JP2016219936A - 走査型投影表示装置、及び走査型投影表示装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で光源の利用効率が高く高解像度かつ広い範囲の色再現域を備えるものとする。
【解決手段】空間時間的な変調光を出力する空間光変調素子５と、変調光を色ごとに異なる方向に射出する平面反射型回折格子７と、射出された光を集光する照明光学系４と、空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した画像の１次元像を出射するスリット部材９と、スリット部材からの出射光を走査して２次元像を生成する走査鏡１１と、走査画像を投影面に投影する投影光学系結像レンズ１２と、画像信号を補正し、空間光変調素子５からの光のスペクトル分布を予め定めた基準スペクトル分布と合致させる補正信号を生成する補正信号生成部２６と、画像信号と補正信号に基づいて空間光変調素子５駆動用の変調信号を生成する変調信号生成部２１と、走査鏡の走査信号を生成する走査信号生成部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はスペクトル再現性に優れたハイパースペクトル画像を投影する走査型投影表示装置、及び走査型投影表示装置の制御方法に関する。

ハイパースペクトル画像、即ち多数の周波数帯域の波長チャンネル（例えば３０チャンネル以上）の画像を合成して、広い色領域での画像を表示する技術がある。従来ハイパースペクトル画像を表示するための走査型投影表示装置として以下のものが提案されている。特許文献１及び特許文献２には、線状の白色光源あるいは２次光源を分光素子で分光して空間変調素子上に結像させて空間変調した後、分光素子を使用して当該空間変調した光を再合成してスリット状の像を作成するものが記載されている。

また、特許文献３には、白色光源あるいは２次光源を分光素子で分光して、更にガルバノミラーでスキャンした光束で２次元空間変調子を照明して、２次元ハイパースペクトル像を得るものが記載されている。

更に、非特許文献１は、米国ＮＩＳＴ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のものであり、分光分布が自由に制御可能な光源であるいわゆるプログラマブル光源を照明光源として順次波長を変更し、その照明光にて２次元変調素子を照明して、それを投影するものが記載されている。これは、単板式のＤＭＤプロジェクターのカラーホイールをプログラマブル光源に置き換えたものである。

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載のものは、分光素子を２回使用するため、効率が低下するという問題がある。また、再合成して同一位置に像を作成するために光学系が複雑で高精度での製造、組み立てが必要となる。

また、特許文献３に記載のものは、分光素子が１つで透過率的には有利であるが、画像全体を全波長領域でスキャンする場合は１次元のハイパースペクトル像をスキャンするのと比較して２倍以上時間がかかり、時間平均の輝度は半分以下になる。

そして、非特許文献１に記載のものは、２次元変調素子が２枚同期させる必要があり以下の問題がある。スイッチング回数はフレームレート×波長数×階調作成フレーム数なので、波長数が多いハイパースペクトルディスプレーでは、実用的な２次元変調素子は現状ＤＭＤしか使用できない。通常のＤＭＤプロジェクターでは１原色の階調はＤＭＤ（登録商標：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）のオン状態の時間で決まる。しかし、波長チャンネル数が１桁多いハイパースペクトルディスプレーではＤＭＤでもスイッチ速度は足りなくなる。

このため、非特許文献１に記載のものは、１原色につき順次光量を１／２ずつ減少させて、画像作成用のＤＭＤと同期をしている。これにより、階調表現のためのスイッチング回数は減少する。例えば、１０２４階調表現するのには通常の方法では１０２４回スイッチングするのに対して、１０回に減少する。しかし、この結果最大光量は減少する。例えば、１０２４階調では約１／４になる。照明用と画像作成用のＤＭＤの同期精度もスイッチング時間に対して十分に高い必要がある。また、ＤＭＤを２回むらなく照明するためには光量が無駄になる。

スリット像を走査して２次元ハイパースペクトル像を作成するためには高速な空間変調子であるＤＭＤを使用するのが望ましい。この素子はミラーが±１０度あるいは±１２度の状態をつくることでスイッチングしている。また、ミラーの回転軸は通常はＤＭＤの水平あるいは垂直から４５度ずれている。プロジェクターで使用する場合は、アジマスで４５度方向、エレベーションで７０度あるいは６６度方向から照明光を入射させて、垂直方向に結像光学系を配置する。しかし、この方向から入射させて、ＤＭＤ上にＸ方向あるいはＹ方向に分光したスペクトル像をつくるのは困難であり、結像光学系で再合成するのは更に難しく、解像力の高い光学系は困難である。

以上のように、ハイパースペクトル画像作成では各原色単色の波長半値幅が狭いので、利用できる光量は三原色カラー画像作成装置と比較すると原理的に少なくなる。実用的な大きさの像で十分な輝度の画像を得るためには、従来の方法では効率が低い。

このような課題を解決する走査型投影表示装置として、特許出願人は、白色光源を備える光源と、白色光が入射され、表示すべき画像を基づく画像データに基づいて入射された白色光を空間的及び時間的に変調した変調光を出力する空間光変調素子と、変調光を波長ごとに異なる方向に射出する平面反射型回折格子と、平面反射型回折格子からの光を集光する照明光学系と、照明光学系の平面反射型回折格子に対する共役な位置に配置され、空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した画像の１次元像を出射するスリット部材と、空間光変調素子の変調に同期して動作し、スリットからの出射光を走査して、２次元像をなす走査画像を生成する走査鏡と、走査素子からの走査画像を投影面に投影する投影光学系結像レンズと、入力された画像データに基づいて、前記空間光変調素子を駆動する変調信号及び前記走査素子を駆動する走査信号を生成し、前記変調信号及び前記走査信号を前記空間光変調素子及び前記走査素子に前記画像信号に基づいて２次元像が出力されるべく同期出力する投影制御部と、を備えるものを提案している（特許文献４参照）。

特開２０１１−９００６１号公報 特開２０１１−９０２６１号公報 特開２０１２−１２３０６１号公報 特開２０１５−５５８１９号公報

ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ Ｖｏｌ．６２９７ ６２９７０１

上述した特許文献４に記載の走査型投影表示光学装置は、簡単な光学系で、高解像力で光源の利用効率が高いものとできるものの、白色光源のスペクトルの強度分布を考慮していない。このため、正確なスペクトル再現性、即ち色再現性については保証されない。即ち、スペクトル再現性は白色光源の特性に依存しており、白色光源のスペクトルが変われば、表示される像のスペクトルが変化し、このため色も変化する。このため、正確な色再現やスペクトル再現性が求められる例えば色見本の表示や、さまざまな光源で照明された物品の表示を正確に行うことができないという問題がある。

そこで、本発明は、簡単な光学系で、高解像力で光源の利用効率が高く、更に広い範囲における正確なスペクトル再現性を備える走査型投影表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、光源からの光が入射され、投射されるべき画像に基づく画像信号から生成された変調信号により前記光を空間的及び時間的に変調して変調光を出力する空間光変調素子と、前記変調光を波長ごとに異なる方向に射出する分光素子と、前記分光素子からの光を集光する照明光学系と、前記照明光学系の前記分光素子に対する共役な位置に配置され、前記空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した前記画像の１次元像を出射するスリット部材と、前記空間光変調素子の変調に同期して動作し、前記スリット部材からの出射光を走査して、２次元像をなす走査画像を生成する走査素子と、前記走査素子からの前記走査画像を投影面に投影する投影光学素子と、前記画像信号を補正し、前記空間光変調素子からの光のスペクトル分布の少なくとも一部が、予め定めた基準スペクトル分布と合致させる補正信号を生成する補正信号生成手段と前記画像信号及び前記補正信号に基づいて前記空間光変調素子を駆動する変調信号を作成する変調信号生成手段と、前記変調信号に同期して前記走査素子を駆動する走査信号を生成する走査信号生成手段と、を備え、前記画像信号に基づいて、前記予め定めた基準スペクトル分布に基づいた２次元像を投影することを特徴とする走査型投影表示装置である。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の走査型投影表示装置において、前記補正信号生成手段は、予め定めた基準スペクトルにおける各周波数帯域における補正目標値が一定値「ｂ」であり、前記空間光変調素子による前記光源からの光の前記変調光の複数設定した各波長分布領域における測定値「ｃｉ」（ｉ＝１〜ｎ：ｎは正の整数）、としたときの、値「ｂ／ｃｉ」に基づいて前記補正信号を作成することを特徴とする。

同じく請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の走査型投影表示装置において、前記空間光変調素子は多数のマイクロミラーを備えて前記マイクロミラーの方向を変更して光変調を行う反射型素子であることを特徴とする。

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走査型投影表示装置において前記走査素子は、平面反射型回折格子であり、下段に集光光学素子を備えることを特徴とする。

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の走査型投影表示装置において、前記走査素子は、凹面反射型回折格子であることを特徴とする。

同じく請求項６に記載の発明は、光源からの光が入射され、投射されるべき画像に基づく画像信号から生成された変調信号により前記光を空間的及び時間的に変調して変調光を出力する空間光変調素子と、前記変調光を波長ごとに異なる方向に射出する分光素子と、前記分光素子からの光を集光する照明光学系と、前記照明光学系の前記分光素子に対する共役な位置に配置され、前記空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した前記画像の１次元像を出射するスリット部材と、前記空間光変調素子の変調に同期して動作し、前記スリット部材からの出射光を走査して、２次元像をなす走査画像を生成する走査素子と、前記走査素子からの前記走査画像を投影面に投影する投影光学素子と、を備える走査型投影表示装置の制御方法において、前記画像信号を補正し、前記空間光変調素子からの光のスペクトル分布の少なくとも一部が、予め定めた基準スペクトル分布と合致させる補正信号を生成するステップと前記画像信号及び前記補正信号に基づいて前記空間光変調素子を駆動する変調信号を作成するステップと、前記変調信号に同期して前記走査素子を駆動する走査信号を生成するステップと、を備え、前記画像信号に基づいて、前記予め定めた基準スペクトル分布に基づいた２次元像を投影することを特徴とする走査型投影表示装置の制御方法である。

本発明に係る走査型投影表示装置によれば、簡単な構造で、高解像力で光源の利用効率が高く、広い範囲において正確なスペクトル再現性を備えるものとできる。

本発明の実施形態１に係る走査型投影表示装置を示す図である。 同走査型投影表示装置の制御系を示すブロック図である。 同走査型投影表示装置の制御を示すフローチャートである。 同走査型投影表示装置の空間光変調素子の全反射放射輝度と補正目標値を示すグラフである。 同走査型投影表示装置の空間光変調素子の全反射放射輝度と補正後の放射輝度を示すグラフである。 同走査型投影表示装置の補正後の放射輝度の状態を示すグラフである。 同走査型投影表示装置の補正後の放射輝度のリニアリティーを示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る走査型投影表示光学系を示す光路図である。

＜実施形態１＞
本発明を実施するための形態に係る走査型投影表示装置及び走査型投影表示装置の制御方法について説明する。図１は本発明の実施形態１に係る走査型投影表示装置を示す図である。本実施形態に係る走査型投影表示装置４０は、例えば３２の波長チャンネル（スペクトル領域）のカラー画像を重ね合わせてハイパースペクトル投影画像を生成する。この波長チャンネルは、波長４１０ｎｍ〜７２０ｎｍの範囲を１０ｎｍの幅で区切って一波長チャンネルとしたものである。この波長チャンネルの設定は必要に応じて変更できる。また、走査型投影表示装置４０は、光学系４０Ａと、この光学系４０Ａの駆動を制御する制御系４０Ｂとを備える。制御系４０Ｂは本発明に係る走査型投影表示装置の制御方法を実行して光学系４０Ａの制御を行ない、正確なスペクトル再現性をもってハイパースペクトル投影画像を生成する。

先ず、実施形態に係る走査型投影表示装置４０の光学系４０Ａについて説明する。本発明の実施形態１に係る走査型投影表示装置の光学系４０Ａは、光源である白色光源１と、楕円鏡２と、ライトパイプ３と、照明光学系４と、反射型の空間光変調素子５と、を備える。また、光学系は、分光光学系コリメータレンズ６と、分光素子である平面反射型回折格子７と、下段に配置された集光光学素子である分光光学系結像レンズ８と、スリット部材９と、投影光学系コリメータレンズ１０と、走査素子である走査鏡１１と、走査鏡１１で形成した走査画像を投影する投影光学系結像レンズ１２と、を備える。なお、図１中符号１３は投影面であるスクリーンを示している。

白色光源１は例えばキセノンランプであり、楕円鏡２の一方の焦点に配置される。ライトパイプ３は入射端が楕円鏡２の他方の焦点に配置され、白色光源１からの光がライトパイプ３の入射端に高い効率で入射する。ライトパイプ３が適切に設計されていると、ミキシング効果で射出端では光が均一となる。ライトパイプ３の射出端と、空間光変調素子５とは、照明光学系４の共役な位置に配置される。これにより、空間光変調素子５上を均一にむらなく照明できる。照明光学系４は正のパワーをもつレンズで構成され、ライトパイプ３からの光を集光する。

空間光変調素子５は、表示すべき画像を基づく画像信号から生成された変調信号に基づいて入射された前記白色光を空間的及び時間的に変調した変調光を出力する。空間光変調素子５としては、ＤＭＤ（登録商標：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用することができる。ＤＭＤは、多数の微小鏡面（マイクロミラー）を平面に配列し、各マイクロミラーの角度状態を独立して制御して、空間光変調を行う反射型素子である。各マイクロミラーは、傾かない状態から、±１０度あるいは±１２度に角度が変更できる。マイクロミラーが１２度傾けられるタイプである場合に、照明光学系４を空間光変調素子５の法線から２４度の方向から入射させる。これにより、オンの状態では法線方向に反射して、オフの状態では法線から４８度の方向に反射する。

空間光変調素子５は、投影する画像の１画素が例えば「８×３」を１単位とするマイクロミラーに対応する。１画素分のマイクロミラーがオン状態になる数を制御することにより表示画素の階調を制御する。空間光変調素子５には、１画素分の階調を表示するマイクロミラーの単位の必要に応じた数だけ配置される。ここで、空間光変調素子５の図１における紙面横方向に沿う位置に配列されたマイクロミラーの単位列が３０の原色の１つの色に対応する。従って、紙面に垂直な方向の単位数は投影画像の横画素数に対応する。なお、縦画素数は、入力される変調データの時間変調周波数と、走査鏡１１の走査周波数で定まる。

分光光学系コリメータレンズ６は、空間光変調素子５から出たオンの光束を平行光束に変換して、平面反射型回折格子７に照射する。平面反射型回折格子７は、図１中紙面に垂直な方向に沿った格子が多数形成されている。このため、入射した変調光は波長に応じて図１中紙面に沿って異なる角度に射出される。平面反射型回折格子７で回折した回折光は分光光学系結像レンズ８でスリット部材９に結像する。スリット部材９は、図１中紙面に垂直なスリット溝を備え、分光光学系結像レンズ８における平面反射型回折格子７の共役位置に配置される。これにより、スリット部材９には、空間光変調素子５の異なる全ての位置からの回折光、即ち空間光変調素子５の異なる位置から異なる波長チャンネルの光が入射する。スリット部材９に入射する光の波長は空間光変調素子５の位置で異なる。スリット部材９の隙間幅は、平面反射型回折格子７からの可視スペクトル幅を３２の波長領域に分けて出射する寸法とすることが望ましい。

実施形態に係る走査型投影表示光学系の各光学素子の仕様例は下記の通りである。
白色光源１の波長領域：４１０ｎｍ〜７３０ｎｍ
空間光変調素子５のマイクロミラーの数：１０２４×７６８（ＳＸＧＡ）
平面反射型回折格子７の格子定数：３００Ｌ／ｍｍ 、大きさ□５０
スリット部材９の開口数、長さ：０．１１mm×１１ｍｍ
走査鏡１１のふり角：±２度、速度：６０Ｈｚ

光学系４０Ａをこのように構成することにより、波長領域に対応する位置の空間光変調素子５のマイクロミラー単位をオン位置にすれば、所望の波長領域についての回折光がスリット部材９に入射でき、スリット部材９上に１次元のハイパースペクトル像を作成できる。平面反射型回折格子７は、１次回折光をスリット部材９に向け射出するように格子定数が定められる。

投影光学素子である投影光学系コリメータレンズ１０は、スリット部材９からの出射光を平行光に変換する正のパワーをもつレンズとして構成される。走査鏡１１は、例えばガルバノミラーで構成され、空間光変調素子の変調に同期した走査信号により走査動作する。これにより、１次元のハイパースペクトル像を走査して走査画像、即ち２次元像を形成する。投影光学系結像レンズ１２はこの２次元像をスクリーン１３に投影し、スクリーン１３上には２次元のハイパースペクトル像が投影される。

次に実施形態１に係る走査型投影表示装置の制御系４０Ｂについて説明する。図２は本発明の実施形態１に係る走査型投影表示装置の制御系を示すブロック図である。走査型投影表示装置４０の制御系４０Ｂは、制御部２０と、変調駆動部２３と、走査駆動部２４とを備える。また、制御部２０は、変調信号生成手段である変調信号生成部２１と、走査信号生成手段である走査信号生成部２２と、補正信号格納部２５とを備える。制御部２０には補正信号生成手段である補正信号生成部２６が接続されている。制御部２０には外部から表示すべき画像に基づいて生成された画像情報が入力され、また、補正信号生成部２６から前記画像信号を補正する補正信号が入力されている。

画像信号は、ハイパースペクトルカメラで取得した画像信号や人工的に作成した画像信号から作成される。また、補正信号は予め求められた白色光源１からの光の空間光変調素子５による全反射光のスペクトル分布である複数の周波数帯域の輝度ｃ［i］（ｉ＝０〜ｎ：ｎは正の整数、本実施形態ではｎ＝３１）と、基準となるスペクトル分布である補正目標値ｂに基づいて前記空間変調素子の変調信号を補正するものである。

変調信号は、変調駆動部２３に出力され、走査信号は走査駆動部２４に出力される。変調駆動部２３は、変調信号に基づいて空間光変調素子５を駆動し、走査駆動部２４は走査信号に基づいて走査鏡１１を駆動する。

変調信号生成部２１は、投射すべき画像の画像信号及び補正信号に基づいて、空間光変調素子５に入力する変調信号を生成する。変調信号及び走査信号は、走査信号生成部２２で同期が取られて変調駆動部２３及び走査駆動部２４に同期出力される。入力される画像信号は、例えば、画素数１２０×９６のものである。また、投影される画像のサイズは、５０ｍｍ×４０ｍｍ、３２波長チャンネル、５１２階調、６０ＦＰＳである。

このとき、補正信号は、予め定めた基準スペクトルにおける各波長チャンネル（各周波数帯域）における補正目標値が一定値である「ｂ」と前記空間光変調素子による前記光源からの光の前記変調光の複数設定した各波長分布領域における測定値「ｃｉ」、としたときの、値「ｂ／ｃｉ」を補正係数ａ［ｉ］（ｉ＝０〜３１）とする。本例では、波長チャンネルを３２としたため、ｉは０から３１としている。各波長チャンネルにおいて補正目標値「ｂ」が一定値である光、即ち、基準スペクトル分布を有する仮想的な白色光（図４参照）を補正目標としている。作成された補正信号は補正信号格納部２５に格納される。この例では、補正目標値「ｂ」を各波長チャンネルで一定としたが、各波長チャンネルにおいて任意に設定し補正目標値をｂ［ｉ］（ｉ＝０〜３１）に設定し、各波長チャンネルにおける補正係数ａ［ｉ］を定めることができる。この場合、さまざまな条件（光源、色温度）における白色光を基準として補正係数ａ［ｉ］を定めることができる。

変調信号生成部２１は、画像信号ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］を読み込み、補正を反映するため、補正後の画像信号Ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］として、ａ［ｉ］＊ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］を出力する。

このような制御部２０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるマイクロコンピュータで構成される。マイクロコンピュータは、ＣＰＵで画像処理プログラム、制御プログラムを実行することにより、各処理部を実現する。

次に実施形態に係る走査型投影表示装置の制御手順について説明する。図３は同走査型投影表示装置の制御を示すフローチャートである。走査型投影表示装置４０で投影を行う前に、補正信号生成部２６は、空間光変調素子５で白色光源１からの光を全反射したときの輝度データを取得する（ステップＳＡ１）。この輝度データは、４１０ｎｍ〜７２０ｎｍの間を１０ｎｍ単位で区切り各波長チャンネルとし、中心波長±５ｎｍの範囲で輝度の平均値を算出したものである。これを輝度ｃ［ｉ］（ｉ＝０〜３１）とする（ステップＳＡ２）

そして、制御部２０、補正を行うか否かの指定（ステップＳ１）に従った処理を実行する。即ち、補正を行う場合には（ステップＳ１のＹｅｓ）には、補正目標値「ｂ」を設定する。図４は同走査型投影表示装置の空間光変調素子の全反射放射輝度と補正目標値を示すグラフである。空間光変調素子５の全反射における各波長チャンネルの輝度は、図４に示すように波長により異なる値を取る。なお、本図において、輝度の強度分布は、光源スペクトルと装置の分光透過率の積である。この状態で補正目標値「ｂ」を定める。この補正目標値「ｂ」の値は上述のように任意に設定できる。本例では補正目標値「ｂ」は、輝度が補正目標値「ｂ」を越える場合には、輝度が下がる方向に補正を行う。これにより、波長による輝度の分布がなるべく補正目標値「ｂ」に合致するようにし、波打たないようにする。図４に示した例では、約４５０ｎｍ以下及び約６９０ｎｍ以上では、輝度が補正目標値「ｂ」に足りない。このため、全ての帯域において補正を行うことができないが、帯域の一部、即ち、４５０ｎｍ〜６９０ｎｍに対して補正ができる。

更に、補正信号生成部２６は、補正係数ａ［ｉ］（ｉは０〜３１）を求める（ステップＳ３）。補正係数ａ［ｉ］は、ｂ／ｃ［ｉ］により求める。ｉ＝０からｉ＝３１までのこのａ［ｉ］が補正信号となる。補正信号は補正信号格納部２５に格納される

次に変調信号生成部２１は、補正信号格納部２５から画像信号ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］を読み込む（ステップＳ４）。そして、変調信号生成部２１は、補正を反映するため、補正後の画像信号Ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］として、ａ［ｉ］＊ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］を演算する。

そしてこの補正後の画像信号Ｐ［Ｘ］［Ｙ］［ｉ］を空間光変調素子５の駆動用のデータに変換して出力する（ステップＳ７）。
補正を行わない場合（ステップＳ１のＯＦＦ）の場合には、ａ［ｉ］＝１とし（ステップＳ８）、ステップＳ４〜ステップＳ６の処理を行う。

このような処理の具体例について説明する。図５は同走査型投影表示装置の空間光変調素子の全反射放射輝度と補正後の放射輝度とを示すグラフである。本図は、補正目標値「ｂ」として、１２００ｂ、１５００ｂ、２０００ｂ、２５００ｂを設定した場合を示している。

本例では、２０００ｂを、輝度が全ての空間変調素子を補正しない状態（All On）の半分になることを目安として設定した。そして、その５０％を目安に１０００ｂを設定し、同じく７５％を目安に１５００ｂを設定している。補正目標値ｂが大きいほど出力値が大きくなるが、補正前に輝度が小さい部分（波長が短い部分、及び波長が長い部分）が減衰している。例えば補正目標値を２５００ｂとしたときには、４５０ｎｍから６８０ｎｍまでが略０．０００６［Ｗ／ｓｒ／ｍ^２］に等しい輝度となり、４５０ｎｍ以下及び６８０ｎｍ以上の輝度が低下している。一方、補正目標値を１２００ｂとしたときには、４２０ｎｍから７２０ｎｍまでが略０．０００３［Ｗ／ｓｒ／ｍ２］に等しい輝度となり、４２０ｎｍ以下及び７２０ｎｍ以上の輝度が低下している。このように、等しい輝度となる範囲を広げると輝度が低下する、即ち等しい輝度となる周波数の幅と、輝度の大きさとが相反する関係となる。両者の兼ね合いで補正目標値を定めることが必要となる。

次にこのような補正を行った走査型投影表示装置４０において、波長に対する輝度の直線性（リニアリティー）を測定した結果について説明する。図６は同走査型投影表示装置の補正後の放射輝度の状態を示すグラフ、図７は同走査型投影表示装置の補正後の放射輝度のリニアリティーを示すグラフである。

図６は、補正目標値１５５０で測定した場合であり、２５６階調における入力値「２５」〜「２２５」における２５刻みでの各波長チャンネルでの出力（輝度）を示している。各明るさにおいて、波長４２０ｎｍ〜７３０ｎｍの間で略等しい輝度であることが分かる。

図７は、出力設定値（入力値：横軸）に対する実際の出力（縦軸）の関係を示している。（ａ）は波長４１０ｎｍ〜５００ｎｍ、（ｂ）は波長５１０ｎｍ〜６００ｎｍ、（ｃ）は波長６１０〜７２０ｎｍでの結果を示している。また、測定は１０ｎｍの波長チャンネルごとに行っている。各図において、各波長帯域で出力設定値と実際の出力とが一致した線形の特性を有することが分かる。なお、各図において各波長バンドの結果が一致して一本の直線のように見えている。

以上のように、実施形態１に係る走査型投影表示装置４０によれば、簡単な光学系で、高解像力で光源の利用効率が高く、更に広い範囲における正確なスペクトル再現性を備える走査型投影表示装置を提供することができる。これにより、色見本を正しく表示できる。また、補正係数ａ［ｉ］の周波数に対応する分布を直線的ではなく所定の分布を有するものに設定すれば、任意の周波数分布を有する光源に対応した表示を行うことができる。

また、実施形態１に係る走査型投影表示装置４０によれば、簡単な構成でハイパースペクトル像を投影できる。また、実施形態に係る走査型投影表示装置では、分光光学系として、１つの回折格子を備え、スリットを設けて、各波長領域の１次元像を重ね合わせているので、素子の配置ずれによる像のずれは生じない。また、空間光変調素子５として、ＤＭＤを使用しているので、共軸光学系として構成でき、設計、製造、組み立てが簡易な構造となる。これらにより、高解像な１次元像を作成できる。実施形態１に係る走査型投影表示装置は、光学変調素子を１つしか使用しないので、光の利用効率が高く、また複数の光学変調素子を使用する場合と比して同期精度を高くする必要がなく、容易に実現できる。

更に、上記実施形態では、補正係数ａ［ｉ］の設定を任意のタイミングで行うことができる。例えば、走査型投影表示装置４０の設置時、走査型投影表示装置４０の始動時、白色光源１の交換時等である。 更に、上記補正係数ａ［ｉ］は、制御部２０の外部に設置した補正信号生成部２６から入力したが、制御部２０に内蔵することができる。

＜実施形態２＞
次に本発明の実施形態２に係る走査型投影表示装置について説明する。図８は本発明の実施形態２に係る走査型投影表示光学系を示す光路図である。実施形態２に係る走査型投影表示光学系は、分光光学系コリメータレンズ６、平面反射型回折格子７、分光光学系結像レンズ８に替え、凹面反射型回折格子７Ａを備える。他の構成は実施形態１に係る走査型投影表示装置と同一である。実施形態２に係る走査型投影表示光学系によれば、より簡単な構成で実施形態１に係る走査型投影表示装置と同様の効果を有する。

なお、実施形態１及び実施形態２において、白色光源としては、輝度が高く分光分布がフラットな光源であれば、キセノンランプの他にメタルハライドランプを使用することができる。また、必要な波長範囲や輝度とダイナミックレンジが満たせれば白色発光ダイオード（ＬＥＤ）やハロゲンランプや超高圧水銀灯を使用することもできる。

また、空間光変調素子５を均一に照明するために使用するライトパイプに替え、フライアイや、ケーラー照明などを使用できる。光量に余裕があれば拡散板を使用してもよい。更に、空間光変調素子としては、ＤＭＤに替え、透過型液晶や反射型液晶を使用できる。更に分光素子としては、透過型の回折格子やプリズム、回折格子とプリズムを組み合せた「グリズム」などを使用できる。各実施形態に係る走査型投影表示装置では、ポリクロメータやマルチチャンネル分光器の光学系を逆に使用することができる。

更に、スクリーン１３に替え、スクリーン１３の位置を焦点とする接眼レンズを配置すれば、肉眼でハイパースペクトル画像を観察できる。この場合、白色光源の輝度が低くても観察が可能となる。

１：白色光源（光源）
２：楕円鏡
３：ライトパイプ
４：照明光学系
５：空間光変調素子
６：分光光学系コリメータレンズ
７：回折格子（分光素子）
７Ａ：凹面反射型回折格子
８：分光光学系結像レンズ
９：スリット部材
１０：投影光学系コリメータレンズ
１１：走査鏡（走査素子）
１２：投影光学系結像レンズ（投影光学素子）
１３：スクリーン（投影面）
２０：投影制御部
２１：画像処理部
２２：同期制御部
２３：変調駆動部
２４：走査駆動部
２５：補正信号格納部
２６：補正信号生成部

Claims (6)

1. 光源からの光が入射され、投射されるべき画像に基づく画像信号から生成された変調信号により前記光を空間的及び時間的に変調して変調光を出力する空間光変調素子と、
   前記変調光を波長ごとに異なる方向に射出する分光素子と、
   前記分光素子からの光を集光する照明光学系と、
   前記照明光学系の前記分光素子に対する共役な位置に配置され、前記空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した前記画像の１次元像を出射するスリット部材と、
   前記空間光変調素子の変調に同期して動作し、前記スリット部材からの出射光を走査して、２次元像をなす走査画像を生成する走査素子と、
   前記走査素子からの前記走査画像を投影面に投影する投影光学素子と、
   前記画像信号を補正し、前記空間光変調素子からの光のスペクトル分布の少なくとも一部を予め定めた基準スペクトル分布に合致させる補正信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記画像信号及び前記補正信号に基づいて前記空間光変調素子を駆動する変調信号を作成する変調信号生成手段と、
   前記変調信号に同期して前記走査素子を駆動する走査信号を生成する走査信号生成手段と、
   を備え、
   前記画像信号に基づいて、前記予め定めた基準スペクトル分布に基づいた２次元像を投影することを特徴とする走査型投影表示装置。
2. 前記補正信号生成手段は、
   予め定めた基準スペクトルにおける各周波数帯域における補正目標値が一定値「ｂ」であり、前記空間光変調素子による前記光源からの光の前記変調光の複数設定した各波長分布領域における測定値「ｃｉ」（ｉ＝１〜ｎ：ｎは正の整数）、
   としたときの、値「ｂ／ｃｉ」に基づいて前記補正信号を作成することを特徴とする請求項１に記載の走査型投影表示装置。
3. 前記空間光変調素子は多数のマイクロミラーを備えて前記マイクロミラーの方向を変更して光変調を行う反射型素子であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の走査型投影表示装置。
4. 前記走査素子は、平面反射型回折格子であり、下段に集光光学素子を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の走査型投影表示装置。
5. 前記走査素子は、凹面反射型回折格子であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の走査型投影表示装置。
6. 光源からの光が入射され、投射されるべき画像に基づく画像信号から生成された変調信号により前記光を空間的及び時間的に変調して変調光を出力する空間光変調素子と、
   前記変調光を波長ごとに異なる方向に射出する分光素子と、
   前記分光素子からの光を集光する照明光学系と、
   前記照明光学系の前記分光素子に対する共役な位置に配置され、前記空間光変調素子の異なる位置で分光された異なる波長領域の光が重ね合わされて入射した前記画像の１次元像を出射するスリット部材と、
   前記空間光変調素子の変調に同期して動作し、前記スリット部材からの出射光を走査して、２次元像をなす走査画像を生成する走査素子と、
   前記走査素子からの前記走査画像を投影面に投影する投影光学素子と、
   を備える走査型投影表示装置の制御方法において、
   前記画像信号を補正し、前記空間光変調素子からの光のスペクトル分布の少なくとも一部が、予め定めた基準スペクトル分布と合致させる補正信号を生成するステップと
   前記画像信号及び前記補正信号に基づいて前記空間光変調素子を駆動する変調信号を作成するステップと、
   前記変調信号に同期して前記走査素子を駆動する走査信号を生成するステップと、
   を備え、
   前記画像信号に基づいて、前記予め定めた基準スペクトル分布に基づいた２次元像を投影することを特徴とする走査型投影表示装置の制御方法。