得るために系の共振を利用しているが、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数が共振周波数からずれると、所望の大偏角を得られなくなるという問題が発生する。ＭＥＭＳミラーの共振周波数は、レーザ光の熱を吸収したり、周囲の環境温度によって絶えず変動するので、高速でＭＥＭＳミラーを走査する場合は、駆動周波数を共振周波数の変化に追従させる必要が生じる。
しかしながら、ＭＥＭＳミラーが蓄熱すると、ＭＥＭＳミラーの共振周波数が小さくなり、ＭＥＭＳミラーの駆動周波数を小さくし過ぎると、１フレーム周波数以内に１フレームを描ききれなくなる（フレーム落ち）という問題が生じる。

また、ＭＥＭＳミラーを用いた走査型画像装置を複数用いて、各走査型画像装置により形成される画像を並べて表示する走査型画像システムでは、複数のＭＥＭＳミラーが別々の共振周波数で動作するため、各走査型画像装置のＭＥＭＳミラーの同期が取りにくいという問題が生じる。これは、上述したように、ＭＥＭＳミラーが蓄熱すると、共振周波数が小さくなるという特性によるものである。したがって、走査型画像装置を複数用いた場合も同様に、ＭＥＭＳミラーが蓄熱すると、１フレーム周波数以内に１フレームを描ききれなくなるという問題が生じる。
そこで、ＭＥＭＳミラーの蓄熱を見越して予め共振周波数の高いＭＥＭＳミラーを用いると、逆に１フレームの描画が早く終わりすぎてフリッカの原因になるという問題が生じる。

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、フレーム落ち及びフリッカの発生を防止し、鮮明な画像を表示することが可能な走査型画像表示システム及び走査型画像表示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。
本発明の走査型画像表示システムは、レーザ光を射出する光源と、被投射面に向かって前記光源から射出されたレーザ光を第１方向に走査する第１走査手段及び前記第１方向と略垂直な方向の第２方向にレーザ光を走査する第２走査手段を有する走査手段と、を備える走査型画像表示装置を複数備えた走査型画像表示システムにおいて、前記第１走査手段は、前記第２走査手段に比べて走査速度が速く、かつ、共振型の走査手段であり、前記第２走査手段の画像描画期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により複数の前記第１走査手段を加熱し、複数の前記第１走査手段の共振周波数を制御することを特徴とする。

まず、走査手段は、光源から射出されたレーザ光が入射するため、時間とともに蓄熱される。ここで、複数の走査型画像表示装置のそれぞれの走査手段に入射したレーザ光による蓄熱量は、被投射面に表示される画像に応じて変化するため、蓄熱量により各走査手段の温度が異なる。これにより、蓄熱量が少ない第１走査手段の共振周波数は大きくなり、蓄熱量の多い第１走査手段の共振周波数は小さくなるため、各第１走査手段の１フレームごとの走査終了のタイミングが蓄熱量によってばらつき、フレーム落ちやフリッカが発生する。
そこで、本発明に係る走査型画像表示システムでは、第２走査手段の走査期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により複数の第１走査手段を加熱する。すなわち、例えば、描画時間が短く、蓄熱量の少ない第１走査手段に対して光により加熱を行うことで、第１走査手段の共振周波数を小さくすることができる。このように、複数の第１走査手段の共振周波数を制御することにより、各第１走査手段の走査速度を調整することができるため、フレーム落ちやフリッカの発生を抑えた鮮明な画像を被投射面に表示することができる。

さらには、レーザ光を用いた走査型画像表示装置であるため、各走査型画像表示装置の光源から射出されるレーザ光の波長のばらつきが小さい。これにより、走査型画像表示装置により表示される画像を並べても、各走査型画像表示装置ごとの継ぎ目が目立つことのない鮮明な画像を表示することが可能となる。また、１本のレーザ光により、画像を表示するため、例えば、液晶ライトバルブを用いた場合に比べて、輝度ばらつきを抑えることが可能となる。さらに、レーザ光は原理上黒レベルを０にすることができるため、隣接する画像の端部の調合を精度良く行うことが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記光源から射出されたレーザ光により、複数の前記第１走査手段を加熱することが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、光源から射出されたレーザ光により、複数の第１走査手段を加熱することで、複数の第１走査手段の共振周波数を制御する。これにより、部品点数を増やすことなく、各第１走査手段の走査速度を調整することができるため、装置全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記走査手段により前記被投射面に向かって走査されるレーザ光の描画時間に応じて、光により前記第１走査手段を加熱する加熱量を決めることが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、走査手段により被投射面に向かって走査されるレーザ光の描画時間に応じて、光により第１走査手段を加熱する加熱量が決められる。すなわち、描画時間が所定の時間より短い第１走査手段の蓄熱量は、描画時間の長い他の第１走査手段に比べて蓄熱量が少ないため、他の第１走査手段に比べて加熱量を多くする。これにより、第１走査手段の走査速度を遅くすることができるため、各走査型画像表示装置の同期を取ることが可能となる。
また、レーザ光の描画時間に応じて、光により第１走査手段を加熱する加熱量を決めたが、例えば、第１走査手段に温度センサを設けて、温度センサにより測定された温度により、第１走査手段を加熱する加熱量を決めても良い。
また、第１走査手段に温度センサを設けることが困難である場合、描画時間に応じて第１走査手段を加熱する加熱量を決めることにより、より正確に第１走査手段の共振周波数を制御することが可能となる。したがって、フレーム落ちやフリッカの発生を抑えた鮮明な画像を表示することができる。また、描画時間に応じて第１走査手段を加熱する加熱量を決める場合、部品点数を増やすことがないため、システム全体の低コスト化、小型化を図ること可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記帰線期間の少なくとも一部の期間を用いて、複数の前記第１走査手段を加熱することが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、帰線期間の少なくとも一部の期間を用いて、複数の第１走査手段を加熱する。これにより、予め備えられた画像表示を行う光源を第１走査手段の加熱に使用しても、被投射面に表示される画像に影響を及ぼすことがないため、部品点数を増やすことなく、第１走査手段の共振周波数を制御することが可能となる。したがって、システム全体の小型化を図りつつ、フレーム落ちやフリッカの発生を抑えた鮮明な画像を表示することができる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記第１走査手段に最大輝度のレーザ光が照射されたときの共振周波数は、１フレームの描画に必要な駆動周波数より大きいことが好ましい。

ここで、最大輝度を第１走査手段に照射すると、第１走査手段は最も加熱されるため、第１走査手段の温度は上がり共振周波数は最も小さくなる。そこで、本発明に係る走査型画像表示システムでは、このときの共振周波数が１フレームの描画に必要な駆動周波数より大きい第１走査手段を用いることにより、フレーム落ちが生じるのを防止することができる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が所定値以上となるように、複数の前記第１走査手段を加熱することが好ましい。

ここで、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が所定値以下の第１走査手段では、共振周波数が所定の共振周波数より大きくなり、１フレームの描画が早く終わり過ぎてしまい、フリッカの発生の原因となる。そこで、本発明に係る走査型画像表示システムでは、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が所定値以上となるように、複数の第１走査手段を加熱する。これにより、複数の第１走査手段の共振周波数が所定の共振周波数より小さくなり、１フレームの描画が早く終わり過ぎてしまうのを抑えることができる。したがって、フリッカの発生を低減することができ、鮮明な画像を被投射面に表示することが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が７５％以上であることが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が７５％を下回ると、フリッカが発生しやすい共振周波数となる。そこで、本発明に係る走査型画像表示システムでは、７５％以上であるため、フリッカの発生をより確実に抑えることが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記第２走査手段により、前記被投射面に走査されるレーザ光の開始タイミングを制御することが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、第２走査手段により、被投射面に走査されるレーザ光の開始タイミングを制御することで、各走査型画像表示装置により描画が開始されるタイミングを同期させることができる。したがって、被投射面に鮮明な画像を表示することが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記複数の走査型画像表示装置間での前記第１方向のレーザ光の走査を同期させるための第１方向同期信号を受けた後、前記第１走査手段に入射したレーザ光が、前記被投射面外を走査するように、前記第２走査手段により、前記光源から射出されたレーザ光の走査位置を制御することが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、複数の走査型画像表示装置間での第１方向のレーザ光の走査を同期させるための第１方向同期信号を受けた後、第１走査手段に入射したレーザ光が、被投射面外を走査するように、第２走査手段により、光源から射出されたレーザ光の走査位置を制御する。これにより、各走査型画像表示装置により描画が開始されるタイミングを同期させることができるため、被投射面に鮮明な画像を表示することが可能となる。さらに、複数の走査型画像表示装置の第１走査手段の共振周波数が一致していなくても、第２走査手段により、走査を開始するタイミングを調整することができる。したがって、複数の第１走査手段の共振周波数を正確に一致させる必要がないので、第１走査手段の共振周波数の調整が容易になる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記光源とは別の他の光源を備え、前記光源及び前記他の光源のうち少なくとも前記他の光源から射出された光により複数の前記第１走査手段を加熱することが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、光源及び他の光源のうち少なくとも他の光源から射出された光により複数の第１走査手段を加熱する。
例えば、光源から射出されたレーザ光による加熱だけでは蓄熱量が足りないとき、光源に加えて他の光源を用いて、一方側走査手段を加熱する。したがって、光源から射出される光の出力強度が小さい場合にも第１走査手段の共振周波数を精度良く調整することができる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記他の光源から射出される光は、前記第１走査手段の前記光源から射出された光が入射する面と反対の面に入射されることが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、他の光源から射出される光は、第１走査手段の光源から射出された光が入射する面と反対の面に入射されるため、他の光源から射出される光が被投射面に表示される画像に影響を及ぼすのを抑えることができる。したがって、第１走査手段を加熱する時間を増やすことができるため、効率良く第１走査手段の共振周波数を調整することが可能となる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記他の光源から射出される光が非可視光であることが好ましい。

本発明に係る走査型画像表示システムでは、他の光源から射出される光が非可視光であるため、帰線期間以外、すなわち、画像描画期間であっても第１走査手段の加熱を行うことが可能となる。したがって、加熱を行う期間の制約が緩和されるため、加熱による第１走査手段の共振周波数の制御が簡易になる。

また、本発明の走査型画像表示システムは、前記第１走査手段が、ＭＥＭＳミラーであることが好ましい。
本発明に係る走査型画像表示システムでは、温度による共振周波数の変動が大きいＭＥＭＳミラーを加熱して共振周波数を制御することより、ＭＥＭＳミラーの走査速度を効率良く調整することが可能となる。

本発明の走査型画像表示装置は、レーザ光を射出する光源と、被投射面に向かって前記光源から射出されたレーザ光を第１方向に走査する第１走査手段及び前記第１方向と略垂直な方向の他方向にレーザ光を走査する第２走査手段を有する走査手段とを備える走査型画像表示装置において、前記第１走査手段は、前記第２走査手段に比べて走査速度が速く、かつ、共振型の走査手段であり、前記第２走査手段の画像描画期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により前記第１走査手段を加熱し、前記第１走査手段の共振周波数を制御することを特徴とする。

本発明に係る走査型画像表示装置では、第２走査手段の走査期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により第１走査手段を加熱する。これにより、例えば、１フレームにおいて描画時間が短く蓄熱量の少ない場合、光により第１走査手段の加熱を行うことにより、第１走査手段の共振周波数を大きくすることができる。このように、第１走査手段の共振周波数を制御することにより、第１走査手段の走査速度を調整することができる。したがって、第１走査手段の１フレームごとの共振周波数を所定値より小さくすることができるため、共振周波数が大きすぎるときに生じるフリッカの発生を抑えることができる。したがって、鮮明な画像を被投射面に投射することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る走査型画像表示システム及び走査型画像表示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］
本実施形態に係る走査型画像表示システム１は、図１に示すように、２つの走査型画像表示装置２，３を備えている。走査型画像表示装置２，３の構成は同じであるため、走査型画像表示装置２について説明する。
走査型画像表示装置２は、光源１０と、クロスダイクロイックプリズム２０と、ＭＥＭＳミラー３０とを備えており、ＭＥＭＳミラー３０に入射したレーザ光をスクリーン４０に向かって走査することにより画像を表示する装置である。

光源１０は、赤色レーザ光を射出する赤色光源１０Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源１０Ｇと、青色光を射出する青色光源１０Ｂと、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator；音響光学素子）１１とを備えている。
赤色光源１０Ｒは、中心波長が６３０ｎｍの赤色のレーザ光を射出する半導体レーザ（ＬＤ）であり、青色光源１０Ｂは、中心波長が４３０ｎｍの青色のレーザ光を射出する半導体レーザ（ＬＤ）である。緑色光源１０Ｇは、ＤＰＳＳ（Diode Pomping Solid State）レーザによって構成され、図示しない波長変換素子により、中心波長が５４０ｎｍである緑色のレーザ光に変換される。

また、ＡＯＭ１１は、緑色光源１０Ｇとクロスダイクロイックプリズム２０との間に設けられている。このＡＯＭ１１は、緑色光源１０Ｇから射出されたレーザ光が透過するように配置されている。また、ＡＯＭ１１は、高周波信号が入力されると、高周波信号に応じた超音波が伝播し、内部を透過するレーザ光に音響光学効果が作用する。この音響光学効果の作用により、回折が生じて入力された高周波信号に応じた光量（強度）のレーザ光が、ＡＯＭ１１から回折光として射出されるようになっている。
なお、光源１０の構成はこれに限るものではない。

ＭＥＭＳミラー３０は、図２に示すように、ミラー部３１（第１走査手段）と、梁３２ａ，３２ｂと、第１基板（第２走査手段）３３と、梁３４ａ，３４ｂと、第２基板３５とを備えた共振型のミラーである。
ミラー部３１は、ＭＥＭＳミラー３０の中央部に設けられており、入射したレーザ光をスクリーン４０に反射させるものである。梁３２ａ，３２ｂは、ミラー部３１の両側にスクリーン４０における水平方向（Ｘ軸方向、第１方向）に向かって伸びて設けられている。
また、第１基板３３は、ミラー部３１を囲む額縁状であり、梁３２ａ，３２ｂに接続されている。梁３４ａ，３４ｂは、第１基板３３の両側にスクリーン４０における垂直方向（Ｙ軸方向、第２方向）に向かって伸びて設けられている。
また、第２基板３５は、第１基板３３を囲む額縁状であり、梁３４ａ，３４ｂに接続されている。
これらにより、ミラー部３１は第１基板３３に対し、梁３２ａ，３２ｂを振動軸として、振動運動が可能となっており、第１基板３３は第２基板３５に対し、梁３４ａ，３４ｂを振動軸として、振動運動が可能となっている。したがって、ＭＥＭＳミラー３０は、ｘ軸及びｙ軸の２軸振動が可能、すなわち、スクリーン４０の水平方向及び垂直方向にレーザ光を走査することが可能となっている。
したがって、梁３２ａ，３２ｂにより、ミラー部３１をＸ軸まわりに振動させることで、ミラー部３１の垂直方向の共振周波数が変化し、梁３４ａ，３４ｂにより、第１基板３３をＹ軸まわりに振動させることで、第１基板３３の水平方向の共振周波数が変化する。また、本実施形態では、ミラー部３１が高速走査スキャナに相当し、第１基板３３が低速走査スキャナに相当する。

高速スキャナ３１は、所定の共振周波数で振動している。そして、光源１０から射出されたレーザ光は、高速スキャナ３１により、図１に示すように、スクリーン４０の上端４０ａから下端４０ｂまで走査され、低速スキャナ３３により、スクリーン４０の左端４０ｃ側から右端４０ｄ側まで走査される。すなわち、走査型画像表示装置２では、スクリーン４０の左端４０ｃから中央部４０ｅまでレーザ光を走査し、走査型画像表示装置３では、スクリーン４０の中央部４０ｅから右端４０ｄまでレーザ光を走査する。

高速スキャナ３１により、光源１０から射出されたレーザ光は、スクリーン４０の上端４０ａから下端４０ｂ、下端４０ｂから上端４０ａに向かって走査され、６００本の走査線により１フレームの画像がスクリーン４０に表示される。また、光源１０から射出されたレーザ光は、図１に示すように、スクリーン４０の上端４０ａ及び下端４０ｂを越えて走査される。これは、ＭＥＭＳミラー３０が共振型のミラーであるため、スクリーン４０の上端４０ａ側及び下端４０ｂ側で折り返すときに、走査速度が遅くなるので、この状態のときのレーザ光がスクリーン４０に描画されないようにするためである。

図３（ａ）に示すように、高速スキャナ３１の偏角は＋θ１から−θ１まで変化し、高速スキャナ３１に入射したレーザ光はスクリーン４０の上端４０ａ及び下端４０ｂを越えた位置まで走査される。すなわち、偏角が＋θ１のとき、レーザ光はスクリーン４０の上端４０ａに走査され、偏角が−θ１のとき、レーザ光はスクリーン４０の下端４０ｂに走査される。
高速スキャナ３１の駆動周波数は、ＭＥＭＳミラー３０に入射するレーザ光の時間に応じた共振周波数に追従して動作させる。また、高速スキャナ３１の偏角振幅が一定となるように、高速スキャナ３１をフィードバック制御する。なお、本実施形態では、描画時間開口率（１水平走査期間あたりの照射領域Ａ１に対する画像形成領域Ａ２：Ａ２／Ａ１）が常に０．９となるように、高速スキャナ３１の偏角が制御されている。

図３（ｂ）に示すように、低速スキャナ３３の偏角は＋θ２から−θ２まで変化し、低速スキャナ３３に入射したレーザ光はスクリーン４０の左端４０ｃから中央部４０ｅまで走査される。すなわち、偏角が−θ２のとき、レーザ光はスクリーン４０の左端４０ｃ側から走査され、偏角を徐々に大きくし、偏角が＋θ２のとき、レーザ光はスクリーン４０の中央部４０ｅまで走査される。そして、偏角が＋θ２になると、再び偏角が−θ２まで小さくなる。このように、低速スキャナ３３の偏角が＋θ２から−θ２までが戻るとき、光源１０はオフ状態、あるいは、光源１０がオン状態となっていても遮光されており、スクリーン４０にレーザ光が描画されないようになっている。この低速スキャナ３３の偏角が＋θ２から−θ２まで戻る期間が実垂直帰線期間Ｃ１である。

そして、低速スキャナ３３は、垂直同期信号（第１方向同期信号）が入力されるまで待機する（偏角：−θ２）。この垂直同期信号により、２つの走査型画像表示装置２，３の高速スキャナ３１の走査開始タイミングが同期する。
低速スキャナ３３に垂直同期信号が入力されると、偏角θが徐々に大きくなり、走査開始位置（偏角：−θ３）まで振動した後、待機する。低速スキャナ３３は、待機した後、次に高速スキャナ３１がスクリーン４０にレーザ光を走査させる走査開始タイミングで走査を開始する。また、１フレームの走査が早く終了し高速スキャナ３１に入射したレーザ光がスクリーン４０外を走査するように、低速スキャナ３３により、光源１０から射出された光の走査位置を制御する。
低速スキャナ３３の偏角が−θ２になった時点から走査を開始するまで時間が待機期間Ｃ２である。この実垂直帰線期間と待機期間とを合わせた期間が垂直帰線期間（Ｃ１＋Ｃ２、第２方向帰線期間）である。

次に、ＭＥＭＳミラー３０の共振周波数の制御について説明する。
ＭＥＭＳミラー３０は、光源１０から射出されたレーザ光により加熱される。また、ＭＥＭＳミラー３０の加熱は、低速スキャナ３３の待機期間（Ｃ２）に行われ、１フレームの時間に対する実描画時間（ＭＥＭＳミラー３０にレーザ光が照射されている時間、すなわち、スクリーン４０に画像を描画する時間）に応じて、高速スキャナ３１を加熱する量が決められる。すなわち、実描画時間の割合が一定の値以上となるように行われる。具体的には、高速スキャナ３１の描画時間開口率（Ａ２／Ａ１）×１フレーム時間（Ｂ１）あたりの描画領域時間（Ｂ２）中の画像を描画する実描画時間が一定の値以上、すなわち、７５％以上になるように、待機期間（Ｃ２）に光源１０から射出されるレーザ光の時間を調整する。
ここで、実垂直帰線期間が１．６ｍｓであり、スクリーン４０を描画する最大の時間が１５ｍｓであるとき、１フレームの時間に対する実描画時間の割合が７５％となるのは、実描画時間が１３．９ｍｓのときである。そこで、実描画時間の割合が７５％を下回るのを防ぐために、常時に、実描画時間のセンシングを行う。

実描画時間のセンシングを行うために、図４（ｂ）に示すように、スクリーン４０の上端４０ａ側にライン状のフォトダイオード４１が設けられている。
フォトダイオード４１は、スクリーン４０の上端４０ａを越えて走査される６００本のレーザ光を検出するものであり、スクリーン４０の下端４０ｂから上端４０ａに向かうレーザ光を順に地点ａ１，ａ２，ａ３…で検出し、スクリーン４０の上端４０ａから下端４０ｂに向かうレーザ光を順に地点ｂ１，ｂ２，ｂ３…で検出する。また、スクリーン４０外を走査するレーザ光としては、赤色光源１０Ｒを点灯する。なお、スクリーン４０外を走査するレーザ光は赤色光に限らず、緑色レーザ光，青色レーザ光、あるいは、混色レーザ光であっても良い。
そして、各地点ａ１，ａ２，ａ３…、地点ｂ１，ｂ２，ｂ３…において検出された信号は、図４（ａ）に示すように、走査されているレーザ光がフォトダイオードを通過したとき最も高い光強度となる。そして、地点ａ１と地点ａ２との間のクロック数、地点ａ２と地点ａ３との間のクロック数を順に測定することにより、実描画時間を算出することができる。実描画時間が１４．３ｍｓを下回ると、その差分に比例して、待機期間（Ｃ２）中に、光源１０からレーザ光を射出させ、ＭＥＭＳミラー３０を加熱する。また、実描画時間中に高速スキャナ３１の駆動周波数がずれた場合、低速スキャナ３３は、高速スキャナがずれた分同様に駆動周波数をずらして変化させる。

また、ＭＥＭＳミラー３０は、スクリーン４０に画像を描画する時間は１３．５ｍｓ（１５ｍｓ×０．９）である。そこで、この１３．５ｍｓの間、最大輝度のレーザ光を高速スキャナ３１に入射させたときの共振周波数が、１フレームの描画に必要な駆動周波数以上であるＭＥＭＳミラー３０を用いる。なお、本実施形態では、スクリーン４０を描画する最大の時間である１５ｍｓ中に６００本以上の走査線をスクリーン４０上に走査可能な２０ｋＨｚ以上のものを用いる。また、最大輝度のレーザ光が照射されたときは、最も共振周波数が小さいので、加熱する必要がないため、待機期間は０ｓとなる。

次に、以上の構成からなる本実施形態の走査型画像表示システム１により、スクリーン４０に画像を表示する方法について説明する。
まず、映像信号に基づいて各走査型画像表示装置２，３の光源１０から赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光が射出される。また、緑色光源１０Ｇからは、ＡＯＭ１１を透過する際、ＡＯＭ１１に供給される信号に応じた出力の緑色光が射出される。
各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出された赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光は、クロスダイクロイックプリズム２０において合成された後、ＭＥＭＳミラー３０に入射する。ＭＥＭＳミラー３０に入射したレーザ光は、ＭＥＭＳミラー３０の高速スキャナ３１のＸ軸まわりの振動により、スクリーン４０の上端４０ａから下端４０ｂ、あるいは、下端４０ｂから上端４０ａに向けて（垂直方向）走査される。また、低速スキャナ３３のＹ軸まわりの振動により、スクリーン４０の左端４０ｃから中央部４０ｅに向けて（水平方向）走査される。このようにして、画像がスクリーン４０に表示される。

ここで、フォトダイオード４１で検出されたクロック数により算出された実描画時間が、１４．３ｍｓを下回るＭＥＭＳミラー３０に光源１０からレーザ光が射出され、ＭＥＭＳミラー３０は加熱される。加熱されたＭＥＭＳミラー３０は、蓄熱により共振周波数が小さくなり遅く振動する。このように、それぞれのＭＥＭＳミラー３０の共振周波数が所定値以下となるように、待機期間中に光源１０から射出されるレーザ光の時間を調整する。これにより、ＭＥＭＳミラー３０の共振周波数が制御され、高速スキャナ３１の走査速度は調整される。

以上、本実施形態に係る走査型画像表示システム１では、各走査型画像表示装置２，３のそれぞれのＭＥＭＳミラー３０の共振周波数が所定値より大きくなることを防ぐことができる。これにより、各走査型画像表示装置２，３の２つのＭＥＭＳミラー３０の走査速度を略同じにすることができるため、走査型画像表示装置２，３を用いた場合に発生するフレーム落ち及びフリッカの発生を抑え、鮮明な画像をスクリーン４０に表示することが可能となる。
また、光源１０から射出されたレーザ光により、高速スキャナ３１を加熱しているため、部品点数を増やすことがないので、システム全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。また、各走査型画像表示装置２，３による実描画時間に応じて、高速スキャナ３１を加熱する時間を決めているため、走査型画像表示装置２，３の高速スキャナ３１の同期を取ることができる。

また、実垂直帰線期間（Ｃ１）に高速スキャナ３１を加熱するため、スクリーン４０に表示する画像に影響を及ぼすことなく、高速スキャナ３１の共振周波数を制御することができる。また、最大輝度のレーザ光を高速スキャナ３１に入射させたときの共振周波数が、１フレームの描画に必要な駆動周波数以上であるため、高速スキャナ３１が最も加熱されても、フレーム落ちを防止することが可能となる。さらに、高速スキャナ３１の描画時間開口率（Ａ２／Ａ１）×１フレーム時間（Ｂ１）あたりのスクリーン４０を描画する描画領域時間（Ｂ２）中の画像を描画する実描画時間が７５％以上になるように、高速スキャナ３１が加熱されるため、高速スキャナ３１の走査速度を所定値以下にすることができるので、フリッカの発生をより防止することができる。
さらに、低速スキャナ３３によりスクリーン４０に走査されるレーザ光の開始タイミングを制御し、１フレームの走査が早く終了し高速スキャナ３１に入射した光がスクリーン４０に走査されないように、光源１０から射出された光の走査位置を制御している。これにより、各走査型画像表示装置２，３により描画が開始されるタイミングを同期させることができるので、鮮明な画像をスクリーン４０に表示することが可能となる。

なお、待機期間（Ｃ２）に光源１０から射出されるレーザ光の出力強度は、スクリーン４０の描画領域における出力の上限を超えても良い。また、地点ｂ２と地点ｂ３との間のクロック数により、実描画時間を算出しても良い。さらに、実描画時間が１３．９ｍｓを下回るのを確実に防ぐために、１４．３ｍｓを下回ったときにミラー部３１を加熱したが、時間は一例に過ぎない。
また、垂直帰線期間の待機期間（Ｃ２）で高速スキャナ３１の加熱を行ったが、スクリーン４０に走査されるレーザ光が本実施形態とは異なり、一方向走査のみで画像を描画する場合（例えば、スクリーン４０の上面４０ａから下面４０ｂに向かう走査）、水平帰線期間（第２方向帰線期間）で高速スキャナ３１の加熱を行っても良い。

［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５を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、上述した第１実施形態に係る走査型画像表示システム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。
本実施形態に係る走査型画像表示システム５０では、ＭＥＭＳミラー３０を加熱するための補助光源装置６０を光源１０の他に設ける点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

補助光源装置（他の光源）６０は、図５に示すように、光源６１と、コリメータレンズ６２とを備え、クロスダイクロイックプリズム２０から射出されたレーザ光が入射するＭＥＭＳミラー３０の表面（面）３０ａの反対の裏面（面と反対の面）３０ｂ側に配置されている。
光源６１は、中心波長が６２０ｎｍの可視光を射出する。また、コリメータレンズ６２は、光源６１から射出された光を平行光に変換し、ＭＥＭＳミラー３０の裏面３０ｂから入射させる。すなわち、ＭＥＭＳミラー３０の表面３０ａは、反射率を高くする必要があるが、裏面３０ｂは、反射率を高くする必要がないので、反射率が低い材質で形成することが好ましい。これにより、ＭＥＭＳミラー３０の裏面３０ｂにおける光の吸収率を高くすることができ、補助光源装置６０から射出された光を効率良く吸収することが可能となる。

本実施形態では、光源１０から射出されたレーザ光による高速スキャナ３１の蓄熱量で、高速スキャナ３１を所望の共振周波数に制御できない場合に有効である。すなわち、光源１０から射出された光の出力強度では、高速スキャナ３１の加熱が足りない場合に補助光源装置６０により高速スキャナ３１を加熱する。
また、ＭＥＭＳミラー３０の共振周波数を調整するための加熱は、第１実施形態と同様に低速スキャナ３３の待機期間に行われる。なお、ＭＥＭＳミラー３０には、裏面３０ｂから加熱用の光が照射されるため、補助光源装置６０から射出された光がスクリーン４０に表示される画像に影響を及ぼすことがない。したがって、実垂直帰線期間や実描画時間にＭＥＭＳミラー３０を加熱するための光を補助光源装置６０から射出させても良い。

以上より、本実施形態に係る走査型画像表示システム５０では、第１実施形態の走査型画像表示システム１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態の走査型画像表示システム５０では、補助光源装置６０を備えているため、光源１０及び補助光源装置６０により、高速スキャナ３１を加熱することができるため、光源１０から射出されたレーザ光による加熱だけではＭＥＭＳミラー３０の蓄熱量が足りないとき有効である。すなわち、光源１０から射出されたレーザ光による高速スキャナ３１の蓄熱量では所望の共振周波数となるように制御できない場合、補助光源装置６０により高速スキャナ３１を加熱することにより、精度良く高速スキャナ３１の共振周波数を調整することができる。
また、補助光源装置６０から射出される光は、ＭＥＭＳミラー３０の裏面３０ｂから入射されるため、第１実施形態と異なり待機期間に限らず、実垂直帰線期間や実描画時間に高速スキャナ３１を加熱することができる。したがって、効率良く高速スキャナ３１の共振周波数を調整することが可能となる。

なお、光源１０による加熱では、高速スキャナ３１が所望の共振周波数にならない場合に、補助光源装置６０から光を射出するとしたが、高速スキャナ３１の共振周波数を調整するための加熱を補助光源装置６０のみで行っても良い。
また、赤色光を射出する補助光源装置６０を用いたが、補助光源装置６０から射出される光の波長は６２０ｎｍに限らない。また、ＭＥＭＳミラー３０の裏面３０ｂに光を照射するため、スクリーン４０に表示される画像に影響を及ぼすことがないので、何色の可視光であっても良い。すなわち、本実施形態では、ＭＥＭＳミラー３０に入射する光の波長の選択性を拡げることが可能となる。
また、補助光源装置６０から射出された可視光が確実にスクリーン４０に到達しないために、赤外光、あるいは、赤外レーザ光を射出する補助光源装置を用いることにより、補助光源装置６０から射出された光が確実にスクリーン４０に表示されるのを防ぐことができる。したがって、スクリーン４０に鮮明な画像を表示す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６を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型画像表示システム７０では、補助光源装置７１の配置及び補助光源装置７１から射出される光が赤外光である点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第２実施形態と同様である。

補助光源装置７１は、図６に示すように、中心波長が９２０ｎｍの赤外光を射出するＬＥＤ（Light Emitting Diode）７２と、コリメータレンズ７３と、ダイクロイックミラー７４とを備えている。
ダイクロイックミラー７４は、クロスダイクロイックプリズム２０から射出された光（可視光）を透過させ、ＬＥＤ７２から射出された光（非可視光）を反射させるものである。このダイクロイックミラー７４は、クロスダイクロイックプリズム２０とＭＥＭＳミラー３０との間の光路上に、クロスダイクロイックプリズム２０から射出されたレーザ光の中心軸Ｏに対して４５°傾斜して配置されている。そして、ＬＥＤ７２から射出された赤外光の中心軸ＯＨは、中心軸Ｏに対して直交しており、ＬＥＤ７２から射出された赤外光は、ダイクロイックミラー７４に対して４５°の角度で入射する。これにより、ＬＥＤ７２から射出されコリメータレンズ７３によって平行光に変換された赤外光は、ダイクロイックミラー７４に入射し、クロスダイクロイックプリズム２０から射出されたレーザ光の中心軸Ｏ上に反射される。
また、ＭＥＭＳミラー３０の共振周波数を調整するための加熱は、第３実施形態と同様である。

以上より、本実施形態に係る走査型画像表示システム７０では、補助光源装置７１が赤外光を射出するため、第２実施形態の走査型画像表示システム５０と同様に待機期間に限らず、実垂直帰線期間や実描画時間に高速スキャナ３１を加熱することができる。さらに、本実施形態の走査型画像表示システム７０では、補助光源装置７１が赤外光を射出するため、ＭＥＭＳミラー３０に補助光源装置７１から射出された光が入射しても、スクリーン４０に表示させる画像に影響を及ぼすことがない。したがって、鮮明な画像をスクリーン４０に表示することができる。

なお、クロスダイクロイックプリズム２０から射出されたレーザ光の光路と、補助光源装置７１から射出された光の光路とを同軸となるようにしたが、それぞれの光を別々にＭＥＭＳミラー３０に入射させても良い。また、赤外光を射出する光源としてＬＥＤ７２を用いたがこれに限らず、赤外レーザ光を射出する光源であっても良い。
また、非可視光として赤外光を射出する補助光源装置７１を用いたが、これに限るものではなく、例えば紫外光を射出する補助光源装置を用いても良い。

［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７を参照して説明する。
本実施形態に係る走査型画像表示装置８０は、図７に示すように、走査型画像表示装置２と同様に、光源１０と、クロスダイクロイックプリズム２０と、ＭＥＭＳミラー３０とを備えており、ＭＥＭＳミラー３０に入射したレーザ光をスクリーン４０に向かって走査することにより画像が表示される装置である。
走査型画像表示装置８０でも、上述した走査型画像表示システム１と同様に、描画時間が所定の時間より短く、高速スキャナ３１の蓄熱量が少ない場合、待機期間にＭＥＭＳミラー３０を加熱する。

本実施形態に係る走査型画像表示装置８０では、ＭＥＭＳミラー３０を加熱することにより、高速スキャナ３１の共振周波数を所定の共振周波数より小さくすることができる。これにより、フリッカの発生を抑えることができるため、鮮明な画像を被投射面に投射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、色光合成手段として、クロスダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、走査手段としてＭＥＭＳミラーを用いたが、これに限らず、共振型のガルバノミラーを用いても良い。
また、描画時間に応じて、高速スキャナを加熱する時間を決めたが、これに限らず、ＭＥＭＳミラーに温度センサを設けて、この温度に基づいて、ＭＥＭＳミラーの加熱時間を決めても良い。
また、高速スキャナの共振周波数を制御するために、待機期間に光源から射出されるレーザ光の時間を調整したが、各ＭＥＭＳミラーに入射させるレーザ光の出力強度を調整し、すべてのＭＥＭＳミラーにおいて同じ時間、光を照射させても良い。
また、低速スキャナ（第２走査手段）と高速スキャナ（第１走査手段）とを有するＭＥＭＳミラーを用いたが、低速スキャナと、高速スキャナとが別々に設けられていても良い。この構成の場合も、低速スキャナの待機期間に、高速スキャナに光源から光を射出させ加熱することにより、同様な効果を得ることが可能となる。また、低速スキャナと、高速スキャナとを別々に設けた場合、高速スキャナのみが共振型の走査手段であれば良い。

本発明の第１実施形態に係る走査型画像表示システムを示す斜視図である。 図１の走査型画像表示システムに用いられるＭＥＭＳミラーを示す平面図である。 図２のＭＥＭＳミラーの偏角を示す図である。 走査型画像表示システムに用いられるセンシングを示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る走査型画像表示システムを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る走査型画像表示システムを示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る走査型画像表示装置を示す斜視図である。

符号の説明

１，５０，７０…走査型画像表示システム、１０…光源、３１…高速スキャナ（ミラー部、第１走査手段）、３３…低速スキャナ（第１基板、第２走査手段）、６０，７１…補助光源装置（他の光源）、８０…走査型画像表示装置

Claims (14)

1. レーザ光を射出する光源と、被投射面に向かって前記光源から射出されたレーザ光を第１方向に走査する第１走査手段及び前記第１方向と略垂直な方向の第２方向にレーザ光を走査する第２走査手段を有する走査手段と、を備える走査型画像表示装置を複数備えた走査型画像表示システムにおいて、
   前記第１走査手段は、前記第２走査手段に比べて走査速度が速く、かつ、共振型の走査手段であり、
   前記第２走査手段の画像描画期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により複数の前記第１走査手段を加熱し、複数の前記第１走査手段の共振周波数を制御することを特徴とする走査型画像表示システム。
2. 前記光源から射出されたレーザ光により、複数の前記第１走査手段を加熱することを特徴とする請求項１に記載の走査型画像表示システム。
3. 前記走査手段により前記被投射面に向かって走査されるレーザ光の描画時間に応じて、光により前記第１走査手段を加熱する加熱量を決めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の走査型画像表示システム。
4. 前記帰線期間の少なくとも一部の期間を用いて、複数の前記第１走査手段を加熱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項に記載の走査型画像表示システム。
5. 前記第１走査手段に最大輝度のレーザ光が照射されたときの共振周波数は、１フレームの描画に必要な駆動周波数より大きいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
6. １フレームの時間に対する実描画時間の割合が所定値以上となるように、複数の前記第１走査手段を加熱することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
7. １フレームの時間に対する実描画時間の割合が７５％以上であることを特徴とする請求項６に記載の走査型画像表示システム。
8. 前記第２走査手段により、前記被投射面に走査されるレーザ光の開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
9. 前記複数の走査型画像表示装置間での前記第１方向のレーザ光の走査を同期させるための第１方向同期信号を受けた後、前記第１走査手段に入射したレーザ光が、前記被投射面外に走査されるように、前記第２走査手段により、前記光源から射出されたレーザ光の走査位置を制御することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
10. 前記光源とは別の他の光源を備え、
    前記光源及び前記他の光源のうち少なくとも前記他の光源から射出された光により複数の前記第１走査手段を加熱することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
11. 前記他の光源から射出される光は、前記第１走査手段の前記光源から射出された光が入射する面と反対の面に入射されることを特徴とする請求項１０に記載の走査型画像表示システム。
12. 前記他の光源から射出される光が非可視光であることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の走査型画像表示システム。
13. 前記第１走査手段が、ＭＥＭＳミラーであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の走査型画像表示システム。
14. レーザ光を射出する光源と、被投射面に向かって前記光源から射出されたレーザ光を第１方向に走査する第１走査手段及び前記第１方向と略垂直な方向の他方向にレーザ光を走査する第２走査手段を有する走査手段とを備える走査型画像表示装置において、
    前記第１走査手段は、前記第２走査手段に比べて走査速度が速く、かつ、共振型の走査手段であり、
    前記第２走査手段の画像描画期間及び帰線期間のうち少なくとも一部の期間で、光により前記第１走査手段を加熱し、前記第１走査手段の共振周波数を制御することを特徴とする走査型画像表示装置。

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