JP4407727B2

JP4407727B2 - 走査型画像表示装置

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Publication number: JP4407727B2
Application number: JP2007178297A
Authority: JP
Inventors: 哲朗山▲崎▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: US7990598B2; US20090009832A1; JP2009015124A

Description

本発明は、走査型画像表示装置に関するものである。

近年、レーザ光などを被投射面上でラスタスキャンして画像を表示する走査型画像表示装置が提案されている。走査型画像表示装置により画像を生成するには、ポリゴンミラーやガルバノミラーなどのスキャナを用いて光を二次元で走査する必要がある。二次元で走査する方法には、１つのスキャナを水平方向及び垂直方向の２方向に振ることで光を二次元に走査する方法もあるが、走査系の構成や制御が複雑化するという問題がある。そこで、光を一次元で走査する一対のスキャナを用い、それぞれ水平走査と垂直走査とを受け持たせる構成の走査型画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような一対のスキャナを用いた走査型画像表示装置では、光源から射出した光が水平走査を行うスキャナを経て垂直走査を行うスキャナによりスクリーン面に向けて射出される構成となっている。

しかし、水平走査を行うスキャナと垂直走査を行うスキャナとを用いた場合、一対のスキャナによる走査領域がスクリーン面において糸巻き形状となってしまう。これは、水平走査を行うスキャナからスクリーン面までの光路長がスクリーン面の上下端に向かうにしたがって長くなることに起因する。
そこで、スクリーン面における走査領域を矩形状に補正する方法として、一対のスキャナとスクリーン面との間に補正光学系を設けることや、光源の点灯タイミングを制御することによりスクリーン面における走査領域を矩形状に補正する方法が考えられる。
特開平１−２４５７８０号公報

しかしながら、上記従来の走査型画像表示装置においても、以下の課題が残されている。すなわち、前者のように補正光学系を設ける場合には、一対のスキャナによる走査範囲が広いために大面積かつ回転面ではない曲面を有するレンズやミラーを用いる必要があるため、製造が困難であるという問題がある。また、後者のように光源の点灯タイミングを制御する場合には、光源を点灯しないタイミングがあることで光利用効率が低下すると共に、垂直方向に配列された各ラインで光源の点灯タイミングを変化させる必要があるため点灯タイミングを制御する制御回路が複雑化するという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、簡便な構成で走査領域を矩形状に補正できる走査型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる走査型画像表示装置は、光源から射出されたレーザ光を被投射面の水平方向及び鉛直方向に走査して画像を表示する走査型画像表示装置であって、前記レーザ光を偏向して前記被投射面の前記水平方向における走査を行う第１走査手段と、前記レーザ光を偏向して前記被投射面の前記鉛直方向における走査を行う第２走査手段と、前記第１走査手段により前記水平方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を、前記被投射面内における前記鉛直方向の各位置において同等にする走査制御手段と、鉛直方向を検出する重力センサーと、を備え、前記第１走査手段が前記レーザ光を反射させる第１反射面を含み該第１反射面を所定の揺動軸周りに揺動させるようになっているとともに、前記第２走査手段が前記レーザ光を反射させる第２反射面を含み該第２反射面を所定の揺動軸周りに揺動させるようになっており、前記走査制御手段が、前記重力センサーの検出結果に基づいて、前記第２反射面の揺動中心から偏向した角度である光学偏向角の余弦の一次式で表される振幅の電圧波形を設定するようになっているとともに、前記第１反射面が該電圧波形により揺動されるようになっていることを特徴とする。

この発明では、走査幅が同等となるように一方向に走査することで、簡便な構成で第１及び第２走査手段による走査領域を矩形状にすることができる。すなわち、第１走査手段による一方向における走査幅が第２走査手段による走査方向である他方向において一定となるように、一方向における走査幅を制御することで、複雑が光学系や点灯タイミングの制御回路などを設ける必要がなくなる。これにより、第１及び第２走査手段による走査領域の補正が容易に行える。
また、走査幅を揃えることにより走査領域を矩形状に補正しているため、一方向に走査する際の光源によるレーザ光の点灯タイミングを他方向の各点において変更する必要がなくなる。このため、点灯タイミングの制御回路を設けることと比較して、光の利用効率が増大する。

また、本発明にかかる走査型画像表示装置は、前記走査制御手段が、前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を、前記被投射面内の所定の一箇所において前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅に合わせることとしてもよい。
この発明では、被投射面内の一箇所における走査幅を基準としてこれに他の位置における走査幅を揃えることで、より容易に走査領域の補正が行える。このため、この位置で第１走査手段による走査能力を最大限利用して一方向における走査を行うことで、第１走査手段の走査能力を最大限利用した走査幅の制御が行える。

また、本発明にかかる走査型画像表示装置は、前記走査制御手段が、前記走査制御手段が、前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を、前記第１及び第２走査手段により偏向された前記レーザ光の光軸と前記被投射面の法線方向との角度が最小となる位置において前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅に合わせることが好ましい。
この発明では、走査幅が最小値となる点における走査幅を基準としてこれに他の位置における走査幅を揃えることで、より容易に走査領域の補正が行える。すなわち、レーザ光の光軸と被投射面の法線方向とのなす角が最小となる点において一方向にレーザ光を走査したときの走査幅は、被投射面の他方向でこの位置と異なる他の位置において一方向にレーザ光を走査したときの走査幅よりも小さくなる。このため、この位置で第１走査手段による走査能力を最大限利用して一方向における走査を行うことで、第１走査手段の走査能力を最大限利用した走査幅の制御が行える。

また、本発明にかかる走査型画像表示装置は、前記第１及び第２走査手段による走査領域の中心における前記レーザ光の光軸と前記被投射面の法線方向とのなす角度を検出する角度検出手段を備え、前記走査制御手段が、前記角度検出手段による検出結果に基づいて、前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を制御することが好ましい。
この発明では、走査領域の中心におけるレーザ光の光軸と被投射面とのなす角度である仰角または俯角を検出し、これに基づいて第１走査手段による走査幅を他方向において揃える。

また、本発明にかかる走査型画像表示装置は、前記第１及び第２走査手段による前記被投射面における走査領域の形状を検出する形状検出手段を備え、前記走査制御手段が、前記形状検出手段による検出結果に基づいて、前記一方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を制御することが好ましい。
この発明では、走査領域形状を検出し、これに基づいて第１走査手段による走査幅を他方向において揃える。

［第１の実施形態］
以下、本発明における走査型画像表示装置の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために縮尺を適宜変更している。ここで、図１は走査型画像表示装置を示す概略構成図、図２は走査制御手段によるスクリーンの水平方向における走査幅の制御方法を説明する説明図、図３はＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。

本実施形態における走査型画像表示装置１は、図１に示すように、光源１１、クロスダイクロイックプリズム１２、ＭＥＭＳミラー（第１走査手段）１３、ガルバノミラー（第２走査手段）１４及び走査制御手段１５を備えており、光源１１からスクリーン（被投射面）１６に向けてレーザ光を射出する構成となっている。

光源１１は、赤色のレーザ光（中心波長が例えば６２０ｎｍ）を射出する赤色光源１１Ｒと、緑色のレーザ光（中心波長が例えば５３０ｎｍ）を射出する緑色光源１１Ｇと、青色のレーザ光（中心波長が例えば４６０ｎｍ）を射出する青色光源１１Ｂとを備えている。
クロスダイクロイックプリズム１２は、４つの直角プリズムを貼り合わせることによって構成されている。また、クロスダイクロイックプリズム１２を構成する各直角プリズムの界面には、赤色光を反射する誘電体多層膜１２ａと青色光を反射する誘電体多層膜１２ｂとがＸ字状となるように設けられている。そして、クロスダイクロイックプリズム１２は、赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ及び青色光源１１Ｂから射出された各色のレーザ光を合成してＭＥＭＳミラー１３に向けて射出する構成となっている。

ＭＥＭＳミラー１３は、揺動軸Ｏ１の軸回りで反射面１３ａを揺動させることにより、スクリーン１６における水平方向（一方向）ｈ及び垂直方向（他方向）ｖの２方向の走査のうち水平方向ｈにレーザ光を走査する水平走査用スキャナである。ＭＥＭＳミラー１３は、例えばトーションバネなどで支持されたミラーを静電力により揺動軸Ｏ１の軸回りで揺動させる構成となっており、供給する電圧に応じて揺動振幅が変動する。そして、ＭＥＭＳミラー１３は、クロスダイクロイックプリズム１２から射出したレーザ光をガルバノミラー１４に向けて射出する構成となっている。なお、ＭＥＭＳミラー１３は、ガルバノミラー１４の後述する反射面１４ａにおいて後述する揺動軸Ｏ２に沿って偏向したレーザ光を射出する構成となっている。
ガルバノミラー１４は、揺動軸Ｏ２の軸回りで反射面１４ａを揺動させることにより、スクリーン１６における垂直方向ｖにレーザ光を走査する垂直走査用スキャナである。そして、ガルバノミラー１４は、ＭＥＭＳミラー１３から射出したレーザ光をスクリーン１６に向けて射出する構成となっている。

走査制御手段１５は、図１に示すように、スクリーン１６の垂直方向ｖにおける位置に応じてＭＥＭＳミラー１３による水平方向ｈにおける走査幅を制御する構成となっている。この走査制御手段１５による走査幅の制御方法については、後述する。
スクリーン１６は、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４それぞれの光学偏向角を０°としたときに、その中心にレーザ光が照射される位置に設けられている。すなわち、スクリーン１６は、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角を０°としたときに左端辺１６ａ及び右端辺１６ｂの中間にレーザ光が照射され、ガルバノミラー１４の光学偏向角を０°としたときに上端辺１６ｃ及び下端辺１６ｄの中間にレーザ光が照射される位置に設けられている。また、スクリーン１６は、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４それぞれの光学偏向角を０°としたときに、ガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸と直交する位置に設けられている。したがって、走査型画像表示装置１では、スクリーン１６に対する仰角及び俯角が発生していない。

〔画像表示方法〕
次に、以上のような構成の走査型画像表示装置１による画像表示方法について説明する。
赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ及び青色光源１１Ｂから射出したレーザ光は、クロスダイクロイックプリズム１２により合成された後、ＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａにおいてガルバノミラー１４の反射面１４ａに向けて反射される。そして、ＭＥＭＳミラー１３から射出したレーザ光は、ガルバノミラー１４の反射面１４ａにおいて反射されてスクリーン１６に照射される。
ここで、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を適宜変更してＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａを揺動軸Ｏ１の軸回りで揺動させることにより、スクリーン１６に照射されたレーザ光を水平方向ｈに沿って走査する。また、ガルバノミラー１４の反射面１４ａを揺動軸Ｏ２の軸回りで揺動させることにより、スクリーン１６に照射されたレーザ光を垂直方向ｖに沿って走査する。
このとき、走査制御手段１５は、スクリーン１６の垂直方向ｖの各位置においてＭＥＭＳミラー１３による水平方向ｈの走査幅が同等となるようにＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を適宜変更する。これにより、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４によるスクリーン１６における走査領域が矩形状になる。

続いて、走査制御手段１５によるＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧の制御方法について説明する。なお、上述したように、走査型画像表示装置１では、スクリーン１６に対する仰角及び俯角が発生していない。
走査制御手段１５は、ガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸がスクリーン１６と直交する点であるスクリーン１６の中心点、すなわちガルバノミラー１４から射出したレーザ光の光軸とスクリーン１６の法線方向との角が最小となる点を基準点とし、スクリーン１６の中心点においてＭＥＭＳミラー１３によりレーザ光をスクリーン１６の水平方向ｈで走査したときの走査幅を基準としてスクリーン１６の垂直方向ｖの他の点においてレーザ光を水平方向ｈで走査したときの走査幅を揃える。

ここで、図２に示すように、レーザ光の光路に沿ったＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａとスクリーン１６との距離をＬ、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角（入射するレーザ光と射出するレーザ光とのなす角）をθ、ガルバノミラー１４の光学偏向角をφとする。なお、図２は、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４の図示を省略し、ＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａからスクリーン１６までのレーザ光の光軸を直線で示している。
このとき、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角θが０°であるときのＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａとスクリーン１６との距離Ｌ_φは、以下の式（１）のように表される。
Ｌ_φ＝Ｌ／ｃｏｓ_φ…式（１）
そして、スクリーン１６での走査幅Ｗ_φは、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角θの最大値をθ_ｍａｘとすると、以下の式（２）のように表される。
Ｗ_φ＝Ｌ_φｔａｎθ_ｍａｘ＝（Ｌ／ｃｏｓφ）×ｔａｎθ_ｍａｘ…式（２）

上記式（２）より、走査幅Ｗ_φは、ガルバノミラー１４の光学偏向角φが０°のときに最小値となる。そして、このときの走査幅Ｗ_０は、以下の式（３）のように表される。
Ｗ_０＝（Ｌ／ｃｏｓ０）×ｔａｎθ_ｍａｘ＝Ｌｔａｎθ_ｍａｘ…式（３）
したがって、走査幅Ｗ_φと走査幅Ｗ_０との比率Ｒは、以下の式４のように表される。
Ｒ＝Ｗ_０／Ｗ_φ
＝Ｌｔａｎθ_ｍａｘ／（（Ｌ／ｃｏｓφ）×ｔａｎθ_ｍａｘ）＝ｃｏｓφ…式（４）

以上より、走査制御手段１５は、ガルバノミラー１４の光学偏向角φに応じてスクリーン１６の水平方向ｈにおける走査振幅がｃｏｓφ倍となるように、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を制御する。これにより、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点においてレーザ光を水平方向ｈで走査したときの走査幅がＷ_０で揃う。
すなわち、走査制御手段１５により、ＭＥＭＳミラー１３の揺動振幅は、中心点からスクリーン１６の垂直方向ｖに沿う上下に離間するにしたがって小さくなる。これにより、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅が同等となる。なお、垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅を揃えているため、光源１１から射出する各色のレーザ光の点灯タイミングは、垂直方向ｖの各点において変更する必要がない。
このとき、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅Ｗ_φをスクリーン１６の中心点における水平方向ｈの走査幅Ｗ_０に揃えることで、スクリーン１６の中心点において水平方向ｈにレーザ光を走査させるときにＭＥＭＳミラー１３の揺動振幅を最大としていた場合であっても、垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅を確実に揃えることができる。

ここで、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角θがＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧に比例すると仮定する。また、ガルバノミラー１４の光学偏向角φが０°であるときにＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧をＶとする。このとき、走査制御手段１５は、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧をガルバノミラー１４の光学偏向角φを用い、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧をＶ×ｃｏｓφとする。したがって、フレームごとにおいて走査制御手段１５からＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧の時間変動は、例えば図３に示すようになる。なお、図３における期間Ｐは帰線時間を示している。これにより、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点においてレーザ光を水平方向ｈで走査したときの走査幅が揃う。

以上のように、本実施形態における走査型画像表示装置１によれば、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅を同等にすることで、複雑が光学系や点灯タイミングの制御回路などを設けることなく、簡便な構成でＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４による走査領域を矩形状に補正できる。また、水平方向ｈで走査する際にレーザ光の点灯タイミングを垂直方向ｖの各点において変更する必要がないため、点灯タイミングを制御することと比較して、光の利用効率が向上する。
ここで、スクリーン１６の中心点における水平方向ｈの走査幅を基準として垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅を同等にすることで、ＭＥＭＳミラー１３による走査能力を最大限利用した走査幅の制御をより容易に行える。

［第２の実施形態］
続いて、本発明における走査型画像表示装置の第２の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と走査制御手段による制御方法が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図４は走査制御手段によるスクリーンの水平方向における走査幅の制御方法を説明する説明図、図５はＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。

本実施形態における走査型画像表示装置では、上述した第１の実施形態において仰角及び俯角が０°となっているのに対して、仰角が発生している。すなわち、図４に示すように、ガルバノミラー１４の光学偏向角φを０°としたときにおいて、ガルバノミラー１４から射出したレーザ光の光軸とスクリーン１６を含む平面とが直交する位置が、スクリーン１６におけるＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４の走査領域における水平方向ｈ及び垂直方向ｖの中心点からずれている。

次に、このような構成の走査型画像表示装置の走査制御手段によるＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧の制御方法について説明する。
ここで、ＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａからレーザ光の光軸に沿ってスクリーン１６を含む平面と直交する垂線に沿ったＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａとスクリーン１６を含む平面との距離をＬとする。また、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角をθ、上記垂線に対するガルバノミラー１４の光学偏向角をφとする。そして、上記垂線とガルバノミラー１４から射出されるレーザ光の光軸との角が最小となるときのガルバノミラー１４の光学偏向角φの最小値をφ_ｍｉｎとする。

このとき、上述と同様に、スクリーン１６での走査幅Ｗ_φは、以下の式（５）のように表される。
Ｗ_φ＝（Ｌ／ｃｏｓφ）×ｔａｎθ_ｍａｘ…式（５）
上記式（７）より、走査幅Ｗ_φは、ガルバノミラー１４の光学偏向角φがφ_ｍｉｎのときに最小値となる。そして、このときの走査幅Ｗ_φｍｉｎは、以下の式（６）のように表される。
Ｗ_φｍｉｎ＝（Ｌ／ｃｏｓφ_ｍｉｎ）×ｔａｎθ_ｍａｘ…式（６）
したがって、走査幅Ｗ_φと走査幅Ｗ_φｍｉｎとの比率Ｒは、以下の式（７）のように表される。
Ｒ＝Ｗ_φｍｉｎ／Ｗ_φ
＝ｃｏｓφ／ｃｏｓφ_ｍｉｎ…式（７）

以上より、走査制御手段は、ガルバノミラー１４の光学偏向角φに応じてスクリーン１６の水平方向ｈにおける走査振幅がｃｏｓφ／ｃｏｓφ_ｍｉｎ倍となるように、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を制御する。これにより、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点においてレーザ光を水平方向ｈで走査したときの走査幅がＷ_φｍｉｎで揃う。
ここで、上述と同様に、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角θがＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧に比例すると仮定する。このとき、フレームごとにおいて走査制御手段からＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧の時間変動は、例えば図５に示すようになる。

以上のような構成の走査型画像表示装置においても、上述と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態においてガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸とスクリーン１６を含む平面とが直交する位置がＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４による走査領域の外に位置しているが、走査領域内にある場合であっても、走査制御手段は上述と同様の制御を行う。
また、本実施形態では仰角が発生しているが、俯角が発生している場合であっても、走査制御手段は上述と同様の制御を行う。

［第３の実施形態］
続いて、本発明における走査型画像表示装置の第３の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、第２の実施形態と走査制御手段による制御方法が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図６は走査制御手段によるスクリーンの水平方向における走査幅の制御方法を説明する説明図、図７はＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。

本実施形態における走査型画像表示装置では、図６に示すように、走査制御手段が、ガルバノミラー１４の光学偏向角φを０°やφ_ｍｉｎとしたときとは異なる値としたときにおける水平方向ｈの走査幅を基準としてスクリーン１６の垂直方向ｖの各点における水平方向ｈの走査幅を揃える。
すなわち、本実施形態における走査型画像表示装置は、例えば、仰角や俯角が発生している場合であってもスクリーン１６の中心や上端辺１６ｃ、下端辺１６ｄではない位置における走査幅にスクリーン１６上の他の位置における走査幅を揃える場合の構成となっている。また、本実施形態における走査型画像表示装置は、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧の最大値と最小値との間の電圧を基準として他の位置における走査幅を揃える場合の構成ともなっている。

次に、このような構成の走査型画像表示装置の走査制御手段によるＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧の制御方法について説明する。
ここで、ＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａからレーザ光の光軸に沿ってスクリーン１６を含む平面と直交する垂線に沿ったＭＥＭＳミラー１３の反射面１３ａとスクリーン１６を含む平面との距離をＬとする。また、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角をθ、上記垂線に対するガルバノミラー１４の光学偏向角をφとする。そして、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４による走査領域内のある点にレーザ光を照射した際の上記垂線に対するガルバノミラー１４の光学偏向角φを基準値φ_ｓｔｄとする。

このとき、上述と同様に、スクリーン１６での走査幅Ｗ_φは、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角をθとすると、以下の式（８）のように表される。
Ｗ_φ＝（Ｌ／ｃｏｓφ）×ｔａｎθ_ｍａｘ…式（８）
上記式（８）より、ガルバノミラー１４の光学偏向角φがφ_ｓｔｄのときの走査幅Ｗ_φｓｔｄは、以下の式（９）のように表される。
Ｗ_φｓｔｄ＝（Ｌ／ｃｏｓφ_ｓｔｄ）×ｔａｎθ_ｍａｘ…式（９）
したがって、走査幅Ｗ_φと走査幅Ｗ_φｓｔｄとの比率Ｒは、以下の式（１０）のように表される。
Ｒ＝Ｗ_φｓｔｄ／Ｗ_φ
＝ｃｏｓφ／ｃｏｓφ_ｓｔｄ…式（１０）

以上より、走査制御手段は、ガルバノミラー１４の光学偏向角φに応じてスクリーン１６の水平方向ｈにおける走査振幅がｃｏｓφ／ｃｏｓφ_ｓｔｄ倍となるように、ＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を制御する。これにより、スクリーン１６の垂直方向ｖの各点においてレーザ光を水平方向ｈで走査したときの走査幅がＷ_φｓｔｄで揃う。
ここで、上述と同様に、ＭＥＭＳミラー１３の光学偏向角θがＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧に比例すると仮定する。このとき、フレームごとにおいて走査制御手段からＭＥＭＳミラー１３に供給される電圧の時間変動は、例えば図７に示すようになる。

以上のような構成の走査型画像表示装置においても、上述と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態では仰角が発生しているが、俯角が発生している場合であっても、走査制御手段は上述と同様の制御を行う。

［第４の実施形態］
続いて、本発明における走査型画像表示装置の第４の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と走査制御手段による制御方法が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図８は走査型画像表示装置を示す概略構成図である。

本実施形態における走査型画像表示装置５０は、図８に示すように、ガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸とスクリーン１６の法線との角度を検出する角度検出手段５１を備えている。
この角度検出手段５１は、ガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸とスクリーン１６の法線との角度から仰角または俯角を算出し、走査制御手段５２に出力する構成となっている。角度検出手段５１は、例えば走査型画像表示装置５０のスクリーン１６に対する傾きを検出するセンサにより構成されている。このセンサは、具体的には、走査型画像表示装置５０の傾きを測定する重力センサや不可視光などを利用したスクリーンの位置検出センサを用いることができる。
走査制御手段５２は、角度検出手段５１による仰角または俯角の検出結果から、上述した第２の実施形態におけるφ_ｍｉｎを算出してスクリーン１６の水平方向ｈにおける走査幅を制御する構成となっている。

以上のような構成の走査型画像表示装置５０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。

［第５の実施形態］
続いて、本発明における走査型画像表示装置の第５の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、第１の実施形態と走査制御手段による制御方法が異なるため、この点を中心に説明すると共に、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、図９は走査型画像表示装置を示す概略構成図である。

本実施形態における走査型画像表示装置６０は、図９に示すように、スクリーン１６に表示されるＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４の走査領域の形状を検出する形状検出手段６１を備えている。
この形状検出手段６１は、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４によるスクリーン１６における走査領域の外縁形状を検出し、走査制御手段６２に出力する構成となっている。形状検出手段６１は、例えばＣＣＤ（charge-coupled device）などの撮像素子を備えている。
走査制御手段６２は、形状検出手段６１による走査領域の外縁形状の検出結果から、ＭＥＭＳミラー１３及びガルバノミラー１４による走査領域の外縁形状が矩形状となるようにＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を適宜変更する構成となっている。ここで、走査制御手段６２は、形状検出手段６１による走査領域の外縁形状の検出結果から、上述した第２の実施形態におけるφ_ｍｉｎを算出してスクリーン１６の水平方向ｈにおける走査幅を制御する構成としてもよい。

以上のような構成の走査型画像表示装置６０においても、上述と同様の作用、効果を奏する。
なお、本実施形態において、上述した第４の実施形態と同様に、ガルバノミラー１４から射出するレーザ光の光軸とスクリーン１６の法線との角度から仰角または俯角を算出する角度検出手段５１を設けてもよい。この場合、走査制御手段６２は、形状検出手段６１及び角度検出手段５１による検出結果からＭＥＭＳミラー１３に供給する電圧を適宜変更する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、水平方向の走査を行うＭＥＭＳミラーから垂直方向の走査を行うガルバノミラーを経た後にスクリーンにレーザ光を照射する構成となっているが、ガルバノミラーからＭＥＭＳミラーを経た後にスクリーンにレーザ光を照射する構成としてもよい。
また、ＭＥＭＳミラーによりスクリーンにおける水平方向の走査を行っているが、ガルバノミラーなどの他の反射型の光学素子や、例えばカー効果（等方性材料に電場をかけると複屈折性が生じる現象であり、印加電圧により発生した電界の強さの二乗に比例する）を利用した結晶であるタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ：ＫＴａ_１−ｘＮｂ_ｘＯ_３）結晶やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの電気光学素子、音響光学素子など、他の素子を用いて水平方向の走査を行ってもよい。
同様に、ガルバノミラーによりスクリーンにおける垂直方向の走査を行っているが、ＭＥＭＳミラーやポリゴンミラーなどの他の反射型の光学素子や、例えばＫＴＮやニオブ酸リチウムなどの電気光学素子、音響光学素子など、他の素子を用いて垂直方向の走査を行ってもよい。
また、光源とスクリーンとの間に、ＭＥＭＳミラーやガルバノミラーの他にレーザ光を偏向する偏向ミラーなどの他の光学素子を配置してもよい。

第１の実施形態における走査型画像表示装置を示す概略構成図である。走査制御手段による走査幅の制御方法を説明する説明図である。ＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。第２の実施形態における走査幅の制御方法を説明する説明図である。ＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。第３の実施形態における走査幅の制御方法を説明する説明図である。ＭＥＭＳミラーに供給される電圧変化を示すグラフである。第４の実施形態における走査型画像表示装置を示す概略構成図である。第５の実施形態における走査型画像表示装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１，５０，６０走査型画像表示装置、１１光源、１３ＭＥＭＳミラー（第１走査手段）、１４ガルバノミラー（第２走査手段）、１５，５２，６２走査制御手段、１６スクリーン（被投射面）、５１角度検出手段、６１形状検出手段、ｈ水平方向（一方向）、ｖ垂直方向（他方向）、Ｗ_０，Ｗ_φ，Ｗ_φｍｉｎ，Ｗ_φｓｔｄ走査幅

Claims

光源から射出されたレーザ光を被投射面の水平方向及び鉛直方向に走査して画像を表示する走査型画像表示装置であって、
前記レーザ光を偏向して前記被投射面の前記水平方向における走査を行う第１走査手段と、
前記レーザ光を偏向して前記被投射面の前記鉛直方向における走査を行う第２走査手段と、
前記第１走査手段により前記水平方向に前記レーザ光を走査するときの走査幅を、前記被投射面内における前記鉛直方向の各位置において同等にする走査制御手段と、
重力センサと、を備え、
前記第１走査手段が前記レーザ光を反射させる第１反射面を含み該第１反射面を所定の揺動軸周りに揺動させるようになっているとともに、前記第２走査手段が前記レーザ光を反射させる第２反射面を含み該第２反射面を所定の揺動軸周りに揺動させるようになっており、
前記重力センサは、走査型画像表示装置本体の傾きを測定するようになっており、
前記走査制御手段は、前記被投射面を含む平面と直交する垂線に対する前記第２走査手段の光学偏向角について、前記重力センサにより測定された前記走査型画像表示装置本体の傾きに基づいて、前記垂線と前記第２走査手段から射出されるレーザ光の光軸との角が最小となるときの前記第２走査手段の光学偏向角を最小値として算出し、前記水平方向の走査における前記第２走査手段の光学偏向角の余弦の、前記最小値の余弦に対する比率を求め、該走査における前記水平方向の前記第１走査手段の走査振幅が前記比率倍になるように、前記第１走査手段に供給する電圧を制御することを特徴とする走査型画像表示装置。