JP2006011259A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光源に発光素子を用いる投射型画像表示装置において、簡易構成かつ小型化が可能な技術の提供。
【解決手段】
光源の複数の発光素子をその各光軸を互いに非平行状としかつ１次元状に配列し、該発光素子からの出射光を、光偏向素子により該発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向して走査し、投射光として画面に画像表示を行う構成とする。これによって、投射レンズなしでも１次元状の光源の拡大像が得られるようにし、所定のアスペクト比の拡大像を得る。
【選択図】 図２

Description

本発明は、投射型画像表示装置に係り、特に、レーザダイオードやＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を用いて成る光源の出射光をスクリーンに投射して画像表示を行うテレビやコンピュータ用ディスプレイ等の表示装置技術に関する。

業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。そのどちらにおいても、超高圧水銀ラン等の光源から出射した光束を、照明光学系によりライトバルブとしての液晶パネルに照射し、液晶パネルの変調作用によって作られた２次元画像を投射レンズによって投射拡大する構成のものが一般的であった。

これに対して、近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）やレーザダイオード（以下、レーザという）等の半導体発光素子を画素として２次元状に配列し、各発光素子の明るさを映像信号に応じて変えて（光変調して）、２次元画像を形成し、２次元画像を拡大投射する方式の投射型画像表示装置が知られるようになってきた。
このような装置においては、発光素子例えばＬＥＤの画素数がそのまま表示画像の画素数となるため、高解像度の画像を表示するためには膨大な数のＬＥＤが必要となる。例えば、８００ドット×６００ドットの解像度の画像を表示するには、単色画像の場合でも４８０，０００個のＬＥＤが必要（カラーの場合はその３倍が必要）となり、その結果として、装置の大型化、消費電力やコストの増加などにつながる。

これらを改善する投射型画像表示装置として、光偏向素子を用いて、一方向あるいは直交二方向の走査を行う方式のものが提案されている。このうち、二方向の走査を行う方式の投射型画像表示装置は、例えば、特開２００３−２１８００号公報（特許文献３）と特開２００３−１７２９００号公報（特許文献６）等で開示されおり、また、一方向の走査を行う方式の投射型画像表示装置は、例えば、特開２００１−２６５２７５号公報（特許文献１）と特開２００３−２１８０１号公報（特許文献４）と特開２００３−２１８０４号公報（特許文献５）等で開示されている。

まず、図９を用いて、二方向の走査を行う方式について説明する。図９において、光源１ｚから出射した光束はコリメータレンズ４によって平行光束に変換され、次に、第１光偏向素子２ａと第２光偏向素子２ｂによって、スクリーン３上で水平方向および垂直方向に走査される。すなわち、本投射型画像表示装置は、光源１ｚからの光束をスクリーン３上で水平方向および垂直方向に走査して、２次元画像を得る方式である。図９の場合、先ず、第２光偏向素子２ｂの角度を定め、その状態で、第１光偏向素子２ａの角度を順次変えることで、スクリーン３に図のような走査を実現している。この走査に同期して光源１ｚのＯＮとＯＦＦを行うことで２次元画像の光変調を行うことができる。

特許文献６記載の技術は、２次元状ブロック光源（例えばレーザを３×３のマトリクス状に配置した光源）を光偏向素子によって走査するものであり、部分画像の２次元走査である。
また、特許文献３及び特許文献６記載の技術は、光源として、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源を並べて配置し、スクリーン上の同じ画素形成場所を照射するタイミングを、各色光に応じてずらし、赤色用光源と緑色用光源と青色用光源をそれぞれ色合成手段（例えばクロスダイクロイックプリズム）で色合成してから光偏向素子で走査する方式のものである。
なお、特許文献３記載の技術には投射レンズがなく、特許文献６記載の技術では、投射レンズがあるが、特許文献６においても、その実施例１の中で「投影光学系はレーザ故に省略可能」と記載されており、必須の構成要件ではない。

次に、図１０を用いて、一方向の走査を行う方式につき説明する。光源の発光素子が等間隔で１次元状に配列された１次元状の光源１００から出射した光束は、投射レンズ５によって１次元状の拡大像としてスクリーン３に投射されるが、光路の途中に設けた光偏向素子２によって、上記１次元の方向（発光素子の配列方向）と直交する方向（図１０ではスクリーン３の水平方向）に走査することで、スクリーン３に２次元画像を得る方式である。この走査に同期して１次元状光源１００の各光源のＯＮとＯＦＦを行うことで２次元画像の光変調を行う。
なお、もし投射レンズ５がない場合は、光偏向素子によって一方向（ここでは水平方向）には走査されるが、走査方向（水平方向）と直交する方向には像が拡大されないため、所定のアスペクト比４：３、あるいは１６：９等の２次元画像が得られない。

ところで、光源の方式が異なるが同じ走査方式の投射型画像表示装置が、特開２００２−３４１２６９号公報（特許文献２）等に記載されている。投射レンズを用いることや走査の方法は上記図１０で説明したものと同じである。直接、光源のＯＮとＯＦＦで光変調を行うのではなく、回折機能を有する１次元状の光変調素子に光源からの光を照射する点が異なっている。

特開２００１−２６５２７５号公報 特開２００２−３４１２６９号公報 特開２００３−２１８００号公報 特開２００３−２１８０１号公報 特開２００３−２１８０４号公報 特開２００３−１７２９００号公報

上記した従来技術のうち、２つの光偏向素子による２次元状の光の走査方式では、２つの光偏向素子の偏向角度の組合わせに同期させて光源のＯＮ・ＯＦＦを制御する必要があるため、高度な制御技術が必要となる。また、第１光偏向素子２ａによって光束が光偏向されるため、第２光偏向素子２ｂはその分大型化する。また、１次元状光源と１つの光偏向素子と投射レンズとにより２次元状画像を得る技術では、投射レンズが装置の小型化や低コスト化を阻害する。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、光源に発光素子を用いる投射型画像表示技術において、一方向のみに光偏向を行いかつ投射レンズは使わない構成で２次元画像が得られるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、簡易構成で小型の投射型画像表示装置を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、ＬＥＤやレーザなど複数の発光素子のそれぞれを、その光軸が互いに非平行となる状態で１次元状に配して光源を構成する。これにより、所定の投射距離においては所定の大きさで拡大した１次元状光源像を得る。また、該１次元状光源像に直交する方向に光走査を行う光偏向素子を組合せる。これによって、スクリーンにて所定の２次元画像（アスペクト比４：３、１６：９など）を得る。
上記１次元状の光源は、例えば、一点の虚像点から出射したように配置する。個々の発光素子を、１枚もしく実質的に１枚の共通的な基板にそれぞれ垂直に配置した後で、この基板を曲げて円弧状に変形させる構成としてもよい。
また、光源の配光分布の角度が大きい場合は、各光源にコリメータレンズを配置し、平行光束化するかまたはビームウェストが被写体面付近にくるようにして、光の利用効率の向上を図る。
さらに、カラー映像を得る場合は、上記１次元状の光源を、赤色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された青色光用光源とから成る構成とする。また、該１次元状光源と光偏向素子との間には、該光源からの出射光を色合成して該光偏向素子側に出射する色合成手段を設ける。

本発明によれば、光源に発光素子を用いる投射型画像表示装置において、簡易かつ小型の構成とすることができる。

以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
各図において、共通な機能を有する要素には同一符号を付し、重複説明を避ける。

図１〜図３は、本発明の第1の実施例の説明図である。
図１は、本発明の第１の実施例としての投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示す図である。
図１において、１０は、複数の半導体の発光素子を所定方向例えば垂直方向に１次元状に配列した光源、２は、１次元状の光源１０からの光を該光源１０の各発光素子の配列方向（垂直方向）と直交する方向例えば水平方向に走査（＝光偏向）するための光偏向素子としてのミラー、３はスクリーンである。光源１０の各発光素子としては、光束の広がりが小さく平行性の良いつまり放射指向性の高い、例えばレーザまたはスーパールミネッセントダイオード（Super Luminescent Diode）等を用いる。この他、光束の広がりが、拡大された２次元画像の画素間隔に比べて小さければ、ＬＥＤも適用可能である。なお、２次元画像の画素間隔は、もともとの画像情報でのアスペクト比の画素数によって定まる画素間隔をいう。スクリーン３は、アスペクト比が横長のものとし、スクリーン３の短辺に平行なＸ方向（縦方向）を垂直方向、長辺に平行なＹ方向（横方向）を水平方向と呼ぶものとする。

図１の構成において、光源１０の各発光素子からの出射光は、光偏向素子としてのミラー２（例えばＳｉ基板上に形成されたミラー面が電磁力により回転共振する振動ミラーであるマイクロメカニカルミラー）で反射し、スクリーン３に照射される。光偏向素子としてのミラー２を回転させることで、スクリーン３での光源像が発光素子の配列方向（垂直方向）と直交する方向（水平方向）に走査される。

光源１０は、複数の発光素子がＸ方向の垂直方向にかつ１次元状に配列され、光偏向素子としてのミラー２の回転に連動（同期）して光源１０の各発光素子のＯＮ・ＯＦＦを行う。つまり、光源１０は、ミラー２の回転角度に対応して各発光素子の光出射強度を変調（光変調）し垂直方向の１次元画像を形成する。この１次元像をミラー２によりスクリーン３上で水平方向に走査して２次元状の画像をスクリーン３上に表示する。

上記図１では水平方向の走査につき説明した。以下、図２、図３を用いて、垂直方向の像面サイズの拡大作用について説明する。
図２は、第１の実施例における光源１０の説明図である。光源１０とスクリーン３で光線の照射関係を直線光学系で示し、光偏向素子としてのミラー２は図示しない。図２（ａ）はその垂直断面、図２（ｂ）は水平断面である。光源１０の発光素子の数は、スクリーン３上に投射する画像の垂直画素数に等しい数（走査線に等しい数）とするが、図２においては、説明の簡単化のために発光素子の数は５個としてある。該５個の発光素子１_１、１_２、１_３、１_４、１_５（以下、発光素子１_１、１_２、１_３、１_４、１_５をまとめて発光素子１という）は、１枚あるいは実質的に１枚とみなせる共通的な平らな基板１１上に１次元状に配列される。

図２（ａ）の垂直断面において、光源１０を構成する複数の発光素子１は、基板１１の略円弧状の配列面上に、各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列される。すなわち、発光素子１のうち発光素子１_１はその光軸をＺ方向に対し上向きにして配され、発光素子１_２はその光軸をやや上向きにして配され、発光素子１_３はその光軸を真直ぐ（Ｚ方向に平行）にして配され、発光素子１_４はその光軸をやや下向きにして配され、発光素子１_５はその光軸を下向きにして配される。具体的には、これら各発光素子１は、スクリーン３において、垂直方向（Ｘ方向）で所定の拡大倍率となるように、その光軸の向きを合わせて配置される。このとき、図２（ｂ）の水平断面においては、ミラー２（図示せず）の水平方向（Ｙ方向）の走査作用により、水平方向に拡大されるため、所定のアスペクト比で拡大された２次元画像が形成される。

図３は、出射光の光束断面の拡大作用の説明図で、図３（ａ）はその垂直断面、図３（ｂ）は水平断面を示す図である。図３では、垂直断面と水平断面での光線の広がりを明確にするために、光偏向素子としてのミラー２の図示を省いたいわゆる直線光学系を示す。また、ミラー２の位置はスクリーン３までの距離に比べて十分に光源１０に近いため、図３（ｂ）の水平断面図では、ミラー２の位置に光源１０があるものとしている。

図３（ａ）の垂直断面において、光源１０は、複数の発光素子１が、その各光軸を上記図２（ａ）のように互いに傾けて配列され、該各光軸が、光束出射側とは反対側の１点で交差するようにされ、全体の光線がスクリーン３側に広がって光束断面積が拡大するようになっている。１次元状の光源１０の虚像（上記１点で交差する点）を想定すると、光源１０から出射した光線は、図３（ａ）で図紙面左側の仮想点光源（虚像位置）１０'から出射した光線とみなせる。光源１０から仮想点光源１０'までの距離をＬ_１、光源１０の位置すなわちミラー２の位置からスクリーン３までの距離をＬ_２、光源１０の高さをＨとすると、スクリーン３での像の高さＢは数１で求まる。スクリーン３において、所定のアスペクト比の２次元画像を得るためには、アスペクト比４：３の像面の場合、スクリーン３での像の幅Ａを、数２で示すようにＢの４／３倍とする必要がある。

Ｂ＝Ｈ（Ｌ_１＋Ｌ_２）／Ｌ_１ …（数１）
Ａ＝４Ｂ／３＝４Ｈ（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３Ｌ_１ …（数２）
また、図３（ｂ）から、スクリーン３での像の幅Ａと光偏向素子２の振り角αとの間には次の数３が成立する。
Ａ＝２Ｌ_２ｔａｎ（α／２） …（数３）
ここで、数２と数３を用いて数４を得る。
ｔａｎ（α／２）＝２Ｈ（Ｌ_１＋Ｌ_２）／３Ｌ_１Ｌ_２ …（数４）
数４から、所定アスペクト比の拡大像を得るためには、投射距離Ｌ_２、すなわち、光源１０（ミラー２）からスクリーン３までの距離Ｌ_２に応じて、ミラー２での回転角度を変える必要がある。例えば、点線で示す位置にスクリーン３'がある場合、数４から、図３（ｂ）のようにミラー２の振り角を角αより大きな角βに補正する必要がある。

実際には、光偏向素子としてのミラー２で光が走査されるため、上記のように光源１０とミラー２との間の距離Ｌ_３を無視できず、光源１０とミラー２が同一位置にあるとみなせず、例えば図３（ｂ）のＭ点にミラー２'がある場合、振り角が角γとなるように補正を行うことになる。
一方、光偏向素子としてのミラーのメカ的な回転角度は変えずに、予め、回転角度をある程度大きく確保した上で、光源１０の発光タイミングをずらすようにしても、所定のアスペクト比をもった２次元像を得ることができる。

なお、上記説明では、光源１０を構成する複数の各発光素子１の光軸を互いに傾けて、光束出射側とは反対側の一点で該光軸の延長線が交差するようにしたが、本発明はこれに限定されず、精度が許されるならば、上記一点を含むその近傍領域内で該光軸の延長線が交差するようにしてもよい。
以上のように、第１の実施例によれば、光偏向素子としてのミラー２により一方向のみに光偏向することでスクリーンに２次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、１個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。

図４は、本発明の第２の実施例の説明図である。図４において、図２と同一の機能を有する要素には図２の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。本第２の実施例は、１次元状の光源の各発光素子からの光束の広がりを補正するために、コリメータレンズを、光源と光偏向素子との間に設ける場合の例である。他の構成は、基本的には上記第１の実施例の場合と同様であるとする。
図４において、４_１、４_２、４_３、４_４、４_５は、発光素子１_１、１_２、１_３、１_４、１_５毎に配され、該発光素子からの出射光の光束を平行化し上記光偏向素子側に出射するコリメータレンズである（以下、コリメータレンズ４_１、４_２、４_３、４_４、４_５をまとめてコリメータレンズ４という）。１次元状の光源１０の各発光素子１としては、光束の広がりがレーザと比べて大きいＬＥＤを用いるものとする。

コリメータレンズ４は、所定の投射距離で、スクリーン３上での発光素子の像のスポットサイズが例えば最小となるように、その焦点距離を変えたり、または、その配設位置を変えたりされる。例えば、表示可能なスクリーンサイズ（例えば５０インチから７０インチ）のうちの中心となるスクリーンサイズ（例えば６０インチ）の投射距離でコリメータレンズ４の最適化を行ったり、または、発光素子からの広がる光束をコリメータレンズ４で平行光束に変換したりしても、光束の広がりを拡大された画素像の間隔以内にすることは可能である。
なお、厳密には、スクリーン３でのスポットサイズを最小とすることと、コリメータレンズ４で平行光束に変換することとは異なるが、光源１０からスクリーン３までの距離Ｌ_２が数ｍと大きい場合には特に、コリメータレンズ４で平行光束に変換することは有効である。
上記本発明の第２の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン３に２次元画像を形成することができる。この結果、投射型画像表示装置を、１個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。

図５は、本発明の第３の実施例の説明図である。図５においても、図２と同一の機能を有する要素には図２の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。本第３の実施例は、１次元状の光源内で、各発光素子を配列した基板を略円弧状に曲げた状態とすることで複数の発光素子の各光軸を互いに非平行状にする場合の例である。他の構成は、基本的には上記第１の実施例の場合と同様であるとする。
図５において、１２は基板である。１次元状の光源２０は、発光素子１_１〜１_５が基板１２上に、それぞれ例えば各光軸を垂直にして配され、該基板１２が曲げられて所定曲率の略円弧状とされることにより、各発光素子１_１〜１_５の各光軸が互いに所定の非平行状態とされる。基板１２は、予め所定の円弧状に曲げたものを用い、これに発光素子１_１〜１_５を取付けることで該発光素子の各光軸が互いに非平行状となるようにしてもよいが、異なる拡大倍率の投射型画像表示装置を得るためには、上記のように、各発光素子１_１〜１_５を基板１２に取付けた後で該基板１２を曲げるとした構成の方が曲率半径を容易に変えられるため適している。
上記本発明の第３の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン３に２次元画像を形成することができ、投射型画像表示装置を、簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。

以上述べた第１、第２、第３の実施例は、いずれも、単色光の１次元状の光源１０を用いた投射型画像表示装置に関するものである。

以下、上記技術を用いたカラー投射型画像表示装置の例につき述べる。

図６、図７は、本発明の第４の実施例の説明図である。図６は、第４の実施例としてのカラー投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示し、図７は、本第４の実施例に係るカラー投射型画像表示装置のブロック構成を示す。図６においても、図２と同一の機能を有する要素には図２の場合と同一の符号を付し、その説明を省くものとする。
図６において、３０は、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）及び青色光（Ｂ光）を発生する光源、３１Ｒは、光源３０を形成する光源であって赤色光（Ｒ光）を発光する複数の発光素子１_Ｒｉ（ｉは任意の発光素子を示す添え字）を１次元状に配列した光源、３１Ｇは、同じく光源３０を形成する光源であって緑色光（Ｇ光）を発光する複数の発光素子１_Ｇｉを１次元状に配列した光源、３１Ｂは、同じく光源３０を形成する光源であって青色光（Ｂ光）を発光する複数の発光素子１_Ｂｉを１次元状に配列した光源である（以下、光源３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを、特定しない場合は単に光源３１という）。各光源３１は、例えば上記第１の実施例の装置の光源１０において各発光素子１_ｉを上記Ｒ光の発光素子１_Ｒｉ、Ｇ光の発光素子１_Ｇｉ、Ｂ光の発光素子１_Ｇｉで置換えたものである。

図６において、光源３１Ｒの上からｉ番目の発光素子１_Ｒｉから出射した光束は、光偏向素子としてのミラー２で走査されて、スクリーン３上にＲ光の第ｉ走査ラインの１次元状画像を形成する。同様に、１次元状光源３１Ｇの発光素子１_Ｇｉから出射した光束はＧ光の第ｉ走査ラインの１次元状画像を形成し、１次元状光源３１Ｂの発光素子１_Ｂｉから出射した光束はＢ光の第ｉ走査ラインの１次元状画像を形成する。この過程で、例えば、発光素子１_Ｒｉから出射したＲ光束が上記第ｉ走査ライン上の画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}を照射するとき、発光素子１_Ｇｉから出射したＧ光束は画素領域Ｐ_ｉ、ｊを照射し、発光素子１_Ｂｉから出射したＢ光束は画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ−１}を照射する。従って、発光素子１_Ｒｉから出射したＲ光束が画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋２}に移動すると、発光素子１_Ｇｉから出射したＧ光束が画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}を照射し、さらに発光素子１_Ｇｉから出射したＧ光束が画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋２}に移動すると、発光素子１_Ｂｉから出射したＢ光束が画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}を照射することになる。すなわち、任意の画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}は短い時間間隔でＲ光、Ｇ光、Ｂ光が照射されることになり、カラー画素として認識されることになる。ただし、カラー画素として認識されるには、任意の画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}を照射する各色の発光素子の光変調を、対応する画素信号Ｓ_{ｉ、ｊ＋１}に基づいた各色の画素信号で行う必要がある。そのため、光源３１Ｒの発光素子１_ＲｉをＲ用画素信号ＲＳ_{ｉ、ｊ＋１}で光変調するとき、１次元状光源３１Ｇの発光素子１_Ｇｉを１つ前のＧ用画素信号ＧＳ_ｉ、ｊで光変調し、１次元状光源３１Ｂの発光素子１_Ｂｉを２つ前のＢ用画素信号ＢＳ_{ｉ、ｊ−１}で光変調するようにする。このようにすれば、任意の画素領域Ｐ_{ｉ、ｊ＋１}を同一の画素信号に基づいたカラー色光で照射することができる。

図７は、本第４の実施例に係るカラー投射型画像表示装置のブロック構成図である。
図７において、５１は、入力された映像信号を各原色信号に分離したり、調整するための映像信号処理回路、５２は、映像信号から水平同期信号Ｈと垂直同期信号Ｖを分離するための同期信号分離回路、５３は、水平同期信号Ｈによって光偏向素子２の動作を制御する光偏向素子制御回路、５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂはそれぞれ、映像信号処理回路５１からの映像信号をメモリし、光偏向素子としてのミラー２による走査に適するように映像信号のタイミングを変換するための画像メモリ、５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂはそれぞれ、画像メモリ５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂからの映像信号によって各発光素子３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを駆動するための発光素子駆動回路、５６は、同期信号分離回路５２からの水平同期信号Ｈと垂直同期信号Ｖによって画像メモリ５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂの動作を制御するための画像位置制御回路である。

図７の構成において、入力された映像信号は、映像信号処理回路５１で信号の調整と各原色信号への分離が行われ、それぞれ赤色用画像メモリ５４Ｒ、緑色用画像メモリ５４Ｇ、青色用画像メモリ５４Ｂへ入力される。各画像メモリ５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂでは、画像位置制御回路５６からの制御信号によって一画面分の映像信号を書込んだ後、画面の垂直方向の一列の信号をグループ化した一列毎の映像信号データに変換して、それぞれ各色用発光素子駆動回路５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂへ出力する。各色用発光素子駆動回路５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂは、入力された映像信号データに従って、各１次元状光源３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂを駆動（光変調）し、１次元状の光源３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂに映像の垂直方向の一列に相当する画像を表示する。

ここで、光偏向素子としてのミラー２は、光偏向素子制御回路５３によって反射面の角度が変化するように制御されており、各光源３１からの光路を水平方向に走査するように動作する。該水平方向の走査を、映像信号の水平方向走査と同期して行うことにより、スクリーン３上に投射された垂直方向に一列の画像は、水平方向に走査され、２次元画像が形成されることになる。
上記本発明の第４の実施例によれば、カラー投射型画像表示装置を、光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。低コスト化も可能となる。

図８は、本発明の第５の実施例としてのカラー投射型画像表示装置の説明図である。上記第４の実施例では、スクリーン上の同一画素領域を色光毎に時間的にずらして照射しカラー画像を得る構成としたが、これに対し、本第５の実施例は、光源からの色光を色合成手段で合成し、該合成した光（以下、カラー色光という）をスクリーンに投射する場合の例である。

図８において、４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂはそれぞれ、例えば第１の実施例による図２のように、出射側とは反対側で光軸が一点で交差するように１次元状に配列された複数の発光素子（例えばＬＥＤ）から成る光源で、そのうち、４１Ｒは赤色光（Ｒ光）を発生する光源、４１Ｇは緑色光（Ｇ光）を発生する光源、４１Ｂは青色光（Ｂ光）を発生する光源である。また、７は、光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの色光を色合成する色合成手段で、該色合成手段７は、Ｒ光を反射するダイクロイックミラー７１と、Ｇ光を反射しＲ光を透過するダイクロイックミラー７２と、Ｂ光を反射しＲ光、Ｇ光を透過するダイクロイックミラー７３とから成る。また、４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂは、映像信号に応じて、各光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを、その発光強度を変えるように駆動し、各色光の１次元状画像を形成する光源駆動回路である。

図８の構成において、各光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂがそれぞれ、光源駆動回路４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂにより駆動され、該各光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから出射した１次元状画像の各光束は、色合成手段７を構成するダイクロイックミラー７１、７２、７３で同一光路上に色合成され、１次元状のカラー画像とされる。該色合成された１次元状のカラー画像は、光偏向素子としてのミラー２による反射によりスクリーン３上において水平方向に走査されて２次元画像とされる。
上記本発明の第５の実施例によっても、光偏向素子により一方向のみに光偏向することでスクリーン３に２次元画像を形成することができ、カラー投射型画像表示装置を、１個の光偏向素子を一方向に光偏向するように制御する簡易な構成、かつ、投射レンズを使わない小型の構成とすることができる。特に、上記第４の実施例構成に対しては、スクリーン３上の同一画素領域を色光毎に時間的にずらして照射する必要がないため、その分、画面を明るくすることができ、また、各光源駆動回路４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂを制御するための制御回路を簡単な構成とすることができる。装置の低コスト化も可能となる。

上記第５の実施例構成では、色合成手段７としてダイクロイックミラー７１、７２、７３を用いたが、この他に、クロスダイクロイックプリズムなどを用いることも可能である。この場合は、該クロスダイクロイックプリズムの隣り合う３面にそれぞれ、各光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを配し、該光源の配されてない面から合成光を得ることができる。また、図８の構成においては、ダイクロイックミラー７１は反射型ミラーであってもよい。

なお、上記各実施例では１個の光偏向素子（ミラー）を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されず、複数個の光偏向素子を用い、これを一方向に光偏向するように制御する構成としてもよい。

本発明の第１の実施例としての投射型画像表示装置の光学系の基本構成を示す図である。 図１の光学系における光源の説明図である。 図１の光学系における出射光の光束断面の拡大作用の説明図である。 本発明の第２の実施例の説明図である。 本発明の第３の実施例の説明図である。 第４の実施例としてのカラー投射型画像表示装置の光学系の基本構成図である。 第４の実施例のカラー投射型画像表示装置のブロック構成図である。 本発明の第５の実施例の説明図である。 従来の投射型表示装置の光学系の基本構成図である。 従来の他の投射型表示装置の光学系の基本構成図である。

符号の説明

１、１_１、１_２、１_３、１_４、１_５…発光素子、
２…ミラー、
３…スクリーン、
４、４_１、４_２、４_３、４_４、４_５…コリメータレンズ、
７…色合成手段、
１０、２０、３０、３１、３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ、４１、４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ…光源、
１１、１２…基板、
４５…光源駆動回路、
５１…映像信号処理回路、
５２…同期信号分離回路、
５３…光偏向素子制御回路、
５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂ…画像メモリ、
５５Ｒ、５５Ｇ、５５Ｂ…発光素子駆動回路、
５６…画像位置制御回路、
７１、７２、７３…ダイクロイックミラー。

Claims (9)

1. 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
   複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列されて成る光源と、
   上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
   上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
   映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
   を備え、
   上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 上記複数の発光素子は、上記各光軸の延長線が、出射光側と反対側において一点もしくはその近傍領域内で交わるように配列されている請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 上記複数の発光素子は、共通基板上に互いに光軸を傾けて配された構成または円弧状取付け部を有する共通基板上に互いに光軸を傾けて配された構成である請求項１に記載の投射型画像表示装置。
4. 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
   複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列されて成る光源と、
   上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
   上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
   映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
   上記発光素子と上記光偏向素子の間に配され、該発光素子からの出射光の光束を平行化し上記光偏向素子側に出射するコリメータレンズと、
   上記光偏向素子からの反射光が投射されるスクリーンと、
   を備え、
   上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。
5. 上記コリメータレンズは、上記発光素子からの出射光の光束のビームウェストが被写体面付近となる構成を有する請求項４に記載の投射型画像表示装置。
6. 上記光源は、赤色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が１次元状に配列された青色光用光源とから成る構成である請求項１から５のいずれかに記載の投射型表示装置。
7. 映像信号に基づき光源の出射光の強度を変え光学像を形成する投射型画像表示装置であって、
   赤色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列された赤色光用光源と、緑色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列された緑色光用光源と、青色光を発生する複数の発光素子が各光軸を互いに非平行状とされ１次元状に配列された青色光用光源とを備えて成る光源と、
   上記各色光を発生する上記各発光素子を映像信号に基づき駆動し該各発光素子の出射光の強度を変える発光素子駆動回路と、
   上記発光素子からの出射光を、上記発光素子の配列方向と直交する方向に光偏向する光偏向素子と、
   映像信号に同期して上記光偏向素子の光偏向を制御する制御回路と、
   上記光源と上記光偏向素子との間に配され、該光源からの出射光を色合成して該光偏向素子側に出射する色合成手段と、
   上記光偏向素子からの反射光が投射されるスクリーンと、
   を備え、
   上記光偏向された光を上記発光素子の配列方向と直交する方向に走査された投射光として、画面に画像表示を行う構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。
8. 上記色合成手段は、クロスダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーにより構成される請求項７に記載の投射型画像表示装置。
9. 上記光源は、画像の走査線数と同数の発光素子が１列に配列された構成である請求項１から８のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
   
   

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