JPS62210417A - 光走査方式画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光走査方式を採ることにより、大型画面であ
っても、その厚み寸法を薄形化し、コンパクト化するこ
とを可能にした光走査方式画像表示装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

薄形化を可能にした画像表示装置としては、液晶ディス
プレイ、ＥＬ表示パネル等が知られているが、何れも表
示画面が小型であり、これらの画像表示装置で大型な画
面を望むことは、技術的にも、コスト的にも困難である
。

液晶ディスプレイやＥＬ表示パネルなどとは、その動作
原理を異にする光走査方式画像表示装置の一例として、
レーザ光ビームをスクリーン上にて走査し、画像表示を
行う方式が桜井健二部監修。

電子通信学会発行の本「実用レーザ技術」のＰ６２〜６
５に記載されている。この方法はレーザ発振器から出射
したレーザ光ビームを平板ミラーで光路を変え、水平方
向はポリゴンミ・ラー、垂直方向はガルバノミラ−で平
面スクリーン上を走査させて画像表示を行うものである
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如き、従来知られた光走査方式画像表示装置にお
いて大きな表示画面を得る場合、ポリゴンミラー、ガル
バノミラ−の振れ角を大きくするか、スクリーンまでの
光路長を長くする必要がある。前者の場合、スクリーン
の中央部と周辺部でレーザ光ビームのスポット径が異な
ってフォーカスの全面的均一性が悪くなる可能性があり
、後者の場合は装置全体の奥行きが大になり、厚みが増
大する等の問題があった。

そこで本発明においては、光走査方式画像表示装置にお
いて、表示画面を大きくした場合でも、フォーカスの全
面的均一性を良好に保ち、しかも装置の厚み寸法を増大
させることなく、薄形化を可能にすること、を解決すべ
き問題点としている。

従って、本発明の目的は、ポリゴンミラー、ガルバノミ
ラ−等の光偏向器による光ビーム偏向角を大きくしても
、スクリーン上画像のフォーカスの全面的均一性を良好
とし、かつ奥行き寸法（厚み）を小さくすることを可能
にした光走査方式画像表示装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、光偏向器としてのガルバノミラ−やポリゴ
ンミラーから偏向出射される光ビームを、更にスクリー
ン等へ向けて反射させるための反射器として、従来の平
板ミラーの代りに放物面ミラーを使用し、該光偏向器の
偏向面（出射面）の中心を前記放物面の焦点位置に配置
することにより、該放物面からスクリーンに向けてすべ
ての光ビームを垂直に入射させることを可能としたこと
により、達成される。

以上のことは、第８図を参照することにより、より明確
に理解されるであろう。第８図は従来周知の放物面の性
質を示す説明図である。

同図において、Ｍは放物面の一断面（放物線）である。

座標軸は横軸が２軸、縦軸がＹ軸としである。この放物
面の方程式は周知のように、Ｚ−ｋＹ”　　　　　　　
　　　　　　　　・・・・・・（１）である、但し、ｋ
は定数である。

放物面Ｍの焦点をＦ、座標軸の原点をＯとするとき、Ｙ
軸に平行に、焦点Ｆと原点０との間の距離百丁と同じ距
離だけ隔てて位置する平面ＫＫ’を考える。

すると、放物面Ｍは、該面上の任意の一点Ｐと焦点Ｆと
を結ぶ直線の長さＦＰと、点Ｐから平面ＫＫ’に下ろし
た垂線の長さＰＰ’とが常に等しくなるような面である
と定義できる。

つまり、放物面Ｍをミラーと考え、光偏向器の中心が焦
点Ｆにあると考えれば、該焦点Ｆから発した光ビームは
、ミラー面Ｍで反射した後、すべて平行に進む。− 〔作用〕 放物面ミラーの焦点から出射し、該ミラーで反射した光
ビームは上述のように全て平行になるため、画像を表示
するスクリーンの位置を該光ビームの全てが垂直に入射
する如き位置に定めることができ、また、焦点から該ス
クリーンまでの光ビームの照射距離（光路長）を全ての
光ビームに関して等しくすることがきる。そのため、該
スクリーン上の光ビームの径の形状、大きさをスクリー
ン上の全ての点にわたり同じにすることができるので、
画面フォーカスを全画面にわたり均一にすることができ
る。

〔実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての光走査方式画像表
示装置の基本構成を示す斜視図である。

同図において、１は光ビーム発射部、４２−１）〜（２
−５）はそれぞれ光ビーム、３は収束レンズ、４，４′
はそれぞれ光偏向器としてのガルバノミラ−１５，５′
はそれぞれ放物面鏡、６は画像表示面、７は光ビーム制
御器、８はガルバノミラ−制御器、である。

第１図において、光ビーム発射部１から発射した光ビー
ム（２−１）は収束レンズ３等の収束光学系を経て、光
ビーム（２−４）をＹ軸方向に偏向走査するためのガル
バノミラ−４に入射する。

ガルバノミラ−４で反射した光ビーム（２−２）は第１
の放物面鏡５で反射した後、Ｘ軸方向に偏向走査するた
めのガルバノミラ−４′に入射し、該ミラー４′でＸ軸
方向の偏向走査を受ける。ガルバノミラ−４′により偏
向走査された光ビーム（２−４）は第２の放物面鏡５′
で反射し、反射した光ビーム（２−５）は画像表示面６
に入射し画像表示を行う。

ここで、光ビーム発射部ｌは表示画像内容に対応して光
ビーム強度を変調させるための光ビーム制御器７に接続
されており、また、ガルバノミラ−４，４’も表示画像
内容に対応して振幅２回転スピード等を変化させること
ができるようにガルバノミラ−制御器８に接続され、さ
らに、該制御器８は光ビーム制御器７にも接続されてい
る。

また、ガルバノミラ−４，４′の回転中心部としての光
ビーム反射部は放物面鏡５．５′それぞれの焦点位置に
位置している。かかる位置設定により、ガルバノミラ−
４で反射し、次に放物面鏡５で反射してガルバノミラ−
４′に入射する光ビーム（２−２）、（２−３）がたど
る軌跡の長さは光ビーム（２−２Ｌ　（２−３）が放物
面鏡５上のいかなる点で入射２反射しようと一定となる
。

例えば、放物面鏡５の反射面方程式を先にも述べたよう
に、Ｚ＝ｋＹ”とし、ガルバノミラ−４′の回転中心部
をＸ−Ｙ面に平行で、かつ上記反射面方程式の焦点の高
さと同じ位置に設定した場合、光ビーム（２−２）、（
２−３）の軌跡の長さは１／（２ｋ）（このときの焦点
Ｙ＝０．２＝１／　（４ｋ））となる。

また、放物面鏡５，５′からの光ビーム（２−３）、（
２−５）は全て平行となり、したがって画像表示面６に
光ビーム（２−５）を垂直方向から入射させることが可
能となる。

以上のことは、第８図を参照して行った先の説明からも
容易に理解されるであろう。

第２図は第１図の画像表示装置のＸ−Ｚ面断面の要部を
示す図である。ガルバノミラ−４′の回転中心Ｋを放物
面鏡５′の焦点位置に位置させれば、該ミラーの回転中
心にで反射して画像表示面６に到達する光ビーム（２−
４）、（２−５）、（２−４’）、　（２−５’）の間
にγπ十π丁（ビーム（２−４）、（２−５）の光路長
の和）＝ＫＭ’＋Ｍ’Ｐ’（ビーム（２−４’）と（２
−５’）の光路長の和）＝２０にの関係がある。但し百
には焦点高さく第８図のＯＦに相当）である。

以上、第１図、第２図を参照して説明した如き光学系構
造では光偏向走査器としてガルバノミラ−を使用した場
合について述べたが、該走査器はガルバノミラ−に限定
されるものでなく、ポリゴンミラー、ホログラムスキャ
ナー、電気光学効果。

音響光学効果等を利用したものでもよい。要は、光信光
走査器の偏向面の中心を放物面鏡５．５′の焦点位置に
配置して動作させることである。

以上の構成によると、画像表示面６のある一点で最適ス
ポットになるよう収束レンズ３等で光ビームの形状補正
をしておけば、結果的には、画像表示面６の全面にわた
り均等に最適スポットが得られる。そこで、表示画面全
面にわたりフォーカス性が均一に良好である光走査方式
薄形画像表示装置を得ることができる。

表示画面を対角６インチの寸法と仮定して本発明による
画像表示装置の厚みを試算すると約６ｃｍとなり、通常
のブラウン管を使用したディスプレイ、テレビ受像器の
奥行き寸法の１／４〜１１５という薄形にすることがで
きる。

次に、以上の説明では言及しなかった光ビーム発射部１
について述べる。光ビーム発射部１としてレーザ光発振
器を用いれば、該発振器には赤、緑、青等の可視光を発
射するものがあるため、画像表示面を通常の透過形光散
乱面とすることにより、カラー画像を映出することがで
きる。しかし、現時点における可視光発振レーザはＡｒ
”（発振波長０．４８８　ｔｔｍ、　　０．５１５　μ
ｍ）　、　Ｈｅ　−Ｎｅ（発振波長０．６３３μｍ）な
どがあるが、発振器の形状が大きく、装置の薄形、コン
パクトには不向きである。

半導体レーザはガスレーザに比べ非常に小さく、装置の
薄形、コンパクト化に好適であるが、現在、該レーザの
発振波長が赤外域に限られており、可視光に変換するた
めには画像表示面６等に何らかの工夫を施す必要がある
が、現時点において赤外光を可視光に能率よく変換する
手段は見当たらない。

なお、将来、可視光半導体レーザが開発されれば、該半
導体レーザを本発明画像表示装置に適用し、カラー画像
の映出が可能となる。

現時点において本発明画像表示装置を実現するための光
ビーム発射部１と画像表示面６の具体例として、紫外光
発光器と蛍光面スクリーンとによる構成が考えられ、そ
の構成によれば一つの紫外光発光器でフルカラー画像の
映出も可能となる。

第３図により、その具体例を説明する。第３図は紫外光
発光器１′の発光部（１’−１）から出射した紫外光が
Ｒ，Ｇ、Ｂ蛍光体がストライプ状に形成された蛍光面ス
クリーン６′に入射し、該蛍光体を発光させ画像を映出
するものである。

この方式で適正なカラー画像を映出するためには光ビー
ムの走査位置を検出し、これを光ビーム′制御器７．ガ
ルバノミラ−制御器８にフィードバックし、紫外光発光
器１′、ガルバノミラ−４゜４′の動作を制御してやる
必要がある。

それを達成するための一手段として、Ｒ，Ｇ。

Ｂ蛍光体の各トリプレット毎に紫外光反射面■を形成し
、これを利用することが考えられる。該反射面■に入射
した紫外光（９−１）は反射紫外光（９−２）となり、
入射紫外光（９−１）とほぼ同じ経路、または該反射面
を多少角度をもたせた形状とすれば、その角度に規定さ
れた経路をたどり、紫外光発光器１′に付属の紫外光受
光部（１′−２）に入射し、その受光信号を各制御器７
，８にフィードバックして、光ビームの走査位置に即し
た制御器７．８の制御を実行することができる。

また、第３図の構成において、各蛍光体Ｒ，Ｇ。

Ｂに紫外光（９−１）を入射させる側を紫外光のみを透
過、可視光を反射させる干渉フィルター構成とすれば、
各蛍光体光の発光方向は観視方向のみになり、観視側の
輝度の向上をはかることができる。

以上の説明では光ビームの発射部は点状の一定点であっ
たが、該発射部を線状とし、該線状発射部から出射され
る線状光を光偏向器により２次元的に走査するようにす
ることもできる。第４図にその具体例を示す。

第４図において、線状光発射部１０は画像信号のうちの
Ｙ方向走査信号に対応した強度および色調の線状光を発
するものである。ここで、該発射部１０は該Ｙ方向信号
に対応して一度に線状光を発光する方式でも、点状光ビ
ーム（２−６）がＹ方向信号に対応して逐次走査する方
式でもよい。

第４図は後者の場合の一実施例を示すもので、該発射部
１０の任意の光ビーム発射部（１０１）から出射した光
ビーム（２−７）はＸ方向偏向用ガルバノミラ−４′に
より偏向走査され、放物面鏡５′で反射してその反射光
ビーム（２−８）は画像表示面６状に垂直に入射する。

以上の場合、輝度変調、カラー表示の場合はさらに色調
変調も可能な線状光源が必要であるが、光偏向器、放物
面鏡は基本的には各１個でよく、装置の光学系が簡単に
造る。なお、線状光発射部１０の具体例としては線状光
源と透過形ライン液晶パネルの組合わせが考えられる。

また、線状光発射部１０からガルバノミラ−４′等の光
偏向器への光ビームの導光は光フアイバー束、マイクロ
レンズの使用等が考えられる。

次に、第３図を参照して説明した如き、光走査方式画像
表示装置を更に具体化して、インデックス方式偏平カラ
ーテレビを構成した場合の実施例を説明する。

第５図は、かかるインデックス方式偏平カラーテレビを
本発明の一実施例として示す上面図、第５Ａ図はその右
側面図、第５Ｂ図は下側から見た側面図である。

これらの図において、２１は表示画像に応じて光強度変
調された紫外光ビームを出す変調付紫外光源であり、例
えば紫外光を放出するＨｅ　−Ｃｄ（ヘリウム−カドミ
ウム）気体レーザとＡ−○（音響−光学）光変調器の組
合せや、直接励起電流を変調することにより出力光強度
変調可能な紫外光半導体レーザなどが考えられる。２２
は入射光ビームを左右及び上下に偏向可能な偏向器であ
り、例えば、左右方向にのみ偏向可能な偏向器と、上下
方向にのみ偏向可能な偏向器の組合せで実現できる。偏
向器としては、例えばガルバノメータを用いたものや、
回転多面鏡、Ａ−０（音響−光学）偏向器等が考えられ
る。２３は偏向器２２の偏向面中心付近を焦点とする放
物面鏡、２４は紫外光照射により赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）の３原色を発光する各蛍光体ストライプを持つ
蛍光体面、２５はフォトダイオード等の紫外光検出器、
２６はインデックス信号処理回路である。

以下に、この実施例の動作説明を行う。変調付紫外光源
１１から出た紫外光ビーム１０１が偏向器２２に入射し
上下、及び左右に偏向される。偏向された紫外光ビーム
、例えば１０２は、偏向中心をほぼ焦点とする放物面鏡
２３に入射し、その反射紫外光１０３が蛍光体面２４上
の赤（Ｒ）蛍光体ストライプにほぼ垂直入射して励起し
、赤色可視光１０４を得る。同様にして、緑色や青色可
視光を発光させてカラー画像を得ることができる。

この時、蛍光体面２４に紫外光ビームがほぼ垂直入射す
ることになるので、蛍光体面４上の紫外光ビームスポッ
ト系がそうでない場合に比較して最小となる。

また、偏向器２２により偏向された別の紫外光ビーム、
例えば１１２は放物面鏡２３に入射し、その反射紫外光
１１３が、蛍光体面２４上に設けられた紫外光ビーム位
置検出用の例えばアルミニウム等よりなる反射面２７に
ほぼ垂直入射して反射紫外光１１４を得る。反射紫外光
１１４がさらに、放物面鏡２３に入射して得られた反射
紫外光１１５が偏向器２２の近くに設けられた紫外光検
出器２５に入射し、紫外光ビーム位置検出信号を得る。

この時、偏向器２２の偏向中心が放物面鏡２３の焦点と
一致している場合、蛍光体面２４へ紫外光ビームが垂直
入射するため、各ストライプ状反射面２７で反射された
紫外光ビームは来た経路をたどり、偏向器２２の偏向中
心に集まることになる。

従って偏向中心に紫外光検出器２５を置けば良いが、紫
外光検出器２５が不透明物体で出来ているため、紫外光
源から出た光をさえぎってしまう。

そこで、偏向器２２の偏向中心を放物面鏡２３の焦点か
ら若干ずらし、蛍光体面２４上のストライプ状反射面２
７で反射された紫外光が集中する場所を偏向中心からず
らしておくことにより、前述の紫外光源から出た光を紫
外光検出器２５がさえぎってしまうという問題点を解決
している。

このようにして紫外光ビームの蛍光体面２４上における
走査位置を検出した信号を紫外光検出器２５により得た
後、この走査位置検出信号をインデソクス信号処理回路
２６に入力し、紫外光ビームの走査位置に応じた画像信
号を形成して変調付紫外光源２１を制御している。

尚、２８は例えば黒鉛等からなるガートバンドであり、
外光による画像の黒レベル輝度増加を防ぎ、コントラス
トを向上させるものである。

第５図、第５Ａ図および第５Ｂ図を参照して説明した上
述の実施例の変形実施例として、第５Ｂ図に相当する側
面図を第６図に示す。

第６図において、第５Ｂ図と異なる点は、紫外光を透過
し可視光を反射するフィルタ２９を蛍光体面２４の後に
配置した点である。このようなフィルタは例えば干渉フ
ィルタにより容易に実現できる。可視光反射フィルタ２
９をＲ，Ｇ、Ｂ蛍光体の紫外光入射側に置くことにより
、紫外光により励起され発光した可視光が効率良く前面
から出てくるため、可視光反射フィルタがない場合に比
べて２倍近い画像輝度の向上が期待できる。

尚、紫外光ビーム位置検出用ストライプ反射面２７で反
射される紫外光はフィルタ２９を透過するため、第５Ｂ
図の実施例の場合と同様に、紫外光位置検出信号が容易
に得られる。

第７図は、本発明のさらに他の変形実施例を示す側面図
である。

第６図の実施例と異なる点は、紫外光を透過して可視光
を反射するフィルタ２９をＲ，Ｇ、Ｂ蛍光体がある部分
にのみ設けた点である。従って、紫外光ビーム走査位置
検出用ストライプ反射面２７で反射される紫外光はフィ
ルタ２９を通らないため減衰しないで紫外光検出器２５
に入射するので、第６図の実施例より強力な紫外光ビー
ム位置検出信号が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の走査方式画像表示装置に
よれば、装置奥行き寸法を表示画面対角寸法の約１／３
程度と薄形化でき、かつ、特別な補正手段を使用せずに
、画面全面にわたって均一な最適フォーカスをもった画
像を得ることができる。

更に、本発明による光走査方式画像表示装置をインデッ
クス方式偏平カラーテレビとして具体化した場合には、
紫外光ビームが蛍光体面上にほぼ垂直方向から入射する
ためビームスポット系がそうでない場合に比較して小さ
くなり、解像度が向上すると共に、紫外光ビームがある
特定の色蛍光体を励起している時に他の蛍光体にも紫外
光ビームが照射されることにより生じる混色の問題も軽
減されるという効果がある。

また、紫外光ビームの蛍光体面上の走査位置検出用の反
射紫外光が集光される位置に紫外光検出器を置くことが
できるので、全画面にわたり強力かつ均一な紫外光ビー
ム走査位置検出信号を得ることができる。従って、イン
デックス信号処理回路の安定動作が期待できるため、安
定な再像再生が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本構成を示す斜視図、第
２図は第１図におい、Ｘ−Ｚ面方向から切断してその要
部を示した断面図、第３図は本発明の別の実施例を示す
斜視図、第４図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第
５図はインデックス方式偏平カラーテレビを本発明の一
実施例として示す上面図、第５Ａ図はその右側面図、第
５Ｂ図は下側から見た側面図、第６図は変形実施例を示
す第５Ｂ図に相当した側面図、第７図は同じく他の変形
実施例を示す第５Ｂ図゛に相当した側面図、第８図は放
物面の性質を示す説明図、である。 符号の発明 ｌ・・・光ビーム発射部、１′・・・紫外光発生器、（
１’−１）・・・発光部、（１’−２）・・・受光部、
（２−１）、（２−２）、（２−３）、（２−４）、（
２−５）、（２−６）、（２−７）、（２−８）、（２
−４’）。 （２−５’）・・・光ビーム、３・・・収束レンズ、４
，４′・・・ガルバノミラ−１５，５′・・・放物面鏡
、６．６′・・・画像表示面、７．７′・・・光ビーム
制御器、８゜８′・・・ガルバノミラ−制御器、（９−
１）・・・紫外光反射面への入射紫外光、（９−２）・
・・紫外光反射面からの反射紫外光、■・・・紫外光反
射面、Ｇ・・・緑色発光蛍光体、Ｂ・・・青色発光蛍光
体、Ｒ・・・赤色発光蛍光体、Ｋ・・・ガルバノミラ−
回転中心、１０・・・線状光発射部、（１０−１）・・
・光ビーム発射部、２１・・・変調付紫外光源、２２・
・・偏向器、２３・・・放物面鏡、２４・・・蛍光体面
、２５・・・紫外光検出器、２６・・・インデックス信
号処理回路、２７・・・反射面、２８・・・ガートバン
ド、２９・・・紫外光透過フィルタ代理人　弁理士　並
　木　昭　夫 ε（３１図 第２図 第３図 第４図 第６図　　　第７図 第　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに直交するＸ軸とＹ軸により規定された平面か
   らなるスクリーン部と、表示すべき画像信号に対応して
   強度変調を受けた光ビームを出射する光ビーム出射部と
   、該光ビーム出射部から出射された光ビームを受けてこ
   れを前記Ｘ軸方向に沿って走査する第１の光偏向器と、
   該第１の光偏向器により走査された光ビームを入射され
   これを反射する第１のミラーと、該第１のミラーから反
   射された光ビームを受けてこれを前記Ｙ軸方向に沿って
   走査する第２の光偏向器と、該第２の光偏向器により走
   査された光ビームを入射されこれを反射して前記スクリ
   ーン部に投射することにより画像表示を行う第２のミラ
   ーと、から成る光走査方式画像表示装置において、 前記各ミラーの反射面を放物面により構成し、前記第１
   の光偏向器の偏向面の中心を前記第１のミラーの反射面
   をなす放物面の焦点位置に配置し、前記第２の光偏向器
   の偏向面の中心を前記第２のミラーの反射面をなす放物
   面の焦点位置に配置したことを特徴とする光走査方式画
   像表示装置。 ２、表示すべき画像信号に応じて紫外光ビームを強度変
   調してから出射する紫外光出射部と、出射された前記紫
   外光ビームを入射され、これを前記画像信号に同期して
   偏向させ放射することにより走査を行う偏向器と、該偏
   向器の偏向面の中心付近に焦点を有し、前記偏向器から
   の走査された紫外光ビームを受けてこれを蛍光体面に向
   けてほぼ垂直方向に入射するように反射する放物面鏡と
   、前記蛍光体面上に設けられ、入射する紫外光ビームに
   より励起されて可視光を発する赤、緑、青の３原色蛍光
   体ストライプと、前記蛍光体ストライプ間の場所の少な
   くとも一部に設けられたストライプ状紫外光反射面と、
   該ストライプ状紫外光反射面で反射された紫外光ビーム
   が前記放射面を介して集まるその焦点位置付近に配置さ
   れた紫外光検出器と、該紫外光検出器の検出出力により
   前記紫外光ビームの蛍光体面上における走査位置を求め
   、前記出射部へ帰還する帰還手段と、から成り、 前記蛍光体面上に設けられた３原色蛍光体ストライプか
   ら発する可視光により前記画像を表示するようにしたこ
   とを特徴とする光走査方式画像表示装置。