走査型画像表示装置及び走査型投影装置
【課題】走査型画像表示装置を構成する偏光プリズムのサイズを縮小し、装置の小型化を図ること。
【解決手段】偏光プリズム３０は６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）３１を６面体の略対角方向に配置する。偏光プリズム３０は、スクリーン９への光ビーム１０２の出射方向（Ｙ方向）の寸法をＡ、光源からの光ビーム１０１の入射方向（Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係とする。例えば偏光プリズムは直方体形状とし、走査ミラー５０から光ビーム１０２が入射する面３２において、ＰＢＳ膜３１の一端を入射面３２の端部から寸法Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）だけ内側にずらした位置に該入射面と略４５°の角度で交差するように配置する。
【解決手段】偏光プリズム３０は６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）３１を６面体の略対角方向に配置する。偏光プリズム３０は、スクリーン９への光ビーム１０２の出射方向（Ｙ方向）の寸法をＡ、光源からの光ビーム１０１の入射方向（Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係とする。例えば偏光プリズムは直方体形状とし、走査ミラー５０から光ビーム１０２が入射する面３２において、ＰＢＳ膜３１の一端を入射面３２の端部から寸法Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）だけ内側にずらした位置に該入射面と略４５°の角度で交差するように配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査ミラーにより２次元的に走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置及び走査型投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ光源から出射した光ビームを走査ミラー（偏向ミラー）にて画面上に２次元走査し、画像を表示する走査型画像表示装置及び走査型投影装置が実現されている。このような走査型画像表示装置として、例えば特許文献１、２では、レーザ光源と、レーザ光源から発射したレーザ光を反射させて被投影面に走査する偏向走査素子（例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置）とを備え、ミラー面を回転させ光源から出射した光ビームを２次元的に走査する装置が記載されている。その際、ミラーからの反射光を透過させて投影対象に投射（投影）する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）（または偏光ビームスプリッタキューブ、偏向プリズムともいう）と、偏光ビームスプリッタとＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、透過する光を偏光変調する１／４波長板を有する構成となっている。
【０００３】
特許文献１の図６や特許文献２の図２０には、走査ミラーへの入射方向をほぼ垂直方向（入射角がほぼ０）とした構成が示され、ミラー面の回転角に対するビームの偏向角（偏光効率）が大きくとれることが述べられている。この場合、走査ミラーへの入射光と反射光の光路が共通となるので、投射する光ビームを直線偏光とし、光路中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と１／４波長板とを用いて入射光と反射光を分離する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８９５７３号公報
【特許文献２】特表２００９−５３３７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
走査型画像表示装置において、スクリーン上の表示画像に発生する歪みは走査ミラーに対する光ビームの入射角に依存し、斜め方向入射の場合画像歪が大きくなることが知られている。そこで、走査ミラーへのビーム入射方向を垂直入射とすることで、画像の歪みを小さくすることができる。ただし垂直入射の場合には、入射光と反射光を分離するために偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が必要となる。ＰＢＳは、略立方体形状の偏光プリズムの対角方向に多層膜（以下、ＰＢＳ膜）を配した構造で、主にＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する性質がある。
【０００６】
走査型画像表示装置で投影する画像サイズは、走査ミラーの偏向角度によって決定される。前記特許文献１，２に記載されているような光学系構成は、走査ミラーからの反射光の全てを偏光ビームスプリッタ内に通過させなければならないため、偏向角度が大きくなると、偏光ビームスプリッタの体積も大きくしなければならない。しかしながら、偏光ビームスプリッタの体積が大きくなると、筺体全体が大型化するとともに、部品価格も増加する問題がある。
【０００７】
また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用すると、ＰＢＳの内面反射のために投影画像の略中央部分に輝点が発生し、画質を低下させるという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構成で大きい画像サイズが投影でき、かつ小型で低価格であるとともに、不要な輝点等が発生せず良好な画質の走査型画像表示装置及び走査型投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光ビームを走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置において、光ビームを出射する光源と、画像信号に応じて前記光源から出射する光ビームの強度を制御する光源駆動回路と、前記光ビームを略垂直にミラー面に入射し該光ビームを略垂直に反射する走査ミラーと、該走査ミラーのミラー面を所定の走査角度だけ２次元的に反復回転駆動する走査ミラー駆動回路と、前記光源から入射する光ビームを反射し１／４波長板を介して前記走査ミラーに入射させるとともに、該走査ミラーで反射され前記１／４波長板を通過した光ビームを透過して前記スクリーンの方向へ出射させる偏光プリズムとを備え、該偏光プリズムは６面体形状をなし、前記光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した構成であって、該偏光プリズムは、前記スクリーンへの光ビーム出射方向（以下、Ｙ方向）の寸法をＡ、前記光源からの光ビーム入射方向（以下、Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、前記ビームスプリッタは、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームが入射する第１の面が、前記偏向走査素子を反射した光ビームが入射する第２の面よりも、小さな面積を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で大きなサイズの画像を投影でき、かつ小型で低価格の走査型画像表示装置及び走査型投影装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による走査型画像表示装置の第１の実施例を示す全体構成図。
【図２】実施例１における偏光プリズムの形状を示す図。
【図３】偏光プリズムの第２の実施例の形状を示す図。
【図４】偏光プリズムの第３の実施例の形状を示す図。
【図５】偏光プリズムの第４の実施例の形状を示す図。
【図６】比較のために従来の偏光プリズムの形状を示す図。
【図７】本発明による走査型投影装置の第５の実施例を示す構成図である。
【図８】実施例５におけるビームスプリッタの構成図である。
【図９】ビームスプリッタの幅を求める説明図である。
【図１０】比較例として従来のビームスプリッタを用いた走査型投影装置の構成を示す図である。
【図１１】実施例５の変形例を示す走査型投影装置の構成図である。
【図１２】ビームスプリッタの第６の実施例を示す斜視図である。
【図１３】ビームスプリッタの第７の実施例を示す斜視図である。
【図１４】ビームスプリッタの第８の実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明による走査型画像表示装置の第９の実施例を示す全体構成図である。
【図１６】走査画面上に不要な迷光が発生する原理を説明する図である。
【図１７】透過偏光選択素子の他の構成例を示す図である。
【図１８】透過偏光選択素子のさらに他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図に示す実施例に基づいて詳細に説明するが、これによりこの本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明による走査型画像表示装置の第１の実施例を示す全体構成図である。図中の一点鎖線は、光ビームの光軸を示す。光モジュール部１は、緑（Ｇ）／赤（Ｒ）／青（Ｂ）の３色のレーザ光源１１，１２，１３と、各レーザ光源から発せられた光ビームを合成する光合成部と、合成した光ビームをスクリーン９へ投射する投射部と、投射する光ビームをスクリーン９上で２次元的に走査する走査部とを有する。光合成部には波長選択性ミラー２１，２２など、投射部にはＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜３１を含む偏光プリズム（偏光ビームスプリッタ）３０、１／４波長板４０、スペックル低減素子６０など、走査部には走査ミラー（偏向ミラー）５０などを含む。
【００１５】
表示する画像信号は、電源等を含む制御回路２を経由してビデオ信号処理回路３に入力する。ビデオ信号処理回路３では画像信号に対し各種の処理を施すとともに、Ｒ／Ｇ／Ｂの３色信号に分離しレーザ光源駆動回路４に送る。レーザ光源駆動回路４では、Ｒ／Ｇ／Ｂの各信号の輝度値に応じて、光モジュール部１内の対応するレーザ光源１１，１２，１３に対して発光用の駆動電流を供給する。その結果レーザ光源１１，１２，１３は、表示タイミングに合わせてＲ／Ｇ／Ｂ信号の輝度値に応じた強度の光ビームを出射する。
【００１６】
またビデオ信号処理回路３は、画像信号から同期信号を抽出して走査ミラー駆動回路５に送る。走査ミラー駆動回路５は、水平・垂直同期信号に合わせて光モジュール部１内の走査ミラー５０に対しミラー面を２次元的に反復回転させる駆動信号を供給する。これにより走査ミラー５０は、ミラー面を所定の角度だけ周期的に反復回転して光ビームを反射させ、スクリーン９上に水平方向および垂直方向に光ビームを走査して画像を表示する。
【００１７】
フロントモニター信号検出回路６は、光モジュール部１内のフロントモニター７０からの信号を入力して、レーザ光源１１，１２，１３から出射されるＲ／Ｇ／Ｂそれぞれの出力レベルを検出する。検出された出力レベルは、ビデオ信号処理回路３に入力され、所定の出力になるようレーザ光源１１，１２，１３の出力が制御される。
【００１８】
次に、光モジュール部１の内部構成について説明する。レーザ光源１１はＧ光（波長５２０ｎｍ帯）、レーザ光源１２はＲ光（波長６４０ｎｍ帯）、レーザ光源１３はＢ光（波長４４０ｎｍ帯）のビームをそれぞれ発生する。各色の光ビームは、コリメートレンズによって略平行な光ビームに変換される。波長選択性ミラー（ダイクロイックミラー）２１は、Ｇ光を透過しＲ光を反射する。また波長選択性ミラー２２は、Ｇ光とＲ光を透過しＢ光を反射する。Ｇ、Ｒ、Ｂ光の各ビームは、それらの光軸の傾きと位置を調整することで、各ビームの断面が互いに重なり合って１本の合成された光ビームとして進行する。なお、ここに示したＧ光、Ｒ光、Ｂ光の配置は各光ビームの伝達効率を考慮して決定したものであるが、その配置はこれに限定せず適宜変更することができる。
【００１９】
合成された光ビームは偏光プリズム３０に入射し、ＰＢＳ膜３１によって反射され、１／４波長板４０を通過して走査ミラー（偏向走査素子）５０へほぼ垂直に入射する。走査ミラー５０は例えば例えばＭＥＭＳミラーや、ガルバノミラー等で構成され、そのミラー面を２次元的に所定の走査角度で反復回転させることで、入射した光ビームを走査角度の範囲でほぼ垂直方向に反射させる。反射された光ビームは１／４波長板４０を通過して、偏光プリズム３０のＰＢＳ膜３１を透過しスペックル低減素子６０へ入射する。スペックル低減素子６０は、レーザ光が通過する光学部品からの戻り光との干渉により発生するスペックルノイズを低減するための素子で、例えば液晶素子で構成する。スペックル低減素子６０を通過した光ビームはスクリーン９へ投射され、画像が表示される。なお、スペックル低減素子６０は省略することができる。
【００２０】
次に、走査ミラー５０への入射光と走査ミラー５０からの反射光を分離する偏光プリズム３０の形状と動作について説明する。説明を容易にするために、レーザ光源から偏光プリズム３０に入力する光ビームの入射方向をＸ方向、走査ミラー５０で反射されスクリーン９へ出射される光ビームの中心軸方向をＹ方向、これらに直交し紙面に垂直な方向をＺ方向とする。スクリーン９では、Ｘ方向とＺ方向の２次元状に画像を表示する。始めに、従来の偏光プリズムの形状について説明する。
【００２１】
図６は、比較のために従来の偏光プリズム３０の形状を示し、（ａ）は平面図（Ｚ方向から見た図）、（ｂ）は側面図（Ｘ方向から見た図）である。
従来の偏光プリズム３０は略立方体形状であり、各辺の長さ、Ａ（Ｙ方向）、Ｂ（Ｘ方向）、Ｃ（Ｚ方向）は等しい。例えばその寸法は、以下に述べる走査角度を実現するために、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝８．４ｍｍだけ必要になる。ＰＢＳ膜３１は、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の対角位置ｅ，ｆを結ぶ面に配置され、ＰＢＳ膜３１の膜面と偏光プリズム３０の外面とのなす角は略４５°となる。側面図（ｂ）では、ＰＢＳ膜３１は偏光プリズム３０の内部に全面に渡り配置されている。
【００２２】
レーザ光源１１，１２，１３から出射され合成された光ビーム８１は、Ｓ偏光として偏光プリズム３０にＸ方向に入射する。入射光の偏光をＳ偏光にするためには、各レーザ光源あるいは各コリメートレンズ出射部分に偏光板を設けたり、レーザ光源自体を回転させて取り付けたりすればよい。偏光プリズム３０のＰＢＳ膜３１は斜め４５°方向に配置され、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過する特性を有する。よってＳ偏光の光ビーム８１はＰＢＳ膜３１で反射され−Ｙ方向に進み、１／４波長板４０に入射する。Ｓ偏光の光ビーム８１は１／４波長板４０で概ね円偏光の光ビームに変換され、走査ミラー５０に略垂直に入射する。
【００２３】
走査ミラー５０は光ビームを＋Ｙ方向に反射し、その反射ビーム８２は所定の走査角度（Ｘ方向θｘ、Ｚ方向θｚ）で振られる。この走査角度の大きさは表示画面サイズに対応し、例えばθｘ（水平方向）＝±１５°、θｚ（垂直方向）＝±１２°とする。光ビーム８２は１／４波長板４０を再度通過することによって、円偏光からＰ偏光の光ビームに変換されて偏光プリズム３０に入射する。Ｐ偏光の光ビーム８２はＰＢＳ膜３１を透過し、偏光プリズム３０からスクリーン９に向けて出射される。
【００２４】
図６の偏光プリズム３０の場合、偏光プリズムをさらに小型化できる余地がある。平面図（ａ）において、ＰＢＳ膜３１のうちで光ビーム８１が反射するのはＰＢＳ膜３１の中央部の一点であり、光ビーム８２が透過するのは符号ｇ〜ｈの部分で、その外側の部分ｅ〜ｇ、ｈ〜ｆは利用されていない。同様に側面図（ｂ）において、光ビーム８１，８２が反射または透過するのは符号８２で挟まれた領域で、符号８２の外側の部分は利用されていない。そこでこの光ビームの通過しない部分を除去することで、偏光プリズム３０の機能を何ら損なうことなくサイズを縮小することができる。
【００２５】
以下、縮小化した偏光プリズムのいくつかの実施例を図面で説明する。なお、偏光プリズム３０を形成する６つの外面を区別するため、走査ミラー５０からの光ビーム８２の入射する面を「入射面３２」、スクリーン９へ光ビーム８２を出射する面を「出射面３３」、レーザ光源からの光ビーム８１の入射する面を「第１側面３４」、第１側面３４に対向する反対側の面を「第２側面３５」、Ｚ方向に対向する面を「上面３６」、「下面３７」と呼ぶことにする。これらの面の位置は、図に示す通りである。
【００２６】
図２は、実施例１における偏光プリズム３０の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例では、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の入射面３２側を除去するとともに、これに伴い他の３面（出射面３３側、第１側面３４側、第２側面３５側）を除去している。また、側面図（ｂ）において上面３６側と下面３７側を除去している。すなわち各辺の寸法をＡ’（Ｙ方向）、Ｂ’（Ｘ方向）、Ｃ’（Ｚ方向）とするとき、除去前の寸法Ａ，Ｂ，Ｃ（ただしＡ＝Ｂ＝Ｃ）と比べて、Ａ’＜Ａ、Ｂ’＜Ｂ、Ｃ’＜Ｃとしている。さらに除去後の偏光プリズム３０は直方体形状（ＸＹ断面が長方形形状）をなし、Ａ’＜Ｂ’の関係としている。これにより、ＰＢＳ膜３１は、入射面３２の角（端部）から内側にずれた位置ｆ’と出射面３３の角（端部）ｅ’を結ぶ面に配置する。ＸＹ断面形状で言えば、ＰＢＳ膜３１の一端が長方形断面の頂点位置ｅ’を起点とし、他端が長方形断面の頂点から入射面３２上を内側にずれた位置ｆ’を終点とし、入射面３２と略４５°の角度で交差するように配置する。
【００２７】
偏光プリズム３０の除去部分を除去前の前記図６と対比して説明する。平面図（ａ）において偏光プリズム３０の入射面３２側を、図６における破線ｊの位置まで除去する。除去位置ｊは、光ビーム８２が透過しないＰＢＳ膜３１の領域から決定し、ＰＢＳ膜３１と光ビーム８２の交差位置ｈの近傍に設定する。入射面３２側を除去することにより、１／４波長板４０と走査ミラー５０は除去した分だけ偏光プリズム３０側へ移動させることができる。その結果、走査ミラー５０から入射される光ビーム８２は、走査角度θｘは同じであってもＰＢＳ膜３１の通過領域（Ｘ方向の幅）は狭くなる。よって、光ビーム８２との交差位置から決まる除去位置ｊはさらにＹ方向に前進し、この操作を繰り返して最終位置を決める。
【００２８】
次に、光ビーム８２の通過領域が狭くなることで、第１側面３４側と第２側面３５側についても光ビーム８２の通過しない部分が発生し、破線ｍ、ｎの位置まで除去する。また出射面３３側については、全ての光ビーム８２が出射面３３内を通過して出射することを条件に不要になる部分を決定し、破線ｋの位置まで除去する。その結果、除去後の偏光プリズム３０のＹ方向の寸法（奥行き）はＡ’、Ｘ方向の寸法（幅）はＢ’に縮小する。具体例を示せば、走査角度θｘ＝±１５°の場合、従来寸法Ａ＝Ｂ＝８．４ｍｍが、除去後寸法Ａ’＝６．６ｍｍ、Ｂ’＝７．８ｍｍに縮小する。この場合Ａ’＜Ｂ’の関係になるので、ＰＢＳ膜３１は入射面３２の角（端部）位置ではなく、寸法Ａ’とＢ’の差Δｘ＝１．２ｍｍだけ内側にずらした位置ｆ’を起点として配置していることに特徴がある。Ａ’とＢ’の寸法は走査角度θｘに依存するが、Ａ’＜Ｂ’の関係は常に成立する。そして、走査角度θｘが大きくなるほど、Ａ’とＢ’の差Δｘも大きくなる。よって、走査角度θｘが大きくして表示画像の解像度を高める場合に、Ａ’とＢ’の差Δｘを大きくして縮小効果を大きく発揮できることになる。
【００２９】
また側面図（ｂ）において、偏光プリズム３０の上面３６側と下面３７側を、図６における破線ｐ、ｑの位置まで除去する。この除去位置ｐ、ｑは、図２（ａ）の平面図に示した除去後の偏光プリズム３０において、光ビーム８２が出射面３３と交差する位置から決めればよい。その結果、除去後の偏光プリズム３０のＺ方向の寸法（高さ）はＣ’に縮小する。具体例を示せば、走査角度θｚ＝±１２°の場合、従来寸法Ｃ＝８．４ｍｍが、除去後寸法Ｃ’＝６．８ｍｍに縮小する。なお、この寸法Ｃ’は走査角度θｚに依存し、寸法Ａ’やＢ’との大小関係はθｚの大きさで決定される。
【実施例２】
【００３０】
図３は、偏光プリズム３０の第２の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第１の実施例（図２）の偏光プリズムをさらに除去した構造であって、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の第１側面３４と第２側面３５を、光ビーム８２の進行方向に沿って斜めにカットしている。すなわちＸＹ断面形状は台形形状となり、入射面３２での寸法（幅）Ｂ”を出射面での３３の寸法（幅）Ｂ’よりも小さくし、Ｂ”＝５．５ｍｍまで縮小している。そしてＰＢＳ膜３１は、入射面３２の角ｆ’と出射面３３の角ｅ’を結ぶ面に配置する。ＸＹ断面形状で言えば、ＰＢＳ膜３１の一端が台形の短辺（入射面３２）側の頂点位置ｆ’を起点とし、他端が台形の長辺（出射面３３）側の頂点位置ｅ’を終点とし、短辺及び長辺に対し略４５°の角度で交差するように配置している。側面図（ｂ）については前記第１の実施例（図２）と同様である。
【００３１】
本実施例では偏光プリズム３０の側面を斜めカットすることで、さらにサイズを縮小することができる。なお本実施例では、レーザ光源からの光ビーム８１が入射する第１側面３４を斜めにカットしたので、偏光プリズム３０に入射後の光ビーム８１の光路が変化する。そこで、レーザ光源側の光軸方向を修正して偏光プリズム３０内の光路が変化しないようにする。
【実施例３】
【００３２】
図４は、偏光プリズム３０の第３の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第２の実施例（図３）の偏光プリズムをさらに除去した構造であって、側面図（ｂ）において偏光プリズム３０の上面３６と下面３７を、光ビーム８２の進行方向に沿って斜めにカットしている。これにより、入射面３２での寸法（高さ）Ｃ”を出射面での３３の寸法（高さ）Ｃ’よりも小さくし、Ｃ”＝５ｍｍまで縮小している。本実施例では偏光プリズム３０の上下面を斜めカットすることで、偏光プリズムを立体的に小型化することができる。本実施例でも、レーザ光源側の光軸方向を修正して偏光プリズム３０内の光路が変化しないようにする。
【実施例４】
【００３３】
図５は、偏光プリズム３０の第４の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第３の実施例（図４）の偏光プリズムにおいて、レーザ光源からの光ビーム８１が入射する第１側面３４に対する斜めカットを止め、図２と同様の平面に戻した構造である。これによれば、偏光プリズム３０に入射後の光ビーム８１の光路が変化することがなく、レーザ光源側の光軸方向を修正する必要がない。
【００３４】
以上述べた実施例１〜４によれば、偏光プリズムの中で投射光生成に寄与しない部分を除去することで、偏光プリズムのサイズを縮小し、走査型画像表示装置の小型化を図ることができる。この小型化の効果は、走査角度を大きくして高解像度の画像表示を行う場合により大きく発揮できる。なお、以上の各実施例は、単独でもあるいは組み合わせても有効であり、偏光プリズムの除去する部分は適宜選択できることは言うまでもない。
【実施例５】
【００３５】
図７は、本発明による走査型投影装置の第５の実施例を示す構成図である。本実施例は、偏向プリズムのサイズを前記各実施例よりもさらに縮小したものである。ここでは、縮小したビームスプリッタ（偏光プリズム）１０９を含む走査型投影装置１００（すなわち図１における光モジュール部１に相当）の構成を示している。
【００３６】
レーザ光源１０１はＧ光（波長５２０ｎｍ帯）、レーザ光源１０３はＲ光（波長６４０ｎｍ帯）、レーザ光源１０５はＢ光（波長４４０ｎｍ帯）のビームをそれぞれ出射する半導体レーザである。各レーザ光源１０１，１０３，１０５から出射された光ビームは、それぞれコリメータレンズ１０２，１０４，１０６にて平行光ビームないし弱収束光ビームに変換される。
【００３７】
光合成素子１０７は、Ｇ光ビームを透過、Ｒ光ビームを反射する波長選択性ミラーであり、Ｒ光ビームの進行方向は図中ｙ方向に変換される。さらに、Ｇ光ビームとＲ光ビームの光軸が略一致するよう、光合成素子１０７またはレーザ光源１０１、１０３およびコリメータレンズ１０２、１０４を調整する。光合成素子１０８は、Ｇ光ビームおよびＲ光ビームを透過、Ｂ光ビームを反射する波長選択性ミラーであり、Ｂ光ビームの進行方向も図中ｙ方向に変換される。さらに、Ｂ光ビームとＧ光およびＲ光ビームの光軸が略一致するよう、光合成素子１０８またはレーザ光源１０５およびコリメータレンズ１０６を調整する。
【００３８】
一般的に半導体レーザから出射する光ビームは直線偏光となっている。そのため、レーザ光源１０１、１０３、１０５から出射する光ビームも直線偏光となっている。本実施例は、光合成素子１０８を透過した３本の光ビームの偏光方向が図中ｚ方向と略平行になるよう、レーザ光源１０１、１０３、１０５をそれぞれ回転調整している。
【００３９】
合成された３色の光ビームは、ビームスプリッタ（偏光プリズム）１０９に入射する。ビームスプリッタ１０９を構成する面のうち、光ビームが入射する面（第１側面）１１６と、偏向走査素子１１１との間で出射・入射する面（第２側面）１１７と、被投影面へ出射（投射）する面（第３側面）１１８に注目する。なお、前記実施例１−４（図２−５）の偏光プリズム３０との対応は、第１側面１１６は前記第１側面３４に、第２側面１１７は前記入射面３２に、第３側面１１８は前記出射面３３に相当する。本実施例では、第１側面１１６の幅（図中ｘ方向の長さ）は第２側面１１７、第３側面１１８の幅（図中ｙ方向の長さ）より小さく、かつ高さ（図中ｚ方向の長さ）を等しくしている。すなわち、ビームスプリッタ１０９は扁平な形状としている。
【００４０】
また、ビームスプリッタ１０９の略中心には偏光選択性反射膜（ＰＢＳ膜）１２０が製膜されている。偏光選択性反射膜１２０は、図中ｚ方向と平行な偏光成分を反射し、図中ｙ方向と平行な偏光成分を透過する性質がある。偏光選択性反射膜１２０は、反射した光ビームが所定の方向に進むよう所定の角度を持って配置される。例えば図７の例では、反射した光ビームが面１１７から略垂直に出射するよう、面１１６ないし面１１８に対し略４５度だけ傾斜している。面１１６に入射した３色の光ビームは、上述のように図中ｚ方向と略平行な直線偏光となるよう調整されているため、偏光選択性反射膜１２０は３色の光ビームを面１１７の方向に反射する。
【００４１】
ビームスプリッタ１０９の面１１７から出射した光ビームは、１／４波長板１１０に入射する。１／４波長板１１０では、３色の光ビームは円偏光に変換される。次に、光ビームは偏向走査素子（走査ミラー）１１１に入射する。偏向走査素子１１１は、図中ｚ方向と図中ｙ方向を走査軸とし、各走査軸のまわりに偏向駆動することで光ビームを被投影面上に２次元走査する機能がある。偏向走査素子１１１は、例えばＭＥＭＳミラーやガルバノミラー等を用いることで実現できる。
【００４２】
偏向走査素子１１１で反射した光ビームは再び１／４波長板１１０に入射する。ここで光ビームは、図中ｙ方向の直線偏光に変換される。次に、光ビームは再びビームスプリッタ１０９の面１１７を通過し、偏光選択性反射膜１２０に入射する。光ビームの偏光方向は１／４波長板１１０にて図中ｙ方向に平行に変換された後なので、ここで偏光選択性反射膜１２０は光ビームを透過する。図にはないが、偏向走査素子１１１が所定最大偏向角度となる場合も、偏向された光ビームがビームスプリッタ１０９内を通過するよう、第２側面１１７と第３側面１１８は所定の面積となっている。なお、偏向走査された光ビームがビームスプリッタ１０９の偏光選択性反射膜１２０に入射せずその外側を通過した場合、光ビームは単なる透明平板を透過することと同等となり、これを許容するものとする。
【００４３】
続いて、光ビームは走査型投影装置１００の上面に設けた透明カバー１１２に入射する。透明カバー１１２は、３色の光ビームの透過率が十分に高い透明なガラスまたはプラスチックのカバーを想定しており、装置１００内に入り込む粉塵等による光学部品の透過率の劣化や偏向走査素子１１１の故障などを防ぐことが可能となる。透明カバー１１２も、偏向走査素子１１１が所定最大偏向角度となる場合も、偏向された光ビームが損失なく透明カバー１１２を通過するよう、所定の面積となっている。透明カバー１１２を通過した３色の光ビームは、外部に設置されている被投影面上の同じ位置に３個の光スポットを重ねて形成する。すなわち、被投影面上には１個の光スポットとして視認できる。
【００４４】
以上のように、本実施例の走査型投影装置１００は、少なくともレーザ光源１０１、１０３、１０５とコリメータレンズ１０２、１０４、１０６、光合成素子１０７、１０８、ビームスプリッタ１０９、１／４波長板１１０、偏向走査素子１１１、透明カバー１１２にて構成されていればよく、途中に回折格子や波長板などの光学素子の追加や、ミラーで光路を折り曲げた構成であっても何ら構わない。また、透明カバー１１２と偏向走査素子１１１の間の光路に偏向走査素子１１１の走査角度を変換する機能を持つ光学素子等を追加しても何ら構わない。
【００４５】
図８は、実施例５におけるビームスプリッタ１０９の具体的な構成を示す斜視図である。ここでは一例として、ビームスプリッタ１０９を直方体の形状とした場合である。このビームスプリッタ１０９は、ガラス２０１とガラス２０２との接合面に偏光選択性反射膜１２０を製膜し、直方体になるよう切り出すことで作製できる。これは、特許文献１の偏光ビームスプリッタキューブの作製工程と同様であるため、作製は簡易である。
【００４６】
ビームスプリッタ１０９の図中ｘ方向に沿った長さを幅Ｌｘ、図中ｙ方向に沿った長さを幅Ｌｙ、図中ｚ方向に沿った長さを幅Ｌｚとする。ここで、ビームスプリッタ１０９の幅Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚの具体的な関係式について説明する。
【００４７】
図９は、ビームスプリッタ１０９の幅Ｌｙを求める説明図である。なお、図を簡易化するため、ビームスプリッタ１０９及び偏向走査素子１１１のみ記述している。ビームスプリッタ１０９の第２側面１１７および第３側面１１８は、偏向走査素子１１１で偏向走査され光ビームの入射角度が変化しても、入射する光ビームが全てビームスプリッタ１０９内を通過するよう所定の面積を有している。
【００４８】
偏向走査素子１１１をその中心を通り図中ｚ方向に平行な直線を軸として回転した場合の、最大偏向角度を±θｍａｘとする。ここでは、紙面上における時計回りを負、反時計回りを正としている。偏向走査素子１１１の偏向角度がゼロの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１３、偏向角度が＋θｍａｘの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１４、偏向角度が−θｍａｘの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１５とする。光軸１１３と光軸１１４との間の角度は＋２・θｍａｘ、光軸１１３と光軸１１６との間の角度は−２・θｍａｘとなり、光ビームの最大偏向走査角度は、±２・θｍａｘとなる。
【００４９】
ビームスプリッタ１０９の面１１７と偏向走査素子１１１との間の距離を距離Ｄ、ビームスプリッタ１０９の屈折率を屈折率ｎとすると、第３側面１１８において最大偏向走査角度までの光ビームが入射する図中ｙ軸に沿った最大の幅Ｌ’は、（１）式で与えられる。
Ｌ’＝２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・θｍａｘ） （１）
【００５０】
光ビームのビーム径をＳとすると、光軸１１４と光軸１１５との間の偏向角度で入射する光ビームが全て第３側面１１８を通過するようにするためには、幅Ｌｙは（２）式を満足する必要がある。
Ｌｙ＞Ｓ＋Ｌ’＝Ｓ＋２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・θｍａｘ） （２）
【００５１】
また、図にはないが、第３側面１１８の図中ｚ方向に沿った幅Ｌｚも同様に求めることができる。偏向走査素子１１１をその中心を通り図中ｙ方向に平行な直線を軸として回転させたときの、最大偏向角度を±φｍａｘとする。光ビームが全て第３側面１１８を通過するためには、幅Ｌｚは（３）式を満足する必要がある。
Ｌｚ＞Ｓ＋２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・φｍａｘ） （３）
【００５２】
一方、第１側面１１６に入射する光ビームは、偏向走査素子１１１に向かって進行する往路光ビームであり、その偏向角度が変化することはない。従って、第１側面１１６の幅Ｌｘはビーム径Ｓを用いて（４）式となればよい。
Ｌｘ＞Ｓ （４）
以上のように、本実施例のビームスプリッタ１０９の幅Ｌｙ、Ｌｚ、Ｌｘは、（２）、（３）、（４）式を満足するよう決めればよい。
【００５３】
続いて、本実施例のビームスプリッタ１０９の効果について説明する。
図１０は、比較例として従来のビームスプリッタを用いた場合の走査型投影装置４００の構成図を示す。例えば、特許文献１に記載されているｘｙ断面が正方形である偏光ビームスプリッタキューブ４０１を採用した場合である。
【００５４】
図のように、最大偏向角度±２・θｍａｘの光ビームが偏光ビームスプリッタキューブ４０１を透過するには、偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積を大きくする必要がある。さらに、走査型投影装置で大きなサイズの画像を投影するためには最大偏向角度のさらなる拡大が必須であり、それに伴い偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積はさらに増加する。また、偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積の増加は、走査型投影装置４００全体が大型化する問題だけでなく、部品価格が増加する問題もある。通常、偏光依存性がある光学部品はガラスで作製される。偏光ビームスプリッタキューブ４０１もガラスで作製されることを想定すると、部品が大型化するほど１枚のガラス基板から得られる部品の取り数が少なくなり、部品価格が増大する。従って、走査型投影装置４００の価格全体の中で、偏光ビームスプリッタキューブ４００が占めるインパクトが非常に大きくなる。
【００５５】
本実施例の走査型投影装置１００のビームスプリッタ１０９は、偏光走査素子１１１に向かって進行し入射角度がほぼ変化しない往路光ビームが入射する第１側面１１６の面積を、偏向走査素子１１１にて走査され入射角度が大きく変化する復路光ビームが入射する第２側面１１７、第３側面１１８の面積より小さくする構成となっている。この構成とすることで、ビームスプリッタ１０９の厚さを十分に薄くでき、体積も大幅に減少させることができる。これより、走査型投影装置１００全体の小型化が可能となる上、１枚のガラス基板から得られる部品の取り数が増えることで部品価格が大きく低下する効果もある。
【００５６】
投影画像のサイズを大きくするため光ビームの最大偏向角度を大きくした場合においても、幅Ｌｙおよび幅Ｌｚを長くするだけでよく、幅Ｌｘはそのままでもよい。すなわち、光ビームの最大偏向角度を大きくしてもビームスプリッタ１０９の厚さが変化することはない。従って、ビームスプリッタ１０９の部品体積の大きな増加を防ぐことができる。これより、走査型投影装置１００の小型化および価格低減効果が得られる。さらに、ビームスプリッタ１０９を用いるだけで小型化かつ価格低減が実現できるため、光学部品の増加や光学系が複雑化することはない。
【００５７】
以上のように、本実施例の走査型投影装置１００は、サイズの小さいビームスプリッタ１０９を用いながら大きな画像サイズが投影可能で、装置の小型かつ低価格が実現できる。
【００５８】
なお、本実施例の走査型投影装置においては、以下の変形が可能である。
Ｇ、Ｒ、Ｂの３色の光ビームを合成する光合成素子１０７および１０８は、波長選択性ミラーを想定している。しかしながら、本実施例のような走査型投影装置においては、３色の光ビームを合成する構成であればよく、２個の波長選択性ミラーの代わりに２個の波長選択性プリズムを用いる構成であってもよい。
【００５９】
また、図１１に示す走査型投影装置５００のように、光合成素子１０７および１０８の機能を併せ持つ光合成素子５０１によって３色の光ビームを合成後、１個のコリメータレンズ５０２で３色の光ビームを合わせて平行光に変換しても何ら構わない。さらに、図にはないが、光合成素子５０１の代わりに液晶プロジェクタ等で一般的に用いられる１個の波長選択性クロスプリズムを用いてもよい。
【００６０】
また、緑色、赤色、青色のレーザ光源の配置は本実施例に限定されることはなく、異なってもよい。
また、偏向走査素子１１１は、それぞれ互いに略垂直な回転軸を単独に備えた２枚の偏向ミラーで構成してもよい。
また、本実施例のビームスプリッタ１０９は、必ずしもガラスで構成される必要はなく、透明なプラスチックで構成してもよい。
【実施例６】
【００６１】
図１２は、ビームスプリッタの第６の実施例を示す斜視図である。前記したビームスプリッタ１０９は、光合成素子１０８を通過した光ビームを偏向走査素子１１１に向かって反射する構成であればよい。よって図１２に示すビームスプリッタ６００のように、ガラス２０１とガラス２０２の接合面２０３に製膜される偏光選択性反射膜１２０は、レーザ光源から接合面２０３に入射する往路光ビーム２０４の入射位置およびその近傍を含む限られた面積に設けておけばよい。また、図では偏光選択性反射膜１２０の形状を四角形としているが、これにこだわらず、略円形や多角形などでもよい。
【００６２】
また、前記したビームスプリッタ１０９，６００は、光合成素子１０８を通過した往路光ビームを偏向走査素子１１１に向かって反射し、偏向走査素子１１１で反射した復路光ビームを被投影面に向かって透過する構成であればよい。例えば、偏光選択性反射膜１２０とは逆の機能を持つ、図中ｙ軸方向と略平行な偏光ビームを反射し図中ｚ方向と略平行な偏光ビームを通過する偏光選択性反射膜を用い、光合成素子１０８を通過した光ビームが図中ｙ方向と平行な偏光方向となるようレーザ光源１０１、１０３、１０５を回転調整する構成であってもよい。
【実施例７】
【００６３】
図１３は、ビームスプリッタの第７の実施例を示す斜視図である。前記したビームスプリッタ１０９は直方体形状とし、偏向角度がゼロの光ビームが第１〜第３側面１１６、１１７、１１８に対し垂直に入射する構成としたが、これに限定されない。例えば図１３に示すビームスプリッタ７００のように、光ビームが各面に斜めに入射しても何ら構わない。つまり、第２側面１１７と下面７０２との間の角度Δ１、または第１側面１１６と下面７０２との角度Δ２が９０°でなくてもよい。また、１／４波長板１１０も、図中ｚ方向または図中ｙ方向を軸として回転して取り付けてもよい。これより次の効果が得られる。
【００６４】
通常、光学部品はその入射または透過面にて反射した微小の迷光ビームが発生する。例えば偏光選択性反射膜１２０で反射後、第２側面１１７を透過せずに反射した迷光ビームや、１／４波長板１１０で透過せずに反射した迷光ビームが、被投影面に向かって直進することになる。その場合にも、迷光ビームの光軸角度が画像を投影する光ビームの最大走査角度±２・θｍａｘまたは±２・φｍａｘ以上となるようビームスプリッタ１０９の角度Δ１またはΔ２の傾斜角度を設けておくと、または１／４波長板を傾けて設置すると、投影する画像内に迷光ビームの入射を防ぐことができる。さらに、画像を投影する光ビームに影響を与えることなく迷光ビームのみを遮光する光学部品の追加も容易である。これより、迷光ビームによる画像の劣化を防ぐことが可能となる。
【実施例８】
【００６５】
図１４は、ビームスプリッタの第８の実施例を示す平面図である。偏向走査素子１１１を反射しビームスプリッタ１０９を通過する光ビームのうち、偏光選択性反射膜１２０を通過する光ビームは、その外側の領域を通過する光ビームに対し微小のエネルギー損失が発生する。そこで、図１４に示すビームスプリッタ８００のように、第３側面１１８において、偏光選択性反射膜１２０の端を通過する光ビーム８０１及び８０２よりも偏向角度が大きな光ビームが入射する所定の場所に、偏光選択性反射膜１２０の透過率とほぼ等しい透過率を持つ膜８０３、８０４を製膜する。その結果、ビームスプリッタ８００の第３側面１１８から出射する光ビームの強度を全偏向角度において一定に保つことができる。これより、投影される画像のうち、偏光選択性反射膜１２０を通過する光ビームが形成する一部の領域が暗くなることを防ぐことができ、画像の劣化が防止できる。
【００６６】
以上のように、実施例５〜８の走査型投影装置１００は、サイズの小さいビームスプリッタ１０９，６００，７００，８００を用いるだけの簡単な構成で、大きな画像が投影可能で、装置の小型化および価格の低減が実現できる。
【実施例９】
【００６７】
図１５は、本発明による走査型画像表示装置の第９の実施例を示す全体構成図である。実施例９は前記実施例１（図１）の光モジュール部１において、偏光プリズム（偏光ビームスプリッタ、ＰＢＳ）３０からスクリーン９への光ビーム出射側に、透過偏光選択素子９０を配置した構成としている。偏光選択素子９０を設けることで、ＰＢＳ３０の内面反射のためにスクリーン９上の投影画像の略中央部分に輝点が発生することを防止することができる。なお、前記実施例５（図７）においても同様で、ビームスプリッタ１０９から被投影面への光ビーム出射側に透過偏光選択素子９０を配置すればよい。
【００６８】
まず図１６により、ＰＢＳ３０を使用した場合、走査画面上に不要な迷光が発生する原理を説明する。
【００６９】
光源１１、１２、１３からの光ビームは、入射光Ｂ００１としてＰＢＳ３０に入射する。入射光はＰＢＳ３０の反射面（ＰＢＳ膜）３１に対してＳ偏光となるように設定されており、同反射面３１により反射する。反射光Ｂ００２のほとんどはＰＢＳ３０の側面３２を通過して走査ミラー５０へ向かうが、約０．１％程度の光ビームはＰＢＳ３０の側面３２により内面反射される。ＰＢＳ３０の側面３２により内面反射された光ビームの偏光状態は変化しないため、その大部分はＰＢＳ３０の反射面３１によって反射され反射光Ｂ００３として光源方向に進行するが、約０．１％から約１％の光ビームは透過光Ｂ００４としてスクリーン９の方向に進行する。透過光Ｂ００４の光量は画像を形成する走査光Ｂ００５（Ｐ偏光）に対して極めてわずかであるが、その位置が画面のほぼ中央に固定しているため、不要な迷光による輝点として認識されてしまう問題がある。
【００７０】
そこで本実施例では、上記輝点を除去して画質を向上させるために、透過偏光選択素子９０を配置する。透過偏光選択素子９０は特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させるものであれば良く、いわゆる偏光フィルタを使用することができる。画像を形成する走査光Ｂ００５と輝点を形成する透過光Ｂ００４の偏光方向は互いに直交しているため、走査光Ｂ００５の偏光のみ透過するように偏光選択素子９０の光学軸を設定すれば、不要な迷光による輝点を形成する透過光Ｂ００４を遮蔽することができる。
【００７１】
図１７は、透過偏光選択素子９０の他の構成例を示す図である。
【００７２】
透過偏光選択素子９０ａ上には、屈折率あるいは光学的位相が変化する周期構造が形成されており、入射光Ｃ００１に対して、特定の偏光方向（ここではＰ偏光成分）の光ビームは直進して出射光Ｃ００２となるが、特定の偏光方向（ここではＳ偏光成分）の光ビームは回折されて進行方向が変化し出射光Ｃ００３となる。同素子によって、不要な迷光により輝点が発生する偏光方向（Ｓ偏光）の光ビームを偏向させ、輝点の発生を防止することができる。同図では、一方向のいわゆる回折格子を図示したが、二次元方向に組み合わせて回折させても構わない。
【００７３】
図１８は、透過偏光選択素子９０のさらに他の構成例を示す図である
透過偏光選択素子９０ｂ上には、屈折率あるいは光学的位相が変化する略同心円状の周期構造が形成されており、入射光Ｃ００１に対して、特定の偏光方向（ここではＳ偏光成分）の光ビームが回折され出射光Ｃ００３となって放射状に拡散する。同素子によって、不要な迷光による輝点が発生する偏光方向の光ビームを拡散させることができる。
【００７４】
このように実施例９によれば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用するにより投影画像の略中央部分に発生する輝点をなくし、画質の低下を防止できる。なお透過偏光選択素子９０は、図１７と図１８を組み合わせた周期構造を形成することもできる。また、図１８では周期構造を形成する領域を素子中央部分に限定しているが、周期構造の形成領域は、素子全体であっても、入射光ビームの径に相当する領域のみに限定しても、いずれでもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…光モジュール部、
２…制御回路、
３…ビデオ信号処理回路、
４…レーザ光源駆動回路、
５…走査ミラー駆動回路、
６…フロントモニター信号検出回路、
９…スクリーン、
１１，１２，１３…レーザ光源、
２１，２２…波長選択性ミラー、
３０…偏光プリズム、
３１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜、
３２…（偏光プリズムの）入射面、
３３…（偏光プリズムの）出射面、
３４…（偏光プリズムの）第１側面、
３５…（偏光プリズムの）第２側面、
３６…（偏光プリズムの）上面、
３７…（偏光プリズムの）下面、
４０…１／４波長板、
５０…走査ミラー、
６０…スペックル低減素子、
７０…フロントモニター、
９０，９０ａ，９０ｂ…透過偏光選択素子、
１０１，１０３，１０５…レーザ光源、
１０２，１０４，１０６…コリメータレンズ、
１０７，１０８…光合成素子、
１０９，６００，７００，８００…ビームスプリッタ、
１１０…１／４波長板、
１１１…偏向走査素子、
１１２…透明カバー、
１１６…（ビームスプリッタの）第１側面、
１１７…（ビームスプリッタの）第２側面、
１１８…（ビームスプリッタの）第３側面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ビームを走査ミラーにより２次元的に走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置及び走査型投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体レーザ光源から出射した光ビームを走査ミラー（偏向ミラー）にて画面上に２次元走査し、画像を表示する走査型画像表示装置及び走査型投影装置が実現されている。このような走査型画像表示装置として、例えば特許文献１、２では、レーザ光源と、レーザ光源から発射したレーザ光を反射させて被投影面に走査する偏向走査素子（例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー装置）とを備え、ミラー面を回転させ光源から出射した光ビームを２次元的に走査する装置が記載されている。その際、ミラーからの反射光を透過させて投影対象に投射（投影）する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）（または偏光ビームスプリッタキューブ、偏向プリズムともいう）と、偏光ビームスプリッタとＭＥＭＳミラー装置との間に配置され、透過する光を偏光変調する１／４波長板を有する構成となっている。
【０００３】
特許文献１の図６や特許文献２の図２０には、走査ミラーへの入射方向をほぼ垂直方向（入射角がほぼ０）とした構成が示され、ミラー面の回転角に対するビームの偏向角（偏光効率）が大きくとれることが述べられている。この場合、走査ミラーへの入射光と反射光の光路が共通となるので、投射する光ビームを直線偏光とし、光路中に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と１／４波長板とを用いて入射光と反射光を分離する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８９５７３号公報
【特許文献２】特表２００９−５３３７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
走査型画像表示装置において、スクリーン上の表示画像に発生する歪みは走査ミラーに対する光ビームの入射角に依存し、斜め方向入射の場合画像歪が大きくなることが知られている。そこで、走査ミラーへのビーム入射方向を垂直入射とすることで、画像の歪みを小さくすることができる。ただし垂直入射の場合には、入射光と反射光を分離するために偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が必要となる。ＰＢＳは、略立方体形状の偏光プリズムの対角方向に多層膜（以下、ＰＢＳ膜）を配した構造で、主にＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する性質がある。
【０００６】
走査型画像表示装置で投影する画像サイズは、走査ミラーの偏向角度によって決定される。前記特許文献１，２に記載されているような光学系構成は、走査ミラーからの反射光の全てを偏光ビームスプリッタ内に通過させなければならないため、偏向角度が大きくなると、偏光ビームスプリッタの体積も大きくしなければならない。しかしながら、偏光ビームスプリッタの体積が大きくなると、筺体全体が大型化するとともに、部品価格も増加する問題がある。
【０００７】
また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用すると、ＰＢＳの内面反射のために投影画像の略中央部分に輝点が発生し、画質を低下させるという問題もある。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構成で大きい画像サイズが投影でき、かつ小型で低価格であるとともに、不要な輝点等が発生せず良好な画質の走査型画像表示装置及び走査型投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光ビームを走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置において、光ビームを出射する光源と、画像信号に応じて前記光源から出射する光ビームの強度を制御する光源駆動回路と、前記光ビームを略垂直にミラー面に入射し該光ビームを略垂直に反射する走査ミラーと、該走査ミラーのミラー面を所定の走査角度だけ２次元的に反復回転駆動する走査ミラー駆動回路と、前記光源から入射する光ビームを反射し１／４波長板を介して前記走査ミラーに入射させるとともに、該走査ミラーで反射され前記１／４波長板を通過した光ビームを透過して前記スクリーンの方向へ出射させる偏光プリズムとを備え、該偏光プリズムは６面体形状をなし、前記光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した構成であって、該偏光プリズムは、前記スクリーンへの光ビーム出射方向（以下、Ｙ方向）の寸法をＡ、前記光源からの光ビーム入射方向（以下、Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係としたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、前記ビームスプリッタは、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームが入射する第１の面が、前記偏向走査素子を反射した光ビームが入射する第２の面よりも、小さな面積を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で大きなサイズの画像を投影でき、かつ小型で低価格の走査型画像表示装置及び走査型投影装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による走査型画像表示装置の第１の実施例を示す全体構成図。
【図２】実施例１における偏光プリズムの形状を示す図。
【図３】偏光プリズムの第２の実施例の形状を示す図。
【図４】偏光プリズムの第３の実施例の形状を示す図。
【図５】偏光プリズムの第４の実施例の形状を示す図。
【図６】比較のために従来の偏光プリズムの形状を示す図。
【図７】本発明による走査型投影装置の第５の実施例を示す構成図である。
【図８】実施例５におけるビームスプリッタの構成図である。
【図９】ビームスプリッタの幅を求める説明図である。
【図１０】比較例として従来のビームスプリッタを用いた走査型投影装置の構成を示す図である。
【図１１】実施例５の変形例を示す走査型投影装置の構成図である。
【図１２】ビームスプリッタの第６の実施例を示す斜視図である。
【図１３】ビームスプリッタの第７の実施例を示す斜視図である。
【図１４】ビームスプリッタの第８の実施例を示す平面図である。
【図１５】本発明による走査型画像表示装置の第９の実施例を示す全体構成図である。
【図１６】走査画面上に不要な迷光が発生する原理を説明する図である。
【図１７】透過偏光選択素子の他の構成例を示す図である。
【図１８】透過偏光選択素子のさらに他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図に示す実施例に基づいて詳細に説明するが、これによりこの本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明による走査型画像表示装置の第１の実施例を示す全体構成図である。図中の一点鎖線は、光ビームの光軸を示す。光モジュール部１は、緑（Ｇ）／赤（Ｒ）／青（Ｂ）の３色のレーザ光源１１，１２，１３と、各レーザ光源から発せられた光ビームを合成する光合成部と、合成した光ビームをスクリーン９へ投射する投射部と、投射する光ビームをスクリーン９上で２次元的に走査する走査部とを有する。光合成部には波長選択性ミラー２１，２２など、投射部にはＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜３１を含む偏光プリズム（偏光ビームスプリッタ）３０、１／４波長板４０、スペックル低減素子６０など、走査部には走査ミラー（偏向ミラー）５０などを含む。
【００１５】
表示する画像信号は、電源等を含む制御回路２を経由してビデオ信号処理回路３に入力する。ビデオ信号処理回路３では画像信号に対し各種の処理を施すとともに、Ｒ／Ｇ／Ｂの３色信号に分離しレーザ光源駆動回路４に送る。レーザ光源駆動回路４では、Ｒ／Ｇ／Ｂの各信号の輝度値に応じて、光モジュール部１内の対応するレーザ光源１１，１２，１３に対して発光用の駆動電流を供給する。その結果レーザ光源１１，１２，１３は、表示タイミングに合わせてＲ／Ｇ／Ｂ信号の輝度値に応じた強度の光ビームを出射する。
【００１６】
またビデオ信号処理回路３は、画像信号から同期信号を抽出して走査ミラー駆動回路５に送る。走査ミラー駆動回路５は、水平・垂直同期信号に合わせて光モジュール部１内の走査ミラー５０に対しミラー面を２次元的に反復回転させる駆動信号を供給する。これにより走査ミラー５０は、ミラー面を所定の角度だけ周期的に反復回転して光ビームを反射させ、スクリーン９上に水平方向および垂直方向に光ビームを走査して画像を表示する。
【００１７】
フロントモニター信号検出回路６は、光モジュール部１内のフロントモニター７０からの信号を入力して、レーザ光源１１，１２，１３から出射されるＲ／Ｇ／Ｂそれぞれの出力レベルを検出する。検出された出力レベルは、ビデオ信号処理回路３に入力され、所定の出力になるようレーザ光源１１，１２，１３の出力が制御される。
【００１８】
次に、光モジュール部１の内部構成について説明する。レーザ光源１１はＧ光（波長５２０ｎｍ帯）、レーザ光源１２はＲ光（波長６４０ｎｍ帯）、レーザ光源１３はＢ光（波長４４０ｎｍ帯）のビームをそれぞれ発生する。各色の光ビームは、コリメートレンズによって略平行な光ビームに変換される。波長選択性ミラー（ダイクロイックミラー）２１は、Ｇ光を透過しＲ光を反射する。また波長選択性ミラー２２は、Ｇ光とＲ光を透過しＢ光を反射する。Ｇ、Ｒ、Ｂ光の各ビームは、それらの光軸の傾きと位置を調整することで、各ビームの断面が互いに重なり合って１本の合成された光ビームとして進行する。なお、ここに示したＧ光、Ｒ光、Ｂ光の配置は各光ビームの伝達効率を考慮して決定したものであるが、その配置はこれに限定せず適宜変更することができる。
【００１９】
合成された光ビームは偏光プリズム３０に入射し、ＰＢＳ膜３１によって反射され、１／４波長板４０を通過して走査ミラー（偏向走査素子）５０へほぼ垂直に入射する。走査ミラー５０は例えば例えばＭＥＭＳミラーや、ガルバノミラー等で構成され、そのミラー面を２次元的に所定の走査角度で反復回転させることで、入射した光ビームを走査角度の範囲でほぼ垂直方向に反射させる。反射された光ビームは１／４波長板４０を通過して、偏光プリズム３０のＰＢＳ膜３１を透過しスペックル低減素子６０へ入射する。スペックル低減素子６０は、レーザ光が通過する光学部品からの戻り光との干渉により発生するスペックルノイズを低減するための素子で、例えば液晶素子で構成する。スペックル低減素子６０を通過した光ビームはスクリーン９へ投射され、画像が表示される。なお、スペックル低減素子６０は省略することができる。
【００２０】
次に、走査ミラー５０への入射光と走査ミラー５０からの反射光を分離する偏光プリズム３０の形状と動作について説明する。説明を容易にするために、レーザ光源から偏光プリズム３０に入力する光ビームの入射方向をＸ方向、走査ミラー５０で反射されスクリーン９へ出射される光ビームの中心軸方向をＹ方向、これらに直交し紙面に垂直な方向をＺ方向とする。スクリーン９では、Ｘ方向とＺ方向の２次元状に画像を表示する。始めに、従来の偏光プリズムの形状について説明する。
【００２１】
図６は、比較のために従来の偏光プリズム３０の形状を示し、（ａ）は平面図（Ｚ方向から見た図）、（ｂ）は側面図（Ｘ方向から見た図）である。
従来の偏光プリズム３０は略立方体形状であり、各辺の長さ、Ａ（Ｙ方向）、Ｂ（Ｘ方向）、Ｃ（Ｚ方向）は等しい。例えばその寸法は、以下に述べる走査角度を実現するために、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝８．４ｍｍだけ必要になる。ＰＢＳ膜３１は、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の対角位置ｅ，ｆを結ぶ面に配置され、ＰＢＳ膜３１の膜面と偏光プリズム３０の外面とのなす角は略４５°となる。側面図（ｂ）では、ＰＢＳ膜３１は偏光プリズム３０の内部に全面に渡り配置されている。
【００２２】
レーザ光源１１，１２，１３から出射され合成された光ビーム８１は、Ｓ偏光として偏光プリズム３０にＸ方向に入射する。入射光の偏光をＳ偏光にするためには、各レーザ光源あるいは各コリメートレンズ出射部分に偏光板を設けたり、レーザ光源自体を回転させて取り付けたりすればよい。偏光プリズム３０のＰＢＳ膜３１は斜め４５°方向に配置され、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過する特性を有する。よってＳ偏光の光ビーム８１はＰＢＳ膜３１で反射され−Ｙ方向に進み、１／４波長板４０に入射する。Ｓ偏光の光ビーム８１は１／４波長板４０で概ね円偏光の光ビームに変換され、走査ミラー５０に略垂直に入射する。
【００２３】
走査ミラー５０は光ビームを＋Ｙ方向に反射し、その反射ビーム８２は所定の走査角度（Ｘ方向θｘ、Ｚ方向θｚ）で振られる。この走査角度の大きさは表示画面サイズに対応し、例えばθｘ（水平方向）＝±１５°、θｚ（垂直方向）＝±１２°とする。光ビーム８２は１／４波長板４０を再度通過することによって、円偏光からＰ偏光の光ビームに変換されて偏光プリズム３０に入射する。Ｐ偏光の光ビーム８２はＰＢＳ膜３１を透過し、偏光プリズム３０からスクリーン９に向けて出射される。
【００２４】
図６の偏光プリズム３０の場合、偏光プリズムをさらに小型化できる余地がある。平面図（ａ）において、ＰＢＳ膜３１のうちで光ビーム８１が反射するのはＰＢＳ膜３１の中央部の一点であり、光ビーム８２が透過するのは符号ｇ〜ｈの部分で、その外側の部分ｅ〜ｇ、ｈ〜ｆは利用されていない。同様に側面図（ｂ）において、光ビーム８１，８２が反射または透過するのは符号８２で挟まれた領域で、符号８２の外側の部分は利用されていない。そこでこの光ビームの通過しない部分を除去することで、偏光プリズム３０の機能を何ら損なうことなくサイズを縮小することができる。
【００２５】
以下、縮小化した偏光プリズムのいくつかの実施例を図面で説明する。なお、偏光プリズム３０を形成する６つの外面を区別するため、走査ミラー５０からの光ビーム８２の入射する面を「入射面３２」、スクリーン９へ光ビーム８２を出射する面を「出射面３３」、レーザ光源からの光ビーム８１の入射する面を「第１側面３４」、第１側面３４に対向する反対側の面を「第２側面３５」、Ｚ方向に対向する面を「上面３６」、「下面３７」と呼ぶことにする。これらの面の位置は、図に示す通りである。
【００２６】
図２は、実施例１における偏光プリズム３０の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例では、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の入射面３２側を除去するとともに、これに伴い他の３面（出射面３３側、第１側面３４側、第２側面３５側）を除去している。また、側面図（ｂ）において上面３６側と下面３７側を除去している。すなわち各辺の寸法をＡ’（Ｙ方向）、Ｂ’（Ｘ方向）、Ｃ’（Ｚ方向）とするとき、除去前の寸法Ａ，Ｂ，Ｃ（ただしＡ＝Ｂ＝Ｃ）と比べて、Ａ’＜Ａ、Ｂ’＜Ｂ、Ｃ’＜Ｃとしている。さらに除去後の偏光プリズム３０は直方体形状（ＸＹ断面が長方形形状）をなし、Ａ’＜Ｂ’の関係としている。これにより、ＰＢＳ膜３１は、入射面３２の角（端部）から内側にずれた位置ｆ’と出射面３３の角（端部）ｅ’を結ぶ面に配置する。ＸＹ断面形状で言えば、ＰＢＳ膜３１の一端が長方形断面の頂点位置ｅ’を起点とし、他端が長方形断面の頂点から入射面３２上を内側にずれた位置ｆ’を終点とし、入射面３２と略４５°の角度で交差するように配置する。
【００２７】
偏光プリズム３０の除去部分を除去前の前記図６と対比して説明する。平面図（ａ）において偏光プリズム３０の入射面３２側を、図６における破線ｊの位置まで除去する。除去位置ｊは、光ビーム８２が透過しないＰＢＳ膜３１の領域から決定し、ＰＢＳ膜３１と光ビーム８２の交差位置ｈの近傍に設定する。入射面３２側を除去することにより、１／４波長板４０と走査ミラー５０は除去した分だけ偏光プリズム３０側へ移動させることができる。その結果、走査ミラー５０から入射される光ビーム８２は、走査角度θｘは同じであってもＰＢＳ膜３１の通過領域（Ｘ方向の幅）は狭くなる。よって、光ビーム８２との交差位置から決まる除去位置ｊはさらにＹ方向に前進し、この操作を繰り返して最終位置を決める。
【００２８】
次に、光ビーム８２の通過領域が狭くなることで、第１側面３４側と第２側面３５側についても光ビーム８２の通過しない部分が発生し、破線ｍ、ｎの位置まで除去する。また出射面３３側については、全ての光ビーム８２が出射面３３内を通過して出射することを条件に不要になる部分を決定し、破線ｋの位置まで除去する。その結果、除去後の偏光プリズム３０のＹ方向の寸法（奥行き）はＡ’、Ｘ方向の寸法（幅）はＢ’に縮小する。具体例を示せば、走査角度θｘ＝±１５°の場合、従来寸法Ａ＝Ｂ＝８．４ｍｍが、除去後寸法Ａ’＝６．６ｍｍ、Ｂ’＝７．８ｍｍに縮小する。この場合Ａ’＜Ｂ’の関係になるので、ＰＢＳ膜３１は入射面３２の角（端部）位置ではなく、寸法Ａ’とＢ’の差Δｘ＝１．２ｍｍだけ内側にずらした位置ｆ’を起点として配置していることに特徴がある。Ａ’とＢ’の寸法は走査角度θｘに依存するが、Ａ’＜Ｂ’の関係は常に成立する。そして、走査角度θｘが大きくなるほど、Ａ’とＢ’の差Δｘも大きくなる。よって、走査角度θｘが大きくして表示画像の解像度を高める場合に、Ａ’とＢ’の差Δｘを大きくして縮小効果を大きく発揮できることになる。
【００２９】
また側面図（ｂ）において、偏光プリズム３０の上面３６側と下面３７側を、図６における破線ｐ、ｑの位置まで除去する。この除去位置ｐ、ｑは、図２（ａ）の平面図に示した除去後の偏光プリズム３０において、光ビーム８２が出射面３３と交差する位置から決めればよい。その結果、除去後の偏光プリズム３０のＺ方向の寸法（高さ）はＣ’に縮小する。具体例を示せば、走査角度θｚ＝±１２°の場合、従来寸法Ｃ＝８．４ｍｍが、除去後寸法Ｃ’＝６．８ｍｍに縮小する。なお、この寸法Ｃ’は走査角度θｚに依存し、寸法Ａ’やＢ’との大小関係はθｚの大きさで決定される。
【実施例２】
【００３０】
図３は、偏光プリズム３０の第２の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第１の実施例（図２）の偏光プリズムをさらに除去した構造であって、平面図（ａ）において偏光プリズム３０の第１側面３４と第２側面３５を、光ビーム８２の進行方向に沿って斜めにカットしている。すなわちＸＹ断面形状は台形形状となり、入射面３２での寸法（幅）Ｂ”を出射面での３３の寸法（幅）Ｂ’よりも小さくし、Ｂ”＝５．５ｍｍまで縮小している。そしてＰＢＳ膜３１は、入射面３２の角ｆ’と出射面３３の角ｅ’を結ぶ面に配置する。ＸＹ断面形状で言えば、ＰＢＳ膜３１の一端が台形の短辺（入射面３２）側の頂点位置ｆ’を起点とし、他端が台形の長辺（出射面３３）側の頂点位置ｅ’を終点とし、短辺及び長辺に対し略４５°の角度で交差するように配置している。側面図（ｂ）については前記第１の実施例（図２）と同様である。
【００３１】
本実施例では偏光プリズム３０の側面を斜めカットすることで、さらにサイズを縮小することができる。なお本実施例では、レーザ光源からの光ビーム８１が入射する第１側面３４を斜めにカットしたので、偏光プリズム３０に入射後の光ビーム８１の光路が変化する。そこで、レーザ光源側の光軸方向を修正して偏光プリズム３０内の光路が変化しないようにする。
【実施例３】
【００３２】
図４は、偏光プリズム３０の第３の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第２の実施例（図３）の偏光プリズムをさらに除去した構造であって、側面図（ｂ）において偏光プリズム３０の上面３６と下面３７を、光ビーム８２の進行方向に沿って斜めにカットしている。これにより、入射面３２での寸法（高さ）Ｃ”を出射面での３３の寸法（高さ）Ｃ’よりも小さくし、Ｃ”＝５ｍｍまで縮小している。本実施例では偏光プリズム３０の上下面を斜めカットすることで、偏光プリズムを立体的に小型化することができる。本実施例でも、レーザ光源側の光軸方向を修正して偏光プリズム３０内の光路が変化しないようにする。
【実施例４】
【００３３】
図５は、偏光プリズム３０の第４の実施例の形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、前記第３の実施例（図４）の偏光プリズムにおいて、レーザ光源からの光ビーム８１が入射する第１側面３４に対する斜めカットを止め、図２と同様の平面に戻した構造である。これによれば、偏光プリズム３０に入射後の光ビーム８１の光路が変化することがなく、レーザ光源側の光軸方向を修正する必要がない。
【００３４】
以上述べた実施例１〜４によれば、偏光プリズムの中で投射光生成に寄与しない部分を除去することで、偏光プリズムのサイズを縮小し、走査型画像表示装置の小型化を図ることができる。この小型化の効果は、走査角度を大きくして高解像度の画像表示を行う場合により大きく発揮できる。なお、以上の各実施例は、単独でもあるいは組み合わせても有効であり、偏光プリズムの除去する部分は適宜選択できることは言うまでもない。
【実施例５】
【００３５】
図７は、本発明による走査型投影装置の第５の実施例を示す構成図である。本実施例は、偏向プリズムのサイズを前記各実施例よりもさらに縮小したものである。ここでは、縮小したビームスプリッタ（偏光プリズム）１０９を含む走査型投影装置１００（すなわち図１における光モジュール部１に相当）の構成を示している。
【００３６】
レーザ光源１０１はＧ光（波長５２０ｎｍ帯）、レーザ光源１０３はＲ光（波長６４０ｎｍ帯）、レーザ光源１０５はＢ光（波長４４０ｎｍ帯）のビームをそれぞれ出射する半導体レーザである。各レーザ光源１０１，１０３，１０５から出射された光ビームは、それぞれコリメータレンズ１０２，１０４，１０６にて平行光ビームないし弱収束光ビームに変換される。
【００３７】
光合成素子１０７は、Ｇ光ビームを透過、Ｒ光ビームを反射する波長選択性ミラーであり、Ｒ光ビームの進行方向は図中ｙ方向に変換される。さらに、Ｇ光ビームとＲ光ビームの光軸が略一致するよう、光合成素子１０７またはレーザ光源１０１、１０３およびコリメータレンズ１０２、１０４を調整する。光合成素子１０８は、Ｇ光ビームおよびＲ光ビームを透過、Ｂ光ビームを反射する波長選択性ミラーであり、Ｂ光ビームの進行方向も図中ｙ方向に変換される。さらに、Ｂ光ビームとＧ光およびＲ光ビームの光軸が略一致するよう、光合成素子１０８またはレーザ光源１０５およびコリメータレンズ１０６を調整する。
【００３８】
一般的に半導体レーザから出射する光ビームは直線偏光となっている。そのため、レーザ光源１０１、１０３、１０５から出射する光ビームも直線偏光となっている。本実施例は、光合成素子１０８を透過した３本の光ビームの偏光方向が図中ｚ方向と略平行になるよう、レーザ光源１０１、１０３、１０５をそれぞれ回転調整している。
【００３９】
合成された３色の光ビームは、ビームスプリッタ（偏光プリズム）１０９に入射する。ビームスプリッタ１０９を構成する面のうち、光ビームが入射する面（第１側面）１１６と、偏向走査素子１１１との間で出射・入射する面（第２側面）１１７と、被投影面へ出射（投射）する面（第３側面）１１８に注目する。なお、前記実施例１−４（図２−５）の偏光プリズム３０との対応は、第１側面１１６は前記第１側面３４に、第２側面１１７は前記入射面３２に、第３側面１１８は前記出射面３３に相当する。本実施例では、第１側面１１６の幅（図中ｘ方向の長さ）は第２側面１１７、第３側面１１８の幅（図中ｙ方向の長さ）より小さく、かつ高さ（図中ｚ方向の長さ）を等しくしている。すなわち、ビームスプリッタ１０９は扁平な形状としている。
【００４０】
また、ビームスプリッタ１０９の略中心には偏光選択性反射膜（ＰＢＳ膜）１２０が製膜されている。偏光選択性反射膜１２０は、図中ｚ方向と平行な偏光成分を反射し、図中ｙ方向と平行な偏光成分を透過する性質がある。偏光選択性反射膜１２０は、反射した光ビームが所定の方向に進むよう所定の角度を持って配置される。例えば図７の例では、反射した光ビームが面１１７から略垂直に出射するよう、面１１６ないし面１１８に対し略４５度だけ傾斜している。面１１６に入射した３色の光ビームは、上述のように図中ｚ方向と略平行な直線偏光となるよう調整されているため、偏光選択性反射膜１２０は３色の光ビームを面１１７の方向に反射する。
【００４１】
ビームスプリッタ１０９の面１１７から出射した光ビームは、１／４波長板１１０に入射する。１／４波長板１１０では、３色の光ビームは円偏光に変換される。次に、光ビームは偏向走査素子（走査ミラー）１１１に入射する。偏向走査素子１１１は、図中ｚ方向と図中ｙ方向を走査軸とし、各走査軸のまわりに偏向駆動することで光ビームを被投影面上に２次元走査する機能がある。偏向走査素子１１１は、例えばＭＥＭＳミラーやガルバノミラー等を用いることで実現できる。
【００４２】
偏向走査素子１１１で反射した光ビームは再び１／４波長板１１０に入射する。ここで光ビームは、図中ｙ方向の直線偏光に変換される。次に、光ビームは再びビームスプリッタ１０９の面１１７を通過し、偏光選択性反射膜１２０に入射する。光ビームの偏光方向は１／４波長板１１０にて図中ｙ方向に平行に変換された後なので、ここで偏光選択性反射膜１２０は光ビームを透過する。図にはないが、偏向走査素子１１１が所定最大偏向角度となる場合も、偏向された光ビームがビームスプリッタ１０９内を通過するよう、第２側面１１７と第３側面１１８は所定の面積となっている。なお、偏向走査された光ビームがビームスプリッタ１０９の偏光選択性反射膜１２０に入射せずその外側を通過した場合、光ビームは単なる透明平板を透過することと同等となり、これを許容するものとする。
【００４３】
続いて、光ビームは走査型投影装置１００の上面に設けた透明カバー１１２に入射する。透明カバー１１２は、３色の光ビームの透過率が十分に高い透明なガラスまたはプラスチックのカバーを想定しており、装置１００内に入り込む粉塵等による光学部品の透過率の劣化や偏向走査素子１１１の故障などを防ぐことが可能となる。透明カバー１１２も、偏向走査素子１１１が所定最大偏向角度となる場合も、偏向された光ビームが損失なく透明カバー１１２を通過するよう、所定の面積となっている。透明カバー１１２を通過した３色の光ビームは、外部に設置されている被投影面上の同じ位置に３個の光スポットを重ねて形成する。すなわち、被投影面上には１個の光スポットとして視認できる。
【００４４】
以上のように、本実施例の走査型投影装置１００は、少なくともレーザ光源１０１、１０３、１０５とコリメータレンズ１０２、１０４、１０６、光合成素子１０７、１０８、ビームスプリッタ１０９、１／４波長板１１０、偏向走査素子１１１、透明カバー１１２にて構成されていればよく、途中に回折格子や波長板などの光学素子の追加や、ミラーで光路を折り曲げた構成であっても何ら構わない。また、透明カバー１１２と偏向走査素子１１１の間の光路に偏向走査素子１１１の走査角度を変換する機能を持つ光学素子等を追加しても何ら構わない。
【００４５】
図８は、実施例５におけるビームスプリッタ１０９の具体的な構成を示す斜視図である。ここでは一例として、ビームスプリッタ１０９を直方体の形状とした場合である。このビームスプリッタ１０９は、ガラス２０１とガラス２０２との接合面に偏光選択性反射膜１２０を製膜し、直方体になるよう切り出すことで作製できる。これは、特許文献１の偏光ビームスプリッタキューブの作製工程と同様であるため、作製は簡易である。
【００４６】
ビームスプリッタ１０９の図中ｘ方向に沿った長さを幅Ｌｘ、図中ｙ方向に沿った長さを幅Ｌｙ、図中ｚ方向に沿った長さを幅Ｌｚとする。ここで、ビームスプリッタ１０９の幅Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚの具体的な関係式について説明する。
【００４７】
図９は、ビームスプリッタ１０９の幅Ｌｙを求める説明図である。なお、図を簡易化するため、ビームスプリッタ１０９及び偏向走査素子１１１のみ記述している。ビームスプリッタ１０９の第２側面１１７および第３側面１１８は、偏向走査素子１１１で偏向走査され光ビームの入射角度が変化しても、入射する光ビームが全てビームスプリッタ１０９内を通過するよう所定の面積を有している。
【００４８】
偏向走査素子１１１をその中心を通り図中ｚ方向に平行な直線を軸として回転した場合の、最大偏向角度を±θｍａｘとする。ここでは、紙面上における時計回りを負、反時計回りを正としている。偏向走査素子１１１の偏向角度がゼロの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１３、偏向角度が＋θｍａｘの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１４、偏向角度が−θｍａｘの場合における反射光ビームの光軸を光軸１１５とする。光軸１１３と光軸１１４との間の角度は＋２・θｍａｘ、光軸１１３と光軸１１６との間の角度は−２・θｍａｘとなり、光ビームの最大偏向走査角度は、±２・θｍａｘとなる。
【００４９】
ビームスプリッタ１０９の面１１７と偏向走査素子１１１との間の距離を距離Ｄ、ビームスプリッタ１０９の屈折率を屈折率ｎとすると、第３側面１１８において最大偏向走査角度までの光ビームが入射する図中ｙ軸に沿った最大の幅Ｌ’は、（１）式で与えられる。
Ｌ’＝２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・θｍａｘ） （１）
【００５０】
光ビームのビーム径をＳとすると、光軸１１４と光軸１１５との間の偏向角度で入射する光ビームが全て第３側面１１８を通過するようにするためには、幅Ｌｙは（２）式を満足する必要がある。
Ｌｙ＞Ｓ＋Ｌ’＝Ｓ＋２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・θｍａｘ） （２）
【００５１】
また、図にはないが、第３側面１１８の図中ｚ方向に沿った幅Ｌｚも同様に求めることができる。偏向走査素子１１１をその中心を通り図中ｙ方向に平行な直線を軸として回転させたときの、最大偏向角度を±φｍａｘとする。光ビームが全て第３側面１１８を通過するためには、幅Ｌｚは（３）式を満足する必要がある。
Ｌｚ＞Ｓ＋２×（Ｄ＋Ｌｘ／ｎ）・ｔａｎ（２・φｍａｘ） （３）
【００５２】
一方、第１側面１１６に入射する光ビームは、偏向走査素子１１１に向かって進行する往路光ビームであり、その偏向角度が変化することはない。従って、第１側面１１６の幅Ｌｘはビーム径Ｓを用いて（４）式となればよい。
Ｌｘ＞Ｓ （４）
以上のように、本実施例のビームスプリッタ１０９の幅Ｌｙ、Ｌｚ、Ｌｘは、（２）、（３）、（４）式を満足するよう決めればよい。
【００５３】
続いて、本実施例のビームスプリッタ１０９の効果について説明する。
図１０は、比較例として従来のビームスプリッタを用いた場合の走査型投影装置４００の構成図を示す。例えば、特許文献１に記載されているｘｙ断面が正方形である偏光ビームスプリッタキューブ４０１を採用した場合である。
【００５４】
図のように、最大偏向角度±２・θｍａｘの光ビームが偏光ビームスプリッタキューブ４０１を透過するには、偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積を大きくする必要がある。さらに、走査型投影装置で大きなサイズの画像を投影するためには最大偏向角度のさらなる拡大が必須であり、それに伴い偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積はさらに増加する。また、偏光ビームスプリッタキューブ４０１の体積の増加は、走査型投影装置４００全体が大型化する問題だけでなく、部品価格が増加する問題もある。通常、偏光依存性がある光学部品はガラスで作製される。偏光ビームスプリッタキューブ４０１もガラスで作製されることを想定すると、部品が大型化するほど１枚のガラス基板から得られる部品の取り数が少なくなり、部品価格が増大する。従って、走査型投影装置４００の価格全体の中で、偏光ビームスプリッタキューブ４００が占めるインパクトが非常に大きくなる。
【００５５】
本実施例の走査型投影装置１００のビームスプリッタ１０９は、偏光走査素子１１１に向かって進行し入射角度がほぼ変化しない往路光ビームが入射する第１側面１１６の面積を、偏向走査素子１１１にて走査され入射角度が大きく変化する復路光ビームが入射する第２側面１１７、第３側面１１８の面積より小さくする構成となっている。この構成とすることで、ビームスプリッタ１０９の厚さを十分に薄くでき、体積も大幅に減少させることができる。これより、走査型投影装置１００全体の小型化が可能となる上、１枚のガラス基板から得られる部品の取り数が増えることで部品価格が大きく低下する効果もある。
【００５６】
投影画像のサイズを大きくするため光ビームの最大偏向角度を大きくした場合においても、幅Ｌｙおよび幅Ｌｚを長くするだけでよく、幅Ｌｘはそのままでもよい。すなわち、光ビームの最大偏向角度を大きくしてもビームスプリッタ１０９の厚さが変化することはない。従って、ビームスプリッタ１０９の部品体積の大きな増加を防ぐことができる。これより、走査型投影装置１００の小型化および価格低減効果が得られる。さらに、ビームスプリッタ１０９を用いるだけで小型化かつ価格低減が実現できるため、光学部品の増加や光学系が複雑化することはない。
【００５７】
以上のように、本実施例の走査型投影装置１００は、サイズの小さいビームスプリッタ１０９を用いながら大きな画像サイズが投影可能で、装置の小型かつ低価格が実現できる。
【００５８】
なお、本実施例の走査型投影装置においては、以下の変形が可能である。
Ｇ、Ｒ、Ｂの３色の光ビームを合成する光合成素子１０７および１０８は、波長選択性ミラーを想定している。しかしながら、本実施例のような走査型投影装置においては、３色の光ビームを合成する構成であればよく、２個の波長選択性ミラーの代わりに２個の波長選択性プリズムを用いる構成であってもよい。
【００５９】
また、図１１に示す走査型投影装置５００のように、光合成素子１０７および１０８の機能を併せ持つ光合成素子５０１によって３色の光ビームを合成後、１個のコリメータレンズ５０２で３色の光ビームを合わせて平行光に変換しても何ら構わない。さらに、図にはないが、光合成素子５０１の代わりに液晶プロジェクタ等で一般的に用いられる１個の波長選択性クロスプリズムを用いてもよい。
【００６０】
また、緑色、赤色、青色のレーザ光源の配置は本実施例に限定されることはなく、異なってもよい。
また、偏向走査素子１１１は、それぞれ互いに略垂直な回転軸を単独に備えた２枚の偏向ミラーで構成してもよい。
また、本実施例のビームスプリッタ１０９は、必ずしもガラスで構成される必要はなく、透明なプラスチックで構成してもよい。
【実施例６】
【００６１】
図１２は、ビームスプリッタの第６の実施例を示す斜視図である。前記したビームスプリッタ１０９は、光合成素子１０８を通過した光ビームを偏向走査素子１１１に向かって反射する構成であればよい。よって図１２に示すビームスプリッタ６００のように、ガラス２０１とガラス２０２の接合面２０３に製膜される偏光選択性反射膜１２０は、レーザ光源から接合面２０３に入射する往路光ビーム２０４の入射位置およびその近傍を含む限られた面積に設けておけばよい。また、図では偏光選択性反射膜１２０の形状を四角形としているが、これにこだわらず、略円形や多角形などでもよい。
【００６２】
また、前記したビームスプリッタ１０９，６００は、光合成素子１０８を通過した往路光ビームを偏向走査素子１１１に向かって反射し、偏向走査素子１１１で反射した復路光ビームを被投影面に向かって透過する構成であればよい。例えば、偏光選択性反射膜１２０とは逆の機能を持つ、図中ｙ軸方向と略平行な偏光ビームを反射し図中ｚ方向と略平行な偏光ビームを通過する偏光選択性反射膜を用い、光合成素子１０８を通過した光ビームが図中ｙ方向と平行な偏光方向となるようレーザ光源１０１、１０３、１０５を回転調整する構成であってもよい。
【実施例７】
【００６３】
図１３は、ビームスプリッタの第７の実施例を示す斜視図である。前記したビームスプリッタ１０９は直方体形状とし、偏向角度がゼロの光ビームが第１〜第３側面１１６、１１７、１１８に対し垂直に入射する構成としたが、これに限定されない。例えば図１３に示すビームスプリッタ７００のように、光ビームが各面に斜めに入射しても何ら構わない。つまり、第２側面１１７と下面７０２との間の角度Δ１、または第１側面１１６と下面７０２との角度Δ２が９０°でなくてもよい。また、１／４波長板１１０も、図中ｚ方向または図中ｙ方向を軸として回転して取り付けてもよい。これより次の効果が得られる。
【００６４】
通常、光学部品はその入射または透過面にて反射した微小の迷光ビームが発生する。例えば偏光選択性反射膜１２０で反射後、第２側面１１７を透過せずに反射した迷光ビームや、１／４波長板１１０で透過せずに反射した迷光ビームが、被投影面に向かって直進することになる。その場合にも、迷光ビームの光軸角度が画像を投影する光ビームの最大走査角度±２・θｍａｘまたは±２・φｍａｘ以上となるようビームスプリッタ１０９の角度Δ１またはΔ２の傾斜角度を設けておくと、または１／４波長板を傾けて設置すると、投影する画像内に迷光ビームの入射を防ぐことができる。さらに、画像を投影する光ビームに影響を与えることなく迷光ビームのみを遮光する光学部品の追加も容易である。これより、迷光ビームによる画像の劣化を防ぐことが可能となる。
【実施例８】
【００６５】
図１４は、ビームスプリッタの第８の実施例を示す平面図である。偏向走査素子１１１を反射しビームスプリッタ１０９を通過する光ビームのうち、偏光選択性反射膜１２０を通過する光ビームは、その外側の領域を通過する光ビームに対し微小のエネルギー損失が発生する。そこで、図１４に示すビームスプリッタ８００のように、第３側面１１８において、偏光選択性反射膜１２０の端を通過する光ビーム８０１及び８０２よりも偏向角度が大きな光ビームが入射する所定の場所に、偏光選択性反射膜１２０の透過率とほぼ等しい透過率を持つ膜８０３、８０４を製膜する。その結果、ビームスプリッタ８００の第３側面１１８から出射する光ビームの強度を全偏向角度において一定に保つことができる。これより、投影される画像のうち、偏光選択性反射膜１２０を通過する光ビームが形成する一部の領域が暗くなることを防ぐことができ、画像の劣化が防止できる。
【００６６】
以上のように、実施例５〜８の走査型投影装置１００は、サイズの小さいビームスプリッタ１０９，６００，７００，８００を用いるだけの簡単な構成で、大きな画像が投影可能で、装置の小型化および価格の低減が実現できる。
【実施例９】
【００６７】
図１５は、本発明による走査型画像表示装置の第９の実施例を示す全体構成図である。実施例９は前記実施例１（図１）の光モジュール部１において、偏光プリズム（偏光ビームスプリッタ、ＰＢＳ）３０からスクリーン９への光ビーム出射側に、透過偏光選択素子９０を配置した構成としている。偏光選択素子９０を設けることで、ＰＢＳ３０の内面反射のためにスクリーン９上の投影画像の略中央部分に輝点が発生することを防止することができる。なお、前記実施例５（図７）においても同様で、ビームスプリッタ１０９から被投影面への光ビーム出射側に透過偏光選択素子９０を配置すればよい。
【００６８】
まず図１６により、ＰＢＳ３０を使用した場合、走査画面上に不要な迷光が発生する原理を説明する。
【００６９】
光源１１、１２、１３からの光ビームは、入射光Ｂ００１としてＰＢＳ３０に入射する。入射光はＰＢＳ３０の反射面（ＰＢＳ膜）３１に対してＳ偏光となるように設定されており、同反射面３１により反射する。反射光Ｂ００２のほとんどはＰＢＳ３０の側面３２を通過して走査ミラー５０へ向かうが、約０．１％程度の光ビームはＰＢＳ３０の側面３２により内面反射される。ＰＢＳ３０の側面３２により内面反射された光ビームの偏光状態は変化しないため、その大部分はＰＢＳ３０の反射面３１によって反射され反射光Ｂ００３として光源方向に進行するが、約０．１％から約１％の光ビームは透過光Ｂ００４としてスクリーン９の方向に進行する。透過光Ｂ００４の光量は画像を形成する走査光Ｂ００５（Ｐ偏光）に対して極めてわずかであるが、その位置が画面のほぼ中央に固定しているため、不要な迷光による輝点として認識されてしまう問題がある。
【００７０】
そこで本実施例では、上記輝点を除去して画質を向上させるために、透過偏光選択素子９０を配置する。透過偏光選択素子９０は特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させるものであれば良く、いわゆる偏光フィルタを使用することができる。画像を形成する走査光Ｂ００５と輝点を形成する透過光Ｂ００４の偏光方向は互いに直交しているため、走査光Ｂ００５の偏光のみ透過するように偏光選択素子９０の光学軸を設定すれば、不要な迷光による輝点を形成する透過光Ｂ００４を遮蔽することができる。
【００７１】
図１７は、透過偏光選択素子９０の他の構成例を示す図である。
【００７２】
透過偏光選択素子９０ａ上には、屈折率あるいは光学的位相が変化する周期構造が形成されており、入射光Ｃ００１に対して、特定の偏光方向（ここではＰ偏光成分）の光ビームは直進して出射光Ｃ００２となるが、特定の偏光方向（ここではＳ偏光成分）の光ビームは回折されて進行方向が変化し出射光Ｃ００３となる。同素子によって、不要な迷光により輝点が発生する偏光方向（Ｓ偏光）の光ビームを偏向させ、輝点の発生を防止することができる。同図では、一方向のいわゆる回折格子を図示したが、二次元方向に組み合わせて回折させても構わない。
【００７３】
図１８は、透過偏光選択素子９０のさらに他の構成例を示す図である
透過偏光選択素子９０ｂ上には、屈折率あるいは光学的位相が変化する略同心円状の周期構造が形成されており、入射光Ｃ００１に対して、特定の偏光方向（ここではＳ偏光成分）の光ビームが回折され出射光Ｃ００３となって放射状に拡散する。同素子によって、不要な迷光による輝点が発生する偏光方向の光ビームを拡散させることができる。
【００７４】
このように実施例９によれば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を使用するにより投影画像の略中央部分に発生する輝点をなくし、画質の低下を防止できる。なお透過偏光選択素子９０は、図１７と図１８を組み合わせた周期構造を形成することもできる。また、図１８では周期構造を形成する領域を素子中央部分に限定しているが、周期構造の形成領域は、素子全体であっても、入射光ビームの径に相当する領域のみに限定しても、いずれでもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…光モジュール部、
２…制御回路、
３…ビデオ信号処理回路、
４…レーザ光源駆動回路、
５…走査ミラー駆動回路、
６…フロントモニター信号検出回路、
９…スクリーン、
１１，１２，１３…レーザ光源、
２１，２２…波長選択性ミラー、
３０…偏光プリズム、
３１…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）膜、
３２…（偏光プリズムの）入射面、
３３…（偏光プリズムの）出射面、
３４…（偏光プリズムの）第１側面、
３５…（偏光プリズムの）第２側面、
３６…（偏光プリズムの）上面、
３７…（偏光プリズムの）下面、
４０…１／４波長板、
５０…走査ミラー、
６０…スペックル低減素子、
７０…フロントモニター、
９０，９０ａ，９０ｂ…透過偏光選択素子、
１０１，１０３，１０５…レーザ光源、
１０２，１０４，１０６…コリメータレンズ、
１０７，１０８…光合成素子、
１０９，６００，７００，８００…ビームスプリッタ、
１１０…１／４波長板、
１１１…偏向走査素子、
１１２…透明カバー、
１１６…（ビームスプリッタの）第１側面、
１１７…（ビームスプリッタの）第２側面、
１１８…（ビームスプリッタの）第３側面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置において、
光ビームを出射する光源と、
画像信号に応じて前記光源から出射する光ビームの強度を制御する光源駆動回路と、
前記光ビームを略垂直にミラー面に入射し該光ビームを略垂直に反射する走査ミラーと、
該走査ミラーのミラー面を所定の走査角度だけ２次元的に反復回転駆動する走査ミラー駆動回路と、
前記光源から入射する光ビームを反射し１／４波長板を介して前記走査ミラーに入射させるとともに、該走査ミラーで反射され前記１／４波長板を通過した光ビームを透過して前記スクリーンの方向へ出射させる偏光プリズムとを備え、
該偏光プリズムは６面体形状をなし、前記光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した構成であって、
該偏光プリズムは、前記スクリーンへの光ビーム出射方向（以下、Ｙ方向）の寸法をＡ、前記光源からの光ビーム入射方向（以下、Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係としたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは直方体形状であり、前記走査ミラーから光ビームが入射する面において、前記ＰＢＳ膜の一端を該入射面の端部から前記寸法Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）だけ内側にずらした位置に該入射面と略４５°の角度で交差するように配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは、前記Ｘ方向に対向する２つの面の少なくとも一方の面において、前記走査ミラーがＸ方向に所定の走査角度だけ反復回転駆動することで光ビームが通過するＸ方向の領域の外側の部分を、光ビームの進行方向に沿って斜めにカットしたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向に垂直な方向（以下、Ｚ方向）に対向する２つの面の少なくとも一方の面において、前記走査ミラーがＺ方向に所定の走査角度だけ反復回転駆動することで光ビームが通過するＺ方向の領域の外側の部分を、光ビームの進行方向に沿って斜めにカットしたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項５】
６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した偏光プリズムにおいて、
前記６面体形状は、前記光ビームの反射及び透過する光軸を含む面の断面形状が長方形であり、
前記ＰＢＳ膜は、一端が該長方形の頂点位置を起点とし、他端が該長方形の頂点から長辺上を内側にずれた位置を終点とし、該長辺と略４５°の角度で交差するように構成したことを特徴とする偏光プリズム。
【請求項６】
６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した偏光プリズムにおいて、
前記６面体形状は、前記光ビームの反射及び透過する光軸を含む面の断面形状が台形であり、
前記ＰＢＳ膜は、一端が該台形の短辺側の頂点位置を起点とし、他端が該台形の長辺側の頂点位置を終点とし、該短辺及び該長辺に対し略４５°の角度で交差するように構成したことを特徴とする偏光プリズム。
【請求項７】
光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、
前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、
前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、
前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、
前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、
前記ビームスプリッタは、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームが入射する第１の面が、前記偏向走査素子を反射した光ビームが入射する第２の面よりも、小さな面積を有することを特徴とする走査型投影装置。
【請求項８】
光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、
前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、
前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、
前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、
前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、
前記ビームスプリッタは略直方体の形状を備え、該略直方体を形成する６面のうち前記偏向走査素子に対向する２面の各々の面積が他の４面の各々の面積よりも大きいことを特徴とする走査型投影装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタと前記偏向走査素子との間に１／４波長板を具備し、
該１／４波長板は、前記レーザ光源を発し前記ビームスプリッタに入射する第１の光ビームの偏光方向に対し、前記偏向走査素子を反射し前記ビームスプリッタに入射する第２の光ビームの偏光方向が略直交するよう通過する光ビームの偏向方向を回転する機能を持ち、
前記ビームスプリッタは、前記レーザ光源を発し該ビームスプリッタに入射する光ビームの第１の偏光方向を反射し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を透過する機能を持つことを特徴とする走査型投影装置。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタは、少なくとも２個の透明な板が所定の接合面で接合して構成され、前記所定の接合面の全面または一部に偏光選択性反射膜が製膜されていることを特徴とする走査型投影装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の走査型画像表示装置において、
前記偏光プリズムから前記スクリーンへの光ビーム出射側に、特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させる偏光選択素子を配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項１２】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタから前記被投影面への光ビーム出射側に、特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させる偏光選択素子を配置したことを特徴とする走査型投影装置。
【請求項１】
光ビームを走査しスクリーンに画像を表示する走査型画像表示装置において、
光ビームを出射する光源と、
画像信号に応じて前記光源から出射する光ビームの強度を制御する光源駆動回路と、
前記光ビームを略垂直にミラー面に入射し該光ビームを略垂直に反射する走査ミラーと、
該走査ミラーのミラー面を所定の走査角度だけ２次元的に反復回転駆動する走査ミラー駆動回路と、
前記光源から入射する光ビームを反射し１／４波長板を介して前記走査ミラーに入射させるとともに、該走査ミラーで反射され前記１／４波長板を通過した光ビームを透過して前記スクリーンの方向へ出射させる偏光プリズムとを備え、
該偏光プリズムは６面体形状をなし、前記光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した構成であって、
該偏光プリズムは、前記スクリーンへの光ビーム出射方向（以下、Ｙ方向）の寸法をＡ、前記光源からの光ビーム入射方向（以下、Ｘ方向）の寸法をＢとするとき、Ａ＜Ｂの関係としたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは直方体形状であり、前記走査ミラーから光ビームが入射する面において、前記ＰＢＳ膜の一端を該入射面の端部から前記寸法Ａ，Ｂの差分（Ａ−Ｂ）だけ内側にずらした位置に該入射面と略４５°の角度で交差するように配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは、前記Ｘ方向に対向する２つの面の少なくとも一方の面において、前記走査ミラーがＸ方向に所定の走査角度だけ反復回転駆動することで光ビームが通過するＸ方向の領域の外側の部分を、光ビームの進行方向に沿って斜めにカットしたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の走査型画像表示装置であって、
前記偏光プリズムは、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向に垂直な方向（以下、Ｚ方向）に対向する２つの面の少なくとも一方の面において、前記走査ミラーがＺ方向に所定の走査角度だけ反復回転駆動することで光ビームが通過するＺ方向の領域の外側の部分を、光ビームの進行方向に沿って斜めにカットしたことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項５】
６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した偏光プリズムにおいて、
前記６面体形状は、前記光ビームの反射及び透過する光軸を含む面の断面形状が長方形であり、
前記ＰＢＳ膜は、一端が該長方形の頂点位置を起点とし、他端が該長方形の頂点から長辺上を内側にずれた位置を終点とし、該長辺と略４５°の角度で交差するように構成したことを特徴とする偏光プリズム。
【請求項６】
６面体形状をなし、光ビームを反射または透過する偏光ビームスプリッタ膜（ＰＢＳ膜）を前記６面体の略対角方向に配置した偏光プリズムにおいて、
前記６面体形状は、前記光ビームの反射及び透過する光軸を含む面の断面形状が台形であり、
前記ＰＢＳ膜は、一端が該台形の短辺側の頂点位置を起点とし、他端が該台形の長辺側の頂点位置を終点とし、該短辺及び該長辺に対し略４５°の角度で交差するように構成したことを特徴とする偏光プリズム。
【請求項７】
光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、
前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、
前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、
前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、
前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、
前記ビームスプリッタは、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームが入射する第１の面が、前記偏向走査素子を反射した光ビームが入射する第２の面よりも、小さな面積を有することを特徴とする走査型投影装置。
【請求項８】
光ビームを被投影面上で走査し２次元画像を投影する走査型投影装置において、
前記光ビームを発散光にて出射するレーザ光源と、
前記光ビームを略平行光ないし弱収束光に変化するコリメータレンズと、
前記被投影面上に前記光ビームを走査する偏向走査素子と、
前記コリメータレンズと前記偏向走査素子との間に配置され、前記コリメータレンズ通過後の前記光ビームを前記偏向走査素子の方向に反射させ、かつ偏向走査素子を反射した光ビームを前記被投影面の方向に透過させるビームスプリッタを具備した画像投影装置において、
前記ビームスプリッタは略直方体の形状を備え、該略直方体を形成する６面のうち前記偏向走査素子に対向する２面の各々の面積が他の４面の各々の面積よりも大きいことを特徴とする走査型投影装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタと前記偏向走査素子との間に１／４波長板を具備し、
該１／４波長板は、前記レーザ光源を発し前記ビームスプリッタに入射する第１の光ビームの偏光方向に対し、前記偏向走査素子を反射し前記ビームスプリッタに入射する第２の光ビームの偏光方向が略直交するよう通過する光ビームの偏向方向を回転する機能を持ち、
前記ビームスプリッタは、前記レーザ光源を発し該ビームスプリッタに入射する光ビームの第１の偏光方向を反射し、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を透過する機能を持つことを特徴とする走査型投影装置。
【請求項１０】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタは、少なくとも２個の透明な板が所定の接合面で接合して構成され、前記所定の接合面の全面または一部に偏光選択性反射膜が製膜されていることを特徴とする走査型投影装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の走査型画像表示装置において、
前記偏光プリズムから前記スクリーンへの光ビーム出射側に、特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させる偏光選択素子を配置したことを特徴とする走査型画像表示装置。
【請求項１２】
請求項７または８に記載の走査型投影装置において、
前記ビームスプリッタから前記被投影面への光ビーム出射側に、特定の偏光方向の光ビームのみを直進して透過させる偏光選択素子を配置したことを特徴とする走査型投影装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−４１２３６（Ｐ２０１３−４１２３６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０４０３（Ｐ２０１１−２７０４０３）
【出願日】平成２３年１２月９日（２０１１．１２．９）
【出願人】（０００１５３５３５）株式会社日立メディアエレクトロニクス (452)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月９日（２０１１．１２．９）
【出願人】（０００１５３５３５）株式会社日立メディアエレクトロニクス (452)
【Ｆターム（参考）】
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