JP6478008B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1では、拡散板やモータなどの部品が増え装置が大型化する、低コスト化が困難となる、騒音が発生するという問題があった。
本実施形態における画像表示装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から射出されたレーザ光を走査する2次元光走査手段と、前記レーザ光が投影される画像表示部とを備え、前記2次元光走査手段は、前記レーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部を有し、かつ、前記2次元光走査手段の平面における互いに直交する2軸を第1の軸及び第2の軸としたとき、前記第1の軸及び第2の軸の少なくとも一方を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記ミラー部の傾斜角を変化させるとともに、前記ミラー部は、前記ミラー部の厚み方向に振動することを特徴とする。
光源としては、レーザ光源であれば特に制限されるわけではなく、またその数も制限されるわけではない。本実施形態においては、赤・緑・青3色のLD(Laser Diode)光源を例として挙げて説明する。
このようにして、光合成手段42は、3つの光路を1つの光路に合成する。そして、合成されたレーザ光は集光レンズ45を透過し、画像表示部44上でビームが絞られるように調整される。
図2(a)において、点線で示されるy軸の左右の主走査駆動圧電部材52は、紙面垂直方向(図2(b)で示されるz軸方向)に上下に振動(揺動)する。ここで、主走査駆動圧電部材52に駆動周波数を印加し、主走査梁部51を撓ませることでy軸を回転軸とした周期的振動を発生させる。
図5にミラー部50の変動の一例について模式図を示す。図5において、ミラー部50はレーザ光を画像表示部44に反射させていることが図示されている。このとき、z軸方向にミラー部50を振動させると、例えばミラー部50aのように反射位置が変動する。これにより、光源からミラー部50の距離をわずかに変化させ、レーザ光の反射位置を変動させる。
一方、本実施形態の画像表示装置では、ミラー部50の厚み方向の振動によって、図5のようにミラー部50上でレーザ光が反射する位置が変化するため、レーザ光が画像表示部44上に投射する位置がわずかに変動する。この変動により、干渉によって強め合う位置と、弱め合う位置が毎回変わることになる。すなわち、画像表示部44上のある1画素をレーザ光の時間的な重ね合わせによって描画されることになる。
主走査方向では、図4(a)に示される駆動波形が連続的に変化する正弦波であるため、ミラー振れ角も連続的に変化する正弦波のようになる。
副走査方向では、図4(a)に示される駆動波形がのこぎり波形であるため、ミラー振れ角ものこぎり波形のようになる。ここで、図4(b)における副走査方向のミラー振れ角は、正弦波で表される厚み方向のミラー振幅の波形を重畳させたものである。
ミラー部50の厚み方向におけるミラー部50の振幅は、本実施形態では、図示されるように連続的に変化する正弦波の例が示されている。この例においては、主走査方向の1周期分の時間よりも長く、副走査方向の1周期分の時間よりも短い時間スケールで振動している。
本実施形態では、2次元光走査手段制御回路43から副走査方向に対して、z方向に振動するよう信号が送られると、ミラー部50の厚み方向の振動によって、ミラー部50の反射位置を変化させることができる。すなわち、2次元光走査手段40が所定の速度で角度を変えて副走査方向に光走査するときに、同時に厚み方向にも2次元光走査手段40を振動させる。この場合、上述したように、厚み方向の振動は副走査方向の1周期分の時間よりも短い時間スケールで厚み方向に振動することになる。
次に、本発明に係る画像表示装置におけるその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。本実施形態に係る画像表示装置を図6に示す。本実施形態においては、2次元光走査手段40と画像表示部44との間に、レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に対して、レーザ光に不規則な位相を付与する位相差付与手段46を備えている。
なお、位相差付与手段46が設置される位置は、特に制限されるものではなく、適宜変更が可能であるが、例えば2次元光走査手段40から10mm程度離れた箇所に設置することができる。
なお、位相差付与手段46の複数の段差部における最小線幅d(後述する図8参照)は、レーザ光の波長と同程度以下であることが好ましい。
本実施形態では、上述のように2次元光走査手段40の後方(2次元光走査手段40によって反射された後の位置)に、位相差付与手段46が設置されており、異なった位相分布をもつレーザ光の重ね合わせを行うことができる。
図8において、2次元光走査手段40のミラー部50を厚み方向に上下させる距離(振幅)は、以下の関係を満たすことが好ましい。すなわち、ミラー部50に対するレーザ光の入射角をθ、位相差付与手段46における段差部の最小線幅をd、厚み方向における振幅をΔzとしたとき、
d<2Δzsinθ
の関係が成り立つことが好ましい。
次に、本発明に係る画像表示装置におけるその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。本実施形態における2次元光走査手段40及び位相差付与手段46の概略図を図9に示す。本実施形態においては、位相差付与手段46が2次元光走査手段40のミラー部50上に形成されている。
実施例1では、図6に示される画像表示装置について、図8に示される位相付与手段46を適用したものを用いた。上記の説明に基づいたMEMS設計例を以下に示す。
2次元光走査は、主走査方向には20kHzでの正弦波による光走査が行われ、副走査方向には400Hzでの光走査を行う2軸のMEMSミラー構造とした。また主走査方向のMEMSミラーのビーム走査全角を30°、副走査方向のビーム走査全角を10°で設計を行った。
上記MEMSミラーを使用すると、画像表示部44上の副走査方向の画素数50画素とするとき、1画素分を副走査方向に走査する時間は約50μsecであった。主走査方向のスキャンは片側25μsecの時間であった。2500μsec後に同じ領域に重なり合うことになる。
実施例1において、図8に示される位相差付与手段46を図9に示される位相差付与手段46に変更した以外は、実施例1と同様の画像表示装置を用いた。図9に示されるように、位相差付与手段46の位置を2次元光走査手段40上に配置した。これにより、厚み方向の振動ごとに反射されるレーザ光の位相状態が変化し、位相分布パターンの異なったビームの重ね合わせをすることができ、スペックルノイズパターンの平均化が図られ、観察者の目には均一なビームとして認識された。
21、22、23 コリメートレンズ
31、32、33 反射面
40 2次元光走査手段
41 光源制御回路
42 光路合成手段
43 2次元光走査手段制御回路
44 画像表示部
45 集光レンズ
46、46a 位相差付与手段
50、50a ミラー
51 主走査梁部
52 主走査駆動圧電部材
53 蛇行状梁部
54 副走査駆動圧電部材
55 第1の枠部材
56 第2の枠部材
Claims (9)
- レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出されたレーザ光を走査する2次元光走査手段と、
前記レーザ光が投影される画像表示部とを備え、
前記2次元光走査手段は、前記レーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部を有し、かつ、前記2次元光走査手段の平面における互いに直交する2軸を第1の軸及び第2の軸としたとき、前記第1の軸及び第2の軸の少なくとも一方を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記ミラー部の傾斜角を変化させるとともに、
前記ミラー部は、前記ミラー部の厚み方向に振動し、
前記2次元光走査手段と前記画像表示部との間に、前記レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に対して、前記レーザ光に不規則な位相を付与する透過型の位相差付与手段を備え、
前記位相差付与手段は、前記ミラー部の反射光にのみ前記不規則な位相を付与することを特徴とする画像表示装置。 - 前記第1の軸及び第2の軸のうち少なくとも一方を軸とする前記ミラー部の揺動は、前記2次元光走査手段における固有周波数と共振する共振駆動することを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記位相差付与手段は、その面方向に互いに高さの異なる複数の段差部を有し、
前記複数の段差部は、前記面方向において不規則に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像表示装置。 - 前記ミラー部に対する前記レーザ光の入射角をθ、前記複数の段差部における最小線幅をd、前記ミラー部の厚み方向における振幅をΔzとしたとき、
d<2Δzsinθ
の関係が成り立つことを特徴とする請求項3に記載の画像表示装置。 - 前記位相差付与手段に対する前記レーザ光の入射位置の変動量を2Δzsinθとしたとき、前記変動量は、前記画像表示部に投射される前記レーザ光のビーム径よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
- 前記画像表示部において、前記第1の軸を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記レーザ光を走査させるときの走査方向を主走査方向、前記第2の軸を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記レーザ光を走査させるときの走査方向を副走査方向としたとき、
前記主走査方向の走査速度は、前記副走査方向の走査速度よりも速く、
前記ミラー部の厚み方向に対して前記ミラー部が振動する振動周波数と、前記第2の軸を軸とするミラーの揺動周波数とが非整数比であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の画像表示装置。 - 前記ミラー部の厚み方向に前記ミラー部を振動させる振動信号が、前記副走査方向の前記ミラー部の揺動信号に重畳され、
前記振動信号の周波数が、前記2次元光走査手段の厚み方向の共振周波数に等しいことを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。 - 前記位相差付与手段は、前記ミラー部に接していることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記光源が、互いに波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源からなり、
前記画像表示装置は、前記複数のレーザ光源から射出されたレーザ光の光路を一つに合成する光路合成手段を備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の画像表示装置。
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