JP4406837B2 - 画像表示装置および方法、並びに駆動装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置および方法、並びに駆動装置および方法に関し、特に、表示素子を用いて画像を表示させるとともに、表示素子の変調特性を効率的に測定することができるようにする画像表示装置および方法、並びに駆動装置および方法に関する。

近年、新しい放送方式の導入や、演算素子の進歩に伴う画像処理速度の向上、あるいは、フィルムを使って拡大投影を行う従来形態（所謂アナログシネマ）から、ディジタル信号処理を利用した形態（ディジタルシネマ）への変換等において、高解像度に対する要求が高まりつつある。液晶ライトバルブなどの２次元表示素子は、このような高解像化への流れに追随することが難しい状況にあり、その理由として画素数の増加や画素サイズの小型化に起因する不都合が挙げられる。

例えば、表示素子のサイズを固定したままで、（総）画素数を増やすことによって高解像化を図ろうとすると、表示部の開口部についての縮小化を余儀なくされる結果、明るさが犠牲になる（明るいプロジェクタ装置の実現が困難になる）。一方、画素サイズを固定のままで高解像化を図ろうとすると、必然的に表示素子のサイズが大きくなってしまうという不都合を招き、光学系を含めた装置が大型化したり、高価なものになってしまう。

尚、画素の小サイズ化については、表示素子の製造工程において、より小さな異物混入の防止対策を講じる必要をもたらす。また、表示素子の大型化においては、生産装置そのものの大型化が必要となる。

この点で、１次元表示素子を用いて所定方向への走査を行う構成形態を採用すれば、素子の画素配列数を大幅に低減することができる。

一例として、高精細度テレビあるいは高品位テレビ、所謂ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ＴｅｌｅＶｉｓｉｏｎ）において、２次元表示素子を用いる場合には、１９２０×１０８０≒２０７万画素に相当する素子数が必要であるのに対して、１次元表示素子を用いてＨ（水平）方向に走査を行うシステムでは、１０８０画素に相当する素子数で実現できるので、後者の優位性は明らかである。

そこで、１次元表示素子を用いることにより高解像度化への対応を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によれば、図１に示されるような、光走査装置１ａを含む２次元画像形成装置（１次元像から２次元像を形成する画像表示装置）１により画像が形成される。

光走査装置１ａについては、１次元表示素子２、投影光学系３、光偏向手段（あるいは光偏向装置）４を備えている。

１次元表示素子２は、複数の発光部又は光変調部を一方向に沿って配列したものであり、例えば、複数の発光部をライン状に配列した１次元発光表示素子、複数の光変調部をライン状に配列した１次元光変調素子などにより構成される。

尚、１次元光変調素子（空間光変調素子）としては、例えば、米国のシリコンライトマシーンズ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ）社製のＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）が知られている（米国特許第５３１１３６０号を参照。）。このＧＬＶは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を駆使して形成された位相反射型回折格子により構成されている。ＧＬＶに代表される位相反射型回折格子は素子自身が発光しないので、光源が必要である（コヒーレント光源が望ましい。）。

投影光学系３は、１次元表示素子２から入射される光を、反射させて投影像を形成するものであり、反射系の１次元投影光学系である。例えば、等倍投影として、米国特許３７４８０１５号に示されるオフナー光学系が基本系として挙げられ、この系では３回反射とされる。つまり、１回目と３回目の反射については同心かつ同一曲率半径の曲面で行われ、２回目の反射が別の面で行われるために、一対の反射鏡を用いて構成される。

光偏向手段４は、投影光学系３からの光に対する走査を行うことで２次元像を形成するために設けられている。つまり、投影光学系３において３回以上の反射により得られる出射光を、１次元表示素子２における発光部又は光変調部の配列方向と直交する方向を含む面内において光走査することで２次元像を得るものであり、例えば、回転反射鏡（ガルバノミラー等）が挙げられる。

光偏向手段４を経て得られる２次元像は、拡大投影系５を介して拡大されてスクリーン６上に投影される。つまり、拡大投影系５は、投影光学系３及び光偏向手段４によって得られる２次元像を中間像として、これを拡大して投影するための光学系である。

このように、拡大投影系５の前段階で、光偏向手段４による走査（１次元表示素子２に係る配列方向と直交する方向への光走査）によって、２次元像が得られる。

尚、複数の光変調部を一方向に配列した１次元表示素子を用いる場合には、当該１次元表示素子に対して光を照射するための光源が必要であり、当該光源から１次元表示素子に照射された後で投影光学系３に入射される光を、３回以上反射させてから、光偏向手段４によって、１次元表示素子における光変調部の配列方向と直交する方向を含む面内で光走査を行うことで２次元像を得ることができる。

図２及び図３は、１次元表示素子の一例としてＧＬＶ素子の動作原理について説明するための図である。尚、図２において、基板８に向かう矢印「Ｉ」が入射光の向きを示し、基板８から遠ざかる矢印「Ｒ」が反射光の向きを示しており、また、図３において、基板８に向かう矢印「Ｉ」が入射の向きを示し、矢印「Ｄ＋１」が＋１次回折光の向きを示し、矢印「Ｄ−１」が−１次回折光の向きを示している。

反射回折格子型の素子では、基板８上に多数の可動格子９（リボン電極とも称する）及び固定格子１０を一定方向に配列した構成を有しており、交互に配列された可動格子９と固定格子１０の表面には反射膜がそれぞれ形成されている。つまり、可動格子９は可撓性梁（マイクロブリッジ）とされて基板上に弾性支持され、その表面に反射膜９ａが形成され、また、固定格子１０の表面には反射膜１０ａが形成されている。

そして、基板８のうち、可動格子９及び固定格子１０が配置される方の面８ａとは反対側の面には電極層８ｂが形成されている。

可動格子９と電極層８ｂとの間に電位差を与えない状態では、図２に示されるように、可動格子９と固定格子１０との高さが揃っていて、それらの反射面の高さ（基板８からの距離）が一致するので、回折作用が起きない。よって、面８ａに平行な破線で示すＩ方向からの入射光波面Ｗｉについては、そのまま正反射光、即ち０次光としてＲ方向に反射される。

可動格子９と電極層８ｂとの間に電圧をかけると、静電引力により可動格子９が基板８側に撓んで引き寄せられるので、光学的光路差を変化させることができる。即ち、図３において誇張されて示されるように、格子の深さ（可動格子９と固定格子１０との高さの差）が、光波長λの４分の１（λ／４）になるように可動格子９と電極層８ｂとの間に電位差を与えて、可動格子９を基板上の面８ａに近づけると、反射回折作用が起きる。Ｉ方向からの入射光波面Ｗｉは、「Ｄ＋１」方向や、「Ｄ−１」方向に向かう±１次回折光の波面Ｗｄ＋、Ｗｄ−（図では、Ｗｉを示す破線よりも間隔の狭い破線で示す。）となって出射される。

このように、電圧をかけない非駆動状態で正反射（０次反射光）が、また電圧印加による駆動状態で回折光（１次回折光）が得られるので、それらの状態を画素毎に制御することで光変調が可能となる。つまり、各画素に対応する個々の可動格子の深さを画像信号に対応させて制御を行うことにより、位相反射型回折格子が得られる。

１次元表示素子として、上記ＧＬＶ素子のような位相反射型回折格子を用いる場合には、該回折格子による回折光のうち、特定次数の回折光を遮断するシュリーレン絞りを、投影光学系３の構成面（反射面）に設定することが好ましい。例えば、投影光学系３として、オフナー光学系を採用する場合には、２回目の反射面にシュリーレン絞りを設定することができ、これにより、全体の構成部品を削減することで安価な２次元画像形成装置を実現できる。

しかし、実際に、例えば、１０８０画素素子を含むＧＬＶをスキャンして得た１０８０×１９２０画素の画像表示装置において、良好な画像表示を全画素で実現することは容易ではない。その理由は、通常デバイス製造上画素素子を構成するリボン電極の形状や表面状態を表示領域全体に対して均一に作製することが難しい。そのため素子を動作させない状態でもｎｍ程度の凹凸が発生するため、変調器としてのＧＬＶは、画素素子ごとに変調特性（駆動電圧−変調光輝度）が変動する。その結果、画面上に輝度の不均一性が生じ、例えば、均一な黒画像を得ることが出来ない問題があった。

また、画素毎に設けられ、輝度の階調を調整する駆動回路特性自体にバラツキが存在するため、画素素子の変調特性を均一にすることも容易ではない。例えば、リボン電極をｎｍレベルで移動させる駆動信号の誤差により、ＧＬＶの可動リボン電極の移動量がばらつき、画素素子変調特性の変動を生じる。このような変調特性のバラツキが表示画像上１画素から数画素単位の横縞として認識され画質の劣化を招いていた。

そこで、予め変調素子の変調特性の不均一性を検出して、検出された変調特性に基づいて駆動信号などを補正する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２によれば、図４に示されるような画像表示装置により画像の表示、または変調特性の検出が行われる。同図に示されるように、緑色レーザ５１Ｇと青色レーザ５１Ｂは、紙面に平行する方向にレーザ光を射出するように配置されているのに対して、赤色レーザ５１Ｒは赤色レーザ光が紙面と直交するように配置されている。

１次元画像素子であるＧＬＶ５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂの形状に合わせて、赤色レーザ５１Ｒ、緑色レーザ５１Ｇ、青色レーザ５１Ｂからの光ビームの断面の形状を変換して、ＧＬＶ５３Ｒ、５３Ｇ、５３Ｂに、レーザ光が照射される。

ラインジェネレータ・エキズパンダ７１、７５、または７６の各ラインジェネレータ・エキズパンダ（Line Generator Expander）は、２つの光学レンズからなり、線状に配列されたＧＬＶ５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂに照射する線状のレーザ光を形成する。

ラインジェネレータ・エキズパンダ７１が射出した線状青色レーザビームは、収束レンズ７３に収束され、ミラー７４に偏向され、ＧＬＶ５３Ｂに集光される。ラインジェネレータ・エキズパンダ７６が射出した線状緑色レーザビームは、ミラー７８に偏向され、収束レンズ７９に収束され、ＧＬＶ５３Ｇに集光される。ラインジェネレータ・エキズパンダ７５が射出された線状赤色レーザビームは、図示せぬ収束レンズとミラーに収束、偏向され、ＧＬＶ５３Ｒに集光される。

空間変調器の機能を有するＧＬＶ５３Ｒ、ＧＬＶ５３Ｇ、ＧＬＶ５３Ｂは、各画素素子の各リボン電極が印加された駆動電圧に応じて変位することにより、入射されたレーザ光を変調して、０次光、±２次光などの偶数次数の回折光、又は、±１次光、±３次光などの奇数次数の回折光を含む変調光を射出する。各次数の回折光は、ＧＬＶ５３Ｒ、ＧＬＶ５３Ｇ、ＧＬＶ５３Ｂの空間周期により決められた各方向に進行し、即ち、空間的に変調される。

射出された各色の変調光は、色合成部５４で混合され、所望の色のレーザ光を形成する。色合成部５４は、第１の色合成フィルタ５４ａと、第２の色合成フィルタ５４ｂとから構成されている。

ＧＬＶ５３Ｒで変調された赤色のレーザ光と、ＧＬＶ５３Ｇで変調された緑色のレーザ光とが、第１の色合成フィルタ５４ａで先に色合成が行なわれる。そして、ＧＬＶ５３Ｂで変調された青色のレーザ光が、第２の色合成フィルタ５４ｂにおいて、第１の色合成フィルタ５４ａで合成されたレーザ光と合成される。

また、第２の色合成フィルタ５４ｂで合成されたレーザ光は凹面のオフナーリレーミラー３５ａに照射され、凹面のオフナーリレーミラー３５ａは、その照射光を凸面のシュリーレンフィルタ３５ｂに反射させる。凸面ミラーからなるシュリーレンフィルタ３５ｂは、凹面のオフナーリレーミラー３５ａのフーリエ面に配置され、凹面のオフナーリレーミラー３５ａとの曲率半径の比が１:２となっている。凹面のオフナーリレーミラー３５ａで反射された０次光、＋２次光、−２次光、若しくは、＋１次光、−１次光、並びに他の高次数の回折光は、シュリーレンフィルタ３５ｂの凸面において、それぞれ異なる位置に収束する。シュリーレンフィルタ３５ｂは、±１次光以外の回折光を取り除き、±１次光だけを光拡散部３７に導く。

凹面のオフナーリレーミラー３５ａは、第２の色合成フィルタ５４ｂで合成されたレーザ光を、平板の反射ミラーより小さい反射角度で凸面のシュリーレンフィルタ３５ｂに反射させる。凸面シュリーレンフィルタ３５ｂは、±１次光を平板の反射ミラーより大きい反射角度でオフナーリレーミラー３５ａに反射させる。凹面のオフナーリレーミラー３５ａは、±１次光を平板の反射ミラーより小さい反射角度でミラー８０に反射させる。

凹面のオフナーリレーミラー３５ａと凸面のシュリーレンフィルタ３５ｂの配置により、±１次光を無収差で取り出すことができる。

ミラー８０は、変調光を光拡散部３７に偏向する。光拡散部３７は、ミラー８０から入射したレーザ光を、側面が幅の広い平行光、上面が幅の狭い平行光に拡散する。拡散された線状レーザ光は投射レンズ５５に入射させる。投射レンズ５５は、該拡散された線状レーザ光をスキャンミラー５６に投射する。スキャンミラー５６は、例えば、ガルバノミラーからなり、上記線状レーザ光を前方のスクリーン３８に投射し、一列の画素からなる１次元画像を形成する。また、スキャンミラー５６は画像信号に応じて回転しており、１次元画像をスクリーン３８に走査し、２次元画像を形成する。

さらに、投射レンズ５５と、スキャンミラー５６との間に、光検出装置４５が設けられている。光検出装置４５は、ＧＬＶの各画素素子から射出された変調光を測定し、変調特性を求める。また、変調特性のバラツキ及び照明条件により表示された輝度と色の不均一性を検出する。光検出装置４５は、反射ミラー４６と、例えば、積分球、或は、ＣＣＤ等からなる光センサ４７とを含み、反射ミラー４６と光センサ４７の間には偏向されたレーザ光を収束するレンズ４８が設けられている。

反射ミラー４６は、投影レンズ５５から射出された変調光を光センサ４７に偏向する。光センサ４７は、例えば、積分球を用いる場合は、入力した光を外部に漏出させないように積分球内部で反射し、入射された光の全てを集め、そのエネルギー、即ち、入射された光の光量を測定する。反射ミラー４６は、例えば、表示不均一性を予め測定する時のみこの位置に設置し、光路を変更する。実際に画像を表示する時に、反射ミラー４６を外し、通常の光路になる。

また、図５に示されるように、スクリーン９８に２次元画像を形成する通常の光路９９の外側の、近傍に光検出装置９７を設ける方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３によれば、図５に示されるように、光源９７から画素素子９４に照射された光が、スキャナ９６により反射されてスクリーン９８に照射される。スキャナ９６は、多角形のポリゴンミラーなどにより構成され、スキャナ９６が回転することにより、上述したガルバノミラーの場合と同様に、１次元画像がスクリーン９８上で走査され、２次元画像が形成される。

光検出装置９７は、スクリーン９８に向かう通常の光路９９のやや外側に配置され、スキャナ９６により反射された光を受光して、受光した光に応じた信号を出力するフォトダイオードなどを一列に並べて構成されるリニアディテクタなどにより構成され、各画素素子から射出された変調光を測定し、変調特性を求める。

このように、予め変調素子の変調特性の不均一性を検出して、検出された変調特性に基づいて駆動信号などを補正することにより、劣化の少ない２次元画像を表示するようにすることができる。

特開２００４−４２５６号公報

特開２００４−１５７５２２号公報

WO２００４／００４１６７ A1

しかしながら、特許文献２の技術では、反射ミラー４６が必要となるため、部品点数が多くなり、製造コストの増加や、生産性の低下につながる恐れがある。また、通常（実際に画像の表示を行う場合）、反射ミラー４６を外して使用するため、反射ミラー４６の格納場所など必要となるとともに、反射ミラーの着脱操作などが必要となり利便性が低下するおそれがあるという課題があった。

特許文献３の技術では、変調特性を測定するとき、光検出装置９７を構成するリニアディテクタの各フォトダイオードのそれぞれに、画素素子９４を構成する各画素から照射される光を対応させて、各フォトダイオード上で結像させる必要がある。このため、画像をスクリーン９８に結像させるための光学系と、光検出装置９７に結像させるための光学系とを別々に備える必要があり、装置の構成が複雑化する。

また、実際に画像をスクリーン９８に画像を表示するためには、図５において図示されない拡大光学系の配置が必要となるが、例えば、スキャナ９６への負荷低減を目的として、画素素子９４と、スキャナ９６との間に拡大光学系を配置すると、１次元中間像の拡大投影に用いる投影レンズの瞳位置がレンズより離れた位置に配置されるために、投影レンズの大型化を招く。また、投影レンズについて変倍機能を付加させると、変倍に伴い走査角度を変えなければならず、これがシステム構成の複雑化の原因となってしまう。

スキャナ９６と、光検出装置９７との間に拡大光学系を配置すると、拡大光学系の入射範囲と出射範囲を光路９９の外側まで拡大しなければならず、拡大光学系の大型化、製造コストの増加などにつながる。

さらに、スキャナ９６がポリゴンミラーにより構成されているため、ポリゴンミラーのスキャン範囲が光路９９を越えて、光検出装置９７をカバーするように、ポリゴンミラーの位置、角度等を調整しておく必要がある。このため、変調特性の測定を行わない場合、ポリゴンミラーが、光路９９の外側へ光を反射する位置にあるときは、光源９２をオフにするなどの対策をとる必要があり、その結果、画像の明るさが低下したり、フリッカーと呼ばれる画像のちらつきが発生する恐れがある。

このように従来の技術では、表示素子を用いて画像を表示させるとともに、表示素子の変調特性を、効率的に測定することができないという課題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、表示素子を用いて画像を表示させるとともに、表示素子の変調特性を効率的に測定することができるようにするものである。

本発明の画像表示装置は、光源からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系と、ガルバノミラーにより構成され、投影光学系によって形成された第１の像を、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段と、第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系と、積分球により構成され、光偏向手段から反射された光が、拡大投影系を介さずに入射する位置であって、光偏向手段から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置され、投影光学系を経て光偏向手段により反射された、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段と、光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、光偏向手段を駆動する駆動手段とを備え、光偏向手段は、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第１の像を、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように拡大投影系に向けて反射し、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系からの第１の像としての光を、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、検出手段に向けて反射することを特徴とする。

前記光偏向手段は、前記第１の基準位置または前記第２の基準位置に対応する２つの範囲のいずれか一方に光を反射するようにすることができる。

前記空間光変調素子は、１列に構成した複数の光変調素子を、単数または複数列配列してなり、投影光学系は、空間光変調素子によって変調された光を基に、第１の像として１次元の像を形成するようにすることができる。

本発明の画像表示方法は、光源からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子と、空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系と、ガルバノミラーにより構成され、投影光学系によって形成された第１の像を、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段と、第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系と、積分球により構成され、光偏向手段から反射された光が、拡大投影系を介さずに入射する位置であって、光偏向手段から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置され、投影光学系を経て光偏向手段により反射された、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段と、光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、光偏向手段を駆動する駆動手段とを備える画像表示装置の画像表示方法において、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第１の像を、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように拡大投影系に向けて反射し、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系からの第１の像としての光を、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、検出手段に向けて反射するステップを含むことを特徴とする。

本発明の画像表示装置および方法においては、投影光学系により、空間光変調素子により変調された光を基に第１の像が形成され、ガルバノミラーにより構成された光偏向手段により、投影光学系によって形成された第１の像が、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射されることにより第２の像が形成され、拡大投影系により、第２の像が拡大されてスクリーンに投影され、積分球により構成され、光偏向手段から反射された光が、拡大投影系を介さずに入射する位置であって、光偏向手段から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置された光検出手段により、投影光学系を経て光偏向手段により反射された、空間光変調素子によって変調された光の強度が検出され、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の像が、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように拡大投影系に向けて反射され、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、投影光学系からの光が検出手段に向けて反射される。また、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第１の像が、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように拡大投影系に向けて反射され、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系からの第１の像としての光が、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、検出手段に向けて反射される。

本発明の駆動装置は、１列にまたは複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系によって形成された第１の像の光を、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段を駆動する駆動装置であって、光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるようにガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系に向けて、第１の像を、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように反射させ、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、光偏向手段に投影光学系からの光を反射させるように、光偏向手段を駆動することを特徴とする。

前記光変調素子は、１列に配置され、投影光学系は、空間光変調素子によって変調された光を基に、第１の像として１次元の像を形成するようにすることができる。

本発明の駆動方法は、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系によって形成された第１の像の光を、第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段を駆動し、光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるようにガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備る駆動装置の駆動方法であって、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系に向けて、第１の像を、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように光偏向手段に第１の像を反射させるステップと、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、光偏向手段に投影光学系からの光を反射させるステップとを含むことを特徴とする。

本発明の駆動装置および方法においては、第２の像をスクリーンに投影する場合、第１の基準位置を基に、第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系に向けて、第１の像が、第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるように光偏向手段により第１の像が反射され、空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、第２の基準位置を基に、投影光学系から拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、光偏向手段により投影光学系からの光が反射される。

本発明によれば、表示素子を用いて画像を表示させるとともに、表示素子の変調特性を効率的に測定することができる。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載した発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、本明細書に記載されている発明をサポートする実施の形態が明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、明細書には記載されているが、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。

さらに、この記載は、明細書に記載されている発明が、全て請求されていることを意味するものではない。換言すれば、この記載は、明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により出願、または追加される発明の存在を否定するものではない。

請求項１に記載の画像表示装置は、光源（例えば、図６の光源１２０）からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子（例えば、図６の表示素子１１１）と、前記空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系（例えば、図６の投影光学系１１２）と、ガルバノミラーにより構成され、前記投影光学系によって形成された前記第１の像を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段（例えば、図６の光偏向部１１３）と、前記第２の像を拡大してスクリーン（例えば、図６のスクリーン１１６）に投影する拡大投影系（例えば、図６の拡大投影系１１５）と、積分球により構成され、前記光偏向手段から反射された光が、前記拡大投影系を介さずに入射する位置であって、前記光偏向手段から前記拡大投影系に向かう光の光路（例えば、図６の光路１１７）から外れた位置に配置され、前記投影光学系を経て前記光偏向手段により反射された、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段（例えば、図６の光検出部１１４）と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する駆動手段とを備え、前記光偏向手段は、前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記拡大投影系に向けて反射し、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系からの前記第１の像としての光を、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、前記検出手段に向けて反射する。

請求項２に記載の画像表示装置は、前記光偏向手段が、前記第１の基準位置または前記第２の基準位置に対応する２つの範囲（例えば、図６の光路１１７の範囲と、光検出部１１４に向かう範囲）のいずれか一方に光を反射するようにすることができる。

請求項３に記載の画像表示装置は、前記空間光変調素子が、１列に構成した複数の前記光変調素子（例えば、GLV、DMD）を、単数または複数列配列してなり、前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調された光を基に、前記第１の像として１次元の像を形成するようにすることができる。

請求項４に記載の画像表示方法は、光源からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系と、ガルバノミラーにより構成され、前記投影光学系によって形成された前記第１の像を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段と、前記第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系と、積分球により構成され、前記光偏向手段から反射された光が、前記拡大投影系を介さずに入射する位置であって、前記光偏向手段から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置され、前記投影光学系を経て前記光偏向手段により反射された、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する駆動手段とを備える画像表示装置の画像表示方法において、前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記拡大投影系に向けて反射し、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系からの前記第１の像としての光を、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、前記検出手段に向けて反射するステップ（例えば、図１８のステップS２、S３、S６の処理）を含む。

請求項５に記載の駆動装置は、１列にまたは複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子（例えば、図６の表示素子１１１）によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系（例えば、図６の投影光学系１１２）によって形成された前記第１の像の光を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段（例えば、図１３の走査ミラー２１６）を駆動し、前記光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるように前記ガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、前記補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備える駆動装置（例えば、図１３のガルバノモータ２５１乃至補助モータ駆動回路２５６）であって、前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第２の像を拡大して前記スクリーンに投影する拡大投影系（例えば、図６の拡大投影系１１５）に向けて、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように反射させ、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路（例えば、図６の光路１１７）から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段（例えば、図６の光検出部１１４）に向けて、前記光偏向手段に前記投影光学系からの光を反射させるように、前記光偏向手段を駆動する。

請求項１３に記載の駆動装置は、前記光変調素子（例えば、GLV）が、１列に配置され、前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調された光を基に、前記第１の像として１次元の像を形成するようにすることができる。

請求項７に記載の駆動方法は、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系によって形成された前記第１の像の光を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段を駆動し、前記光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるように前記ガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、前記補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備る駆動装置の駆動方法であって、前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第２の像を拡大して前記スクリーンに投影する拡大投影系に向けて、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記光偏向手段に前記第１の像を反射させるステップ（例えば、図１８のステップS３の処理）と、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、前記光偏向手段に前記投影光学系からの光を反射させるステップ（例えば、図１８のステップS６の処理）とを含む。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図６は、本発明に係る画像表示装置１１０の一実施の形態を示すブロック図である。同図において、表示素子１１１、投影光学系１１２、光偏向部１１３が設けられている。

表示素子１１１は、複数の発光部又は光変調部を一方向に沿って配列したものであり、例えば、複数の発光部をライン状に配列した１次元発光表示素子、複数の光変調部をライン状に配列した空間光変調素子などにより構成される。

空間光変調素子としては、例えば、米国のシリコンライトマシーンズ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌｉｇｈｔ Ｍａｃｈｉｎｅｓ）社製のＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）（米国特許第５３１１３６０号を参照。）などが用いられる。このＧＬＶは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術を駆使して形成された位相反射型回折格子により構成されている。ＧＬＶは素子自身が発光しないので、光源１２０が設けられている。

ここで、図７乃至図９を参照してＧＬＶの構成と動作について説明する。

図７は、ＧＬＶの構成例を示す斜視図である。同図に示されるように、ＧＬＶは、シリコン基板上のポリシリコン薄膜からなる共通電極１３２の上に、共通電極１３２と所定の間隔を保って、条帯状（ストリップ）のリボン電極１３０ａ，１３１ａ，１３０ｂ，１３１ｂ，１３０ｃ，１３１ｃ，１３０ｄが形成されている。これらのリボン電極は、上面に反射膜（不図示）が形成されており、反射部材として作用する。

リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄに駆動電圧を印加された時に、リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄと共通電極１３２の間に静電力が生じ、その静電力により、リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄは駆動電圧に応じて、図中上下方向に移動または変形し、リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄの反射膜の高さが変化する。一方、リボン電極１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃは位置を一定とし、移動しない。

なお、移動又は変形可能なリボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄは可動リボン電極、移動しないリボン電極１３１ａ，１３１ｂ，および１３１ｃは固定リボン電極と呼ぶ。

リボン電極の代表的な寸法としては、例えば、リボン電極の幅が３〜４μｍであり、隣接するリボン電極間ギャップが約０．６μｍであり、リボン電極の長さが２００〜４００μｍ程度である。複数のリボン電極が１セットで１つの画素（ピクセル）に用いることができる。例えば、隣接する６本のリボン電極１３０ａ，１３１ａ，１３０ｂ，１３１ｂ，１３０ｃ，および１３１ｃが１つの画素を表わすように用いることができる。この場合、１画素分の幅は約２５μｍである。例えば、実用化されつつある１０８０の画素を表示するＧＬＶにおいては、図中横方向に沿って、１０８０画素分のリボン電極が多数配置されることになる。

図８と図９は、図７に示すＧＬＶの横方向の断面図である。図８において、可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄへの駆動電圧がＯＦＦ、固定リボン電極１３１ａ，１３１ｂ，および１３１ｃがそれぞれ接地されている。この状態はＧＬＶのＯＦＦ状態という。

駆動電圧はゼロであるので、可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄが移動せず、すべてのリボン電極が共通電極１３２から一定の距離を保ち、同じ平面に位置する。

この状態で照明光をリボン電極に入射すると、各リボン電極１３０ａ，１３１ａ，１３０ｂ，１３１ｂ，１３０ｃ，１３１ｃ，および１３０ｄにおいて反射された各反射光の全光路差は生じずに、０次（通常の反射方向）、±２次光など偶数次数の回折光のみが生じる。ＧＬＶのＯＦＦ状態では、スクリーン１１６が黒になる。

図９においては、可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄのそれぞれに所定の駆動電圧が印加され、固定リボン電極１３１ａ，１３１ｂ，および１３１ｃはそれぞれ接地されており、駆動電圧が印加された可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄが、静電力で共通電極１３２側に引き下げられている（図中下方向に移動している）。

例えば、波長λが５３２ｎｍである入射光に対して、印加された駆動電圧に応じて、可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄがそれぞれλ／４引き下げられた場合は、可動リボン電極はλ／４＝１３３ｎｍ移動する。可動リボン電極の移動量はλ／４となるときは、１次光の回折効率が最大となる。

この状態では照明光をリボン電極に入射すると、可動リボン電極１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，および１３０ｄで反射される光束と固定リボン電極１３１ａ，１３１ｂ，および１３１ｃで反射される光束間の全光路差は半波長λ／２となる。これにより、ＧＬＶが反射型回折格子として機能し、反射光束（０次光）同士は干渉して打ち消し合い、±１次光、±３次光など奇数次数を含む回折光が生じる。このようにしてＧＬＶで生成された各次数の回折光は、空間的に変調され、投影光学系１１２を介して光偏光部１１３に投影される。

なお、表示素子１１１は、通常Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に対応するGLVにより構成される。同様に、光源１２０も、通常Ｒ，Ｇ，Ｂの３色に対応するレーザ光源などにより構成される。

ここでは、表示素子１１１が、複数の光変調部をライン状に配列（１列に配置）した１次元の空間光変調素子により構成される例について説明したが、光変調部は、１列に配置されるものに限られるものではなく、例えば、複数の光変調部が複数列に配置された空間光変調素子により構成されるようにしてもよい。例えば、光変調部が２列に配置されていた場合でも、この空間光変調素子から照射される光によって形成される像を、その配列方向（長さ方向）と直交する方向に、後述する光偏向部１１３が走査することにより所望の２次元像を得ることができ、このように複数列に配置された空間光変調素子により表示素子１１１が構成され、図６に示されるような画像表示装置１１０されるようにしてもよい。

また、ここでは、空間光変調素子としてGLVを用いる例について説明したが、GLVに代えて、DMD（Digital Micro mirror Device：商標）、液晶素子などを用いてもよい。DMDは、CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）半導体上に独立して 動くミラーが数十万個敷き詰められており、光源からの光を、このミラーに反射させることにより像を形成することができる。

図６に戻って、投影光学系１１２は、表示素子１１１から入射される光を、３回以上反射させて投影像を形成するものであり、反射系の投影光学系である。例えば、等倍投影として、米国特許３７４８０１５号に示されるオフナー光学系が基本系として挙げられ、この系では３回反射とされる。つまり、１回目と３回目の反射については同心かつ同一曲率半径の曲面で行われ、２回目の反射が別の面で行われるために、一対の反射鏡を用いて構成される。

また、その発展型については、例えば、ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１９ Ｐ．３２２５のＪｏｓｅｐｈ Ｍ．Ｈｏｗａｒｄ著、”Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｇｒａｐｈｉｃｓ”に示されている。また、反射投影光学系による縮小又は拡大系に関して、例えば、３回反射については、日本特許第２６０３２２５号、米国特許５１５３８９８号、米国特許５２２０５９０号、米国特許５３５３３２２号等が挙げられ、また、４回反射については、米国特許５０６３５８６号、米国特許５４１０４３４号、特開２０００−９８２２７号公報等が挙げられ、さらに多くの反射を用いる例として、特開平９−２１１３２２号公報に開示の構成が挙げられる。これらの例では、縮小系、あるいは拡大系として示されているが、物像関係を逆転させることにより、縮小、拡大の関係も逆転する。また、いずれの場合も光偏向による走査によって２次元像を得ることができる。

光偏向部１１３は、投影光学系１１２からの光に対する走査を行うことで２次元像を形成するために設けられている。すなわち、光偏向部１１３は、投影光学系１１２において３回以上の反射により得られる出射光を反射して、例えば１次元の表示素子１１１における発光部又は光変調部の配列方向と直交する方向を含む面内において反射した光を走査することで２次元像を得るものであり、例えば、ガルバノミラーなどの回転反射鏡により構成される。なお、ガルバノミラーを含む光偏向部１１３の詳細な構成については、図１３を参照して後述する。

本発明の画像表示装置１１０においては、ガルバノミラーなどの回転反射鏡が用いられるので、例えば、ポリゴンミラーを用いる場合と比較して、ミラーの位置、角度等の調整などを簡素化できるとともに、光源１２０を点滅させる必要がなくなるので、より明るい画像を表示でき、フリッカーと呼ばれる画像のちらつきが発生することを抑制することができる。また、このように装置の構成が簡素化されるので、低コストで画像表示装置１１０を実現することが可能となる。

光偏向部１１３を経て得られる２次元像は、拡大投影系１１５を介して拡大されてスクリーン１１６上に投影される。すなわち、拡大投影系１１５は、投影光学系１１２及び光偏向部１１３によって得られる２次元像を中間像として、これを拡大して投影するための光学系である。

また、光偏向部１１３と、拡大投影系１１５との間であって、光偏向部１１３から反射され、拡大投影系１１５に向かう光の光路１１７の外側の近傍に、光検出部１１４が設けられている。

本発明の画像表示装置１１０においては、光偏向部１１３と、スクリーン１１６との間に拡大投影系１１５が設けられ、光偏向部１１３と、拡大投影系１１５との間に光検出部１１４が設けられているので、拡大投影に用いる投影レンズを大型化する必要がなく、拡大光学系１１５の入射範囲と出射範囲は、光路１１７の範囲に限定できる。

例えば、図１０に示されるように、投影光学系１１２と、光偏向部１１３との間に拡大投影系１１５を配置すると、例えば１次元の中間像の拡大投影に用いる投影レンズの瞳位置がレンズより離れた位置に配置されるために、投影レンズの大型化を招く。また、投影レンズについて変倍機能を付加させると、変倍に伴い走査角度を変えなければならず、これがシステム構成の複雑化の原因となってしまう。

また、例えば、図１１に示されるように、光偏向部１１３と、光検出部１１４との間に拡大投影系１１５を配置すると（光検出部１１４を、拡大投影系１１５とスクリーン１１６との間に配置すると）、拡大投影系１１５から出射される光の範囲を、スクリーン１１６へ向かう光路の外側まで拡大しなければならず、拡大投影系１１５の大型化、製造コストの増加などにつながるとともに、レンズのエッジ部分などで光が反射し、正規の光路に収まらなくなる、いわゆる「けられ」と呼ばれる現象、または収差などによる検出精度の低下を招く。

そこで、本発明の画像表示装置１１０は、図６に示されるように、光偏向部１１３と、スクリーン１１６との間に拡大投影系１１５を配置し、光偏向部１１３と、拡大投影系１１５との間に光検出部１１４を配置する。これにより、装置を小型かつ低コストで実現することができるとともに、表示素子１１１の変調特性を、高い精度で測定することができる。

光検出部１１４には、積分球（光センサ）が含まれており、表示素子（ＧＬＶ）の各画素素子から射出された変調光を、積分球で受光して測定し、変調特性を求め、変調特性のバラツキ及び照明条件により表示された輝度と色の不均一性などを検出する。

変調特性を測定するとき、積分球を用いることにより、例えば、リニアディテクタを用いる場合と比較して、表示素子１１１から出射される光の制御が容易になるので、画像をスクリーン１１６に結像させるための光学系と、光検出部１１４に結像させるための光学系とを別々に備える必要がなくなり、簡単に装置を構成することができる。なお、積分球を含む光検出部１１４の詳細な構成については、図１２を参照して後述する。

光偏向部１１３は、画像をスクリーン１１６に表示する場合、光路１１７の範囲内に光を反射し、表示素子１１１の変調特性を測定する場合、光路１１７の外側にある光検出部１１４に向かって光を反射する。

このように、画像表示装置１１０は、スクリーン１１６に画像を表示させるとともに、必要に応じて表示素子１１１の変調特性を測定することができる。また、検出された変調特性に基づいて駆動信号などを補正することにより、劣化の少ない２次元画像を表示するようにすることができる。

図１２は、画像表示装置１１０のより具体的な構成例を示す図である。同図において、画像表示装置１１０の光源１２０と、表示素子１１１との間に光を集光する集光光学系２１３が設けられている。集光光学系２１３は、光源１２０からの光を集光して表示素子１１１に照射するために設けられている。尚、図には単レンズで簡略的に示しているが、表示素子１１１における光変調部の配列方向に沿う方向の線状ビームを表示素子１１１に対して照射するための構成を有する。

また、投影光学系１１２は、オフナー光学系を構成する正鏡２１４、副鏡２１５により構成されている。表示素子１１１については、光変調部の配列方向がＹ軸方向に規定されている。そして、その反射光（あるいは回折光）について図示しない制御手段によって画像信号に基づいて変調された上で、テレセントリックな条件で等倍投影のオフナー光学系（正鏡２１４、副鏡２１５）に入射される。オフナー光学系は、３回反射の後に後述する走査ミラー２１６に対して光を出射する。

正鏡２１４は、表示素子１１１からの光について、１回目と３回目の反射を担当しており、表示素子１１１に近づく方向を向いた凹面鏡である。また、副鏡２１５は、２回目の反射を担当しており、正鏡２１４に近づく方向を向いた凸面鏡である。集光光学系２１３から表示素子１１１に照射されてオフナー光学系に入射された光は、先ず、正鏡２１４で反射されてから副鏡２１５に到達し、ここで２回目の反射を受けて再び正鏡２１４へと向かう。そして、正鏡２１４で３回目の反射を受けた光が走査ミラー２１６へと向かうことになる。

光偏向部１１３には、ガルバノミラーにより構成される走査ミラー２１６が含まれている。平板状のミラーである走査ミラー２１６は、例えば１次元の表示素子１１１に係る配列方向（Ｙ軸方向）に対して垂直なＸＺ面（図１２の紙面）において、図示せぬ駆動手段（アクチュエータ等）により回動されることで光走査を行うために設けられており、オフナー光学系から走査ミラー２１６に出射される光束は、表示素子１１１の等倍像を形成する光束であるが、当該像の形成前に光走査を行っている。走査ミラー２１６の走査角に応じた画像信号に基づき表示素子１１１で光変調を行うことにより、例えば１次元の中間像について、当該像を含む面に直交する方向に走査して形成される２次元像が得られる。

また、アクチュエータにより、上述したように画像をスクリーン１１６に表示する場合、光路１１７の範囲内に光を反射するように走査ミラー２１６の基準位置が設定され、表示素子１１１の変調特性を測定する場合、光路１１７の外側にある光検出部１１４に向かって光を反射するように、走査ミラー２１６の基準位置が設定される。

そしてこの２次元像を中間像として、さらに拡大投影系１１５による拡大投影が行われる構成とされる。すなわち、３枚構成の円筒レンズ群（２２４乃至２２６）による像面湾曲補正の後に、リニアフレネル素子２２７により、投影レンズ系２２８の中間像側瞳位置に関して、表示素子１１１に係る配列方向（Ｙ方向）と、これに直交するＸ方向（光走査方向に対応する。）とで、光線方向を一致させる（つまり、無限遠方に一致させる）補正が行われるので、投影レンズ系２２８は、２次元像を単に拡大する機能を有していれば良い。例えば、液晶式プロジェクタ等で用いられる、２次元表示パネル（表示デバイス）用に設計された投影レンズ系の仕様を踏襲して、そのまま適用することができる。

さらに、光検出部１１４が集光レンズ２３１、および積分球２３２により構成されている。集光レンズ２３１は、走査ミラー２１６から照射される光を積分球２３２の受光部２３２−１に集光するために設けられている。積分球２３２の内部には光センサが設けられており、受光部２３２−１から入射した光を外部に漏出させないように積分球内部で反射し、入射された光の全てを集め、そのエネルギー、すなわち、入射された光の光量を測定する。

このように、本発明の画像表示装置１１０においては、表示素子１１１の変調特性を測定するときに光検出部１１４に光を向けるための反射ミラーなどを設ける必要がないため、製造コストが抑制されるとともに、反射ミラーの着脱操作なども不要となり利便性を向上させることができる。

なお、図１２は、画像表示装置１１０の具体的な構成の一例であり、要は、図６に示される各機能ブロックに対応する各機能ブロックが、図６に示される配置位置と同様に配置されていれば、図１２に示される構成以外の構成により画像表示装置１１０が構成されるようにしても構わない。

図１３は、光偏向部１１３の詳細な構成例を示す図である。同図において、走査ミラー２１６を駆動するアクチュエータとして、ガルバノモータ２５１が設けられている。ガルバノモータ２５１は、モータ制御回路２５４により生成される信号に基づいて、駆動電流を生成するモータ駆動回路２５３により駆動されるように構成されている。そして、走査ミラー２１６は、ガルバノモータ２５１の回転軸であるロータマグネット２７３に固定（接続）され、ガルバノモータ２５１の駆動に伴って回転するように構成されている。

ここで、図１４乃至図１６を参照してガルバノモータ２５１の構成と動作について説明する。図１４はガルバノモータ２５１の模式的断面図である。同図に示されるように、ガルバノモータ２５１には、その外周を構成する固定されたヨーク２７１と、ヨーク２７１に対して回動可能に構成されたロータマグネット２７３、およびヨーク２７１に対して固定された４の駆動コイル２７２が設けられている。

円筒形のロータマグネット２７３は、ガルバノモータ２５１の回転軸であり、上述したようにその先端が走査ミラー２１６に固定されている。ロータマグネット２７３は、その断面において、中心点を軸に９０°の角度で４等分されて、４等分された各領域のそれぞれが図中「S」、「Ｎ」の記号で示されるように、ＳまたはＮの極性を帯びるように磁化されている。

駆動コイル２７２は、モータ駆動回路２５３から入力される電流に基づいて、ＳまたはＮの極性を帯びるように磁界を発生させる。この例では、４つの駆動コイル２７２がヨーク２７１の内側に設けられている。

例えば、図１５に示されるように、４つの駆動コイル２７２がそれぞれSまたはNの極性を帯びるように磁界を発生させると、ロータマグネット２７３は、矢印２９１の方向に（図中時計回りに）走査ミラー２１６とともに回転する。また、駆動コイル２７２の極性を反転させ、図１６に示されるように、４つの駆動コイル２７２がそれぞれ磁界を発生させると、ロータマグネット２７３は、矢印２９２の方向に（図中反時計回りに）走査ミラー２１６とともに回転する。なお、図１５、または図１６に示される状態から、ロータマグネット２７３が図中の左右いずれかの方向に４５°回転すると、４つの駆動コイル２７２の極性を反転させても、ロータマグネット２７３にトルクが発生しなくなる（いわゆるデッドポイントに陥る）ため、ロータマグネット２７３の回転範囲は、左右それぞれ４５°未満となるように制御される。

このように、ガルバノモータ２５１により、走査ミラー２１６を左右それぞれ４５°未満の範囲で回転させる（走査させる）ことができる。なお、ガルバノモータにより駆動されるミラーをガルバノミラーと称する。

図１３に戻って、ガルバノモータ２５１の下部には、補助モータ２５５が設けられている。補助モータ２５５は、補助モータ駆動回路２５６が発生する電流に基づいて駆動される。補助モータ２５５の回転軸は、ガルバノモータ２５１のロータマグネット２７３に接続されており、補助モータ駆動回路２５６が発生する電流に基づいて、ロータマグネット２７３とともに、走査ミラー２１６をさらに回動させる。

例えば、画像表示装置１１０において、スクリーン１１６に画像を表示させる場合、補助モータ２５６は駆動されず、走査ミラー２１６はガルバノモータ２５１により回転され、拡大投影系１１５に向かう光路１１７に光を反射し、画像表示装置１１０において表示素子１１１の変調特性を測定する場合、走査ミラー２１６により反射される光が、光検出部１１４の集光レンズ２３１に向かうように、ロータマグネット２７３を回動させるように駆動され、走査ミラー２１６の向きが変更される。すなわち、画像表示装置１１０は、走査ミラーを駆動するアクチュエータ（ガルバノモータ２５１、補助モータ２５５）を制御することにより、走査ミラー２１６の光の反射位置を必要に応じて切り替えることができる。

ロータリエンコーダ２５２は、ロータマグネット２７３の回転角度を検出することにより、走査ミラーにより反射される光の向かう方向をユーザに通知する。

ここでは、表示素子１１１の変調特性を測定する場合、走査ミラー２１６の光の反射位置を切り替えるためのアクチュエータとして補助モータ２５５を用いる例について説明したが、補助モータ２５５に代えて油圧シリンダ、空気圧シリンダなどを用いることも可能である。さらに、補助モータ２５５を用いずに、ガルバノモータ２５１自身に特殊な機構（例えば、回転軸の基準位置を段階的に切り替えられる機構）を組み込み、走査ミラー２１６の光の反射位置を切り替えられるようにしてもよい。

あるいはまた、光偏向部１１３を構成する全てのブロックの向きが偏向されることにより、走査ミラー２１６の光の反射位置を切り替えられるようにすることも可能である。図１７は、この場合の光偏向部１１３の詳細な構成例を示す図である。

図１７において、図１３と対応する部分には、同一の符号が付されている。図１７の例では、図１３の場合と異なり補助モータ２５５および補助モータ駆動回路２５６が設けられておらず、ロータリエンコーダ２５２の下部に、ロータリエンコーダ２５２、並びにロータリエンコーダに対して固定されているガルバノモータ２５１、およびガルバノモータ２５１（のロータマグネット）に対して固定されている走査ミラー２１６を伴って回転する回転台２５７が設けられている。

このようにすることで、画像表示装置１１０は、回転台２５７の駆動を制御することにより、走査ミラー２１６の光の反射位置を必要に応じて切り替えることができる。

また、ここでは、ガルバノミラーにより光を走査する例について説明したが、ガルバノミラーに代えて、比較的厚い高屈折率の誘電層（チタニア層等）が、比較的薄い低屈折率の層（シリカ層等）を介してプリズムに接する構成をもち、光（エバネッセント波）を共鳴させるレゾナントミラーを用いることも可能である。

次に、図１８のフローチャートを参照して、画像表示装置１１０の駆動処理について説明する。

ステップS１において、画像表示装置１１０は、駆動モードの入力を受け付ける。駆動モードには、画像表示モードまたは特性測定モードの２種類があり、例えば、ユーザが図示せぬスイッチ、ボタンなどを操作することにより指定され、指定された駆動モードに関する情報が、例えば、光偏向部１１３が図１３を参照して上述したように構成されている場合、補助モータ駆動回路２５６の制御部に送信される。

ステップS２において、画像表示装置１１０は、ステップS１において受け付けられた駆動モードの種類を判定する。ステップS２において、駆動モードは画像表示モードであると判定された場合、処理はステップS３に進み、光偏向部１１３は、基準位置Aを設定する。ここで、基準位置Aは、例えば、走査ミラー２１６が、拡大投影系１１５に向かう光路１１７に光を反射するときのロータマグネット２７３の位置（角度）であって、光偏向部１１３が図１３を参照して上述したように構成されている場合、補助モータ２５５を駆動しないことにより、ロータマグネット２７３が基準位置Aに設定される。

ステップS４において、画像表示装置１１０は、光源１２０を点灯させる。これにより、表示素子１１１から変調された光が照射され、照射された光が光偏向部１１３により受光され、反射される。

ステップS５において、画像表示装置１１０は、光偏向部１１３を動作させ、走査を行う。例えば、光偏向部１１３が図１３を参照して上述したように構成されている場合、走査ミラー２１６はガルバノモータ２５１により回転され、拡大投影系１１５に向かう光路１１７に光を反射（走査）する。

この結果、上述したように、スクリーン１１６に２次元画像が表示される。

一方、ステップS２において、駆動モードは特性測定モードであると判定された場合、処理はステップS６に進み、光偏向部１１３は、基準位置Ｂを設定する。ここで、基準位置Ｂは、例えば、走査ミラー２１６が、光検出部１１４の集光レンズ２３１に光を反射するときのロータマグネット２７３の位置（角度）であって、光偏向部１１３が図１３を参照して上述したように構成されている場合、補助モータ２５５を駆動することにより、ロータマグネット２７３が基準位置Ｂに設定される。

ステップＳ６の処理の後、ステップＳ７において、光検出部１１４は、図２０を参照して後述する特性測定処理を実行する。これにより、表示素子１１１の変調特性が測定される。

図１９は、光検出部１１４の詳細な構成例を示すブロック図である。同図において、制御部３３１は、光検出部１１４を構成する各部を制御し、必要に応じて光源１２０、画素（表示素子１１１の各画素）を駆動させる。

検出信号処理部３３２は、ゲイン調整回路とＡ／Ｄ変換回路とを有し、積分球２３２に設けられた光センサで測定された各画素素子からの変調光の信号について初期処理を施す。ゲイン調整回路は、検出された変調光信号について、光源１２０を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各レーザ光源から射出された、異なる波長のレーザ光に対して、光センサにおける検出感度の相違を補正する。Ａ／Ｄ変換回路は、補正した後の検出信号をディジタル信号に変換する。変換された検出データは、補正回路部３３３が内蔵するメモリなどに順次蓄積される。

補正処理部３３３は、メモリと、補正値演算器と、データテーブル記憶部とを有する。表示素子１１１を構成する、R,G,Bの各空間光変調素子（例えば、ＧＬＶ）における全ての画素素子について変調光の測定を行ない、得られたデータをメモリに蓄積する。その後、補正値演算器が、例えば、各画素素子の測定データを用いて、各画素素子の変調特性を求め、それぞれのＧＬＶの各画素素子について、所定の初期駆動電圧に対して、輝度と色の不均一性がなくなるように、各ＧＬＶの各画素素子に印加する最適な駆動電圧を求める。求められた最適化された駆動電圧データのデータテーブルを作成し、データテーブル記憶部に記憶する。画像を表示するときに、データテーブル記憶部に記憶された補正後の駆動信号が補正信号として表示素子１１１に出力され、画像表示が行なわれる。

次に、図２０のフローチャートを参照して、図１８のステップS７の特性測定処理の詳細について説明する。

ステップS２１において、制御部３３１は、光源１２０を構成するＲ，Ｇ，Ｂの各レーザ光源のうちの１つ（例えば、赤色（Ｒ）のレーザ光源）を点灯させる。そして、表示素子１１１を構成する１つの画素から照射され、投影光学系１１２および光偏向部１１３を経て光検出部１１４に到達する光を、積分球２３２の内部に設けられた光センサに受光させる。

ステップS２２において、検出信号処理部３３２は、画素毎に変調特性を測定する。このとき、例えば、図２１に示されるように画素の変調特性が測定される。

図２１Ａは、横軸を時間、縦軸を駆動信号電圧とし、制御部３３１が、変調特性を測定するために生成したテスト信号の波形を示す図である。同図に示されるようにテスト信号は、時間につれて、信号のレベル（相対値）が０、１、…、２５４、２５５というように徐々に変化する、いわゆる三角信号である。測定対象の画素（素子）は、レベル（相対値）が０、１、…、２５４、２５５というように変化する駆動信号に応じて駆動され、入射されたレーザ光（例えば、赤色（Ｒ）のレーザ光）を変調し、それぞれのレベルに応じた強度の回折光からなる変調光を射出する。

そして射出された変調光が積分球２３２に設けられた光センサに入射することになる。検出信号処理部３３２は、光センサから出力される信号に基づいて、変調光の強度を測定し、測定された変調光の強度を電気信号に変換して出力する。

図２１Ｂは、印加されたテスト信号の各レベルに対する、光センサが測定した変調光の強度に相当する出力信号のレベル、いわゆる変調特性である。同図に示されるように、テスト信号の電圧値が線形的に変化するのに対して、変調光の強度の変化は線形ではなく、駆動電圧のレベルは小さい場合は、変調光の強度はゼロであり、駆動電圧のレベルがある値を越えると、変調光の強度は急に増大している。

このように変調特性の測定が画素毎に行われ、例えば、図２２に示されるような測定結果が得られる。図２２は、例として３つの画素の変調特性を示すグラフであり、横軸が駆動電圧（テスト信号の電圧）、縦軸が光センサの出力とされている。同図において、曲線３５１は、例えば、Ｌ番目の画素の変調特性であり、曲線３５２は、例えば、Ｍ番目の画素の変調特性であり、曲線３５３は、例えば、Ｎ番目の画素の変調特性である。なお、この例では、３つの画素の変調特性が示されているが、実際には全ての画素の変調特性が測定される。

図２０にもどって、ステップＳ２３において、制御部３３１は、ステップＳ２１の処理で点灯した光源を消灯する。

ステップＳ２４において、制御部３３１は、次の光源があるか否かを判定する。いまの場合、まだ、緑色（Ｇ）のレーザ光源と、青色（Ｂ）のレーザ光源を点灯していないので、ステップＳ２４では、次の光源があると判定され、処理は、ステップＳ２１に戻り、それ以後の処理が繰り返し実行される。

そして、ステップS２１で順次、緑色（Ｇ）のレーザ光源と、青色（Ｂ）のレーザ光源が点灯され、ステップS２３で順次、消灯された後、ステップＳ２４では、次の光源がないと判定され、処理は、ステップＳ２５に進み、補正処理部３３３は、各画素の変調特性に基づく測定データを記憶する。

このようにして表示素子１１１の変調特性の測定が行われる。

このように、本発明の画像処理装置１１０においては、特に反射ミラーなどを着脱することなく、簡単に、画像の表示または変調特性の測定を行うことができるので、表示素子の変調特性を効率的に測定することができる。

なお、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。

本明細書において上述した一連の処理を実行するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

従来の画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 ＧＬＶ素子の動作原理について説明する図である。 ＧＬＶ素子の動作原理について説明する図である。 従来の画像表示装置の別の構成例を示すブロック図である。 従来の画像表示装置の別の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 ＧＬＶ素子の構成例を示す図である。 図７のGLV素子の動作を説明する図である。 図７のGLV素子の動作を説明する図である。 本発明と異なる画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 本発明と異なる、別の画像表示装置の構成例を示すブロック図である。 図６の画像表示装置の具体的な構成例を示す図である。 光偏向部の具体的な構成例を示す図である。 ガルバノモータの構成例を示す断面図である。 ガルバノモータの動作を説明する図である。 ガルバノモータの動作を説明する図である。 光偏向部の別の具体的な構成例を示す図である。 表示装置駆動処理を説明するフローチャートである。 光検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。 特性測定処理を説明するフローチャートである。 変調特性の測定の例を示す図である。 画素毎の変調特性の測定結果の例を示す図である。

符号の説明

１１０ 画像表示装置， １１１ 表示素子， １１２ 投影光学系， １１３ 光偏向部， １１４ 光検出部， １１５ 拡大投影系， １１６ スクリーン， ２１６ 走査ミラー， ２３２ 積分球， ２５１ ガルバノモータ， ２５２ ロータリエンコーダ， ２５３ モータ駆動回路， ２５５ 補助モータ， ２５６ 補助モータ駆動回路， ２５７ 回転台， ２７３ ロータマグネット， ３３１ 制御部， ３３２ 検出信号処理部， ３３３ 補正処理部

Claims (7)

1. 光源からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系と、
   ガルバノミラーにより構成され、前記投影光学系によって形成された前記第１の像を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段と、
   前記第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系と、
   積分球により構成され、前記光偏向手段から反射された光が、前記拡大投影系を介さずに入射する位置であって、前記光偏向手段から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置され、前記投影光学系を経て前記光偏向手段により反射された、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段と、
   前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する駆動手段と
   を備え、
   前記光偏向手段は、前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記拡大投影系に向けて反射し、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系からの前記第１の像としての光を、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、前記検出手段に向けて反射する
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光偏向手段は、前記第１の基準位置または前記第２の基準位置に対応する２つの範囲のいずれか一方に光を反射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記空間光変調素子は、１列に構成した複数の前記光変調素子を、単数または複数列配列してなり、
   前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調された光を基に、前記第１の像として１次元の像を形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 光源からの光をそれぞれ変調する光変調素子であって、１列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子と、前記空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系と、ガルバノミラーにより構成され、前記投影光学系によって形成された前記第１の像を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段と、前記第２の像を拡大してスクリーンに投影する拡大投影系と、積分球により構成され、前記光偏向手段から反射された光が、前記拡大投影系を介さずに入射する位置であって、前記光偏向手段から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に配置され、前記投影光学系を経て前記光偏向手段により反射された、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する検出手段と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置とに切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する駆動手段とを備える画像表示装置の画像表示方法において、
   前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記拡大投影系に向けて反射し、前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系からの前記第１の像としての光を、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、前記検出手段に向けて反射するステップを含む
   ことを特徴とする画像表示方法。
5. １列にまたは複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系によって形成された前記第１の像の光を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段を駆動する駆動装置であって、
   前記光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるように前記ガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、
   前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、
   前記補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第２の像を拡大して前記スクリーンに投影する拡大投影系に向けて、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように反射させ、
   前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、前記光偏向手段に前記投影光学系からの光を反射させるように、前記光偏向手段を駆動する
   ことを特徴とする駆動装置。
6. 前記光変調素子は、１列に配置され、前記投影光学系は、前記空間光変調素子によって変調された光を基に、前記第１の像として１次元の像を形成する
   ことを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. １列または複数列に配置されている複数の光変調素子からなる空間光変調素子によって変調された光を基に第１の像を形成する投影光学系によって形成された前記第１の像の光を、前記第１の像のより長い方向である長さ方向と直交する方向に走査するように反射することにより第２の像を形成する光偏向手段を駆動し、前記光偏向手段のガルバノミラーにより反射される光が前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査されるように前記ガルバノミラーを駆動する第１の駆動手段と、前記光偏向手段の基準位置を、第１の基準位置または第２の基準位置に切り替えるように、前記光偏向手段を駆動する補助駆動手段と、前記補助駆動手段の駆動を制御する駆動制御手段とを備る駆動装置の駆動方法であって、
   前記第２の像を前記スクリーンに投影する場合、前記第１の基準位置を基に、前記第２の像を拡大して前記スクリーンに投影する拡大投影系に向けて、前記第１の像を、前記第１の像の長さ方向と直交する方向に走査するように前記光偏向手段に前記第１の像を反射させるステップと、
   前記空間光変調素子によって変調された光の強度を検出する場合、前記第２の基準位置を基に、前記投影光学系から前記拡大投影系に向かう光の光路から外れた位置に設けられた、光の強度を検出する積分球により構成された検出手段に向けて、前記光偏向手段に前記投影光学系からの光を反射させるステップと
   を含むことを特徴とする駆動方法。

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