CN100514175C - 激光图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的激光图像显示装置，将封入有光散射物体的光扩散单元设置在空间光调制元件和照明光学系统之间的最佳位置上。作为光散射物体的粒子，对激光光源射出的射束进行光扩散。由此，让形成非特别指定的多数的斑纹图案，而使投射在屏幕上的图像中产生的斑点杂讯减少。从而可提供一种将光扩散后的光量损失抑制得较小，并可显示无亮度不均匀的明亮、且画面质量较高的图像的激光图像显示装置。

Description

激光图像显示装置

技术领域

本发明涉及一种以激光为光源的图像显示装置。更具体地说，涉及一种具有用于减少显示器内出现的斑点杂讯(speckle noise)的手段的激光图像显示装置。

背景技术

图7示意的是以往的激光显示器的概略结构。RGB3色(R：红色，G：绿色，B：蓝色)的激光光源101a～101c发出的光，首先通过包括有聚光透镜(collective lens)109a～109c的扩束器(expander)光学系统102而被射束扩大。然后，被扩大的光通过具备透镜和小型透镜阵列(lens array)的积分器光学系统103，而成形为射束以均匀照射空间光调制元件105。此处，场透镜(field lens)104a～104c，使通过了空间光调制元件105a～105c的光变换成会聚射束，以便使光有效地通过投射透镜107的开口。

接着，成为射束后的光，由空间光调制元件105a～105c按照输入视频信号进行强度调制，经分色棱镜(dichroic prism)106被合波。合波后的光经投射透镜107而被扩大，并被投射在屏幕108上。由此，2维图像被显示在屏幕108上。在该结构的显示器中，由于RGB各光源的光都为单色光，所以，可以通过使用适当波长的激光光源，实现色纯度高、色彩鲜艳的图像显示。

然而，这样的显示器，因作为光源使用的是干涉性较高的激光光源，所以，产生的所谓斑点杂讯(speckle noise)则成为一个问题。斑点杂讯是激光在屏幕108上被散射时，由屏幕108上各部分的散射光相互干涉而产生的细微斑点状的杂讯。

以往，如专利文献1(日本专利公开公报特开昭55—65940号)所述，是通过由振动马达110使屏幕108振动，或如专利文献2(日本专利公开公报特开平6—208089号)所述，通过用外力使扩散板振动·转动，来去除斑点杂讯。这些方法是以比人可察觉到的显示的刷新时间更短的时间，来使斑纹图案(speckle pattern)发生变化，通过斑纹图案的平均化而使观察者的眼睛不至于在视觉上注意到斑点杂讯。此外，专利文献3(日本专利公开公报特开平3—109591号)也提出了一种方法，使激光的偏振光状态按时间发生变化，并通过将该激光投射在涂敷有各向异性晶体(anisotropic crystal)粒子的屏幕上，来防止斑点杂讯。

另外，如专利文献4(日本专利公开公报特开2003—98476号)所述，使用移动型扩散板也可以减少斑点杂讯，但存在一种扩散板移动时会产生马达驱动声等噪音的问题。因此，为了防止马达驱动等的噪音，在专利文献5(日本专利公开公报特开平11—218726号)中，作为以低成本、无需机械驱动即可防止斑点杂讯的方法，提出了一种使用了将微粒子装入单元(cell)内，使该单元内的微粒子做电性微小振动的扩散单元光学系统的方法。然而，专利文献5所示的减少斑点杂讯的减低方法，若空间光调制元件和扩散单元光学系统之间的距离增大，在扩散单元光学系统被散射的一部分光会散射至空间光调制元件的图像显示部分的外侧。其结果，使光量损失增大，屏幕上的亮度下降。

此外，作为扩散单元光学系统，如果使用微粒子，则由于单元内部的微粒子分布不均，扩散单元光学系统内的局部的散射角及透射率等会随处不同。因此，当扩散单元光学系统和空间光调制元件的距离接近时，该透射率的偏差会使空间光调制元件上的光强度也产生分布亮度不均匀(luminosity irregularity)。而且，该亮度不均匀随着扩散光学系统的运动在投影画面上移动，从而被重叠在图像上。因此，为了抑制由亮度不均匀引起的画面质量的下降，需要将扩散板和空间光调制元件隔开一定以上的距离进行设置。

即，由使用了微粒子的扩散单元光学系统所代表的斑点杂讯防止光学系统，若不设置在相对于空间光调制元件为最佳的位置上，则无法去除斑点杂讯，实现没有亮度不均匀的、画面质量高且明亮的图像。然而，关于扩散单元光学系统和空间光调制元件的最佳位置关系，到目前为止还未进行过讨论。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够有效地减少使用激光光源等相干(coherent)光源时特有的斑点杂讯，实现明亮且无亮度不均匀的画面质量较高的图像的激光图像显示装置。

为达到此目的，本发明所提供的一种激光图像显示装置，包括，一个激光光源，封入有光散射物体且上述光散射物体或流动或摇动或振动的光扩散单元，将上述激光光源发出的光照射到上述光扩散单元的照明光学系统，靠近上述光扩散单元而被设置，通过由上述光扩散单元所扩散的光照射而成像的空间光调制元件，将通过上述空间光调制元件所成的像投射在空间上的指定的面上的投射透镜，其中，上述光扩散单元的光的扩散角θ、上述光扩散单元产生的透过不规则(transmission irregularity)的间距P、上述照明光学系统的数值孔径(numerical aperture)NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L之间存在以下的关系，

P<2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L。

根据该结构，激光光源发出的光，首先通过照明光学系统而被照射到光扩散单元。光扩散单元中封入有光散射物体，来自照明光学系统的光通过该光散射物体而被扩散。此时，由于使该光散射物体或流动或摇动或振动，所以被扩散的光的相位模式时时发生变化，由此也引起斑纹图案发生变化。即，产生时时不同的斑纹图案，由于在观察通过空间光调制元件和投射透镜而被投射到指定面上的成像时，这些斑纹图案被进行了时间平均，因而可得到斑点杂讯被抑制的画面质量较高的2维图像。

此外，从照明光学系统射入光扩散单元的光的范围(光的发散大小)(divergence)，若设该照明光学系统的数值孔径为NA，光扩散单元的光的扩散角的全角为θ时，则为θ/2+Sin^-1(NA)。因此，当设上述光扩散单元和空间光调制元件之间的距离为L时，在空间光调制元件上的光的范围则可用2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L来表示。该范围若大于在光扩散单元产生的透过不规则(透过光的亮度不均匀)的间距P，则形成相邻的不规则的光被扩散，并相互重叠。由此，可抑制不规则引起的画面质量的下降。

附图说明

图1是本发明的激光图像显示装置的实施例1的概略结构示意图。

图2是具有本发明的激光图像显示装置的实施例1的电泳动扩散板的元件的概略结构示意图。

图3是用来说明通过本发明的激光图像显示装置的实施例1的电泳动扩散板而被扩散的光的范围的模式图。

图4是本发明的激光图像显示装置的实施例2的将电泳动扩散板和空间光调制元件构成了一体的光学系统的概略结构示意图。

图5是本发明的激光图像显示装置的实施例2的将电泳动扩散板和反射型液晶元件构成了一体的光学系统的概略结构示意图。

图6是本发明的激光图像显示装置的实施例3的将扩散板和空间光调制元件的功能合而为一的光学系统的概略结构示意图。

图7是以往的激光显示器的概略结构示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

(实施例1)

图1示意的是本发明的激光图像显示装置的概略结构。从红色激光光源1a、绿色激光光源1b、蓝色激光光源1c射出的光，分别由聚光透镜9a、9b、9c聚光。聚光后的光通过扩束器光学系统2和积分器光学系统(照明光学系统)3，成形为光强度分布均匀的射束后，分别照射在电泳动扩散板(光扩散单元)(electrophoretic diffuser)10a、10b、10c上。射入电泳动扩散板10a、10b、10c的光，通过被封入在其中的光散射物体而被散射。其结果，通过电泳动扩散板10a、10b、10c后的光的行进方向发生扩散。

在电泳动扩散板10a、10b、10c被扩散的激光，照明例如由液晶板等构成的空间光调制元件5a、5b、5c，形成2维图像。分别通过了空间光调制元件5a、5b、5c的光，在分色棱镜6被合波，经投射透镜7而被投影在屏幕8上。

此处，场透镜4a、4b、4c，使通过了空间光调制元件5a～5c的光变换成会聚射束，以便使光有效地通过投射透镜7的开口内。此外，作为激光光源1a、1b、1c，还可使用He-Ne激光、He-Cd激光、Ar激光等气体激光、AlGaInP系或GaN系的半导体激光、以固体激光为基本波的SHG激光等。

下面用图2对具有图1所示结构的激光图像显示装置的斑点抑制的操作进行说明。图2是抽出了图1的激光图像显示装置中的某一色激光的光学系统的概念图。为了简化，省略了扩束器光学系统、积分器光学系统、场透镜、分色棱镜等光学系统。从激光光源1射出并通过了积分器光学系统的光束，被成形为在电泳动散射板10上有均匀的强度分布的光束。在电泳动扩散板10被扩散的光，以均匀的强度分布照射在空间光调制元件5上。然后，在空间光调制元件5上被进行了强度调制后的光，通过投射透镜7而被放大投影，作为影像而被投射在屏幕8上。

此处，在某时刻被投影在屏幕8上的图像中，如上所述，存在着斑点杂讯。但在光束通过电泳动扩散板10时，若受到与作为溶剂的水溶液13一起被封入在该电泳动扩散板10的内部的电泳动粒子A14或电泳动粒子B15的扩散，则通过电泳动扩散板10后的光束的相位模式发生变化。因此，在屏幕8上的图像中产生的斑点杂讯的图案也发生变化。在此，作为被封入在电泳动扩散板10内的光散射物体，使用可通过施加电压而使之或流动或摇动或振动(流动·摇动·振动)的物体(例如，由TiBaO₃等构成的产生介质极化(inducedpolarization)的粒子等。以下称之为泳动粒子)。

此时，在电泳动扩散板10的两端形成电极11，若在电极11上施加交流电压，电泳动扩散板10内的泳动粒子则相应于该交流电压的调制频率等或流动或摇动或振动。由此，泳动粒子在电泳动扩散板10内的面内的分布状态时时发生变化，因此所产生的斑纹图案也时时发生变化。即，由于产生时时不同的斑纹图案，在观察投影图像时，这些斑纹图案被进行了时间平均，因而可以观察到斑点杂讯被抑制的2维图像。此时，由于在使电泳动扩散板10中的泳动粒子或流动或摇动或振动时的交流电压的调制频率越高，电压振幅越大，泳动粒子在电泳动扩散板10内的空间分布的变化则越大，所以经时间平均后，可目测的斑点杂讯可以更好地得到抑制。

此外，为了有效地使用电泳动扩散板10，除了如上所述的主要由调制频率所决定的移动速度以外，还需要规定电泳动扩散板10和空间光调制元件5之间的距离。图3是用来说明通过本发明的激光图像显示装置的实施例1的电泳动扩散板而被扩散的光的范围的模式图。

从积分器光学系统3射入电泳动扩散板10的光的范围，若设积分器光学系统3的数值孔径为NA，则用与射向电泳动扩散板10的入射位置无关的Sin-1(NA)来表示。该光作为扩散前的光在图中以虚线表示。若设电泳动扩散板10的扩散角的全角为θ，则经电泳动扩散板10扩散前的光(图中以虚线表示的光)，以该扩散前的光为中心轴分别呈圆锥状地被扩散θ/2。其结果，通过电泳动扩散板10的光的范围角，再被加上θ/2而成为θ/2+Sin^-1(NA)。

因此，若设电泳动扩散板10和空间光调制元件5之间的距离为L，则空间光调制元件5上的光的范围可用2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L来表示。在此，积分器光学系统3的数值孔径NA取决于投射透镜7的数值孔径。由于数值孔径大的投射透镜7价格高，因此为了降低成本一般使用数值孔径较小的投射透镜7。作为投射透镜7，一般使用的是F值为1.4～2.0、数值孔径为0.25～0.36的投射透镜。因此，无论有无电泳动扩散板10，积分器光学系统3的数值孔径NA都必须小于这些值。

若电泳动扩散板10和空间光调制元件5的距离增大，则由电泳动扩散板10散射的一部分光会散射至空间光调制元件5的图像显示部分的外侧。其结果，使光量损失增大，屏幕上的亮度下降。为了将该光量损失抑制在一定程度以下，如图3所示，在设电泳动扩散板10的扩散角为θ，积分器光学系统3(光积分器的照明光学系统)的数值孔径为NA，电泳动扩散板10和空间光调制元件5之间的距离为L，空间光调制元件5的图像显示范围的对角长度为D时，使其满足下述的条件式

tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L<D/3  …(公式1)

即可。在此，由于向空间光调制元件5内的方向扩散的光与光量损失没有关系，所以(公式1)的左边所示的光的范围是上述的空间光调制元件5上的光的范围的一半。

(公式1)的左边所示的光的范围，随着电泳动扩散板10和空间光调制元件5之间的距离L的增加而单调地增加，屏幕上的亮度降低。此外，认为若使用具有通常亮度的激光光源，并使用具有如图1所示的本发明的一实施例的结构的光学系统时，人可以很自然地识别出屏幕8上的图像的亮度允许范围，不低于射入电泳动扩散板10的光的亮度的25％左右。即，若亮度在该值或该值以下，则屏幕8上的图像会变得过暗。因此，为了得到色彩鲜明的影像，需要增大光源的功率或抑制光量损失。将该光量损失抑制在75％或75％(空间光调制元件5的取光量为25％)以下，可以通过将光的范围设定为小于空间光调制元件5的图像显示范围的对角长度D的三分之一(＝D/3)来实现。

以下，本说明书中的NA值，并不表示理想条件下所确定的一个值，而是指包含制造构成积分器光学系统3的各光学系统时的误差、或作为积分器光学系统进行配置时的位置偏差等的影响在内的实际的值。也就是说，例如，即使设计上是NA＝0.2的结构，也并不排除0.19、或0.22等其左右的值。

作为电泳动扩散板10，若使用泳动粒子的空间分布不均的电泳动扩散板，则局部的散射角及透射率会随电泳动扩散板10的位置而不同。因此，当电泳动扩散板10靠近空间光调制元件5时，该透射率的偏差会使空间光调制元件5上的光强度也产生分布。而且，亮度不均匀也会随着电泳动扩散板10内的泳动粒子的运动在投影画面上移动，从而重叠在图像上。为防止这种情况，需要将电泳动扩散板10和空间光调制元件5隔开一定以上的距离进行设置。电泳动扩散板10从积分器光学系统3的各组成透镜(element lens)获得不同方向的照明。因此，通过取足电泳动扩散板10和空间光调制元件5的距离L，可对分别由各组成透镜照明的光的亮度不均匀加以平均。

具体而言，使电泳动扩散板10的扩散角θ、电泳动扩散板10的靠空间光调制元件5一侧的面上透射光的亮度不均匀(透过不规则)的间距P、电泳动扩散板10和空间光调制元件5的距离L，对应积分器光学系统3的数值孔径NA满足

P<2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L  …(公式2)

即可。在图3中，电泳动扩散板10的靠空间光调制元件5一侧的面上透射光的亮度最高的部分，在电泳动扩散板10上用横向(y方向)的实线来表示。纵向(x方向)的该最高亮度部分的间隔是不规则的间距P。本来横向(y方向)也有不规则产生，但在该图中为了简化而加以省略。此外，在图3中，与电泳动扩散板10上的间距P相同的长度，也在空间光调制元件5上用横向(y方向)的实线来表示，并在相邻的实线之间，用虚线表示与该实线的距离相等的位置。

在空间光调制元件5上扩散后的光的范围，若大于电泳动扩散板10上透射光的不规则的间距P，则形成相邻不规则的光被扩散，并相互重叠。即通过满足(公式2)，可以抑制不规则引起的画面质量的下降。

并且，虽然在上述的说明中透射光的不规则的间距P是一定的，但该间距的值亦可不是一定的而有所差异。此时，只要将多个间距P的平均(例如，相加平均)重新设为一定的间距P即可。

此外较为理想的是，由(公式1)和(公式2)，可将电泳动扩散板10和空间光调制元件5之间的距离L设定在

P/tan(θ/2+Sin^-1(NA))/2<L<D/tan(θ/2+Sin^-1(NA))/3  …(公式3)

之间。通常，扩散板透射光的不规则的间距P在扩散板的粒状直径d的10倍或10倍以下。因此，在使用例如数值孔径为0.1的积分器光学系统3时，可根据扩散板内的泳动粒子的粒状直径(从10微米到100微米)，隔开0.26毫米到2.6毫米或其以上的距离即可。

另外，本实施例中，利用的是采用了电泳动的泳动粒子的移动单元，但利用热、声波、磁的光散射物体的流动·摇动·振动单元亦可取得相同的效果。此外，使所封入的溶剂连同光散射物体一起流动·摇动·振动也可以取得相同的效果。

关于所封入的光散射物体，若混入2种或2种以上的特性不同的粒子，则由于各种粒子的移动速度不同，而使粒子的空间分布变得更加复杂。因此，由于通过扩散板后的光束的相位模式形成有更多种，因而不同的斑纹图案数会增加。所以，混入2种或2种以上的特性不同的粒子，对减少斑点杂讯很有效。例如，用液晶构成如上所述的扩散板时，若包含有2种或2种以上的极化大小不同的液晶，则施加电场时的应答速度不同。因此，由于光束的散射模式可形成多种及多个斑纹图案，因而对减少斑点杂讯很有效。

此外，作为光散射物体所使用的粒子的特性，除上述极化(polarization)以外，还可举出粒子的大小、质量以及密度等。例如，包含有极化的大小和密度相同而尺寸大小不同的粒子时，施加了电压后小粒子的移动快，而大粒子相比之下移动较慢。由于任一种情况都可像这样使粒子的移动速度不同，故可减少斑点杂讯。

举一个其他例子，当使用不同种类的泳动粒子时，由于粒子对电场的应答速度不同，所以，与包含有一种泳动粒子的情况相比，可以产生更不规则的复杂的扩散状态。通过包含应答速度因粒子的电或磁作用而不同的粒子，可使扩散板内的粒子的空间分布更加复杂，因而就减少斑点杂讯而言可以取得相同效果。

另外，为了引起不规则的扩散，使粒子的流动(摇动、振动)速度、流动(摇动、振动)方向随机化的方法也很有效。例如，通过将电泳动扩散板10所包括的电极11(透明电极)划分成几个部分，分别对其进行电场控制的方法、使划分后的电极11的电极形状分别成为不同形状而进行电场控制的方法，以及在图2所示的电泳动扩散板10中，除上下方向的电极11外，还在前侧和后侧也配置另外的电极而分别进行电场控制的方法等，电泳动扩散板10内的粒子可以形成复杂、多样的空间分布，从而增大斑点杂讯的减少率。此外，上述电极未必要如图2所示的电极11那样形成在同一平面上，也可形成在有高低差异的面上。

本发明的激光图像装置的特点是，由于不使屏幕8或电泳动扩散板10进行振动和移动，因而不会产生随之而来的声音，从而可实现低噪音的激光图像装置。

以上，是用投影光学系统和屏幕各自分离的投影型显示器的示意图对本发明的实施例进行了说明。然而，本发明的实施例亦可应用于将投影光学系统和透射型屏幕组合而成的背面投影型图像显示装置、或直接观察从背面用激光照射的空间光调制元件的类型的2维图像显示装置(例如目前已经实用化的液晶电视等)。

此外，是以彩色图像的显示装置为例进行了说明，但本发明也可利用于单色激光的图像投影装置，例如，半导体加工中使用的曝光照明装置等。在曝光照明装置中，作为空间光调制元件，可使用在玻璃基板上形成金属膜图案的光掩模(photo mask)等，用半导体基板作为屏幕而在其上形成掩模图案图像。

(实施例2)

此外，本发明的激光图像显示装置的另一结构，如图4所示，是通过使封入有光散射物体的电泳动扩散板10和空间光调制元件5成为一体，来减少、去除斑点杂讯。此处，为了简化，省略了积分器光学系统3等的光学系统。在该结构中，从光源射出的光束通过扩束器光学系统和积分器光学系统后，可以将该光束以均匀的照明光状态照射在电泳动散射板10和空间光调制元件5成为一体的光学系统上。另外，也可以是如图5所示的空间光调制元件为反射型空间光调制元件的结构。在此，作为反射型空间光调制元件，采用了即使在反射型液晶16中也具有代表性的LCOS(Liquid Crystal On Silicon)。此外，除了上述的以外，作为反射型液晶若使用强介电液晶(ferroelectric liquid crystal)，由于可加快液晶的应答速度，从而使得投影无余像的影像成为可能。

(实施例3)

此外，本发明的激光图像显示装置的另一结构，如图6所示，是将封入了光散射物体的扩散板和在用于投影影像的二维空间光调制元件中所使用的液晶封入同一液体内。例如，通过使粒子在热的作用下流动，使其作为扩散板而发挥其功能，另一方面，通过用电控制液晶(图6中使用反射型液晶)，使其作为二维光调制元件而发挥其功能。

此处也与实施例1相同，为了将光量损失和亮度不均匀抑制在最小限度内，需要将扩散板和光调制元件的距离配置在最佳位置上。因此，需要将扩散功能和光调制功能的位置各自分开，被封入在同一液体内的粒子和液晶也必须配置在适当的位置上。

(其他理想的实施例)

在图4和图5中，作为扩散板的一实施例，记述的是电泳动扩散板10，但本发明的实施例的扩散板并不仅限于此，亦可是在单元内封入可通过施加热、声波或磁场而使之或流动或摇动或振动的光散射物体的扩散板。此时，较为理想的是，例如，光散射物体可以包含大小、质量、密度或磁矩的大小等特性不同的2种或2种以上的物质。

(实施例的概要)

本发明的实施例的概要如下所述。

(1)如上所述，本发明的激光图像显示装置较为理想的是，包括，一个激光光源，封入光散射物体且上述光散射物体或流动或摇动或振动的光扩散单元，将上述激光光源发出的光照射到上述光扩散单元的照明光学系统，靠近上述光扩散单元而被设置、通过由上述光扩散单元所扩散的光的照射而成像的空间光调制元件，以及将通过上述空间光调制元件所成的像投射在空间上的指定的面上的投射透镜，其中，上述光扩散单元的光的扩散角θ、在上述光扩散单元产生的透过不规则的间距P、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L之间存在以下的关系，

P<2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L。

根据该结构，激光光源发出的光，首先通过照明光学系统而被照射到光扩散单元。光扩散单元中封入有光散射物体，来自照明光学系统的光通过该光散射物体而被扩散。此时，由于使该光散射物体或流动或摇动或振动，所以被扩散的光的相位模式时时发生变化，由此也引起斑纹图案发生变化。即，产生时时不同的斑纹图案。因此，在观察通过空间光调制元件和投射透镜被投射到指定面上的像时，由于这些斑纹图案被进行了时间平均，因而可得到斑点杂讯被抑制的画面质量较高的2维图像。

此外，从照明光学系统射入光扩散单元的光的范围，当设照明光学系统的数值孔径为NA时，为Sin^-1(NA)。若设光扩散单元的光的扩散角的全角为θ，则由于通过光扩散单元，光的范围角再被加上θ/2而成为θ/2+Sin^-1(NA)。因此，当设光扩散单元和空间光调制元件之间的距离为L时，在空间光调制元件上的光的范围可用2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L来表示。该范围若大于在光扩散单元中产生的透过不规则(透过光的亮度不均匀)在光扩散单元上靠空间光调制元件一侧的面上的间距P，则形成相邻的不规则的光被扩散，并相互重叠。由此，可抑制不规则引起的画面质量的下降。

(2)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)，较为理想的是，上述光扩散单元的光的扩散角θ、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L、上述空间光调制元件的对角方向的画面尺寸D之间存在以下的关系，

tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L<D/3。

根据该结构，由于在空间光调制元件上的光的范围大于光扩散单元的靠空间光调制元件一侧的面上的透射光的不规则的间距P，所以形成相邻的不规则的光被扩散，并相互重叠。由此，可抑制不规则引起的画面质量的下降。另外，由于将空间光调制元件上的光的范围的一半设定为小于空间光调制元件的图像显示范围的对角长度D的三分之一(＝D/3)，因而可将射入不到空间光调制元件的光量(光量损失)抑制在75％左右。由此，可以自然地识别被投射在屏幕等指定的面上的图像。

(3)如上所述，本发明的激光图像显示装置，较为理想的是包括，一个激光光源，封入有光散射物体且上述光散射物体或流动或摇动或振动的光扩散单元，将上述激光光源发出的光照射到上述光扩散单元的照明光学系统，靠近上述光扩散单元而被设置，通过由上述光扩散单元所扩散的光照射而成像的空间光调制元件，将通过上述空间光调制元件所成的像投射在空间上指定的面上的投射透镜，其中，上述光扩散单元的光的扩散角θ、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L、上述空间光调制元件的对角方向的画面尺寸D之间存在以下的关系，

tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L<D/3。

根据该结构，激光光源发出的光，首先通过照明光学系统而被照射到光扩散单元。光扩散单元中封入有光散射物体，来自照明光学系统的光通过该光散射物体而被扩散。此时，由于使该光散射物体或流动或摇动或振动，所以被扩散的光的相位模式时时变化，由此也引起斑纹图案发生变化。即，产生时时不同的斑纹图案。因此，在观察经空间光调制元件和投射透镜投射到指定面上的像时，由于上述斑纹图案被进行了时间平均，因而可得到斑点杂讯被抑制的画面质量较高的2维图像。

此外，从照明光学系统射入光扩散单元的光的范围，当设照明光学系统的数值孔径为NA时，为Sin^-1(NA)。若设光扩散单元的光的扩散角的全角为θ，则由于通过光扩散单元，光的范围角再被加上θ/2而成为θ/2+Sin^-1(NA)。因此，当设上述光扩散单元和空间光调制元件之间的距离为L时，空间光调制元件上光的范围可用2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L来表示。另外，由于将该范围的一半设定为小于空间光调制元件的图像显示范围的对角长度D的三分之一(＝D/3)，因而可将射入不到空间光调制元件的光量(光量损失)抑制在75％左右。由此，可以自然地识别被投射在屏幕等指定面上的像。

(4)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(3)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体在施加于上述光扩散单元的电压的作用下或流动或摇动或振动。根据该结构，作为光散射物体，使用的是可通过施加电压而或流动或摇动或振动的物质。作为该物质的一个例子，可举出由TiBaO₃等构成的产生介质极化的粒子等。在此，例如，若在光扩散单元上施加交流电压，则可使光散射物体按照该电压的调制频率或流动或摇动或振动。即，由于可按照电压的调制频率，使由光扩散单元扩散的光的斑纹图案产生多种变化，因而可以有效地减少斑点杂讯。

(5)激光图像显示装置为激光图像显示装置(4)，较为理想的是，上述光扩散单元具有多个电极，其中，上述光散射物体的运动可通过分别被施加在该多个电极上的电压而予以控制。根据该结构，光扩散单元所包括的多个电极分别施加有交流电压。这样，各电极间产生不同的电场，受到该电场的影响的光散射物体的运动在各电极间也不同。即，由于可使被光扩散单元扩散的光的斑纹图案，例如按照分别被施加在多个电极上的调制频率产生多种变化，因而可以更为有效地减少斑点杂讯。而且，此时，通过调整电极的配置等，使得电场的方向是在垂直等非平行的方向上被施加，可使光散射物体的运动变化更为复杂，从而可以进一步有效地减少斑点杂讯。

(6)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(3)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体在加于上述光扩散单元的热的作用下或流动或摇动或振动。根据该结构，无需对光散射物体施加电荷、进行分极，也无需使用特别的物质即可使之或流动或摇动或振动。此外，由于通过加热，可使光散射物体的移动速度等产生多种变化，因而可以有效地减少斑点杂讯。

(7)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(3)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体在外加于上述光扩散单元的声波的作用下或流动或摇动或振动。根据该结构，无需对光散射物体施加电荷、进行分极，也无需使用特别的物质即可使之或流动或摇动或振动。此外，例如，若采用可控制调制频率的声波，则由于可使由光扩散单元扩散的光的斑纹图案按照该调制频率而产生多种变化，因而可以有效地减少斑点杂讯。

(8)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(3)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体在施加于上述光扩散单元的磁场的作用下或流动或摇动或振动。根据该结构，作为光散射物体，使用可通过施加磁场使之或流动或摇动或振动的物质。作为该物质，可列举出由各种强磁性体(ferromagnetic substance)或磁体(ferrimagneticsubstance)等构成的粒子等。此处，例如，当作为磁场，在光扩散单元上施加通过在线圈上施加交流电压而产生的调制磁场时，则可使光散射物体按照该施加电压的调制频率或流动或摇动或振动。即，由于可按照使磁场产生的电压的调制频率，使被扩散的光的斑纹图案产生多种变化，因而可以有效地减少斑点杂讯。

(9)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(3)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体连同溶剂一起被封入，且该溶剂或流动或摇动或振动。根据该结构，在光扩散单元中，同光散射物体一起被封入的溶剂或流动或摇动或振动。因此，即使不直接移动光散射物体，该光散射物体也会通过该溶剂的运动而被移动，而使由光扩散单元扩散的光的斑纹图案时时不同。由此，可得到斑点杂讯被抑制的画面质量较高的2维图像。

(10)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(9)的其中任何之一，较为理想的是，上述光散射物体包含2种或2种以上的特性不同的物质。根据该结构，光散射物体包含2种或2种以上的极化度的大小、粒子大小、质量或密度等特性不同的物质。例如，极化度的大小不同时，由于在光扩散单元施加了电压后，2种或2种以上的各光散射物体的移动速度等不同，因而可使光散射物体整体的运动变化更为复杂。由此，产生多种斑纹图案，从而可得到斑点杂讯被抑制的画面质量较高的2维图像。

(11)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(5)的其中任和之一，较为理想的是，上述光散射物体包含2种或2种以上的极化度大小不同的液晶。根据该结构，2种或2种以上的极化度大小不同的液晶，施加电场时的应答速度等各不相同。因此，由于光扩散单元的光扩散模式可形成多种及多个斑纹图案，对减少斑点杂讯很有效。

(12)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(10)中任一者，较为理想的是，上述光散射物体由2种以上极化度大小不同的粒子构成。根据该结构，2种以上极化度大小不同的粒子施加电场时的移动速度等各不相同。因此，由于光扩散单元的光的扩散模式可形成多种及多个斑纹图案，因而对减少斑点杂讯很有效。

(13)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(12)的其中任何之一，较为理想的是，上述光扩散单元与上述空间光调制元件成为一体。根据该结构，使光扩散单元和空间光调制元件粘合在一起而成为一体时，可将被光扩散单元扩散的、射入不到空间光调制元件中的光量抑制在最小限度内。此外，若光扩散单元和空间光调制元件保持一定距离而形成为一体时，除了可将射入不到空间光调制元件中的光量抑制得较少之外，还可抑制由空间光调制元件上的透射光的不规则所引起的画面质量的降低。由于任一种情况都可以抑制振动等引起的光扩散单元和空间光调制元件的相对位置偏差，因而使逐时变化减少成为可能。

(14)激光图像显示装置为激光图像显示装置(13)，较为理想的是，上述空间光调制元件通过液晶来进行光调制。根据该结构，由于可按照被供给电的输入视频信号而容易地控制液晶的取向，因而可以有效地进行强度调制。

(15)激光图像显示装置为激光图像显示装置(14)，较为理想的是，上述空间光调制元件通过反射型液晶来进行光调制。根据该结构，由于射入空间光调制元件的光不从液晶中穿过，因而光量的损失较少，可以显示明亮的图像。

(16)激光图像显示装置为激光图像显示装置(1)至(15)的其中任何之一，较为理想的是，上述激光光源为射出红色激光的激光光源、射出蓝色激光的激光光源和射出绿色激光的激光光源，从该激光光源射出的激光，在分别通过该激光光源各自包括的上述光扩散单元、上述照明光学系统和上述空间光调制元件后，被合波成一束激光，上述投射透镜将该合波的激光投射在空间上的指定的面上。

根据该结构，RGB3色(R：红色，G：绿色，B：蓝色)的激光光源分别包括有光扩散单元、照明光学系统和空间光调制元件。而且，从这3个激光光源发出的光，分别通过照明光学系统而被照射到光扩散单元。在该光扩散单元中，由于封入有可以或流动或摇动或振动的光散射物体，因而可产生时时不同的斑纹图案。通过空间光调制元件的RGB3色的激光被合波成一束光之后，经投射透镜而被投射在空间上的指定的面上。由此，可实现能够显示斑点杂讯被抑制的色彩鲜艳的彩色图像的激光图像显示装置。

以上对本发明进行了详细说明，但上述说明只是所有应用场合中的示例，并非是对本发明的限定。可认为大量没有列举的变形实施例也包括在本发明的范围内。

产业上的利用可能性

本发明的激光图像显示装置，通过包括一个激光光源和封入有光散射物质的光扩散单元，则可以不使用屏幕等的振动系统即可使激光发生散射，以减少或去除斑点杂讯，因而可在安静的环境下将没有细微斑状杂讯的色彩鲜艳的影像投射在屏幕上，并由于将包括有光扩散单元的光学系统设置在最佳位置上，所以可使光扩散后的光量损失达到最小，实现没有亮度不均匀的明亮的画面质量较高的图像，作为具有用来减少显示器内出现的斑点杂讯的手段的激光图像显示装置很有实用价值。

Claims (16)

1.一种激光图像显示装置，其特征在于包括：

一个激光光源；

光扩散单元，封入有光散射物体，且上述光散射物体或流动或摇动或振动；

照明光学系统，将上述激光光源发出的光照射到上述光扩散单元；

空间光调制元件，靠近上述光扩散单元而被设置，通过由上述光扩散单元所扩散的光照射而成像；以及

投射透镜，将通过上述空间光调制元件所成的像投射在空间上的指定的面上；其中，

上述光扩散单元的光的扩散角θ、在上述光扩散单元产生的透过不规则的间距P、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L之间存在以下的关系，

P<2×tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L。

2.根据权利要求1所述的激光图像显示装置，其特征在于：

上述光扩散单元的光的扩散角θ、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L、上述空间光调制元件的对角方向的画面尺寸D之间存在以下的关系，

tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L<D/3。

3.一种激光图像显示装置，其特征在于包括：

一个激光光源；

光扩散单元，封入有光散射物体，且上述光散射物体或流动或摇动或振动；

照明光学系统，将上述激光光源发出的光照射到上述光扩散单元；

空间光调制元件，靠近上述光扩散单元而被设置，通过由上述光扩散单元所扩散的光照射而成像；以及

投射透镜，将通过上述空间光调制元件所成的像投射在空间上的指定的面上；其中，

上述光扩散单元的光的扩散角θ、上述照明光学系统的数值孔径NA、上述空间光调制元件和上述光扩散单元之间的距离L、上述空间光调制元件的对角方向的画面尺寸D之间存在以下的关系，

tan(θ/2+Sin^-1(NA))×L<D/3。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体，在施加于上述光扩散单元的电压的作用下或流动或摇动或振动。

5.根据权利要求4所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光扩散单元具有多个电极，其中上述光散射物体的运动可通过分别施加在该多个电极上的电压而予以控制。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体，在外加于上述光扩散单元的热的作用下或流动或摇动或振动。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体，在外加于上述光扩散单元的声波的作用下或流动或摇动或振动。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体，在施加于上述光扩散单元的磁场的作用下或流动或摇动或振动。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体与溶剂共同被封入，且该溶剂或流动或摇动或振动。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体包含2种或2种以上的特性不同的物质。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体包含2种或2种以上的极化度的大小不同的液晶。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光散射物体包含2种或2种以上的极化度的大小不同的粒子。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述光扩散单元与上述空间光调制元件构成一体。

14.根据权利要求13所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述空间光调制元件通过液晶来进行光调制。

15.根据权利要求14所述的激光图像显示装置，其特征在于：上述空间光调制元件通过反射型液晶来进行光调制。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的激光图像显示装置，其特征在于：

将上述激光光源替换为射出红色激光的激光光源、射出蓝色激光的激光光源和射出绿色激光的激光光源；

从该三个激光光源射出的激光，在分别通过该三个激光光源各自对应的上述光扩散单元、上述照明光学系统和上述空间光调制元件后，被合波成一束激光，上述投射透镜将该合波的激光投射在空间上的指定的面上。

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