JP4710353B2 - 光走査装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査することで画像を表示するための光走査装置の技術に関する。

レーザプリンタや、レーザ光を走査することで画像を表示するディスプレイには、レーザ光を走査する光走査装置が用いられる。光走査装置は、レーザ光を反射する反射ミラーを変位させることにより、光源からのレーザ光の進行方向を変化させる。レーザ光の走査には、例えば、複数の反射ミラーを回転させるポリゴンミラーを用いることができる。レーザプリンタによるプリントの高速化や、ディスプレイで表示する画像の高解像度化の要請から、光走査装置は、光を高速に走査することが求められている。ポリゴンミラーを用いて光を高速に走査させるためには、ポリゴンミラーを高速に回転させることが考えられる。しかしながら、ポリゴンミラーは、回転速度を向上させていくに従い、重心のずれや遠心力の影響等により、ミラーの傾きや撓みを起こし易くなる。ミラーの傾きや撓みが起きると、光走査装置は、レーザ光を正確な位置に走査させることが難しくなる。光を走査するための構成としては、ポリゴンミラーの他に、単独の反射ミラーを振動させる構成が考えられる。ポリゴンミラーより小型かつ軽量にできることから、単独の反射ミラーを用いる場合、高速な駆動を安定して行うことが可能となる。また、反射ミラーを共振周波数で駆動することにより、小型な反射ミラーを用いて大きい振幅でレーザ光を走査することもできる。

レーザ光の走査により画像の形成や表示を行う場合、光走査装置は、レーザ光を二次元方向に走査する必要がある。反射ミラーを用いて二次元方向にレーザ光を走査するためには、例えば、反射ミラーを共振させることで水平方向への走査を行い、水平方向への走査よりも遅い速度で垂直方向への走査を行う。この場合、水平方向へレーザ光が１回走査する間に、レーザ光の位置は垂直方向についても移動することから、レーザ光はサイン波形状の軌跡を描くように走査することとなる。このことから、水平方向へ１回レーザ光が走査する間に、レーザ光の入射位置は垂直方向についてずれを生じてしまう。画素が二次元方向にマトリクス状に配列している画像のプリントや表示を行う場合、このようなずれを生じることにより、画質の劣化を引き起こすことがある。また、レーザ光の位置のずれを補正するために、レーザ光の入射位置に応じた新たな画像信号を作り直すことも困難である。このようなレーザ光の入射位置のずれを補正するために、反射ミラーとは別に新たに補正用のミラーを設けることが提案されている。レーザ光の入射位置のずれを補正するためのミラーを設ける技術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特表２００３−５１３３３２号公報

特許文献１に提案されている技術によると、レーザ光を二次元方向に走査するための２つの水平および垂直反射ミラー（５６）（５８）の位置とは異なる位置に、補正用の平面ミラー（１００）が設けられる（特許文献１の図８参照）。特許文献１では、この平面ミラー（１００）を枢動（回動）させることにより、上記補正が行われる。このような平面ミラー（１００）は光走査のための水平および垂直反射ミラー（５６）（５８）の駆動と同期させて駆動する必要があるため、その駆動機構や駆動の制御回路を設置する必要があり、構造が複雑になる上、光軸の調整が難しく、製造コストが高騰する。このような従来の技術では、レーザ光を二次元方向に走査する場合に、簡単な構成で画素の配列に合わせて正確にレーザ光を走査することが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、二次元方向に配列する画素に合わせて正確に光を走査することが可能な光走査装置、及び高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光走査装置は、ビーム状の光を供給する光源部と、光源部からの光を、第１の方向と、第１の方向に直交する第２の方向へ走査させる走査部と、走査部からの光を前記第２の方向へ偏向することにより、光が走査する位置を補正する補正光学部と、を有し、前記走査部は、前記第２の方向に光を１回走査する間に、前記第１の方向について光を複数回往復させる。
る。

走査部は、光源部からの光を二次元方向に走査する。例えば、走査部が第１の方向へ１回光を走査する間に第２の方向へも光が移動する場合、光源部からの光は、サイン波形状の軌跡を描くように走査する。本発明では、補正光学部を用いることにより、光が走査する位置を補正する。例えば、画素が二次元方向にマトリクス状に配列している画像の表示やプリントを行う場合に、水平方向へ光が走査する間に、垂直方向について生じる光の位置のずれを補正することが可能になる。このようにして、二次元方向に配列する画素に合わせて正確に光を走査することができる。補正光学部を用いて光の位置を補正する構成とすることから、構造の複雑化を回避でき、かつ光軸の調整を容易に行うことが可能となる。これにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確に光を走査することが可能な光走査装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、走査部は、第１の方向へ光を走査する周波数が、第２の方向へ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動し、補正光学部は、第２の方向へ光を偏向することが望ましい。これにより、第１の方向へ光が走査する間に第２の方向について生じる光の位置のずれを補正することができる。

また、本発明の光走査装置によれば、補正光学部は、複数の光学素子を有し、光学素子は、光が走査する位置を補正するために走査部からの光を偏向する方向に対して直交する方向に長手方向を有し、かつ、長手方向へ行くにつれて、光学素子で偏向した光の進行方向を変化させるように捩れた形状を備え、前記第１の方向へ光が１回走査する間に、前記第２の方向について光の位置が同一となるように光の位置を補正する。例えば、走査部が第１の方向へ１回光を走査する間に第２の方向へも光が移動する場合、補正光学部は、第２の方向について光の位置を補正する。光学素子は、走査部からの光を偏向する方向に対して略直交する方向に長手方向を有する。また、光学素子は、長手方向へ行くにつれて、光学素子で偏向した光の進行方向を第２の方向について変化させるように捩れた形状を有する。かかる構成の補正光学部を用いることにより、第２の方向における走査部の変位に応じて、光の位置を補正することができる。これにより、第２の方向における走査部の変位に応じて、光が走査する位置を補正することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、補正光学部は、捩れる方向が互いに逆方向である光学素子同士を並列させて構成されることが望ましい。例えば、走査部が第２の方向へ１回光を走査する間に第１の方向へ複数回光を走査する場合、第２の方向へ１回光を走査する間、第２の方向についての位置ずれは常に同じ向きについて発生する。補正光学部は、第１の方向へ１回光を走査する間における第２の方向への光の移動を相殺するために、第１の方向について光が往復する間、常に第２の方向の同じ向きに光の位置を移動させる必要がある。捩れる方向が互いに逆方向である光学素子同士をつなぎ合わせて補正光学部を構成することにより、第１の方向について光が往復する間常に、第２の方向の同じ向きに光の位置を移動させることが可能となる。例えば、垂直方向を上から下に１回光が走査する間に水平方向へ複数回光が往復する場合、補正光学部は、水平方向の往路、復路のいずれについても、光の位置を常に上向きに移動させるように捩れた光学素子を用いる。捩れる方向が互いに逆方向である光学素子同士をつなぎ合わせて補正光学部を構成することにより、左向き及び右向きに光が走査する間常に、上向きに光の位置を移動させることが可能となる。これにより、第１の方向について光が往復する間常に、第２の方向の同じ向きに光の位置を移動させることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、補正光学部は、走査部からの光を反射することにより偏向する反射部を備え、光学素子は、反射部に設けられるミラー素子であることが望ましい。ミラー素子を有する反射部を用いて走査部からの光を反射することにより、光が走査する位置を補正することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、補正光学部は、走査部からの光を屈折することにより偏向するプリズム体を備え、光学素子は、プリズム体の入射面又は出射面に形成されるプリズム素子であることが望ましい。入射面又は反射面にプリズム素子が形成されたプリズム体を用いて走査部からの光を屈折することにより、光が走査する位置を補正することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、光源部からの光を結像する結像光学系を有し、補正光学部は、結像光学系により光源部からの光を結像する位置に設けられることが望ましい。光源部からの光が補正光学部のうち所望の光学素子以外の光学素子に入射した場合、補正光学部からの光は所望の位置以外の位置へ進行してしまう。光源部からの光を補正光学部上に結像する構成とすることにより、補正光学部のうち所望の光学素子に光源部からの光を正確に入射することができる。光源部からの光を補正光学部上に結像するとは、光の走査により生成する像を補正光学部上に結像することを指す。このように補正光学部の所望の光学素子に光源部からの光を正確に入射することにより、走査する光の位置を正確に補正することができる。これにより、走査する光の位置を正確に補正することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、補正光学部は、走査部の近傍に設けられることが望ましい。走査部の近傍に補正光学部を設ける場合、補正光学部を小型にすることができる。反射部のミラー素子やプリズム体のプリズム素子は、例えば、マイクロエンボス加工を用いて容易かつ高い精度で形成することができる。これにより、補正光学部を容易かつ高い精度で形成することができる。

さらに、本発明の画像表示装置は、光走査装置からの光をスクリーンにて透過させることで画像を表示する画像表示装置であって、
前記光走査装置は、
ビーム状の光を供給する光源部と、
前記光源部からの光を、第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を備え、
前記走査部は、前記第２の方向に光を１回走査する間に、前記第１の方向について光を複数回往復させ、
前記スクリーン、又は前記スクリーンの近傍には、前記走査部からの光を前記第２の方向へ偏向することにより、光が走査する位置を補正する補正光学部が設けられ、
前記補正光学部は、複数の光学素子を有し、
前記光学素子は、光が走査する位置を補正するために前記走査部からの光を偏向する方向に対して直交する方向に長手方向を有し、かつ、前記長手方向へ行くにつれて、前記光学素子で偏向した光の進行方向を変化させるように捩れた形状を備え、前記第１の方向へ光が１回走査する間に、前記第２の方向について光の位置が同一となるように光の位置を補正する。

スクリーン、又はスクリーンの周辺に補正光学部を設けることにより、光が走査する位置を補正する。例えば、画素が二次元方向にマトリクス状に配列している画像の表示を行う場合に、水平方向へ光が走査する間に、垂直方向について生じる光の位置のずれを補正することが可能になる。このようにして、二次元方向に配列する画素に合わせて正確に光を走査することができる。補正光学部を用いて光の位置を補正する構成とすることから、構造の複雑化を回避でき、かつ光軸の調整を容易に行うことが可能となる。これにより、高品質な画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。さらに、スクリーン、又はスクリーンの近傍に補正光学部を設ける場合、補正光学部は、スクリーンと同程度の大型な構成とすることができる。補正光学部を大型にすることが可能であれば、例えば、プレス加工を用いて光学素子を容易かつ高い精度で形成することができる。また、走査部からの光が所望の光学素子とは異なる他の光学素子に入射すると、走査部からの光はスクリーン上の所望の位置以外の位置に進行することとなり、正確に光を走査させることが困難となる。スクリーン、又はスクリーンの近傍に補正光学部を設ける場合、結像光学系を用いてスクリーン上に光源部からの光を結像させることで、光が所望の光学素子とは異なる他の光学素子に入射する事態を無くすことができるか、無視できるレベルとすることが可能となる。これにより、補正光学部を容易かつ高い精度で形成し、かつスクリーン上の正確な位置に光を進行させることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示す。画像表示装置１００は、スクリーン１１０の一方の面にレーザ光を供給し、スクリーン１１０の他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。画像表示装置１００に設けられた光走査装置１２０は、走査部２００を用いてレーザ光を走査させる。光走査装置１２０は、光源部１０１、結像光学系１０２、及び走査部２００を有する。画像表示装置１００は、光走査装置１２０からの光をスクリーン１１０にて透過させることで画像を表示する。

光源部１０１は、ビーム状の光である赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光を、それぞれ画像信号に応じて変調して供給する。光源部１０１には、レーザ光を変調するための変調部を設けた半導体レーザや、固体レーザを用いることができる。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。光源部１０１からの各色レーザ光は、結像光学系１０２に入射する。結像光学系１０２は、光源部１０１からの光をスクリーン１１０上に結像する。結像光学系１０２を用いてスクリーン１１０上に光源部１０１からの光を結像することにより、スクリーン１１０に高精細な画像を表示することを可能とする。結像光学系１０２を透過した光は、走査部２００に入射する。走査部２００は、光源部１０１からのレーザ光を走査させる。

図２は、走査部２００の概略構成を示す。走査部２００は、反射ミラー２０２と、反射ミラー２０２の周囲に設けられた外枠部２０４とを有する、いわゆる二重ジンバル構造をなしている。外枠部２０４は、回転軸であるトーションばね２０６によって、不図示の固定部に連結されている。外枠部２０４は、トーションばね２０６の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０６を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０６に略直交する回転軸であるトーションばね２０７によって、外枠部２０４に連結されている。反射ミラー２０２は、光源部１０１からのレーザ光を反射する。反射ミラー２０２は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。

反射ミラー２０２は、外枠部２０４がトーションばね２０６を中心として回動することにより、スクリーン１１０においてレーザ光をＹ方向（図１参照）へ走査するように変位する。また、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７の捩れと、元の状態への復元とを利用して、トーションばね２０７を中心として回動する。反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動することにより、反射ミラー２０２で反射したレーザ光をＸ方向へ走査するように変位する。このように、走査部２００は、反射ミラー２０２で反射したレーザ光を、第１の方向であるＸ方向と、第１の方向に略直交する第２の方向であるＹ方向へ走査させる。

図３は、走査部２００を駆動するための構成を説明するものである。反射ミラー２０２がレーザ光を反射する側を表側とすると、第１の電極３０１、３０２は、外枠部２０４の裏側の空間であって、トーションばね２０６に関して略対称な位置にそれぞれが設けられている。第１の電極３０１、３０２に電圧を印加すると、第１の電極３０１、３０２と、外枠部２０４との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。外枠部２０４は、第１の電極３０１、３０２に交互に電圧を印加することにより、トーションばね２０６を中心として回動する。

トーションばね２０７は、詳細には、第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８とで構成されている。第１のトーションばね３０７と第２のトーションばね３０８との間には、ミラー側電極３０５が設けられている。ミラー側電極３０５の裏側の空間には、第２の電極３０６が設けられている。第２の電極３０６に電圧を印加すると、第２の電極３０６とミラー側電極３０５との間には、電位差に応じた所定の力、例えば静電力が発生する。第２の電極３０６のいずれにも同位相の電圧を印加すると、反射ミラー２０２は、トーションばね２０７を中心として回動する。走査部２００は、このようにして反射ミラー２０２を回動させることで、レーザ光を二次元方向へ走査させる。走査部２００は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成することができる。

走査部２００は、例えば画像の１フレーム期間において、Ｙ方向へ１回レーザ光を走査する間に、Ｘ方向について複数回レーザ光を往復させるように反射ミラー２０２を変位させる。このように、走査部２００は、第１の方向であるＸ方向へレーザ光を走査する周波数が、第２の方向であるＹ方向へレーザ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動する。なお、Ｘ方向へのレーザ光の走査を高速に行うために、走査部２００は、トーションばね２０７を中心として反射ミラー２０２を共振させる構成とすることが望ましい。反射ミラー２０２を共振させることにより、反射ミラー２０２の変位量を増大させることができる。反射ミラー２０２の変位量を増大させることにより、走査部２００は、少ないエネルギーで効率良くレーザ光を走査することができる。

なお、走査部２００は、電位差に応じた静電力によって駆動する構成に限られない。例えば、電磁力を用いて駆動する構成や、圧電素子の伸縮力を用いて駆動する構成であっても良い。電磁力を用いる場合、電流に応じて反射ミラー２０２と永久磁石との間に電磁力を発生させることにより、走査部２００を駆動できる。また、走査部２００は、Ｘ方向にレーザ光を走査する反射ミラーと、Ｙ方向にレーザ光を走査する反射ミラーとを設けることとしても良い。

図１に戻って、走査部２００からのレーザ光は、反射部１０５に入射する。反射部１０５は、光が走査する位置を補正する補正光学部である。反射部１０５は、光走査装置１２０からの光を反射することで偏向する。反射部１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０と対向する位置に設けられている。また、反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光の光路をスクリーン１１０の方向へ折り曲げる役割も果たしている。反射部１０５で反射したレーザ光は、スクリーン１１０の方向へ進行する。

筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。スクリーン１１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。反射部１０５からの光は、スクリーン１１０の、筐体１０７の内部側の面から入射した後、観察者側の面から出射する。観察者は、スクリーン１１０から出射する光を観察することで、画像を鑑賞する。なお、走査部２００と反射部１０５との間の光路中に、光源部１０１からの光をスクリーン１１０上に結像するための結像光学系をさらに設けることとしても良い。この場合、光源部１０１と走査部２００との間の結像光学系１０２は、光源部１０１からの光を走査部２００上に結像することとしても良い。

図４は、レーザ光の位置を補正する前におけるレーザ光の軌跡ＳＣ１を説明するものである。上述のように、画像の１フレーム期間において、走査部２００は、Ｙ方向へ１回レーザ光を走査する間に、Ｘ方向について複数回レーザ光を往復させるように反射ミラー２０２を変位させる。Ｘ方向へレーザ光が１回走査する間に、レーザ光の位置は、Ｙ方向についても、Ｘ方向へのレーザ光の移動よりも遅い速度で移動する。このため、レーザ光の軌跡ＳＣ１は、図４に示すようなサイン波形状となる。

これに対して、スクリーン１１０に表示される画像の画素は、通常、二次元方向にマトリクス状に配列している。以上から、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間に、レーザ光の入射位置は、Ｙ方向についてずれを生じてしまう。レーザ光の入射位置のずれを生じることにより、画質の劣化を引き起こすことがある。また、レーザ光の位置のずれを補正するために、レーザ光の入射位置に応じた新たな画像信号を作り直すことも困難である。

図５は、本発明の特徴部分である反射部１０５の要部斜視構成を示す。反射部１０５は、複数のミラー素子４０１、４０２を隙間無く並列させて構成されている。ミラー素子４０１、４０２は、例えば数百マイクロメートル間隔で並列している。ミラー素子４０１、４０２は、スクリーン１１０のＸ方向と略同一の方向に長手方向を有し、かつ短冊状の板を捩らせたような立体形状を備える光学素子である。反射部１０５は、スクリーン１１０で表示する画像の水平解像度に相当する数のミラー素子４０１、４０２を有する。ミラー素子４０１、４０２が捩れた形状であることから、反射部１０５の表面は、傾きが不連続に変化するように構成されている。ミラー素子４０１、４０２は、高反射性の部材、例えばアルミニウムや銀等の金属薄膜を形成することにより構成できる。

反射部１０５は、捩れる方向が互いに逆方向であるミラー素子４０１、４０２同士を並列させて構成されている。ミラー素子４０１及びミラー素子４０２の接線は、ミラー素子４０１、４０２の長手方向へ行くに従い、スクリーン１１０側から見て凹みを有する谷部４０３から、スクリーン１１０側へ突き出た稜部４０４へと徐々に変化する。反射部１０５は、ミラー素子４０１及びミラー素子４０２の接線が、右端と左端とにおいて、谷部４０３から稜部４０４、稜部４０４から谷部４０３へと連続的に変化するような形状を有する。

本実施例では、反射部１０５は、走査部２００からの光の光路中スクリーン１１０の直前であって、スクリーン１１０の近傍に設けられている。スクリーン１１０の近傍に反射部１０５を設けることで、反射部１０５は、スクリーン１１０と同程度の大型な構成とすることが可能である。反射部１０５を大型にすることが可能であれば、例えば、プレス加工を用いてミラー素子４０１、４０２を容易かつ高い精度で形成することができる。これにより、反射部１０５を容易かつ高い精度で形成することができる。

図６は、ミラー素子４０１、４０２で反射した光の進行方向について説明するものである。ミラー素子４０１、４０２は、長手方向へ行くにつれて、ミラー素子４０１、４０２で反射した光の進行方向を変化させるような形状を有する。例えば、ミラー素子４０１は、スクリーン１１０の側から見て右から左へ行くにつれて、ミラー素子４０１で反射した光Ｌ１の進行方向を、垂直方向について下から上へと変化させる。これに対して、ミラー素子４０２は、ミラー素子４０１とは反対方向に捩れていることから、スクリーン１１０の側から見て左から右へ行くにつれて、ミラー素子４０２で反射した光Ｌ２の進行方向を、垂直方向について下から上へと変化させる。

ミラー素子４０１、４０２で光Ｌ１、Ｌ２の進行方向を垂直方向について変化させることにより、スクリーン１１０上の第２の方向であるＹ方向についてレーザ光が走査する位置を変化させることができる。反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光を第２の方向へ偏向することにより、レーザ光が走査する位置を補正する。また、ミラー素子４０１、４０２が有する形状の長手方向は、第２の方向に対して略直交する方向である。

図７は、反射部１０５によるレーザ光の位置の補正について説明するものである。走査部２００によりＸ方向へのレーザ光の走査を開始するとき、反射部１０５で反射したレーザ光は、マイナスＹ向きである紙面下向きへレーザ光を偏向させることにより、レーザ光の位置を補正する。次に、Ｘ方向へレーザ光が走査するに従い、反射部１０５で反射したレーザ光は、最もマイナスＹ側の位置から、プラスＹ向きである紙面上向きへとＹ方向における位置を変化させる。Ｘ方向の片道についてレーザ光の走査が完了するとき、反射部１０５は、プラスＹ向きである紙面上向きへレーザ光を偏向させることにより、レーザ光の位置を補正する。

さらに、Ｘ方向について逆向きにレーザ光が走査を開始するとき、反射部１０５で反射したレーザ光は、再び、マイナスＹ向きである紙面下向きへレーザ光を偏向させることにより、レーザ光の位置を補正する。ここで、ミラー素子４０１、４０２を隙間無く並列していることから、Ｘ方向についてのレーザ光の走査を折り返す瞬間に、レーザ光を最もプラスＹ向きに偏向する状態から最もマイナスＹ向きに偏向する状態に変化する。その後、Ｘ方向へレーザ光が走査するに従い、反射部１０５は、レーザ光を、最もマイナスＹ側の位置から、プラスＹ向きである紙面上向きへとＹ方向における位置を変化させる。

走査部２００は、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間にマイナスＹ方向へもレーザ光の位置を移動させる。これに対して、反射部１０５は、プラスＹ向きにレーザ光の位置を変化させることによって、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間におけるＹ方向へのレーザ光の移動を相殺させる。このようにして、反射部１０５は、Ｘ方向へ１回レーザ光が走査する間、Ｙ方向についてレーザ光の位置が略同一となるようにレーザ光の位置を補正することができる。反射部１０５によるレーザ光の位置の補正により、スクリーン１１０においてレーザ光が走査する軌跡は、サイン波形状の軌跡ＳＣ１から、矩形波に近い形状の軌跡ＳＣ２に修正される。

矩形波に近い形状の軌跡ＳＣ２をとることにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査することが可能となる。反射部１０５を用いてレーザ光の位置を補正する構成とすることから、構造の複雑化を回避でき、かつ光軸の調整を容易に行うことが可能となる。これにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査できるという効果を奏する。また、画像表示装置１００により、高品質な画像を表示することができる。

なお、画像表示装置１００は、高精細な画像を表示するために、結像光学系１０２を用いてスクリーン１１０上に光源部１０１からの光を結像することとしている。図８に示すように、走査部２００からのレーザ光は、結像位置であるスクリーン１１０上以外の光路中では、ある程度広がりを持ったスポットＳＰをなすことが考えられる。このように広がりを持ったスポットＳＰを移動させる場合、Ｘ方向の往路における照射領域ＡＲ１と復路における照射領域ＡＲ２とが、斜線部で示すように重なり合うことが考えられる。走査部２００とスクリーン１１０との間の光路中に設けられた反射部１０５にて複数の照射領域の重なり合いを生じる場合、重なり合った照射領域の光をスクリーン１１０上の正確な位置に進行させることは非常に困難である。また、ミラー素子４０１、４０２の幅よりもスポットＳＰの径のほうが大きくなると、所望のミラー素子とは異なる他のミラー素子へもレーザ光が入射することとなり、正確な画像表示が妨げられてしまうことも考えられる。

上述のように、反射部１０５は、走査部２００からのレーザ光の光路中スクリーン１１０の直前であって、スクリーン１１０の近傍に設けられている。スクリーン１１０の近傍に反射部１０５を設ける場合、反射部１０５上におけるスポットＳＰは、スクリーン１１０上のスポットと同程度の大きさか、あるいは広がりを少なくとどめることが可能である。従って、走査部２００からのレーザ光が所望のミラー素子とは異なる他のミラー素子に入射する事態を無くすことができるか、無視できるレベルとすることが可能である。これにより、スクリーン１１０上の正確な位置にレーザ光を進行させることができる。

反射部１０５は、走査部２００からの光を第２の方向へ偏向することにより、レーザ光が走査する位置を補正する構成に限られない。反射部１０５は、走査からの光第１の方向及び第２の方向のいずれか一方へ偏向することにより、レーザ光が走査する位置を補正する構成であれば良い。例えば、走査部２００は、第２の方向へレーザ光を走査する周波数が、第１の方向へレーザ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動する場合、反射部１０５は、第１の方向へレーザ光を偏向することでレーザ光の位置を補正することができる。

図９は、本発明の実施例２に係る画像表示装置９００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置９００は、光走査装置９２０内であって、走査部２００の近傍に反射部９０８が設けられていることを特徴とする。光走査装置９２０は、光源部１０１、結像光学系９０２、走査部２００、及び反射部９０８を有する。

結像光学系９０２は、光源部１０１からの光を反射部９０８上に結像する。反射部９０８は、結像光学系９０２により光源部１０１からの光を結像する位置に設けられている。反射部９０８は、走査部２００からの光を第１の方向及び第２の方向のいずれか一方へ偏向することにより、レーザ光が走査する位置を補正する補正光学部である。また、反射部９０８は、走査部２００からのレーザ光の光路を反射ミラー９０５の方向へ折り曲げる役割も果たしている。反射部９０８は、上記実施例１の反射部１０５をそのまま縮小したような構成を有する。反射部９０８のミラー素子は、例えば数十マイクロメートル間隔で並列している。

光源部１０１からのレーザ光が反射部９０８のうち所望のミラー素子以外の他のミラー素子に入射した場合、反射部９０８からのレーザ光は、スクリーン１１０上の所望の位置以外の位置へ進行してしまう。光源部１０１からの光が結像する位置に反射部９０８を設けることにより、反射部９０８のうち所望のミラー素子に光源部１０１からのレーザ光を正確に入射することができる。このように反射部９０８のうち所望のミラー素子に光源部１０１からのレーザ光を正確に入射することにより、走査するレーザ光の位置を正確に補正することができる。これにより、走査するレーザ光の位置を正確に補正することができる。

補正光学部である反射部９０８と、反射ミラー９０５との間の光路中には、結像光学系９０３が設けられている。結像光学系９０３は、光源部１０１からの光をスクリーン１１０上に結像する。結像光学系９０３を用いてスクリーン１１０上に光源部１０１からの光を結像することにより、スクリーン１１０に高精細な画像を表示することを可能とする。結像光学系９０３を透過したレーザ光は、反射ミラー９０５で光路を折り曲げられた後スクリーン１１０に入射する。反射ミラー９０５の表面は、略平坦に形成されている。

画像表示装置９００は、反射部９０８を用いてレーザ光の位置を補正することにより、上記実施例１と同様に、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査することができる。これにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査でき、高品質な画像を表示することができる。また、反射部９０８は、走査部２００からのレーザ光の光路中走査部２００の直後であって、走査部２００の近傍に設けられている。走査部２００の近傍に反射部９０８を設ける場合、反射部９０８を小型にすることができる。反射部９０８のミラー素子は、例えば、マイクロエンボス加工を用いることにより容易かつ高い精度で形成することができる。これにより、補正光学部である反射部９０８を容易かつ高い精度で形成することができる。

図１０は、本発明の実施例３に係る画像表示装置１０００の概略構成を示す。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の画像表示装置１０００は、プリズム体１００８を有することを特徴とする。走査部２００からのレーザ光は、反射ミラー９０５で光路を折り曲げられた後、スクリーン１０１０に入射する。プリズム体１００８は、スクリーン１０１０の入射面に設けられている。プリズム体１００８は、走査部２００からのレーザ光を屈折することにより偏向する補正光学部である。プリズム体１００８は、硝子や透明樹脂等の透明部材で構成されている。スクリーン１０１０は、画像信号に応じて変調された光走査装置１２０からのレーザ光を透過させる透過型スクリーンである。さらにスクリーン１０１０には、プリズム体１００８を透過した光を散乱させる散乱層や、観察者の方向へ光を拡散させる拡散層等を設けることとしても良い。

図１１は、プリズム体１００８の要部断面構成を示す。プリズム体１００８は、入射面１１０１に、プリズム素子１１０２が形成されている。プリズム素子１１０２は、Ｘ方向に長手方向を有する短冊形状を捩らせたような面を備える光学素子である。プリズム素子１１０２は、上記実施例１のミラー素子４０１及びミラー素子４０２（図５参照）により形成される立体形状と同様の形状を有する。なお、プリズム素子１１０２は、プリズム体１００８の出射面に設ける構成としても良い。

プリズム体１００８は、レーザ光が入射する位置のプリズム素子１１０２の形状に応じて、レーザ光を屈折する。プリズム体１００８の入射面１１０１が上記実施例１の反射部１０５と同様の形状で構成されていることから、プリズム体１００８は、レーザ光の進行方向を、第２の方向であるＹ方向について変化させる。プリズム体１００８は、走査部からのレーザ光を第２の方向へ偏向することにより、レーザ光が走査する位置を補正する。画像表示装置１０００は、プリズム体１００８を用いてレーザ光の位置を補正することにより、上記実施例１と同様に、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査することができる。これにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査でき、高品質な画像を表示することができる。

また、プリズム体１００８をスクリーン１０１０に設ける構成とすることにより、レーザ光は、結像光学系１０２によって小さいスポット径に絞られた状態でプリズム体１００８に入射することになる。従って、走査部２００からのレーザ光が所望のプリズム素子とは異なる他のプリズム素子に入射する事態を回避することができる。これにより、スクリーン１１０上の正確な位置にレーザ光を進行させることができる。さらに、プリズム体１００８をスクリーン１０１０に設ける構成とすることにより、プリズム体１００８は、スクリーン１０１０と略同一のサイズで形成することができる。プリズム体１００８を大型にすることが可能であることから、上記実施例１と同様に、プリズム体１００８を容易かつ高い精度で形成することができる。

なお、プリズム体１００８は、スクリーン１０１０の入射面に設ける構成に限らず、スクリーン１０１０の出射面に設ける構成としても良い。但し、外的要因による欠損や傷からプリズム素子１１０２を防護し、良好な屈折特性を維持するために、プリズム体１００８は、筐体１０７の内部に形成することが望ましい。また、プリズム体１００８は、スクリーン１０１０とは別個に設けることとしても良い。プリズム体１００８は、光を散乱させる散乱材を分散することで散乱層としての機能や、光を拡散可能な形状とすることで拡散層としての機能を持たせることとしても良い。

図１２は、本発明の実施例４に係る画像表示装置１２００の概略構成を示す。画像表示装置１２００は、観察者側に設けられたスクリーン１２０５にレーザ光を供給し、スクリーン１２０５で反射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。画像表示装置１２００は、上記実施例２と同様に、光走査装置９２０を有する。上記実施例２と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

画像表示装置１２００の観察者側の面には、硝子や透明樹脂等の透明部材からなる出射窓１２１０が設けられている。光走査装置９２０からのレーザ光は、結像光学系９０３及び出射窓１２１０を透過した後、スクリーン１２０５に入射する。画像表示装置１２００は、反射部９０８を用いてレーザ光の位置を補正することにより、上記実施例１と同様に、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査することができる。これにより、二次元方向に配列する画素に合わせて正確にレーザ光を走査でき、高品質な画像を表示することができる。

なお、上記各実施例において、画像表示装置はレーザ光を供給する光源部１０１を用いる構成としているが、ビーム状の光を供給可能な構成であれば、これに限られない。例えば、光源部１０１は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いる構成としても良い。また、補正光学部を備える本発明の光走査装置は、画像表示装置に用いる以外に、例えば、レーザプリンタ等の、レーザ光を走査させる電子機器に用いることとしても良い。レーザプリンタにおいてもレーザ光が走査する位置を補正することにより、画素のずれが低減された高品質なプリント画像を形成することができる。

以上のように、本発明に係る光走査装置は、画像信号に応じて光を走査させる画像表示装置等に用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図。 走査部の概略構成を示す図。 走査部を駆動するための構成を説明する図。 レーザ光の位置を補正する前におけるレーザ光の軌跡を説明する図。 反射部の要部斜視構成を示す図。 ミラー素子で反射した光の進行方向を説明する図。 反射部によるレーザ光の位置の補正について説明する図。 照射領域の重なり合いを説明する図。 本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成を示す図。 プリズム体の要部断面構成を示す図。 本発明の実施例４に係る画像表示装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１００ 画像表示装置、１０１ 光源部、１０２ 結像光学系、１０５ 反射部、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、１２０ 光走査装置、２００ 走査部、２０２ 反射ミラー、２０４ 外枠部、２０６、２０７ トーションばね、３０１、３０２ 第１の電極、３０５ ミラー側電極、３０６ 第２の電極、３０７ 第１のトーションばね、３０８ 第２のトーションばね、４０１、４０２ ミラー素子、４０３ 谷部、４０４ 稜部、９００ 画像表示装置、９０２、９０３ 結像光学系、９０５ 反射ミラー、９０８ 反射部、９２０ 光走査装置、１０００ 画像表示装置、１００８ プリズム体、１０１０ スクリーン、１１０１ 入射面、１１０２ プリズム素子、１２００ 画像表示装置、１２０５ スクリーン、１２１０ 出射窓

Claims (8)

1. ビーム状の光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を、第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向へ走査させる走査部と、
   前記走査部からの光を前記第２の方向へ偏向することにより、光が走査する位置を補正する補正光学部と、を有し、
   前記走査部は、前記第２の方向に光を１回走査する間に、前記第１の方向について光を複数回往復させ、
   前記補正光学部は、複数の光学素子を有し、
   前記光学素子は、光が走査する位置を補正するために前記走査部からの光を偏向する方向に対して直交する方向に長手方向を有し、かつ、前記長手方向へ行くにつれて、前記光学素子で偏向した光の進行方向を変化させるように捩れた形状を備え、前記第１の方向へ光が１回走査する間に、前記第２の方向について光の位置が同一となるように光の位置を補正することを特徴とする光走査装置。
2. 前記走査部は、前記第１の方向へ光を走査する周波数が、前記第２の方向へ光を走査する周波数に比べて高くなるように駆動し、
   前記補正光学部は、前記第２の方向へ光を偏向することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
3. 前記補正光学部は、捩れる方向が互いに逆方向である前記光学素子同士を並列させて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の光走査装置。
4. 前記補正光学部は、前記走査部からの光を反射することにより偏向する反射部を備え、
   前記光学素子は、前記反射部に設けられるミラー素子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光走査装置。
5. 前記補正光学部は、前記走査部からの光を屈折することにより偏向するプリズム体を備え、
   前記光学素子は、前記プリズム体の入射面又は出射面に形成されるプリズム素子であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光走査装置。
6. 前記光源部からの光を結像する結像光学系を有し、
   前記補正光学部は、前記結像光学系により前記光源部からの光が結像する位置に設けられることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光走査装置。
7. 前記補正光学部は、前記走査部の近傍に設けられることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光走査装置。
8. 光走査装置からの光をスクリーンにて透過させることで画像を表示する画像表示装置であって、
   前記光走査装置は、
   ビーム状の光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を、第１の方向と、前記第１の方向に直交する第２の方向へ走査させる走査部と、を備え、
   前記走査部は、前記第２の方向に光を１回走査する間に、前記第１の方向について光を複数回往復させ、
   前記スクリーン、又は前記スクリーンの近傍には、前記走査部からの光を前記第２の方向へ偏向することにより、光が走査する位置を補正する補正光学部が設けられ、
   前記補正光学部は、複数の光学素子を有し、
   前記光学素子は、光が走査する位置を補正するために前記走査部からの光を偏向する方向に対して直交する方向に長手方向を有し、かつ、前記長手方向へ行くにつれて、前記光学素子で偏向した光の進行方向を変化させるように捩れた形状を備え、前記第１の方向へ光が１回走査する間に、前記第２の方向について光の位置が同一となるように光の位置を補正することを特徴とする画像表示装置。

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