JPWO2014002511A1 - 背面投射型表示装置、背面投射型表示システムおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

レーザプロジェクタエンジン１０２は、光を出射する。角度切替器１０３は、光の進行方向を変えて出射する。長尺走査素子１０５〜１０７は、入射光を走査して、スクリーン１０８の背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する。制御部１０９は、角度切替器１０３が変える光の進行方向を切り替えて、角度切替器１０３から出射された光を長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれに順番に入射させる。

Description

本発明は、スクリーンに対して背面から光を投射して、スクリーン上に画像を表示する背面投射型表示装置に関する。

投射型表示装置は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）などとは異なり、製造装置やパネル基板の大きさによって画面サイズが決定されることがないため、大画面化を低コストかつ容易に行うことができる。このため、例えば、スクリーンの背面から光を投射する背面投射型表示装置を用いることで、低コストかつ容易に大型のテレビや大型のデジタルサイネージ装置を製造することができる。

また、投射型表示装置の多くは、光源として超高圧水銀ランプを使用し、液晶ライトバルブやＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）などの液晶変調器や、ＴＩ社のＤＭＤ（Digital Micromirror Device)のようなＭＥＭＳ技術を用いた２次元の空間変調器を用いて、光源からの光を変調して投射する構成を有していた。

これに対して、近年では、光源としてレーザ光源を使用した投射型表示装置が開発されている。レーザ光源を使用した投射型表示装置は、超高圧水銀ランプを使用した投射型表示装置、ＬＣＤおよびＰＤＰなどと比べて、電力効率や色再現性が良いため、将来性のある表示装置として注目されている。

レーザ光源を使用した背面投射型表示装置としては、例えば、三菱電機株式会社の７５−ＬＴ１（非特許文献１参照）、Ｐｒｙｓｍ社のデジタルサイネージ用表示装置（非特許文献２参照）、および、特許文献１に記載の背面投影型表示装置などが実用化または提案されている。

なお、上記の７５−ＬＴ１は、ＤＭＤを用いてレーザビームをスクリーンに投射するものであり、上記のデジタルサイネージ用表示装置および背面投影型表示装置は、レーザビームをポリゴンミラーのような走査素子で走査してスクリーンに投射するものである。また、デジタルサイネージ用表示装置には、ブロックを積み上げるように複数個の装置を組み立てることで、大きな画面を構成することができる仕組みが設けられている。

特開２００８−０３３０３９号公報

三菱電機株式会社、"三菱レーザテレビ"、［online］、［平成２４年５月１５日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.mitsubishielectric.co.jp/laservue/） Ｐｒｙｓｍ社、"LPD Technology for Large Format Digital Displays | Prysm" 、［online］、［平成２４年５月１５日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.prysm.com/technology/overview/）

上記の７５−ＬＴ１、デジタルサイネージ用表示装置および背面投影型表示装置のようなレーザ光源を使用した背面投射型表示装置は、レーザ光源からのレーザビームを、ミラーなどを用いて折り返すことで、装置の奥行きを出来る限り狭くしているが、それでも奥行きの狭さは十分ではない。

例えば、ＬＣＤやＰＤＰでは、６０型程度のものであれば、パネル本体の奥行きを４ｃｍ程度にすることができる。ただし、ＬＣＤやＰＤＰをテレビ台などに載置する場合には、ＬＣＤやＰＤＰを保持するスタンドが必要となるため、装置全体としては、奥行きは数十ｃｍとなる。また、ＬＣＤやＰＤＰを壁などに据え付ける場合には、放熱のために壁とパネル本体との間に間隙を作る必要があるため、装置全体としては、奥行きは１０ｃｍ程度となる。

これに対して、例えば、三菱電機株式会社の７５−ＬＴ１では、７５型のもので、奥行きが３８ｃｍとなり、Ｐｒｙｓｍ社のデジタルサイネージ用表示装置では、２９型という小型のものでも、奥行きが３６ｃｍにもなる。

このように背面投射型表示装置は、奥行きが深いため、設置場所が限られてしまうという問題がある。このため、大型のテレビや大型のデジタルサイネージの多くに、低コストかつ容易に製造できる背面投射型表示装置ではなく、ＬＣＤやＰＤＰが採用されている。

以下、図１０を用いて、奥行きを十分に狭くすることができないというレーザ光源を使用した背面投射型表示装置に共通の課題が発生する原因を説明する。

図１０に示す背面投射型表示装置は、筐体１００１と、光源１００２と、ＤＭＤ１００３と、投射レンズ１００４と、自由曲面ミラー１００５と、ミラー１００６と、スクリーン１００７とを有する。

図１０に示したように、背面投射型表示装置は、小さなＤＭＤ１００３から大きなスクリーン１００７にレーザビームを投射するために、ＤＭＤから出射されたレーザビームを自由曲面ミラー１００５およびミラー１００６を用いて２回折り返して、スクリーン１００７に投射している。

このとき、レーザビームはスクリーン１００７に対して斜めに投射されることになるが、奥行きを狭くすると、スクリーン１００７に対するレーザビームの入射角度が大きくなり、画像に歪みが生じてしまう。

図１に示す背面投射型表示装置は、光線を折り返すミラーとして自由曲面ミラー１００５を用いることで、スクリーン１００７に対するレーザビームの入射角度を小さくして、画像の歪みを補正している。なお、画像の歪みが大きいほど、自由曲面ミラー１００５のような歪みを補正するための補正光学系の数も多くなる。例えば、投射レンズ１００４に対して、補正光学系となる自由曲面レンズや非球面レンズなどが用いられることもある。

しかしながら、補正光学系を用いた歪み補正にも限度があるため、奥行きをある程度以上狭くすると、スクリーン１００７に対するレーザビームの入射角度が大きくなり過ぎて、画像の歪みが解消できないことがある。このため、歪みのない画像を表示するためには、７０型のサイズでは、奥行きを２０ｃｍ弱程度までしか狭くすることができていない。

なお、補正光学系として使用される自由曲面光学系などは、設計が難しいという問題や、価格が非常に高くなるという問題もある。

さらに、自由曲面光学系を用いて画像の歪みを解消させるためには、スクリーン１００７の下にスカート部１００８と呼ばれる余分な領域を発生させてしまうという問題もある。

なお、デジタルサイネージ用表示装置では、スカート部をスクリーンの後ろに構成することで、装置の積み上げを可能にしているが、そのために、奥行きが深くなってしまい、上述したように、２９型という小型の装置に関わらず、奥行きが３６ｃｍにもなってしまう。

また、特許文献１に記載の背面投影型表示装置は、ミラー１００６を長くすることで、奥行きを狭くしているが、それにも限界があり、ミラー１００６に自由曲面光学系に適用している。

本発明の目的は、低コストかつ容易に奥行きを狭くすることが可能な背面投射型表示装置、背面投射型表示システムおよび投射方法を提供することである。

本発明による背面投射型表示装置は、スクリーンと、光を出射する光出射部と、前記光の進行方向を変える偏向部と、前記偏向部を用いて、前記光の進行方向を複数の所定方向のそれぞれに順次切り替える制御部と、各所定方向に出射された各光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部と、を有する。

本発明による背面投射型表示システムは、背面投射型表示装置を複数備え、各背面投射型表示装置を並設している。

本発明による投射方法は、スクリーンと、光を出射する光出射部と、前記光の進行方向を変えて出射する偏向部と、入射光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部とを有する背面投射型表示装置の制御方法であって、前記偏向部が変える光の進行方向を切り替えて、前記偏向部から出射された光を前記複数の走査部のそれぞれに順番に入射させる、制御方法。

本発明によれば、低コストかつ容易に奥行きを狭くすることが可能になる。

関連技術である背面投射型表示装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図である。 背面投射型表示システムの一例を示す図である。 光の進行方向の切り替えを説明するための図である。 光の進行方向を切り替える動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態のレーザプロジェクタエンジンおよび角度切替器の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態のレーザプロジェクタエンジンおよび角度切替器の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の長尺走査素子の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の長尺走査素子を駆動する動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第５の実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図である。 本発明の第６の実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図である。 本発明の第７の実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図２Ａは、本発明の第１の実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図である。具体的には、図２Ａ（ａ）は、本実施形態の背面投射型表示装置の正面透過図であり、図２Ａ（ｂ）は、本実施形態の背面投射型表示装置の縦断面図である。

図２Ａに示す背面投射型表示装置は、筐体１０１と、レーザプロジェクタエンジン１０２と、角度切替器１０３と、拡大光学系１０４と、長尺走査素子１０５〜長尺走査素子１０７と、スクリーン１０８と、制御部１０９とを有する。

筐体１０１は、レーザプロジェクタエンジン１０２、角度切替器１０３、拡大光学系１０４、長尺走査素子１０５〜１０７、スクリーン１０８および制御部１０９を収容する。なお、スクリーン１０８の前面は筐体１０１から露出している。

レーザプロジェクタエンジン１０２は、光としてレーザビームを出射する光出射部である。具体的には、レーザプロジェクタエンジン１０２は、断面形状が線状のレーザビームである線状ビームを出射する構成、または、断面形状が点状のレーザビームである点状ビームを共振ミラーのような走査素子で走査して出射する構成を有する。

なお、後述するようにレーザプロジェクタエンジン１０２は、入力映像信号に応じて変調されたレーザビームが出射される。また、図中の矢印は、レーザビームが進む進行方向を示している。

角度切替器１０３は、レーザプロジェクタエンジン１０２から出射されたレーザビームの進行方向を変える偏向部である。例えば、角度切替器１０３は、ミラーを有し、そのミラーでレーザビームを反射することで、レーザビームの進行方向を変える。

拡大光学系１０４は、スクリーン１０８上の投射領域を拡大するための光学系であり、レーザプロジェクタエンジン１０２からスクリーン１０８までの光路上に配置される。

具体的には、レーザビームが線状ビームの場合、拡大光学系１０４は、線状ビームの断面形状を幅方向に拡大する。また、レーザビームが点状ビームの場合、拡大光学系１０４は、レーザプロジェクタエンジン１０２の走査素子による走査の走査振幅が見かけ上拡大されるように、点状ビームを偏向する。

なお、どちらの場合でも、拡大光学系１０４としては、レーザプリンタなどに使用される設計が容易なｆθレンズなどを用いることができ、設計が困難で高価な自由曲面レンズなどを用いる必要はない。また、本実施形態では、拡大光学系１０４は、角度切替器１０３から長尺走査素子１０５〜１０７までの光路上に配置されている。

長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれは、入射光を第１の走査方向に走査して、スクリーン１０８の背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射することで、画像をスクリーン１０８に表示する走査部である。

第１の走査方向は、レーザプロジェクタエンジン１０２の走査素子が点状ビームを走査する第２の走査方向（または、線状ビームの幅方向）と交差する方向である。このため、上記の拡大光学系１０４は、第１の走査方向と交差する方向の投射領域の長さを拡大することになる。

なお、本実施形態では、第１の走査方向は、鉛直方向であるとし、長尺走査素子１０５〜１０７は鉛直方向に並設されている。このため、各長尺走査素子１０５〜１０７にてレーザビームが投射されるスクリーン１０８の領域も鉛直方向に並ぶ。

また、長尺走査素子１０５〜１０７は、例えば、第２の走査方向（または、線状ビームの幅方向）に長い長尺ミラーを備え、その長尺ミラーを揺動させることによって、レーザビームを走査する。

スクリーン１０８は、長尺走査素子１０５〜１０７から投射されたレーザビームに応じた画像を表示するものであり、レーザビームなどに応じて適宜選択される。

例えば、レーザビームが赤色、緑色および青色の３原色の光を含む場合、スクリーン１０８は、レーザビームを拡散透過する通常のスクリーンとなる。また、レーザビームが光ディスクドライブなどで使用されている波長４０５ｎｍ程度の光の場合、スクリーン１０８は、レーザビームを励起光として、赤色、緑色および青色の光のそれぞれを発生させる蛍光体領域を有する蛍光スクリーンとなる。また、レーザビームが青色の光の場合、スクリーン１０８は、レーザビームを拡散透過する領域と、レーザビームを励起光として赤色および緑色のそれぞれを発生させる蛍光体領域とを有するものでもよい。

制御部１０９は、背面投射型表示装置全体を制御する。

例えば、制御部１０９は、入力された入力映像信号に応じてレーザプロジェクタエンジン１０２を駆動して、その入力映像信号に応じて変調されたレーザビームをレーザプロジェクタエンジン１０２から出射させる。

また、制御部１０９は、入力映像信号に応じて、角度切替器１０３が変えるレーザビームの進行方向を切り替えて、角度切替器１０３から出射された光を長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれに順番に入射させる。そして、制御部１０９は、入力映像信号に応じて、長尺走査素子１０５〜１０７を駆動して、長尺走査素子１０５〜１０７にレーザビームを走査させる。

このとき、制御部１０９は、入力映像信号の１フレームごとに、全ての長尺走査素子１０５〜１０７にレーザビームが入射されるように、レーザビームの進行方向を切り替えることで、長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれが表示する画像を繋ぎ合せて、大きな１つの画面を形成することができる。長尺走査素子１０５〜１０７の位置や、長尺走査素子１０５〜１０７による走査の走査振幅などは、各長尺走査素子１０５〜１０７にてレーザビームが投射されるスクリーン１０８上の領域に、間隙がないように設計されることが望ましい。

なお、以上説明した背面投射型表示装置を複数並設して、背面投射型表示システムを構成してもよい。

図２Ｂは、背面投射型表示システムの一例を示す図である。図２Ｂにおいて、背面投射型表示システムは、９個の背面投射型表示装置１を備え、それらの背面投射型表示装置１が３×３のマトリックス状に並設されている。なお、背面投射型表示装置１の数および配置は、図２Ｂに示したものに限らず、適宜変更可能である。

次に背面投射型表示装置の動作を説明する。

先ず、制御部１０９は、入力映像信号に応じてレーザプロジェクタエンジン１０２を駆動して、その入力映像信号に応じて変調されたレーザビームをレーザプロジェクタエンジン１０２から出射させる。レーザプロジェクタエンジン１０２から出射されたレーザビームは、角度切替器１０３にて進行方向が変えられて、拡大光学系１０４を介して長尺走査素子１０５〜１０７のいずれかに入射する。そして、レーザビームが入射された長尺走査素子１０５〜１０７は、そのレーザビームを走査して、スクリーン１０８に投射する。

ここで、制御部１０９は、角度切替器１０３にて変えられるレーザビームの進行方向を段階的に切り替えて、レーザビームを長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれに順番に入射させる。

以下、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、進行方向を切り替える切替タイミングについてより詳細に説明する。

図３Ａは、角度切替器１０３および拡大光学系１０４の一例を示している。

図３Ａにおいて、角度切替器１０３は、ミラーで構成される。また、拡大光学系１０４は、長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれに対応する複数の光学系１０４Ａ〜１０４Ｃで構成される。各光学系１０４Ａ〜Ｃは、角度切替器１０３から自光学系に対応する長尺走査素子までの光路上に配置される。

制御部１０９は、角度切替器１０３のミラーの向きを調節して、そのミラーで反射したレーザビーム２０１が光学系１０４Ａ〜Ｃを介して長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれに順番に入射するように、レーザビームの進行方向を切り替える。

なお、図３Ａでは、レーザビーム２０１の進行方向が長尺走査素子１０５（光学系１０４Ａ）を向いている状態が示されている。以下、便宜上、この状態を状態Ａとし、レーザビーム２０１の進行方向が長尺走査素子１０６（光学系１０４Ｂ）を向いている状態を状態Ｂとし、レーザビーム２０１の進行方向が長尺走査素子１０７（光学系１０４Ｃ）を向いている状態を状態Ｃとする。

また、図３Ａでは、拡大光学系１０４と長尺走査素子１０５〜１０７との関係を分かり易くするために、拡大光学系１０４を光学系１０４Ａ〜１０４Ｃに分離しているが、拡大光学系１０４は、１個の連続した光学系で構成されてもよい。

図３Ｂは、レーザビームの進行方向の切り替えタイミングを説明するためタイミングチャートである。なお、制御部１０９は、入力映像信号の１フレーム内に、レーザビームの進行方向を状態Ａ、Ｂ、Ｃの順に切り替えるものとする。

先ず、入力映像信号の１フレームの最初の期間２０２において、制御部１０９は、角度切替器１０３のミラーの向きを調節して、レーザビームの進行方向を状態Ａに設定する。続いて、期間２０３において、制御部１０９は、レーザビームの進行方向を状態Ａにしたまま、長尺走査素子１０５を駆動して、長尺走査素子１０５にレーザビームを走査させることで、レーザビームをスクリーン１０８の背面の第１の領域に投射する。

その後、期間２０４において、制御部１０９は、角度切替器１０３のミラーの向きを調節して、レーザビームの進行方向を状態Ａから状態Ｂに切り替える。続いて、期間２０５において、制御部１０９は、レーザビームの進行方向を状態Ｂにしたまま、長尺走査素子１０６を駆動して、長尺走査素子１０６にレーザビームを走査させることで、レーザビームをスクリーン１０８の背面の第２の領域に投射する。

そして、期間２０６において、制御部１０９は、角度切替器１０３のミラーの向きを調節して、レーザビームの進行方向を状態Ｂから状態Ｃに切り替える。続いて、期間２０７において、制御部１０９は、レーザビームの進行方向を状態Ｃにしたまま、長尺走査素子１０７を駆動して、長尺走査素子１０７にレーザビームを走査させることで、レーザビームをスクリーン１０８の背面の第３の領域に投射する。

これにより、第１の領域、第２の領域および第３の領域に亘った大きな画面を構成することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、複数の走査部を用いて画面像を分割して形成することが可能になるため、スクリーン１０８に対するレーザビームの入射角度を小さくすることが可能になる。このため、歪みのない画像を奥行きの狭い装置で実現することが可能になり、奥行きを狭くすることが可能になる。また、自由曲面ミラーなどの設計が困難で高価な部材を使用しなくてもよいため、低コストかつ容易に奥行きを狭くすることが可能になる。

なお、奥行きの深さは、長尺走査素子１０５〜１０７による投射領域の大きさに依存するが、奥行きが１０ｃｍ程度で６０型程度の画面を形成することは十分可能である。

また、レーザプロジェクタエンジン１０２の数は、図１に示した背面型表示装置と同じ一つだけである。また、レーザプロジェクタエンジン１０２は、スクリーン１０８の後方における、長尺走査素子１０５〜１０７の下の位置に設けることができるため、図１に示した背面型表示装置のスカート部１００８のような余分な領域を設けなくてもよくなる。

したがって、図２Ｂに示したように複数の背面型表示装置を並設する際に、各背面型表示装置のスクリーン１０８を隙間なく並べるために、スカート部を考慮しなくてもよくなり、並べ方に係る制約を軽減することが可能になる。このため、背面型表示装置を保持する保持部材の強度に関する制約などを満たす限り、多くの背面型表示装置を並設することが可能になり、大きな画面を形成することが可能になる。このとき、スクリーン１０８として、各背面型表示装置に共通する大きなスクリーンを使用してもよい。この場合、各背面型表示装置が表示する画像の繋ぎ目をより目立たなくすることが可能になる。

また、本実施形態では、拡大光学系１０４を有するため、長尺走査素子１０５〜１０７による走査の走査方向と交差する方向にも、画面を大きくすることが可能になる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、レーザプロジェクタエンジン１０２および角度切替器１０３の具体例について説明する。

図４は、本実施形態のレーザプロジェクタエンジン１０２および角度切替器１０３を示す図である。図４において、レーザプロジェクタエンジン１０２は、レーザ光源３０１と、偏光プリズム３０２と、１次元空間変調素子３０３とを有する。また、角度切替器１０３は、サーボモータ３０４と、ミラー３０５とを有する。

レーザ光源３０１は、線状ビームを出射する。なお、背面投射型表示装置が大画面の場合、レーザ光源３０１には、出力パワーの大きな光源が必要となる。この場合、レーザ光源３０１は、複数のレーザ素子を並設したレーザアレイと、各レーザ素子からのレーザビームを光学的に整形して、線状ビームとして出射する整形光学系とで構成することができる。

偏光プリズム３０２は、レーザ光源３０１からの線状ビームを反射して１次元空間変調素子３０３に導き、さらに、１次元空間変調素子３０３からの線状ビームを透過する。

１次元空間変調素子３０３には、制御部１０９から線状ビームを変調する変調駆動信号が入力される。１次元空間変調素子３０３は、入力された変調駆動信号に応じて、偏光プリズム３０２からの線状ビームを変調して出射する。

１次元空間変調素子３０３の種類は、特に限定されないが、図４は、１次元空間変調素子３０３として、反射型の１次元空間変調素子を示している。この場合、１次元空間変調素子３０３としては、例えば、１次元のＬＣＯＳ素子が用いられる。また、１次元空間変調素子３０３として、光学的な特性が複雑であるが、ソニー株式会社などによって開発されたグレーティングライトバルブや、米国のＡｌｏｅｓ社が開発したデバイス（D. Bloom, et. al. "MEMS-Based Polarization Light Modulator Linear Array Microdisplay, IDW'09, pp.1497-1500, 2009）などが用いられてもよい。さらに、１次元空間変調素子３０３は、透過型の１次元空間変調素子でもよい。この場合、１次元空間変調素子３０３としては、例えば、１次元の液晶素子が用いられる。

なお、制御部１０９は、入力映像信号に応じた変調駆動信号を１次元空間変調素子３０３に入力することで、１次元空間変調素子３０３に入力映像信号に応じて変調された線状ビームを出力させている。

角度切替器１０３のサーボモータ３０４は、ミラー３０５と接続され、制御部１０９からの駆動信号に応じてミラー３０５を回転させることで、ミラー３０５の向きを変える。

図４の例では、制御部１０９は、サーボモータ３０４を用いて、ミラー３０５の向きを調節して、角度切替器１０３から出射される線状ビームの進行方向を切り替える。具体的には、制御部１０９は、入力映像信号に応じて、図３Ｂに示した切替タイミングで線状ビームの進行方向が状態Ａ〜Ｃに順番に切り替わるように、駆動信号をサーボモータ３０４に入力して、ミラー３０５の向きを調節する。

なお、図４の例では、角度切替器１０３のミラー３０５の向きを変える駆動部として、サーボモータ３０４を例示しているが、駆動部として、サーボモータ３０４の代わりに、ガルバノメータやＤＣ駆動型の走査ミラーを駆動する駆動装置が用いられてもよい。

以上のような構成されたレーザプロジェクタエンジン１０２および角度切替器１０３では、レーザ光源３０１から出力された線状ビームは、偏光プリズム３０２で反射して、１次元空間変調素子３０３に入射する。１次元空間変調素子に入射した線状ビームは、変調および反射されて偏光プリズム３０２を透過して、サーボモータ３０４によって向きが調節されたミラー３０５に入射する。そして、線状ビームは、ミラー３０５で進行方向が変えられて、拡大光学系１０４を介して長尺走査素子１０６〜１０９に入射される。

（第３の実施形態）
本実施形態では、レーザプロジェクタエンジン１０２および角度切替器１０３の別の具体例について説明する。

図５は、本実施形態のレーザプロジェクタエンジン１０２および角度切替器１０３の構成を示す図である。図５において、レーザプロジェクタエンジン１０２は、レーザ素子４０１〜４０３と、ミラー４０４と、ダイクロイックプリズム４０５および４０６と、共振型走査素子４０７とを含む。また、角度切替器１０３は、サーボモータ４０８と、レンズ４０９とを有する。

レーザ素子４０１〜４０３は、それぞれ赤色、緑色および青色の点状ビームを出射する。より具体的には、制御部１０９は、入力映像信号に応じて、レーザ素子４０１〜４０３から出射される点状ビームの強度および期間などを示す発光制御信号をレーザ素子４０１〜４０３に入力する。レーザ素子４０１〜４０３は、入力された発光制御信号に応じた赤色、緑色および青色の点状ビームを出射することで、入力映像信号に応じて変調された点状ビームを出射する。

ミラー４０４は、レーザ素子４０１からの赤色の点状ビームを反射する。ダイクロイックプリズム４０５は、ミラー４０４で反射された赤色の点状ビームを透過し、レーザ素子４０２からの緑色の点状ビームを反射する。ダイクロイックプリズム４０６は、ダイクロイックプリズム４０５からの赤色および緑色の点状ビームを透過し、レーザ素子４０３からの青色の点状ビームを反射する。

なお、レーザ素子４０１〜４０３、ミラー４０４と、ダイクロイックプリズム４０５および４０６は、ダイクロイックプリズム４０６から出射される各色の点状ビームの光軸が一致するように配置される。これにより、ダイクロイックプリズム４０６から、赤色、緑色および青色の点状ビームが合成された１本の点状ビームが出射されることになる。

共振型走査素子４０７は、ダイクロイックプリズム４０６からの点状ビームを第２の走査方向に走査して出射する。なお、第２の走査方向は、上述したように、長尺走査素子１０５〜１０７による走査の第１の走査方向とは交差する方向であり、例えば、水平方向である。

なお、以上説明したレーザプロジェクタエンジン１０２は、一般的な走査方式の投射型表示装置と同様な構成である。

また、第１の実施形態で説明したように、単色のレーザビーム（例えば、波長４０５ｎｍ）を用いて、スクリーン１０８には、画素ごとに赤色、緑色および青色の光の発生させる蛍光体を設けたものを用いたり、青色のレーザビームを用い、赤色と緑色のみを発生させる蛍光体を設けたものを用いたりすることもできる。このような場合には、レーザ素子４０１〜４０３のように、色がそれぞれ異なる光を出射する複数のレーザ素子や、ミラー４０４、ダイクロイックプリズム４０５および４０６のような合成光学系を用いる必要はなく、単色のレーザ素子を設けるだけでよい。

角度切替器１０３のサーボモータ４０８は、レンズ４０９と接続され、制御部１０９からの駆動信号に応じてレンズ４０９を回転させることで、レンズ４０９の向きを変える。

図５の例では、制御部１０９は、サーボモータ４０８を用いて、レンズ４０９の向きを調節して、角度切替器１０３から出射される点状ビームの進行方向を切り替える。具体的には、制御部１０９は、図３Ｂに示した切替タイミングで点状ビームの進行方向が状態Ａ〜Ｃに順番に切り替わるように、入力映像信号に応じて、駆動信号をサーボモータ４０８に入力して、レンズ４０９の向きを調節する。

なお、図５の例では、角度切替器１０３のレンズ４０９の向きを変えるレンズ駆動部として、サーボモータ４０８を例示しているが、レンズ駆動部として、サーボモータ４０８の代わりに、ガルバノメータやＤＣ駆動型の走査ミラーを駆動する駆動装置が用いられてもよい。

また、第３の実施形態で説明したレーザプロジェクタエンジン１０２と、第２の実施形態で説明した角度切替器１０３を組み合わせてもよいし、第２の実施形態で説明したレーザプロジェクタエンジン１０２と、第３の実施形態で説明した角度切替器１０３を組み合わせてもよい。

（第４の実施形態）
本実施形態では、長尺走査素子１０５〜１０７の構成の一例を説明する。なお、長尺走査素子１０５〜１０７は、全て同じ構成とすることができるため、ここでは、長尺走査素子１０５の構成を例示する。

図６は、本実施形態の長尺走査素子１０５の構成を示す図である。図６において、長尺走査素子１０５は、サーボモータ５０１と、長尺ミラー５０２とを有する。

サーボモータ５０１は、長尺ミラー５０２と接続され、制御部１０９からの走査駆動信号に応じて長尺ミラー５０２を振動させることで、レーザビームを走査する。

図７は、制御部１０９による長尺走査素子１０５〜１０７の制御動作を説明するためのタイミングチャートである。なお、図７では、制御部１０９は、図３Ｂで示したタイミングでレーザビームの進行方向を切り替えているものとする。

先ず、制御部１０９は、期間２０３において、走査駆動信号を長尺走査素子１０５に入力して、長尺走査素子１０５の長尺ミラー５０２の角度を変化させていくことで、長尺走査素子１０５にレーザビームを走査させる。

その後、制御部１０９は、期間２０５において、走査駆動信号を長尺走査素子１０６に入力して、長尺走査素子１０６の長尺ミラー５０２の角度を変化させていくことで、長尺走査素子１０６にレーザビームを走査させる。

そして、制御部１０９は、期間２０６において、走査駆動信号を長尺走査素子１０７に入力して、長尺走査素子１０７の長尺ミラー５０２の角度を変化させていくことで、長尺走査素子１０７にレーザビームを走査させる。

以上説明した動作では、長尺走査素子１０５〜１０７のそれぞれについて、レーザビームを走査した後、次にレーザビームを走査するまでに、走査を行わない復帰期間６０１〜６０３がある。本実施形態では、長尺走査素子は３つあるので、復帰期間６０１〜６０３は、走査を行う走査期間のほぼ倍の長さとなるため、制御部１０９が、復帰期間６０１〜６０３に、長尺走査素子１０５〜１０７の角度を、走査を開始するときの開始角度に正確に戻すだけの十分な時間を確保することが可能になる。

なお、図６の例では、長尺走査素子１０５の長尺ミラー５０２を振動させる走査駆動部として、サーボモータ５０１を例示しているが、走査駆動部として、サーボモータ５０１の代わりに、ガルバノメータやＤＣ駆動型の走査ミラーを駆動する駆動装置が用いられてもよい。

（第５の実施形態）
図８は、本実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図であり、具体的には、本実施形態の背面投射型表示装置の縦断面図である。

図８に示す本実施形態の背面投射型表示装置は、図２Ａで示した第１の実施形態の背面投射型表示装置の構成に加えて、折り返しミラー７０１〜７０４を有する。

折り返しミラー７０１〜７０４は、角度切替器１０３から出射されたレーザビームを反射して長尺走査素子１０５〜１０７まで導く反射ミラーである。

折り返しミラー７０１および７０２は、長尺走査素子１０６にレーザビームを導くための反射ミラーである。具体的には、折り返しミラー７０１は、角度切替器１０３から第１の方向に出射されたレーザビームを反射し、折り返しミラー７０２は、折り返しミラー７０１で反射されたレーザビームを反射して、長尺走査素子１０６に入射する。

折り返しミラー７０３および７０４は、長尺走査素子１０５にレーザビームを導くための反射ミラーである。具体的には、折り返しミラー７０３は、角度切替器１０３から第２の方向に出射されたレーザビームを反射し、折り返しミラー７０４は、折り返しミラー７０３で反射されたレーザビームを反射して、長尺走査素子１０５に入射する。

本実施形態によれば、折り返しミラー７０１〜７０４を備えるため、角度切替器１０３のミラー３０５やレンズ４０９の向きを調節するために、角度切替器１０３のミラー３０５やレンズ４０９の角度を切り替える切替角度を小さくすることが可能になる。

例えば、本実施形態の背面型表示装置を、現在のテレビで一般的なアスペクト比が１６：９の６０型の表示装置に適用した場合、背面型表示装置の縦方向の長さは約７５ｃｍとなる。このとき、背面型表示装置の奥行きを１０ｃｍとすると、折り返しミラー７０１〜７０４がない場合、長尺走査素子１０５および１０７に対するレーザビームの入射角度の差は、約２３°となる。一方、折り返しミラー７０１〜７０４がある場合、この入射角度の差を約１５°とすることができる。このため、折り返しミラー７０１〜７０４を設けることで、切替角度を２／３倍にすることが可能になる。なお、長尺走査素子１０５〜１０７が等間隔に並んでいるものとしている。

また、切替角度を小さくすることが可能になるため、レーザビームの進行方向を切り替えるための角度切替器１０３の切替動作時間を短くすることが可能になる。したがって、図３Ｂから分かるように、画像を表示する表示時間を長くすることが可能になり、表示画像の輝度を向上させることが可能になる。

例えば、６０Ｈｚで画面をリフレッシュする一般的な表示装置では、１フレーム時間は１６．７ミリ秒である。折り返しミラー７０１〜７０４がない場合に、各長尺走査素子１０５〜１０７が画像を表示する画像走査期間２０３、２０５および２０７をそれぞれ４ミリ秒であり、角度切替器１０３の切替動作期間２０２、２０４および２０６をそれぞれ約１．５ミリ秒であったとする。この場合、折り返しミラー７０１〜７０４を設けることで、切替動作期間２０２、２０４および２０６をそれぞれ約１ミリ秒、画像走査期間２０３、２０５および２０７を４．５ミリ秒にすることが可能になる。この場合、表示画像の輝度を約１１％向上させることができる。

（第６の実施形態）
本実施形態では、背面投射型表示装置の別の構成を説明する。

図９は、本実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図であり、具体的には、背面投射型表示装置を上面から見た横断面図である。

図９に示す背面投射型表示装置は、図２Ａに示した第１の実施形態の背面投射型表示装置と比べて、筐体１０１の代わりに、凹曲面型の筐体８０１を有し、スクリーン１０８の代わりに、凹曲面形状のスクリーン８０３を有する。また、図９に示す背面投射型表示装置は、折り返しミラー８０２をさらに有する。

なお、第１の実施形態では、長尺走査素子１０５〜１０７は、鉛直方向に並設され、レーザビームを鉛直方向に走査していたが、本実施形態では、長尺走査素子１０５〜１０７は、水平方向に並設され、レーザビームを水平方向に走査するものである。

折り返しミラー８０２は、角度切替器１０３から長尺走査素子１０５に向けて出射されたレーザビームを反射して、長尺走査素子１０５に導く反射ミラーである。

本実施形態で説明した凹曲面形状のスクリーン８０３を有する背面投射型表示装置は、例えば、デスクトップＰＣ（Personal computer）用のモニタとして好適である。例えば、使用者が、広い画面の各位置をできるだけ正面から見たい場合などでは、複数のモニタを扇状に並べて使用していがた、本実施形態の背面投射型表示装置では、一つの装置で広い画面を正面から見ることが可能になる。

なお、本実施形態の背面投射型表示装置でも、図１で示したスカート部１００８のような余分な領域がなくてもよいので、図２Ｂに示した背面型表示システムと同様に、複数の背面投射型表示装置を並設した背面型表示システムを構成することができる。この場合、円筒形状に構成された背面型表示システムの中に人が入って画像を視認することが可能になり、その人に没入感を覚えさせることが可能になる。

（第７の実施形態）
本実施形態では、背面投射型表示装置の別の構成を説明する。

図１０は、本実施形態の背面投射型表示装置の構成を示す図であり、具体的には、背面投射型表示装置を上面から見た横断面図である。

図１０に示す背面投射型表示装置は、図２Ａに示した第１の実施形態の背面投射型表示装置と比べて、筐体１０１の代わりに、凸曲面型の筐体９０１を有し、スクリーン１０８の代わりに、凸曲面形状のスクリーン９０５を有する。また、図１０に示す背面投射型表示装置は、折り返しミラー９０２〜９０４をさらに有する。

なお、本実施形態では、第６の実施形態と同様に、長尺走査素子１０５〜１０７は、水平方向に並設され、レーザビームを水平方向に走査するものである。

折り返しミラー９０２〜９０４は、角度切替器１０３から出射されたレーザビームを反射して長尺走査素子１０５〜１０７まで導く反射ミラーである。

折り返しミラー９０２および９０３は、長尺走査素子１０６にレーザビームを導くための反射ミラーである。具体的には、折り返しミラー９０２は、角度切替器１０３から第３の方向に出射されたレーザビームを反射し、折り返しミラー９０３は、折り返しミラー９０２で反射されたレーザビームを反射して、長尺走査素子１０６に入射する。

折り返しミラー９０４は、長尺走査素子１０５にレーザビームを導くための反射ミラーである。具体的には、折り返しミラー９０４は、角度切替器１０３から第４の方向に出射されたレーザビームを反射して、長尺走査素子１０５に入射する。

なお、図９および図１０で示した背面型表示装置は、曲面形状のスクリーンを有する背面型表示装置の例であり、長尺走査素子１０５〜１０７にレーザビームを導くために必要となる折り返しミラーの数や位置は、背面型表示装置の形状や大きさなどの仕様に応じて異なる。また、凸曲面形状のスクリーン９０５を有する背面型表示装置では、図１０に示されたように、角度切替器１０３の切替角度を非常に小さくすることが可能になる。

本実施形態の背面型表示装置は、円柱状の柱の周囲に配置するデジタルサイネージ装置に好適である。なお、本実施形態の背面投射型表示装置でも、図１で示したスカート部１００８のような余分な領域がなくてもよいので、図２Ｂに示した背面型表示システムと同様に、複数の背面投射型表示装置を並設した背面型表示システムを構成することができる。この場合、円柱を囲むような背面型表示システムを構成することが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

また、上記の各実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することが可能であるが、以下には限定されない。

［付記１］
スクリーンと、
光を出射する光出射部と、
前記光の進行方向を変えて出射する偏向部と、
入射光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部と、
前記偏向部が変える光の進行方向を切り替えて、前記偏向部から出射された光を前記複数の走査部のそれぞれに順番に入射させる制御部と、を有する背面投射型表示装置。

［付記２］
前記光出射部から前記スクリーンまでの光路上に配置され、前記走査部による走査の走査方向と交差する方向の各領域の長さを拡大する拡大光学系をさらに有する付記１に記載の背面投射型表示装置。

［付記３］
前記光出射部は、
断面形状が線状の光ビームである線状ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された線状ビームを変調して前記光として出射する１次元空間変調素子と、を有する、付記１または２に記載の背面投射型表示装置。

［付記４］
前記光出射部は、
断面形状が点状の光ビームである点状ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された点状ビームを走査して、前記光として出射する走査素子と、を有する付記１または２に記載の背面投射型表示装置。

［付記５］
前記偏向部は、
前記光を反射するミラーと、
前記ミラーの向きを変える駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記駆動部を用いて前記ミラーの向きを調節して、前記光の進行方向を切り替える、付記１ないし４のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。

［付記６］
前記偏向部は、
前記光を偏向するレンズと、
前記レンズの向きを変えるレンズ駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記駆動部を用いて前記レンズの向きを調節して、前記光の進行方向を切り替える、付記１ないし４のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。

［付記７］
前記走査部は、
前記光を反射する走査ミラーと、
前記走査ミラーの向きを変える走査駆動部と、を有する、付記１ないし６のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。

［付記８］
前記偏向部から出射された光を反射して前記走査部まで導く反射ミラーをさらに有する、付記１ないし７のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。

［付記９］
前記スクリーンは、凹曲面形状または凸曲面形状である、付記１ないし８のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。
［付記１０］
付記１ないし９のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置を複数備え、各背面投射型表示装置を並設した背面投射型表示システム。

［付記１１］
スクリーンと、光を出射する光出射部と、前記光の進行方向を変えて出射する偏向部と、入射光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部とを有する背面投射型表示装置の制御方法であって、
前記偏向部が変える光の進行方向を切り替えて、前記偏向部から出射された光を前記複数の走査部のそれぞれに順番に入射させる、制御方法。

この出願は、２０１２年６月２５日に出願された日本出願特願２０１２−１４１８１０号公報を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１ 筐体
１０２ レーザプロジェクタエンジン
１０３ 角度切替器
１０４ 拡大光学系
１０５、１０６、１０７ 長尺走査素子
１０８ スクリーン
３０１ 線状ビームレーザ光源
３０２ 偏光プリズム
３０３ １次元空間変調素子
３０４ サーボモータ
３０５ ミラー
４０１、４０２、４０３ レーザ素子
４０４ ミラー
４０５、４０６ ダイクロイックプリズム
４０７ 共振型走査素子
４０８ サーボモータ
４０９ レンズ
５０１ サーボモータ
５０２ 長尺ミラー
７０１、７０２、７０３、７０４ 折り返しミラー
８０１ 凹曲面型の筐体
８０２ 折り返しミラー
８０３ 凹曲面形状のスクリーン
９０１ 凸曲面型の筐体
９０２、９０３、９０４ 折り返しミラー
９０５ 凸曲面形状のスクリーン

Claims (10)

1. スクリーンと、
   光を出射する光出射部と、
   前記光の進行方向を変えて出射する偏向部と、
   入射光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部と、
   前記偏向部が変える光の進行方向を切り替えて、前記偏向部から出射された光を前記複数の走査部のそれぞれに順番に入射させる制御部と、を有する背面投射型表示装置。
2. 前記光出射部から前記スクリーンまでの光路上に配置され、前記走査部による走査の走査方向と交差する方向の各領域の長さを拡大する拡大光学系をさらに有する請求項１に記載の背面投射型表示装置。
3. 前記光出射部は、
   断面形状が線状の光ビームである線状ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された線状ビームを変調して前記光として出射する１次元空間変調素子と、を有する、請求項１または２に記載の背面投射型表示装置。
4. 前記光出射部は、
   断面形状が点状の光ビームである点状ビームを出射する光源と、
   前記光源から出射された点状ビームを走査して、前記光として出射する走査素子と、を有する請求項１または２に記載の背面投射型表示装置。
5. 前記偏向部は、
   前記光を反射するミラーと、
   前記ミラーの向きを変える駆動部と、を有し、
   前記制御部は、前記駆動部を用いて前記ミラーの向きを調節して、前記光の進行方向を切り替える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。
6. 前記偏向部は、
   前記光を偏向するレンズと、
   前記レンズの向きを変えるレンズ駆動部と、を有し、
   前記制御部は、前記駆動部を用いて前記レンズの向きを調節して、前記光の進行方向を切り替える、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。
7. 前記偏向部から出射された光を反射して前記走査部まで導く反射ミラーをさらに有する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。
8. 前記スクリーンは、凹曲面形状または凸曲面形状である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の背面投射型表示装置を複数備え、各背面投射型表示装置を並設した背面投射型表示システム。
10. スクリーンと、光を出射する光出射部と、前記光の進行方向を変えて出射する偏向部と、入射光を走査して、前記スクリーンの背面のそれぞれ異なる複数の領域に投射する複数の走査部とを有する背面投射型表示装置の制御方法であって、
    前記偏向部が変える光の進行方向を切り替えて、前記偏向部から出射された光を前記複数の走査部のそれぞれに順番に入射させる、制御方法。

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