JP4735608B2 - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、光走査装置及び画像表示装置、特に、画像信号に応じて光強度変調(以下、「変調」という)されたレーザ光を走査させるための光走査装置及びその光走査装置を用いる画像表示装置の技術に関する。 The present invention relates to an optical scanning device and an image display device, and in particular, an optical scanning device for scanning a laser beam modulated in accordance with an image signal (hereinafter referred to as “modulation”) and an image using the optical scanning device. The present invention relates to display device technology.
特開2003−29182号公報の図2には、共振振動の問題点として、線形性が得られる位相範囲が狭いことを課題し、この課題を解決するために、f・θ特性を有する投射光学系を使用し、さらに、f・θレンズ使用の弊害としての走査線の曲がりを、垂直走査部の振幅を工夫することで補正する技術が開示されている。 FIG. 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-29182 has a problem that the phase range in which linearity can be obtained is narrow as a problem of resonance vibration, and in order to solve this problem, projection optics having f · θ characteristics. Further, there is disclosed a technique that corrects the bending of the scanning line as an adverse effect of using the f · θ lens by devising the amplitude of the vertical scanning unit.
特開2006−201220号公報には、走査開始位置から走査終了位置までの2次元状の走査を行った後に、瞬時にレーザ光の走査位置を元に戻すことを課題とし、この課題を解決するために、レーザ光を回折格子を用いて2系統に分割し、一方の走査部が2次元状の走査を行っている間に、他方の走査部を初期位置に戻す技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-201220 has an object to instantaneously return the scanning position of the laser beam after performing a two-dimensional scanning from the scanning start position to the scanning end position, and solves this problem. For this reason, a technique is disclosed in which laser light is divided into two systems using a diffraction grating, and the other scanning unit is returned to the initial position while one scanning unit performs two-dimensional scanning.
しかし、特開2003−29182号公報では、f・θレンズを有する投射光学系を用いているため、走査型の画像表示装置におけるシステムの大型化を招く。また、f・θレンズは回転非対称なレンズであり、一般に高価で、コストを押し上げることにもなる。 However, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-29182 uses a projection optical system having an f · θ lens, which leads to an increase in the size of a system in a scanning image display apparatus. In addition, the f · θ lens is a rotationally asymmetric lens, and is generally expensive and increases the cost.
また、特開2006−201220号公報の実施例1では、レーザ光を回折格子で分割し、分割した内のどちらか一方を用いて走査すると、他方が利用されないことになり、光利用効率が低下する。また、特開2006−201220号公報の実施例2で開示されるように、複数のレーザ光源を用いると、消費電力の増大を招くとともに、コストアップも懸念される。 Further, in Example 1 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-201220, when laser light is divided by a diffraction grating and scanning is performed using one of the divided parts, the other is not used, and the light use efficiency is reduced. To do. Further, as disclosed in Example 2 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-201220, when a plurality of laser light sources are used, power consumption is increased and there is a concern about cost increase.
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたもので、画像表示装置として優れた光利用効率と、線形性に優れた走査特性を有する光走査装置、及び、光走査装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. An optical scanning device having excellent light utilization efficiency as an image display device and scanning characteristics excellent in linearity, and an image display device using the optical scanning device. The purpose is to provide.
本発明の一面は、第1の主走査部が1回走査された後に、光の偏光方向を切り換えるとともに、第2の主走査部が1回走査された後に、光の偏光方向を切り換えるように電気光学変調器を制御する制御部を備える。 According to one aspect of the present invention, the polarization direction of light is switched after the first main scanning unit is scanned once, and the polarization direction of light is switched after the second main scanning unit is scanned once. A control unit for controlling the electro-optic modulator is provided.
本発明によれば、線形性に優れた走査特性を有し、且つ、光利用効率に優れた光走査装置、及びこの光走査装置を用いた画像表示装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical scanning device having scanning characteristics with excellent linearity and excellent light utilization efficiency, and an image display device using the optical scanning device.
以下、図面を用いて実施例について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一は符号を付して示し、一度述べたものについては、その重複する説明を省略する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings, elements having common functions are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions of elements once described are omitted.
最初に、本発明の光走査装置の基本構成について図1から図7を用いて説明する。次に、従来の光走査装置の基本構成と課題の説明を元に、発明者が新たに気付き本発明に至った要点について説明する。最後に、本発明の作用について説明する。 First, the basic configuration of the optical scanning device of the present invention will be described with reference to FIGS. Next, based on the basic configuration of the conventional optical scanning device and the description of the problems, the main points that the inventor newly noticed and reached the present invention will be described. Finally, the operation of the present invention will be described.
図1を用いて、実施例1による光走査装置の光学部の基本構成について説明する。 The basic configuration of the optical unit of the optical scanning device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
図1は、マルチ走査方式の実施例1を示す光学部の基本構成図である。 FIG. 1 is a basic configuration diagram of an optical unit showing a first embodiment of a multi-scanning system.
図1に示すように、実施例1による光走査装置の光学系を構成する光学部900は、光ビームを出射する光源部30と、画像信号(図示せず)に応じて光強度変調を行う音響光学変調器(Acoustro-Optics Modulator:以下、「AOM」と省略)60と、直線偏光の偏光方向を90度回転させて、変換する電気光学変調器41と、偏光ビームスプリッタ42と、第1主走査部としての第1主走査ミラー11および第1副走査部としての第1副走査ミラー21とを含む第1系統走査部51と、第2主走査部としての第2主走査ミラー12および第2副走査部としての第2副走査ミラー22とを含む第2系統走査部52と、偏光ビームスプリッタ42で偏光分離された偏光光を第2主走査ミラー12に向けて反射させる反射ミラー43と、を含んでなる。
As shown in FIG. 1, an
光源部30は、例えば、半導体レーザである。半導体レーザは、所定直線偏光光(ここでは、便宜上偏光ビームスプリッタ42に対してP偏光光であるとする)の光ビームを出射する。光源部30から出射したレーザ光は、AOM60で画像信号に応じて変調され、偏光切り換え部としての電気光学変調器41に入射する。
The
この電気光学変調器41は、例えば、特開2006−95566号公報に記載されているように、電気光学効果を有する結晶を有し、所定の電圧を印加することで、結晶を通過する直線偏光の偏光方向を90度回転することができる。すなわち、電気光学変調器41は、光源部30からのP偏光光(第1の偏光方向を有する光)をそのまま出力するか、P偏光光(第1の偏光光)をS偏光光(第2の偏光方向を有する光)に切り換えて出力する(勿論、光源部30からS偏光光が出射された場合は、この逆の作用を行う)。なお、電気光学変調器41による偏光光の切り換え制御については、後述する。
The electro-
この電気光学変調器41を出射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ42に入射する。偏光ビームスプリッタ42は、入射するレーザ光の偏光状態によって、レーザ光を直進させ又は反射させる作用を有する。従って、電気光学変調器41と偏光ビームスプリッタ42は、光源部30からのレーザ光の偏光状態を切り換え、切り換え後の偏光状態で直交する2方向に光路を切り換える光路切り換え部を構成しているといえる。
The laser light emitted from the electro-
なお、AOM60は、光源部30から出射されるレーザ光を画像信号に応じて変調すると共に、レーザ光を減光したりブランキングしたりする装置であり、カラー制御にも使用することができる。フルカラーの制御を行う場合は、少なくともR光,G光,B光それぞれのレーザ光に対して別個にAOM60を使用してカラーバランスを決定する。その後で、公知の光学部品を使用して変調されたR光,G光,B光を1つの光ビームに合成する。近年は、白色レーザの開発も盛んであり、この白色レーザの色変調として、PCAOM(Polychromatic Acoustro-Optic Modulator)が使用されている。PCAOMは白色レーザ光から任意の波長を任意の割合で検出し、特定のカラーを作り出すことのできる装置であり、PCAOMも、特殊な原理を利用した一種のAOMである。
The AOM 60 is a device that modulates the laser light emitted from the
電気光学変調器41からP偏光光として出射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ42を透過し、水平方向の第1主走査部としての第1主走査ミラー11に入射する。共振振動で走査作用を行う第1主走査ミラー11の詳細については、図3から図5を用いて、後で説明する。そして、第1主走査ミラー11で水平方向の走査作用を受けたレーザ光は、垂直方向の第1副走査部としての第1副走査ミラー21に入射する。第1副走査ミラー21は、第1ガルバノメータ210で垂直方向の走査作用を行うように駆動されるので、第1副走査ミラー21で垂直方向の走査作用を受けたレーザ光は、被照射体(例えば、スクリーン)の画像表示領域70で2次元状に走査される。この走査を説明の都合上第1系統走査といい、また第1主走査ミラー11と第1副走査ミラー21とで構成される走査部を第1系統走査部51と定義する。
Laser light emitted as P-polarized light from the electro-
次に、電気光学変調器41からS偏光光として出射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ42で反射し、次に、反射ミラー43で反射し出射方向を変更した後で、水平方向の第2主走査部としての第2主走査ミラー12に入射する。第2主走査ミラー12は、第1主走査ミラー11と同様、共振振動で走査作用を行う。第2主走査ミラー12で水平方向の走査作用を受けたレーザ光は、垂直方向の第2副走査部としての第2副走査ミラー22に入射する。第2副走査ミラー22は、第2ガルバノメータ220で垂直方向の走査作用を行うように駆動されるので、第2副走査ミラー22で垂直方向の走査作用を受けたレーザ光は、画像表示領域70で2次元状に走査される。同様に、この走査を説明の都合上第2系統走査といい、また第2主走査ミラー12と第2副走査ミラー22とで構成される走査部を第2系統走査部52と定義する。
Next, the laser light emitted as S-polarized light from the electro-
画像表示領域70には、上記した第1系統走査部51により第1主走査ミラー11の往路で第1水平ラインL1がP偏光光で描画され、次に、第2系統走査部52により第2主走査ミラー12の往路で第2水平ラインL2がS偏光光で描画される。そして、第1系統走査部51により第1主走査ミラー11の復路で第3水平ラインL3がP偏光光で描画され、次に、第2系統走査部52により第2主走査ミラー12の復路で第4水平ラインL4がS偏光光で描画される。以下、同様な動作が画像表示領域70の上部から下部に向かって周期的に繰り返され、1フレーム画像が描画される。なお、このようなマルチ走査の詳細については後述する。
In the
画像表示領域70には、上記したように、S偏光光とP偏光光により画像が描画される。そのため、画像表示領域70であるスクリーンが、例えば、偏光スクリーンであれば、走査線1本ごとに明るさが変化してしまう。そこで、このような場合には、偏光ビームスプリッタ42と画像表示領域70との間の光路に配置した位相差板(図示せず)によって、偏光状態を変えても良い。具体的には、1/4波長板を配置し、P偏光光とS偏光光を円偏光に変換する、或いは、一方の光路に1/2波長板を配置し、他方の偏光状態に合致させることが有効である。なお、高解像度化していくと、走査線の数が増えるので、相対的に走査線の幅が狭くなり、P偏光光とS偏光光の明るさの違いが目立たなくなる。
In the
なお、第1主走査ミラー11と第2主走査ミラー12はその構成が同じであり、それが持つ共通な機能を述べる場合には、疑義が生じない限り、以降、同一構成の主走査ミラー10を用いて説明する。同様に、第1副走査ミラー21と第2副走査ミラー22はその構成が同じであり、それが持つ共通な機能を述べる場合には、疑義が生じない限り、以降、同一構成の副走査ミラー20を用いて説明する。
It should be noted that the first
ここで、一旦、図2から図7を用いて、走査部の走査作用の詳細について説明する。 Here, the details of the scanning action of the scanning unit will be described with reference to FIGS.
図2は、実施例1による主走査ミラーの要部構成図である。 FIG. 2 is a main part configuration diagram of the main scanning mirror according to the first embodiment.
図2から明らかなように、主走査ミラー10は、支持体107の内側に高反射率の部材で構成されたミラー部101が設けられている。支持体107とミラー部101は、同一軸上にミラー部101を挟んで対向して配置されたトーションバネ105、106で連結されている。ミラー部101は、そのミラー面101aに略平行に形成されたコイル102を内蔵している。ミラー部101の近傍に、トーションバネ105、106に関して略対称な位置に、それぞれ永久磁石103、104が設けられている。永久磁石103、104は、主走査ミラー10が静止した状態にあるときにミラー面101aと略平行な磁界を生じさせる。コイル102に電流を流すと、フレミングの左手の法則によって、ミラー面101aと略垂直な向きのローレンツ力が発生する。
As is clear from FIG. 2, the
ミラー部101は、ローレンツ力と、トーションバネ105、106の復元力がつりあう位置まで、トーションバネ105とトーションバネ106とを結ぶ軸(以下、この軸を水平回動軸という)10aを中心に回動する。ミラー部101が持つ共振周波数でコイル102に交流電流を供給することによって、ミラー部101は、共振動作を行う。なお、駆動力については、電磁力に限らず、静電力や、圧電素子を用いる構成でも良い。
The
図3は、実施例1による水平方向走査と垂直方向走査の説明図である。図3(a)は、画像表示領域における主走査ミラーの水平方向走査を、副走査ミラーを省略し、さらに光路折り返しを省略して、直線的に表示した、主走査ミラーの水平回動軸に平行な方向から見た上面視図である。図3(b)は、画像表示領域における副走査ミラーの垂直方向走査を、副走査ミラーの回動軸に平行な方向から見た側面視図である。なお、図3において、説明の都合上、各点におけるローカルな直交座標軸を導入する。すなわち、画像表示領域70における長手方向である水平方向に対応した方向をX軸方向、これに直交する短手方向である垂直方向に対応した方向をY軸方向、そして、画像表示領域70の法線方向に対応した方向をZ軸方向とする。
FIG. 3 is an explanatory diagram of horizontal scanning and vertical scanning according to the first embodiment. FIG. 3A shows the horizontal scanning of the main scanning mirror in the horizontal direction of the main scanning mirror displayed in a straight line by omitting the sub-scanning mirror and further omitting the optical path folding. It is the top view seen from the parallel direction. FIG. 3B is a side view of the vertical scanning of the sub-scanning mirror in the image display region viewed from a direction parallel to the rotation axis of the sub-scanning mirror. In FIG. 3, for the convenience of explanation, local orthogonal coordinate axes at each point are introduced. That is, the direction corresponding to the horizontal direction which is the longitudinal direction in the
既に述べたように、主走査ミラー10で画像表示領域70における水平方向の走査を、副走査ミラー20で垂直方向の走査を行う。このとき、水平方向の走査位置(投射位置ともいう)は、数1で得られる。
As described above, the
走査位置X=L・tanβ…(数1)
ここで、Lは主走査ミラー10と画像表示領域70との間の距離で、所謂投射距離である。また、角度βは主走査ミラー10の振り角で、ミラー部101にローレンツ力が作用せず、ミラー部101の共振振動の振幅が零のときのミラー面(以下、「基準面」という)S101位置を基準として、振動するミラー面101aが基準面S101に対してなす角度をいう。この振り角βは、主走査ミラー10の法線とZ軸とがなす角度と等しい。
Scanning position X = L · tan β (Expression 1)
Here, L is a distance between the
図4は、主走査ミラーにおける共振振動と水平走査角度の関係を説明する図であり、主走査ミラー10の振り角βと、主走査ミラー10の共振振動の位相θの関係を模式的に表した図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the resonance vibration and the horizontal scanning angle in the main scanning mirror, and schematically shows the relationship between the swing angle β of the
図4から明らかなように、振り角βは、等間隔ではなく、共振振動に従い変化する。主走査ミラー10の振り角をβ、回転中心からの距離をrとし、共振振動の位相をθ、振幅をAとすると、数2が得られる。
As is apparent from FIG. 4, the swing angle β changes according to resonance vibration, not equal intervals. If the swing angle of the
r・sinβ=A・sinθ…(数2)
θ=90度のときβ=βmaxとなるので、A=r・sinβmaxを数2に代入して、数3が得られる。
r · sin β = A · sin θ (Expression 2)
Since β = βmax when θ = 90 degrees,
sinβ=(sinβmax)sinθ…(数3)
そこで、60インチ、アスペクト比(横縦比)4:3の画像表示領域70に投射距離L=2.9mで描画する場合における、共振振動の位相θに対する、共振振動の振幅sinθと水平方向の投射位置としてのtanβの数値データを表1に、対応する図を図5から図7に示す。
sin β = (sin βmax) sin θ (Equation 3)
Therefore, when drawing on an
図5は共振振動の振幅sinθを示す図、図6は水平方向の投射位置に係わるtanβを示す図、図7は横軸にsinθを取り縦軸にtanβ取ってsinθとtanβの線形性を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the amplitude of the resonance vibration sin θ, FIG. 6 is a diagram showing tan β relating to the projection position in the horizontal direction, and FIG. FIG.
図5及び図6から明らかなように、水平走査端に相当する振り角βmax=±12度での、sinθとtanβとも正弦波状の振幅となっている。また、図7から明らかなように、sinθとtanβはほぼ線形の関係にあることが分かる。従って、数1から水平方向の走査位置はsinθに比例するといえ、かつsinθは数3から共振振動の振幅を表すといえる。その結果、画像表示領域における水平方向の走査位置は共振振動の振幅に比例するといえる。つまり、共振振動の振幅がほぼ水平方向の走査位置を表すことが分かった。
As is apparent from FIGS. 5 and 6, both sin θ and tan β have sinusoidal amplitudes at a swing angle βmax = ± 12 degrees corresponding to the horizontal scanning end. Further, as is apparent from FIG. 7, it can be seen that sin θ and tan β are in a substantially linear relationship. Therefore, it can be said from
以上述べた走査手法により、第1系統走査部51と第2系統走査部52は画像表示領域70をそれぞれ2次元状に走査できるが、実施例1では、図1のように、第1系統の走査部で走査する例えば奇数走査線(●:L1、L3、L5、L7、…)と、第2系統の走査部で走査する例えば偶数走査線(■:L2、L4、L6、L8、…)を、交互に走査するように各走査部を駆動する。この走査線の切り換えは、光源部30から出射するレーザ光を、電気光学変調器41と偏光ビームスプリッタ42とで構成される光路切り換え部により、第1系統走査部51側へ導光するか或は第2系統走査部52側へ導光するか切り換えることにより、実現することができる。
With the scanning method described above, the first
次に、実施例1の要部である駆動方式の詳細について説明する前に、従来の光走査方式の基本構成と課題について説明を行い、発明者が新たに気付き本発明に至った要点について、図19から図21を用いて説明する。 Next, before describing the details of the driving method, which is the main part of the first embodiment, the basic configuration and problems of the conventional optical scanning method will be described, and the inventor newly noticed and reached the present invention. This will be described with reference to FIGS.
図19は、水平走査部としての主走査ミラー10と垂直走査部としての副走査ミラー20を有した従来方式での光走査装置の光学部900Aの基本構成図である。
FIG. 19 is a basic configuration diagram of an
図19において、光源部30から出射したレーザ光は、画像信号に応じて変調作用を行うAOM60を経て、水平方向の走査部としての主走査ミラー10に入射する。そして、主走査ミラー10で水平方向の走査作用を受けたレーザ光は、垂直方向の走査部としての副走査ミラー20に入射する。副走査ミラー20は、ガルバノメータ200で垂直方向の走査作用を行うように駆動されるので、副走査ミラー20で垂直方向の走査作用を受けたレーザ光は、画像表示領域70で2次元状に走査される。特開2003−29182号公報の図2でも説明されているが、図19の補助図に示した様に、主走査ミラー10の振幅は、正弦波状に変化する。例えば、主走査ミラー10の振幅をsinθとすれば、−45度<θ<0度、及び0度<θ<45度の位相範囲では、それぞれΔ振幅=0.707(像高の約7割)であり、位相変化に対して線形に近い振幅特性が得られる。しかしながら、45度<θ<90度、及び、90度<θ<135度の位相範囲では、それぞれΔ振幅=0.293で折り返した振幅変化である。ここで、レーザ光を一定間隔で照射した場合、−45度<θ<0度、及び0度<θ<45度の位相範囲では、レーザ光の画像表示領域70上における照射位置は、前述したように、共振振動の振幅でほぼ表せるので、ほぼ等間隔で変化するが、45度<θ<90度、及び、90度<θ<135度の位相範囲では、レーザ光の投射像の間隔が密となり、画像表示領域70に明るさムラが生じてしまう。
In FIG. 19, the laser light emitted from the
そこで、線形性に優れた−45度<θ<45度の位相範囲(往路)のみで走査を行うとすると、45度<θ<135度の位相範囲のレーザ光が使用できないので暗くなってしまう。なお、往復で走査を行うので、180度後の135度<θ<225度の位相範囲(復路)でも走査を行うが、同様に、225度<θ<315度の位相範囲ではレーザ光を使用できない。即ち、この例では、レーザ光を位相範囲の半分(半分の時間)でしか有効活用できない。 Therefore, if scanning is performed only in the phase range (outward path) of −45 degrees <θ <45 degrees excellent in linearity, the laser beam in the phase range of 45 degrees <θ <135 degrees cannot be used, so that it becomes dark. . Since the scanning is performed in a reciprocating manner, scanning is performed in the phase range (return path) of 135 degrees <θ <225 degrees after 180 degrees. Similarly, laser light is used in the phase range of 225 degrees <θ <315 degrees. Can not. That is, in this example, the laser beam can be effectively used only in half of the phase range (half time).
特開2003−29182号公報では、アークサインレンズに比べて設計が容易なf・θレンズ等を用いることでこの課題を解決しているが、f・θレンズも大きさと製造コストの点からは、使用せずに課題を解決したい。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-29182, this problem is solved by using an f · θ lens that is easier to design than an arc sine lens. However, the f · θ lens is also in terms of size and manufacturing cost. I want to solve the problem without using it.
ここで、課題の要点を整理すると、レーザ光を投射して形成する画素サイズを一定の大きさとするために、正弦波の振幅において線形性の良い位相範囲のみを使用したい。しかし、明るさの点からは、全ての位相範囲でレーザ光を有効に活用したい。 Here, to summarize the main points of the problem, in order to make the pixel size formed by projecting the laser light constant, it is desired to use only a phase range having a good linearity in the amplitude of the sine wave. However, from the point of brightness, we want to make effective use of laser light in the entire phase range.
この新たな課題を解決する方法として、図19の補助図で、正弦波の振幅において線形性の良い位相範囲(例えば−45度<θ<45度,135度<θ<225度)での走査を行った後に、別の正弦波の線形性の良い位相範囲を書き足し(つまり、別の線形性の良い位相範囲の正弦波に置き換え)、その新しい正弦波で走査を行えば、常に、線形性に優れた位相範囲での走査を実現できる。正弦波が位相360度ごとに振幅が繰り返される繰返し関数(周期関数)なので、上記した正弦波の置き換えが実現できれば、その繰返しで連続して、線形性に優れた走査を行うことができる。これが、発明者の着目点である。 As a method for solving this new problem, in the auxiliary diagram of FIG. 19, scanning in a phase range with good linearity in the amplitude of the sine wave (for example, −45 degrees <θ <45 degrees, 135 degrees <θ <225 degrees). After adding, add another sine wave with a more linear phase range (that is, replace it with a sine wave with another more linear phase range) and scan with that new sine wave. It is possible to realize scanning in a phase range with excellent characteristics. Since the sine wave is a repetitive function (periodic function) in which the amplitude is repeated every 360 degrees, if the above-described replacement of the sine wave can be realized, scanning with excellent linearity can be performed continuously by the repetition. This is the point of interest of the inventor.
背景技術で説明しているように、大きな水平走査周波数が必要なので、正弦波の往復でそれぞれ走査を行うことにすると、走査線1本分の走査は、基本的に位相で180度となる。この180度の位相範囲で、別の正弦波を書き足すのだが、特定の180度の範囲だけではなく、繰返し別の正弦波を書き足した様な状態を実現するためには、書き足す(置き換える)正弦波も、同じ周波数で、位相差90度に決定した。 As described in the background art, since a large horizontal scanning frequency is required, if scanning is performed by reciprocal sinusoidal waves, scanning for one scanning line is basically 180 degrees in phase. In this 180 degree phase range, another sine wave is added, but in order to realize a state where not only a specific 180 degree range but also another sine wave is repeatedly added, it is added ( The sine wave to be replaced was also determined at the same frequency and a phase difference of 90 degrees.
ところで、特開2006−201220号公報において、2次元状の走査領域において、走査終了位置から、瞬時に走査開始位置にレーザ光の走査位置を移動させる技術が開示されている。図20がそのマルチ走査方式での光走査装置の光学部900Bの基本構成図であり、図21が制御信号の説明図である。
By the way, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-201220 discloses a technique for instantaneously moving a laser beam scanning position from a scanning end position to a scanning start position in a two-dimensional scanning region. FIG. 20 is a basic configuration diagram of the
光源部30から出射したレーザ光を、回折素子53で分割し、それぞれ、第1系統走査部51Bと、第2系統走査部52Bにレーザ光を導く。
The laser beam emitted from the
第1系統走査部51Bにおいて、レーザ光は第1AOM61によって、画像信号に応じて変調される。第1AOM61のパルス信号がONのときにレーザ光は、第1主走査ミラー11に到達し水平方向の走査作用を、次に、第1副走査ミラー21で垂直方向の走査作用をそれぞれ受けて、画像表示領域70に2次元状に走査される。第2系統走査部52Bについても同様である。
In the first
この第1系統走査部51Bと第2系統走査部52Bは、図21に示した様に、第1AOM61のパルス信号がONの時に、第1副走査ミラー21の走査を行い、逆に、第2AOM62のパルス信号がONの時に、第2副走査ミラー22の走査を行う方式であり、予め、回折素子でレーザ光を2分割しているので、レーザ光の光量の半分しか使用できない。
As shown in FIG. 21, the first
従って、レーザ光を分割するのではなく、分岐する技術が必要となる。これに対しては、特開2006−95566号公報で開示されている「同じ波長の2つのレーザ光を、偏光方向が同じ直線偏光として合成する電気光学変調器」を逆に応用することで、発明者は今回の発明を実現することができた。 Therefore, a technique for branching rather than dividing the laser beam is required. In contrast, by applying the “electro-optic modulator that synthesizes two laser beams with the same wavelength as linearly polarized light” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-95566, The inventor was able to realize the present invention.
以下、本発明の要点の説明する。 The main points of the present invention will be described below.
図1を用いて先に説明したように、電気光学変調器41によって、レーザ光をP偏光光とS偏光光に切り換えることができる。しかしながら、図1のように、P偏光光とS偏光光を、効率的に交互に走査するための工夫が必要である。
As described above with reference to FIG. 1, the laser light can be switched between P-polarized light and S-polarized light by the electro-
先ず、共振振動する第1主走査ミラー11の振幅X1と、第2主走査ミラー12の振幅X2を、数4と数5で定義する。
First, the amplitude X1 of the first
X1=sinθ…(数4)
X2=sin(θ−α)…(数5)
ここで、共振振動の往復で走査を行うので、基本の位相は180度となる。この180度の位相中に、別の振動を加えるのであり、その振動は同じ周波数で、位相差がα=180度/2=90度と決定できる。
X1 = sin θ (Expression 4)
X2 = sin (θ−α) (Equation 5)
Here, since the scanning is performed by reciprocal resonance vibration, the basic phase is 180 degrees. Another vibration is applied during the 180-degree phase, and the vibration has the same frequency and the phase difference can be determined as α = 180 degrees / 2 = 90 degrees.
従って、−α/2<θ<α/2の位相範囲を、分割数nで割った刻みδ=α/nで補正した点列の走査範囲が数6で得られる。ここで、走査する点列が少ない方が分かり易いので、走査範囲を9分割した例を図8と図9に示す。 Accordingly, the scanning range of the point sequence obtained by correcting the phase range of −α / 2 <θ <α / 2 by the increment δ = α / n divided by the division number n is obtained by Equation 6. Here, since it is easier to understand when the number of point sequences to be scanned is smaller, an example in which the scanning range is divided into nine is shown in FIGS.
−α/2+δ/2<θ<α/2−δ/2 (δ=α/n)…(数6)
δ=90/9=10度なので、−40度<θ<40度、刻み10度が基本の走査範囲での走査点列となる。刻みδ=10度で数4と数5を表した図8において、数4は−40度<θ<40度の位相範囲で点列がほぼ均等間隔に並んでいるが、50度<θ<130度の位相範囲では点列が密に並んでいる。逆に、数5に着目すると、−40度<θ<40度の位相範囲では点列が密だが、50度<θ<130度の位相範囲では点列がほぼ均等間隔に並んでいることが分かる。即ち、数4と数5で、振幅を切り換えることで、常に線形性に優れた位相範囲での走査を実現することができる。
-Α / 2 + δ / 2 <θ <α / 2-δ / 2 (δ = α / n) (Equation 6)
Since δ = 90/9 = 10 degrees, −40 degrees <θ <40 degrees, and a step of 10 degrees is a scanning point sequence in the basic scanning range. In FIG. 8 that represents Equations 4 and 5 with a step δ = 10 degrees, Equation 4 has a sequence of points at almost equal intervals in the phase range of −40 degrees <θ <40 degrees, but 50 degrees <θ <. In the phase range of 130 degrees, the point sequence is closely arranged. On the other hand, focusing on Equation 5, the point sequence is dense in the phase range of −40 degrees <θ <40 degrees, but the point sequence is arranged at almost equal intervals in the phase range of 50 degrees <θ <130 degrees. I understand. In other words, by switching the amplitudes in Equations 4 and 5, scanning in a phase range with always excellent linearity can be realized.
図8から数4と数5で走査に関与する点列のみを抜き出したものが図9である。往路では数4(−40度<θ<40度)で1走査を行い、続いて数5(50度<θ<130度)で次の1走査を行う。そして次に、復路では数4(140度<θ<220度)で1走査を行い、続いて数5(230度<θ<310度)で次の走査を行う。このような走査を逐次行うことで、線形性に優れた走査を実現している様子が分かる。 FIG. 9 is a diagram in which only the point sequence related to scanning is extracted from FIGS. In the forward path, one scan is performed at the number 4 (−40 degrees <θ <40 degrees), and then the next one scan is performed at the number 5 (50 degrees <θ <130 degrees). Then, in the return path, one scan is performed at Formula 4 (140 degrees <θ <220 degrees), and then the next scan is performed at Formula 5 (230 degrees <θ <310 degrees). It can be seen that by performing such scanning sequentially, scanning with excellent linearity is realized.
ここで、図9の位相差αを90度から91度に変更した場合の数5の振幅を比較し表2に示す。数4を−40度<θ<40度の位相範囲で使用し、数5を50度<θ<130度の位相範囲で同様に使用する場合、数5の振幅の範囲がずれるが、線形性に優れた位相範囲で使用しているので、90度からずれた位相差でも適用可能であることがわかる。但し、より線形性に優れた位相範囲を使用すること、第1系統走査部51と第2系統走査部52とで位相のみ異なり同じ制御ができることが好ましい。
Here, Table 2 compares the amplitudes of Formula 5 when the phase difference α in FIG. 9 is changed from 90 degrees to 91 degrees. When Equation 4 is used in the phase range of −40 degrees <θ <40 degrees and Equation 5 is similarly used in the phase range of 50 degrees <θ <130 degrees, the amplitude range of Equation 5 is shifted, but linearity It can be seen that even a phase difference deviating from 90 degrees can be applied. However, it is preferable to use a phase range with better linearity, and that the first
ここで、実際の解像度SVGA(800×600画素)の画像を走査する場合では、δ=90/800≒0.1度なので、−44.9度<θ<44.9度の位相範囲での走査となる。更に、高解像度した場合(n→∞)でも、−45度<θ<45度の位相範囲までの走査となる。図10にその様子を示す。点列数が∞なので、走査範囲を太い線で表した。 Here, in the case of scanning an image with an actual resolution SVGA (800 × 600 pixels), since δ = 90 / 800≈0.1 degrees, in the phase range of −44.9 degrees <θ <44.9 degrees. Scanning. Further, even when the resolution is high (n → ∞), scanning is performed up to a phase range of −45 degrees <θ <45 degrees. This is shown in FIG. Since the number of dot sequences is ∞, the scanning range is represented by a thick line.
水平方向の走査を行う共振ミラーとしては、米国特許第5,467,104号明細書に、数10kHzの周波数のものが開示されている。この水平周波数と解像度の関係について説明する。 US Pat. No. 5,467,104 discloses a resonant mirror that performs horizontal scanning, having a frequency of several tens of kHz. The relationship between the horizontal frequency and the resolution will be described.
垂直周波数60Hzとして、解像度SVGA(800×600画素)の画像を走査するためには、従来の走査方式でも往復で走査すれば、60×600/2=18kHz以上の共振振動の周波数ならば走査が可能である。 In order to scan an image with a resolution of SVGA (800 × 600 pixels) at a vertical frequency of 60 Hz, scanning is performed at a resonance vibration frequency of 60 × 600/2 = 18 kHz or higher if scanning is performed in a reciprocating manner in the conventional scanning method. Is possible.
これに対して、本発明では、同じ位相範囲で複数の走査を行うマルチ走査方式なので、18kHz/2=9kHz以上の共振周波数であれば走査が可能である。逆に言えば、従来と同じ共振振動の周波数を使用しても、垂直方向の走査線数を2倍にできる、即ち、2倍の高解像度な走査が可能である。 On the other hand, since the present invention is a multi-scanning system that performs a plurality of scans in the same phase range, scanning is possible if the resonance frequency is 18 kHz / 2 = 9 kHz or more. In other words, even if the same resonance vibration frequency as in the prior art is used, the number of scanning lines in the vertical direction can be doubled, that is, scanning with a high resolution of twice can be performed.
最後に、垂直方向のガルバノメータを用いた走査作用について、図11を用いて説明する。図11は、実施例1による垂直走査の説明図である。そして、その(a)図は第1副走査ミラーの駆動波形、(b)図は第2副走査ミラーの駆動波形、(c)図は第1副走査ミラーと第2副走査ミラーの駆動波形を併記したものである。 Finally, the scanning action using the vertical galvanometer will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram of vertical scanning according to the first embodiment. The diagram (a) shows the driving waveform of the first sub-scanning mirror, the diagram (b) shows the driving waveform of the second sub-scanning mirror, and the diagram (c) shows the driving waveform of the first sub-scanning mirror and the second sub-scanning mirror. Is also written.
図11(a)のように、第1副走査ミラー21を階段状の波形で直流駆動することで、太い線の箇所で第1副走査ミラー21を所定の角度に保持し、その間に、第1主走査ミラー11による水平方向の走査が行われる。同様に、図11(b)のように、第2副走査ミラー22を階段状の波形で直流駆動することで、太い線の箇所で第2副走査ミラー22を所定の角度に保持し、その間に、第2主走査ミラー12による水平方向の走査が行われる。
As shown in FIG. 11A, the first
図11(c)のように、第1副走査ミラー21の駆動波形と第2副走査ミラー22の駆動波形は、水平方向の走査線1本分の位相差で、且つ、水平方向の走査線の垂直方向の間隔分だけ振幅が異なっている。なお、図11では、第1副走査ミラー21と第2副走査ミラー22は、それぞれ所定の振幅を与えて、振幅が安定した部分で水平方向の走査を行うようにしているが、太い線は、移動直後で振幅が不安定な状態を避ければ、同じ振幅の中央部分等でも問題ない。また、垂直方向の第1副走査ミラー21と第2副走査ミラー22の位相差についても、水平方向の走査線1本分の位相差からずれた位相差でも、互いの水平方向の走査の前に副走査ミラーが間に合えば良い。
As shown in FIG. 11C, the driving waveform of the first
また、第1副走査ミラー21と第2副走査ミラー22を略鋸歯状(非二等辺三角形)の波形信号で駆動したが、これは、垂直方向の走査を往路のみで行う走査方式に該当する。これに対して、略二等辺三角形状の波形信号で駆動する、即ち、垂直方向も往復で走査を行う方式としても、本発明の効果が得られる。
In addition, the first
次に、図12を用いて、改めて制御方法も含めた動作について説明する。図12は、実施例1による光走査装置の要部ブロック構成図である。 Next, the operation including the control method will be described again with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram of a main part of the optical scanning device according to the first embodiment.
図12に示すように、光走査装置90は、光学部900と、レーザ制御部910と、走査制御部920と、偏光制御部930と、画像信号940とで構成される。
As shown in FIG. 12, the
レーザ制御部910は、描画制御部911と、レーザ変調制御部912とを含んでなる。レーザ制御部910では、画像信号940をもとに描画制御部911でR,G,B等の描画制御を行い、レーザ変調制御部912によって、後述する走査制御部920からの同期信号に基づき、光学部900のAOM60を制御する。
The
走査制御部920は、駆動波形生成部921と、同期信号生成部922と、主分波部923と、副分波部924とを含んでなる。
The
走査制御部920は、駆動波形生成部921で生成した駆動波形にもとづき、共振振動で水平方向の位相差制御部としての主分波部923と、直流駆動で垂直方向の位相差制御部としての副分波部924を制御する。すなわち、主分波部923で生成した位相差約90度の共振振動の波形信号により、第1主走査ミラー11と第2主走査ミラー12の水平走査をそれぞれ制御する。また、第1主走査ミラー11と第2主走査ミラー12の水平走査に同期させて、副分波部924で生成した位相差が水平走査線1本分の直流駆動の波形信号により、第1副走査ミラー21と第2副走査ミラー22をそれぞれ制御する。同時に、駆動波形生成部921の信号をもとに、同期信号生成部922からは、レーザ変調制御部912と、偏光制御部930へ同期信号が送られる。
Based on the drive waveform generated by the drive
同期信号生成部922からの同期信号を受けて、レーザ変調制御部912は、AOM60に対して変調を行わせる。また、偏光制御部930は、電気光学変調器41に対して光源部30からの光の偏光状態の切り換え(変換)を制御し、レーザ光の第1系統走査部51側への導光と、第2系統走査部52への導光を切り換える。
In response to the synchronization signal from the synchronization
光学部900の動作については、既に説明済みなので、ここでは説明を省略する。
Since the operation of the
以上述べたように、実施例1の光走査装置では、第1主走査ミラー11と第2主走査ミラー12の共振振動の位相が約90度変化する毎に、第1系統走査部51と前記第2系統走査部52との間で走査を切り換える構成としている。
As described above, in the optical scanning device according to the first embodiment, every time the phase of the resonance vibration of the first
これにより、各主走査ミラーの共振振動の振幅が零の時(ローレンツ力が作用してない時)の位相を基準として、線形性のよい位相範囲(例えば−45度〜45度、135度〜225度などの範囲)で、各系統走査部は走査を行うことができる。 As a result, a phase range with good linearity (for example, −45 degrees to 45 degrees, 135 degrees to 135 degrees) with reference to the phase when the resonance vibration amplitude of each main scanning mirror is zero (when the Lorentz force is not acting). Each system scanning section can perform scanning within a range of 225 degrees or the like.
従って、従来例と異なり、ひずみのない良好な画像を実現しながら、例えばf・θレンズを有する投射光学系を用いないので、光走査装置のサイズを小さくでき、また、コストを低減することができる。 Therefore, unlike the conventional example, a projection optical system having, for example, an f · θ lens is not used while a good image without distortion is realized, so that the size of the optical scanning device can be reduced and the cost can be reduced. it can.
また、実施例1では、光源部からの光を、偏光の性質を利用した、電気光学変調器41と偏光ビームスプリッタ42とで構成される光路切り換え部を用いて、交互に前記第1系統走査部側及び前記第2系統走査部側に分岐させる。従って、従来技術とは異なり、光利用効率に優れている。
Further, in the first embodiment, the light from the light source unit is scanned in the first system alternately by using an optical path switching unit composed of an electro-
図13に、実施例1による光走査装置90を用いた画像表示装置80の基本構成を示す。画像信号940に基づき、光走査装置90から出射されたレーザ光は出射窓850を通過して、画像表示領域70へ2次元状に走査される。出射窓850は、レーザ光の出射部からホコリなどが入り込み走査ミラーのミラー面へ積もるのを防止するために、ガラス板等の密閉構造になっている。
FIG. 13 shows a basic configuration of an
なお、上記した実施例1では、主走査ミラーと副走査ミラーを分離して配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。後述する他の実施例を含めて共通な事項だが、主走査ミラーと副走査ミラーを構造的に一体構造をすることで、光走査装置をより簡単な構造で構成できる。具体的には、高解像度になると水平走査周波数をより大きくする必要がある。そのため、主走査ミラーの共振周波数を大きくするために、主走査ミラーが小さくなれば、主走査ミラーの共振振動構造自体をガルバノメータの振動部に固定することで、主走査部と副走査部との一体構造化が可能となる。 In the first embodiment described above, the main scanning mirror and the sub-scanning mirror are disposed separately, but the present invention is not limited to this. Although common to other embodiments described later, the optical scanning device can be configured with a simpler structure by structurally integrating the main scanning mirror and the sub-scanning mirror. Specifically, when the resolution becomes high, the horizontal scanning frequency needs to be increased. Therefore, in order to increase the resonance frequency of the main scanning mirror, if the main scanning mirror is reduced, the resonance vibration structure itself of the main scanning mirror is fixed to the vibration part of the galvanometer, thereby An integral structure is possible.
また、例えば、2次元走査が可能なMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーを用いることも可能である。垂直方向も共振振動とするとビーム光の軌跡は正弦波状となるが、水平走査線の1本分の走査の間に、垂直方向にその間隔分の移動を行う訳であり、例えば、4×3mmの矩形枠で考えれば、SVGAの場合で、tan-1(3/600/4)=0.07度の勾配となる。ここで、ΔY=3/600の値を基準の縦3mmで規格化して得られるTV歪曲3%は、TV用途としては大きな値であるが、可搬型ディスプレイとしては適用可能な値である。また、今後、さらに高解像度化(例えば、XGAで768本)することで、このTV歪曲は小さくなるので、垂直方向の副走査部への、共振振動などの振動を利用した駆動は適用可能となる。 Further, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror capable of two-dimensional scanning can be used. If the vertical direction is also resonant vibration, the trajectory of the beam becomes sinusoidal. However, during the scanning of one horizontal scanning line, the distance is moved in the vertical direction. For example, 4 × 3 mm In the case of SVGA, the gradient is tan −1 (3/600/4) = 0.07 degrees. Here, 3% of TV distortion obtained by standardizing the value of ΔY = 3/600 with a reference length of 3 mm is a large value for TV use, but is a value applicable to a portable display. Further, in the future, by further increasing the resolution (for example, 768 XGA), this TV distortion will be reduced. Therefore, driving using vibration such as resonance vibration to the vertical sub-scanning unit can be applied. Become.
また上記の説明において、水平方向と垂直方向の意味は、それぞれ、基本的には画像表示領域での画像の長手方向と短手方向を意味する。この長手方向と短手方向は、一般的には、それぞれ画像の水平方向と垂直方向に対応する。 In the above description, the meanings of the horizontal direction and the vertical direction basically mean the longitudinal direction and the short direction of the image in the image display area, respectively. The long direction and the short direction generally correspond to the horizontal direction and the vertical direction of the image, respectively.
この説明の意味は、走査部と画像表示領域との間に、光路折り曲げミラーを配置することにより、走査部での走査方向と画像表示領域での走査方向の対応関係を置換することが可能だからである。また、テレビ用途以外のディスプレイ用途によっては、縦長の画像表示領域も存在するからである。 The meaning of this explanation is that it is possible to replace the correspondence between the scanning direction in the scanning unit and the scanning direction in the image display region by arranging an optical path bending mirror between the scanning unit and the image display region. It is. Further, depending on the display application other than the TV application, there is a vertically long image display area.
次に、図14を用いて実施例2について説明する。 Next, Example 2 will be described with reference to FIG.
図14は、実施例2によるマルチ走査方式の基本構成図である。実施例1との違いは、副走査ミラーで垂直方向の走査を行ってから、主走査ミラーで水平方向の走査を行う点である。 FIG. 14 is a basic configuration diagram of a multi-scan method according to the second embodiment. The difference from the first embodiment is that the vertical scanning is performed by the sub-scanning mirror and then the horizontal scanning is performed by the main scanning mirror.
最初に走査を行う方が走査ミラー面の面積が小さく、後から走査を行う方が走査ミラーの面積が大きくなるので、通常は、高速に振動させる共振振動を行う主走査部を先に配置した方が有利である。しかしながら、走査する解像度性能が低い場合は、共振振動のための共振振動数(固有振動数ともいう)を小さくする必要があるので、共振ミラーをある程度の大きさにする必要があり、この実施例2の構成が適用できる。 Since the area of the scanning mirror surface is smaller when scanning first, and the area of the scanning mirror is larger when scanning later, the main scanning section that performs resonance vibration that vibrates at high speed is usually arranged first. Is more advantageous. However, when the resolution performance for scanning is low, it is necessary to reduce the resonance frequency (also referred to as the natural frequency) for the resonance vibration. Therefore, it is necessary to make the resonance mirror large to some extent. Two configurations are applicable.
次に、図15を用いて、実施例1の変形例である実施例3について説明する。 Next, Example 3 which is a modification of Example 1 will be described with reference to FIG.
図15は、実施例3による主走査ミラーの配置を説明する図である。その(a)図は主走査ミラーの水平回動軸に平行な方向から見た上面視図で、(b)図は(a)図におけるA−A線に沿った断面図である。実施例3では、実施例1の反射ミラー43を用いずに、P偏光光とS偏光光の進行方向を同じ方向とするための第1主走査ミラー11と第2主走査ミラー12の配置を工夫したものである。
FIG. 15 is a diagram illustrating the arrangement of main scanning mirrors according to the third embodiment. The (a) figure is a top view seen from the direction parallel to the horizontal rotation axis | shaft of a main scanning mirror, (b) figure is sectional drawing along the AA line in (a) figure. In the third embodiment, the first
図15において、第1主走査ミラー11の共振振動の振幅が零のときの基準面と、第2主走査ミラー12の基準面とのなす角度γを約135度とすれば、各主走査ミラーで反射された光線を互いに平行とすることができる。これにより、反射ミラー43を削除することが可能となり、実施例1に比べ、コストダウンを図ることができる。
In FIG. 15, if the angle γ formed by the reference plane when the resonance vibration amplitude of the first
次に、図16から図18を用いて、実施例4について説明する。 Next, Example 4 will be described with reference to FIGS.
図16は、実施例4による3分岐の光路切り換え部の要部構成である。 FIG. 16 shows the configuration of the main part of a three-branch optical path switching unit according to the fourth embodiment.
図16に示すように、実施例4の光路切り換え部は、電気光学変調器41と偏光ビームスプリッタ42とからなる実施例1の光路切り換え部を2組備えてなる。すなわち、偏光を利用した光路切り換えを、2段階で行うことで、もとのレーザ光を3つに分岐する構成である。具体的に述べると、最初の光路切り換え部でS偏光光とP偏光光の光路に分岐させ、さらにP偏光光の光路を、次段の光路切り換え部でS偏光光とP偏光光の光路に分岐させ、結果3つの光路に分岐させるものである。なお、反射ミラー43は、3つの分岐光路を平行とするためのものである。また、図示はしないが、実施例1と同様に、2組目の偏光ビームスプリッタを透過した光の偏光方向を90度変換するために、1/2波長板を設け、高解像度化していくと、走査線の数が増えるので、相対的に走査線の幅が狭くなり、P偏光光とS偏光光の明るさの違いが目立たなくなる。更に、3つに分岐された光路上の各々に1/4は長板を設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。
As shown in FIG. 16, the optical path switching unit according to the fourth embodiment includes two sets of the optical path switching units according to the first embodiment including the electro-
この3分岐した場合における位相差について、図17を用いて説明する。図17は、実施例4による水平走査の位相差の説明図である。 The phase difference in the case of the three branches will be described with reference to FIG. FIG. 17 is an explanatory diagram of a phase difference in horizontal scanning according to the fourth embodiment.
実施例1の説明において、2分岐では180度を2で割った90度の位相差であったが、3分岐の場合では180度を3で割った60度の位相差となる。従って、基本となる位相範囲は60度の半分で±30度なので、振幅sin30=0.5は最大振幅の半分であり、より線形性の良い範囲のみを使用できる。 In the description of the first embodiment, the phase difference of 90 degrees is obtained by dividing 180 degrees by 2 in the case of two branches, but the phase difference of 60 degrees is obtained by dividing 180 degrees by 3 in the case of three branches. Therefore, since the basic phase range is half of 60 degrees and ± 30 degrees, the amplitude sin30 = 0.5 is half of the maximum amplitude, and only a range with better linearity can be used.
そこで、投射距離L=0.9mで60インチ、アスペクト比4:3の画像表示領域70の水平走査に相当するβmax=±34度での、sinθとtanβの関係図を図18に示す。図18から明らかなように、図7に比べて、sinθとtanβの線形性が劣化しているが、3分岐する実施例4では、使用する振幅が最大振幅の半分(0.5)であり、線形性に優れた範囲での走査ができる。
Accordingly, FIG. 18 shows a relationship diagram between sin θ and tan β at βmax = ± 34 degrees corresponding to horizontal scanning of the
1…主走査部、2…副走査部、10…主走査ミラー、10a…水平回動軸、11…第1主走査ミラー、12…第2主走査ミラー、20…副走査ミラー、21…第1副走査ミラー、22…第2副走査ミラー、30…光源部、41…電気光学変調器、42…偏光ビームスプリッタ、43…反射ミラー、51…第1系統走査部、52…第2系統走査部、53…回折格子、60…AOM、61…第1AOM、62…第2AOM、70…画像表示領域、80…画像表示装置、90…光走査装置、101…ミラー部、101a…ミラー面、S101…基準面、102…コイル、103、104…永久磁石、105、106…トーションばね、107…支持体、200…ガルバノメータ、201…第1ガルバノメータ、202…第2ガルバノメータ、850…出射窓、900…光学部、910…レーザ制御部、911…描画制御部、912…レーザ変調制御部、920…走査制御部、921…駆動波形生成部、922…同期信号生成部、923…水平方向の分波部(位相差制御部)、924…垂直方向の分波部(位相差制御部)、930…偏光制御部、940…画像信号。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
光を出射する光源と、
前記光源からの光を画像信号に応じて光強度変調する音響光学変調器と、
前記音響光学変調器からの光の偏光方向を第1の偏光方向又は第2の偏光方向に変換する電気光学変調器と、
前記電気光学変調器からの光のうち、前記第1の偏光方向を有する光を透過し、前記第2の偏光方向を有する光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを透過した前記第1の偏光方向を有する光を前記スクリーンの水平方向に走査させる第1の主走査部と、
前記偏光ビームスプリッタで反射した前記第2の偏光方向を有する光を前記スクリーンの水平方向に走査させる第2の主走査部と、
前記第1の主走査部が走査する光を前記スクリーンの垂直方向に走査させる第1の副走査部と、
前記第2の主走査部が走査する光を前記スクリーンの垂直方向に走査させる第2の副走査部と、
前記第1の主走査部が1回走査された後に、前記光の偏光方向を切り換えるとともに、前記第2の主走査部が1回走査された後に、前記光の偏光方向を切り換えるように前記電気光学変調器を制御する制御部を備えたことを特徴とする画像表示装置。 An image display device that projects light onto a screen,
A light source that emits light;
An acousto-optic modulator that modulates light intensity of the light from the light source in accordance with an image signal;
An electro-optic modulator that converts the polarization direction of light from the acousto-optic modulator into a first polarization direction or a second polarization direction;
A polarization beam splitter that transmits light having the first polarization direction and reflects light having the second polarization direction out of light from the electro-optic modulator;
A first main scanning unit that scans light having the first polarization direction transmitted through the polarization beam splitter in a horizontal direction of the screen;
A second main scanning unit that scans light having the second polarization direction reflected by the polarization beam splitter in a horizontal direction of the screen;
A first sub-scanning unit that scans light scanned by the first main scanning unit in a vertical direction of the screen;
A second sub-scanning unit that scans light scanned by the second main scanning unit in a vertical direction of the screen;
The electric polarization direction of the light is switched after the first main scanning unit is scanned once, and the electric polarization direction of the light is switched after the second main scanning unit is scanned once. An image display device comprising a control unit for controlling an optical modulator.
前記光源は、半導体レーザ又はLEDであることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus, wherein the light source is a semiconductor laser or an LED.
前記偏光ビームスプリッタと前記第1の副走査部との間、又は前記偏光ビームスプリッタと前記第2の副走査部との間に、光を反射する反射ミラーを配置したことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
An image display, wherein a reflection mirror that reflects light is disposed between the polarizing beam splitter and the first sub-scanning unit, or between the polarizing beam splitter and the second sub-scanning unit. apparatus.
前記第1の主走査部と前記第2の主走査部の共振振動の振幅が零の場合に、前記第1の主走査部の基準面と前記第2の主走査部の基準面とが成す角度は約135度であることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The reference plane of the first main scanning section and the reference plane of the second main scanning section are formed when the amplitude of resonance vibration of the first main scanning section and the second main scanning section is zero. An image display device characterized in that the angle is about 135 degrees.
前記第1の主走査部の駆動波形と前記第2の主走査部の駆動波形との位相差を約90度にするとともに、前記第1の主走査部と前記第2の主走査部とを略同じ周波数で駆動させる主分波部を備えたことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The phase difference between the driving waveform of the first main scanning unit and the driving waveform of the second main scanning unit is set to about 90 degrees, and the first main scanning unit and the second main scanning unit are An image display device comprising a main branching unit that is driven at substantially the same frequency.
前記第1の副走査部の駆動波形と前記第2の副走査部の駆動波形との位相差を前記第1又は第2の主走査部が前記水平方向に1回走査する分の位相差で駆動させる副分波部を備えたことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 5,
The phase difference between the driving waveform of the first sub-scanning unit and the driving waveform of the second sub-scanning unit is a phase difference that the first or second main scanning unit scans once in the horizontal direction. An image display device comprising a sub-demultiplexing unit to be driven.
前記第1の副走査部と前記第2の副走査部の各々は、ガルバノメータであることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 6,
Each of the first sub-scanning unit and the second sub-scanning unit is a galvanometer.
前記第1の主走査部と前記第1の副走査部は、一体型であるMEMSミラーであることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus according to claim 1, wherein the first main scanning unit and the first sub-scanning unit are integrated MEMS mirrors.
前記第2の主走査部と前記第2の副走査部は、一体型であるMEMSミラーであることを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The image display apparatus, wherein the second main scanning unit and the second sub-scanning unit are an integral MEMS mirror.
前記偏光ビームスプリッタと前記スクリーンの投射面との間であり、前記第1の偏光方向を有する光の光路上又は前記第2の偏光方向を有する光の光路上の何れかに1/2波長板を配置したことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
A half-wave plate between the polarizing beam splitter and the projection surface of the screen, either on the optical path of light having the first polarization direction or on the optical path of light having the second polarization direction An image display device characterized by the arrangement.
前記偏光ビームスプリッタと前記スクリーンの投射面との間であり、前記第1の偏光方向を有する光の光路上及び前記第2の偏光方向を有する光の光路上に1/4波長板を配置したことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
A quarter-wave plate is disposed between the polarizing beam splitter and the projection surface of the screen and on the optical path of the light having the first polarization direction and on the optical path of the light having the second polarization direction. An image display device characterized by that.
光を出射する光源と、
前記光源からの光を画像信号に応じて光強度変調する音響光学変調器と、
前記音響光学変調器からの光の偏光方向を第1の偏光方向又は第2の偏光方向に変換する第1の電気光学変調器と、
前記第1の電気光学変調器からの光のうち、前記第1の偏光方向を有する光を透過し、前記第2の偏光方向を有する光を反射する第1の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタを透過した光の偏光方向を第1の偏光方向又は第2の偏光方向に変換する第2の電気光学変調器と、
前記第2の電気光学変調器からの光のうち、前記第1の偏光方向を有する光を透過し、前記第2の偏光方向を有する光を反射する第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の偏光ビームスプリッタで反射した前記第2の偏光方向を有する光を前記スクリーンの水平方向に走査させる第1の主走査部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタを透過した前記第1の偏光方向を有する光を前記スクリーンの水平方向に走査させる第2の主走査部と、
前記第2の偏光ビームスプリッタで反射した前記第2の偏光方向を有する光を前記スクリーンの水平方向に走査させる第3の主走査部と、
前記第1の主走査部が走査する光を前記スクリーンの垂直方向に走査させる第1の副走査部と、
前記第2の主走査部が走査する光を前記スクリーンの垂直方向に走査させる第2の副走査部と、
前記第3の主走査部が走査する光を前記スクリーンの垂直方向に走査させる第3の副走査部と、
前記第1の主走査部が1回走査された後に、前記光の偏光方向を切り換え、且つ前記第2の主走査部が1回走査された後に、前記光の偏光方向を切り換え、且つ前記第3の主走査部が回走査された後に、前記光の偏光方向を切り換えるように前記第1及び第2の電気光学変調器を制御する制御部を備えたことを特徴とする画像表示装置。 An image display device that projects light onto a screen,
A light source that emits light;
An acousto-optic modulator that modulates light intensity of the light from the light source in accordance with an image signal;
A first electro-optic modulator that converts a polarization direction of light from the acousto-optic modulator into a first polarization direction or a second polarization direction;
A first polarization beam splitter that transmits light having the first polarization direction out of light from the first electro-optic modulator and reflects light having the second polarization direction;
A second electro-optic modulator that converts a polarization direction of light transmitted through the first polarization beam splitter into a first polarization direction or a second polarization direction;
A second polarization beam splitter that transmits light having the first polarization direction out of light from the second electro-optic modulator and reflects light having the second polarization direction;
A first main scanning unit that scans light having the second polarization direction reflected by the first polarization beam splitter in a horizontal direction of the screen;
A second main scanning unit that scans light having the first polarization direction transmitted through the second polarization beam splitter in a horizontal direction of the screen;
A third main scanning unit that scans light having the second polarization direction reflected by the second polarization beam splitter in a horizontal direction of the screen;
A first sub-scanning unit that scans light scanned by the first main scanning unit in a vertical direction of the screen;
A second sub-scanning unit that scans light scanned by the second main scanning unit in a vertical direction of the screen;
A third sub-scanning unit that scans light scanned by the third main scanning unit in a vertical direction of the screen;
After the first main scanning unit is scanned once, the polarization direction of the light is switched, and after the second main scanning unit is scanned once, the polarization direction of the light is switched, and the first An image display apparatus comprising: a control unit that controls the first and second electro-optic modulators so as to switch a polarization direction of the light after the three main scanning units are scanned once.
前記第1の主走査部の駆動波形と前記第2の主走査部の駆動波形と前記第3の主走査部との各々の位相差を約60度にするとともに、前記第1、第2及び第3の主走査部を略同じ周波数で駆動させる主分波部を備えたことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 12,
The phase difference between the driving waveform of the first main scanning unit, the driving waveform of the second main scanning unit, and the third main scanning unit is set to about 60 degrees, and the first, second, and An image display device comprising: a main branching unit that drives the third main scanning unit at substantially the same frequency.
前記第2の偏光ビームスプリッタを透過した光路上に1/2波長板を配置したことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 13,
An image display device, wherein a half-wave plate is disposed on an optical path transmitted through the second polarizing beam splitter.
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