WO2005083493A1 - 照明光源及びそれを用いた２次元画像表示装置 - Google Patents

照明光源及びそれを用いた２次元画像表示装置 Download PDF

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WO2005083493A1
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scanning
optical system
illumination light
mirror
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PCT/JP2005/002991
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Ken'ichi Kasazumi
Kiminori Mizuuchi
Kazuhisa Yamamoto
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/101—Scanning systems with both horizontal and vertical deflecting means, e.g. raster or XY scanners
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen

Definitions

  • the present invention relates to a video projector using a two-dimensional spatial light modulator such as a liquid crystal panel and a DMD.
  • FIG. 7 shows a schematic configuration of a conventional laser display, which is described in detail in Non-Patent Document 1, for example.
  • the light from the RGB three-color laser light sources 100a-c is multiplexed by dichroic mirrors 102a and 102b, and then horizontally (X direction) by a polygon scanner 104 and vertically (Y direction) by a galvano scanner 105. Scanned and illuminated on screen 108. At this time, an image is displayed on the screen 108 by performing intensity modulation by the optical modulators 106a to 106c according to the input image signal. For example, to display a moving picture equivalent to an NTSC video signal, about 500 horizontal scanning lines are displayed at 30 frames per second, and the number of horizontal scanning lines is 15,000 per second.
  • the polygon scanner 104 This is realized by, for example, making the polygon scanner 104 a 30-sided body and rotating it at 30,000 rpm.
  • the galvanomirror 105 oscillates vertically 30 times per second.
  • This bandwidth is realized by an optical modulator using an acousto-optic effect or an optical modulator using an electro-optic effect.
  • the feature of the display having this configuration is that, since the light of each of the RGB light sources is monochromatic light, the use of a laser light source of an appropriate wavelength makes it possible to display a vivid image with high color purity. It is. For example, a krypton ion laser with a wavelength of 647.1 nm is used as a red light source, a helium cadmium laser with a wavelength of 441.6 nm is used as a blue light source, and a second harmonic of a neodymium-doped YAG laser with a wavelength of 532 nm is used as a green light source. This makes it possible to display each bright single color.
  • a krypton ion laser with a wavelength of 647.1 nm is used as a red light source
  • a helium cadmium laser with a wavelength of 441.6 nm is used as a blue light source
  • the 30-sided polygon scanner 104 is set to 30,000 rp.
  • the device needs to be rotated at m, which increases the size of the device and increases noise.
  • the incident beam to the polygon scanner 104 is located on the boundary of the reflecting surface, the reflected beam splits in two directions, so that it is impossible to display an image, and the incident beam enters one of the reflecting surfaces. Image display is possible only when For this reason, in order to obtain sufficient light use efficiency, the reflection surface of the polygon scanner 104 needs to be sufficiently larger than the diameter of the incident beam. Therefore, a constant area must be ensured even when the number of reflecting surfaces of the polygon scanner 104 increases, and the size of the polygon scanner 104 increases.
  • Non-Patent Document 1 Baker et ai, A large screen real-time display technology, Proc. Society for Information Display 6th Nat'l Symp., 85-101 (1965).
  • the present invention solves such a problem, and in addition to being compact and highly silent, provides an illumination light source capable of uniformly illuminating a screen or the like, and a two-dimensional image using the same. It is intended to provide a display device.
  • an illumination light source includes a coherent light source, a beam scanning unit that scans light from the coherent light source, and a scanning angle of a beam scanned by the beam scanning unit.
  • the beam scanning means comprises a mirror section and a mirror section oscillating means, and the mirror section is controlled by the mirror section oscillating means to have a primary resonance frequency of the mirror section. It is characterized by being driven in the vicinity.
  • the light of the coherent light source power can be projected onto a predetermined wall or the like functioning as a screen.
  • the light is caused to run on the screen by the beam scanning means.
  • This beam scanning means may be configured to scan light one-dimensionally or may be configured to scan light two-dimensionally.
  • an image can be displayed on, for example, a two-dimensional screen by externally providing a mechanism that performs scanning in a direction orthogonal to the scanning direction.
  • the scanning angle at which the mirror scans the light changes sinusoidally with respect to time, so that a brightness distribution occurs in an image on a screen or the like.
  • the scanning angle is small! / Near the center of the screen, the scanning speed is high, so the locus of light is dark, and the scanning angle is large. Near the edge of the screen, the scanning speed is slow, so the locus of light is bright. Become.
  • the correction optical system performs the correction such that the scanning speed becomes slower in a region where the scanning angle is small, and the scanning speed becomes faster in a region where the scanning angle is large.
  • an illumination light source capable of uniformly illuminating a screen or the like can be realized in addition to being compact and quiet.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image display device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a time change of a beam scanning angle by a beam scanning unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change over time in a scanning angle and a scanning speed when a cylindrical lens is used as a correction optical system.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image display device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image display device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional two-dimensional image display device
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image display device according to the present invention.
  • the light from the laser light source 1 whose intensity has been modulated by the light intensity modulating means 10 according to the input video signal irradiates the two-dimensional MEMS mirror 3.
  • the two-dimensional MEMS mirror 3 is made from a silicon crystal with a thickness of about 10 microns. This is a movable mirror that is held at a position where the bottom substrate force is lifted by etching technology.
  • the central mirror section 31 is connected to the mirror holding section 32 by beams from above and below.
  • the mirror holding section 32 is supported by beams from the left and right directions. Under the central mirror section 31, electrodes divided into right and left are formed on the bottom substrate.
  • the electrostatic force of the central mirror section 31 causes the central mirror section 31 to generate a voltage. Is tilted around the direction in which the beam twists, that is, about the left and right rotation axes.
  • the mirror holding portion 32 On the bottom substrate corresponding to the mirror holding portion 32, vertically divided electrodes are formed, and by applying a voltage between the mirror holding portion 32 and the electrode on the bottom substrate, the mirror force is generated by the electrostatic force.
  • the holding portion 32 is inclined about the direction in which the beam twists, that is, about the vertical rotation axis.
  • the tilt of the central mirror can be freely set in the two-dimensional direction. Since the size of the central mirror part 31 is as small as about lmm square and the rotational moment is small, the primary resonance frequency in the torsion direction can be increased by designing the thickness and width of the beam part, and the center of the horizontal rotation axis is A high primary resonance frequency can be easily obtained.
  • the two-dimensional MEMS mirror 3 has a function as a beam scanning unit. That is, the central mirror section 31 has a function as a mirror section, and the mirror holding section 32 and the electrode on the bottom substrate have a function as a mirror section vibrating means.
  • the center mirror part 31 is 1 mm square
  • the beam width is 50 microns
  • the beam length is 200 microns
  • the primary resonance frequency is about 15 kHz
  • the scanning frequency required for displaying video signals was obtained.
  • the resonance frequency in the Y direction was 4 kHz.
  • the scanning frequency in the Y direction for displaying video signals was 30 times per second, which was more than 100 times the resonance frequency.
  • FIG. 2 shows the change over time in the scanning angle.
  • the scanning angle changes sinusoidally, the scanning speed is almost constant when the scanning angle is small, and the scanning speed decreases as the scanning angle increases. For this reason, when a beam of constant brightness is scanned in a sinusoidal shape in a one-dimensional direction, the trajectory of the beam at a place where the scanning angle is small is In a dark place where the scanning angle is large, there is a problem that the trajectory of the beam becomes bright.
  • the two-dimensional image display device of the present invention uses a beam scanning angle correction optical system.
  • the beam reflected by the MEMS mirror is made incident on a cylindrical lens 2 (an embodiment of a correction optical system) 2 having a concave shape.
  • the curvature of the cylindrical lens 2 is small in the vicinity of the center, that is, in the peripheral portion where the beam is large when the beam scanning angle is small, that is, in the portion where the beam passes when the beam scanning angle is large.
  • the cylindrical lens 2 has third-order spherical aberration. Therefore, when the beam passes through the peripheral portion of the cylindrical lens 2, the scanning angle increases more rapidly, and the brightness distribution due to the difference in the scanning speed can be suppressed.
  • FIG. 2 shows the change over time of the scanning angle with the use of the cylindrical lens 2 by a broken line.
  • the scanning angle is wider than when the cylindrical lens 2 is not used, and the linear range 12 after correction is wider than the linear range 11 (before correction).
  • the scanning speed which is the amount obtained by differentiating the scanning angle with time, belongs to a certain range for a longer time, the brightness distribution on the screen can be reduced.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change over time in a scanning angle and a scanning speed when a cylindrical lens is used as a correction optical system.
  • curves VI and V2 represent the time change of the scanning speed before and after using the cylindrical lens 2, respectively.
  • Curves A1 and A2 represent time changes of the scanning angle before and after using the cylindrical lens 2, respectively.
  • the scanning angle and the scanning speed on the vertical axis are standardized on the basis of the maximum scanning angle and the maximum scanning speed, respectively.
  • the time on the abscissa represents half the time of the resonance cycle, and the time of the quarter cycle is defined as 1.
  • the scanning angle at the point where the scanning angle is 0 (zero) (time is 0 (zero)) is the largest.
  • the running speed decreases as the size increases.
  • the scanning speed at the point where the scanning angle is zero becomes small, and changes to take a minimum value at that point.
  • the width is wider in the time axis (horizontal axis) direction than when the cylindrical lens 2 is not used (curve VI). This means that the time during which the scanning speed belongs to a certain range becomes longer, and as shown in Fig. 2, the linear range becomes wider by using the cylindrical lens 2. And corresponds to.
  • This effect is also due to the fact that the cylindrical lens 2 is a condensing optical system having third-order spherical aberration. As a result, the ratio of the time during which the scanning speed belongs to a certain range to the operation time increases, so that the brightness distribution on the screen can be suppressed to a small value.
  • the cylindrical lens 2 when the cylindrical lens 2 is set such that the scanning speed at the point where the scanning angle is zero is reduced to 90% of the maximum value of the scanning speed, the scanning speed becomes Is small. Since the brightness on the screen corresponds well to the reciprocal of the scanning speed, the range where the brightness distribution is smaller than a predetermined value, for example, 25% (the scanning speed in the figure is between 0.75 and 1.0) Account for more than 70% of the total operating time. And it is preferable to block the remaining 30% of the light so that it does not reach the screen.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the light shielding means according to the present invention.
  • the light reflected by the two-dimensional MEMS mirror 3 passes through the cylindrical lens 2.
  • the transmitted light irradiates a predetermined area on the screen 9 (an irradiation area before shielding).
  • the edge of the pre-shielding irradiation area is illuminated brightly because the scanning speed of light is slower than that near the center, and a large brightness distribution occurs when the whole screen is viewed.
  • the light shielding means 20 for shielding the light irradiating the end of the irradiation area before shielding.
  • the configuration is such that the cylindrical lens 2 is disposed in close contact with the two-dimensional MEMS mirror 3 side. This is because, for example, a metal or other material (carbon black, etc.) may be placed in close contact with the cylindrical lens 2 by force, or those materials may be deposited on the surface of the cylindrical lens 2 by vapor deposition and sputtering. It may be formed directly on top.
  • the light shielding means 20 may be a metal or other material (such as carbon black) that is not required to be disposed in close contact with the cylindrical lens 2, between the cylindrical lens 2 and the two-dimensional MEMS mirror 3, or It is also possible to arrange between the cylindrical lens 2 and the screen 9. In any case, since the light shielding means 20 effectively shields the light irradiating the end of the pre-shielding irradiation area, an illumination light source with a small brightness distribution on the screen and high light use efficiency can be realized. Although only the scanning in the X direction has been described above, the same applies to the scanning in the Y direction, and a description thereof will be omitted.
  • the light shielding means 20 can be used alone in the X direction or the Y direction, or can be used simultaneously in the X direction and the Y direction.
  • Such correction of the brightness distribution can also be performed by, for example, changing the light emission amount of the light source depending on the scanning position, that is, reducing the light emission amount of the light source while scanning the peripheral portion.
  • changing the light emission amount of the light source depending on the scanning position that is, reducing the light emission amount of the light source while scanning the peripheral portion.
  • a light source with a higher output is required to display an image having the same brightness.
  • the two-dimensional image display device of the present invention is more effective when a second harmonic generator is used as a light source.
  • second harmonic generators often use solid-state lasers as their fundamental light source.
  • a 532 nm green laser also generates a YAG solid-state laser power.
  • a power generated by wavelength conversion of 1064 nm infrared light.YAG solid-state lasers cannot modulate their output at high speed, so depending on the scanning position as described above.
  • the brightness distribution cannot be suppressed by controlling the light emission amount of the light source.
  • the two-dimensional image display device according to the present invention can make the amount of light emitted from the light source constant, so that it works effectively even when a light source that cannot be modulated at high speed is used.
  • a full-color two-dimensional image display can be performed by using a configuration in which light beams having a plurality of laser light source powers are combined and then beam scanning is performed.
  • the device is configured.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the correction optical system used in the present invention.
  • FIG. 5 shows an optical configuration of the optical system of FIG. 1 in a direction corresponding to the X direction.
  • a free-form surface mirror (an embodiment of a correction optical system) 5 is used as the scanning angle correction optical system.
  • the free-form surface mirror 5 has a concave shape at its central portion, that is, a region with a small beam scanning angle, and has a convex shape at its peripheral portion, that is, a region with a large beam scanning angle.
  • the scanning angle increases more rapidly, and the above-described scanning speed increases. The lightness distribution due to the difference in the degrees can be suppressed.
  • the light shielding means described above.
  • a metal or another material such as carbon black
  • the light shielding means 20 arranges the plate made of the above material at a position where the optical path between the free-form surface mirror 5 and the two-dimensional MEMS mirror 3 or between the free-form surface mirror 5 and the screen 9 is not blocked. It is also possible.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which a two-dimensional image display device is configured by combining the illumination light source and the projection optical system of the present invention.
  • the light from the laser light source 1 is two-dimensionally scanned and intensity-modulated, and an image is formed directly on the screen.
  • the laser light source 1 emits light with a constant light amount
  • the spatial light modulator 6 is illuminated by using the two-dimensional MEMS mirror 3 and the scanning angle correction optical system 4.
  • the spatial light modulator 6 for example, a liquid crystal panel in which a large number of optical switches using TN liquid crystal elements are two-dimensionally arranged is used.
  • the spatial light modulator 6 is illuminated with a uniform brightness distribution, and a two-dimensional image formed by passing through the spatial light modulator 6 is projected on a screen 9 by a projection lens (projection optical system) 8.
  • a coherent light source having an appropriate wavelength is used as a light source for each of the power RGB described as reflecting light from one laser light source 1 by the two-dimensional MEMS mirror 3. It is also possible to project a color image (see FIG. 7). At this time, the light from the RGB three-color coherent light source is intensity-modulated by an optical modulator according to an input video signal, and then combined by a dichroic mirror. Then, the combined one light beam is incident on one two-dimensional MEMS mirror 3, and is vibrated in two-dimensional directions. Thereby, an illumination light source capable of projecting a vivid color image with high color purity can be realized.
  • the illumination light source according to the present invention is scanned by the coherent light source, the beam scanning unit that scans the light from the coherent light source, and the beam scanning unit.
  • At least a correction optical system for correcting a beam scanning angle wherein the beam scanning means comprises a mirror section and a mirror section vibrating section, and the mirror section is a primary section of the mirror section by the mirror section vibrating section. It is preferable to be driven near the resonance frequency.
  • the light of the coherent light source power can be projected onto a predetermined wall or the like functioning as a screen. At this time, the light travels on the screen by the beam scanning means.
  • This beam scanning means may be configured to scan light one-dimensionally or may be configured to scan light two-dimensionally. In the case of a configuration in which scanning is performed one-dimensionally, an image can be displayed on, for example, a two-dimensional screen by externally providing a mechanism that performs scanning in a direction orthogonal to the scanning direction.
  • the scanning angle at which the mirror scans the light changes in a sinusoidal manner with respect to time, so that a brightness distribution occurs in an image on a screen or the like.
  • the scanning angle is small! / Near the center of the screen, the scanning speed is high, so the locus of light is dark, and the scanning angle is large. Near the edge of the screen, the scanning speed is slow, so the locus of light is bright.
  • the correction optical system performs the correction so that the scanning speed becomes slower in a region where the scanning angle is small, and the scanning speed becomes faster in a region where the scanning angle is large.
  • an illumination light source capable of uniformly illuminating a screen or the like can be realized in addition to being compact and quiet.
  • the illumination light source is the illumination light source (1)
  • the correction optical system is preferably composed of a condensing optical system having third-order spherical aberration.
  • the correction optical system since the correction optical system has a tertiary spherical aberration, the scanning speed is reduced in a region with a small scanning angle, and the scanning speed is increased in a region with a large scanning angle. Corrections can be made. Therefore, the scanning speed of the light scanned by the mirror unit can be made substantially constant on the screen, and It is possible to uniformly illuminate clean or the like.
  • third-order spherical aberration is also generated by, for example, a cylindrical lens whose cross section is a part of a circle. Therefore, the correction optical system having the above functions can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the illumination light source is the illumination light source (1) or (2), wherein a ratio of a scanning angle of the beam scanning means to a maximum scanning angle of light from the coherent light source is a predetermined ratio. It is preferable to further include a light shielding means for shielding the above light.
  • the predetermined ratio may be set according to the situation.For example, light having a ratio of the scanning angle to the maximum scanning angle of 0.9 or more may be shielded, or a change in the scanning speed may be reduced. In order to suppress this, 0.8 or more light may be blocked. The smaller the value of this ratio, the narrower the projection range of the light on the screen, but it is also possible to increase the projection range by increasing the distance of the screener.
  • the illumination light source is any of the illumination light sources (1) to (3), and the scanning speed of the light after passing through the correction optical system has a minimum value at a point where the scanning angle is zero. It is preferable to take
  • the scanning speed at the point where the scanning angle is zero (“0”) is the largest.
  • the scanning speed decreases as the scanning angle increases.
  • a condensing optical system having a third-order spherical aberration or a free-form surface mirror having a surface shape represented by a fourth-order function is used as a correction optical system, a point where the scanning angle is zero is obtained.
  • the scanning speed can be reduced, and the minimum value can be obtained at that point.
  • the time during which the scanning speed belongs to a certain range becomes longer, so that the ratio of the time to the operation time increases, and the brightness distribution on the screen can be suppressed to a small value.
  • the illumination light source is any one of the illumination light sources (1) to (4), and the scanning speed of the light after passing through the correction optical system has a scanning speed at a point where the scanning angle is zero. Is preferably 90% or less of the maximum value.
  • the scanning speed at the point where the scanning angle is zero is equal to the maximum value of the scanning speed. Since the correction optical system is set so as to be reduced to 90%, the variation in the scanning speed is reduced. Since the brightness on the screen corresponds well to the reciprocal of the scanning speed, the range in which the brightness distribution becomes smaller than a predetermined value increases the proportion of the operation time. Therefore, an illumination light source having a small brightness distribution on the screen and high light use efficiency can be realized.
  • the illumination light source is any of the illumination light sources (2) to (5), and the time when the light shielding means shields the light from the coherent light source is within 30% of the operation time. Preferably it is. According to this configuration, since 70% of the operation time can be used, an illumination light source with high light use efficiency can be realized. At this time, for example, if a condensing optical system having a third-order spherical aberration is used as the correction optical system, the brightness distribution on the screen can be suppressed to as small as about 25%.
  • the illumination light source is the illumination light source (1), and the correction optical system preferably has a free-form surface mirror force.
  • the free-form surface mirror has a concave shape at its central portion, that is, a region with a small scanning angle, and has a convex shape at its peripheral portion, that is, a region with a large scanning angle.
  • the surface is a curved surface described by a quadratic function of the cross-sectional shape force formed by the light incident on the free-form surface mirror and the reflected light. With this shape, the scanning angle becomes smaller when light passes through the central portion of the free-form surface mirror, and becomes larger when light passes through the peripheral portion.
  • an illumination light source capable of uniformly illuminating a screen or the like by suppressing the brightness distribution due to the difference in scanning speed can be realized. Furthermore, since a correction optical system having a cross-sectional shape described by a function of about the fourth order is easy to manufacture, the manufacturing cost can be reduced.
  • the illumination light source is any one of the illumination light sources (1) to (7), and it is preferable that the coherent light source also has the power of a red coherent light source, a green coherent light source, and a blue coherent light source. According to this configuration, since a coherent light source of an appropriate wavelength, in which the light of each of the RGB light sources is monochromatic light, is used, an illumination light source with high color purity and capable of projecting a vivid color image can be realized.
  • the illumination light source is any one of the illumination light sources (1) to (8), and at least the green coherent light source converts a wavelength of a coherent light source having an infrared wavelength into green light. It is also preferred that the second harmonic generator power to generate According to this configuration, At least, a green coherent light source is a light source in which the wavelength of light from a coherent light source having an infrared wavelength is converted into a half, so that it is a monochromatic light and has high color purity and high brightness. Further, the blue coherent light source may be a second harmonic generator for generating blue light, or may be a semiconductor laser light source for emitting blue light.
  • the red coherent light source is preferably composed of a semiconductor laser light source or the like that emits red light. By using these light sources, an illumination light source capable of projecting a vivid color image can be realized.
  • the two-dimensional image display device provides an illumination light source according to any one of claims 1 to 9 and a projection that projects the light of the illumination light source onto a screen. It is preferable to provide at least an optical system. According to this configuration, it is possible to realize a two-dimensional image display device capable of uniformly displaying an image on a screen or the like, in addition to being small and quiet.
  • the two-dimensional image display device can obtain a uniform illumination light distribution with a small beam scanning means having low power consumption, and can be used for a television receiver, a projection type data display, and a home theater. It can be used for systems, movie projectors for theaters, and large-screen advertisement display media. It can also be used for manufacturing equipment that is strong in photolithography technology, such as semiconductor exposure equipment.

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Abstract

　ガルバノミラーとポリゴンスキャナを用いた２次元ビーム走査方法ではポリゴンスキャナが大きく、かつ騒音が大きい。また、小型のミラーを振動させる方法では走査角によって明度分布が生じるという課題がある。 　そこで、ＭＥＭＳミラーなどの比較的小さなミラーをその共振周波数付近で振動させてビームを走査する。その際、補正光学系を用いることで走査角を補正し、一様照明を実現する。

Description

明 細 書
照明光源及びそれを用いた 2次元画像表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、液晶パネルや DMDなどの 2次元空間光変調素子を用いた映像プロジ クタに関するものである。
背景技術
[0002] 図 7に例えば非特許文献 1などに詳説されて 、る従来のレーザディスプレイの概略 構成を示す。 RGB3色のレーザ光源 100a— cからの光は、ダイクロイツクミラー 102a 、 102bにて合波され、ポリゴンスキャナ 104にて水平方向（X方向）に、ガルバノスキ ャナ 105によって垂直方向（Y方向）に走査され、スクリーン 108上に照射される。こ のとき、入力映像信号に応じて光変調器 106a— 106cで強度変調することで、スクリ ーン 108上に映像が表示される。例えば、 NTSCビデオ信号に相当する動画を表示 するためには、水平方向の走査線約 500本を毎秒 30フレーム表示することになり、 水平走査線数は毎秒 15000本となる。これは例えばポリゴンスキャナ 104を 30面体 とし、 3万 rpmで回転させることで実現される。ガルバノミラー 105は毎秒 30回垂直方 向に往復振動させる。水平方向の分解能は、この走査速度に対して、光変調器の変 調速度で決まる。例えば上記の走査速度で水平方向に 500TV本の分解能を得るた めには 500 X 15000 = 7500000より、 10MHz程度の帯域幅力 S必要となる。この帯 域幅は、音響光学効果を用いた光変調器や電気光学効果を用いた光変調器によつ て実現される。
[0003] この構成のディスプレイの特徴は、 RGBそれぞれの光源の光が単色光であるため 、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高ぐ鮮やかな画像の表示が 可能となることである。例えば赤色光源として、波長 647. 1ナノメートルのクリプトンィ オンレーザ、青色光源として波長 441. 6ナノメートルのヘリウムカドミウムレーザ、緑 色光源として、波長 532ナノメートルのネオジゥムドープ YAGレーザの第 2高調波を 用いることでそれぞれの鮮やかな単色の色表示が可能となる。
[0004] しかしながら図 7の構成では、前述のように 30面体のポリゴンスキャナ 104を 3万 rp mで回転させる必要があるため装置が大きくなり、かつ騒音が大きくなるという課題が あった。また、ポリゴンスキャナ 104への入射ビームが反射面の境界線上に位置する 時には反射ビームが 2方向に分かれるため映像表示を行うことができず、入射ビーム がいずれかひとつの反射面内に入射しているときのみ画像表示が可能となる。このた め、十分な光利用効率を得るためには、ポリゴンスキャナ 104の反射面は、入射する ビームの径に比べて十分に大きくする必要がある。そのため、ポリゴンスキャナ 104の 反射面数が増加したときも一定の面積を確保しなければならず、ポリゴンスキャナ 10 4のサイズが大きくなる。
非特干文献 1： Baker et ai, A large screen real-time display techniq ue, Proc. Society for Information Display 6th Nat' l Symp. , 85 -101 (1965) .
発明の開示
[0005] そこで本発明は、このような問題を解決し、小型かつ静粛性が高いことに加え、スク リーン等を一様に照明することが可能な照明光源、及びそれを用いた 2次元画像表 示装置を提供することを目的とする。
[0006] この目的のために本発明の一態様に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コ ヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査 されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走 查手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振 動手段によって前記ミラー部の 1次共振周波数付近で駆動されることを特徴とする。
[0007] この態様によれば、コヒーレント光源力 の光は、スクリーンとして機能する所定の壁 等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走 查される。このビーム走査手段は光を 1次元に走査させる構成であってもよいし、 2次 元に走査させる構成であってもよい。 1次元に走査させる構成の場合には、その走査 方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、 2次元のスクリ ーン上に画像を表示させることも可能となる。
[0008] また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によ れば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのた め、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって 1次共振周波数付近で駆 動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定し た駆動を実現できる。
[0009] し力しながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波 状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、 走査角が小さ!/、スクリーンの中心付近では、走査速度が速!、ため光の軌跡が暗く、 走査角が大き 、スクリーンの端付近では、走査速度が遅 、ため光の軌跡が明るくな る。
[0010] このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなる ように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これによ り、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な 照明光源が実現できる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明に係る 2次元画像表示装置の実施の形態 1の概略構成図
[図 2]ビーム走査手段によるビーム走査角の時間変化を示す図
[図 3]補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間変化 を示す図
圆 4]本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図
[図 5]本発明に係る 2次元画像表示装置の実施の形態 2の概略構成図
[図 6]本発明に係る 2次元画像表示装置の実施の形態 3の概略構成図
[図 7]従来の 2次元画像表示装置の概略構成図
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[0013] (実施の形態 1)
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
[0014] 図 1は本発明に係る 2次元画像表示装置の概略構成図である。入力映像信号に応 じて光強度変調手段 10で強度変調されたレーザ光源 1からの光は、 2次元 MEMSミ ラー 3を照射する。 2次元 MEMSミラー 3は 10ミクロン程度の厚みのシリコン結晶から なる可動ミラーであり、エッチング技術により底面基板力 浮上した位置に保持されて いる。中央ミラー部 31は上下方向から梁によってミラー保持部 32に接続されている。 また、ミラー保持部 32は左右方向から梁によって支持されている。中央ミラー部 31の 下側には底面基板には左右に分割された電極が形成され、中央ミラー部 31と底面 基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力により中央ミラー部 31が梁 にねじりを生じる方向すなわち左右回転軸を中心にして傾斜する。
[0015] ミラー保持部 32に対応する底面基板には上下に分割された電極が形成され、ミラ 一保持部 32と底面基板上電極の間に電圧を印加することで、その静電気力によりミ ラー保持部 32が梁にねじりを生じる方向すなわち上下回転軸を中心にして傾斜する 。この両軸方向の傾斜を同時に制御する事で中央ミラー部の傾きを 2次元方向で自 由に設定できる。中央ミラー部 31の大きさは約 lmm角と小さく回転モーメントも小さ いため、梁部の厚みや幅の設計によってねじれ方向の 1次共振周波数を高くすること ができ、左右方向の回転軸中心には容易に高い 1次共振周波数を得ることができる 。本実施の形態及び以下の実施の形態 2, 3においては、 2次元 MEMSミラー 3がビ ーム走査手段としての機能を有する。つまり、中央ミラー部 31がミラー部として、ミラ 一保持部 32や底面基板上電極等がミラー部振動手段としての機能を有する。
[0016] 前述したように、 NTSCのビデオ画像を表示するためには X方向に毎秒 15000本 の走査線を生じる必要がある。中央ミラー部 31を lmm角、梁の幅を 50ミクロン、梁の 長さを 200ミクロンとしたとき、 1次共振周波数は約 15kHzとなり、ちょうどビデオ信号 の表示に必要な走査周波数が得られた。また Y方向の共振周波数は 4kHzであった 。ビデオ信号の表示には Y方向の走査周波数は毎秒 30回であり、 100倍以上の共 振周波数となった。
[0017] このように MEMSミラーを用いてビームを高速に走査する際には、ミラーが共振点 付近で駆動されるために、走査角は時間に対して正弦波状の変化を示し、明度分布 力 S生じることになる。走査角の時間変化を図に示したのが図 2である。図のように走査 角が正弦波状に変化したときには、走査角が小さな時にはほぼ走査速度が一定で、 走査角が大きくなるに従い、走査速度が遅くなる。このため、一定の明るさのビームを 1次元方向に正弦波状に走査したときには、走査角が小さな場所でビームの軌跡が 暗ぐ走査角が大きな場所ではビームの軌跡が明るくなるという不具合が生じる。
[0018] この問題を解決するために本発明の 2次元画像表示装置では、ビーム走査角補正 光学系を用いて 、る。具体的には図 1のように MEMSミラーによる反射後のビームを 凹面形状を持つ円柱レンズ (補正光学系の一形態） 2に入射させる。円柱レンズ 2の 曲率は、中心付近すなわちビーム走査角の小さな領域で大きぐ周辺部分すなわち ビーム走査角の大きな時にビームが通過する部分で小さくなつている。これは、円柱 レンズ 2が 3次球面収差を有すると言い換えることができる。したがって、円柱レンズ 2 の周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査 速度の違 、による明度分布を抑制することができる。
[0019] 円柱レンズ 2を用いた場合の走査角の時間変化を図 2に破線で示す。これからわか るように、円柱レンズ 2を用いない場合に比べて走査角が広くなり、補正後線形範囲 1 2も (補正前)線形範囲 11より広くなつている。つまり、走査角を時間微分した量であ る走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなるため、スクリーン上の明度分布 を小さく抑えることが可能となる。
[0020] 図 3は、補正光学系として円柱レンズを用いた場合の走査角及び走査速度の時間 変化を示す図である。ここで、曲線 VI及び V2は、それぞれ円柱レンズ 2を用いる前 後の走査速度の時間変化を表す。また、曲線 A1及び A2は、それぞれ円柱レンズ 2 を用いる前後の走査角の時間変化を表す。縦軸の走査角及び走査速度は、それぞ れ最大走査角及び最大走査速度を基準として規格化してある。また、横軸の時間は 、共振周期の半分の時間を表しており、 4分の 1周期の時間を 1として規格ィ匕してある
[0021] この図の曲線 VIからわ力るように、円柱レンズ 2を用いない場合、走査角が 0 (ゼロ ) (時間が 0 (ゼロ））の点の走査速度が最も大きぐ走査角が大きくなるにしたがって走 查速度は小さくなつていく。ここで、円柱レンズ 2を用いると、曲線 V2に示されるように 、走査角がゼロの点の走査速度が小さくなり、その点で極小値をとるように変化する。 さらに、円柱レンズ 2を用いない場合（曲線 VI)と比較して、時間軸 (横軸)方向に幅 が広がっている。これは、走査速度がある一定の範囲に属する時間が長くなることを 意味しており、図 2に示したように、円柱レンズ 2を用いることで線形範囲が広くなるこ とに対応している。また、この効果は、円柱レンズ 2が 3次球面収差を有する集光光学 系であることに起因する。これにより、走査速度がある一定の範囲に属する時間が操 作時間に占める割合が増加するため、スクリーン上の明度分布を小さく抑えることが 可能となる。
[0022] また、この図の曲線 V2からわ力るように、走査角がゼロの点における走査速度が、 走査速度の最大値の 90%まで低下するように円柱レンズ 2を設定すると、走査速度 のばらつきが小さくなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するの で、これにより明度分布が所定の値、例えば 25%より小さくなる範囲（図の走査速度 が 0. 75から 1. 0の間）が操作時間に占める割合が高くなり、全体の 70%以上となる 。そして、残りの 30%以内の光はスクリーンに到達しないように遮蔽することが好まし い。
[0023] 図 4は、本発明に係る光遮蔽手段の一実施形態を示す概略構成図である。ここで は、 X方向の走査のみについて説明する。 2次元 MEMSミラー 3で反射された光は、 円柱レンズ 2を通過する。このとき、円柱レンズ 2のみであれば、通過した光はスクリー ン 9上の所定の領域 (遮蔽前照射領域)を照射する。しかしながら、前述したように、 遮蔽前照射領域の端部は中心付近に比べて光の走査速度が遅いため明るく照射さ れてしま 、、スクリーン全体として見ると大きな明度分布が生じて 、る。
[0024] そこで、本実施形態にお!、ては、遮蔽前照射領域の端部を照射する光を遮蔽する ための光遮蔽手段 20を設ける。本実施の形態においては、円柱レンズ 2の 2次元 M EMSミラー 3側に密着させて配置する構成としている。これは、例えば、金属あるい はそれ以外の材料 (カーボンブラック等)力 なる板を円柱レンズ 2に密着させて配置 してもよいし、それらの材料を蒸着ゃスパッタ等により円柱レンズ 2の面上に直接形成 してもよい。さらには、光遮蔽手段 20は、円柱レンズ 2に密着させて配置する必要は なぐ金属あるいはそれ以外の材料 (カーボンブラック等)からなる板を円柱レンズ 2と 2次元 MEMSミラー 3との間、あるいは円柱レンズ 2とスクリーン 9との間に配置するこ とも可能である。いずれの場合も、光遮蔽手段 20が遮蔽前照射領域の端部を照射 する光を有効に遮蔽するため、スクリーン上の明度分布が小さぐかつ光の利用効率 が高い照明光源を実現できる。 [0025] 以上、 X方向の走査のみについて説明したが、 Y方向の走査についても同様である ので、説明は省略する。また、この光遮蔽手段 20は、 X方向あるいは Y方向に単独で 用いることもできるし、 X方向及び Y方向に同時に用いることもできる。
[0026] このような明度分布の補正は、例えば走査位置によって光源の発光量を変化させ る、すなわち周辺部分を走査している際に光源の発光量を減少させるなどの方法に よっても行えるが、その場合には同じ明るさの画像を表示する際により高出力の光源 が必要になるという問題点がある。
[0027] また本発明の 2次元画像表示装置は、光源に二次高調波発生装置を用いた場合 により有効である。通常二次高調波発生装置はその基本波光源として固体レーザを 用いることが多い。例えば 532nmの緑色レーザは YAG固体レーザ力も発生される 1 064nmの赤外光の波長変換によって生成される力 YAG固体レーザは高速にその 出力を変調することができないため、上述のような走査位置によって光源の発光量を 制御する方法では明度分布を抑制することができない。これに対して本発明に係る 2 次元画像表示装置は、光源の発光光量を一定にできるため、高速に変調できない 光源を用いた場合にも有効に作用する。
[0028] また本実施の形態では一つのレーザ光源を用いた場合の構成例を示した力 複数 のレーザ光源力 の光を合波したのちにビーム走査する構成を用いればフルカラー の 2次元画像表示装置が構成される。
[0029] なお、従来のポリゴンスキャナを用いた水平走査の場合は、水平に単一方向走査 が行われるのに対して、本願のミラーを用いた水平走査の場合は、両方向走査を用 、ることが有効である。
[0030] (実施の形態 2)
図 5は本発明に用いる補正光学系の別の実施の形態を示している。図 5は、図 1の 光学系の X方向に対応する方向の光学構成を示している。ここでは走査角補正光学 系として、自由曲面ミラー (補正光学系の一形態） 5を用いている。自由曲面ミラー 5 はその中心部分すなわちビーム走査角の小さな領域で凹面形状を持ち、周辺部分 すなわちビーム走査角の大きな領域で凸面形状を持っている。自由曲面ミラー 5の 周辺部分をビームが通過するときにはより急速に走査角が大きくなり、前述の走査速 度の違いによる明度分布を抑制することができる。
[0031] また、この自由曲面ミラー 5においても、前述した光遮蔽手段を設けることが可能で ある。この場合には、例えば、自由曲面ミラー 5の反射面側に金属あるいはそれ以外 の材料 (カーボンブラック等）を蒸着ゃスパッタ等により自由曲面ミラー 5の面上に直 接形成してもよい。さらには、光遮蔽手段 20は、上記の材料力 なる板を自由曲面ミ ラー 5と 2次元 MEMSミラー 3との間、あるいは自由曲面ミラー 5とスクリーン 9との間 の光路を遮らない位置に配置することも可能である。
[0032] (実施の形態 3)
図 6は本発明の照明光源と投影光学系を組み合わせて 2次元画像表示装置を構 成した実施の形態を示している。実施の形態 2までの構成では、レーザ光源 1からの 光を 2次元に走査するとともに強度変調し、直接スクリーン上に画像を形成して 、た のに対して、図 6に示した本実施の形態ではレーザ光源 1を一定の光量で発光させ、 2次元 MEMSミラー 3と走査角補正光学系 4とを用いて空間光変調素子 6を照明して V、る。空間光変調素子 6は例えば TN液晶素子を用いた光スィッチを 2次元に多数配 列した液晶パネルなどが用いられる。空間光変調素子 6は一様な明度分布で照明さ れるが、これを通過して形成された 2次元画像は投射レンズ (投影光学系） 8によって スクリーン 9に投射される。
[0033] 以上説明した実施の形態 1一 3においては、 1つのレーザ光源 1からの光を 2次元 MEMSミラー 3で反射するとして説明した力 RGBそれぞれの光源として適当な波 長のコヒーレント光源を用い、カラー画像を投影することも可能である（図 7参照)。こ のとき、 RGB3色のコヒーレント光源からの光は、入力映像信号に応じて光変調器で 強度変調された後、ダイクロイツクミラーにて合波される。そして、合波された 1本の光 ビームは、 1つの 2次元 MEMSミラー 3に入射し、 2次元方向に振動させられる。これ により、色純度が高ぐ鮮やかなカラー画像の投影が可能な照明光源が実現できる。
[0034] [実施の形態の概要]
本発明に係る実施の形態の概要を以下に記載する。
[0035] (1)上記したように、本願発明に係る照明光源は、コヒーレント光源と、前記コヒーレ ント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、前記ビーム走査手段で走査された ビームの走査角を補正する補正光学系と、を少なくとも具備し、前記ビーム走査手段 はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、前記ミラー部は前記ミラー部振動手段 によって前記ミラー部の 1次共振周波数付近で駆動されることが好ましい。
[0036] この構成によれば、コヒーレント光源力 の光は、スクリーンとして機能する所定の壁 等の上に投影され得るが、このとき、当該光はビーム走査手段によりスクリーン上を走 查される。このビーム走査手段は光を 1次元に走査させる構成であってもよいし、 2次 元に走査させる構成であってもよい。 1次元に走査させる構成の場合には、その走査 方向と直交する方向に走査させる機構を外部に設けることで、例えば、 2次元のスクリ ーン上に画像を表示させることも可能となる。
[0037] また、ビーム走査手段に備えられたミラー部を駆動する場合、通常の駆動方法によ れば振幅を大きくすることが困難であり、さらに駆動力の不均一や空気抵抗などのた め、駆動が安定しない。そこで、ミラー部振動手段によって 1次共振周波数付近で駆 動することにより、スクリーンを走査するのに十分な大きさの振幅を有し、かつ安定し た駆動を実現できる。
[0038] し力しながら、このままでは、ミラー部が光を走査する走査角は時間に対して正弦波 状の変化を示すため、スクリーン上の画像等に明度分布が生じることになる。つまり、 走査角が小さ!/、スクリーンの中心付近では、走査速度が速!、ため光の軌跡が暗く、 走査角が大き 、スクリーンの端付近では、走査速度が遅 、ため光の軌跡が明るくな る。
[0039] このため補正光学系により、例えば、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなる ように、また走査角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行う。これによ り、小型かつ静粛性が高いことに加え、スクリーン等を一様に照明することが可能な 照明光源が実現できる。
[0040] (2)照明光源は、照明光源（1)であって、前記補正光学系は 3次球面収差を有す る集光光学系からなることが好ましい。この構成によれば、補正光学系が 3次球面収 差を有しているため、走査角が小さい領域では走査速度が遅くなるように、また走査 角が大きい領域では走査速度が速くなるように補正を行うことができる。そのため、ミ ラー部により走査される光の走査速度をスクリーン上でほぼ一定とすることができ、ス クリーン等を一様に照明することが可能となる。さらに、 3次球面収差は、例えば、断 面が円の一部である円柱レンズによっても発生する。そのため、上記の機能を有する 補正光学系は作製が容易であり、製造コストを抑えることができる。
[0041] (3)照明光源は、照明光源（1)又は（2)であって、前記コヒーレント光源からの光の うち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走査角に対する比が、所定の割合以 上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備えることが好ましい。
[0042] この構成によれば、最大走査角付近における走査速度が遅い領域の光は、光遮蔽 手段により遮蔽されスクリーン上に到達しない。そのため、ミラー部により走査される 光の走査速度の変化を小さく抑えることができ、スクリーン等を一様に照明することが 可能となる。ここで、所定の割合は状況に応じて設定すればよぐ例えば、走査角の 最大走査角に対する比が 0. 9以上の光を遮蔽するようにしてもよいし、さらに走査速 度の変化を抑えるために 0. 8以上の光を遮蔽するようにしてもよい。この比の値が小 さくなれば、それだけスクリーン上における光の投影範囲は狭くなるが、その分スクリ ーンカもの距離を遠ざければ投影範囲を広げることも可能である。
[0043] (4)照明光源は、照明光源（1)乃至（3)のいずれかであって、前記補正光学系を 通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極小値をとることが好ま しい。
[0044] 補正光学系を用いない場合、走査角がゼロ（「0」）の点の走査速度が最も大きぐ 走査角が大きくなるにしたがって走査速度は小さくなつていく。ここで、例えば、 3次の 球面収差を有する集光光学系や、 4次の関数で表される表面形状を持つ自由曲面ミ ラー等を補正光学系として用いれば、走査角がゼロの点の走査速度を小さくし、その 点で極小値をとるように構成することができる。これにより、走査速度がある一定の範 囲に属する時間も長くなるため、当該時間が操作時間に占める割合も増加し、スクリ ーン上の明度分布を小さく抑えることが可能となる。
[0045] (5)照明光源は、照明光源（1)乃至 (4)のいずれかであって、前記補正光学系を 通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走査速度の最大値の 90 %以下になることが好ましい。
[0046] この構成によれば、走査角がゼロの点における走査速度が、走査速度の最大値の 90%まで低下するように補正光学系が設定されるので、走査速度のばらつきが小さ くなる。スクリーン上の明るさは、走査速度の逆数とよく対応するので、これにより明度 分布が所定の値より小さくなる範囲が操作時間に占める割合が高くなる。そのため、 スクリーン上の明度分布が小さぐかつ光の利用効率が高い照明光源を実現できる。
[0047] (6)照明光源は、照明光源（2)乃至（5)のいずれかであって、前記光遮蔽手段が 前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の 30%以内であることが 好ましい。この構成によれば、操作時間の 70%を使うことができるので、光の利用効 率が高い照明光源を実現できる。このとき、例えば、 3次球面収差を有する集光光学 系を補正光学系として用いれば、スクリーン上の明度分布を 25%程度と小さく抑える ことち可會となる。
[0048] (7)照明光源は、照明光源（1)であって、前記補正光学系は自由曲面ミラー力もな ることが好ましい。ここで、自由曲面ミラーはその中心部分すなわち走査角の小さな 領域で凹面形状を持ち、周辺部分すなわち走査角の大きな領域で凸面形状を有し ている。これは、例えば、自由曲面ミラーへの入射光と反射光で作られる平面での断 面形状力 次関数で記述されるような曲面であることを意味する。この形状により、自 由曲面ミラーの中心部分を光が通過するときには走査角が小さくなり、周辺部分を光 が通過するときには走査角が大きくなる。そのため、走査速度の違いによる明度分布 を抑制し、スクリーン等を一様に照明することが可能な照明光源が実現できる。さらに 、4次程度の次数の関数で記述される断面形状を有する補正光学系は作製が容易 であるため、製造コストを抑えることができる。
[0049] (8)照明光源は、照明光源（1)乃至（7)のいずれかであって、前記コヒーレント光 源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒーレント光源と力もなる ことが好ましい。この構成によれば、 RGBそれぞれの光源の光が単色光である、適当 な波長のコヒーレント光源を用いるので、色純度が高ぐ鮮やかなカラー画像の投影 が可能な照明光源が実現できる。
[0050] (9)照明光源は、照明光源（1)乃至 (8)のいずれかであって、少なくとも前記緑色 コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源力 の光を波長変換して緑色 光を発生する二次高調波発生装置力もなることが好ましい。この構成によれば、少な くとも緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源からの光の波長が 半分に変換された光源であるため、単色光であり色純度が高ぐかつ高輝度である。 また、青色コヒーレント光源は、青色光を発生する二次高調波発生装置力 なってい てもよいし、青色の光を出射する半導体レーザ光源等力もなつていてもよい。そして、 赤色コヒーレント光源は、赤色の光を出射する半導体レーザ光源等からなって ヽるこ とが好ましい。これらの光源を用いることにより、鮮ゃ力なカラー画像の投影が可能な 照明光源が実現できる。
[0051] (10)上記したように、本願発明に係る 2次元画像表示装置は、請求項 1乃至 9のい ずれ力に記載の照明光源と前記照明光源力もの光をスクリーン上に投影する投影光 学系とを少なくとも備えることが好ましい。この構成によれば、小型かつ静粛性が高い ことに加え、スクリーン等に一様に画像を表示することが可能な 2次元画像表示装置 が実現できる。
[0052] 本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であ つて、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例力 この発明の範囲力 外れることなく想定され得るものと解される。 産業上の利用可能性
[0053] 本発明にかかる 2次元画像表示装置は消費電力の小さい小型のビーム走査手段 で一様な照明光分布を得ることが可能であり、テレビ受像器、投写型データディスプ レイ、家庭用シアターシステム、劇場用映画投写装置、大画面広告表示媒体などに 利用可能である。また半導体露光装置などのフォトリソグラフィ技術に力かる製造装 置にも利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からの光を走査させるビーム走査手段と、
前記ビーム走査手段で走査されたビームの走査角を補正する補正光学系と、を少 なくとも具備し、前記ビーム走査手段はミラー部とミラー部振動手段とから構成され、 前記ミラー部は前記ミラー部振動手段によって前記ミラー部の 1次共振周波数付近 で駆動されることを特徴とする照明光源。
[2] 前記補正光学系は 3次球面収差を有する集光光学系からなることを特徴とする請 求項 1に記載の照明光源。
[3] 前記コヒーレント光源からの光のうち、前記ビーム走査手段による走査角の最大走 查角に対する比が、所定の割合以上となる光を遮蔽する光遮蔽手段をさらに備える ことを特徴とする請求項 1又は 2に記載の照明光源。
[4] 前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において極 小値をとることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれかに記載の照明光源。
[5] 前記補正光学系を通過した後の光の走査速度が、走査角がゼロの点において走 查速度の最大値の 90%以下になることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記 載の照明光源。
[6] 前記光遮蔽手段が前記コヒーレント光源からの光を遮蔽する時間が、操作時間の 3 0%以内であることを特徴とする請求項 2乃至 5のいずれかに記載の照明光源。
[7] 前記補正光学系は自由曲面ミラー力 なることを特徴とする請求項 1に記載の照明 光源。
[8] 前記コヒーレント光源は、赤色コヒーレント光源と緑色コヒーレント光源と青色コヒー レント光源とからなることを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれかに記載の照明光源。
[9] 少なくとも前記緑色コヒーレント光源は、赤外波長を有するコヒーレント光源力もの 光を波長変換して緑色光を発生する二次高調波発生装置からなることを特徴とする 請求項 1乃至 8のいずれかに記載の照明光源。
[10] 請求項 1乃至 9のいずれかに記載の照明光源と前記照明光源からの光をスクリーン 上に投影する投影光学系とを少なくとも備えることを特徴とする 2次元画像表示装置
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