JP2018189906A - 画像投影装置 - Google Patents

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宏勲 中原
Hiroisa Nakahara
宏勲 中原
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Abstract

【課題】照射される光ビームの強度を抑制することができ、スクリーン上における各光ビームの照射位置の垂直方向のずれを抑制することができる画像投影装置を提供する。
【解決手段】画像投影装置1は、光入射端451,461,471と光出射端452,462,472とを有する導光部材44と、光出射端から出射した光ビームL_R,L_G,L_Bを水平方向(X方向)と垂直方向(Y方向)に走査するMEMSミラー装置10とを備え、複数の光ビームによってスクリーン100上に形成される複数の光スポットのY方向の間隔である第1の距離dsをスクリーン上においてY方向に等間隔に配列される水平走査ラインの基準間隔である第2の距離Lhの整数倍にするように、光出射端のY方向に対応する方向(Y′方向)の間隔である第3の距離dcが設定されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、複数の光ビームを走査することによりスクリーン上に画像を投影する画像投影装置に関するものである。
光ビームを走査する装置として、ポリゴンミラー又はガルバノミラーを用いた光走査装置が広く普及している。また、MEMS(Mirco Electro Mechanical Systems)技術を用いて製造されるMEMSミラー装置を用いた小型の光走査装置も提案されている。
MEMSミラー装置は、シリコン等からなる弾性梁等の構成部品と、該構成部品と一体成形された走査ミラーとを有し、電磁力又は静電力等によって走査ミラーを往復運動させることで、光ビームを2次元的に走査(偏向)することができる微小電子機械部品である。MEMSミラー装置と3原色の光ビームを出射する光源部とを組み合わせた走査型プロジェクタ(画像投影装置)は、光学系が小さく、装置の小型化が可能であることから、多くの開発が進められている。
例えば、特許文献1に記載されている走査型プロジェクタの光学モジュールは、半導体レーザから出射された赤色、緑色、及び青色のレーザ光(光ビーム)を結合して1本の合成光ビームにするビーム結合器(ダイクロイックミラー)と、合成光ビームを走査ビームとして偏向する光走査装置であるビームスキャナとを備えている。
また、特許文献2に記載されている走査型プロジェクタは、複数の光ビームをスクリーンに投影することで、各光ビームの強度を強くし過ぎない構造を採用している。この走査型プロジェクタでは、赤色、緑色、及び青色の光ビームは、スクリーン上における水平走査方向の異なる位置に到達するように構成されている。赤色、緑色、青色の光ビームは、スクリーン上の同一位置に、光ビームの水平走査方向の照射位置(光スポット位置)のずれ量に対応する時間差を有して照射されるので、赤色、緑色、及び青色の光ビームに対する画像信号に基づく強度変調は、前記時間差に応じた時間、ずらしたタイミングで行われる。
国際公開第2007/120831号(例えば、請求項1、図1、図19、図20) 特開2005−31529号公報
しかし、特許文献1に記載されている走査型プロジェクタでは、複数の光ビームを1本の合成光ビームに変換するので、合成光ビームの強度が強く、合成光ビームを人に向けない対策が必要である。
特許文献2に記載されている走査型プロジェクタでは、複数の光ビームでスクリーンを走査するので、各光ビームの強度は抑制されている。また、水平走査方向の光ビームの照射位置のずれを補正する制御が行われている。しかし、この走査型プロジェクタは、複数の光ビームの照射位置の垂直方向のずれを補正していないので、複数の光ビームの垂直方向の照射位置が互いにずれるおそれがある。
本発明は、複数の光ビームを垂直方向にずらして照射することで各光ビームの強度を抑制することができ、複数の光ビームの垂直方向の照射位置を適切にすることができる画像投影装置を提供することを目的とする。
本発明に係る画像投影装置は、スクリーン上に画像を投影する画像投影装置であって、複数の光ビームを出射する光源手段と、複数の光入射端と複数の光出射端とを有し、前記複数の光入射端にそれぞれ入射した前記複数の光ビームが、前記複数の光出射端からそれぞれ出射する導光手段と、前記複数の光出射端から出射した前記複数の光ビームを前記スクリーン上における第1方向に水平走査するとともに前記第1方向に直交する第2方向に垂直走査する走査ミラーを備えた光走査部と、を備え、前記複数の光ビームによって前記スクリーン上に形成される複数の光スポットの前記第2方向の間隔である第1の距離を前記スクリーン上において前記第2方向に等間隔に配列される水平走査ラインの基準間隔である第2の距離の整数倍にするように、前記複数の光出射端の前記第2方向に対応する方向の間隔である第3の距離が設定されている。
本発明に係る画像投影装置によれば、複数の光ビームを垂直方向(第2方向)にずらして照射することで各光ビームの強度を抑制することができる。
また、本発明に係る画像投影装置によれば、複数の光ビームの第2方向の間隔を一定間隔に維持することができるので、複数の光ビームの第2方向の照射位置が適切な位置になり、複数の光ビームの第2方向の照射位置を互いに一致させることができる。
本発明の実施の形態1に係る画像投影装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図1に示される光学系の構成を概略的に示す図である。 図1に示されるMEMSミラー装置の構造及び機能を概略的に示す図である。 (a)から(c)は、実施の形態1に係る画像投影装置において、赤色、緑色、青色の光ビームが走査されるスクリーン上の領域を示す図である。 実施の形態1に係る画像投影装置において、赤色光ビームが走査されるスクリーン上の表示領域及び水平走査ラインの基準間隔を概略的に示す図である。 実施の形態1に係る画像投影装置によりスクリーンに投影される赤色表示画像、緑色表示画像、及び青色表示画像の表示領域を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る画像投影装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図7に示される光学系の構成を概略的に示す図である。 図7に示されるMEMSミラー装置の構造及び機能を概略的に示す図である。 (a)から(c)は、実施の形態2に係る画像投影装置において、3本の合成光ビームの各々が走査されるスクリーン上の領域を示す図である。 実施の形態2に係る画像投影装置において、1本の合成光ビームが走査されるスクリーン上の領域及び水平走査ラインの基準間隔を概略的に示す図である。 実施の形態2に係る画像投影装置によりスクリーンに投影される第1の表示画像、第2の表示画像、及び第3の表示画像の表示領域を示す図である。 本発明の実施の形態1及び2の変形例を示すハードウェア構成図である。
以下に、本発明の実施の形態に係る画像投影装置を、添付図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
《1》実施の形態1.
《1−1》実施の形態1の構成
図1は、本発明の実施の形態1に係る画像投影装置1の構成を概略的に示すブロック図である。画像投影装置1は、複数の光ビーム(実施の形態1では、3本のレーザ光)L_R,L_G,L_Bを走査ミラー14でラスタ走査することにより画像表示面であるスクリーン100上に画像を投影する装置である。
図1に示されるように、画像投影装置1は、複数の光ビームを走査する(すなわち、複数の光ビームでスクリーン上を走査するために複数の光ビームを偏向する)光走査部であるMEMSミラー装置10と、光源駆動部であるレーザドライバ25と、入力された画像信号に応じてレーザドライバ25を制御する表示制御部20と、MEMSミラー装置10を制御する走査ミラー制御部であるMEMSミラー制御部30とを備える。また、画像投影装置1は、複数の光ビームとしての複数のレーザ光を出射する光学系40と、スクリーン100とを備える。スクリーン100は、画像投影装置1とは分離された別個の装置であってもよい。
実施の形態1に係る画像投影装置1は、入力された画像信号に基づいて変調された複数の光ビームを、第1方向である水平方向(X方向)に水平走査するとともに第1方向に直交する第2方向である垂直方向(Y方向)に垂直走査して(すなわち、ラスタ走査して)スクリーン100上に画像を投影する。画像信号は、表示制御部20が処理可能な形式の信号であればよく、画像信号の形式は限定されない。入力される画像信号は、例えば、放送波を受信する機能を備えた装置(例えば、放送受信機、テレビ等)から供給される画像信号、光ディスク又はハードディスク等のような情報記録媒体から画像信号を読み出す再生機能を持つ装置(例えば、光ディスクプレーヤ、カーナビゲ−ション装置、ゲーム装置等)から供給される画像信号、又は、ネットワーク(例えば、インターネット)を経由して画像情報をダウンロードする情報処理装置(例えば、パーソナルコンピュータ)から供給される画像信号等である。
図1に示されるように、光学系40は、光源手段としての光源部40aと、光源部40aから出射された複数の光ビームを走査ミラー14に向ける導光光学系40bとを備える。光源部40aは、赤色(第1の色)の光ビーム(第1の光ビーム)としての赤色レーザ光を出射する光源である赤色レーザ411と、緑色(第2の色)の光ビーム(第2の光ビーム)としての緑色レーザ光を出射する光源である緑色レーザ412と、青色(第3の色)の光ビーム(第3の光ビーム)としての青色レーザ光を出射する光源である青色レーザ413とを備える。
図1に示されるように、表示制御部20は、バッファメモリ21と、描画制御部22と、データ変換部23と、レーザ変調制御部24とを備える。表示制御部20は、入力された画像信号に基づいてレーザドライバ25を制御する。
描画制御部22は、入力された画像信号に応じた画像データをバッファメモリ21に書き込む。バッファメモリ21は、書き込まれた画像データを一時的に記憶する。また、描画制御部22は、バッファメモリ21に記憶された画像データを読み出し、読み出された画像データをデータ変換部23に供給する。データ変換部23は、描画制御部22から供給された画像データをビットデータに変換して、レーザ変調制御部24に供給する。
レーザ変調制御部24は、データ変換部23から供給されたビットデータを、赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413の発光パターンを表す信号に変換し、この信号をレーザドライバ25に供給する。レーザドライバ25は、レーザ変調制御部24が出力する信号に基づき、赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413(すなわち、各色のレーザ)を駆動するための駆動信号を生成し、これら駆動信号を、赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413にそれぞれ供給する。
赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413は、レーザドライバ25から供給される駆動信号に基づいて、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の光ビームである赤色光ビーム、緑色光ビーム、及び青色光ビーム、すなわち、赤色レーザ光、緑色レーザ光、及び青色レーザ光を導光光学系40bに向けて出射する。導光光学系40bは、赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413から出射された赤色光ビーム、緑色光ビーム、及び青色光ビームから、走査ミラー14に向かう3本の光ビーム(ビーム状の光線)、すなわち、赤色光ビームL_R、緑色光ビームL_G、及び青色光ビームL_Bを生成する。
図1に示されるように、MEMSミラー装置10は、共振点検出部11と、水平駆動部12と、垂直駆動部13と、複数の光ビームを水平方向及び垂直方向に走査する走査ミラー14とを備える。また、図1に示されるように、MEMSミラー制御部30は、同期信号生成部31と、サーボ回路32と、水平駆動信号生成部33と、垂直駆動信号生成部34と、ドライバ回路35とを備える。
MEMSミラー装置10は、走査ミラー14を駆動させて走査ミラー14の向きを変えることによって、導光光学系40bから出射された3本の光ビーム、すなわち、赤色光ビームL_R、緑色光ビームL_G、及び青色光ビームL_Bを、スクリーン100に向けて反射させる(偏向する)ことができる。MEMSミラー装置10により、スクリーン100上に赤色光ビームL_Rによる赤色表示画像(後述の図4における101)、緑色光ビームL_Gによる緑色表示画像(後述の図4における102)、及び青色光ビームL_Bによる青色表示画像(後述の図4における103)が同時に形成される。また、MEMSミラー装置10は、MEMSミラー制御部30の制御により、赤色光ビームL_R、緑色光ビームL_G、及び青色光ビームL_Bで、スクリーン100上におけるラスタ走査が行われるように、走査ミラー14を動作させる。この動作は、MEMSミラー装置10の水平駆動部12の共振状態を検出する共振点検出部11によって検出され、共振点検出部11は、その検出信号をMEMSミラー制御部30へ供給する。
サーボ回路32は、MEMSミラー装置10に備えられた共振点検出部11による検出結果を示す検出信号に基づいて、水平駆動信号生成部33の動作(あるいは、水平駆動信号生成部33及び垂直駆動信号生成部34の一方又は両方の動作)を制御する。ドライバ回路35は、水平駆動信号生成部33及び垂直駆動信号生成部34から出力されるMEMSミラー装置10の駆動信号を増幅してMEMSミラー装置10に供給する。同期信号生成部31は、MEMSミラー制御部30によって制御されたMEMSミラー装置10の駆動信号に基づいて同期信号を生成し、生成された同期信号を描画制御部22に供給する。
図2は、光学系40の構成を概略的に示す図である。また、図2には、走査ミラー14と、スクリーン100とが示される。図において、Xは、スクリーン100における水平方向(水平走査方向)を示し、Yは、スクリーン100における垂直方向(垂直走査方向)を示す。また、Y′は、光学系40の導光部材44における、Y方向に対応する方向を示す。
図2に示されるように、光学系40は、赤色レーザ411と、緑色レーザ412と、青色レーザ413と、導光手段としての導光部材44とを備える。光学系40は、集光レンズ421,422,423と、光ファイバ431,432,433と、集光レンズ49とを備えてもよい。
導光部材44は、光導波路素子であり、複数の光導波路コア45,46,47と、光導波路コア45,46,47の屈折率と異なる屈折率を持つクラッド層48とを備える。導光部材44は、光導波路コア45,46,47の光入射端451,461,471と、光導波路コア45,46,47の光出射端452,462,472とを備える。
赤色レーザ411、緑色レーザ412、及び青色レーザ413から出射された光ビームは、それぞれ集光レンズ421,422,423で光ファイバ431,432,433の入射部に入射させる。
光ファイバ431の出射部と導光部材44の光導波路コア45の光入射端451を突き合わせる(対向させる)ことによって、光ファイバ431に入射した赤色光ビームは、光導波路コア45に入射する。光ファイバ432の出射部と導光部材44の光導波路コア46の光入射端461を突き合わせる(対向させる)ことによって、光ファイバ432に入射した緑色光ビームは、光導波路コア46に入射する。光ファイバ433の出射部と導光部材44の光導波路コア47の光入射端471を突き合わせる(対向させる)ことによって、光ファイバ433に入射した青色光ビームは、光導波路コア47に入射する。
なお、各色のレーザから出射され光ビームを、光ファイバを介さずに、光導波路コア45,46,47の光入射端451,461,471に入射させる構成を採用してもよい。
光導波路コア45,46,47の光出射端452,462,472は、スクリーン100の垂直方向であるY方向に対応するY′方向に、等間隔の出射端間隔である第3の距離dcを開けて直線状に配列されている。赤色光ビームL_Rは、光導波路コア45の光出射端452から出射され、集光レンズ49により集光され、走査ミラー14で反射(偏向)されてスクリーン100上に投影される。緑色光ビームL_Gは、光導波路コア46の光出射端462から出射され、集光レンズ49により集光され、走査ミラー14で反射(偏向)されてスクリーン100上に投影される。青色光ビームL_Bは、光導波路コア47の光出射端472から出射され、集光レンズ49により集光され、走査ミラー14で反射(偏向)されてスクリーン100上に投影される。実施の形態1では、光ビームL_R,L_G,L_Bは、それぞれ異なる光出射端452,462,472から出射した光ビームであるため、光ビームL_R,L_G,L_Bがスクリーン100上に形成する光スポットの位置はスクリーン100上においてY方向に異なる位置であり、X方向に同じ位置である。スクリーン100上において光ビームL_R,L_G,L_Bによって形成される光スポットのY方向の光スポット間隔(厳密には、光スポットの中心位置の間隔)は、一定の値である第1の距離dsである。
光導波路コア45,46,47の光出射端452,462,472から集光レンズ49までの距離をGLとし、集光レンズ49から走査ミラー14までの距離をLMとし、走査ミラー14からスクリーン100までの距離をMSとすると、光導波路コア45,46,47の光出射端452,462,472の出射端間隔である第3の距離dcと、スクリーン100上における光スポット間隔である第1の距離dsとの関係は、下記の式(1)で表わされる。
dc:ds=GL:(LM+MS) …(1)
例えば、dc=0.07mm、GL=4mm、LM+MS=80mmのときには、ds=1.4mmとなる。
図3は、MEMSミラー装置10の構造及び機能を概略的に示す図である。図3に示されるように、MEMSミラー装置10は、水平走査用回動中心軸(弾性梁)15を中心とした矢印R15方向の回動が可能であり且つ垂直走査用回動中心軸(弾性梁)16を中心とした矢印R16方向の回動が可能な走査ミラー14を備えている。走査ミラー14が水平走査用回動中心軸15及び垂直走査用回動中心軸16の各々を中心として回動することにより、走査ミラー14で反射された光ビームをラスタ走査(例えば、光ビームL_R,L_G,L_Bを同時にラスタ走査)することができる。MEMSミラー装置10で反射された光ビームL_R,L_G,L_Bは、スクリーン100に向けて進む。MEMSミラー装置10における走査ミラー14の傾きを制御することで、スクリーン100に照射される光ビームによってラスタ走査が行われる。
《1−2》実施の形態1の動作
図4(a)から(c)は、光ビームL_R,L_G,L_Bがスクリーン100上に走査される範囲を示す図である。図4(a)における赤色表示画像101は、光ビームL_Rがスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。図4(b)における緑色表示画像102は、光ビームL_Gがスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。図4(c)における青色表示画像103は、光ビームL_Bがスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。
光ビームL_R,L_G,L_Bがスクリーン100上に形成する光スポットは、Y方向に第1の距離dsの光スポット間隔で並んでいるため、緑色表示画像102は、赤色表示画像101に対してY方向に第1の距離dsだけずれている。青色表示画像103は、緑色表示画像102に対してY方向に第1の距離dsだけずれている。光ビームL_R,L_G,L_Bは、スクリーン100上の同一位置に、光ビームの水平走査時間のn倍(nは正の整数)の時間差を有して照射されるので、表示制御部20が行う光ビームL_R,L_G,L_Bに対する画像信号に基づく強度変調は、前記時間差(すなわち、水平走査時間のn倍)に応じた時間、ずらしたタイミングで行われる。
図5は、スクリーン10上に表示された赤色表示画像101を示す図である。赤色表示画像101の大きさは、例えば、X方向(水平方向)に40mm、Y方向(垂直方向)に30mmである。赤色表示画像101を、横640画素、縦480画素で表示する場合、水平走査ライン110の基準間隔は、等間隔に並ぶ480本のラインの位置である。水平走査ライン110の基準間隔は、第2の距離Lhである。緑色表示画像102及び青色表示画像103の大きさ、画素数、水平走査ラインの数、水平走査ラインの基準間隔は、赤色表示画像101のものと同じである。
図6は、赤色表示画像101と緑色表示画像102と青色表示画像103とが重ねて表示された表示領域(斜線領域)104を示す図である。実施の形態1では、複数の光ビームL_R,L_G,L_Bによってスクリーン100上に形成される複数の光スポットの第2方向(Y方向)の光スポット間隔である第1の距離dsをスクリーン100上において第2方向(Y方向)に等間隔に配列された水平走査ライン110の基準間隔である第2の距離Lhの整数倍(n倍)にするように、導光部材44の複数の光出射端452,462,472の第2方向(Y方向)に対応するY′方向の間隔である出射端間隔である第3の距離dcが設定されている。つまり、実施の形態1では、以下の式(2)が成立するように、光学系40が形成されている。
ds=n×Lh (nは正の整数) …式(2)
これにより、赤色表示画像101と緑色表示画像102と青色表示画像103の水平走査ライン110は、互いにY方向に関してずれ無く一致する。赤色表示画像101と緑色表示画像102と青色表示画像103とが重なった表示領域(斜線領域)104では、カラー画像が表示可能である。表示領域104の大きさは、X方向に40mm、Y方向に(30−2×ds)mmである。また、表示領域104には、横640画素、縦(480−2×n)画素のカラー画像を表示可能である。
《1−3》実施の形態1の効果
以上に説明したように、実施の形態1に係る画像投影装置1によれば、3本の光ビームL_R,L_G,L_Bの照射位置(光スポット)のY方向の間隔である第1の距離dsが水平走査ラインの基準間隔である第2の距離Lhの整数倍(n倍)となるように、導光部材44の光導波路コア45,46,47の出射端間隔452,462,472のY′方向の間隔である第3の距離dcを設定することにより、複数の表示画像における光スポット位置(実際の水平走査ラインのY方向の位置)を、互いに一致させることができる。
また、実施の形態1に係る画像投影装置によれば、複数の光ビームを水平走査ラインに垂直な方向(第2方向)にずらしてスクリーン100に照射することで、各光ビームの強度を抑制することができる。
《2》実施の形態2.
《2−1》実施の形態1の構成
図7は、本発明の実施の形態2に係る画像投影装置2の構成を概略的に示すブロック図である。図7において、図1に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図1に示される符号と同じ符号が付される。画像投影装置2は、複数の光ビーム(実施の形態2では、9本のレーザ光)L_R1,L_R2,L_R3,L_G1,L_G2,L_G3,L_B1,L_B2,L_B3から生成された3本の合成光ビームを走査ミラー14でラスタ走査することにより画像表示面であるスクリーン100上に画像を投影する。この点において、画像投影装置2は、3本の光ビームL_R,L_G,L_Bを走査ミラー14でラスタ走査することにより画像表示面であるスクリーン100上に画像を投影する実施の形態1に係る画像投影装置1と異なる。実施の形態2においては、色ごとに3本の光ビームを使用するが、使用される光ビームの数は、3本に限らず、2本又は4本以上の光ビームを使用してもよい。
図7に示されるように、実施の形態2に係る画像投影装置2は、MEMSミラー装置10と、レーザドライバ25aと、入力された画像信号に応じてレーザドライバ25aを制御する表示制御部20と、MEMSミラー制御部30とを備える。また、画像投影装置2は、複数の光ビームを出射する光学系90と、スクリーン100とを備える。
レーザ変調制御部24は、データ変換部23から供給されたビットデータを、各色のレーザの発光パターンを表す信号に変換し、レーザドライバ25aに供給する。レーザドライバ25aは、レーザ変調制御部24が出力する信号に基づき、赤色(R)レーザ511,512,513と、緑色(G)レーザ611,612,613と、青色(B)レーザ711,712,713とを駆動するための駆動信号を生成し、これら駆動信号を、赤色レーザ511,512,513と、緑色レーザ611,612,613と、青色レーザ711,712,713とにそれぞれ供給する。赤色レーザ511,512,513は、赤色の光源部50aを構成し、緑色レーザ611,612,613は、緑色の光源部60aを構成し、青色レーザ711,712,713は、青色の光源部70aを構成する。また、光源部50a、60a、70aは、光源手段を構成する。
赤色レーザ511,512,513、緑色レーザ611,612,613、及び青色レーザ711,712,713は、レーザドライバ25aから供給される駆動信号に基づいて、赤色光ビーム、緑色光ビーム、及び青色光ビームを導光光学系90bに向けて出射する。導光光学系90bは、赤色レーザ511,512,513、緑色レーザ611,612,613、及び青色レーザ711,712,713から出射された赤色光ビーム、緑色光ビーム、及び青色光ビームから、赤色光ビームL_R1,L_R2,L_R3、緑色光ビームL_G1,L_G2,L_G3、及び青色光ビームL_B1,L_B2,L_B3を含む9本の光ビーム(ビーム状の光線)を生成する。
MEMSミラー装置10は、導光光学系90bから出射された9本の光ビームを、スクリーン100に向けて反射させることができる。MEMSミラー装置10により、スクリーン100上に赤色光ビームL_R1,L_R2,L_R3による赤色表示画像、緑色光ビームL_G1,L_G2,L_G3による緑色表示画像、及び青色光ビームL_B1,L_B2,L_B3による青色表示画像103が同時に形成される。また、MEMSミラー装置10は、MEMSミラー制御部30の制御により、赤色光ビームL_R1,L_R2,L_R3、緑色光ビームL_G1,L_G2,L_G3、及び青色光ビームL_B1,L_B2,L_B3がスクリーン100上をラスタ走査するように走査ミラー14を動作させる。
図8は、光学系90の構成を概略的に示す図である。図8に示されるように、光学系90は、光源手段としての光源部50a(すなわち、赤色レーザ511,512,513)、光源部60b(すなわち、緑色レーザ611,612,613)、及び光源部70b(すなわち、青色レーザ711,712,713)を備える。光学系90は、導光光学系50b,60b,70bとして、集光レンズ521〜523,621〜623,721〜723と、光ファイバ531〜533,631〜633,731〜733と、導光手段としての導光部材54,64,74と、ダイクロイックミラー(光合成手段)81,82とを備える。
導光部材54は、光導波路コア55,56,57と、光導波路コア55,56,57の屈折率と異なる屈折率を持つクラッド層58とを備える。導光部材64は、光導波路コア65,66,67と、光導波路コア65,66,67の屈折率と異なる屈折率を持つクラッド層68とを備える。導光部材74は、光導波路コア75,76,77と、光導波路コア75,76,77の屈折率と異なる屈折率を持つクラッド層78とを備える。また、図8には、走査ミラー14と、スクリーン100とが示される。
赤色レーザ511,512,513から出射された光ビームは、それぞれ集光レンズ521,522,523によって、光ファイバ531,532,533の入射部に集光される。
光ファイバ531の出射部と導光部材54の光導波路コア55の光入射端551とを突き合わせる(対向させる)ことによって、赤色レーザ511から出射され光ファイバ531に入射した赤色光ビームは、光導波路コア55に入射し、光出射端552から赤色光ビームL_R1として出射する。光ファイバ532の出射部と導光部材54の光導波路コア56の光入射端561とを突き合わせる(対向させる)ことによって、赤色レーザ512から出射され光ファイバ532に入射した赤色光ビームは、光導波路コア56に入射し、光出射端562から赤色光ビームL_R2として出射する。光ファイバ533の出射部と導光部材54の光導波路コア57の光入射端571とを突き合わせる(対向させる)ことによって、赤色レーザ513から出射され光ファイバ533に入射した赤色光ビームは、光導波路コア57に入射し、光出射端572から赤色光ビームL_R3として出射する。ただし、赤色レーザ511,512,513から出射された光ビームを、光ファイバ531,532,533を介さずに、光入射端551,561,571に入射させる構造を採用してもよい。
光導波路コア55,56,57の光出射端552,562,572は、スクリーン100の垂直方向(Y方向)に対応するY′方向に出射端間隔である第3の距離dcを開けて直線状に配列されている。光ビームL_R1は、光導波路コア55の光出射端552から出射され、集光レンズ59により略平行光になり、ダイクロイックミラー81とダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_R2は、光導波路コア56の光出射端562から出射され、集光レンズ59により略平行光になり、ダイクロイックミラー81とダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_R3は、光導波路コア57の光出射端572から出射され、集光レンズ59により略平行光になり、ダイクロイックミラー81とダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_R1,L_R2,L_R3は、それぞれ異なる光出射端552,562,572から出射した光ビームであるため、各光ビームがスクリーン100上に形成する光スポットの光スポット間隔は第1の距離dsとなる。
光導波路コア55,56,57の光出射端552,562,572から集光レンズ59までの距離をGLとし、集光レンズ59から走査ミラー14までの距離をLMとし、走査ミラー14からスクリーン100までの距離をMSとすると、光導波路コア552,562,572の出射端間隔である第3の距離dcと光スポット間隔である第1の距離dsの関係は、上記した式(1)で表わされる。
緑色レーザ611,612,613から出射された光ビームは、それぞれ集光レンズ621,622,623によって、光ファイバ631,632,633の入射部に集光される。
光ファイバ631の出射部と導光部材64の光導波路コア65の光入射端651とを突き合わせる(対向させる)ことによって、緑色レーザ611から出射され光ファイバ631に入射した緑色光ビームは、光導波路コア65に入射し、光出射端652から緑色光ビームL_G1として出射する。光ファイバ632の出射部と導光部材64の光導波路コア66の光入射端661とを突き合わせる(対向させる)ことによって、緑色レーザ612から出射され光ファイバ632に入射した緑色光ビームは、光導波路コア66に入射し、光出射端662から緑色光ビームL_G2として出射する。光ファイバ633の出射部と導光部材64の光導波路コア67の光入射端671とを突き合わせる(対向させる)ことによって、緑色レーザ613から出射され光ファイバ633に入射した緑色光ビームは、光導波路コア67に入射し、光出射端672から緑色光ビームL_G3として出射する。ただし、緑色レーザ611,612,613から出射された光ビームを、光ファイバ631,632,633を介さずに、光入射端651,661,671に入射させる構造を採用してもよい。
光導波路コア65,66,67の光出射端652,662,672は、スクリーン100の垂直方向(Y方向)に対応するY′方向に出射端間隔である第3の距離dcを開けて直線状に配列されている。光ビームL_G1は、光導波路コア65の光出射端652から出射され、集光レンズ69により略平行光になり、ダイクロイックミラー81で反射され、ダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_G2は、光導波路コア66の光出射端662から出射され、集光レンズ69により略平行光になり、ダイクロイックミラー81で反射され、ダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_G3は、光導波路コア67の光出射端672から出射され、集光レンズ69により略平行光になり、ダイクロイックミラー81で反射され、ダイクロイックミラー82を通過し、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_G1,L_G2,L_G3は、それぞれ異なる光出射端652,662,672から出射した光ビームであるため、光ビームL_G1,L_G2,L_G3がスクリーン100上に形成する光スポットの光スポット間隔は第1の距離dsとなる。
緑色レーザの光学配置に関するGL,LM,MSは、赤色レーザと同じであるため、緑色レーザの導光部材64の光導波路コアの出射端間隔である第3の距離dcと光スポット間隔である第1の距離dsの関係は、赤色レーザのものと同じである。
青色レーザ711,712,713から出射された光ビームは、それぞれ集光レンズ721,722,723で光ファイバ731,732,733の入射部に集光される。
光ファイバ731の出射部と導光部材74の光導波路コア75の光入射端751とを突き合わせる(対向させる)ことによって、青色レーザ711から出射され光ファイバ731に入射した青色光ビームは、光導波路コア75に入射し、光出射端752から青色光ビームL_B1として出射する。光ファイバ732の出射部と導光部材74の光導波路コア76の光入射端761とを突き合わせる(対向させる)ことによって、青色レーザ712から出射され光ファイバ732に入射した青色光ビームは、光導波路コア76に入射し、光出射端762から青色光ビームL_B2として出射する。光ファイバ733の出射部と導光部材74の光導波路コア77の光入射端771とを突き合わせる(対向させる)ことによって、青色レーザ713から出射され光ファイバ733に入射した青色光ビームは、光導波路コア77に入射し、光出射端772から青色光ビームL_B3として出射する。ただし、青色レーザ711,712,713から出射された光ビームを、光ファイバ731,732,733を介さずに、光入射端751,761,771に入射させる構造を採用してもよい。
光導波路コア75,76,77の光出射端752,762,772は、スクリーン100の垂直方向(Y方向)に対応するY′方向に出射端間隔である第3の距離dcで並んでいる。光ビームL_B1は、光導波路コア75の光出射端752から出射され、集光レンズ79により略平行光になり、ダイクロイックミラー82で反射され、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_B2は、光導波路コア76の光出射端762から出射され、集光レンズ79により略平行光になり、ダイクロイックミラー82で反射され、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_B3は、光導波路コア77の光出射端772から出射され、集光レンズ79により略平行光になり、ダイクロイックミラー82で反射され、走査ミラー14で反射されスクリーン100上に集光される。光ビームL_B1,L_B2,L_B3は、それぞれ異なる光出射端752,762,772から出射した光ビームであるため、光ビームL_B1,L_B2,L_B3がスクリーン100上に形成する光スポットの光スポット間隔は第1の距離dsとなる。
青色レーザの光学配置に関するGL,LM,MSは、赤色レーザと同じであるため、青色レーザの導光部材74の光導波路コアの出射端間隔である第3の距離dcと光スポット間隔である第1の距離dsの関係は、赤色レーザのものである。
走査ミラー14に入射する時点において、赤色光ビームL_R1と緑色光ビームL_G1と青色光ビームL_B1の光軸は、互いに一致しており、赤色光ビームL_R1と緑色光ビームL_G1と青色光ビームL_B1は、スクリーン100上の同じ位置に光スポットを形成する。
走査ミラー14に入射する時点において、赤色光ビームL_R2と緑色光ビームL_G2と青色光ビームL_B2の光軸は、互いに一致しており、赤色光ビームL_R2と緑色光ビームL_G2と青色光ビームL_B2は、スクリーン100上の同じ位置に光スポットを形成する。
走査ミラー14に入射する時点において、赤色光ビームL_R3と緑色光ビームL_G3と青色光ビームL_B3の光軸は、互いに一致しており、スクリーン100上の同じ位置に光スポットを形成する。
図9は、MEMSミラー装置10の構造及び機能を概略的に示す図である。図9において、図3に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図3に示される符号と同じ符号が付される。走査ミラー14が水平走査用回動中心軸15及び垂直走査用回動中心軸16の各々を中心として2次元的に回動することにより、走査ミラー14で反射された光ビーム、すなわち、合成光ビームL_R1,L_G1,L_B1、合成光ビームL_R2,L_G2,L_B2、及び合成光ビームL_R3,L_G3,L_B3を、同時にラスタ走査することができる。MEMSミラー装置10で反射された合成光ビームL_R1,L_G1,L_B1、合成光ビームL_R2,L_G2,L_B2、及び合成光ビームL_R3,L_G3,L_B3は、スクリーン100に向けて照射される。MEMSミラー装置10の傾きを制御することでスクリーン100に照射される光ビームのラスタ走査が行われる。
《2−2》実施の形態2の動作
図10(a)から(c)は、合成光ビームL_R1,L_G1,L_B1、合成光ビームL_R2,L_G2,L_B2、及び合成光ビームL_R3,L_G3,L_B3がスクリーン100上に走査される範囲を示す図である。図10(a)における第1の表示画像105は、合成光ビームL_R1,L_G1,L_B1がスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。図10(b)における第2の表示画像106は、合成光ビームL_R2,L_G2,L_B2がスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。図10(c)における第3の表示画像107は、合成光ビームL_R3,L_G3,L_B3がスクリーン100上に走査される範囲を表わしている。
光ビームL_R1,L_R2,L_R3がスクリーン100上に形成する光スポットは、Y方向に第1の距離dsの光スポット間隔で並んでいる。光ビームL_G1,L_G2,L_G3がスクリーン100上に形成する光スポットは、Y方向に第1の距離dsの光スポット間隔で並んでいる。光ビームL_B1,L_B2,L_B3がスクリーン100上に形成する光スポットは、Y方向に第1の距離dsの光スポット間隔で並んでいる。そのため、第1の表示画像105は、第2の表示画像106に対してY方向に第1の距離dsだけずれている。第3の表示画像107は、第2の表示画像106に対してY方向に第1の距離dsだけずれている。光ビームL_R1,L_R2,L_R3は、スクリーン100上の同一位置に、光ビームの水平走査時間のn倍(nは正の整数)の時間差を有して照射されるので、表示制御部20が行う光ビームL_R1,L_R2,L_R3に対する画像信号に基づく強度変調は、前記時間差に応じた時間、ずらしたタイミングで行われる。光ビームL_G1,L_G2,L_G3及び光ビームL_B1,L_B2,L_B3についても、光ビームL_R1,L_R2,L_R3と同様のタイミングで強度変調が行われる。
図11は、第1の表示画像105を示す図である。第1の表示画像105の大きさは、X方向に40mm、Y方向に30mmである。第1の表示画像105に横640画素、縦480画素の画像を表示する場合には、水平走査ライン110は、480本である。水平走査ライン110の間隔は、等間隔の第2の距離Lhである。第2の表示画像106及び第3の表示画像107の大きさ、画素数、水平走査ラインの数、水平走査ラインの間隔については、第1の表示画像105のものと同じである。
図12は、第1の表示画像105と第2の表示画像106と第3の表示画像107を重ねて表示した場合の表示領域108を示す図である。前述の式(2)に示すように、実施の形態2においては、第1の距離dsは、水平走査ラインの間隔である第2の距離Lhの整数倍となるように設定されている。これにより第1の表示画像105と第2の表示画像106と第3の表示画像107の水平走査ライン110は、Y方向に関してずれ無く一致する。第1の表示画像105と第2の表示画像106と第3の表示画像107が重なった表示領域108では、光ビームL_R1,L_R2,L_R3,L_G1,L_G2,L_G3,L_B1,L_B2,L_B3を全て使用することができ、高い輝度の表示が可能となる。表示領域108の大きさは、X方向に40mm、Y方向に(30−2×ds)mmである。また、表示領域108は、横640画素、縦(480−2×n)画素の画像を表示可能である。
《2−3》実施の形態2の効果
以上に説明したように、実施の形態2に係る画像投影装置2によれば、光スポット間隔である第1の距離dsが水平走査ラインの基準間隔である第2の距離Lhの整数倍(n倍)となるように、導光部材54,64,74の光導波路コア55〜57,65〜67,75〜77の出射端間隔である第3の距離dcを設定することにより、複数の表示画像105〜107における光スポット位置(実際の水平走査ラインのY方向の位置)を、互いに一致させることができる。
また、第1の表示画像105と第2の表示画像106と第3の表示画像107とが重なった領域である表示領域108では、光ビームL_R1,L_R2,L_R3,L_G1,L_G2,L_G3,L_B1,L_B2,L_B3を全て使用することができ、高い輝度の画像表示が可能となる。
また、実施の形態2では、9本の光ビームから3本の合成光ビームを形成し、3本の合成光ビームをスクリーン100に走査するが、スクリーン100には複数の光ビームが照射されるので、照射される1本の光ビームの強度を抑制することができる。
《3》変形例.
図13は、上記実施の形態1及び2の変形例を示すハードウェア構成図である。図1及び図7に示される画像投影装置1及び2の表示制御部20及びMEMSミラー制御部30は、集積回路によって形成してもよいが、部分的に、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ121と、メモリ121に格納されたプログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ122とを用いて(例えば、コンピュータにより)実現することができる。
1,2 画像投影装置、 10 MEMSミラー装置、 11 共振点検出部、 12 水平駆動部、 13 垂直駆動部、 14 走査ミラー、 15 水平走査用回動中心軸、 16 垂直走査用回動中心軸、 20 表示制御部、 21 バッファメモリ、 22 描画制御部、 23 データ変換部、 24 レーザ変調制御部、 30 MEMSミラー制御部、 31 同期信号生成部、 32 サーボ回路、 33 水平駆動信号生成部、 34 垂直駆動信号生成部、 40,90 光学系、 40a,50a,60a,70a 光源部(光源手段)、 40b,50b,60b,70b 導光光学系、 44 導光部材(導光手段)、 45〜47,55〜57,65〜67,75〜77 光導波路コア、 48,58,68,78 クラッド層、 49,59,69,79 集光レンズ、 54 第1の導光部材(導光手段)、 64 第2の導光部材(導光手段)、 74 第3の導光部材(導光手段)、 81,82 ダイクロイックミラー(光合成手段)、 100 スクリーン、 101 赤色表示画像、 102 緑色表示画像、 103 青色表示画像、 104,108 表示領域、 105 第1の表示画像、 106 第2の表示画像、 107 第3の表示画像、 110 水平走査ライン、 411,511〜513 赤色レーザ(光源)、 412,611〜613 緑色レーザ(光源)、 413,711〜713 青色レーザ(光源)、 421〜423,521〜523,621〜623,721〜723 集光レンズ、 431〜433,531〜533,631〜633,731〜733 光ファイバ、 451,461,471 光入射端、 452,462,472 光出射端、 551,561,571 第1の光入射端、 552,562,572 第1の光出射端、 651,661,671 第2の光入射端、 652,662,672 第2の光出射端、 751,761,771 第3の光入射端、 752,762,772 第3の光出射端、 L_R,L_R1,L_R2,L_R3 赤色レーザ光(第1の光ビーム)、 L_G,L_G1,L_G2,L_G3 緑色レーザ光(第2の光ビーム)、 L_B,L_B1,L_B2,L_B3 青色レーザ光(第3の光ビーム)、 X 水平方向、 Y 垂直方向、 Y′ Y方向に対応する方向。

Claims (6)

  1. スクリーン上に画像を投影する画像投影装置であって、
    複数の光ビームを出射する光源手段と、
    複数の光入射端と複数の光出射端とを有し、前記複数の光入射端にそれぞれ入射した前記複数の光ビームが、前記複数の光出射端からそれぞれ出射する導光手段と、
    前記複数の光出射端から出射した前記複数の光ビームを前記スクリーン上における第1方向に水平走査するとともに前記第1方向に直交する第2方向に垂直走査する走査ミラーを備えた光走査部と、
    を備え、
    前記複数の光ビームによって前記スクリーン上に形成される複数の光スポットの前記第2方向の間隔である第1の距離を前記スクリーン上において前記第2方向に等間隔に配列される水平走査ラインの基準間隔である第2の距離の整数倍にするように、前記複数の光出射端の前記第2方向に対応する方向の間隔である第3の距離が設定されている
    ことを特徴とする画像投影装置。
  2. 前記導光手段は、複数の光導波路コアと前記複数の光導波路コアを囲うクラッド層とを有する導光部材であり、
    前記複数の光出射端は、前記複数の光導波路コアの端部である
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像投影装置。
  3. 前記複数の光ビームは、
    第1の色の第1の光ビームと、
    第2の色の第2の光ビームと、
    第3の色の第3の光ビームと、
    を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像投影装置。
  4. 前記複数の光ビームは、
    第1の色の複数の第1の光ビームと、
    第2の色の複数の第2の光ビームと、
    第3の色の複数の第3の光ビームと、を含み、
    前記導光手段は、
    前記複数の光入射端としての複数の第1の光入射端と前記複数の光出射端としての複数の第1の光出射端とを有し、前記複数の第1の光入射端にそれぞれ入射した前記複数の第1の光ビームが、前記複数の第1の光出射端からそれぞれ出射する第1の導光部材と、
    前記複数の光入射端としての複数の第2の光入射端と前記複数の光出射端としての複数の第2の光出射端とを有し、前記複数の第2の光入射端にそれぞれ入射した前記複数の第2の光ビームが、前記複数の第2の光出射端からそれぞれ出射する第2の導光部材と、
    前記複数の光入射端としての複数の第3の光入射端と前記複数の光出射端としての複数の第3の光出射端とを有し、前記複数の第3の光入射端にそれぞれ入射した前記複数の第3の光ビームが、前記複数の第3の光出射端からそれぞれ出射する第3の導光部材と、を含む
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像投影装置。
  5. 前記複数の第1の光ビームと、前記複数の第2の光ビームと、前記複数の第3の光ビームとから、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームと前記第3の光ビームとを含む複数の合成光ビームを生成する光合成手段をさらに有する
    ことを特徴とする請求項4に記載の画像投影装置。
  6. 前記走査ミラーは、MEMSミラーであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像投影装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113557708A (zh) * 2019-03-12 2021-10-26 鲁姆斯有限公司 图像投影仪
WO2021261232A1 (ja) 2020-06-26 2021-12-30 京セラ株式会社 光導波路パッケージ、発光装置および投影システム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113557708A (zh) * 2019-03-12 2021-10-26 鲁姆斯有限公司 图像投影仪
JP2022522615A (ja) * 2019-03-12 2022-04-20 ルムス エルティーディー. 画像プロジェクタ
JP7398131B2 (ja) 2019-03-12 2023-12-14 ルムス エルティーディー. 画像プロジェクタ
US11849262B2 (en) 2019-03-12 2023-12-19 Lumus Ltd. Image projector
WO2021261232A1 (ja) 2020-06-26 2021-12-30 京セラ株式会社 光導波路パッケージ、発光装置および投影システム

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