JP2004279544A - Line image scanning type picture display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はライン像走査型画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
「微小な光変調素子を1次元状に配置してなる光変調手段」における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、この結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により光変調素子の配列方向に直交する方向へ偏向させ、偏向される光束を、走査レンズ系を介して画像表示面上に1次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に2次元の画像を表示する「ライン像走査型画像表示装置」が知られている(非特許文献1、特許文献1)。
【0003】
微小な光変調素子を1次元状に配置してなる光変調手段はGLV(グレーティングライトバルブ)、LDアレイやデジタル・マイクロミラー・デバイスが従来から広く知られ、BBLV(Both End Fixed Beam LIght Valve)も知られている(特許文献2)。
【0004】
なお、光走査装置に関連し「光走査の等速特性を電気的に補正する技術」は特許文献3に記載がある。
【0005】
このようなライン像走査型画像表示装置では、ライン像の走査において、画像表示面に順次に投影結像されるライン像相互の間隔が等間隔でないと、表示される画像に走査方向の歪みが生じてしまう。このような歪みを避けるためには、走査レンズ系に「ライン像相互の間隔を等間隔化するような補正機能(所定の歪曲収差)」を与えれば良いが、補正機能を十分に高くしようとすると、走査レンズ系のレンズ枚数が増えたりして(例えば特許文献1記載のものでは走査レンズ系は5枚構成である。)、走査レンズ系の大型化、延いては画像表示装置の大型化を招来し、コストも高くなりやすい。
【0006】
【非特許文献1】
Calibration of a Scanned Liner GLV Projection System R.W.Corrigan et.al. Silicon Light Machines
【特許文献1】
特開2002−131838号公報
【特許文献2】
特開2002−214550号公報
【特許文献3】
特開平14−277788号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述したところに鑑み、コンパクト且つ低コストで実現でき、2次元的な表示画像における前記歪みを有効に軽減して良好な画像を表示できるライン像走査型画像表示装置の実現を課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明のライン像走査型画像表示装置は「微小な光変調素子を1次元状に配置してなる光変調手段における各光変調素子からの光を結像レンズにより物体光として伝達し、この結像レンズ系から射出した結像光束を、偏向手段により光変調素子の配列方向に直交する方向へ偏向させ、走査レンズ系を介して画像表示面上に1次元状のライン像として結像させつつ画像表示面を走査させ、画像表示面上に2次元の画像を表示するライン像走査型画像表示装置」であって、以下の如き特徴を有する(請求項1)。
【0009】
即ち、偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性に応じて、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う。「画素ライン」は、光変調手段における光変調素子の1次元状の配列を謂う。
【0010】
「ライン像」は、光変調手段に配列された光変調素子の変調状態として表現された1次元的なライン画像を、結像レンズ系と偏向手段と走査レンズ系とを介して画像表示面上に結像させたものである。このようなライン像が、偏向手段による結像光束の偏向により、画像表示面上でライン像の長手方向に直交する方向へ走査される。
【0011】
この走査は、走査方向において「ライン像を順次に微小時間間隔でフラッシュ的」すなわち間欠的に結像表示することにより行う。このようにライン像は1度に1個の像が表示されるが、走査が高速で行われると、観察者には2次元的な画像が「残像」として観察されることになる。
【0012】
「画像表示面」は実体的にはスクリーン等である。
【0013】
「画素クロック」は、ライン像の走査において、順次のライン像を表示するタイミングを決定するクロックで「1つのライン像を形成する光変調素子に共通」である。
【0014】
画素クロックの時間幅は「あるライン像が表示される瞬間から次ぎのライン像が表示される瞬間までの時間幅」である。
画素クロックの時間幅が変化すると、あるライン像とこの直後に表示されるライン像の「走査方向の間隔」が変化する。
【0015】
「等間隔特性」は、画素クロックの時間幅を一定にしてライン像の走査を行うとき、任意のライン像の走査方向における理想の像高:Hと現実の像高:hに対して「{(h−H)/H}×100%」で定義される量で、全走査領域にわたって0%であることが理想であるが、実際にはライン像の位置により変化する。
等間隔特性を決定するのは「走査レンズ系の光学特性」と「偏向手段による偏向態様」である。即ち、等間隔特性は「偏向手段と走査レンズ系とに起因」して発生する。
【0016】
従って、走査レンズ系と偏向手段とが定まれば等間隔特性も定まり、このように定まる等間隔特性を補正するように、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で制御することにより、表示画像の「走査方向の歪み」を有効に防止もしくは軽減させることができる。
【0017】
上記請求項1記載のライン像走査型画像表示装置において「偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性からのずれに対応して、走査域を予め所定の複数ブロックに分割し、各ブロックにおいて、時間幅を変更される画素クロックの数の調整により、各ブロックの走査長さを調整することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行う」ことができる(請求項2)。
【0018】
「走査域」は、2次元の画像を表示するために必要なライン像の総数を謂う。この総数をNとすると、画像表示面に表示される2次元の画像は「互いに隣接するN本のライン像」で構成されることになり、これらN本のライン画が並ぶ領域はライン像の走査が行われる領域を定める。
【0019】
走査領域のブロックへの分割は、一般には、各ブロック内における等間隔特性の変化が同程度もしくは同一になるように行われる。
【0020】
説明を補足すると「あるブロックがn本のライン像で構成される」ものとし、ライン像の走査速度:v、画素クロックの時間幅:tを共に一定と考えれば、n本のライン像は画像表示面上に幅:n・v・tとして表示されるが、実際には、等間隔特性が有限であるため走査速度:vは一定とはならない。
【0021】
そこで、このブロック内における走査速度の平均を「v+Δv」とすれば、画像表示面上におけるnライン像は表示幅:n・(v+Δv)tとなり、上記n・v・tとの差分:n・Δv・tが表示画像の歪みの原因となる。
【0022】
この場合、n本のライン像を表示するn個の画素クロックのうち、時間幅:tの画素クロックの数をm、時間幅:t+Δtの画素クロックの数を(n―m)とすると、nライン像の表示幅は、
m(v+Δv)t+(n−m)(t+Δt)(v+Δv)
となる。
【0023】
高次の項は無視できるから、この式は、
n・t・v+n・Δv・t+n・Δt・v―m・v・Δt
となり、これが本来の表示幅:n・v・tと等しくなるためには、
n・v・t=n・t・v+n・Δv・t+n・Δt・v―m・v・Δt
から、
m・v・Δt=n(Δv・t+v・Δt)
が成立てば良い。
【0024】
この式において、nは当該ブロックに含まれるライン像の数で既知であり、tは基準となる画素クロックの時間幅で既知である。また、vとΔvは等間隔特性により知ることができる。従って、上記式において画素クロックの時間幅の変化量:Δtと、時間幅:t+Δtのクロック数:mを適当に選ぶことにより、n本のライン像の表示幅を理想上の表示幅:n・v・tに近づけあるいは一致させることが可能になる。実際には、1つのブロック内に画素クロックの時間幅:t+Δt1のクロック数がm1、t+Δt2のクロック数がm2個、・・と言うように、3以上の「互いに異なる時間幅」の画素クロックが含まれる場合もある。
【0025】
上記請求項1または2記載のライン像走査型画像表示装置において、走査レンズ系は「偏向手段の像側近傍に配置され、偏向手段により偏向された光束の、被走査面における像面湾曲を補正する機能を主として有し、そのパワーが結像レンズ系のパワーに比して十分小さく、少くとも1面が非球面である」構成とすることができる(請求項3)。
【0026】
請求項3記載のライン像走査型画像表示装置における走査レンズ系は「3枚以下のレンズで構成され、そのうちの少なくとも1面は特殊トーリック面である」ことができる(請求項4)。
【0027】
請求項1〜4の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置において、偏向手段は「偏向反射面を単振動的に振動させるガルバノミラー」であることができ(請求項5)、この場合、ガルバノミラーの有効走査振れ角(振れ角のうちで、画像の表示に与る角度領域):θeff、最大振れ角:θmaxが、条件:
(1) θeff/θmax>0.5
を満足することが好ましい(請求項6)。
【0028】
上記請求項1〜6の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置において、光変調手段は「照明光学系と非自己発光型の光変調素子を有し、選択された信号に対応する光のみが結像レンズ系へ選択的に伝達される」構成とすることができる(請求項7)。非自己発光型の光変調素子としては、GLVやデジタル・マイクロミラー・デバイスを好適に用いることができる。
【0029】
請求項7記載のライン像走査型画像表示装置は、非自己発光型の光変調素子として「反射タイプのBBLV」を用い、正反射光が選択された信号に対応するように設定することができる(請求項8)。
【0030】
請求項1〜6の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置における光変調手段はまた「自己発光型の光変調素子を用いるもの」であることもできる(請求項9)。このような光変調手段は半導体レーザやLED等を1次元状に配置したものを用いることができ、さらには、光源と一体化された液晶シャッタアレイ等を用いることもできる。
【0031】
上記請求項1〜9の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置はまた「画像表示面における走査位置(ライン像の位置)に応じて、結像光束における光量を可変とする」ことが好ましい(請求項10)。
【0032】
請求項1〜10の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置における光変調手段は「3原色:R(赤)、G(緑)、B(青)の各色を表示する微小な光変調素子を、色ごとに1次元状に配列させ、互いに近接した3列に配置したもの」であることができ(請求項11)、この場合、画素クロックの時間幅の変更を「走査光学系の色収差に応じて(R、G、Bごとに)異ならせる」ことが好ましい(請求項12)。
【0033】
請求項1〜12の任意の1に記載のライン像走査型画像表示装置はまた「走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる1以上の折り返しミラーを有する」ことができる(請求項13)。
【0034】
上記各請求項記載のライン像走査型画像表示装置は、プロジェクタを始め、車載ナビゲータなど各種表示装置として実施できる。
【0035】
この発明のライン像走査型画像表示装置では、偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する等間隔特性を、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変化させることにより、画像表示面上で各ライン像の間隔を略等間隔とすることができ「高性能の画像表示」が可能になる。
【0036】
このように等間隔特性の補正を画素クロックの時間幅制御と言う電気的な制御方法で行うので、走査レンズ系に「等間隔特性を高度に補正する機能」を与える必要がない。このため走査レンズ系を少数枚のレンズで低コストでコンパクトに構成でき、ライン像走査型画像表示装置を小型・薄型化・低コスト化できる。
【0037】
画素クロックの時間幅を、各ライン像ごとに変化させれば、原理的に等間隔特性を完全に補正することができるが、変更する時間幅をライン像ごとに記憶して制御しようとすると、2次元的な画像を表示するライン像の数が大きいので、画素クロックの時間幅を制御する手段が複雑化したり大掛かりになったりすることが考えられるが、請求項2記載のように、走査域をブロック分割し「ブロック内では同一規則の時間幅変更を導入する」ことでメモリ数の低減が可能である。
【0038】
等間隔特性の大きさ(%)を等差でブロック分けをするのは合理的な一方法である。例えば、等間隔特性が最大10%である場合、等間隔特性を「等差で20ブロック」に分割するとき量子化誤差は±0.25%以内に低減でき、実用上十分な性能が得られる。
【0039】
請求項3におけるように、走査レンズ系を偏向手段の近傍に配置すれば、走査レンズ系を小型にできる。そして、走査レンズ系の機能を主として「偏向手段により偏向された光束の被走査面における像面湾曲を補正する機能」とすることにより、走査レンズ系の設計が容易になる。
【0040】
走査レンズは、偏向手段から離れるほど走査光線が分離し、収差補正が容易になるが、請求項3のように「偏向手段の近傍」に配置しても、少なくとも1面の非球面を有することにより「像面湾曲の補正」は十分に可能である。
【0041】
結像レンズ系のパワー:φf、走査レンズ系のパワー:φsの大小関係は、
|φs|/φf≦0.1
であることが好ましく、このようなパワー配分によれば、結像レンズ系の性能を十分に引き出すことができ、走査レンズ系で発生する色収差を抑制でき、走査レンズ系の偏肉を少なくし小型で加工性を容易に確保できる。
【0042】
また、走査レンズ系を単レンズで構成する場合「偏向手段の側に凸面を向けたメニスカス形状」にするのが好ましい。このようなレンズ形状にすると、像面湾曲の良好な補正が可能になるとともに平面に近い面形状を避けることができ、加工性が向上する。
【0043】
走査レンズ系は「偏向される結像光束が通過するレンズ面の有効範囲」が長方形になるため、請求項4に記載のもののように「少なくとも1面を特殊トーリック面」とすることにより画像表示面における「像面湾曲の高次の補正」が可能になる。特に、走査レンズ系の色収差を補正し、画像表示面上におけるR、G、Bの画素位置の差を低減するには、原理上、最低でも「凹凸2枚のレンズ」が必要であり、像面湾曲と色収差を同時に補正するには2〜3枚のレンズ構成が適している。このように走査レンズ系を「凹凸2枚以上のレンズ」で構成する場合、凸レンズの(複数枚のときは平均)アッベ数:ν(凸)と、凹レンズのアッベ数:ν(凹)に10以上の差を設定することが好ましい。
【0044】
偏向手段としては、光走査装置に関連して広く知られた回転多面鏡や回転2面鏡、回転単面鏡を用いることができることは勿論であるが、請求項5のようにガルバノミラーを用いることもできる。
【0045】
一般的な画像表示で、長辺画角(ライン像の走査方向の画角)として、±10度を想定し、最大走査角を±15度(=走査幅で30度)とすると、1面の偏向反射面が15度の偏向角を持つ回転多面鏡の偏向反射面は24面になる。この場合、偏向される結像光束の有効幅を考慮すると、24面の回転多面鏡はかなり大型になる。
【0046】
偏向反射面が6面の小型ポリゴンを使うことを想定すると偏向反射面1面あたりの最大走査角は120度であるから、有効走査期間率(20/120)は略17%で光の利用効率が低い。このような観点からすると、ガルバノミラーは小型化が可能であり、また偏向反射面の角振動の振幅を適宜に設定できる点で、偏向手段として好適である。
【0047】
偏向手段としてガルバノミラーを用いる場合、偏向反射面は一般に正弦波振動(単振動)させるため、上記の有効走査角=±10度、最大走査角を±15度という条件では、偏向角が大きくなる「2次元画像のライン像走査方向の周辺」ほど走査速度は遅くなり、ライン像の間隔が周辺で次第に狭くなる。従って、このような場合には、画素クロックの時間幅あるいは時間幅の大きい画素の数が周辺部で増大するようにする。
【0048】
偏向手段としてのガルバノミラーのガルバノミラーの有効走査振れ角:θeff、最大振れ角:θmaxが前記条件(1)を満たすようにすることにより、光の利用効率を50%以上に設定でき、画像表示面での明るさを確保でき、光源電力や使用電力の増大を抑えることができる。偏向手段の偏向特性と1クロックの時間幅変更の適切な組み合わせにより光の利用効率向上が可能になる。
【0049】
請求項7に記載されたように、光変調手段として1次元状に配置された非自己発光型の光変調素子と照明光学系とを有するものを用い「選択された信号に対応する光のみ」を結像レンズ系へ選択的に伝達する構成は、線状光源、円筒状の反射鏡、シリンドリカルレンズ等を使用して、照明光束を光変調手段に効率的に集光でき、明るいライン像を表示できる。
【0050】
光源を適宜選択することで色温度や明るさの仕様を変更でき、光源部と光変調素子の間に赤外カット等の各種フィルタを挿入して、光変調手段以後の温度上昇を抑制することもできる。
【0051】
光変調素子として使用可能な「BBLV」は、特許文献3に記載されたように、数10μmのV字型ベース上に梁を渡し、梁の状態を「電圧オフで平面」「電圧オンでV字形」とし、電圧のオン・オフで反射光の方向を変化させることにより光のオン・オフスイッチングを行うが、スイッチング周波数が高く、BBLVを微細に形成可能であるので、これを光変調素子として用いることにより、ライン像走査型画像表示装置の小型化が可能であり、個々のBBLVが矩形ミラーであるため、先鋭な像を形成できる。
【0052】
BBLVによる正反射光(電圧オフ)が「選択された信号に対応する」ように設定することで画像表示に与る光を効果的に画像表示面へ導くことができる。
【0053】
光変調手段を「1次元状に配置された自己発光型の光変調素子」とする構成(請求項9)は、光変調素子を集光照明するための照明手段が不要で、簡素な構成によりライン像走査型画像表示装置を小型化でき、自己発光型の光変調素子に応じて、低コスト化・微細配列による小型化・明るい表示画像等を実現できる。
【0054】
この発明では、上記の如く、ライン像の走査を行う際に、等間隔特性を補正するように画素クロックの時間幅を変化させるが、それに応じて、ライン像照射の時間が均一にならず、極端な場合には、表示される2次元的な画像の走査方向に「明るさのむら」が発生することも考えられる。偏向手段としてガルバノミラーを用いる場合は、前述の如く、走査方向の周辺部に近いほど等間隔特性は「マイナス側」に大きく発生するので、画素クロックに時間幅を大きくする必要があり、上記ライン像照射の時間間隔も長くなる。
【0055】
このような場合には、請求項10に記載のように「画像表示面における走査位置に応じて、結像光束における光量を可変とする」ことにより、表示画像における明るさのむらを軽減もしくは防止できる。
【0056】
請求項11に記載されたように、光変調素子として3原色:R、G、Bに対応するものを用いることにより、画像表示面上に2次元的なカラー画像を表示できるが、その場合、R、G、B各色のライン像の「色収差による結像位置の差」は、請求項12記載のように「画素クロックの時間幅を各色ごとに個別に設定」することにより軽減させることができる。
【0057】
また、請求項13に記載されたように、走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる1以上の折り返しミラーを有することにより、画像表示に必要な投影光路長を屈曲させることで、ライン像走査型画像表示装置の奥行きを小さくすることが可能になる。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を説明する。
図1において、符号1は照明光学系、符号3は半透鏡、符号5は光変調手段、符号6は結像レンズ系、符号7は偏向手段、符号8は走査レンズ系、符号9は画像表示面の実体をなすスクリーンをそれぞれ示している。
【0059】
照明光学系1は、線状光源1Aとリフレクタ1Bと、集光レンズ2を有する。
光変調手段5は「非自己発光型」の微小な光変調素子を図面に直交する方向へ密接して直線状に配列してなり、変調回路HTからの変調信号により変調を行われるようになっている。
【0060】
微小な光変調素子は特許文献3により公知の「反射型光変調素子であるBBLV」で、1素子の有効形状(反射光の方向を変化させられる形状)は19μm×20μm、素子の配列ピッチは20μmで、768個の素子が直線状に配列され、光変調素子の配列長は約15.36mmである。
【0061】
このようなBBLVの1次元配列が3列、50μm間隔で配列され、1列にはR、別の1列にはG、他の1列にはBのカラーフィルタが接合手法で一体に接合されている。上記3列の光変調素子列の配列幅は略0.12mmである。
【0062】
照明光源1における線状光源1Aはハロゲン電球等の線状光源で、光変調素子5における「光変調素子の配列長:約15.36mm」よりやや長い発光長を有している。リフレクタ1Bは、円弧あるいは放物線等の断面形状(高次の項を含む非円弧形状でも良い)を持ち、線状光源1Aからの光を反射させる。
【0063】
集光レンズ2は図面に直交する方向を「屈折面の母線方向」とするシリンドリカルレンズであり、線状光源1Aからの直接光、リフレクタ1Bによる反射光を集光させる。シリンドリカルレンズ2による1方向的な集束光は、半透鏡3により反射され、光変調素子5に向かって集束し、上記R、G、Bの3色の光変調素子列の配列幅(=略0.12mm)よりも若干広い領域を照射する。
【0064】
光変調手段5の各光変調素子による正反射光は、半透鏡3を介して結像レンズ系6に入射する。結像レンズ系6は、図において単一のレンズとして描いてあるが、実際には複数枚のレンズで構成される。結像レンズ系6は、光変調素子5側が略テレセントリックであることが望ましい。結像レンズ系6に後置して絞りがある「ビハインド絞り」であることは好ましい。
【0065】
光変調手段5は結像レンズ系6に対しほぼ完全にオフセットされて配置され、結像レンズ系6は焦点距離:36mmで、共役長:1.5mの位置にあるスクリーン9上に「39倍の拡大像」を(走査レンズ系8を介して)結像させる。従って、光変調素子配列長:15.36mmの光変調手段5からの光はR、G、Bそれぞれ「略600mmの長さのライン像」を図面に直交する方向に形成する。
【0066】
図示されない上記絞りの面で「有効光束が規制される」ので、絞りの像側に近接して偏向手段7(の偏向反射面)を配置することにより、偏向反射面の面積を小さく設定できる。偏向手段7は、偏向反射面が最大振れ角:15度で正弦波振動で揺動する駆動するガルバノミラーである。
【0067】
偏向手段7の偏向反射面の揺動が正弦波振動であるので、走査レンズ系8に入射する偏向光束の入射角度も正弦波的に変化する。従って「スクリーン9を一定速度で走査する」のを、仮に「走査レンズ系8の光学特性により実現」しようとすると、走査レンズ系8は、ライン像の走査方向における像高:h、入射角:θ、像面までの距離:lが、
h=l・arcsin(θ)
を満足するように歪曲収差を補正されている必要がある。
【0068】
この実施の形態では、前述したように、走査レンズ系8には主として像面湾曲の機能を付与し、歪曲収差の補正は緩やかにし、補正残りの残存歪曲収差については画素クロックの時間幅の制御で対応するのである。
【0069】
【実施例】
以下に、走査レンズ系に関する具体的な数値実施例を3例挙げる。
実施例1、2は、走査レンズ系を図1に示す如くに1枚のレンズで構成した例であり、実施例3は2枚のレンズで構成した例である。
【0070】
実施例1
「走査レンズ系(1枚構成)」
ガルバノミラーとの光軸上の距離(ガルバノミラーの偏向反射面から走査レンズ系の入射側レンズ面に至る光軸上の距離):7mm
光軸上の厚さ:3mm
材質の屈折率:nd=1.53046
材質のアッベ数:νd=55.84
図1のように座標軸:X、Zを定義し、Y軸を図面に直交する方向とすると、実施例1の走査レンズ系(1枚構成)は両面とも「光軸を含むX−Z面」内の形状が非円弧形状となっており、近軸曲率半径:Rz、高次の係数:A4,A6,A8、…として周知の式:
X(Z)=Z2/[Rz+Rz・√{1−(1+K)Z2/Rz2}+A4・Z4+A6・Z6+A8・Z8+A10・Z10 (式1)
で表す。
【0071】
また「X−Y面」内の極率:Cyが、Z方向の高さ:Zに応じて変化する所謂「湾曲軸トロイダル形状」をしており、この面形状を、Z=0のX−Y面の曲率半径:Ry0、高次の係数:B2,B4,B6…として、以下の式
Cy(Z)=1/Ry0+B2・Z2+B4・Z4+B6・Z6+B8・Z8 (式2)
で表す。
【0072】
走査レンズ系の各面の形状を特定するデータは以下の通りである。
【0073】
【0074】
【0075】
上の表記において、例えば「4.92E−06」は「4.92×10−6」を意味する。以下の実施例においても同様である。
【0076】
実施例1の走査レンズ系を用い、画像表示面上でZ方向に±400mmの走査をしたときの像面湾曲とリニアリティ(等間隔特性に対応する)を図2に示す。走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず、像面湾曲は幅で0.03mm程度で良く補正できている。ここで収差を表示した波長はe線(546.07nm)である。
【0077】
実施例1では走査レンズ系を単レンズ構成にし、主として像面湾曲を補正しているため、等間隔特性に対応する「リニアリテイ」は補正されていない。
偏向反射面の有効振れ角:±8.2度のときに、偏向反射面から1.4m離れたスクリーン9で±400mm(=幅800mm)の走査を行うが、走査の最終部(±400mm)で−7.5%のリニアリティが発生している。
【0078】
この残存リニアリテイ(等間隔特性)は以下のように補正できる。
【0079】
図1における高周波クロック生成部GSにおいて「画素クロックの8倍の高周波クロック」を生成し、この高周波クロックを分周回路BSで8分周することにより「画素クロック」を生成し、変調回路HTに印加する。
リニアリティが負であることは「中心部に比べて周辺部の走査速度が遅い」ことを意味するので、周辺部にあるブロック(走査域を分割したブロック)の中の画素クロックに、画素クロックの時間幅が正規の時間幅:8/8よりも長い、時間幅:9/8の画素クロックを混在させることにより、リニアリティのマイナス分を補うことができる。
【0080】
例えば、上記ブロックを構成するライン像(1色のもの)の数が25である場合、時間幅:8/8をもった画素クロックの数:x、時間幅:9/8の画素クロックの数:yとすると、先に説明したように、方程式:
1/(1−7.5%)=1/(1−0.075)={x+(9y/8)}/(x+y)
において、x+y=25とおけば、x=9、y=16となるから、25個のライン像を順次出力するに際して、出力を決定する画素クロックとして時間幅:8/8 のクロックを9回、時間幅:9/8のクロックを16回「適当な配列のもとに繰り返す規則(例えば、前半の9回は時間幅:8/8とし、後半の16回を時間幅:9/8とする)」を用いて発生させることで、−7.5%のリニアリティがもたらす等間隔特性を補正でき、高性能な光走査を達成できる。
【0081】
リニアリティの変化が図3に示すように走査方向に対称である場合には、走査域を、リニアリティの幅:0.5%毎に分割すると、走査の片側(400mm)に対応して15ブロックに分割でき、ブロック内では予め設定された同一の規則に従い、画素クロックの時間幅を異ならせた画素クロックの数の調整により、当該ブロック内でのリニアリテイの幅を±0.25%以内に抑えることができるので「画素クロックの時間幅を変化させる規則」が15規則で済み、これら規則を記憶させるのに必要なメモリ数は少なくてすむ。
【0082】
実施例2
走査レンズ系はレンズ1枚で構成され、配置関係は実施例1と同じである。
【0083】
「走査レンズ」
ガルバノミラーとの光軸上の距離:7mm
光軸上の厚さ:3mm、
材質の屈折率:nd=1.53046
材質のアッベ数:νd=55.84
第1面は(式1)で与えられる非円弧形状を光軸の回りに回転させて得られる共軸非球面で、第2面は(式2)で表される湾曲軸トロイダル形状である。
【0084】
走査レンズ系の各面の形状を特定するデータは以下の通りである。
【0085】
【0086】
【0087】
実施例2に関する像面湾曲とリニアリティを、図2に倣って図4に示す。実施例1と同様、走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず、像面湾曲は幅で0.03mm程度で良く補正できている。
【0088】
実施例1の場合と同様にして、等間隔特性を良好に補正できる。
【0089】
実施例3
実施例3は走査レンズ系を2枚のレンズで構成した例である。
【0090】
配置関係は実施例1と同じである。
「第1レンズ(ガルバノミラー側のレンズ)」
ガルバノミラーとの光軸上の距離:7mm
光軸上の厚さ:3mm
材質の屈折率:nd=1.53046
材質のアッベ数:νd=55.84
「第2レンズ(スクリーン側のレンズ)
第1レンズとの空気間隔:5mm
光軸上の厚さ:3mm
材質の屈折率:nd=1.58410
材質のアッベ数:νd=30.45
第1レンズは「両面とも球面」、第2レンズは「両面とも湾曲軸トロイダル形状」である。
【0091】
走査レンズ系の各レンズ面形状を特定するデータは以下の通りである。
【0092】
第1レンズ
第1面
R(曲率半径) −2427.0
第2面
R(曲率半径) −1121.0 。
【0093】
【0094】
【0095】
実施例3に関する像面湾曲とリニアリティを、図2に倣って図5に示す。実施例1と同様、走査レンズ系を単レンズとして偏向手段の近くに配置しているにもかかわらず像面湾曲は良く補正できている。実施例1の場合と同様にして、等間隔特性を良好に補正できる。
【0096】
e線(546.07mm)基準の波長に対する走査長(光軸からの片側)の差(mm)を示す。
【0097】
実施例1、2は単レンズ構成のため、走査レンズ系の色収差を補正できないので「波長による走査長の差」が生じている。このような場合は、R、G、Bのライン像ごとに画素クロックの時間幅の変更を異ならせることにより「ライン像位置の色による差」を低減できる。
【0098】
実施例3では走査レンズ系の色収差を補正しており、R、G、Bのライン像の位置に差異がないので、画素クロックの時間幅制御をR、G、Bの各色のライン像に対し「共通化された規則」で行うことができる。
【0099】
図6には光学配置の別例を示す。繁雑を避けるため、混同の虞れが無いと思われるものについては、図1におけると同一の符号を用いた。この例においては、走査レンズ8Aが上記実施例3のように2枚のレンズで構成され、走査レンズとスクリーン9との間に、走査レンズ系8Aから画像表示面9へ向う光束の光路を折り曲げる折り返しミラーMLが配置されている。
【0100】
最後に、画素クロックの時間幅の変更につき簡単に説明する。
【0101】
上に、実施例1に即して説明した例では、画素クロックは、図1の高周波クロック生成部GSにおいて「画素クロックの8倍の高周波クロック」を生成し、この高周波クロックを分周回路BSで8分周することにより「画素クロック」を生成するのであるが、この場合の具体的な例を、図7、図8を参照して説明する。
【0102】
図7は、図1における高周波クロック生成回路GSと分周回路BSを合わせた部分を示している。説明の便宜上、図1における符号とは異なる符号を付した。
【0103】
図7において、画素クロック生成回路10は、(図1の高周波クロック生成回路GSに対応する)高周波クロック生成回路11、カウンタ12、比較回路13及び画素クロック制御回路14 からなる。
【0104】
高周波クロック生成回路11は、画素クロック:PCLKの基準となる高周波クロック:VCLKを生成する。カウンタ12は、高周波クロック:VCKL の立上がりで動作して該クロック:VCKLをカウントする。比較回路12はカウンタ12のカウント値と「予め設定された値及び外部から与えられる画素クロックの遷移タイミング」として位相シフト量を指示する位相データと比較し、その比較結果にもとづき制御信号:a、制御信号:bを出力する。
【0105】
画素クロック制御回路13は制御信号:a、bにもとづき、画素クロック:PCLKの立ち上げ・立ち下げのタイミングを制御する。
【0106】
「位相データ」は、等間隔特性を補正するために、画素クロックの位相のシフト量を指示するためのデータで、一般に数ビットのデジタル値で与えられ、図示されないメモリに記憶されている。
【0107】
画素クロック生成回路10の動作を図8に即して説明する。
画素クロック:PCLKは高周波クロック:VCLKの8分周で得られ、標準ではデュティ比:50%である。図8の(a)は、高周波クロック:VCLKの8分周に相当するデュティ比:50%の標準の画素クロック:PCLKを生成する様子を、(b)は高周波クロック:VCLKの8分周クロックに対して1/8クロック分だけ位相を進めた画素クロック:PCLKを生成する様子を、(c)は高周波クロック:VCLKの8分周クロックに対して1/8クロックだけ位相を遅らせた画素クロック:PCLKクロックを生成する様子を示す。
【0108】
前述の説明のように、「画素クロックの時間幅」は、ある画素クロックの立ち上がりから次ぎの画素クロックの立ち上がりに至る時間であり、図8に即しての説明によれば、ある画素クロックに続く画素クロックの位相を±1/8クロック分変化させることにより、画素クロックの時間幅を「1/8クロック分」だけ変化させることができる。
【0109】
図8(a)においては、位相データとして「7」の値が与えられている。比較回路13には予め「3」が設定されている。カウンタ12は高周波クロック:VCLKの立上がりで動作しカウントを行う。比較回路13は、カウンタ12の値が「3」になったところで制御信号:aを出力する。
【0110】
画素クロック制御回路14は、制御信号:aが「H」になっていることから、クロックのタイミング▲1▼で画素クロック:PCLKを「H」から「L」に立ち下げる。次いで、比較回路13は、与えられた位相データ「7」とカウンタ12のカウント値を比較し、両者が一致したら制御信号:bを出力する。図8(a)では、カウンタ12のカウント値が「7」になったところで、比較回路13が制御信号:bを出力する。
【0111】
画素クロック制御回路14は、制御信号:bが「H」になっていることからクロックのタイミング▲2▼で画素クロック:PCLKを「L」から「H」に立ち上げる。この時、比較回路13は同時にカウンタ12をリセットさせ、再び0からカウントを行わせる。
【0112】
このようにして、図8(a)に示すように、高周波クロック:VCLKの8分周に相当するデュティ比:50 %の画素クロック:PCLKを生成できる。比較回路13の設定値を変えれば、デュティ比が変化する。
【0113】
図8(b)においては、位相データ「8」が与えられている。カウンタ12は高周波クロック:VCLKのカウントを行い、比較回路13は、カウンタ12の値が「3」になったところで制御信号:aを出力する。画素クロック制御回路14は、制御信号:aが「H」になっていることから高周波クロックのタイミング▲1▼で画素クロック:PCLKを「H」から「L」に立ち下げる。
【0114】
次いで、比較回路13は、カウンタ12の値が与えられた位相データ「8」と一致したら制御信号:bを出力する。画素クロック制御回路14は、制御信号:bが「H」になっていることから、高周波クロックのタイミング▲2▼で画素クロック:PCLKを「L」から「H」に立ち上げる。このとき比較回路13が同時にカウンタ12をリセットさせ、再び0からカウントを行わせて行く。
【0115】
このようにして、図8(b)に示すように、高周波クロック:VCLKの8分周クロックに対して「1/8クロック分だけ位相を進ませた画素クロック:PCLK」を生成できる。位相データとして「8」の代わりに「9」を与えておけば、上記位相の進みを画素クロックの2/8だけ進めることができ、これにより、実施例1に即して説明した「画素クロックの時間幅を10/8」に変化させることができる。
【0116】
図8(c)において、位相データ「6」が与えられている。カウンタ12が画素クロック:VCLKのカウントを行い、比較回路13は、カウンタ12の値が「3」になったところで制御信号:aを出力し、画素クロック制御回路14は制御信号:aが「H」になっていることから高周波クロックのタイミング▲1▼で画素クロック:PCLKを「H」から「L」に立ち下げる。
【0117】
次いで、比較回路13は、カウンタ12のカウント値が与えられた位相データ「6」と一致したら制御信号:bを出力する。画素クロック制御回路14は、制御信号:bが「H」になっていることから、高周波クロックのタイミング▲2▼で画素クロック:PCLKを「L」から「H」に立ち上げる。
【0118】
この時、同時にカウンタ12をリセットさせ再び0からカウントを行わせる。このようにして、図8(c)に示すように、高周波クロック:VCLK の8分周クロックに対して1/8クロックだけ位相を遅らせた画素クロック:PCLKを生成できる。
【0119】
なお、位相データを、画素クロック:PCLKの立上がりに同期させて与えると、画素クロック:PCLKの位相を高周波クロック:VCLKの1クロックごとに変化させることが可能となる。
【0120】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば新規なライン像走査型画像表示装置を実現できる。この装置では、走査レンズ系が「主に像面湾曲の補正」を行なえばよいので、走査レンズ系を単レンズあるいは少ない枚数で構成できるため、ライン像走査型画像表示装置をコンパクト且つ低コストで構成できる。
【0121】
また、画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、走査レンズ系で補正できなかった等間隔特性を有効に補正して、良好な2次元画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ライン像走査型画像表示装置の実施の1形態を説明するための図である。
【図2】走査レンズ系の実施例1の像面湾曲と、等間隔特性に対応するリニアリティを示す図である。
【図3】実施例1に関するリニアリティと、これを画素クロックに時間幅の異なる画素の数の調整により調整した後のリニアリティを説明するための図である。
【図4】走査レンズ系の実施例2に関する像面湾曲とリニアリティを示す図である。
【図5】走査レンズ系の実施例3に関する像面湾曲とリニアリティを示す図である。
【図6】ライン像走査型画像表示装置の実施の別形態を説明するための図である。
【図7】画素クロック生成回路を説明するための図である。
【図8】図7の画素クロック生成回路による画素クロックの発生と、画素クロックの時間幅の変更を説明するための図である。
【符号の説明】
1 照明光学系
3 半透鏡
6 結像レンズ系
7 偏向手段
8 走査レンズ系
9 画像表示面の実体をなすスクリーン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a line image scanning type image display device.
[0002]
[Prior art]
The light from each light modulating element in the “light modulating means having minute light modulating elements arranged one-dimensionally” is transmitted as object light by the image forming lens, and the image forming light flux emitted from this image forming lens system is The image display surface is deflected by a deflecting device in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light modulation elements, and the deflected light beam is formed as a one-dimensional line image on the image display surface via a scanning lens system. A “line image scanning type image display device” that scans and displays a two-dimensional image on an image display surface is known (Non-Patent
[0003]
GLVs (Grating Light Valves), LD arrays and digital micromirror devices have been widely known as light modulation means in which minute light modulation elements are arranged one-dimensionally, and BBLVs (Both End Fixed Beam Light Valve). Is also known (Patent Document 2).
[0004]
Patent Document 3 describes “technology for electrically correcting the constant speed characteristics of optical scanning” in relation to the optical scanning device.
[0005]
In such a line image scanning type image display device, in the scanning of the line image, if the intervals between the line images sequentially projected and formed on the image display surface are not equal, the distortion of the displayed image in the scanning direction occurs. Will happen. In order to avoid such distortion, a “correction function (predetermined distortion) for equalizing the distance between line images” may be given to the scanning lens system. Then, the number of lenses of the scanning lens system is increased (for example, the one described in
[0006]
[Non-patent document 1]
Calibration of a Scanned Liner GLV Projection System R. W. Corrigan et. al. Silicon Light Machines
[Patent Document 1]
JP-A-2002-131838
[Patent Document 2]
JP-A-2002-214550
[Patent Document 3]
JP-A-14-277788
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to realize a line image scanning type image display device which can be realized compactly and at low cost and which can effectively reduce the distortion in a two-dimensional display image and display a good image. I do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the line image scanning type image display device of the present invention, "light from each light modulating element in the light modulating means in which minute light modulating elements are arranged one-dimensionally is transmitted as object light by an image forming lens. The imaging light flux emitted from the image lens system is deflected by a deflecting device in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light modulation elements, and is formed as a one-dimensional line image on an image display surface via a scanning lens system. A line image scanning type image display device which scans an image display surface and displays a two-dimensional image on the image display surface "has the following features (claim 1).
[0009]
That is, the time width of a pixel clock for displaying an image signal on the light modulating means is changed in pixel line units in accordance with the equidistant characteristics in the line image scanning direction caused by the deflecting means and the scanning lens system. Thus, the line image scanning is performed by correcting the equidistant characteristics of the line images on the image display surface. The “pixel line” is a so-called one-dimensional arrangement of light modulation elements in the light modulation unit.
[0010]
The “line image” is a one-dimensional line image expressed as a modulation state of the light modulating elements arranged in the light modulating means, and is formed on an image display surface via an imaging lens system, a deflecting means, and a scanning lens system. Is formed. Such a line image is scanned on the image display surface in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the line image by the deflection of the imaging light beam by the deflecting means.
[0011]
This scanning is performed by displaying "line images sequentially in a flash-like manner at minute time intervals" in the scanning direction, that is, by intermittently forming and displaying images. As described above, one line image is displayed at a time, but when scanning is performed at a high speed, a two-dimensional image is observed as an “afterimage” by an observer.
[0012]
The “image display surface” is substantially a screen or the like.
[0013]
The “pixel clock” is a clock that determines the timing for displaying a sequential line image in scanning of a line image, and is “common to light modulation elements that form one line image”.
[0014]
The time width of the pixel clock is “the time width from the moment when a certain line image is displayed until the moment when the next line image is displayed”.
When the time width of the pixel clock changes, the “interval in the scanning direction” between a certain line image and a line image displayed immediately after this changes.
[0015]
The “equidistant characteristics” means that when a line image is scanned with a fixed time width of a pixel clock, an ideal image height: H and an actual image height: h in an arbitrary line image scanning direction are represented by “{”. (H−H) / H} × 100% ”is ideally 0% over the entire scanning area, but actually varies depending on the position of the line image.
It is the “optical characteristics of the scanning lens system” and the “deflection mode by the deflecting means” that determine the equidistant characteristics. That is, the equidistant characteristics occur due to "due to the deflection means and the scanning lens system".
[0016]
Therefore, if the scanning lens system and the deflecting means are determined, the equidistant characteristics are also determined, and the time width of the pixel clock is controlled in pixel line units so as to correct the thus determined equidistant characteristics. “Distortion in the scanning direction” can be effectively prevented or reduced.
[0017]
The line image scanning type image display device according to
[0018]
The “scanning area” refers to the total number of line images required to display a two-dimensional image. Assuming that the total number is N, the two-dimensional image displayed on the image display surface is composed of “N line images adjacent to each other”, and an area where these N line images are arranged is a line image. Define the area where scanning will take place.
[0019]
In general, the scanning area is divided into blocks so that the change in the equal-interval characteristic in each block is the same or the same.
[0020]
To supplement the explanation, it is assumed that “a block is composed of n line images”, and if the scanning speed of the line image: v and the time width of the pixel clock: t are both assumed to be constant, the n line images are represented by an image. Although the width is displayed as n · v · t on the display surface, the scanning speed: v is not actually constant because the equidistant characteristics are finite.
[0021]
Therefore, if the average of the scanning speed in this block is “v + Δv”, the n-line image on the image display surface has a display width of n · (v + Δv) t, and the difference from the above n · v · t: n · Δv · t causes distortion of the displayed image.
[0022]
In this case, among the n pixel clocks that display n line images, the number of pixel clocks having a time width: t is m, and the number of pixel clocks having a time width: t + Δt is (nm). The display width of the line image is
m (v + Δv) t + (nm) (t + Δt) (v + Δv)
It becomes.
[0023]
Since higher-order terms are negligible, this equation:
n · t · v + n · Δv · t + n · Δt · v−m · v · Δt
In order for this to be equal to the original display width: n · v · t,
n · v · t = n · t · v + n · Δv · t + n · Δt · v−m · v · Δt
From
m · v · Δt = n (Δv · t + v · Δt)
Should be satisfied.
[0024]
In this equation, n is known as the number of line images included in the block, and t is known as the time width of a reference pixel clock. Further, v and Δv can be known from the equidistant characteristics. Accordingly, by appropriately selecting the amount of change in the time width of the pixel clock: Δt and the number of clocks of the time width: t + Δt: m in the above equation, the display width of the n line images can be changed to the ideal display width: n · It becomes possible to approach or match v · t. Actually, in one block, three or more pixel clocks having “different time widths” such as the time width of the pixel clock: m1 is the clock number of t + Δt1, m2 is the clock number of t + Δt2,. May be included.
[0025]
3. The line image scanning type image display device according to
[0026]
The scanning lens system in the line image scanning type image display device according to the third aspect may be "consisting of three or less lenses, at least one of which is a special toric surface" (claim 4).
[0027]
In the line image scanning type image display device according to any one of
(1) θeff / θmax> 0.5
Is preferably satisfied (claim 6).
[0028]
7. The line image scanning type image display device according to
[0029]
In the line image scanning type image display device according to the seventh aspect, a “reflection type BBLV” can be used as a non-self-luminous type light modulation element, and the specular reflection light can be set to correspond to the selected signal. (Claim 8).
[0030]
The light modulating means in the line image scanning type image display device according to any one of
[0031]
The line image scanning type image display device according to any one of
[0032]
The light modulating means in the line image scanning type image display device according to any one of
[0033]
The line image scanning type image display device according to any one of
[0034]
The line image scanning type image display device described in each of the above claims can be implemented as various display devices such as a projector and a vehicle-mounted navigator.
[0035]
In the line image scanning type image display device of the present invention, by changing the time interval of the pixel clock on a pixel line basis, an equal interval characteristic generated by the deflecting unit and the scanning lens system is changed on the image display surface. The intervals between the respective line images can be made substantially equal intervals, so that “high-performance image display” can be achieved.
[0036]
As described above, since the correction of the equal-interval characteristic is performed by an electrical control method called time width control of the pixel clock, it is not necessary to provide the scanning lens system with a function of highly correcting the equal-interval characteristic. For this reason, the scanning lens system can be configured with a small number of lenses at low cost and compact, and the line image scanning type image display device can be reduced in size, thickness and cost.
[0037]
If the time width of the pixel clock is changed for each line image, the equidistant characteristics can be completely corrected in principle, but if the time width to be changed is stored and controlled for each line image, Since the number of line images for displaying a two-dimensional image is large, the means for controlling the time width of the pixel clock may be complicated or large-scale. Is divided into blocks, and the "introduction of time width change of the same rule in a block" can reduce the number of memories.
[0038]
It is a rational method to divide the size (%) of the equally-spaced characteristic into blocks by equal difference. For example, when the equal-interval characteristic is a maximum of 10%, the quantization error can be reduced to within ± 0.25% when the equal-interval characteristic is divided into “20 blocks with equal difference”, and sufficient performance for practical use is obtained. .
[0039]
If the scanning lens system is arranged near the deflecting means as in claim 3, the size of the scanning lens system can be reduced. By mainly setting the function of the scanning lens system to “the function of correcting the field curvature of the light beam deflected by the deflecting means on the surface to be scanned”, the design of the scanning lens system becomes easy.
[0040]
The scanning lens separates the scanning light beam as it separates from the deflecting means, and the aberration correction becomes easy. However, even if the scanning lens is arranged “in the vicinity of the deflecting means” as in claim 3, it has at least one aspheric surface. Thus, “correction of field curvature” can be sufficiently performed.
[0041]
The magnitude relationship between the power of the imaging lens system: φf and the power of the scanning lens system: φs is as follows.
| Φs | /φf≦0.1
According to such a power distribution, the performance of the imaging lens system can be sufficiently brought out, the chromatic aberration generated in the scanning lens system can be suppressed, the thickness of the scanning lens system can be reduced, and the size can be reduced. The workability can be easily secured.
[0042]
When the scanning lens system is constituted by a single lens, it is preferable that the scanning lens system has a “meniscus shape with the convex surface facing the deflecting means”. With such a lens shape, good correction of the curvature of field can be achieved, and a surface shape close to a plane can be avoided, so that workability is improved.
[0043]
In the scanning lens system, since "the effective area of the lens surface through which the deflected image-forming light beam passes" is rectangular, image display is performed by setting "at least one surface to a special toric surface" as described in claim 4. “Higher-order correction of field curvature” on a surface becomes possible. In particular, in order to correct the chromatic aberration of the scanning lens system and reduce the difference between the R, G, and B pixel positions on the image display surface, in principle, at least “two concave and convex lenses” are necessary. To simultaneously correct the surface curvature and the chromatic aberration, a configuration of two to three lenses is suitable. As described above, when the scanning lens system is composed of “two or more lenses having irregularities”, the Abbe number of convex lenses (average when a plurality of lenses): ν (convex) and the Abbe number of concave lenses: ν (concave) are 10 It is preferable to set the above difference.
[0044]
As the deflecting means, it is possible to use a rotary polygon mirror, a rotary two-sided mirror, or a rotary single-sided mirror widely known in relation to an optical scanning device. You can also.
[0045]
In a general image display, assuming ± 10 degrees as a long side angle of view (angle of view in the scanning direction of a line image) and a maximum scanning angle of ± 15 degrees (= scanning width of 30 degrees), one surface Of the rotary polygon mirror having a deflection angle of 15 degrees has 24 deflection reflection surfaces. In this case, considering the effective width of the deflected imaging light beam, the 24-sided polygon mirror becomes considerably large.
[0046]
Assuming that a small polygon having six deflecting reflection surfaces is used, the maximum scanning angle per one deflecting reflection surface is 120 degrees, so that the effective scanning period ratio (20/120) is approximately 17% and light use efficiency is high. Is low. From this point of view, the galvanometer mirror is suitable as a deflecting means in that the size can be reduced and the amplitude of the angular vibration of the deflecting / reflecting surface can be appropriately set.
[0047]
When a galvanomirror is used as the deflecting means, the deflecting and reflecting surface is generally subjected to sinusoidal oscillation (simple oscillation). Therefore, the deflection angle becomes large under the condition that the effective scanning angle is ± 10 degrees and the maximum scanning angle is ± 15 degrees. The scanning speed becomes slower as "the periphery of the two-dimensional image in the line image scanning direction" becomes smaller, and the interval between the line images becomes gradually smaller in the periphery. Therefore, in such a case, the time width of the pixel clock or the number of pixels having a large time width is increased in the peripheral portion.
[0048]
By setting the effective scanning deflection angle: θeff and the maximum deflection angle: θmax of the galvanomirror of the galvanomirror as the deflecting means to satisfy the above condition (1), the light use efficiency can be set to 50% or more, and image display is performed. Surface brightness can be ensured, and increases in light source power and used power can be suppressed. An appropriate combination of the deflection characteristics of the deflection means and the change of the time width of one clock can improve the light use efficiency.
[0049]
As described in
[0050]
The color temperature and brightness specifications can be changed by appropriately selecting the light source, and various filters such as infrared cut are inserted between the light source unit and the light modulation element to suppress the temperature rise after the light modulation means. You can also.
[0051]
As described in Patent Document 3, "BBLV" which can be used as a light modulating element passes a beam on a V-shaped base of several tens of μm and changes the state of the beam to "plane when voltage is off" and "V when voltage is on". The light is turned on and off by changing the direction of the reflected light by turning on and off the voltage.However, since the switching frequency is high and the BBLV can be finely formed, this is used as an optical modulation element. By using this, it is possible to reduce the size of the line image scanning type image display device, and since each BBLV is a rectangular mirror, a sharp image can be formed.
[0052]
By setting the regular reflection light (voltage off) by the BBLV so as to “correspond to the selected signal”, light applied to image display can be effectively guided to the image display surface.
[0053]
The light modulating means is a "one-dimensionally arranged self-light emitting type light modulating element" (claim 9), which does not require an illuminating means for condensing and illuminating the light modulating element, and has a simple structure. The line image scanning type image display device can be miniaturized, and cost reduction, miniaturization by fine arrangement, bright display images, and the like can be realized according to the self-luminous light modulation element.
[0054]
In the present invention, as described above, when scanning a line image, the time width of the pixel clock is changed so as to correct the equal interval characteristics. In an extreme case, “brightness unevenness” may occur in the scanning direction of the displayed two-dimensional image. When a galvanomirror is used as the deflecting means, as described above, the closer to the peripheral portion in the scanning direction, the greater the equal-interval characteristic is generated on the “minus side”. Therefore, it is necessary to increase the time width of the pixel clock. The time interval of image irradiation also becomes longer.
[0055]
In such a case, it is possible to reduce or prevent brightness unevenness in a display image by making “the amount of light in the image forming light beam variable according to the scanning position on the image display surface”. .
[0056]
As described in
[0057]
Further, as described in
[0058]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described.
In FIG. 1,
[0059]
The illumination
The light modulating means 5 is composed of minute light modulating elements of "non-self-luminous type" which are closely arranged in a direction perpendicular to the drawing and are linearly arranged, so that modulation is performed by a modulating signal from the modulating circuit HT. ing.
[0060]
The minute light modulation element is a “reflection type light modulation element BBLV” known from Patent Document 3, and the effective shape of one element (shape capable of changing the direction of reflected light) is 19 μm × 20 μm, and the arrangement pitch of the elements is At 20 μm, 768 elements are linearly arranged, and the array length of the light modulation elements is about 15.36 mm.
[0061]
Such a one-dimensional array of BBLVs is arranged in three rows at intervals of 50 μm, and one row of R, another row of G, and another row of B color filters are integrally joined by a joining method. ing. The arrangement width of the three light modulation element rows is approximately 0.12 mm.
[0062]
The linear light source 1A in the
[0063]
The
[0064]
The specularly reflected light from each light modulation element of the light modulation means 5 enters the
[0065]
The light modulating means 5 is disposed almost completely offset from the
[0066]
Since the effective light flux is regulated by the surface of the stop (not shown), the area of the deflecting / reflecting surface can be set small by arranging the deflecting means 7 (the deflecting / reflecting surface) close to the image side of the iris. The deflecting means 7 is a galvanomirror that is driven so that the deflecting / reflecting surface swings at a maximum deflection angle of 15 degrees with sinusoidal vibration.
[0067]
Since the swing of the deflecting reflection surface of the deflecting means 7 is a sine wave oscillation, the incident angle of the deflecting light beam incident on the scanning lens system 8 also changes sinusoidally. Therefore, if "scanning the
h = l · arcsin (θ)
Must be corrected so as to satisfy the following condition.
[0068]
In this embodiment, as described above, the scanning lens system 8 is mainly provided with a function of field curvature, the correction of the distortion is moderate, and the time width of the pixel clock is controlled for the remaining distortion remaining after the correction. It corresponds with.
[0069]
【Example】
Hereinafter, three specific numerical examples regarding the scanning lens system will be given.
Embodiments 1 and 2 are examples in which the scanning lens system is constituted by one lens as shown in FIG. 1, and Embodiment 3 is an example constituted by two lenses.
[0070]
Example 1
"Scanning lens system (single lens)"
Distance on the optical axis from the galvanometer mirror (distance on the optical axis from the deflecting / reflecting surface of the galvanometer mirror to the entrance lens surface of the scanning lens system): 7 mm
Thickness on optical axis: 3mm
Refractive index of material: nd = 1.53046
Abbe number of material: νd = 55.84
Assuming that coordinate axes: X and Z are defined as shown in FIG. 1 and the Y axis is a direction orthogonal to the drawing, the scanning lens system (single-element configuration) of the first embodiment has a “XZ plane including the optical axis” on both sides. Is a non-circular arc shape, the paraxial radius of curvature: Rz, the higher order coefficient: A 4 , A 6 , A 8 Formulas known as, ...:
X (Z) = Z 2 / [Rz + Rz · √ {1- (1 + K) Z 2 / Rz 2 } + A 4 ・ Z 4 + A 6 ・ Z 6 + A 8 ・ Z 8 + A 10 ・ Z 10 (Equation 1)
Expressed by
[0071]
In addition, the porosity Cy in the “XY plane” has a so-called “curved axis toroidal shape” that changes according to the height Z in the Z direction. Radius of curvature of Y plane: Ry0, higher order coefficient: B 2 , B 4 , B 6 ...
Cy (Z) = 1 / Ry0 + B 2 ・ Z 2 + B 4 ・ Z 4 + B 6 ・ Z 6 + B 8 ・ Z 8 (Equation 2)
Expressed by
[0072]
Data for specifying the shape of each surface of the scanning lens system is as follows.
[0073]
[0074]
[0075]
In the above notation, for example, “4.92E-06” becomes “4.92 × 10 -6 Means. The same applies to the following embodiments.
[0076]
FIG. 2 shows the field curvature and linearity (corresponding to the equal-interval characteristic) when the scanning lens system of Example 1 is used to scan ± 400 mm in the Z direction on the image display surface. Even though the scanning lens system is arranged as a single lens near the deflecting means, the field curvature is well corrected with a width of about 0.03 mm. Here, the wavelength indicating the aberration is e-line (546.07 nm).
[0077]
In the first embodiment, since the scanning lens system has a single-lens configuration and mainly corrects curvature of field, “linearity” corresponding to the equidistant characteristics is not corrected.
When the effective deflection angle of the deflecting reflection surface is ± 8.2 degrees, scanning of ± 400 mm (= 800 mm width) is performed on the
[0078]
This residual linearity (equal interval characteristic) can be corrected as follows.
[0079]
A high-frequency clock generator GS in FIG. 1 generates a “high-frequency clock eight times the pixel clock”, and divides the high-frequency clock by eight by a frequency dividing circuit BS to generate a “pixel clock”. Apply.
Since the negative linearity means that the scanning speed of the peripheral part is lower than that of the central part, the pixel clock in the peripheral block (the block obtained by dividing the scanning area) is added to the pixel clock of the peripheral part. By mixing pixel clocks with a time width longer than the regular time width: 8/8 and a time width: 9/8, it is possible to compensate for the negative linearity.
[0080]
For example, if the number of line images (one color) constituting the block is 25, the number of pixel clocks having a time width of 8/8: x, the number of pixel clocks having a time width of 9/8 : Y, as explained above, the equation:
1 / (1-7.5%) = 1 / (1-0.075) = {x + (9y / 8)} / (x + y)
In this case, if x + y = 25, x = 9 and y = 16. Therefore, when sequentially outputting 25 line images, a clock having a time width of 8/8 is used nine times as a pixel clock for determining the output. A rule of repeating a clock with a time width of 9/8 16 times under an appropriate arrangement (for example, the first 9 times have a time width of 8/8, and the second 16 times have a time width of 9/8. )), It is possible to correct the equidistant characteristics provided by the linearity of -7.5%, and to achieve high-performance optical scanning.
[0081]
If the change in linearity is symmetric in the scanning direction as shown in FIG. 3, the scanning area is divided into linearity widths: 0.5%, and divided into 15 blocks corresponding to one side (400 mm) of scanning. It can be divided, and within a block, the number of pixel clocks with different time widths of the pixel clocks is adjusted according to the same rule set in advance to keep the linearity width within the block within ± 0.25%. Therefore, the "rule for changing the time width of the pixel clock" is only 15 rules, and the number of memories required for storing these rules is small.
[0082]
Example 2
The scanning lens system is composed of one lens, and the arrangement relationship is the same as in the first embodiment.
[0083]
"Scanning lens"
Distance on the optical axis with the galvanometer mirror: 7 mm
Thickness on optical axis: 3 mm,
Refractive index of material: nd = 1.53046
Abbe number of material: νd = 55.84
The first surface is a coaxial aspheric surface obtained by rotating the non-circular arc shape given by (Equation 1) around the optical axis, and the second surface is a curved axis toroidal shape expressed by (Equation 2).
[0084]
Data for specifying the shape of each surface of the scanning lens system is as follows.
[0085]
[0086]
[0087]
FIG. 4 shows the field curvature and the linearity according to the second embodiment, following FIG. As in the first embodiment, the curvature of field is about 0.03 mm in width, which is well corrected even though the scanning lens system is arranged as a single lens near the deflection unit.
[0088]
As in the case of the first embodiment, the equally-spaced characteristics can be favorably corrected.
[0089]
Example 3
Embodiment 3 is an example in which the scanning lens system is constituted by two lenses.
[0090]
The arrangement relationship is the same as in the first embodiment.
"First lens (galvanometer mirror side lens)"
Distance on the optical axis with the galvanometer mirror: 7 mm
Thickness on optical axis: 3mm
Refractive index of material: nd = 1.53046
Abbe number of material: νd = 55.84
"Second lens (screen side lens)
Air gap with the first lens: 5 mm
Thickness on optical axis: 3mm
Refractive index of material: nd = 1.58410
Abbe number of material: νd = 30.45
The first lens has a “spherical shape on both sides”, and the second lens has a “curved axis toroidal shape on both sides”.
[0091]
Data for specifying each lens surface shape of the scanning lens system is as follows.
[0092]
First lens
First side
R (radius of curvature) −2427.0
Second side
R (radius of curvature) -1121.0.
[0093]
[0094]
[0095]
FIG. 5 shows the field curvature and the linearity according to the third embodiment in a manner similar to FIG. As in the first embodiment, the field curvature can be corrected well even though the scanning lens system is arranged as a single lens near the deflection unit. As in the case of the first embodiment, the equally-spaced characteristics can be favorably corrected.
[0096]
The difference (mm) of the scanning length (one side from the optical axis) with respect to the e-line (546.07 mm) reference wavelength is shown.
[0097]
In the first and second embodiments, since the chromatic aberration of the scanning lens system cannot be corrected because of the single-lens configuration, “difference in scanning length due to wavelength” occurs. In such a case, the “difference in color of the line image position” can be reduced by changing the change of the pixel clock time width for each of the R, G, and B line images.
[0098]
In the third embodiment, the chromatic aberration of the scanning lens system is corrected, and there is no difference in the positions of the R, G, and B line images. Therefore, the time width control of the pixel clock is performed for the R, G, and B line images. This can be done with "common rules".
[0099]
FIG. 6 shows another example of the optical arrangement. In order to avoid complication, the same reference numerals as those in FIG. In this example, the
[0100]
Finally, a brief description will be given of a change in the time width of the pixel clock.
[0101]
In the example described above with reference to the first embodiment, the pixel clock generates a “high-frequency clock eight times the pixel clock” in the high-frequency clock generation unit GS in FIG. A “pixel clock” is generated by dividing the frequency by 8 in the above. A specific example in this case will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
[0102]
FIG. 7 shows a portion where the high-frequency clock generation circuit GS and the frequency dividing circuit BS in FIG. 1 are combined. For convenience of description, reference numerals different from those in FIG. 1 are given.
[0103]
7, the pixel
[0104]
The high-frequency
[0105]
The pixel
[0106]
“Phase data” is data for instructing a shift amount of a phase of a pixel clock in order to correct an equal interval characteristic, and is generally given as a digital value of several bits, and is stored in a memory (not shown).
[0107]
The operation of the pixel
The pixel clock PCLK is obtained by dividing the high-frequency clock VCLK by eight, and has a duty ratio of 50% as standard. FIG. 8A shows a state in which a standard pixel clock PCLK having a duty ratio: 50% corresponding to a high-frequency clock VCLK divided by 8 is generated, and FIG. 8B shows a state in which a high-frequency clock VCLK divided by 8 is generated. (C) shows a state in which a pixel clock: PCLK whose phase is advanced by 1/8 clock with respect to that of FIG. : Shows how a PCLK clock is generated.
[0108]
As described above, the “time width of the pixel clock” is the time from the rise of a certain pixel clock to the rise of the next pixel clock. According to the description with reference to FIG. By changing the phase of the subsequent pixel clock by ± 「clock, the time width of the pixel clock can be changed by“ 1 / clock ”.
[0109]
In FIG. 8A, a value of “7” is given as the phase data. “3” is set in the
[0110]
Since the control signal: a is “H”, the pixel
[0111]
The pixel
[0112]
In this way, as shown in FIG. 8A, it is possible to generate a pixel clock: PCLK having a duty ratio: 50% corresponding to the frequency division of the high frequency clock: VCLK by 8. Changing the set value of the
[0113]
In FIG. 8B, phase data “8” is given. The counter 12 counts the high frequency clock: VCLK, and the
[0114]
Next, when the value of the counter 12 matches the given phase data “8”, the
[0115]
In this manner, as shown in FIG. 8B, a “pixel clock: PCLK whose phase is advanced by 1 / clock with respect to the 8 frequency-divided clock of the high frequency clock: VCLK” can be generated. If “9” is given instead of “8” as the phase data, the advance of the phase can be advanced by / of the pixel clock, whereby the “pixel clock” described according to the first embodiment can be obtained. Can be changed to 10/8 ”.
[0116]
In FIG. 8C, phase data “6” is given. The counter 12 counts the pixel clock: VCLK, the
[0117]
Next, when the count value of the counter 12 matches the given phase data “6”, the
[0118]
At this time, the
[0119]
When the phase data is given in synchronization with the rise of the pixel clock: PCLK, the phase of the pixel clock: PCLK can be changed every clock of the high frequency clock: VCLK.
[0120]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a novel line image scanning type image display device can be realized. In this apparatus, since the scanning lens system only needs to perform "mainly correction of field curvature", the scanning lens system can be configured with a single lens or a small number of lenses, so that the line image scanning type image display device can be made compact and low cost. Can be configured.
[0121]
Further, by changing the time width of the pixel clock for each pixel line, it is possible to effectively correct the equal-interval characteristics that could not be corrected by the scanning lens system, and display a good two-dimensional image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a line image scanning type image display device.
FIG. 2 is a diagram illustrating field curvature and linearity corresponding to equidistant characteristics in Example 1 of a scanning lens system.
FIG. 3 is a diagram for explaining linearity according to the first embodiment and linearity after the linearity is adjusted by adjusting the number of pixels having different time widths to a pixel clock.
FIG. 4 is a diagram illustrating field curvature and linearity according to a second embodiment of the scanning lens system.
FIG. 5 is a diagram illustrating field curvature and linearity according to a third embodiment of the scanning lens system.
FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the line image scanning type image display device.
FIG. 7 is a diagram for explaining a pixel clock generation circuit.
8 is a diagram for explaining generation of a pixel clock by the pixel clock generation circuit of FIG. 7 and change of the time width of the pixel clock.
[Explanation of symbols]
1 Illumination optical system
3 Semi-transparent mirror
6 Imaging lens system
7 Deflection means
8 Scanning lens system
9 Screen that forms the substance of the image display surface
Claims (13)
偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性に応じ、光変調手段に画像信号を表示する画素クロックの時間幅を画素ライン単位で変更することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行うことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。Light from each light modulating element in the light modulating means in which minute light modulating elements are arranged one-dimensionally is transmitted as object light by an image forming lens, and an image forming light beam emitted from this image forming lens system is deflected. Means for deflecting light in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light modulation elements, and scanning the image display surface while forming a one-dimensional line image on the image display surface via a scanning lens system. A line image scanning type image display device for displaying a two-dimensional image thereon,
By changing the time width of a pixel clock for displaying an image signal on the light modulating unit in units of pixel lines, according to the equal spacing characteristics in the line image scanning direction generated due to the deflecting unit and the scanning lens system, A line image scanning type image display device, wherein line image scanning is performed by correcting an equal interval characteristic of a line image on a display surface.
偏向手段と走査レンズ系とに起因して発生する、ライン像走査方向における等間隔特性からのずれに対応して、走査域が予め所定の複数ブロックに分割され、各ブロックにおいて、時間幅を変更される画素クロックの数の調整により、各ブロックの走査長さを調整することにより、画像表示面上におけるライン像の等間隔特性を補正してライン像走査を行うことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 1,
The scanning area is divided into a plurality of predetermined blocks in advance in accordance with the deviation from the uniform spacing characteristic in the line image scanning direction caused by the deflecting means and the scanning lens system, and the time width is changed in each block. The line image scanning is performed by adjusting the scanning length of each block by adjusting the number of pixel clocks to be performed, thereby correcting line-space characteristics of line images on the image display surface. Type image display device.
走査レンズ系が、偏向手段の像側近傍に配置され、偏向手段により偏向された光束の被走査面における像面湾曲を補正する機能を主として有し、
上記走査レンズ系は、そのパワーが結像レンズ系のパワーに比して十分小さく、少くとも1面が非球面であることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 1 or 2,
A scanning lens system is disposed near the image side of the deflecting means, and mainly has a function of correcting the field curvature of the light beam deflected by the deflecting means on the scanned surface,
A line image scanning type image display device, wherein the power of the scanning lens system is sufficiently smaller than the power of the imaging lens system, and at least one surface is aspherical.
走査レンズ系が3枚以下のレンズで構成され、そのうちの少なくとも1面は特殊トーリック面であることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 3,
A line image scanning type image display device, wherein a scanning lens system includes three or less lenses, at least one of which is a special toric surface.
偏向手段が偏向反射面を単振動的に振動させるガルバノミラーであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。A line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 4,
A line image scanning type image display device, wherein the deflecting means is a galvanomirror that oscillates the deflecting reflection surface in a simple manner.
ガルバノミラーの有効走査振れ角:θeff、最大振れ角:θmaxが、条件:
(1) θeff/θmax>0.5
を満足することを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 5,
The effective scanning deflection angle of the galvanomirror: θeff and the maximum deflection angle: θmax are the conditions:
(1) θeff / θmax> 0.5
A line image scanning type image display device characterized by satisfying the following.
光変調手段が、照明光学系と非自己発光型の光変調素子を有し、選択された信号に対応する光のみが結像レンズ系へ選択的に伝達されることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。A line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 6,
A light modulating means having an illumination optical system and a non-self-luminous light modulating element, wherein only light corresponding to the selected signal is selectively transmitted to the imaging lens system; Type image display device.
非自己発光型の光変調素子が反射タイプのBBLVで、正反射光が選択された信号に対応するように設定されていることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 7,
A non-self-emission type light modulation element is a reflection type BBLV, and a regular reflection light is set so as to correspond to a selected signal.
光変調手段が、自己発光型の光変調素子を用いるものであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。A line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 6,
A line image scanning type image display device, wherein the light modulating means uses a self light emitting type light modulating element.
画像表示面における走査位置に応じて、結像光束における光量を可変としたことをを特徴とするライン像走査型画像表示装置。A line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 9,
A line image scanning type image display device, wherein the amount of light in an image forming light beam is variable according to a scanning position on an image display surface.
光変調手段が、3原色:R(赤)、G(緑)、B(青)の各色を表示する微小な光変調素子を、色ごとに1次元状に配列させ、互いに近接した3列に配置したものであることを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 10,
The light modulating means arranges minute light modulating elements for displaying each of the three primary colors: R (red), G (green), and B (blue) one-dimensionally for each color, and forms three rows close to each other. A line image scanning type image display device characterized by being arranged.
画素クロックの時間幅の変更を、走査光学系の色収差に応じて異ならせたことを特徴とするライン像走査型画像表示装置。The line image scanning type image display device according to claim 11,
A line image scanning type image display device characterized in that the time width of the pixel clock is changed according to the chromatic aberration of the scanning optical system.
走査レンズ系から画像表示面へ向う光束の光路を折り曲げる1以上の折り返しミラーを有することを特徴とするライン像走査型画像表示装置。A line image scanning type image display device according to any one of claims 1 to 12,
A line image scanning type image display device comprising one or more folding mirrors for bending an optical path of a light beam from a scanning lens system to an image display surface.
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