画像表示装置
【課題】コンパクトでありながら、組み立てコストを増大させることなく、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】組み立て時等において、ＭＥＭＳミラーの手前に設けたハーフミラーから反射したレーザビームを入射した検出器ＰＤからの信号に基づいて、スポットの相対位置ズレを検出する。例えばラスター走査の末端では、画像を表示しないので、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを順々に照射して、スポットの位置ズレを検出器ＰＤで検出する。検出された位置ズレは、ソフト又はハード的に補正される。
【解決手段】組み立て時等において、ＭＥＭＳミラーの手前に設けたハーフミラーから反射したレーザビームを入射した検出器ＰＤからの信号に基づいて、スポットの相対位置ズレを検出する。例えばラスター走査の末端では、画像を表示しないので、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを順々に照射して、スポットの位置ズレを検出器ＰＤで検出する。検出された位置ズレは、ソフト又はハード的に補正される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザビーム等を走査して画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光線を偏光・走査する光走査装置は、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光走査装置については、多角柱ミラーをモータで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエータによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光走査装置においては、ミラーやモータを電磁アクチュエータで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光走査装置の小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。
【０００３】
そこで、光走査装置の小型化、低価格化及び生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光走査装置（いわゆる、ＭＥＭＳミラー）の開発が進んでいる。
【０００４】
このようなＭＥＭＳミラーを用いた１次元走査の光走査装置を２組配置し、各々のミラーで反射される光線をそれぞれ水平走査、垂直走査することにより、投影面に２次元画像を表示させる画像投影装置が開発されている。また、水平走査及び垂直走査ができる２次元走査の光走査装置を用いれば、単体でラスター走査（水平走査及び垂直走査）でき、小型化及び低価格化に繋がる。
【０００５】
例えば特許文献１には、ＭＥＭＳミラーを用いてラスター走査を行うことで画像を表示できる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６８６４５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５０９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、カラー画像を表示するためには、異なる光源から、異なる色のレーザビームを画素毎に照射する必要があるが、光学系やミラーの配置によって、レーザビームの照射位置がずれた結果、色ズレを生じる恐れがある。しかしながら、色ズレをなくすための光学系やミラーの微調整は困難な作業であり、これにより組み立てコストの増大を招いている。又、温度変化や経時劣化等によって、色ズレが生じる恐れもあるが、その都度ミラーや光学系の再調整を行うことは困難である。
【０００８】
これに対し特許文献２では、可動ミラーとスクリーンの間にハーフミラーを設け、ハーフミラーから反射された２つのビームを検出器で検出することで、ビームの位置ズレを検出する構成が開示されている。しかしながら、特許文献２の技術によれば、可動ミラーが傾動することにより、ハーフミラーに入射するビームの位置が大きく変動するから、ハーフミラーや検出器の受光面の面積を相当に大きく確保する必要があり、これにより装置の大型化を招くという問題がある。更に、特許文献２の検出器はＣＣＤ等の撮像素子を用いているために、コスト増を招くという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら、組み立てコストを増大させることなく、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の画像表示装置は、
異なる色のレーザビームを出射するレーザ光源と、
バッファメモリに記憶された画像データに基づいて、前記レーザ光源を変調するレーザ制御部と、
前記レーザ光源から出射された前記異なる色のレーザビームを結合させ光路を一致させる結合手段と、
前記結合手段から出射したレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、
前記結合手段と前記走査部との間に配置され、前記結合手段から出射したレーザビームを、所定のタイミングで検出する検出器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の原理を、図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかる画像表示装置の一例の概略図である。図１において、画像表示装置は、赤色のレーザビームを出射する赤色光源ＬＤｒと、赤色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｒと、赤色のレーザビームを反射するミラーＭＲｒと、青色のレーザビームを出射する青色光源ＬＤｂと、青色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、青色のレーザビームを反射するが赤色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｂと、緑色のレーザビームを出射する緑色光源ＬＤｇと、緑色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するが緑色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｇと、ハーフミラーＨＦと、メインミラーＭＭと、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳと、センサレンズＳＬと、検出器ＰＤとを有する。ハーフミラーＨＦは、ダイクロミラーＭＲｇとメインミラーＭＭとの間に配置されている。
【００１２】
赤色光源ＬＤｒから出射された赤色のレーザビームは、コリメータＣＬｒを通過してミラーＭＲｒで反射された後、ダイクロミラーＭＲｂを透過する。又、青色光源ＬＤｂから出射された青色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、ダイクロミラーＭＲｂで反射される。つまり、ダイクロミラーＭＲｂから赤色のレーザビームと青色のレーザビームが出射され、ダイクロミラーＭＲｇに入射する。一方、緑色光源ＬＤｇから出射された緑色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、更にダイクロミラーＭＲｇを通過するが、ダイクロミラーＭＲｇは赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するので、各色のレーザビームは、ここで結合されて光路が一致するようになる。すなわち、ダイクロミラーＭＲｇが結合手段を構成する。
【００１３】
ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームは、ハーフミラーＨＦで一部が反射され、残りは通過して、更にメインミラーＭＭで反射され、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳに入射する。ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳは、後述するように直交する２軸回りに傾くように駆動されるので、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳからの反射光は、スクリーンＳＣ上に水平方向及び垂直方向にラスター走査されることとなる。
【００１４】
ここで、ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームのスポット位置がずれていると、色ズレを招く恐れがある。そこで、本発明においては、ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームをセンサレンズＳＬで集光し、検出器ＰＤで受光することにより、レーザビームの位置ズレを検出している。又、ハーフミラーＨＦが、ダイクロミラーＭＲｇとメインミラーＭＭとの間に配置されているので、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳの傾動に影響されることなく、常にハーフミラーＨＦの一定の位置にレーザビームが照射されることとなり、これによりハーフミラーＨＦの面積を小さくでき、更には検出器ＰＤの受光面の面積を小さくでき、もって画像表示装置のコンパクト化に貢献する。尚、レーザビームの位置ズレの検出は、例えば組み立て時に行うことで、ミラーや光学系の調整が容易になる。或いは、温度センサを設け、所定値を超えて温度変化が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、或いは衝撃センサを設け、所定値を超えて衝撃が生じた場合に位置ズレの検出を行うことができる。つまり、「所定のタイミング」とは、例えは組み立て時、温度変化時、衝撃発生時などがあるが、所定時間経過後など経時劣化時に行っても良い。又、検出器からの信号に応じて、ミラーや光学系を調整してハードウェアにて色ズレを解消しても良いが、後述するようにソフト的に色ズレを解消しても良い。
【００１５】
請求項２に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の発明において、前記検出器は、画面の水平方向及び垂直方向に対応する方向に２行２列で４分割された検出面を有することを特徴とする。４分割された検出面を有するシンプルな構成であるので、検出器として例えばＣＣＤ等の撮像素子を用いる場合に比べ、コストを低く抑えることができる。
【００１６】
図２は、本発明の一例にかかる検出器ＰＤの検出面を示す図である。図２に示すように、ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームを受光する検出器ＰＤは、２行２列で４分割された検出面を有し、ここでは反時計回りに各検出面の受光信号をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、Ａ、Ｄを出力する検出面が画面の水平方向に対応し、Ａ、Ｂを出力する検出面が画面の垂直方向に対応するものとする。
【００１７】
図２の例では、検出面に集光されたレーザビームの水平方向のズレは、（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で表され、またレーザビームの垂直方向のズレは、（（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で表される。よって、かかる値に相当する量だけ、ミラーや光学系を調整してハードウェアにて色ズレを解消しても良いし、ソフト的に色ズレを解消しても良い。又、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を計算することで、迅速にビーム強度が分かることから、高速応答を必要とする、光源のパワーモニタとして用いることもでき、これは検出器として撮像素子を用いる場合に比べて大きな利点となる。
【００１８】
請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記レーザ制御部は、前記検出器からの信号に応じて、バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することを特徴とする。
【００１９】
バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することで、ソフト的にスポットの位置ズレを調整するができ、ハードウェアの調整が不要で、画像を表示したまま色ズレの調整を行える。
【００２０】
図３は、画面上の画素に形成されたスポットの概略図であり、Ｙ方向が画面の垂直方向であり、Ｘ方向が画面の水平方向であるものとする。ここで、検出器ＰＤからの信号によりＹ方向に位置ズレが生じていた時を考える。例えば１ライン分だけスポットが上方向にずれている場合、そのスポットの描画を１ラインの画素分だけ後にずらせばよい。つまり、バッファに記憶された画像データのアドレスを１ラインの画素分（例えば１０２４画素）だけ後ろにシフトすれば、（Ｎ−１）ラインのスポットＳＰｙを、Ｎラインの対応する画素上のスポットＳＰとして形成できる。これにより垂直方向のスポットの位置ズレを調整できる。
【００２１】
請求項４に記載の画像表示装置は、請求項３に記載の発明において、前記出力タイミングの変更は、オンデューティ信号のタイミングの変更であることを特徴とする。
【００２２】
図３において、検出器ＰＤからの信号によりＸ方向に位置ズレが生じていた時を考える。かかる場合、スポットの形成タイミングは、光源の駆動タイミングに対応するので、例えば図３で点線で示すように、スポットＳＰｘが本来の位置（不図示の他色の２つのスポットと重なる位置）より画面右側にずれている場合、ラスター走査が右方に向かって行われている場合には、光源を発光させるオンデューティ信号（ＨＩで発光ＬＯで消灯）を早め、或いはラスター走査が左方に向かって行われている場合には、光源を発光させるオンデューティ信号を遅くすることで、実線で示すように、適切な位置にスポットＳＰを形成できることとなる。これにより水平方向のスポットの位置ズレを調整できる。
【００２３】
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記検出器は、前記スクリーンの画像以外の場所に走査される前記レーザビームを検出することを特徴とする。例えば図８に示すように、ラスター走査の終端位置において、画像を表示するフレーム外に、赤、青、緑と順にレーザビームを照射することによって、検出器上でスポットの位置ズレを確認できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、組み立てコストを増大させることなく、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる画像表示装置の一例の概略図である。
【図２】本発明の一例にかかる検出器ＰＤの検出面を示す図である。
【図３】画面上の画素に形成されたスポットの概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態による画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。
【図５】画像表示装置１の斜視図である。
【図６】光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。
【図７】２次元走査ミラー１５の図６のVII-VII方向の断面図である。
【図８】２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う状態を表示する図である。
【図９】スポットの位置ズレを検出するフローチャートである。
【図１０】スポットのズレを示す概念図である。
【図１１】データの入れ替えの例を示す図である。
【図１２】本実施の形態の変形例にかかる画像表示装置の図１と同様な図である。
【図１３】本実施の形態の変形例にかかる検出器の図２と同様な図である。
【図１４】別な変形例にかかる画像表示装置の図１２と同様な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４は、本発明の一実施の形態による画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。図５は、画像表示装置１の斜視図である。画像表示装置１は、例えば光スキャナプロジェクタに搭載され、レーザ光源７（７ｒ，７ｇ，７ｂ）、コリメータＣＬ（ＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ）、レーザ制御部１００、ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）、ハーフミラーＨＦ、検出器ＰＤ、光スキャナ９（走査部）、位相検出部１１０、及び同期信号出力部１２０を備えている。
【００２７】
レーザ制御部１００は、フレームメモリ２、画像処理用メモリ３，ラインバッファメモリ４、表示コントローラ５、変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）、ドライバ１３、及びシステムコントローラ１４を備え、レーザ光源７を制御する。
【００２８】
フレームメモリ２は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、主画像の画像データ（以下、「主画像データ」と表す。）を１フレーム単位で一時的に記憶する。ここで、主画像としては、例えば、映画、テレビ番組等が挙げられる。なお、主画像データは、例えばＲ，Ｇ，Ｂの色成分からなるカラーの画像データとするが、モノクロの画像データであってもよい。
【００２９】
画像処理用メモリ３に記憶された画像データは、表示画像の歪みを補正する処理や、垂直方向にスポットをずらす処理等を施される。
【００３０】
ラインバッファメモリ４は、画像処理用メモリ３の第１の領域と第２の領域から交互に、水平方向の複数ライン単位で順次に出力される主画像データを記憶する。
【００３１】
表示コントローラ５は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、フレームメモリ２への１フレームの主画像データの書き込み制御、画像処理用メモリ３における画像処理、画像処理用メモリ３からラインバッファメモリ４への画像データの書き込み制御、及びラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる制御等を行う。ここで、ライバッファメモリ４に記憶された画像データは、Ｒ色成分が変調器６ｒに出力され、Ｇ色成分が変調器６ｇに出力され、Ｂ色成分が変調器６ｂに出力される。
【００３２】
具体的には、表示コントローラ５は、同期信号出力部１２０から垂直同期信号が入力されると、１フレーム分の主画像データをフレームメモリ２に記憶させる。また、ラインバッファメモリ４に、キャラクターメモリ３に記憶された副画像データの先頭の１ライン分を記憶させる。そして、ラインバッファメモリ４に記憶された副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。
【００３３】
そして、水平同期信号が入力されると、ラインバッファメモリ４に次の１ライン分の副画像データを記憶させ、ラインバッファメモリ４から次の１ライン分の副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。これにより、スクリーン１０に主画像データで強度が変調されたレーザビームがラスター走査され、主画像が表示されることになる。ラスター走査が画面右下まで行われれば、再びレーザビームを画面左上まで戻す。その間に、フレームバッファ２には新たな画像データが読み込まれ、上述のようにして、次の画像を表示する準備がなされる。以上を繰り返すことで、複数枚の画像を表示できる。
【００３４】
変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）は、それぞれラインバッファメモリ４から１画素単位で順次に出力される画像データのＲ，Ｇ，Ｂ成分を用いて、図２に示すようなオンデューティ信号制御にて、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるＲ，Ｇ，Ｂのレーザビームの強度を変調する。
【００３５】
レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂは、例えば、レーザダイオードにより構成され、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを射出する。コリメータＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを平行ビームに変換する。
【００３６】
ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）は、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されたレーザビームを合波して、一本のレーザビームＷにする。検出器ＰＤは、図２に示すような検出面を有し、ハーフミラーＨＦにより反射されたレーザビームＷの一部を検出する。
【００３７】
光スキャナ９は、例えば２次元の光スキャナにより構成され、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、レーザビームＷを２次元的に走査（ラスター走査）し、スクリーン１０に画像を表示する。スクリーン１０は、ラスター走査されるレーザビームＷが投影されて、画像を表示させる。
【００３８】
検出器ＰＤは、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるレーザビームの強度を各々モニタし、モニタ信号を変調器６ｒ，６ｇ，６ｂに出力する機能も有する。なお、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂは、このモニタ信号から、レーザビームの強度の時間平均値が既定値になるようにレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂをＡＰＣ（auto power control）制御する。これにより、レーザビームの発振強度が安定化されると共に、レーザ光源７の破損が防止される。
【００３９】
位置検出部（ＰＲ）１２は、例えば赤外発光ダイオード等の発光素子及びフォトトランジスタ等の受光素子を含むフォトリフレクタにより構成され、発光素子から出力された光を対象物であるミラー部１６（図６参照）に当て、反射光を受光素子で検出し、ミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を示す検出信号を位相検出部１１０に出力する。
【００４０】
システムコントローラ１４は、ドライバ１３を介して光スキャナ９への駆動信号を出力すると共に、主画像を表示しない場合、画像を表示しない黒画像を表示するように表示コントローラ５に指示する。
【００４１】
位相検出部１１０は、位置検出部１２により検出された検出信号を用いてミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を検出する。
【００４２】
同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出されたミラー部１６の傾斜角度に基づいて水平同期信号及び垂直同期信号を表示コントローラ５に出力する。ここで、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出された水平方向の傾斜角度が１ラインの走査を開始する角度となった場合に水平同期信号を出力すればよい。また、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により垂直方向の傾斜角度が１フレームの先頭の１ラインの走査を開始する角度となった場合に垂直同期信号を出力すればよい。
【００４３】
次に、光スキャナ９の動作について説明する。図６は、光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。光スキャナ９は、２次元走査ミラー１５により構成され、２次元走査ミラー１５を図５の筐体ＢＸに固定する固定枠７０と、固定枠７０の内側に可動部分として枠状に形成された可動枠３０と、可動枠３０の内側に形成された方形状のミラー部１６とを備えている。
【００４４】
ミラー部１６は、ミラー部１６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー２１，２２を介して、Ｙ軸方向の両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。また、可動枠３０は、Ｙ軸に直交し、ミラー部１６の中心を通るＸ軸近傍の端部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれに一端が接続された曲がり梁４１，４２，４３，４４により、Ｘ軸の両側から固定枠７０に弾性的に支持されている。これらの固定枠７０、曲がり梁４１〜４４、可動枠３０、ミラー部１６、及びトーションバー２１，２２は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【００４５】
また、ミラー部１６の表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められている。また、曲がり梁４１，４２，４３，４４の表面には、電気−機械変換素子である圧電素子５１，５２，５３，５４が接着等により貼り付けられ、４つのユニモルフ部６１，６２，６３，６４が形成されている。曲がり梁４１〜４４は、圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、可動枠３０にＹ軸及びＸ軸回りに独立に傾動トルクを作用させ、可動枠３０をＹ軸及びＸ軸を２軸で回動させる。
【００４６】
ここで、可動枠３０の回動動作について図７を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は２次元走査ミラー１５の図６のVII-VII方向の断面図である。なお、図７（ａ）は静止時を示し、図７（ｂ）〜（ｅ）は駆動時を示している。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、圧電素子５１，５２の表裏には、それぞれ上部プラス（＋）電極５１１，５２１、下部マイナス（−）電極５１２、５２２が設けられており、上部（＋）電極５１１（５２１）と下部（−）電極５１２（５２２）との間に分極反転を起こさない範囲で交流電圧を印加することで、圧電素子５１、５２を伸縮させ、ユニモルフ部６１，６２を厚み方向に変位させる。同様に、圧電素子５３，５４の表裏には、それぞれ上部（＋）電極５３１，５４１（図略）、下部（−）電極５３２，５４２（図略）が設けられている。
【００４８】
最初に、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に圧電素子５１と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図７（ｂ）に示すように、ユニモルフ部６１は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６２は上方に曲がる。同様に、圧電素子５３，５４にも圧電素子５１，５２とそれぞれ同じ位相の電圧を印加すると、ユニモルフ部６３は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６４は上方に曲がる。
【００４９】
これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として矢印Ｐ方向に傾く。また、圧電素子５１〜５４に、図７（ｂ）の場合とは逆位相の電圧を印加すると、前述と同様の原理で、図７（ｃ）に示すように、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、Ｘ軸を中心として矢印Ｑ方向に傾く。そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用され、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００５０】
次に、Ｙ軸回りの回動動作についついて説明する。ドライバ１３が圧電素子５１，５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、それぞれのユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図７（ｄ）に示すように、いずれも下方に曲がる。一方、圧電素子５３、５４に圧電素子５１、５２と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、図７（ｅ）に示すように、ユニモルフ部６３、６４はいずれも上方に曲がる。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。
【００５１】
そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００５２】
このように、ドライバ１３から４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１６のＸ軸及びＹ軸周りの傾きを任意に制御することができる。また、曲がり梁４１〜４４は、Ｙ軸及びＸ軸を挟んで対称に配置され、曲がり梁４１〜４４に設けられたそれぞれの圧電素子５１〜５４は、同じ位相あるいは互いに１８０度異なる逆位相の駆動信号で駆動されるようにしたので、可動枠３０を片振れなしにＹ軸及びＸ軸の２軸で独立して回動させることができる。
【００５３】
次に、２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う方法について、図８を用いて説明する。レーザ光源７から射出されたレーザビームＷを２次元走査ミラー１５でラスター走査して画像を生成する。
【００５４】
ここで、水平方向の走査周波数は例えば３０ｋＨｚ、垂直方向の走査周波数は例えば６０Ｈｚ程度である。また、ミラー部１６の水平、垂直方向の傾斜角度はそれぞれほぼ±１０度である。また、ミラー部１６の水平走査は正弦波の駆動電圧を用いた機械共振振動を行うことから、水平方向の走査領域の左右の周辺部は水平走査速度が極端に低下する。そのため、図８に示すように、画像表示領域１７の水平域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００５５】
垂直走査はノコギリ波の駆動電圧を用いて行われていることから、ミラー部１６の走査の直線性の良好な領域のみを通常の画像表示に使用するので、水平走査と同様、通常の画像表示領域１７の垂直域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００５６】
次に、画像表示装置１の動作について説明する。電源が投入されると、システムコントローラ１４は、表示コントローラ５に、黒画像データをラインバッファメモリ４へ出力するように指示する。
【００５７】
上述したように、入力される画像データに応じて、ラインバッファメモリ４への画像データが書き込まれる。
【００５８】
変調器６は、レーザ光源７を発振させ、ラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で読み出し、読み出した画像データを用いてレーザ光源７から射出されるレーザビームを変調する。
【００５９】
レーザ光源７から射出された３本のレーザビームはダイクロミラー８により一本のレーザビームＷに合波され、ミラー部１６に入射する。
【００６０】
レーザビームＷは、走査駆動されるミラー部１６によりラスター走査され、スクリーン１０上に投影され、これにより高精細な画像を形成できる。
【００６１】
図９は、スポットの位置ズレを検出するフローチャートである。組み立て時等において、検出器ＰＤからの信号に基づいて、スポットの相対位置ズレを検出する。例えば図８のラスター走査の末端ＥＤでは、画像を表示しないので、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを順々に照射して、スポットの位置ズレを検出器ＰＤで検出する。検出位置は、ラスター走査の末端ＥＤに限らず、始端でも良いし、表示画像に影響が及ばない箇所ならいずれも可能である。
【００６２】
ここで、図９のステップＳ１０１において、赤色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。次に、ステップＳ１０２において、緑色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。次に、ステップＳ１０３において、青色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。
【００６３】
更に、ステップＳ１０４にて、スポットの相対ズレ量を検出して基準スポットを求める。ここでは、最も進んでいるスポットを基準として遅延をかけるものとする。図１０に示す例では、あらかじめ設定された基準スポット（赤）に対して、緑、青のスポットの時間的な相対的なずれ量（前・後）の補正をかけるものとする。
【００６４】
ステップＳ１０５で、相対ズレ量に応じて、データの入れ替えや出力タイミングの変更を行う。図１１にデータの入れ替えの例を示す。左からの走査では、赤の画像データ（Ｒ０、Ｒ１，Ｒ２、・・・）に対して、緑の画像データ（Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２、・・・）を１画素分後ろへずらし、青の画像データ（Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２、・・・）を３画素分後ろへずらしている（図１１（ａ）参照）。尚、折り返し後（右からの走査）は、逆に赤の画像データに対して、緑及び青の画像データは前にずらすこととなる（図１１（ｂ）参照）。
【００６５】
尚、温度センサを設け、所定値を超えて温度変化が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、或いは衝撃センサを設け、所定値を超えて衝撃が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、タイマを設けて、前回の検出から所定時間が過ぎた場合位置ズレの検出を行うこともできる。
【００６６】
図４に示す変調器６として、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator）を採用してもよい。この場合、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂをレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂとダイクロミラー８ｒ，８ｇ，８ｂとの間に設置すればよい。又、ＭＥＭＳミラーの代わりに、ポリゴンミラーやガルバノミラー等を用いることができる。
【００６７】
図１２は、本実施の形態の変形例にかかる画像表示装置の図１と同様な図である。又、図１３は、本実施の形態の変形例にかかる検出器の図２と同様な図である。図１２に示す変形例では、センサレンズの代わりに、ホログラム回折素子ＨＤＥと、カラーフィルタＣＦとを設けている。又、本実施の形態の変形例にかかる検出器ＰＤは、図１３に示すように、３つの検出領域Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３を設けており、各領域は図２と同様に４分割されている。
【００６８】
本変形例によれば、ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームは、ハーフミラーＨＦで一部が反射される。ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームをホログラム回折素子ＨＤＥに入射させることで、赤色のレーザビームと青色のレーザビームと緑色のレーザビームとに分解することができる。その後、ホログラム回折素子ＨＤＥから出射された各色レーザビームは、カラーフィルタＣＦを通過することで相互の干渉が防止され、更にＰＤの受光面に入射する。このとき、赤色のレーザビームは領域Ｒ１に入射し、青色のレーザビームは領域Ｒ２に入射し、緑色のレーザビームは領域Ｒ３に入射して、上述したように４分割された検出面Ａ〜Ｄに入射することで、同時に演算を行うことができる。又、各領域Ｒ１〜Ｒ３は、各々感度補正できるので、高精度に強度を検出できる。感度補正は回路側のゲインを変えることでも可能である。それ以外の構成は図１の例と同様である。本変形例によれば、同時に３色のレーザビームの演算ができるため、特に検出器ＰＤをパワーモニタとして用いる際に有効である。尚、検出器ＰＤは、各領域毎に分割した３つの検出器からなっていても良い。又、カラーフィルタＣＦは必ずしも設ける必要はない。
【００６９】
図１４は、別の変形例にかかる画像表示装置の図１２と同様な図である。本変形例が、図１２の変形例と異なる点は、ハーフミラーを省略する代わりに、メインミラーＭＭをハーフミラーとし、メインミラーＭＭを通過した一部のレーザビームをホログラム回折素子ＨＤＥに入射させている。それ以外の構成は、図１２の例と同様である。
【符号の説明】
【００７０】
ＣＬｂ コリメータ
ＣＬｒ コリメータ
ＨＦ ハーフミラー
ＬＤｂ 青色光源
ＬＤｇ 緑色光源
ＬＤｒ 赤色光源
ＭＥＭＳ ＭＥＭＳミラー
ＭＭ メインミラー
ＭＲｂ ダイクロミラー
ＭＲｇ ダイクロミラー
ＭＲｒ ミラー
ＰＤ 検出器
ＳＬ センサレンズ
２ フレームメモリ
３ 画像処理用メモリ
４ ラインバッファメモリ
６，６ｒ，６ｇ，６ｂ 変調器
７，７ｒ，７ｇ，７ｂ レーザ光源
８，８ｒ，８ｇ，８ｂ ダイクロミラー
９ 光スキャナ
１０ スクリーン
１４ システムコントローラ
１５ ２次元走査ミラー
１６ ミラー部
１７ 画像表示領域
１８ 走査領域
１００ レーザ制御部
１２０ 同期信号出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばレーザビーム等を走査して画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光等の光線を偏光・走査する光走査装置は、画像投影装置やレーザプリンタ等の光学機器に利用されている。この光走査装置については、多角柱ミラーをモータで回転させて反射光を走査するポリゴンミラーや、平面ミラーを電磁アクチュエータによって回転振動させるガルバノミラー等を有するものがある。しかし、このような光走査装置においては、ミラーやモータを電磁アクチュエータで駆動する機械的な駆動機構が必要となるが、その駆動機構はサイズが比較的大きく、また高価であることから、光走査装置の小型化を阻害するとともに高価格化を招くといった問題がある。
【０００３】
そこで、光走査装置の小型化、低価格化及び生産性の向上を図るために、半導体製造技術を応用したシリコンやガラスを微細加工するマイクロマシニング技術を用いてミラーや弾性梁等の構成部品が一体成形されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光走査装置（いわゆる、ＭＥＭＳミラー）の開発が進んでいる。
【０００４】
このようなＭＥＭＳミラーを用いた１次元走査の光走査装置を２組配置し、各々のミラーで反射される光線をそれぞれ水平走査、垂直走査することにより、投影面に２次元画像を表示させる画像投影装置が開発されている。また、水平走査及び垂直走査ができる２次元走査の光走査装置を用いれば、単体でラスター走査（水平走査及び垂直走査）でき、小型化及び低価格化に繋がる。
【０００５】
例えば特許文献１には、ＭＥＭＳミラーを用いてラスター走査を行うことで画像を表示できる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６８６４５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５０９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、カラー画像を表示するためには、異なる光源から、異なる色のレーザビームを画素毎に照射する必要があるが、光学系やミラーの配置によって、レーザビームの照射位置がずれた結果、色ズレを生じる恐れがある。しかしながら、色ズレをなくすための光学系やミラーの微調整は困難な作業であり、これにより組み立てコストの増大を招いている。又、温度変化や経時劣化等によって、色ズレが生じる恐れもあるが、その都度ミラーや光学系の再調整を行うことは困難である。
【０００８】
これに対し特許文献２では、可動ミラーとスクリーンの間にハーフミラーを設け、ハーフミラーから反射された２つのビームを検出器で検出することで、ビームの位置ズレを検出する構成が開示されている。しかしながら、特許文献２の技術によれば、可動ミラーが傾動することにより、ハーフミラーに入射するビームの位置が大きく変動するから、ハーフミラーや検出器の受光面の面積を相当に大きく確保する必要があり、これにより装置の大型化を招くという問題がある。更に、特許文献２の検出器はＣＣＤ等の撮像素子を用いているために、コスト増を招くという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトでありながら、組み立てコストを増大させることなく、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の画像表示装置は、
異なる色のレーザビームを出射するレーザ光源と、
バッファメモリに記憶された画像データに基づいて、前記レーザ光源を変調するレーザ制御部と、
前記レーザ光源から出射された前記異なる色のレーザビームを結合させ光路を一致させる結合手段と、
前記結合手段から出射したレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、
前記結合手段と前記走査部との間に配置され、前記結合手段から出射したレーザビームを、所定のタイミングで検出する検出器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の原理を、図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかる画像表示装置の一例の概略図である。図１において、画像表示装置は、赤色のレーザビームを出射する赤色光源ＬＤｒと、赤色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｒと、赤色のレーザビームを反射するミラーＭＲｒと、青色のレーザビームを出射する青色光源ＬＤｂと、青色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、青色のレーザビームを反射するが赤色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｂと、緑色のレーザビームを出射する緑色光源ＬＤｇと、緑色のレーザビームを平行ビームに変換するコリメータＣＬｂと、赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するが緑色のレーザビームは透過するダイクロミラーＭＲｇと、ハーフミラーＨＦと、メインミラーＭＭと、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳと、センサレンズＳＬと、検出器ＰＤとを有する。ハーフミラーＨＦは、ダイクロミラーＭＲｇとメインミラーＭＭとの間に配置されている。
【００１２】
赤色光源ＬＤｒから出射された赤色のレーザビームは、コリメータＣＬｒを通過してミラーＭＲｒで反射された後、ダイクロミラーＭＲｂを透過する。又、青色光源ＬＤｂから出射された青色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、ダイクロミラーＭＲｂで反射される。つまり、ダイクロミラーＭＲｂから赤色のレーザビームと青色のレーザビームが出射され、ダイクロミラーＭＲｇに入射する。一方、緑色光源ＬＤｇから出射された緑色のレーザビームは、コリメータＣＬｂを通過して、更にダイクロミラーＭＲｇを通過するが、ダイクロミラーＭＲｇは赤色のレーザビームと青色のレーザビームを反射するので、各色のレーザビームは、ここで結合されて光路が一致するようになる。すなわち、ダイクロミラーＭＲｇが結合手段を構成する。
【００１３】
ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームは、ハーフミラーＨＦで一部が反射され、残りは通過して、更にメインミラーＭＭで反射され、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳに入射する。ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳは、後述するように直交する２軸回りに傾くように駆動されるので、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳからの反射光は、スクリーンＳＣ上に水平方向及び垂直方向にラスター走査されることとなる。
【００１４】
ここで、ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームのスポット位置がずれていると、色ズレを招く恐れがある。そこで、本発明においては、ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームをセンサレンズＳＬで集光し、検出器ＰＤで受光することにより、レーザビームの位置ズレを検出している。又、ハーフミラーＨＦが、ダイクロミラーＭＲｇとメインミラーＭＭとの間に配置されているので、ＭＥＭＳミラーＭＥＭＳの傾動に影響されることなく、常にハーフミラーＨＦの一定の位置にレーザビームが照射されることとなり、これによりハーフミラーＨＦの面積を小さくでき、更には検出器ＰＤの受光面の面積を小さくでき、もって画像表示装置のコンパクト化に貢献する。尚、レーザビームの位置ズレの検出は、例えば組み立て時に行うことで、ミラーや光学系の調整が容易になる。或いは、温度センサを設け、所定値を超えて温度変化が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、或いは衝撃センサを設け、所定値を超えて衝撃が生じた場合に位置ズレの検出を行うことができる。つまり、「所定のタイミング」とは、例えは組み立て時、温度変化時、衝撃発生時などがあるが、所定時間経過後など経時劣化時に行っても良い。又、検出器からの信号に応じて、ミラーや光学系を調整してハードウェアにて色ズレを解消しても良いが、後述するようにソフト的に色ズレを解消しても良い。
【００１５】
請求項２に記載の画像表示装置は、請求項１に記載の発明において、前記検出器は、画面の水平方向及び垂直方向に対応する方向に２行２列で４分割された検出面を有することを特徴とする。４分割された検出面を有するシンプルな構成であるので、検出器として例えばＣＣＤ等の撮像素子を用いる場合に比べ、コストを低く抑えることができる。
【００１６】
図２は、本発明の一例にかかる検出器ＰＤの検出面を示す図である。図２に示すように、ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームを受光する検出器ＰＤは、２行２列で４分割された検出面を有し、ここでは反時計回りに各検出面の受光信号をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、Ａ、Ｄを出力する検出面が画面の水平方向に対応し、Ａ、Ｂを出力する検出面が画面の垂直方向に対応するものとする。
【００１７】
図２の例では、検出面に集光されたレーザビームの水平方向のズレは、（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で表され、またレーザビームの垂直方向のズレは、（（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）で表される。よって、かかる値に相当する量だけ、ミラーや光学系を調整してハードウェアにて色ズレを解消しても良いし、ソフト的に色ズレを解消しても良い。又、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を計算することで、迅速にビーム強度が分かることから、高速応答を必要とする、光源のパワーモニタとして用いることもでき、これは検出器として撮像素子を用いる場合に比べて大きな利点となる。
【００１８】
請求項３に記載の画像表示装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記レーザ制御部は、前記検出器からの信号に応じて、バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することを特徴とする。
【００１９】
バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することで、ソフト的にスポットの位置ズレを調整するができ、ハードウェアの調整が不要で、画像を表示したまま色ズレの調整を行える。
【００２０】
図３は、画面上の画素に形成されたスポットの概略図であり、Ｙ方向が画面の垂直方向であり、Ｘ方向が画面の水平方向であるものとする。ここで、検出器ＰＤからの信号によりＹ方向に位置ズレが生じていた時を考える。例えば１ライン分だけスポットが上方向にずれている場合、そのスポットの描画を１ラインの画素分だけ後にずらせばよい。つまり、バッファに記憶された画像データのアドレスを１ラインの画素分（例えば１０２４画素）だけ後ろにシフトすれば、（Ｎ−１）ラインのスポットＳＰｙを、Ｎラインの対応する画素上のスポットＳＰとして形成できる。これにより垂直方向のスポットの位置ズレを調整できる。
【００２１】
請求項４に記載の画像表示装置は、請求項３に記載の発明において、前記出力タイミングの変更は、オンデューティ信号のタイミングの変更であることを特徴とする。
【００２２】
図３において、検出器ＰＤからの信号によりＸ方向に位置ズレが生じていた時を考える。かかる場合、スポットの形成タイミングは、光源の駆動タイミングに対応するので、例えば図３で点線で示すように、スポットＳＰｘが本来の位置（不図示の他色の２つのスポットと重なる位置）より画面右側にずれている場合、ラスター走査が右方に向かって行われている場合には、光源を発光させるオンデューティ信号（ＨＩで発光ＬＯで消灯）を早め、或いはラスター走査が左方に向かって行われている場合には、光源を発光させるオンデューティ信号を遅くすることで、実線で示すように、適切な位置にスポットＳＰを形成できることとなる。これにより水平方向のスポットの位置ズレを調整できる。
【００２３】
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記検出器は、前記スクリーンの画像以外の場所に走査される前記レーザビームを検出することを特徴とする。例えば図８に示すように、ラスター走査の終端位置において、画像を表示するフレーム外に、赤、青、緑と順にレーザビームを照射することによって、検出器上でスポットの位置ズレを確認できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、組み立てコストを増大させることなく、高精細の画像を表示できる画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる画像表示装置の一例の概略図である。
【図２】本発明の一例にかかる検出器ＰＤの検出面を示す図である。
【図３】画面上の画素に形成されたスポットの概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態による画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。
【図５】画像表示装置１の斜視図である。
【図６】光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。
【図７】２次元走査ミラー１５の図６のVII-VII方向の断面図である。
【図８】２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う状態を表示する図である。
【図９】スポットの位置ズレを検出するフローチャートである。
【図１０】スポットのズレを示す概念図である。
【図１１】データの入れ替えの例を示す図である。
【図１２】本実施の形態の変形例にかかる画像表示装置の図１と同様な図である。
【図１３】本実施の形態の変形例にかかる検出器の図２と同様な図である。
【図１４】別な変形例にかかる画像表示装置の図１２と同様な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図４は、本発明の一実施の形態による画像表示装置１の全体構成を示すブロック図である。図５は、画像表示装置１の斜視図である。画像表示装置１は、例えば光スキャナプロジェクタに搭載され、レーザ光源７（７ｒ，７ｇ，７ｂ）、コリメータＣＬ（ＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂ）、レーザ制御部１００、ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）、ハーフミラーＨＦ、検出器ＰＤ、光スキャナ９（走査部）、位相検出部１１０、及び同期信号出力部１２０を備えている。
【００２７】
レーザ制御部１００は、フレームメモリ２、画像処理用メモリ３，ラインバッファメモリ４、表示コントローラ５、変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）、ドライバ１３、及びシステムコントローラ１４を備え、レーザ光源７を制御する。
【００２８】
フレームメモリ２は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、主画像の画像データ（以下、「主画像データ」と表す。）を１フレーム単位で一時的に記憶する。ここで、主画像としては、例えば、映画、テレビ番組等が挙げられる。なお、主画像データは、例えばＲ，Ｇ，Ｂの色成分からなるカラーの画像データとするが、モノクロの画像データであってもよい。
【００２９】
画像処理用メモリ３に記憶された画像データは、表示画像の歪みを補正する処理や、垂直方向にスポットをずらす処理等を施される。
【００３０】
ラインバッファメモリ４は、画像処理用メモリ３の第１の領域と第２の領域から交互に、水平方向の複数ライン単位で順次に出力される主画像データを記憶する。
【００３１】
表示コントローラ５は、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、フレームメモリ２への１フレームの主画像データの書き込み制御、画像処理用メモリ３における画像処理、画像処理用メモリ３からラインバッファメモリ４への画像データの書き込み制御、及びラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる制御等を行う。ここで、ライバッファメモリ４に記憶された画像データは、Ｒ色成分が変調器６ｒに出力され、Ｇ色成分が変調器６ｇに出力され、Ｂ色成分が変調器６ｂに出力される。
【００３２】
具体的には、表示コントローラ５は、同期信号出力部１２０から垂直同期信号が入力されると、１フレーム分の主画像データをフレームメモリ２に記憶させる。また、ラインバッファメモリ４に、キャラクターメモリ３に記憶された副画像データの先頭の１ライン分を記憶させる。そして、ラインバッファメモリ４に記憶された副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。
【００３３】
そして、水平同期信号が入力されると、ラインバッファメモリ４に次の１ライン分の副画像データを記憶させ、ラインバッファメモリ４から次の１ライン分の副画像データを１画素単位で順次に変調器６に出力させる。これにより、スクリーン１０に主画像データで強度が変調されたレーザビームがラスター走査され、主画像が表示されることになる。ラスター走査が画面右下まで行われれば、再びレーザビームを画面左上まで戻す。その間に、フレームバッファ２には新たな画像データが読み込まれ、上述のようにして、次の画像を表示する準備がなされる。以上を繰り返すことで、複数枚の画像を表示できる。
【００３４】
変調器６（６ｒ，６ｇ，６ｂ）は、それぞれラインバッファメモリ４から１画素単位で順次に出力される画像データのＲ，Ｇ，Ｂ成分を用いて、図２に示すようなオンデューティ信号制御にて、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるＲ，Ｇ，Ｂのレーザビームの強度を変調する。
【００３５】
レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂは、例えば、レーザダイオードにより構成され、それぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを射出する。コリメータＣＬｒ、ＣＬｇ、ＣＬｂは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを平行ビームに変換する。
【００３６】
ダイクロミラー８（８ｒ，８ｇ，８ｂ）は、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されたレーザビームを合波して、一本のレーザビームＷにする。検出器ＰＤは、図２に示すような検出面を有し、ハーフミラーＨＦにより反射されたレーザビームＷの一部を検出する。
【００３７】
光スキャナ９は、例えば２次元の光スキャナにより構成され、水平同期信号及び垂直同期信号に基づいて、レーザビームＷを２次元的に走査（ラスター走査）し、スクリーン１０に画像を表示する。スクリーン１０は、ラスター走査されるレーザビームＷが投影されて、画像を表示させる。
【００３８】
検出器ＰＤは、レーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂから射出されるレーザビームの強度を各々モニタし、モニタ信号を変調器６ｒ，６ｇ，６ｂに出力する機能も有する。なお、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂは、このモニタ信号から、レーザビームの強度の時間平均値が既定値になるようにレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂをＡＰＣ（auto power control）制御する。これにより、レーザビームの発振強度が安定化されると共に、レーザ光源７の破損が防止される。
【００３９】
位置検出部（ＰＲ）１２は、例えば赤外発光ダイオード等の発光素子及びフォトトランジスタ等の受光素子を含むフォトリフレクタにより構成され、発光素子から出力された光を対象物であるミラー部１６（図６参照）に当て、反射光を受光素子で検出し、ミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を示す検出信号を位相検出部１１０に出力する。
【００４０】
システムコントローラ１４は、ドライバ１３を介して光スキャナ９への駆動信号を出力すると共に、主画像を表示しない場合、画像を表示しない黒画像を表示するように表示コントローラ５に指示する。
【００４１】
位相検出部１１０は、位置検出部１２により検出された検出信号を用いてミラー部１６の水平方向及び垂直方向の傾斜角度を検出する。
【００４２】
同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出されたミラー部１６の傾斜角度に基づいて水平同期信号及び垂直同期信号を表示コントローラ５に出力する。ここで、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により検出された水平方向の傾斜角度が１ラインの走査を開始する角度となった場合に水平同期信号を出力すればよい。また、同期信号出力部１２０は、位相検出部１１０により垂直方向の傾斜角度が１フレームの先頭の１ラインの走査を開始する角度となった場合に垂直同期信号を出力すればよい。
【００４３】
次に、光スキャナ９の動作について説明する。図６は、光スキャナ９の詳細な構成を示す平面図である。光スキャナ９は、２次元走査ミラー１５により構成され、２次元走査ミラー１５を図５の筐体ＢＸに固定する固定枠７０と、固定枠７０の内側に可動部分として枠状に形成された可動枠３０と、可動枠３０の内側に形成された方形状のミラー部１６とを備えている。
【００４４】
ミラー部１６は、ミラー部１６の中心を通るＹ軸に沿って外方へ延びるトーションバー２１，２２を介して、Ｙ軸方向の両側から可動枠３０に弾性的に支持されている。また、可動枠３０は、Ｙ軸に直交し、ミラー部１６の中心を通るＸ軸近傍の端部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのそれぞれに一端が接続された曲がり梁４１，４２，４３，４４により、Ｘ軸の両側から固定枠７０に弾性的に支持されている。これらの固定枠７０、曲がり梁４１〜４４、可動枠３０、ミラー部１６、及びトーションバー２１，２２は、シリコン基板の異方性エッチングにより一体的に形成されている。
【００４５】
また、ミラー部１６の表面には、金やアルミニウム等の金属薄膜による反射膜が形成されており、入射光線の反射率が高められている。また、曲がり梁４１，４２，４３，４４の表面には、電気−機械変換素子である圧電素子５１，５２，５３，５４が接着等により貼り付けられ、４つのユニモルフ部６１，６２，６３，６４が形成されている。曲がり梁４１〜４４は、圧電素子５１〜５４の曲げ変形により、可動枠３０にＹ軸及びＸ軸回りに独立に傾動トルクを作用させ、可動枠３０をＹ軸及びＸ軸を２軸で回動させる。
【００４６】
ここで、可動枠３０の回動動作について図７を用いて説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は２次元走査ミラー１５の図６のVII-VII方向の断面図である。なお、図７（ａ）は静止時を示し、図７（ｂ）〜（ｅ）は駆動時を示している。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、圧電素子５１，５２の表裏には、それぞれ上部プラス（＋）電極５１１，５２１、下部マイナス（−）電極５１２、５２２が設けられており、上部（＋）電極５１１（５２１）と下部（−）電極５１２（５２２）との間に分極反転を起こさない範囲で交流電圧を印加することで、圧電素子５１、５２を伸縮させ、ユニモルフ部６１，６２を厚み方向に変位させる。同様に、圧電素子５３，５４の表裏には、それぞれ上部（＋）電極５３１，５４１（図略）、下部（−）電極５３２，５４２（図略）が設けられている。
【００４８】
最初に、Ｘ軸回りの回動動作について説明する。ドライバ１３が圧電素子５１に伸びる方向の電圧を印加し、圧電素子５２に圧電素子５１と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、ユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図７（ｂ）に示すように、ユニモルフ部６１は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６２は上方に曲がる。同様に、圧電素子５３，５４にも圧電素子５１，５２とそれぞれ同じ位相の電圧を印加すると、ユニモルフ部６３は下方に曲がり、一方、ユニモルフ部６４は上方に曲がる。
【００４９】
これにより、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＸ軸を中心として矢印Ｐ方向に傾く。また、圧電素子５１〜５４に、図７（ｂ）の場合とは逆位相の電圧を印加すると、前述と同様の原理で、図７（ｃ）に示すように、可動枠３０にはＸ軸を中心とした傾動トルクが作用し、Ｘ軸を中心として矢印Ｑ方向に傾く。そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用され、可動枠３０はＸ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００５０】
次に、Ｙ軸回りの回動動作についついて説明する。ドライバ１３が圧電素子５１，５２のいずれにも伸びる方向の電圧を印加すると、それぞれのユニモルフ部６１，６２の一端は、固定枠７０に固定・保持されているので、図７（ｄ）に示すように、いずれも下方に曲がる。一方、圧電素子５３、５４に圧電素子５１、５２と逆位相の縮む方向の電圧を印加すると、図７（ｅ）に示すように、ユニモルフ部６３、６４はいずれも上方に曲がる。これにより、可動枠３０にはＹ軸を中心とした傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として傾く。
【００５１】
そして、圧電素子５１〜５４にこのような位相関係を保った交流電圧を印加すると、ユニモルフ部６１〜６４は、交流電圧に追従して上下方向の振動を繰り返し、可動枠３０にシーソー的な傾動トルクが作用し、可動枠３０はＹ軸を中心として所定変位角度まで回転振動する。
【００５２】
このように、ドライバ１３から４つのユニモルフ部６１〜６４にそれぞれ所定の電圧を印加することにより、可動枠３０によって支持されているミラー部１６のＸ軸及びＹ軸周りの傾きを任意に制御することができる。また、曲がり梁４１〜４４は、Ｙ軸及びＸ軸を挟んで対称に配置され、曲がり梁４１〜４４に設けられたそれぞれの圧電素子５１〜５４は、同じ位相あるいは互いに１８０度異なる逆位相の駆動信号で駆動されるようにしたので、可動枠３０を片振れなしにＹ軸及びＸ軸の２軸で独立して回動させることができる。
【００５３】
次に、２次元走査ミラー１５を用いたレーザビームＷの偏向を行う方法について、図８を用いて説明する。レーザ光源７から射出されたレーザビームＷを２次元走査ミラー１５でラスター走査して画像を生成する。
【００５４】
ここで、水平方向の走査周波数は例えば３０ｋＨｚ、垂直方向の走査周波数は例えば６０Ｈｚ程度である。また、ミラー部１６の水平、垂直方向の傾斜角度はそれぞれほぼ±１０度である。また、ミラー部１６の水平走査は正弦波の駆動電圧を用いた機械共振振動を行うことから、水平方向の走査領域の左右の周辺部は水平走査速度が極端に低下する。そのため、図８に示すように、画像表示領域１７の水平域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００５５】
垂直走査はノコギリ波の駆動電圧を用いて行われていることから、ミラー部１６の走査の直線性の良好な領域のみを通常の画像表示に使用するので、水平走査と同様、通常の画像表示領域１７の垂直域は、走査領域１８の全てを使用せずに少し内側の領域としている。
【００５６】
次に、画像表示装置１の動作について説明する。電源が投入されると、システムコントローラ１４は、表示コントローラ５に、黒画像データをラインバッファメモリ４へ出力するように指示する。
【００５７】
上述したように、入力される画像データに応じて、ラインバッファメモリ４への画像データが書き込まれる。
【００５８】
変調器６は、レーザ光源７を発振させ、ラインバッファメモリ４から画像データを１画素単位で読み出し、読み出した画像データを用いてレーザ光源７から射出されるレーザビームを変調する。
【００５９】
レーザ光源７から射出された３本のレーザビームはダイクロミラー８により一本のレーザビームＷに合波され、ミラー部１６に入射する。
【００６０】
レーザビームＷは、走査駆動されるミラー部１６によりラスター走査され、スクリーン１０上に投影され、これにより高精細な画像を形成できる。
【００６１】
図９は、スポットの位置ズレを検出するフローチャートである。組み立て時等において、検出器ＰＤからの信号に基づいて、スポットの相対位置ズレを検出する。例えば図８のラスター走査の末端ＥＤでは、画像を表示しないので、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザビームを順々に照射して、スポットの位置ズレを検出器ＰＤで検出する。検出位置は、ラスター走査の末端ＥＤに限らず、始端でも良いし、表示画像に影響が及ばない箇所ならいずれも可能である。
【００６２】
ここで、図９のステップＳ１０１において、赤色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。次に、ステップＳ１０２において、緑色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。次に、ステップＳ１０３において、青色レーザビームを出射して、検出器ＰＤでスポット位置を検出する。
【００６３】
更に、ステップＳ１０４にて、スポットの相対ズレ量を検出して基準スポットを求める。ここでは、最も進んでいるスポットを基準として遅延をかけるものとする。図１０に示す例では、あらかじめ設定された基準スポット（赤）に対して、緑、青のスポットの時間的な相対的なずれ量（前・後）の補正をかけるものとする。
【００６４】
ステップＳ１０５で、相対ズレ量に応じて、データの入れ替えや出力タイミングの変更を行う。図１１にデータの入れ替えの例を示す。左からの走査では、赤の画像データ（Ｒ０、Ｒ１，Ｒ２、・・・）に対して、緑の画像データ（Ｇ０，Ｇ１，Ｇ２、・・・）を１画素分後ろへずらし、青の画像データ（Ｂ０，Ｂ１，Ｂ２、・・・）を３画素分後ろへずらしている（図１１（ａ）参照）。尚、折り返し後（右からの走査）は、逆に赤の画像データに対して、緑及び青の画像データは前にずらすこととなる（図１１（ｂ）参照）。
【００６５】
尚、温度センサを設け、所定値を超えて温度変化が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、或いは衝撃センサを設け、所定値を超えて衝撃が生じた場合に位置ズレの検出を行ったり、タイマを設けて、前回の検出から所定時間が過ぎた場合位置ズレの検出を行うこともできる。
【００６６】
図４に示す変調器６として、ＡＯＭ（Acoustic Optical Modulator）を採用してもよい。この場合、変調器６ｒ，６ｇ，６ｂをレーザ光源７ｒ，７ｇ，７ｂとダイクロミラー８ｒ，８ｇ，８ｂとの間に設置すればよい。又、ＭＥＭＳミラーの代わりに、ポリゴンミラーやガルバノミラー等を用いることができる。
【００６７】
図１２は、本実施の形態の変形例にかかる画像表示装置の図１と同様な図である。又、図１３は、本実施の形態の変形例にかかる検出器の図２と同様な図である。図１２に示す変形例では、センサレンズの代わりに、ホログラム回折素子ＨＤＥと、カラーフィルタＣＦとを設けている。又、本実施の形態の変形例にかかる検出器ＰＤは、図１３に示すように、３つの検出領域Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３を設けており、各領域は図２と同様に４分割されている。
【００６８】
本変形例によれば、ダイクロミラーＭＲｇから出射された各色のレーザビームは、ハーフミラーＨＦで一部が反射される。ハーフミラーＨＦで反射されたレーザビームをホログラム回折素子ＨＤＥに入射させることで、赤色のレーザビームと青色のレーザビームと緑色のレーザビームとに分解することができる。その後、ホログラム回折素子ＨＤＥから出射された各色レーザビームは、カラーフィルタＣＦを通過することで相互の干渉が防止され、更にＰＤの受光面に入射する。このとき、赤色のレーザビームは領域Ｒ１に入射し、青色のレーザビームは領域Ｒ２に入射し、緑色のレーザビームは領域Ｒ３に入射して、上述したように４分割された検出面Ａ〜Ｄに入射することで、同時に演算を行うことができる。又、各領域Ｒ１〜Ｒ３は、各々感度補正できるので、高精度に強度を検出できる。感度補正は回路側のゲインを変えることでも可能である。それ以外の構成は図１の例と同様である。本変形例によれば、同時に３色のレーザビームの演算ができるため、特に検出器ＰＤをパワーモニタとして用いる際に有効である。尚、検出器ＰＤは、各領域毎に分割した３つの検出器からなっていても良い。又、カラーフィルタＣＦは必ずしも設ける必要はない。
【００６９】
図１４は、別の変形例にかかる画像表示装置の図１２と同様な図である。本変形例が、図１２の変形例と異なる点は、ハーフミラーを省略する代わりに、メインミラーＭＭをハーフミラーとし、メインミラーＭＭを通過した一部のレーザビームをホログラム回折素子ＨＤＥに入射させている。それ以外の構成は、図１２の例と同様である。
【符号の説明】
【００７０】
ＣＬｂ コリメータ
ＣＬｒ コリメータ
ＨＦ ハーフミラー
ＬＤｂ 青色光源
ＬＤｇ 緑色光源
ＬＤｒ 赤色光源
ＭＥＭＳ ＭＥＭＳミラー
ＭＭ メインミラー
ＭＲｂ ダイクロミラー
ＭＲｇ ダイクロミラー
ＭＲｒ ミラー
ＰＤ 検出器
ＳＬ センサレンズ
２ フレームメモリ
３ 画像処理用メモリ
４ ラインバッファメモリ
６，６ｒ，６ｇ，６ｂ 変調器
７，７ｒ，７ｇ，７ｂ レーザ光源
８，８ｒ，８ｇ，８ｂ ダイクロミラー
９ 光スキャナ
１０ スクリーン
１４ システムコントローラ
１５ ２次元走査ミラー
１６ ミラー部
１７ 画像表示領域
１８ 走査領域
１００ レーザ制御部
１２０ 同期信号出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる色のレーザビームを出射するレーザ光源と、
バッファメモリに記憶された画像データに基づいて、前記レーザ光源を変調するレーザ制御部と、
前記レーザ光源から出射された前記異なる色のレーザビームを結合させ光路を一致させる結合手段と、
前記結合手段から出射したレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、
前記結合手段と前記走査部との間に配置され、前記結合手段から出射したレーザビームを、所定のタイミングで検出する検出器と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記検出器は、画面の水平方向及び垂直方向に対応する方向に２行２列で４分割された検出面を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記レーザ制御部は、前記検出器からの信号に応じて、バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記出力タイミングの変更は、オンデューティ信号のタイミングの変更であることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記検出器は、前記スクリーンの画像以外の場所に走査される前記レーザビームを検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１】
異なる色のレーザビームを出射するレーザ光源と、
バッファメモリに記憶された画像データに基づいて、前記レーザ光源を変調するレーザ制御部と、
前記レーザ光源から出射された前記異なる色のレーザビームを結合させ光路を一致させる結合手段と、
前記結合手段から出射したレーザビームをスクリーンの水平方向及び垂直方向に走査する走査部と、
前記結合手段と前記走査部との間に配置され、前記結合手段から出射したレーザビームを、所定のタイミングで検出する検出器と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記検出器は、画面の水平方向及び垂直方向に対応する方向に２行２列で４分割された検出面を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記レーザ制御部は、前記検出器からの信号に応じて、バッファメモリに記憶された画像データ中の各色データの出力タイミングを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記出力タイミングの変更は、オンデューティ信号のタイミングの変更であることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記検出器は、前記スクリーンの画像以外の場所に走査される前記レーザビームを検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１４５７５５（Ｐ２０１２−１４５７５５Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８７９（Ｐ２０１１−３８７９）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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