JP4174195B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ画面やコンピュータ画面などのスクリーン上に画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤、緑、青の３色のレーザ光を変調し、このレーザ光を水平及び垂直方向に走査することによりテレビ画像等の画像を表示する投影型レーザ画像表示装置は広く提供されている。
【０００３】
図１２は、特開平９−１３４１３５号公報に開示されたようなレーザ画像表示装置の模式的な構成図である。図１２において、１は画像情報源、２は画像コントローラ、１１，１４，１７は赤色のレーザ光を発生するレーザ発振器、１２，１５，１８は緑色のレーザ光を発生するレーザ発振器、１３，１６，１９は青色のレーザ光を発生するレーザ発振器、６１〜６９はレーザ発振器１１〜１９で発生したレーザ光、２１〜２９はレーザ光６１〜６９を振幅変調する変調器、３１〜３３は三色のレーザ光を一つの光軸上に合成する光合成光学系、７１〜７３は振幅変調され三色合成されたレーザ光、４１〜４３は水平走査素子、１１１〜１１３は水平走査されたレーザ光をコリメートし垂直走査素子上に集光するコリメート／集光レンズ、５１〜５３は垂直走査素子、１２１〜１２３は投影レンズ、１１０はスクリーンである。
【０００４】
図１２の最上段の構成について説明すると、レーザ発振器１１〜１３から赤色、緑色、青色のレーザ光を発生し、各色の光を変調器２１〜２３を用いて振幅変調した後、一つの光軸上に合成し、水平走査素子４１、および垂直走査素子５１を用いて２次元に走査してスクリーン１１０上に画像を投影する。２段目、３段目も同様である。
【０００５】
このような構成によると、画像を３つに分割して、それぞれの画像ごとに３つの変調器（例えば２１〜２３）やひとつの水平走査素子（例えば４１）を備えているので、変調器（例えば２１〜２３）の周波数帯域、水平走査素子（例えば４１）の走査周波数は３分の１でよいので、高精細な画像を表示することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、光出力が十分あるレーザ発振器を用いることが前提となっており、これらの光源を光出力の小さい半導体レーザやＬＥＤに置き換えた場合については考慮されていない。例えば、数ｍＷ程度の光出力を有するＬＥＤを光源として用いる場合を考える。ＬＥＤは直接変調可能なため外部変調器（例えば２１〜２３）は不要となる。
【０００７】
しかしスクリーン輝度の不足を補うため赤色、緑色、青色それぞれ１０個以上必要になり、図１２のような構成では、光源および走査素子の組が１０組以上必要になり現実的でない。
【０００８】
また、ある色、例えば赤色の階調は、外部変調器（例えば２１）の性能に依存する。一方、ＬＥＤに置き換えた場合はＬＥＤを直接変調（パルス幅変調あるいは振幅変調）する際の変調周波数に依存し、高速変調に不向きのＬＥＤの場合は高階調とすることが難しい。
【０００９】
図１２において、レーザ１１〜１３を同色、例えば赤色のＬＥＤに置き換えた場合は、光合成光学系３１を構成しても必ず３分の１の損失が生じてしまうためひとつのＬＥＤを用いた場合と同じになってしまいスクリーン輝度の不足を補うことはできない。
【００１０】
そこで、本発明は、半導体レーザやＬＥＤといった比較的光出力の小さい光源を用いた場合であっても十分なスクリーン輝度および適当な階調度数の画像を表示できる多用途の画像表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の発光素子を有する光源を有し、前記光源からの光を主走査方向及び副走査方向へ走査することによってスクリーン上に所定の画素数を有する画像を表示する画像表示装置であって、前記各発光素子は、主走査に対応する方向に配列しており、前記各発光素子から発せられた光による主走査方向の走査線がスクリーン上で重なるように制御し、且つ、前記各発光素子に、前記主走査方向の走査線の横ずれを考慮した時間差を付加した信号を与えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
なお、本明細書中では、高速で走査している側を主走査、低速で走査している側を副走査と定義している。水平方向の走査のほうが高速であることが一般的であるので、以下では、主走査を水平走査、副走査を垂直走査とする。これが逆であっても画像を表示できることは言うまでもない。
【００１４】
［実施形態１］
図１（ａ）は、本発明の実施形態１の画像表示装置の模式的な構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すスクリーンの拡大図である。
【００１５】
図１（ａ）において、２０１ａ〜２０１ｃは赤色半導体レーザ、２０１は赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃを有する光源、２０３はコリメートレンズ、２０５は水平走査（主走査）素子であるところの回転ポリゴンミラー、２０７は垂直走査（副走査）素子であるところのガルバノミラー、２０９は投影レンズ、２１１はスクリーンである。
【００１６】
光源２０１は光出力約３０ｍＷの赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃを水平走査に対応した方向に例えば３個並べている。その間隔は例えば１００μｍとしている。
【００１７】
ここで、水平走査に対応した方向とは、光源２０１からの光を水平方向に走査したときにスクリーン２１１上に形成される走査線２１３ａ〜２１３ｃが重なるように照射することが可能なような方向をいう。
【００１８】
スクリーン上の画像領域２１５のサイズは１４インチ（横２８４ｍｍ、縦２１３ｍｍ）とする。その領域に例えばＶＧＡ相当（水平解像度６４０画素、垂直解像度４８０画素）の画像を表示するため、回転ポリゴンミラー２０５は走査周波数約３０ｋＨｚになるようにミラー面数、回転速度を設定している。
【００１９】
ガルバノミラー２０９は約６０Ｈｚの鋸波駆動としている。ここで用いるガルバノミラーは比較的低速であり、後述する実施形態３で用いているような半導体プロセスによって形成したものとは異なり、一般に市販されているような機械巻き駆動コイルを用いたガルバノミラーでよい。
【００２０】
また、投影レンズ２０９を含む全体の投影光学系の倍率は１０倍とする。
【００２１】
このような走査周波数を設定すると、ひとつの半導体レーザから形成される走査線は１フレームあたり５００本となるが、このうち４８０本を実際の画像形成に用いる。
【００２２】
スクリーン２１１は、特に限定されるものではなく、専用のスクリーンを用いてもよく、また壁や天井などに照射するようにしてもよい。
【００２３】
図１（ａ）に示す画像表示装置を用いて光ビームを水平走査すると、スクリーン２１１上には各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃからの光による走査線２１３ａ〜２１３ｃが形成される。
【００２４】
各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃは水平走査に対応した方向に並べられているため、スクリーン２１１上では各走査線２１３ａ〜２１３ｃは直線上に重なる。ただし、赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃの間隔と倍率の積とに対応して２ｍｍの横ずれが生じる。
【００２５】
そのため、これを是正するために各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃに、横ずれ分を考慮した時間差を付加した信号を与えることで所定の位置（画素）を多重照射し、その画素の輝度を制御することができる。
【００２６】
本実施形態では、各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃをそれぞれ、例えばパルス幅変調又は振幅変調している。
【００２７】
図１０は、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ、図１においては半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃに対応）をパルス幅変調するときのパルス波形を示す図である。実際は３つの発光素子からの光ビームがスクリーンを照射する位置が異なっているため、ある特定の画素を光ビームが通過する時間にはずれがあるが、ここでは説明の都合上ずれ時間を無視して表現している。このように画素ごとにパルス幅を変調することで多値階調を表現することが可能となり、高精細な画像を表現できる。パルス幅変調は、高い変調周波数が要求されるため半導体レーザに適した方式である。
【００２８】
図９は、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ）を２値（ＯＮ／ＯＦＦ）の切り替えで変調するときのパルス波形を示す図である。ここでも、ずれ時間を無視して図示している。この場合、階調度数は光源の数＋１となる（輝度０の場合を含む）。
【００２９】
図１０に示すような変調に比べ、階調度数は減少するが変調周波数は低くてよいので変調に比べ、比較的低い変調周波数でよいのでＬＥＤに適した方式である。さらに、図１１に示すように、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ）の光出力を予め変えてかえておいてもよい。ここでも、ずれ時間を無視して図示している。
【００３０】
各発光素子の光出力をたとえば「１」、「２」、「４」の３段階に設定している。このように、各発光素子の光出力の比が２の階乗となるように設定した場合、最大の階調を表現でき、この時の階調度数は２の光源の数乗となる（輝度０の場合を含む）。図９に示す方式と比べ、階調度数を増やすことができる。
【００３１】
用途に合わせて、図９、図１０、図１１に示す何れかのパルス波形を選択すればよい。
【００３２】
このようにパルス幅や振幅をそれぞれ変調することで階調を表現することが可能となり、高精細な画像を表示できる。
【００３３】
そして、図１（ｂ）に示すように走査線２１３ａ〜２１３ｃを垂直方向の画素ピッチ（２１３ｍｍ／４８０＝０．４４ｍｍ間隔）で垂直走査することで画像が形成されるようになる。なお、図１（ａ）、図１（ｂ）では、説明の都合上３本の走査線２１３ａ〜２１３ｃを垂直走査方向に若干ずらして図示しているが、実際にはこれらは垂直走査方向で重なる。
【００３４】
また、走査線２１３ａ〜２１３ｃの水平走査方向のずれによってスクリーン２１１には、画像が表示できない領域が存在する。ここでは、画像を表示可能な領域を画像領域２１５とすると、実際にスクリーン２１１に画像を表示させると、１００ｃｄ／ｍ2程度のスクリーン輝度であり、室内の明るさで十分見ることが可能なＶＧＡ相当の画像を表示できるようになる。
【００３５】
本実施形態において、赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃの数を増やしたり、これらの間隔を変更してもよい。特に間隔については、間隔が近すぎると個々の半導体レーザが干渉して変調に影響を及ぼしたり、製造プロセスに精度が要求されたりする。また、間隔が遠すぎると、レーザウエハの面積当りの個数が減少して歩留まりが低下したりする。それらを考慮して最適な距離とすればよい。
【００３６】
また、赤色半導体レーザに代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）やルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いてもよく、さらには光学系の倍率やレンズ構成も変更してもよい。
【００３７】
［実施形態２］
図２（ａ）は、本発明の実施形態２の画像表示装置の模式的な構成図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すスクリーンの拡大図である。ここでは、図１（ａ）と異なり、垂直走査に対応する方向（実施形態１での水平方向に対応する方向に対して垂直な方向）に半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃを並べた光源２５１を用いている。なお、図２（ａ）において図１と同様の部分には同一符号を付している。
【００３８】
スクリーン上に形成する画像のサイズおよび解像度、各走査素子の変調周波数は実施形態１と同一とする。
【００３９】
各半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃの間隔は、スクリーン２１１上に形成される画像の垂直方向の画素ピッチ（２１３ｍｍ／４８０＝０．４４ｍｍ間隔）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の整数倍とする。本実施形態では３倍である１３２μｍとしている。
【００４０】
各半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃがこのように配置されているため、各走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査したときに、走査線２５３ａの上からｉ本目と、走査線２５３ｂの上からｉ−３本目と、走査線２５３ｃの上からｉ−６本目とが一致する。３本が一致した走査線４８０本を用いることで画像領域２５３にＶＧＡ相当の画像を表示できるようになる。変調方式については実施形態１と同様いろいろな方式を取り得る。
【００４１】
本実施形態において、各半導体レーザの間隔は、垂直画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値の整数倍であればなんでもよく、半導体レーザ同士の干渉の影響や、製造プロセス、歩留まり等を考慮して適当な間隔とすればよい。
【００４２】
さらに、図３のように、水平走査方向から所定の角度傾いた方向に半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｎを並べた光源３０１を用いてもよい。この場合も、垂直走査に対応した方向における半導体レーザ３０１ａ、３０１ｂ等の間隔ｄ３が画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値の整数倍となるように傾けて配置すればよいので、各半導体レーザの間隔は何でもよく設計上の自由度が増す。
【００４３】
さらに、２次元アレイ状に半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子を配置し、それらからの走査線が適当な時間差をもってすべて重なるように水平走査および垂直走査を行ってもよい。
【００４４】
［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３の画像表示装置の模式的な構成図である。ここでは、図１と異なり、水平走査素子として、半導体プロセス等によって形成したマイクロミラーからなるガルバノミラー２７１を用いている。
【００４５】
なお、マイクロミラーの一例は、刊行物 応用物理学会 微小光学グループ機関紙、第１４巻、第３号、１３−１７頁の“シリコンマイクロ光学スキャナ”に記載されている。
【００４６】
このようなマイクロミラーは小型軽量化、低消費電力化に適しているとともに、数１０ｋＨｚでの高速な振動運動を行うことができる。
【００４７】
この場合、図１（ａ）等に示すような回転ポリゴンミラー２０５を用いる場合に比べて、画像表示装置の小型化、軽量化、低価格化、低消費電力化を図ることができる。
【００４８】
［実施形態４］
図５（ａ）は、本発明の実施形態４の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す概念図である。ここでは、２次元状に面型のＬＥＤや面発光レーザ等を配置した光源４００を示している。
【００４９】
光源４００は、ここでは、それぞれｎ個のＬＥＤ４０１ａ〜４０１ｎ、４０２ａ〜４０２ｎ、４０３ａ〜４０３ｎを備えるＬＥＤ群４０１〜４０３を備えている。光源４００の変調方式はここでは、図９に示すようなＯＮ／ＯＦＦ変調を用いている。このように、ＬＥＤ等を用いると、外部光変調器が不要になる。
【００５０】
図５（ｂ）に示す分割画像１〜３は、ＬＥＤ群４０１〜４０３によってそれぞれ表示されるようにしている。
【００５１】
ＬＥＤ群４０１、４０２間等の間隔ｄ４は、スクリーン上の垂直走査方向の全画素幅（例えば２１３ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の３分の１である７．１ｍｍとしている。
【００５２】
また、ＬＥＤ群４０１〜４０３では各ＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂ等の間隔を例えば５０μｍとしている。各ＬＥＤ４０１ａ等の光出力は３ｍＷ程度としている。
【００５３】
光源部以外の光学素子の配置等は図１（ａ）と同様であり、各分割画像におけるＬＥＤ群からの複数の走査線の重なり方は実施形態１と同様である。
【００５４】
図５（ａ）に示す光源４００を用いて、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査することで画像が形成できる。図１（ａ）等に示すものと比べ次のような利点がある。
【００５５】
・光源４００の変調周波数が３分の１でよいので高速変調しずらいＬＥＤであっても容易に変調できる。さらに、各々のＬＥＤに対して、画像を構成している各画素に割り当てられた時間が長くなるので同程度のスクリーン輝度を得るのに光出力が小さくてもよくなる。
【００５６】
・水平走査素子の走査周波数を３分の１にできる。
【００５７】
・垂直走査素子の走査角を３分の１にできる。これは、走査角の小さいガルバノミラーを用いることが可能になったり、走査角は図１（ａ）と同じであって鋸波駆動したときの時間−角度の線形性のそれほどよくないガルバノミラーであって、線形性がよい時間帯のみを用いるといった利用法が可能となりコスト的に有利である。
【００５８】
なお、ＬＥＤ４０１ａ等の数、ＬＥＤ群４０１等の数は上記例に限定されず、分割画像およびＬＥＤ群の数Ｎに対して、間隔ｄ４がスクリーン上の垂直走査方向の画像領域幅を投影光学系の倍率で割った値のＮ分の１になるように設定さえすればよい。それに応じ水平走査素子、垂直走査素子の変調周波数や走査角を適宜設定すればよい。
【００５９】
［実施形態５］
図６（ａ）は、本発明の実施形態５の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【００６０】
図６（ａ）には、図２（ａ）に示したような半導体レーザ３０１ａ等を有する１次元アレイ光源３０１を、２次元アレイ状にして半導体レーザ３０１ａ等をＬＥＤや面発光レーザアレイ等に代えている。
【００６１】
光源５００は例えば１０個のＬＥＤ５０１ａ〜５０１ｊを備えるＬＥＤ群５００ａ〜５００ｊ等を１０組有している。光源５００の変調方式はここではパルス幅変調としている。
【００６２】
図６（ｂ）に示すようにＬＥＤ群５００ａ〜５００ｊが、それぞれ分割画像ａ〜ｊをそれぞれ表示するようになり、分割画像ａ〜ｊを合成して合成画像を形成している。
【００６３】
隣り合うＬＥＤ群の垂直走査に対応する方向の間隔ｄ５１は、スクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（１０倍）で割った値である３３４４μｍとし、隣り合うＬＥＤ群の水平走査に対応する方向の間隔は例えば５０μｍとしている。
【００６４】
また、ＬＥＤ群の中のＬＥＤの間隔ｄ５２はスクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（１０倍）で割った値の１０倍である４４０μｍとしている。
【００６５】
本実施形態においては、各ＬＥＤ５０１ａ等の光出力を３ｍＷ程度としている。さらに水平走査方向の走査周波数を図２（ａ）に示すものに比べ１０分の１とすることで、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチの１０倍のピッチで垂直走査を行い、あるＬＥＤ群中の複数のＬＥＤ（例えばＬＥＤ５０１ａ〜５０３ａ）から形成された走査線が重なるようにしている。
【００６６】
図６（ａ）に示す光源５００を用いると、光源５００の変調周波数、および水平走査素子の走査周波数を図２（ａ）に示すものと比べ１０分の１にできる。そのため、ＬＥＤ５０１ａ等での直接変調も容易となり、パルス幅変調方式も可能となる。また、ＬＥＤの光出力も小さくてすむ。
【００６７】
本実施形態において、ＬＥＤ５０１ａ等の数、ＬＥＤ群５００ａ等の数は上記例に限定されず、分割画像の数Ｎに対して、間隔ｄ５１がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値、あるいはそのａＮ＋ｂ倍（ただしａは１以上の整数、ｂは１以上Ｎ未満の整数）となり、間隔ｄ５２がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値のＮ倍、もしくはその整数倍になるように設定するとよい。その際、水平走査素子の走査周波数は図２（ａ）に示すものと比べＮ分の１にすればよい。
【００６８】
［実施形態６］
図７（ａ）は、本発明の実施形態６の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【００６９】
図７（ａ）には、図２（ａ）に示したような半導体レーザ３０１ａ等を有する１次元アレイ光源３０１を、２次元アレイ状にして半導体レーザ３０１ａ等をＬＥＤや面発光レーザアレイ等に代えている。
【００７０】
光源６００は例えばｎ個のＬＥＤ６０１ａ、６０２ａ、６０３ａ、…等を備えるＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃを有している。光源６００の変調方式はここではパルス幅変調を用いている。なお、各ＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃには１０個程度のＬＥＤを備えている。
【００７１】
図７（ｂ）に示すようにＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃが、それぞれ分割画像ａ〜ｃをそれぞれ表示するようになる。
【００７２】
ＬＥＤ６０１ｃ、６０２ｃ等の間隔ｄ６２はスクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の２倍である８８μｍとしている。
【００７３】
ＬＥＤ群６００ａ、６００ｂ等の間隔ｄ６１はスクリーン上の水平走査方向の全画素幅（例えば２８４ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の３分の１である９．５ｍｍとしている。各ＬＥＤ６０１ａ等の光出力は３ｍＷ程度としている。
【００７４】
図７（ａ）に示す光源６００を用いて、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査することで画像が形成できる。光源６００の変調周波数、および水平走査素子の走査角は図２（ａ）に示すものと比べ３分の１にできる。
【００７５】
本実施形態において、ＬＥＤ６０１ａ等の数、ＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃの数は上記例に限定されず、分割画像およびＬＥＤ群の数Ｎに対して、ＬＥＤ群６００ａ、６００ｂ等の間隔ｄ６１がスクリーン上の水平走査方向の画像領域幅が投影光学系の倍率で割った値のＮ分の１であり、かつＬＥＤ６０１ｃ、６０２ｃ等の間隔ｄ６２がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値、もしくはその整数倍になるように設定するとよい。
【００７６】
［実施形態７］
図８は、本発明の実施形態７の画像表示装置の光学系の模式的な構成図である。図８において、７０１は赤色ＬＥＤ７０１ａ〜７０１ｃを備えた赤色ＬＥＤアレイ、７０３は緑色ＬＥＤ７０３ａ〜７０３ｃを備えた緑色ＬＥＤアレイ、７０５は青色ＬＥＤ７０５ａ〜７０５ｃを備えた青ＬＥＤ色アレイ、７０７はダイクロイックミラー等で構成された合波光学系、７０９はコリメートレンズ、７１１は水平走査素子である。
【００７７】
なお、水平走査素子７１１からの光は図１（ａ）等と同様に、垂直走査素子、投影光学系を経て、スクリーンに照射される。
【００７８】
本実施形態では、３色のＬＥＤアレイ７０１、７０３、７０５を用いてカラー画像を表示できるようにしている。各色の光源はアレイ化されているので個々の光出力は小さくてよく、光出力が数ｍＷ以下のＬＥＤ等であっても十分なスクリーン輝度を得ることができるようになる。
【００７９】
簡単に図８に示す光学系の動作について説明する。各ＬＥＤアレイ７０１、７０３、７０５のＬＥＤ７０１ａ等から発光された光は、合成光学系７０７によって混色され、コリメートレンズ７０９を経て水平走査素子７１１に照射される。このとき、ＬＥＤ７０１ａ、７０３ａ、７０５ａからの光が混色されて混色光７１３ａとなる。同様に、混色光７１３ｂ、７１３ｃが作られる。
【００８０】
この混色光７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃは水平走査素子７１１によって走査され走査光７１５ａ、７１５ｂ、７１５ｃが生じる。走査光７１５ａ、７１５ｂ、７１５ｃは、垂直走査素子、投影光学系を経て、スクリーンに照射される。スクリーン上では、混色光７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃからの３本の走査線が形成される。これらの走査線がある適当な時間ぞれを伴って一致するように光源７０１、７０３、７０５中のＬＥＤアレイが配置されている。ＬＥＤアレイの配置については、上記した実施形態１や実施形態２などと同様である。
【００８１】
このような構成とすることで、光出力の小さいＬＥＤを光源として用いた場合でも十分なスクリーン輝度を有するＶＧＡ相当のカラー画像を表示できる。
【００８２】
以上、種々の実施形態を例に本発明を説明したが、これらの他に、光源は振幅変調方式を採ることもでき、また、上記した変調方式を複合した方式としてもよい。
【００８３】
また、発光素子の配置についても、上記したものに限るわけではなく、水平走査および垂直走査によって走査線が重なるような配置であればどのようなものでもよい。
【００８４】
また、発光素子は、半導体発光素子に限ったものではなく、ガスレーザや半導体レーザ励起の固体レーザであってもよい。この場合は、音響光学変調器等の外部変調器を用いて変調を行えばよい。
【００８５】
表示画像の大きさは、用途に応じて適当な大きさを設定すればよい。例えば、コンピュータ用ディスプレイやパーソナルテレビなどでは１０から１５インチ程度でよく、多人数での会議用といった場合では５０インチ以上の比較的大きい画面とすればよい。その画面サイズや明るさに応じて投影光学系の倍率、光源の光出力およびアレイ数を設定すれば良い。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、走査線がスクリーン上で重なるようにしているので、光出力の小さい光源を用いた場合でもスクリーン輝度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図２】本発明の実施形態２の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図３】図２の光源３０１の変形例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３の画像表示装置の模式的な構成図である。
【図５】本発明の実施形態４の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図６】本発明の実施形態５の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図及び光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態６の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図及び光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態７の画像表示装置の光学系の模式的な構成図である。
【図９】たとえば３つのＬＥＤをそれぞれＯＮ／ＯＦＦ変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１０】図１の各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃをそれぞれパルス幅変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１１】図９とは異なるたとえば３つのＬＥＤをそれぞれＯＮ／ＯＦＦ変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１２】従来のレーザ画像表示装置の模式的な構成図である。
【符号の説明】
２０１、２５１、３０１、４００、５００、６００ 光源
２０１ａ〜２０１ｃ、２５１ａ〜２５１ｃ、３０１ａ〜３０１ｃ 半導体レーザ
２０３ コリメートレンズ
２０５ 回転ポリゴンミラー
２７１ ガルバノミラー
２０７ 垂直走査素子
２０９ 投影レンズ
２１１ スクリーン
２１３ａ〜２１３ｃ、２５３ａ〜２５３ｃ 走査線
２１５、２５５ 画像領域
４０１〜４０３、５００ａ〜５００ｊ、６００ａ〜６００ｃ ＬＥＤ群
４０１ａ〜４０１ｊ、４０２ａ〜４０２ｊ、４０３ａ〜４０３ｊ、５０１ａ〜５０１ｊ、５０２ａ〜５０２ｊ、５０３ａ〜５０３ｊ、６０１ａ〜６０１ｃ、６０２ａ〜６０２ｃ、６０３ａ〜６０３ｃ、ＬＥＤ
７０１ 赤色ＬＥＤアレイ
７０１ａ〜７０１ｃ 赤色ＬＥＤ
７０３ 緑色ＬＥＤアレイ
７０３ａ〜７０３ｃ 緑色ＬＥＤ
７０５ 青色ＬＥＤアレイ
７０５ａ〜７０５ｃ 青色ＬＥＤ
７０７ 合波光学系
７０９ コリメートレンズ
７１１ 水平走査素子
７１３ａ〜７１３ｃ 混色光
７１５ａ〜７１５ｃ
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ画面やコンピュータ画面などのスクリーン上に画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、赤、緑、青の３色のレーザ光を変調し、このレーザ光を水平及び垂直方向に走査することによりテレビ画像等の画像を表示する投影型レーザ画像表示装置は広く提供されている。
【０００３】
図１２は、特開平９−１３４１３５号公報に開示されたようなレーザ画像表示装置の模式的な構成図である。図１２において、１は画像情報源、２は画像コントローラ、１１，１４，１７は赤色のレーザ光を発生するレーザ発振器、１２，１５，１８は緑色のレーザ光を発生するレーザ発振器、１３，１６，１９は青色のレーザ光を発生するレーザ発振器、６１〜６９はレーザ発振器１１〜１９で発生したレーザ光、２１〜２９はレーザ光６１〜６９を振幅変調する変調器、３１〜３３は三色のレーザ光を一つの光軸上に合成する光合成光学系、７１〜７３は振幅変調され三色合成されたレーザ光、４１〜４３は水平走査素子、１１１〜１１３は水平走査されたレーザ光をコリメートし垂直走査素子上に集光するコリメート／集光レンズ、５１〜５３は垂直走査素子、１２１〜１２３は投影レンズ、１１０はスクリーンである。
【０００４】
図１２の最上段の構成について説明すると、レーザ発振器１１〜１３から赤色、緑色、青色のレーザ光を発生し、各色の光を変調器２１〜２３を用いて振幅変調した後、一つの光軸上に合成し、水平走査素子４１、および垂直走査素子５１を用いて２次元に走査してスクリーン１１０上に画像を投影する。２段目、３段目も同様である。
【０００５】
このような構成によると、画像を３つに分割して、それぞれの画像ごとに３つの変調器（例えば２１〜２３）やひとつの水平走査素子（例えば４１）を備えているので、変調器（例えば２１〜２３）の周波数帯域、水平走査素子（例えば４１）の走査周波数は３分の１でよいので、高精細な画像を表示することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は、光出力が十分あるレーザ発振器を用いることが前提となっており、これらの光源を光出力の小さい半導体レーザやＬＥＤに置き換えた場合については考慮されていない。例えば、数ｍＷ程度の光出力を有するＬＥＤを光源として用いる場合を考える。ＬＥＤは直接変調可能なため外部変調器（例えば２１〜２３）は不要となる。
【０００７】
しかしスクリーン輝度の不足を補うため赤色、緑色、青色それぞれ１０個以上必要になり、図１２のような構成では、光源および走査素子の組が１０組以上必要になり現実的でない。
【０００８】
また、ある色、例えば赤色の階調は、外部変調器（例えば２１）の性能に依存する。一方、ＬＥＤに置き換えた場合はＬＥＤを直接変調（パルス幅変調あるいは振幅変調）する際の変調周波数に依存し、高速変調に不向きのＬＥＤの場合は高階調とすることが難しい。
【０００９】
図１２において、レーザ１１〜１３を同色、例えば赤色のＬＥＤに置き換えた場合は、光合成光学系３１を構成しても必ず３分の１の損失が生じてしまうためひとつのＬＥＤを用いた場合と同じになってしまいスクリーン輝度の不足を補うことはできない。
【００１０】
そこで、本発明は、半導体レーザやＬＥＤといった比較的光出力の小さい光源を用いた場合であっても十分なスクリーン輝度および適当な階調度数の画像を表示できる多用途の画像表示装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、複数の発光素子を有する光源を有し、前記光源からの光を主走査方向及び副走査方向へ走査することによってスクリーン上に所定の画素数を有する画像を表示する画像表示装置であって、前記各発光素子は、主走査に対応する方向に配列しており、前記各発光素子から発せられた光による主走査方向の走査線がスクリーン上で重なるように制御し、且つ、前記各発光素子に、前記主走査方向の走査線の横ずれを考慮した時間差を付加した信号を与えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
なお、本明細書中では、高速で走査している側を主走査、低速で走査している側を副走査と定義している。水平方向の走査のほうが高速であることが一般的であるので、以下では、主走査を水平走査、副走査を垂直走査とする。これが逆であっても画像を表示できることは言うまでもない。
【００１４】
［実施形態１］
図１（ａ）は、本発明の実施形態１の画像表示装置の模式的な構成図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すスクリーンの拡大図である。
【００１５】
図１（ａ）において、２０１ａ〜２０１ｃは赤色半導体レーザ、２０１は赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃを有する光源、２０３はコリメートレンズ、２０５は水平走査（主走査）素子であるところの回転ポリゴンミラー、２０７は垂直走査（副走査）素子であるところのガルバノミラー、２０９は投影レンズ、２１１はスクリーンである。
【００１６】
光源２０１は光出力約３０ｍＷの赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃを水平走査に対応した方向に例えば３個並べている。その間隔は例えば１００μｍとしている。
【００１７】
ここで、水平走査に対応した方向とは、光源２０１からの光を水平方向に走査したときにスクリーン２１１上に形成される走査線２１３ａ〜２１３ｃが重なるように照射することが可能なような方向をいう。
【００１８】
スクリーン上の画像領域２１５のサイズは１４インチ（横２８４ｍｍ、縦２１３ｍｍ）とする。その領域に例えばＶＧＡ相当（水平解像度６４０画素、垂直解像度４８０画素）の画像を表示するため、回転ポリゴンミラー２０５は走査周波数約３０ｋＨｚになるようにミラー面数、回転速度を設定している。
【００１９】
ガルバノミラー２０９は約６０Ｈｚの鋸波駆動としている。ここで用いるガルバノミラーは比較的低速であり、後述する実施形態３で用いているような半導体プロセスによって形成したものとは異なり、一般に市販されているような機械巻き駆動コイルを用いたガルバノミラーでよい。
【００２０】
また、投影レンズ２０９を含む全体の投影光学系の倍率は１０倍とする。
【００２１】
このような走査周波数を設定すると、ひとつの半導体レーザから形成される走査線は１フレームあたり５００本となるが、このうち４８０本を実際の画像形成に用いる。
【００２２】
スクリーン２１１は、特に限定されるものではなく、専用のスクリーンを用いてもよく、また壁や天井などに照射するようにしてもよい。
【００２３】
図１（ａ）に示す画像表示装置を用いて光ビームを水平走査すると、スクリーン２１１上には各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃからの光による走査線２１３ａ〜２１３ｃが形成される。
【００２４】
各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃは水平走査に対応した方向に並べられているため、スクリーン２１１上では各走査線２１３ａ〜２１３ｃは直線上に重なる。ただし、赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃの間隔と倍率の積とに対応して２ｍｍの横ずれが生じる。
【００２５】
そのため、これを是正するために各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃに、横ずれ分を考慮した時間差を付加した信号を与えることで所定の位置（画素）を多重照射し、その画素の輝度を制御することができる。
【００２６】
本実施形態では、各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃをそれぞれ、例えばパルス幅変調又は振幅変調している。
【００２７】
図１０は、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ、図１においては半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃに対応）をパルス幅変調するときのパルス波形を示す図である。実際は３つの発光素子からの光ビームがスクリーンを照射する位置が異なっているため、ある特定の画素を光ビームが通過する時間にはずれがあるが、ここでは説明の都合上ずれ時間を無視して表現している。このように画素ごとにパルス幅を変調することで多値階調を表現することが可能となり、高精細な画像を表現できる。パルス幅変調は、高い変調周波数が要求されるため半導体レーザに適した方式である。
【００２８】
図９は、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ）を２値（ＯＮ／ＯＦＦ）の切り替えで変調するときのパルス波形を示す図である。ここでも、ずれ時間を無視して図示している。この場合、階調度数は光源の数＋１となる（輝度０の場合を含む）。
【００２９】
図１０に示すような変調に比べ、階調度数は減少するが変調周波数は低くてよいので変調に比べ、比較的低い変調周波数でよいのでＬＥＤに適した方式である。さらに、図１１に示すように、たとえば３つの発光素子（光源ａ〜ｃ）の光出力を予め変えてかえておいてもよい。ここでも、ずれ時間を無視して図示している。
【００３０】
各発光素子の光出力をたとえば「１」、「２」、「４」の３段階に設定している。このように、各発光素子の光出力の比が２の階乗となるように設定した場合、最大の階調を表現でき、この時の階調度数は２の光源の数乗となる（輝度０の場合を含む）。図９に示す方式と比べ、階調度数を増やすことができる。
【００３１】
用途に合わせて、図９、図１０、図１１に示す何れかのパルス波形を選択すればよい。
【００３２】
このようにパルス幅や振幅をそれぞれ変調することで階調を表現することが可能となり、高精細な画像を表示できる。
【００３３】
そして、図１（ｂ）に示すように走査線２１３ａ〜２１３ｃを垂直方向の画素ピッチ（２１３ｍｍ／４８０＝０．４４ｍｍ間隔）で垂直走査することで画像が形成されるようになる。なお、図１（ａ）、図１（ｂ）では、説明の都合上３本の走査線２１３ａ〜２１３ｃを垂直走査方向に若干ずらして図示しているが、実際にはこれらは垂直走査方向で重なる。
【００３４】
また、走査線２１３ａ〜２１３ｃの水平走査方向のずれによってスクリーン２１１には、画像が表示できない領域が存在する。ここでは、画像を表示可能な領域を画像領域２１５とすると、実際にスクリーン２１１に画像を表示させると、１００ｃｄ／ｍ2程度のスクリーン輝度であり、室内の明るさで十分見ることが可能なＶＧＡ相当の画像を表示できるようになる。
【００３５】
本実施形態において、赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃの数を増やしたり、これらの間隔を変更してもよい。特に間隔については、間隔が近すぎると個々の半導体レーザが干渉して変調に影響を及ぼしたり、製造プロセスに精度が要求されたりする。また、間隔が遠すぎると、レーザウエハの面積当りの個数が減少して歩留まりが低下したりする。それらを考慮して最適な距離とすればよい。
【００３６】
また、赤色半導体レーザに代えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）やルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いてもよく、さらには光学系の倍率やレンズ構成も変更してもよい。
【００３７】
［実施形態２］
図２（ａ）は、本発明の実施形態２の画像表示装置の模式的な構成図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すスクリーンの拡大図である。ここでは、図１（ａ）と異なり、垂直走査に対応する方向（実施形態１での水平方向に対応する方向に対して垂直な方向）に半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃを並べた光源２５１を用いている。なお、図２（ａ）において図１と同様の部分には同一符号を付している。
【００３８】
スクリーン上に形成する画像のサイズおよび解像度、各走査素子の変調周波数は実施形態１と同一とする。
【００３９】
各半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃの間隔は、スクリーン２１１上に形成される画像の垂直方向の画素ピッチ（２１３ｍｍ／４８０＝０．４４ｍｍ間隔）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の整数倍とする。本実施形態では３倍である１３２μｍとしている。
【００４０】
各半導体レーザ２５１ａ〜２５１ｃがこのように配置されているため、各走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査したときに、走査線２５３ａの上からｉ本目と、走査線２５３ｂの上からｉ−３本目と、走査線２５３ｃの上からｉ−６本目とが一致する。３本が一致した走査線４８０本を用いることで画像領域２５３にＶＧＡ相当の画像を表示できるようになる。変調方式については実施形態１と同様いろいろな方式を取り得る。
【００４１】
本実施形態において、各半導体レーザの間隔は、垂直画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値の整数倍であればなんでもよく、半導体レーザ同士の干渉の影響や、製造プロセス、歩留まり等を考慮して適当な間隔とすればよい。
【００４２】
さらに、図３のように、水平走査方向から所定の角度傾いた方向に半導体レーザ３０１ａ〜３０１ｎを並べた光源３０１を用いてもよい。この場合も、垂直走査に対応した方向における半導体レーザ３０１ａ、３０１ｂ等の間隔ｄ３が画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値の整数倍となるように傾けて配置すればよいので、各半導体レーザの間隔は何でもよく設計上の自由度が増す。
【００４３】
さらに、２次元アレイ状に半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子を配置し、それらからの走査線が適当な時間差をもってすべて重なるように水平走査および垂直走査を行ってもよい。
【００４４】
［実施形態３］
図４は、本発明の実施形態３の画像表示装置の模式的な構成図である。ここでは、図１と異なり、水平走査素子として、半導体プロセス等によって形成したマイクロミラーからなるガルバノミラー２７１を用いている。
【００４５】
なお、マイクロミラーの一例は、刊行物 応用物理学会 微小光学グループ機関紙、第１４巻、第３号、１３−１７頁の“シリコンマイクロ光学スキャナ”に記載されている。
【００４６】
このようなマイクロミラーは小型軽量化、低消費電力化に適しているとともに、数１０ｋＨｚでの高速な振動運動を行うことができる。
【００４７】
この場合、図１（ａ）等に示すような回転ポリゴンミラー２０５を用いる場合に比べて、画像表示装置の小型化、軽量化、低価格化、低消費電力化を図ることができる。
【００４８】
［実施形態４］
図５（ａ）は、本発明の実施形態４の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す概念図である。ここでは、２次元状に面型のＬＥＤや面発光レーザ等を配置した光源４００を示している。
【００４９】
光源４００は、ここでは、それぞれｎ個のＬＥＤ４０１ａ〜４０１ｎ、４０２ａ〜４０２ｎ、４０３ａ〜４０３ｎを備えるＬＥＤ群４０１〜４０３を備えている。光源４００の変調方式はここでは、図９に示すようなＯＮ／ＯＦＦ変調を用いている。このように、ＬＥＤ等を用いると、外部光変調器が不要になる。
【００５０】
図５（ｂ）に示す分割画像１〜３は、ＬＥＤ群４０１〜４０３によってそれぞれ表示されるようにしている。
【００５１】
ＬＥＤ群４０１、４０２間等の間隔ｄ４は、スクリーン上の垂直走査方向の全画素幅（例えば２１３ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の３分の１である７．１ｍｍとしている。
【００５２】
また、ＬＥＤ群４０１〜４０３では各ＬＥＤ４０１ａ、４０１ｂ等の間隔を例えば５０μｍとしている。各ＬＥＤ４０１ａ等の光出力は３ｍＷ程度としている。
【００５３】
光源部以外の光学素子の配置等は図１（ａ）と同様であり、各分割画像におけるＬＥＤ群からの複数の走査線の重なり方は実施形態１と同様である。
【００５４】
図５（ａ）に示す光源４００を用いて、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査することで画像が形成できる。図１（ａ）等に示すものと比べ次のような利点がある。
【００５５】
・光源４００の変調周波数が３分の１でよいので高速変調しずらいＬＥＤであっても容易に変調できる。さらに、各々のＬＥＤに対して、画像を構成している各画素に割り当てられた時間が長くなるので同程度のスクリーン輝度を得るのに光出力が小さくてもよくなる。
【００５６】
・水平走査素子の走査周波数を３分の１にできる。
【００５７】
・垂直走査素子の走査角を３分の１にできる。これは、走査角の小さいガルバノミラーを用いることが可能になったり、走査角は図１（ａ）と同じであって鋸波駆動したときの時間−角度の線形性のそれほどよくないガルバノミラーであって、線形性がよい時間帯のみを用いるといった利用法が可能となりコスト的に有利である。
【００５８】
なお、ＬＥＤ４０１ａ等の数、ＬＥＤ群４０１等の数は上記例に限定されず、分割画像およびＬＥＤ群の数Ｎに対して、間隔ｄ４がスクリーン上の垂直走査方向の画像領域幅を投影光学系の倍率で割った値のＮ分の１になるように設定さえすればよい。それに応じ水平走査素子、垂直走査素子の変調周波数や走査角を適宜設定すればよい。
【００５９】
［実施形態５］
図６（ａ）は、本発明の実施形態５の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【００６０】
図６（ａ）には、図２（ａ）に示したような半導体レーザ３０１ａ等を有する１次元アレイ光源３０１を、２次元アレイ状にして半導体レーザ３０１ａ等をＬＥＤや面発光レーザアレイ等に代えている。
【００６１】
光源５００は例えば１０個のＬＥＤ５０１ａ〜５０１ｊを備えるＬＥＤ群５００ａ〜５００ｊ等を１０組有している。光源５００の変調方式はここではパルス幅変調としている。
【００６２】
図６（ｂ）に示すようにＬＥＤ群５００ａ〜５００ｊが、それぞれ分割画像ａ〜ｊをそれぞれ表示するようになり、分割画像ａ〜ｊを合成して合成画像を形成している。
【００６３】
隣り合うＬＥＤ群の垂直走査に対応する方向の間隔ｄ５１は、スクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（１０倍）で割った値である３３４４μｍとし、隣り合うＬＥＤ群の水平走査に対応する方向の間隔は例えば５０μｍとしている。
【００６４】
また、ＬＥＤ群の中のＬＥＤの間隔ｄ５２はスクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（１０倍）で割った値の１０倍である４４０μｍとしている。
【００６５】
本実施形態においては、各ＬＥＤ５０１ａ等の光出力を３ｍＷ程度としている。さらに水平走査方向の走査周波数を図２（ａ）に示すものに比べ１０分の１とすることで、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチの１０倍のピッチで垂直走査を行い、あるＬＥＤ群中の複数のＬＥＤ（例えばＬＥＤ５０１ａ〜５０３ａ）から形成された走査線が重なるようにしている。
【００６６】
図６（ａ）に示す光源５００を用いると、光源５００の変調周波数、および水平走査素子の走査周波数を図２（ａ）に示すものと比べ１０分の１にできる。そのため、ＬＥＤ５０１ａ等での直接変調も容易となり、パルス幅変調方式も可能となる。また、ＬＥＤの光出力も小さくてすむ。
【００６７】
本実施形態において、ＬＥＤ５０１ａ等の数、ＬＥＤ群５００ａ等の数は上記例に限定されず、分割画像の数Ｎに対して、間隔ｄ５１がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値、あるいはそのａＮ＋ｂ倍（ただしａは１以上の整数、ｂは１以上Ｎ未満の整数）となり、間隔ｄ５２がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値のＮ倍、もしくはその整数倍になるように設定するとよい。その際、水平走査素子の走査周波数は図２（ａ）に示すものと比べＮ分の１にすればよい。
【００６８】
［実施形態６］
図７（ａ）は、本発明の実施形態６の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【００６９】
図７（ａ）には、図２（ａ）に示したような半導体レーザ３０１ａ等を有する１次元アレイ光源３０１を、２次元アレイ状にして半導体レーザ３０１ａ等をＬＥＤや面発光レーザアレイ等に代えている。
【００７０】
光源６００は例えばｎ個のＬＥＤ６０１ａ、６０２ａ、６０３ａ、…等を備えるＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃを有している。光源６００の変調方式はここではパルス幅変調を用いている。なお、各ＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃには１０個程度のＬＥＤを備えている。
【００７１】
図７（ｂ）に示すようにＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃが、それぞれ分割画像ａ〜ｃをそれぞれ表示するようになる。
【００７２】
ＬＥＤ６０１ｃ、６０２ｃ等の間隔ｄ６２はスクリーン上の垂直方向の画素ピッチ（例えば０．４４ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の２倍である８８μｍとしている。
【００７３】
ＬＥＤ群６００ａ、６００ｂ等の間隔ｄ６１はスクリーン上の水平走査方向の全画素幅（例えば２８４ｍｍ）を投影光学系の倍率（例えば１０倍）で割った値の３分の１である９．５ｍｍとしている。各ＬＥＤ６０１ａ等の光出力は３ｍＷ程度としている。
【００７４】
図７（ａ）に示す光源６００を用いて、複数の走査線を垂直方向の画素ピッチで垂直走査することで画像が形成できる。光源６００の変調周波数、および水平走査素子の走査角は図２（ａ）に示すものと比べ３分の１にできる。
【００７５】
本実施形態において、ＬＥＤ６０１ａ等の数、ＬＥＤ群６００ａ〜６００ｃの数は上記例に限定されず、分割画像およびＬＥＤ群の数Ｎに対して、ＬＥＤ群６００ａ、６００ｂ等の間隔ｄ６１がスクリーン上の水平走査方向の画像領域幅が投影光学系の倍率で割った値のＮ分の１であり、かつＬＥＤ６０１ｃ、６０２ｃ等の間隔ｄ６２がスクリーン上の垂直方向の画素ピッチを投影光学系の倍率で割った値、もしくはその整数倍になるように設定するとよい。
【００７６】
［実施形態７］
図８は、本発明の実施形態７の画像表示装置の光学系の模式的な構成図である。図８において、７０１は赤色ＬＥＤ７０１ａ〜７０１ｃを備えた赤色ＬＥＤアレイ、７０３は緑色ＬＥＤ７０３ａ〜７０３ｃを備えた緑色ＬＥＤアレイ、７０５は青色ＬＥＤ７０５ａ〜７０５ｃを備えた青ＬＥＤ色アレイ、７０７はダイクロイックミラー等で構成された合波光学系、７０９はコリメートレンズ、７１１は水平走査素子である。
【００７７】
なお、水平走査素子７１１からの光は図１（ａ）等と同様に、垂直走査素子、投影光学系を経て、スクリーンに照射される。
【００７８】
本実施形態では、３色のＬＥＤアレイ７０１、７０３、７０５を用いてカラー画像を表示できるようにしている。各色の光源はアレイ化されているので個々の光出力は小さくてよく、光出力が数ｍＷ以下のＬＥＤ等であっても十分なスクリーン輝度を得ることができるようになる。
【００７９】
簡単に図８に示す光学系の動作について説明する。各ＬＥＤアレイ７０１、７０３、７０５のＬＥＤ７０１ａ等から発光された光は、合成光学系７０７によって混色され、コリメートレンズ７０９を経て水平走査素子７１１に照射される。このとき、ＬＥＤ７０１ａ、７０３ａ、７０５ａからの光が混色されて混色光７１３ａとなる。同様に、混色光７１３ｂ、７１３ｃが作られる。
【００８０】
この混色光７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃは水平走査素子７１１によって走査され走査光７１５ａ、７１５ｂ、７１５ｃが生じる。走査光７１５ａ、７１５ｂ、７１５ｃは、垂直走査素子、投影光学系を経て、スクリーンに照射される。スクリーン上では、混色光７１３ａ、７１３ｂ、７１３ｃからの３本の走査線が形成される。これらの走査線がある適当な時間ぞれを伴って一致するように光源７０１、７０３、７０５中のＬＥＤアレイが配置されている。ＬＥＤアレイの配置については、上記した実施形態１や実施形態２などと同様である。
【００８１】
このような構成とすることで、光出力の小さいＬＥＤを光源として用いた場合でも十分なスクリーン輝度を有するＶＧＡ相当のカラー画像を表示できる。
【００８２】
以上、種々の実施形態を例に本発明を説明したが、これらの他に、光源は振幅変調方式を採ることもでき、また、上記した変調方式を複合した方式としてもよい。
【００８３】
また、発光素子の配置についても、上記したものに限るわけではなく、水平走査および垂直走査によって走査線が重なるような配置であればどのようなものでもよい。
【００８４】
また、発光素子は、半導体発光素子に限ったものではなく、ガスレーザや半導体レーザ励起の固体レーザであってもよい。この場合は、音響光学変調器等の外部変調器を用いて変調を行えばよい。
【００８５】
表示画像の大きさは、用途に応じて適当な大きさを設定すればよい。例えば、コンピュータ用ディスプレイやパーソナルテレビなどでは１０から１５インチ程度でよく、多人数での会議用といった場合では５０インチ以上の比較的大きい画面とすればよい。その画面サイズや明るさに応じて投影光学系の倍率、光源の光出力およびアレイ数を設定すれば良い。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、走査線がスクリーン上で重なるようにしているので、光出力の小さい光源を用いた場合でもスクリーン輝度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図２】本発明の実施形態２の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図３】図２の光源３０１の変形例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３の画像表示装置の模式的な構成図である。
【図５】本発明の実施形態４の画像表示装置の模式的な構成図及びスクリーンの拡大図である。
【図６】本発明の実施形態５の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図及び光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態６の画像表示装置に係る光源の模式的な構成図及び光源とスクリーンとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態７の画像表示装置の光学系の模式的な構成図である。
【図９】たとえば３つのＬＥＤをそれぞれＯＮ／ＯＦＦ変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１０】図１の各赤色半導体レーザ２０１ａ〜２０１ｃをそれぞれパルス幅変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１１】図９とは異なるたとえば３つのＬＥＤをそれぞれＯＮ／ＯＦＦ変調するときのパルス波形を示す図である。
【図１２】従来のレーザ画像表示装置の模式的な構成図である。
【符号の説明】
２０１、２５１、３０１、４００、５００、６００ 光源
２０１ａ〜２０１ｃ、２５１ａ〜２５１ｃ、３０１ａ〜３０１ｃ 半導体レーザ
２０３ コリメートレンズ
２０５ 回転ポリゴンミラー
２７１ ガルバノミラー
２０７ 垂直走査素子
２０９ 投影レンズ
２１１ スクリーン
２１３ａ〜２１３ｃ、２５３ａ〜２５３ｃ 走査線
２１５、２５５ 画像領域
４０１〜４０３、５００ａ〜５００ｊ、６００ａ〜６００ｃ ＬＥＤ群
４０１ａ〜４０１ｊ、４０２ａ〜４０２ｊ、４０３ａ〜４０３ｊ、５０１ａ〜５０１ｊ、５０２ａ〜５０２ｊ、５０３ａ〜５０３ｊ、６０１ａ〜６０１ｃ、６０２ａ〜６０２ｃ、６０３ａ〜６０３ｃ、ＬＥＤ
７０１ 赤色ＬＥＤアレイ
７０１ａ〜７０１ｃ 赤色ＬＥＤ
７０３ 緑色ＬＥＤアレイ
７０３ａ〜７０３ｃ 緑色ＬＥＤ
７０５ 青色ＬＥＤアレイ
７０５ａ〜７０５ｃ 青色ＬＥＤ
７０７ 合波光学系
７０９ コリメートレンズ
７１１ 水平走査素子
７１３ａ〜７１３ｃ 混色光
７１５ａ〜７１５ｃ
Claims (12)
- 複数の発光素子を有する光源を有し、前記光源からの光を主走査方向及び副走査方向へ走査することによってスクリーン上に所定の画素数を有する画像を表示する画像表示装置であって、
前記各発光素子は、主走査に対応する方向に配列しており、
前記各発光素子から発せられた光による主走査方向の走査線がスクリーン上で重なるように制御し、且つ、
前記各発光素子に、前記主走査方向の走査線の横ずれを考慮した時間差を付加した信号を与えることを特徴とする画像表示装置。 - 複数の発光素子を有する光源を有し、前記光源からの光を主走査方向及び副走査方向へ走査することによってスクリーン上に所定の画素数を有する画像を表示する画像表示装置であって、
前記各発光素子は、相互に主走査に対応する方向及び副走査に対応する方向のいずれにも平行でない方向に配列しており、その副走査に対応する方向の間隔が前記副走査方向の画素ピッチに基づく距離であり、
前記各発光素子から発せられた光による主走査方向の走査線がスクリーン上で重なるように制御し、且つ、
前記各発光素子に、前記主走査方向の走査線の横ずれを考慮した時間差を付加した信号を与えることを特徴とする画像表示装置。 - 前記各発光素子は、多値強度の光出力が可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示装置。
- 前記各発光素子は、パルス幅と振幅との少なくとも一方を変調することによって異なる光量の光を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記各発光素子の光出力の比を２の階乗となるように設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記光源中の複数の発光素子をいくつかの発光素子群に分けており、当該各発光素子群からの光が相互に異なるスクリーン上の画像領域を照射するように走査することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記発光素子群を、主走査方向又は副走査方向の画素ピッチに基づく距離を空けて、副走査に対応する方向又は主走査に対応する方向に配列していることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
- 前記発光素子群内の発光素子を、前記副走査方向の画素ピッチに基づく距離を空けて副走査に対応する方向に配列していることを特徴とする請求項６又は７記載の画像表示装置。
- 前記光源は、赤色、緑色、青色の光を発する発光素子を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記各発光素子からの光は、同色であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記光源内の複数の発光素子が前記主走査方向又は副走査方向の画素ピッチに基づく距離を空けて所定の配置に配列されるように、主走査方向または副走査方向の走査周波数および走査角度が制御された走査手段が設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載の画像表示装置。
- 前記走査手段は、ガルバノミラー又は回転ポリゴンミラーであることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載の画像表示装置。
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