JP5292464B2 - 光走査型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光走査型画像表示装置に関し、例えば、レーザなどの光源からの光に対する反射面の角度を変化させることにより反射光の走査を行い、スクリーンなどに画像表示を行う光走査型画像表示装置に関する。

従来、画像表示装置として、光源、表示装置、投射レンズを用いて画像や映像を大型スクリーンなどに投影するプロジェクタ装置が広く用いられている。例えば表示装置として液晶（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）パネルを利用した液晶プロジェクタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色用３枚のＬＣＤパネルに超高圧水銀ランプなどの光源からの光を３つに分離して入射し、その反射または透過光をプリズムで合波して、投射レンズによってスクリーン上に投影するものである。

一方、近年光ディスクや光通信、医療などの分野で、光の直進性が高く小型で安価な半導体レーザが光源として盛んに利用されている。特に最近では、赤、青の半導体レーザに加えて、緑色レーザの開発が進められている。これに伴い、光源としてＲ、Ｇ、Ｂの３色レーザを用いたプロジェクタ装置が提案されている（例えば特許文献１）。

図１は、光源としてＲ、Ｇ、Ｂの３色レーザ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーなどの共振型光スキャナを用いて、スクリーン等に画像を表示するプロジェクタ装置を示す図である。各レーザ１０１〜１０３からの出射光は、レンズ１０４〜１０６でコリメートされ、ビームスプリッタ１０９、１１０で合波された後、ＭＥＭＳミラーに照射される。ＭＥＭＳミラーは、水平走査（高速）と垂直走査（低速）の２次元を走査することで、レーザ光がスクリーン上に２次元にラスター走査される。そして、映像信号に応じてＲＧＢ３つのレーザをパワー変調すると、スクリーン上に所望の映像を投影することができる。レーザを光源として用いたプロジェクタ装置は、レーザ光の高単色性により色再現域が広く、輝度が高いことが特徴である。また、レーザ光の直進性のため高効率で光学系の小型化に適しており、プロジェクタ装置の小型化により、例えば携帯電話などの携帯情報端末への搭載が期待されている。

特許文献１には、レーザ光源から出射したレーザ光線の往復走査を行う走査デバイスを用いて、スクリーンに画像を表示するプロジェクタ装置が記載されている。特に、ＭＥＭＳミラーなどの走査デバイスが光を吸収することによるミラー温度上昇に起因した画像の大きさの変動を補正する技術について記載されている。

特開２００８−１１６６７８号公報

光源としてレーザを用いたプロジェクタ装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂレーザからの３つの光ビームをコリメートし、スクリーン上で一致させたスポット（１ドット）を１画素として、この画素を組み合わせて画像が作成される。このとき、画像の解像度を高めるためには、１画素を表示するビーム径を小さくする必要がある。例えば、画像の表示サイズをＡ４（２９７ｍｍ×２１０ｍｍ）、解像度をＶＧＡ（６４０×４８０）とすると、１画素を表示するビーム径は約０．５ｍｍとなる。

しかしながら、一般的にレーザとレンズの位置関係に対する要求精度はビーム径に反比例して厳しくなる。つまり、携帯電話などのプロジェクタ装置の小型化により、プロジェクタ装置の組立時にＲ、Ｇ、Ｂ３つの光ビームを一致させても、温度や湿度などの環境変化、経時変化、外部からの衝撃等により各光ビームのビーム径や光軸がずれやすい結果、光ビームがコリメート状態（ビーム径と光軸が揃っている状態）から外れやすい。ビーム径のずれはドットのにじみ、増大を、光ビームの光軸のずれはＲ、Ｇ、Ｂレーザのスポットの分離を招き、これにより画像の色が分離したり、乱れたり、解像度が減少したりする。スポットが水平（高速）走査方向に分離した場合は、スポットの分離量に応じてレーザの発光タイミングを調整することにより画像の色の分離を補正できる可能性がある。一方、垂直（低速）方向に分離した場合は、ずれたスポットを表示する走査列まで光ビームが到達するのに時間が掛かるため、補正が難しい。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、レーザなどの複数の光源からの光ビームを合波し、該合波光をＭＥＭＳミラー等の光走査手段に反射させて走査し、該反射光を液晶パネルやスクリーン等の表示部に投影して画像を表示する光走査型画像表示装置において、表示部に表示する画像の画質劣化を抑え、良好な画像を表示する光走査型画像表示装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明では、環境変化、経時変化、外部からの衝撃等により生ずる、合波光のコリメート状態からのずれ（ビーム径や光軸の変化）を補正する。

すなわち、本発明による光走査型画像表示装置は、複数の光源からの光ビームを合波し、該合波光を光走査手段に反射させて走査し、該反射光を表示部に投影して画像を表示する光走査型画像表示装置であって、前記各光ビームの強度を変調する光源駆動部と、前記各光ビームのビーム径および光軸を一致させて合波光を生成し、該合波光のビーム径および光軸を調整する調整手段と、前記合波光の一部を複数の領域に分割された受光素子に受光して光強度を検出する検出器を少なくとも一つ有する検出手段と、前記検出手段の検出信号を演算して、前記合波光のビーム径および光軸を調整するための補正信号を生成し、前記調整手段へ送る補正信号送信部と、を備えることを特徴とする。

この場合において、前記検出手段は、前記合波光のスポット中心と中心基準点とのずれ、前記合波光の伝播方向と基準光軸方向との角度ずれ、前記合波光のビーム径のずれのうち少なくとも一つを検出してもよい。また、前記受光素子は、前記光走査手段の垂直走査方向または水平走査方向のうち少なくとも１方向に分割されていてもよい。

本発明によれば、複数の光源からの光ビームを合波し、該合波光を光走査手段に反射させて走査し、該反射光を表示部に投影して画像を表示する光走査型画像表示装置において、環境変化、経時変化、外部からの衝撃等により生ずる、合波光のコリメート状態からのずれ（ビーム径および光軸の変化）を補正し、スクリーン上に投影する画像の画質劣化を抑え、良好な画像を表示することが可能となる。

光源にレーザを用いたプロジェクタ装置の概略構成を示す図。 本発明の光走査型画像表示装置の概略構成を示す図。 本発明の検出手段２１０の周辺部とその内部構成を示す図。 本発明の検出手段２１０内の第１の光検出器３０４の内部構成を示す図。 合波光４０３のスポット中心４０４と基準光軸４０２とのずれ量△と、光軸ずれ信号Ｓ１の関係を示す図。 本発明の検出手段２１０内の第１の光検出器３０４の内部構成を示す図。 本発明の検出手段２１０内の第２の光検出器３０５の内部構成を示す図。 第２の光検出器３０５へ入射する合波光７０３の様子を示す図。 合波光７０３のコリメート状態と焦点ずれ信号ＳＦＥＳ、和信号ＳＳＵＭの関係を示す図。 本発明の調整手段２０６の周辺部とその内部構成を示す図。 合波光が入射するプレート型の誘電体板を示す図。 本発明の調整手段２０６の周辺部とその内部構成を示す別の図。 合波光が入射するプリズム型の誘電体板を示す図。

本発明は、複数の光源からの光ビームを合波し、該合波光を光走査手段に反射させて走査し、該反射光を表示部に投影して画像を表示する光走査型画像表示装置に関するものである。以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例にすぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに留意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

［光走査型画像表示装置の構成］
図２は、本発明の光走査型画像表示装置の概略構成を示す図である。光走査型画像表示装置２００は、光源となる赤色レーザ２０１、緑色レーザ２０２、青色レーザ２０３、光源２０１〜２０３からの光ビームを合波する調整手段２０６、反射面の角度を変化させることにより反射光の走査を行うＭＥＭＳミラーなどの光走査手段２０８、反射光を投影するスクリーン２０９、を有する。また、光走査型画像表示装置２００を制御するコントローラ２９９、コントローラ２９９から送信される信号を基に画像信号を生成する画像信号生成部２０４および光走査手段２０８を駆動するミラー駆動部２１３、画像信号生成部２０４で生成された画像信号を基に光源２０１〜２０３を変調駆動する光源駆動部２０５、その他図示しないレンズ、ビームスプリッタ等、を有する。さらに、調整手段２０６によって合波された光ビームを分離するビームスプリッタ２０７、分離された光ビームを検出する検出手段２１０、検出手段２１０の検出信号を基に調整手段２０６に補正信号を送る補正信号送信部２１１、を有する。

（光源の構成）
光源２０１〜２０３は、赤色は６００〜７００ｎｍ、緑色は５００〜５６０ｎｍ、青色は４２０〜４８０ｎｍの波長を有するものを選ぶ。また、光源２０１〜２０３は、１０ＭＨｚ以上、望ましくは１００ＭＨｚ程度で直接変調可能なレーザであることが望ましい。例えば、赤色レーザ２０１は発振波長６４２ｎｍの半導体レーザ、緑色レーザ２０２は発振波長５３２ｎｍの半導体励起固体レーザ、青色レーザ２０３は発振波長４５０ｎｍの半導体レーザ、を選ぶことができる。緑色レーザ２０２は、入手できれば半導体レーザでもよい。また、本実施形態では光源としてＲ、Ｇ、Ｂのレーザを備える光走査型画像表示装置を説明したが、光源の数および波長はこれに限られない。例えば波長５７０ｎｍ付近にピークを持つ黄色と、４６０ｎｍ付近にピークを持つ青色の２種類の光を放出する発光素子を光源としても良い。

（検出手段の構成）
図３は、本発明の検出手段２１０の周辺部とその内部構成を示す図である。検出手段２１０は、光学部品として、前記ビームスプリッタ２０７で分離された光ビームをさらに分離するビームスプリッタ３０１、集光レンズ３０２およびシリンドリカルレンズ３０３、複数に分割された領域ごとに光ビームの強度を測定することができる受光素子として、第１および第２の光検出器３０４および３０５、を有する。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの異なる波長の光が集光されるため、集光レンズ３０２、シリンドリカルレンズ３０３はＲ、Ｇ、Ｂの波長の光線に対して色収差を除去したアクロマティックレンズであることが望ましい。

（光検出器の構成）
図４および６は、本発明の検出手段２１０内の第１の光検出器３０４の内部構成を示す図である。

図４では、第１の光検出器３０４は２分割の受光素子４０１を有し、受光素子４０１は光ビーム４０３の基準光軸４０２を中心に光走査手段２０８の垂直（低速）走査方向に対して２分割されている。

図６では、第１の光検出器３０４は４分割の受光素子６０１を有し、受光素子６０１は光ビーム４０３の基準光軸４０２を中心に光走査手段２０８の水平（高速）走査方向と垂直（低速）走査方向に対してそれぞれ２分割されている。

図７は、本発明の検出手段２１０内の第２の光検出器３０４の内部構成を示す図である。第２の光検出器３０５は４分割の受光素子７０１を有し、受光素子７０１は光ビーム４０３の基準光軸７０２を中心に光走査手段２０８の水平（高速）走査方向と垂直（低速）走査方向に対してそれぞれ２分割されている。

後述のように、２分割の受光素子は低速走査方向の光軸ずれを、４分割の受光素子は低速・高速走査２方向の光軸ずれを、それぞれ補正する場合に使用される。

（調整手段の構成）
図１０は、本発明の調整手段２０６の周辺部とその内部構成を示す図である。調整手段２０６は、光源２０１〜２０３からの各光ビームのビーム径を統一し、光軸を揃えることで、各光ビームを略平行光へと合波（コリメート）するものである。調整手段２０６は、光学素子として、各光ビームのビーム径（焦点）を調整し、合波光の伝播方向を基準光軸方向へと修正する焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３、前記合波光を分離するビームスプリッタ１００４、１００５、合波光のスポット中心を中心基準点へと修正する光軸調整部１００６〜１００８、を備える。

光源２０１〜２０３は、図１０の光源駆動部２０５によって強度が変調可能であり、各光ビームのビーム径や光軸方向の調整を行うことができる。

焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３は、レンズを、光源２０１〜２０３からの光ビームの基準光軸方向およびそれに垂直な面内の少なくとも１方向、すなわち光走査手段２０８の垂直（低速）走査方向に移動させる機能を備える。また、焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３は、レンズを、水平（高速）走査方向に移動させる機能を備えても良い。焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３を動かすと、光ビームのビーム径および光軸方向を変更することができる。

光軸調整部１００６〜１００８は、光ビームの光軸を平行にシフトするプレート型の誘電体板等を有し、該プレート型の誘電体板を光走査手段２０８の垂直（低速）走査方向に回転させる機能を備える。また、光軸調整部１００６〜１００８は、水平（高速）走査方向に回転させる機能を備えても良い。

図１１は、合波光が入射するプレート型の誘電体板を示す図である。プレート型の誘電体板を傾かせると、入射する合波光は光軸方向が変わらないまま、光軸だけをシフトさせることができる（図１１中点線）。

なお、前記焦点、光軸方向、および光軸の調整は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光源２０１〜２０３からの光ビームに対して独立に行う。

［光走査型画像表示装置の動作］
以下、本発明の光走査型画像表示装置の動作について説明する。はじめに、図２を参照しながら、光走査型画像表示装置の動作概要を説明する。

（光ビームのコリメート）
前記複数の光源２０１〜２０３から出射された光ビームは、調整手段２０６によってビーム径がほぼ統一され、略平行光に合波される。この合波光は、光走査手段２０８で反射され、２次元平面や曲面等のスクリーン２０９上へ投影される。同時に、ビームスプリッタ２０７によって分離され、検出手段２１０に入射する。

（光軸ずれ、光軸方向ずれ、焦点ずれの検出）
検出手段２１０は、合波光のスポット中心と中心基準点のずれ（光軸ずれ）、合波光の伝播方向と基準光軸方向との角度ずれ（光軸方向ずれ）、合波光のビーム径のずれ（焦点ずれ）を検出し、検出信号を補正信号送信部２１１を介して調整手段２０６、およびコントローラ２９９を介して光源駆動部２０５に送る。

なお、送られた検出信号は、補正信号送信部２１１で常時検出されるようにしてもよく、温度や湿度などの環境変化、経時変化、外部からの衝撃等により生ずる物理量を検知するセンサ２９８の出力に応じて検出されてもよい。センサ２９８は加速度センサ、衝撃センサ、振動センサとし、センサが検知した加速度、衝撃、振動がある一定値を超えた場合に、前記調整が行われても良い。または、センサ２９８はサーミスタなどの温度センサとし、センサが検知した温度がある一定値を超えたまたは下回った場合（高温時または低温時）、あるいは一定の時間内にある規定以上の温度変化が起きた場合に、前記調整が行われても良い。または、センサ２９８は光走査型画像表示装置２００の起動時間を計測し、ある一定のタイミング毎に前記調整が行われても良い。または、光走査型画像表示装置２００の起動時に前記調整が行われても良い。これにより、検出手段２１０の消費電力を抑えることができる。

（光軸ずれ、焦点ずれ、光軸方向ずれの補正）
補正信号送信部２１１は、検出手段２１０の検出信号に基づき、合波光の光軸ずれ、光軸方向ずれ、焦点ずれを補正するための補正信号を生成し、調整手段２０６に補正信号を送る。調整手段２０６は、補正信号送信部２１１の信号に基づき、合波光をコリメート状態へと導くため、光源２０１〜２０３からの光ビームのビーム径（焦点）および光軸が一致するよう、焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３、光軸調整部１００６〜１００８の調整を行う。これらの補正は、光ビームの光軸、光軸方向、焦点を調整する手段を設け、ユーザが手動で前記手段を動かして行ってもよい。

光源駆動部２０５は、検出信号に基づき、レーザ２０１〜２０３の強度の変調を行い、前記調整時に各光ビームのビーム径（焦点）および光軸の調整を行う。

［光軸ずれの補正方法］
次に、図３〜６を参照しながら、上述の光軸ずれの調整方法について詳細に説明する。

調整手段２０６によってビーム径がほぼ統一され、略平行光に合波された合波光は、スクリーン２０９上へ投影されると同時に、ビームスプリッタ２０７によって分離され、検出手段２１０に入射する。

検出手段２１０に入射した合波光のうち、ビームスプリッタ３０１を透過した合波光４０３は、第１の光検出器３０４に入射する（図３）。

（１方向の光軸ずれ信号の生成）
第１の光検出器３０４は、合波光４０３を２分割された受光素子４０１に受け（図４）、合波光４０３の基準光軸からの光軸ずれ量に対応した光軸ずれ信号Ｓ１を生成する。

光軸ずれ信号Ｓ１は、それぞれの受光素子が検出する合波光４０３の検出信号強度をそれぞれＡ、Ｂとし、以下のように定義する。

Ｓ１＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ） （１）
図５は、合波光４０３のスポット中心４０４と基準光軸４０２とのずれ量△と、光軸ずれ信号Ｓ１の関係を示す図である。光ビームはφ０．５ｍｍのガウシアンビーム、２分割受光素子の間隔は５０μｍと仮定する。光軸ずれ信号Ｓ１は、ずれ量△＝０において０となり、合波光４０３の基準光軸からの光軸ずれ量（横軸）の方向に対称な波形となる。基準光軸近傍（△≦２００μｍ）では、光軸ずれ信号Ｓ１は、ずれ量△にほぼ比例する。

（１方向の光軸ずれの補正）
第１の光検出器３０４は、生成した光軸ずれ信号Ｓ１を、図２の補正信号送信部２１１を介し、補正信号として調整手段２０６へ送る。調整手段２０６は、光軸ずれ信号Ｓ１が０となるように、光軸調整部１００６〜１００８を回転調整する。これにより、低速走査方向の光軸ずれを補正することができる。

（２方向の光軸ずれ信号の生成）
第１の光検出器３０４が、４つの受光素子からなる場合（図６）は、それぞれの受光素子が検出する合波光４０３の検出信号強度をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、光軸ずれ信号Ｓ１ｈ、Ｓ１ｖを以下のように定義する。

Ｓ１ｈ＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） （２）
Ｓ１ｖ＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） （３）
（２方向の光軸ずれの補正）
第１の光検出器３０４は、生成した光軸ずれ信号Ｓ１ｈ、Ｓ１ｖを、上記と同様に、図２の補正信号送信部２１１を介し、補正信号として調整手段２０６へ送る。調整手段２０６は、光軸ずれ信号Ｓ１ｈ、Ｓ１ｖが０となるように、光軸調整部１００６〜１００８を回転調整する。これにより、低速・高速走査２方向の光軸ずれを補正することができる。

［焦点ずれ、光軸方向ずれの補正方法］
図７〜９を参照しながら、焦点ずれ、光軸方向ずれの調整方法について詳細に説明する。

調整手段２０６によってビーム径がほぼ統一され、略平行光に合波された合波光は、スクリーン２０９上へ投影されると同時に、ビームスプリッタ２０７によって分離され、検出手段２１０に入射する。

検出手段２１０に入射した合波光のうち、ビームスプリッタ３０１によってさらに分離され、集光レンズ３０２、シリンドリカルレンズ３０３を透過した合波光７０３は、第２の光検出器３０５に入射する（図３）。

図８は、第２の光検出器３０５へ入射する合波光７０３の様子を示す図である。シリンドリカルレンズ３０３の円筒面の曲率を持つ軸の方向は、光走査手段２０８の水平（高速）走査方向または垂直（低速）走査方向に対して４５度傾いており、シリンドリカルレンズ３０３を通過した合波光の形状は、図８に示すように変化する。これにより、ビームスプリッタ３０１で分離された合波光は、集光レンズ３０２、シリンドリカルレンズ３０３によって非点収差が付加される。これにより、図８に示す非点収差方向と、それに直交する方向に対して、合波光の焦点位置を変えることができ、合波光の焦点ずれに応じてシリンドリカルレンズ透過後のビーム形状に非対称性が生じる。これを利用して以下に従い焦点ずれ信号を生成する。

第２の光検出器３０５は、自身を、シリンドリカルレンズ３０３を透過した合波光が受光素子７０１上で最小錯乱円となる位置に配置する（非点収差法）。

非点収差が付加された合波光７０３を４分割された受光素子７０１に受けた第２の光検出器３０５は（図７）、検出信号として、合波光７０３のビーム径のずれ量に対応した焦点ずれ信号ＳＦＥＳおよび和信号ＳＳＵＭ、また合波光７０３の基準光軸からの傾きに対応した光軸方向ずれ信号Ｓ２ｈおよびＳ２ｖを生成する。

（焦点ずれ信号の生成）
焦点ずれ信号ＳＦＥＳ、和信号ＳＳＵＭは、それぞれの受光素子７０１が検出する合波光７０３の検出信号強度をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、以下のように定義する。

ＳＦＥＳ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） （４）
ＳＳＵＭ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ） （５）
図９は、合波光７０３のコリメート状態（ビーム径と光軸が揃っている状態）と焦点ずれ信号ＳＦＥＳ、和信号ＳＳＵＭの関係を示す図である。合波光７０３がコリメート状態である場合は、第２の光検出器３０５上のスポットは最小錯乱円となる（図８）。このときの焦点ずれ信号ＳＦＥＳは０となり、和信号ＳＳＵＭは最大となる。一方、合波光７０３がコリメート状態からずれて、発散状態または収束状態となっている場合は、第２の光検出器３０５上のスポットは非点収差方向に長軸または短軸を持つ楕円形状となる（図８）。このときの焦点ずれ信号ＳＦＥＳは、正または負の値を持つが、コリメート状態からのずれが非常に大きくなると再びほぼ０となってしまう。和信号ＳＳＵＭは、合波光７０３がコリメート状態からずれるほど減少する。

（焦点ずれの補正）
第２の光検出器３０４は、生成した検出信号、焦点ずれ信号ＳＦＥＳおよび和信号ＳＳＵＭを、図２の補正信号送信部２１１を介し、補正信号として調整手段２０６へ送る。調整手段２０６は、和信号ＳＳＵＭが０でない略最大となる領域で、焦点ずれ信号ＳＦＥＳが０となるように焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３を基準光軸方向へ移動する。これにより、低速・高速走査２方向の焦点ずれを補正することができる。

なお、本実施形態では非点収差法によるビーム径調整を説明したが、光ビームのコリメート状態の調整方法はこれに限らない。例えば光ディスクの情報記録再生に用いられる光ピックアップ装置で対物レンズと光ディスクの焦点合わせに利用されるフーコー法や差動スポットサイズ法、ナイフエッジ法、像回転方式などを用いることもできる。

（光軸方向ずれ信号の生成）
光軸方向ずれ信号Ｓ２ｈ、Ｓ２ｖは、それぞれの受光素子７０１が検出する合波光７０３の検出信号強度をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、以下のように定義する。

Ｓ２ｈ＝（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ） （６）
Ｓ２ｖ＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ） （７）
合波光７０３の光軸方向が基準光軸に対してθ傾いた場合、集光レンズ３０２とシリンドリカルレンズ３０３の合波焦点距離をｆとして、第２の光検出器上３０５での光ビームは基準光軸に対して△＝ｆｓｉｎθだけずれる。このとき、図４、図５で示した光軸ずれ信号と同様に、光軸方向ずれ信号Ｓ２ｈ、Ｓ２ｖは、傾きθ＝０において０となり、合波光７０３の基準光軸からの傾き（横軸）の方向に対称な波形となる。

（光軸方向ずれの補正）
第２の光検出器３０４は、生成した光軸方向ずれ信号Ｓ２ｈ、Ｓ２ｖを、図２の補正信号送信部２１１を介し、補正信号として調整手段２０６へ送る。調整手段２０６は、光軸方向ずれ信号Ｓ２ｈ、Ｓ２ｖが０となるように、焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３を光走査手段２０８の垂直（低速）走査方向に移動する調整を行う。または、水平方向の光軸方向ずれ信号が０となるように、焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３を光走査手段２０８の水平（高速）走査方向に移動する調整を行っても良い。これにより、低速・高速走査２方向の光軸方向ずれを補正することができる。

なお、焦点ずれ信号および光軸方向ずれ信号は同一の光検出器３０５で検出しているが、合波光を複数に分離させ、複数の光検出器で検出しても構わない。また、第１の検出器３０４、第２の検出器３０５は別々の検出器として説明したが、第１の光検出器と第２の光検出器を一体化してもよい。例えばビームスプリッタ２０７で分離された合波光を、ホログラム回折素子に入射させ、０次光でなる透過光ビームおよび正のパワーが付与された収束光ビームに分離する。分離された収束光ビームの光路中のみにシリンドリカルレンズを配し、収束光ビームにのみ非点収差を付加する。これにより、前記構成例と同様の機能を得ることができる。

［変形例］
図１２は、本発明の調整手段２０６の周辺部とその内部構成を示す別の図であり、図１０に代わるものである。図１０では、Ｒ、Ｇ、Ｂ全ての光源２０１〜２０３からの光ビームに対して光軸ずれ信号を０とする補正を行っているが、図１２では、Ｒの光源２０１を基準光源とし、ＧとＢの光源２０２、２０３からの光ビームに対してのみ光軸調整部を備える。光源２０２、２０３に対する光軸ずれ信号が基準光源２０１の光軸ずれ信号とほぼ一致するように、光軸調整部１００７、１００８を回転調整する。これにより、ｎ個の光源により画像を表示するプロジェクタ装置１００が有する光学素子の可動部をｎ−１個に減らすことができる。

図１３は、合波光が入射するプリズム型の誘電体板を示す図であり、図１１に代わるものである。図１１では、合波光の光軸をシフトさせるための光軸調整部としてプレート型の誘電体板を設けているが、図１３では、対向させたウエッジプリズムや三角プリズムを設ける。これにより、プリズム間隔を変更することで光軸調整することができる。または、印加電圧に応じて入射した合波光の進行方向を可変する偏向液晶素子を２枚重ね、光軸ずれ信号に応じた電圧を各偏向液晶素子に印加しても、同様の機能が実現される。

［まとめ］
本発明の実施形態では、検出手段２１０が、合波光のスポット中心と中心基準点のずれ（光軸ずれ）、合波光のビーム径のずれ（焦点ずれ）、合波光の伝播方向と基準光軸方向との角度ずれ（光軸方向ずれ）、を検出する。検出方法として、検出手段２１０は、非点収差を付加した合波光を複数に分割された受光素子に受け、それぞれの受光素子が検出する検出信号強度に基づき、各ずれを表す検出信号を生成する。

検出信号を受けた補正信号送信部２１１は、合波光のビーム径および光軸を調整するための補正信号を生成し、調整手段２０６へ送る。

補正信号を受けた調整手段２０６は、各光ビームごとにビーム径（焦点）および光軸方向を変更し、焦点・光軸方向調整部１００１〜１００３を基準光軸方向に動かし、光軸調整部１００６〜１００８を回転調整し、各光ビームごとに光軸をシフトさせる。

また、検出信号を受けた光源駆動部２０５は、各ビームごとに光源２０１〜２０３の強度の変調を行い、各光ビームのビーム径や光軸方向の調整を行う。

このようにすることにより、一般的なプロジェクタ装置はもとより携帯電話等のようにビーム径が小さく、画質精度を要求される小型プロジェクタ装置においても、合波光のコリメート状態からのずれが発生した場合それを迅速に検出し、補正することができる。つまり、スクリーン上に投影する画像や液晶表示部に表示される画像の画質劣化を抑え、良好な画像を表示することが可能となる。

１００…プロジェクタ装置、
１０１〜１０３…レーザ、１０４〜１０６…レンズ、
１０７…共振型光スキャナ、１０８…スクリーン、１０９、１１０…ビームスプリッタ、
２００…光走査型画像表示装置、
２０１…赤色レーザ、２０２…緑色レーザ、２０３…青色レーザ、
２０４…画像信号生成部、２０５…光源駆動部、
２０６…調整手段、２０７、３０１…ビームスプリッタ、
２０８…光走査手段、２０９…スクリーン、
２１０…検出手段、２１１…補正信号送信部、２１２…回転軸、２１３…ミラー駆動部、
２９８…センサ、２９９…コントローラ、
３０２…集光レンズ、３０３…シリンドリカルレンズ、
３０４…第１の光検出器、３０５…第２の光検出器、
４０１、６０１、７０１…受光素子、４０２、７０２…基準光軸、
４０３、７０３…合波光、４０４…スポット中心、
１００１〜１００３…焦点・光軸方向調整部、１００４、１００５…ビームスプリッタ、
１００６〜１００８…光軸調整部。

Claims (9)

1. 複数の光源からの光ビームを合波し、該合波光を光走査手段に反射させて走査し、該反射光を表示部に投影して画像を表示する光走査型画像表示装置であって、
   前記各光ビームの強度を変調する光源駆動部と、
   前記各光ビームのビーム径および光軸を調整して合波光を生成する調整手段と、
   前記合波光の一部を複数の領域に分割された受光素子に受光して光強度を検出する検出器を少なくとも一つ有する検出手段と、
   前記検出手段の検出信号を演算して、合波前の前記各ビームの光軸およびビーム径を調整するための補正信号を生成し、前記調整手段へ送る補正信号送信部と、
   を備えることを特徴とする光走査型画像表示装置。
2. 前記検出手段は、前記合波光のスポット中心と中心基準点とのずれ（光軸ずれ）、前記合波光の伝播方向と基準光軸方向との角度ずれ（光軸方向ずれ）、前記合波光のビーム径のずれ（焦点ずれ）のうち少なくとも一つを検出し、
   前記補正信号送信部は、前記光軸ずれ、光軸方向ずれ、焦点ずれにそれぞれ対応する光軸ずれ信号、光軸方向ずれ信号、焦点ずれ信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。
3. 前記複数の光源のうち一つを基準光源とし、該基準光源以外の光源からの光ビームに対してのみ前記光軸ずれを修正する光学素子を有し、
   前記調整手段は、前記基準光源以外の光源に対する光軸ずれ信号が、前記基準光源の光軸ずれ信号と一致するように、前記光軸を調整することを特徴とする請求項２に記載の光走査型画像表示装置。
4. 前記光走査型画像表示装置は、さらに、前記ビーム径および光軸のずれの原因となる所定の物理量を検知するセンサを備え、前記調整部は、該センサの出力に応じて調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。
5. 前記センサは、タイマー、加速度センサ、衝撃センサ、振動センサ、温度センサのうち少なくとも１つを含み、前記調整部は、前記センサの検知量または単位時間あたりの検知量の変化量が所定値を超えた場合に、調整を行うことを特徴とする請求項４に記載の光走査型画像表示装置。
6. 前記複数の光源は、赤色、緑色、青色の光ビームを出射する半導体レーザまたは半導体レーザで励起する第２高調波の光ビームを出射する固体レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。
7. 前記受光素子は、前記光走査手段の垂直走査方向または水平走査方向のうち少なくとも１方向に分割され、
   前記補正信号は、前記合波光のスポット中心と中心基準点とのずれに対応していることを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。
8. 前記検出手段は、前記合波光の一部を、集光レンズまたは面内の２方向で異なる曲率を有するレンズのうち少なくとも１つを用いて集光し、
   前記検出器は、前記光走査手段の垂直走査方向または水平走査方向のうち少なくとも１方向に分割された前記受光素子に前記合波光を受け、該検出の前記合波光のスポット中心と中心基準点とのずれ、前記各光ビームの伝播方向と基準光軸方向との角度ずれ、または前記合波光のビーム径のずれのうち少なくとも一つを検出することを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。
9. 前記調整手段は、前記補正信号を受けて、前記各ビームごとにビーム径および光軸の調整を行い、
   前記光源駆動部は、前記検出信号を受けて、前記各ビームごとに強度の変調を行うことを特徴とする請求項１に記載の光走査型画像表示装置。

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