CN101203802B - 二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置 - Google Patents

二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二维图像显示装置、照明光源及曝光装置，其中，二维射束扫描部(2)反射来自红色激光光源(1a)、绿色激光光源(1b)以及蓝色激光光源(1c)的各射出射束，在二维方向上进行扫描；各扩散板(3a、3b、3c)使在二维方向被扫描的各光束扩散并将其导向各空间光调制元件(5a、5b、5c)；各空间光调制元件(5a、5b、5c)根据各色的视频信号来调制各光；分色棱镜(6)将调制后的3种色的光合波后导向投射透镜(7)；将彩色图像显示在投影屏(8)上。由于从射束扫描部射出的二维的光被扩散并照射到空间光调制元件上，因此可以使从扩散部件射出并照射空间光调制元件的射束的光轴不断变化，从而可以有效地抑制斑点噪声。

Description

二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置
技术领域
本发明涉及一种二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置，尤其是涉及影象投影机、电视图像接收机、液晶面板等影象显示装置等。
背景技术
近年来，使用激光光源的激光显示装置受到人们的注目。在以往的使用阴极射线管的电视图像接收机中，萤光材料的显色谱较宽，即使在显示单色时也只能获得暗淡的显色，而与此相对，在使用激光光源的激光显示装置中，由于各光源的光分别为单色光，因而可通过使用适当波长的激光光源，使得色纯度较高、色彩极为鲜艳的图像显示成为可能。
图29所示的是以往的激光显示装置的概略结构。从RGB3色的激光光源101a～101c射出的光，按照输入视频信号在光调制器106a～106c被进行强度调制，利用反射镜103、分色镜(dichroic mirror)102a、102b而被合波。合波后的光通过聚光透镜107，再由多边形扫描仪(polygon scanner)104在x方向、由电流计扫描仪(galvanometer scanner)105在y方向进行扫描，二维的图像则被显示在投影屏108上。在具有此结构的显示装置中，由于RGB各光源的光分别为单色光，因而可通过使用适当波长的激光光源，使得色纯度较高、色彩鲜艳的图像显示成为可能。
另一方面，在上述的激光显示装置中，因光源使用的是干涉性较高的激光光源，所以，产生的所谓斑点噪声(Speckle noise)则成为一个问题。斑点噪声是激光在投影屏108上被散射时，由来自投影屏108上各部分的散射光彼此之间相互干涉而产生的微小不规则的噪声。在上述的激光显示装置中，是通过让投影屏108振动而除去了此斑点噪声。
图30所示的是以往的激光显示装置的概略结构。从红色、绿色、蓝色的各激光光源100a～100c射出的光，通过扩束器(beam expander)102其射束直径被放大，射入光积分器(light integrator)103。光积分器103是用来以均一的照明强度来照明空间光调制元件107上的矩形开口的光学系统，具有串接配置了2片矩形形状的单位透镜排列成二维方格状的复眼透镜(fly-eye lens)的结构。在此，省略光积分器103的照明均一化的详细说明。
通过了光积分器103的光，在通过聚光透镜112之后(红色及蓝色的光进而被反射镜115反射后)，再通过场透镜108和扩散板106来照明空间光调制元件107。在空间光调制元件107中被进行了调制的各色的光，在分色棱镜(dichroic prism)109被合波，通过投射透镜110，全色的图像在投影屏111上成像。
在此，扩散板106由毛玻璃状的透明基板构成，为了减少上述的斑点噪声，给射入的光的波阵面施加随机的相位分布。当该扩散板106通过扩散板摇动机构113而被摇动时，随着扩散板106的移动，被投射在投影屏111上的光的相位分布发生变动，斑点噪声的微小图案也随时间而变化。当摇动扩散板106使斑点噪声的图案变化变得比观察者的余像时间更快，斑点噪声则在观察者的眼中被进行了时间平均，从而所感知到的是没有噪声的画面质量较高的图像。该斑点减少的情况，在非专利文献1中有详细的记述。
然而，在前者的激光显示装置中，为了抑制斑点噪声，必须让投影屏振动，因而不能将固定的壁面等作为投影屏来使用，不让投影屏振动就不能用光学系统来抑制斑点噪声。而在后者的激光显示装置中，虽然可以用光学系统来抑制斑点噪声，但为了获得均匀的照明，需要扩束器102和光积分器103等，从而使光学系统变得复杂。
专利文献1：日本专利公开公报特开2003-98601号
非专利文献1：日本应用物理期刊(Japanese Journal of Applied Physics)、第43卷、8B号、2004年
发明内容
本发明的目的在于提供一种既可以用简单的光学系统获得均一的照明、又可以有效地抑制斑点噪声的二维图像显示装置、照明光源及曝光照明装置。
本发明所提供的二维图像显示装置包括：至少一个激光光源、一边至少在一维方向上扫描来自所述激光光源的射出射束，一边将来自所述激光光源的射出射束转换成二维的光的射束扫描部、将通过所述射束扫描部所扫描的光空间地进行调制的空间光调制元件、以及被设置在所述射束扫描部和所述空间光调制元件之间，使从所述射束扫描部射出的二维的光扩散的光扩散部件。
在上述的二维图像显示装置中，由于来自激光光源的射出射束一边至少在一维方向上被扫描，一边被转换成二维的光，因此可以获得均匀的照明。而且，又由于在射束扫描部和空间光调制元件之间设置有光扩散部件，从射束扫描部射出的二维的光被扩散而照射到空间光调制元件上，所以，可以使从光扩散部件射出并照射空间光调制元件的射束的光轴不断变化，从而可以有效地抑制斑点噪声。其结果，不需要用来进行均匀照明的扩束器及光积分器等，既可以用简单的光学系统获得均匀的照明、又可以有效地抑制斑点噪声。
本发明还提供一种照明光源，包括至少一个激光光源、至少在一维方向上扫描来自所述激光光源的射出射束的射束扫描部、以及使通过所述射束扫描部所扫描的射出射束扩散的光扩散部件。
在上述的照明光源中，由于来自激光光源的射出射束至少在一维方向上被扫描，因此可以获得均匀的照明。而且，又由于通过射束扫描部扫描的射出射束被扩散，所以，可以使从光扩散部件射出的射束的光轴不断变化，从而可以有效地抑制斑点噪声。其结果，不需要用来进行均匀照明的扩束器及光积分器等，既可以用简单的光学系统获得均匀的照明、又可以有效地抑制斑点噪声。
附图说明
图1是本发明第1实施例的二维图像显示装置的结构的概略图。
图2是抽出了图1所示的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。
图3是用来说明图1所示的二维图像显示装置的照明射束的扫描方法的模式图。
图4是本发明第2实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统结构的概略图。
图5是用来说明图1所示的扩散板上的光束直径的适宜范围的模式图。
图6是用来说明图5所示的全息光学元件的由0次衍射光所致的光强度分布不均匀的模式图。
图7是用来说明具有以互不相同的间距分割来自图1所示的激光光源的射出射束的第1及第2分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图。
图8是用来说明只具有图7所示的第1分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图。
图9是用来说明只具有图7所示的第2分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图。
图10是本发明第3实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统结构的概略图。
图11是作为图10所示的二维微小角射束扫描部而被使用的采用了极化反转元件的电光偏转元件的一个例子的示意图。
图12是表示可以作为图10所示的二维射束分割光栅来使用的2片一维射束分割光栅的一个例子的立体图。
图13是本发明第4实施例的二维图像显示装置中所使用的模拟随机扩散板的一个例子的示意图。
图14是本发明第5实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统结构的概略图。
图15是用来说明图14所示的闪耀光栅的衍射光的光强度分布的模式图。
图16是本发明第6实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统结构的概略图。
图17是本发明第7实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统结构的概略图。
图18是本发明第8实施例的二维图像显示装置的结构的概略图。
图19是图18所示的MEMS镜的结构的概略图。
图20是用来说明图18所示的二维图像显示装置的线状射束的扫描方法的模式图。
图21是图18所示的空间光调制元件上的显示区域结构的一个例子的模式图。
图22是图18所示的二维图像显示装置的光学系统的水平方向结构的概略图。
图23是图18所示的二维图像显示装置的光学系统的垂直方向结构的概略图。
图24是图18所示的二维图像显示装置中所使用的模拟随机扩散板的一个例子的示意图。
图25本发明第9实施例的二维图像显示装置的光学系统的水平方向结构的概略图。
图26本发明第9实施例的二维图像显示装置的光学系统的垂直方向结构的概略图。
图27本发明第10实施例的二维图像显示装置的光学系统的水平方向结构的概略图。
图28本发明第10实施例的二维图像显示装置的光学系统的垂直方向结构的概略图。
图29是以往的激光显示装置的结构的概略图。
图30是以往的其他激光显示装置的结构的概略图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的各实施例进行说明。
(第1实施例)
图1是本发明第1实施例的二维图像显示装置的概略结构图。从红色激光光源1a、绿色激光光源1b及蓝色激光光源1c射出的各激光，基本上被聚光透镜9a、9b、9c聚光，经二维射束扫描部2反射并被二维扫描。
作为激光光源1a、1b、1c，可以使用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、将固体激光作为基本波的SHG激光等。作为二维射束扫描部2，可以使用采用了半导体工序的微机械(micromachine)(微电子机械系统)可动镜、检流镜(galvanometer mirror)以及多面镜(polygon mirror)的组合等。另外，二维射束扫描部2并不只限于图1所示的反射型的二维射束扫描部，也可以使用透过型的二维射束扫描部。
由二维射束扫描部2反射的红色和蓝色的激光通过反射镜11a、11c反射、绿色的激光通过凹透镜10发散后，在扩散板3a、扩散板3b及扩散板3c上被二维扫描。此时，由于各激光基本上被聚光透镜9a、9b、9c聚光，因此，在扩散板3a、3b、3c上形成微小的光点。
在扩散板3a、3b、3c被扩散的激光，以基本上被场透镜4a、4b、4c聚光的状态照明空间光调制元件5a、5b、5c。场透镜4a、4b、4c将通过空间光调制元件5a、5b、5c的光转换成会聚射束，以便使光可以效率良好地通过投射透镜7的开口内。空间光调制元件5a、5b、5c由例如液晶板等构成，按照对应各色的视频信号来对各色的光进行空间调制，形成各色的二维图像。通过了空间光调制元件5a、5b、5c的光由分色棱镜(Dichroic Prism)6合波，并通过投射透镜7而被投影在投影屏8上。
其次，关于图1所示的二维图像显示装置的动作，参照图2来详细说明空间光调制元件的照明方法，对抑制斑点噪声的情况进行说明。图2是抽出了图1所示的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。另外，在图2中，为了简单而省略了场透镜和分色棱镜等的图示，将二维射束扫描部2作为透过型的二维射束扫描部进行图示。
扩散板3和空间光调制元件5，隔开一定的间隔L基本平行地予以设置。通过了二维射束扫描部2的光，在扩散板3上基本被聚光而形成光点LS。被扩散板3扩散的光照射空间光调制元件5上的图中用圆所示的照射区域IR。虽然一瞬间只有空间光调制元件5的照射区域IR的一部分通过投射透镜7而被投影到投影屏8上，但随着光点LS在扩散板3上通过二维射束扫描部2扫描，照射区域IR移动，扫描整个空间光调制元件5上。其结果，二维图像整个被显示在投影屏8上。此时，如果扫描整个1个画面所要的时间比人眼的余像时间更短，则视听者不会感觉到在画面上的照明的扫描，而是可以观察到整个的二维图像。而且，在显示动画时，通过在1帧的显示时间以内扫描整个画面，使得平滑的动画显示成为可能。
虽然在某时刻投影的投影屏8上的图像中，如以往的技术背景中所述的那样存在斑点噪声，但光点LS在扩散板3上扫描，空间光调制元件5上的照射区域IR的位置稍微发生了变化时，扩散板3上的相位图案则发生变化，而在投影屏8上产生的斑纹图案也发生变化。例如，若将扩散板3和空间光调制元件4之间的距离设为5mm、扩散板3的扩散角度(半值全角)设为10°，空间光调制元件4上的照射范围的大小(照射区域IR的直径)D则为5mm×tan(10°)＝880微米左右。相反，空间光调制元件4上的指定的1点，在扩散板3上光点LS移动880微米的期间持续被照射。
在此，若将扩散板3上的光点LS的大小设为50微米，则在照射指定的1点的期间，会产生880微米÷50微米＝17种以上的不同的斑纹图案。其结果，在观察投影像时，由于这些斑纹图案被进行了时间平均，因此可以观察到斑点噪声被抑制了的二维图像。此时，由于扩散板3上的光点尺寸越小，斑纹图案越高速地发生变化而被进行时间平均，因此，肉眼能感觉到的斑纹噪声得以很好地抑制。
而且，光点LS在扩散板3上的轨迹的间隔d，成为有助于显示图像的强度均一性的重要原因。为了实现均匀的强度分布，相对于扩散板3和空间光调制元件5之间的距离L、扩散板3的扩散角度(平行射束射入到扩散板时的射出光的散射角的半值全角)θ，间隔d满足d≤2×L×tan(θ/2)的关系较为理想。
扩散板3的扩散角度θ，受投射透镜7的f值限制。即，相对投射透镜7的f值，超过1/f弧度的扩散角度的光线，在投射透镜7被遮光。因此，为了充分地确保光利用的效率，将扩散板3的扩散角度θ设为2×tan-1(1/2f)左右以下为宜。相反，例如在使用扩散角度为10°的扩散板3时，投射透镜7的f值为(2×tan(10°/2))-1＝5.7以下较为理想，例如投射透镜7的f值约为5较为理想。
如上所述，在本实施例中，由于既可以抑制各色光的斑点噪声，又可以一边充分地确保各色光的利用效率，一边使显示图像的强度均一，因此，可以在投影屏8上显示良好的全色彩影象。
而且，图1所示的二维图像显示装置的特征在于，来自各激光光源1a、1b、1c的射出射束的光轴，相对二维射束扫描部2互不相同，即，来自各激光光源1a、1b、1c的射出射束，以互不相同的角度射向二维射束扫描部2。在图29所示的以往的激光显示装置中，为了将来自3色的激光光源101a～101c的射出光的光轴合并，而使用分色镜102a、102b进行合波，与此相对，在本实施例中，由于可以将来自各激光光源1a、1b、1c的射出射束的光轴设成不同的方向，所以不需要用来合波的分色镜，从而可以用简单的光学系统来实现二维图像显示装置。
并且，图1所示的二维图像显示装置的另一特征在于，在二维射束扫描部2到扩散板3的之间，不使用象光积分器那样的复杂的光学零部件即可以获得相同的照明。例如，现在市场上出售的将放电管等用于光源的投影机，使用2片透镜阵列(lens array)的光积分器来谋求照明的均一性，但在本实施例中，不使用较大的光学零部件、并且也不取决来自光源的射出射束的强度分布即可实现均一的照明。
另外，在图2中所示的是，二维射束扫描部2在横向方向以高速、纵向方向以低速进行扫描的扫描方法，而如图3所示那样，通过方格状扫描来控制扫描速度也是可能的。图3是用纵向方向和横向方向的扫描频率比为15∶19的三角波进行扫描时扩散板3上的光点LS的轨迹的一个例子的示意图。这样，以纵向方向的扫描频率和横向方向的扫描频率的比是互为素数的整数比的(a ratio of integers prime to each other)频率，扫描来自激光光源1a、1b、1c的射出射束，从而可以减小纵向方向和横向方向的扫描速度差，因此，既可以简化二维射束扫描部2的结构，又可以均匀地照明扩散板3。
(第2实施例)
下面，对本发明的第2实施例进行说明。图4是本发明第2实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概略结构图。另外，在第2实施例的二维图像显示装置中，除了图4所示的结构，其他的结构与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明。
在第2实施例中，取代图2所示的二维射束扫描部2，如图4所示那样，使用一维射束分割光栅12和一维射束扫描部15。例如，作为一维射束分割光栅12，可以使用全息光学元件(HOE：holographic optical element)等，作为一维射束扫描部15，可以使用检流镜等。
在上述的结构中，来自激光光源1的光束，通过了聚光透镜9后，在一维射束扫描部15被一维扫描之后，射入一维射束分割光栅12。一维射束分割光栅12例如是在玻璃等透明基板上形成有一维的凹凸图案的衍射光栅(diffraction grating)，通过使光栅的截面形状达到最适宜的状态，可以将射入的光束分割成多束具有相等光能的光束。
由一维射束分割光栅12分割的多束的光束，在扩散板3上成为多束的光束在纵向方向排列成一列的一维多射束列(multibeam array)即光点列LL。此时，由于来自激光光源1的光束通过一维射束扫描部15而在横向方向上被扫描，因此，光点列LL在与光的衍射方向垂直的方向上扫描，当空间光调制元件5上的照射区域IR的位置稍微发生了变化时，扩散板3上的相位图案则发生变化，在投影屏8上产生的斑点噪声也发生变化。
这样，本实施例也可以获得与二维扫描扩散板3时相同的效果、即与第1实施例相同的效果。而且，在本实施例中，由于扫描方向变成一维，并且其扫描频率减小，因此可以谋求一维射束扫描部15的小型化、较低的电消耗及低成本化。
而且，扩散板3上的光束直径S，相对扩散板3的扩散角θ、扩散板3和空间光调制元件5之间的距离L以及扩散板3上的邻接光束的间隔d，满足S＞L·θ-d的关系较为理想。图5是用来说明图4所示的扩散板3上的光束直径S的适宜范围的模式图。另外，图5中，为了便于说明，只将多束的衍射射束中互相邻接的2束光束进行图示。
如图5所示，作为一维射束分割光栅12而使用全息光学元件12a时，全息光学元件12a将光束B0分割成多束的光束而射向扩散板3。将多束的光束中射出时角度偏离最大的光束用B1、B2描绘。在此，若设扩散板3上的光束B1、B2的直径为S、其间隔为d、扩散板3的扩散角为θ、扩散板3和空间光调制元件5之间的距离为L，光束B1则照明空间光调制元件5上的区域R1、光束B2照明空间光调制元件5的区域R2，在区域R3，两光束B1、B2互相重叠。因此，当扩散板3上的光束直径S满足S＞L·θ-d的关系时，由于空间光调制元件5上的任意点通过来自多束光束的扩散光而被照明，因此可以进一步减少斑点噪声。
而且，作为一维射束分割光栅12，使用具有以互不相同的间距分割来自激光光源1的射出射束的第1及第2分割面的全息光学元件较为理想。图6是用来说明由图5所示的全息光学元件12a的由0次光所致的光强度分布不均匀的模式图。如图6所示，在使用了全息光学元件12a时，由于扩散板3上的光强度分布LD具有0次光L0的峰值，空间光调制元件5上的光强度分布LI中会出现峰值部P0，因而，在空间光调制元件5上的光强度分布LI中产生不均匀。
图7是用来说明具有以互不相同的间距分割来自图1所示的激光光源1的射出射束的第1及第2分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图，图8是用来说明只具有图7所示的第1分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图，图9是用来说明只具有图7所示的第2分割面的全息光学元件的光强度分布的模式图。
如图7所示，全息光学元件12b具有以第1间距分割来自激光光源1的射出射束的第1分割面F1，和以宽于第1间距的第2间距分割来自激光光源1的射出射束的第1分割面F2。在使用图8所示的只具有第1分割面F1的全息光学元件12c时，0次衍射光L0导致图示那样的光强度分布的不均匀。而在使用图9所示的只具有第2分割面F2的全息光学元件12d时，如图所示，0次衍射光L0也导致光强度分布的不均匀。
然而，在图7所示的全息光学元件12b中，由于同时使用第1分割面F1和第2分割面F2，所以，两者的光强度分布被合成。其结果，由全息光学元件12b分割的光束在扩散板3上的光强度分布成为图7所示的光强度分布LD，从而可以减少0次衍射光所致的光强度分布的不均匀。另外，第1及第2分割面并不只限于象上述那样被设置在全息光学元件12b的前面和背面的例子，也可以是并设2片图8和图9所示的全息光学元件12c、12d，或并设3片以上。关于这些点，后述的其他实施例也相同。
另外，一维地扩大光束的方法并不只限于上述之例，也可以使用后面将要说明的圆柱透镜来取代图4的一维射束分割光栅12。此时，取代光点列LL，线状的光束照射扩散板3。
(第3实施例)
下面，对本发明的第3实施例进行说明。图10是抽出了本发明第3实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。另外，在第3实施例的二维图像显示装置中，除了图10所示的结构，其他的结构与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明。
在第3实施例中，取代图2所示的二维射束扫描部2，如图10所示那样，使用二维射束分割光栅17和二维微小角射束扫描部16。在此结构中，来自激光光源1的光束，通过了聚光透镜9后，在二维微小角射束扫描部16被二维扫描，然后射入二维射束分割光栅17。二维射束分割光栅17，与第2实施例的一维射束分割光栅12相同，是在玻璃等透明基板上形成有二维的凹凸图案的衍射光栅。一维射束分割光栅12具有一维的长条状的凹凸形状，与此相对，二维射束分割光栅17的表面形状具有二维分布，通过使光栅的截面形状达到最适宜的状态，可以将射入的光束分割成多束具有相等光能的光束。
另外，二维射束分割光栅17中，可以使用到目前为止作为衍射型光学元件(diffractiveoptical element)或全息光学元件(holographic optical element)而为公众所知的公知技术，其设计方法和制作方法，例如在Donald C O’Shea等发表的“Diffractive OpticsDesign，Fabrication and Test”，SPIE PRESS(2004)ISBN：0-8194-5171-1等中有详细的记述。
由二维射束分割光栅17分割的多束的光束，成为在扩散板3上多束的光束沿纵向方向及横向方向排列的二维多射束SM。此时，由于来自激光光源1的光束通过二维微小角射束扫描部16而在纵向方向及横向方向上被微小地扫描，因此，二维多射束SM也在纵向方向及横向方向上被微小地扫描，当空间光调制元件5上的照射区域IR的位置稍微发生了变化时，扩散板3上的相位图案则发生变化，在投影屏8上产生的斑点噪声也发生变化。
这样，本实施例也可以获得与二维扫描扩散板3时相同的效果、即与第1实施例相同的效果。而且，在本实施例中，射束通过二维射束分割光栅17分割而分布于扩散板3的几乎整个面上，二维微小角射束扫描部16的扫描范围可以是邻接的光点彼此之间的间隔程度的微小范围。在此结构中，由于射束的扫描角度显著地减小，因此可以谋求二维微小角射束扫描部16的小型化、低成本化、较低的电消耗及低噪音。
而且，作为二维微小角射束扫描部16，可以使用扫描角度不大的音响光学装置或使用了极化反转元件的电光偏转元件(electrooptic deflector)等。图11是作为图10所示的二维微小角射束扫描部16而使用的采用了极化反转元件的电光偏转元件的一个例子的示意图。
图11所示的电光结晶基板20a、20b是极化反转元件，通过施加指定的交流电压，电光结晶基板20a在横向方向上扫描光束，电光结晶基板20b则进一步在纵向方向上扫描在横向方向上被扫描的光束。
作为电光结晶基板20a、20b，可以使用例如铌酸锂、钽酸锂。电光结晶基板20a、20b，与其光轴垂直地被切出，基板面内的三角形区域的极化予以反转，从而形成极化反转区域21a、21b。在极化反转区域21a、21b，由于光轴反转，因而显示出正负极与周围区域相反的电光效果。
而且，在电光结晶基板20a、20b的表面及背面，形成有表面电极22a、22b及背面电极23a、23b，电场通过交流电源24a、24b而被施加在光轴方向(与基板垂直的方向)上。此时，如前面所述的那样，因电光效果而在极化反转区域21a、21b及周围部分发生折射率的变化，可以说起着与棱镜同样的作用，可以使通过基板内的光偏转。而且，通过使电场的施加方向逆反，还可以向相反方向偏转。
电光结晶基板20a、20b的特长在于，没有可动部分，信赖性、肃静性及高速性较为优越。另一方面，其缺点在于，为了取较大的偏转角而需要高电压，而在图10所示的二维图像显示装置中，由于所需要的偏转角为1度以下，因而，在此范围内，可以实用的驱动电压通过电光结晶基板20a、20b而在纵向方向及横向方向上偏转光束。
而且，二维射束分割光栅17并不只限于上述之例，也可以是使用2片由全息光学元件构成的一维射束分割光栅。图12是可以作为图10所示的二维射束分割光栅17来使用的2片一维射束分割光栅的一个例子的立体示意图。如图12所示，一维射束分割光栅17a，将射入的光束分割成在水平方向排列的多束具有相等光能的光束，而一维射束分割光栅17b，则将在水平方向上被分割的多束光束的每一束分割成在垂直方向排列的多束具有相等光能的光束。其结果，与二维射束分割光栅17同样，可以制作出在扩散板3上多束的光束在纵向方向及横向方向排列的二维多射束。其结果，既可以获得与二维射束分割光栅17相同的效果，又与上述的图7所示的全息光学元件12b同样，可以减小0次衍射光所引起的光强度分布的不均匀。
(第4实施例)
下面，对本发明的第4实施例进行说明。图13是本发明第4实施例的二维图像显示装置中所使用的模拟随机扩散板的一个例子的示意图。另外，第4实施例的二维图像显示装置，除了作为扩散板3使用图13所示的模拟随机扩散板3a这一点以外，其他的与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明。
图2所示的扩散板3，通常是通过将由玻璃或树脂等构成的透明基板的表面随机地弄粗糙而制作成的，与此相对，图13所示的模拟随机扩散板3a，是通过在透明基板的表面形成方格状的凹凸而制作成的。模拟随机扩散板3a的表面被分割成二维方格状单元格CE，凹凸的深度被随机地设定，使通过每个单元格CE的光的相位随机地变位。最大深度可设为λ/(n-1)。
使用图13所示的模拟随机扩散板3a的优点在于，通过模拟随机扩散板3a的光的扩散角，可以根据单元格CE的大小而严格地予以控制。即，相对于方格状单元格CE的单元格间距dc和角度θ，光以I(θ)＝{sin(α)/α}2(α＝θ×dc/(π·λ))的强度分布得以扩散。例如，为制作半值全角为10°的扩散板，在上式中代入I(θ)＝1/2，可以得到相对于波长λ的单元格间距dc。例如，在使用了蓝、绿、红的波长分别为λ＝0.473、0.532、0.640微米的光源时，单元格间距dc可以分别为2.4、2.7、3.2微米来进行制作。
另一方面，在通常的扩散板中，由于表面形状是随机的，因此，存在以下的问题，(1)随着位置地点不同局部的扩散角度不同，光的利用效率降低，(2)随着位置地点不同透过率发生变化，图像上产生强度分布不均匀，(3)难以稳定地进行制作而使扩散角保持固定等。而且，在通常的扩散板中，还存在使扩散角为较大时偏转方向混乱的问题。图13所示的模拟随机扩散板3a，可以解决上述的这些问题。
而且，图13所示的模拟随机扩散板3a，可以通过采用在通常的半导体工艺中所使用的光刻法(photolithography method)和蚀刻法(etching method)在玻璃板上形成凹凸图案来制作。此时，若如图13所示那样，将相位位移选择成例如，0、π/2、π、3π/2，则可以通过相当于π/2、π的相位位移的2次的蚀刻而容易进行制作。
(第5实施例)
下面，对本发明的第5实施例进行说明。图14是抽出了本发明第5实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。另外，第5实施例的二维图像显示装置中，除了图14所示的结构，其他的结构与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明。
在第5实施例中，取代图10所示的二维射束分割光栅17，如图14所示那样，使用闪耀光栅(blazed grating)17c和遮光板18。
在此结构中，来自激光光源1的光束，通过了聚光透镜9后，在二维微小角射束扫描部16被二维扫描，然后射入闪耀光栅17c。闪耀光栅17c，与第3实施例的二维射束分割光栅17相同，是二维衍射光栅，在玻璃等透明基板上形成有二维的楔形模样，使各光栅面(射出面)相对射入面倾斜。因此，从闪耀光栅17c射出的光束中，只有0次衍射光被导向与射入面垂直的方向(闪耀光栅19的中心轴方向)而射入遮光板18。另一方面，剩余的衍射光向右方向(图14中向右侧)偏转指定的角度，射向被设置在从闪耀光栅17c的中心轴向右偏离了指定距离的位置上的扩散板3。扩散板3以后的动作与第3实施例相同，因此省略其说明。
图15是用来说明图14所示的闪耀光栅17c的衍射光的光强度分布的模式图。如图15所示，闪耀光栅17c具有多个高度随机不同的光栅面F2，各光栅面F2和射入面F1所成的角度被设定成指定角度θ(例如，30°)。当光束射入到具有这种结构的闪耀光栅17c上，从各光栅面的边缘部EG射出的0次衍射光L0照射遮光板18，而0次衍射光以外的衍射光L1，则象图示那样以均匀的光强度分布照射扩散板3。
如上所述，在本实施例中，既可以获得与第3实施例相同的效果，又由于0次衍射光不照射扩散板3和空间光调制元件5，所以，可以使空间光调制元件5上的光强度分布更加均匀。
(第6实施例)
下面，对本发明的第6实施例进行说明。图16是抽出了本发明第6实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。另外，第6实施例的二维图像显示装置中，除了图16所示的结构，其他的结构与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明。
在第6实施例中，取代图2所示的二维射束扫描部2，如图16所示那样，使用可使二维射束分割光栅19a振动的射束振动部19。在此结构中，来自激光光源1的光束，通过了聚光透镜9后，由射束振动部19的二维射束分割光栅19a反射而被导向扩散板3。
射束振动部19包含MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)镜等振动镜，在镜面上形成的二维射束分割光栅19a由支撑体19b支撑着，可以一维或二维地微小振动，与后面将要说明的MEMS镜同样，二维射束分割光栅19a可在一维或二维方向微小振动。二维射束分割光栅19a，与图10所示的二维射束分割光栅17同样，是在镜面上形成有二维凹凸图案的衍射光栅，反射射入的光束，并将其分割成多束具有相等光能的光束。
由二维射束分割光栅19a分割的多束的光束，成为在扩散板3上多束的光束沿纵向方向和横向方向排列的二维多射束SM。此时，由于二维射束分割光栅19a通过射束振动部19而被微小振动，因此，二维多射束SM也在纵向方向和/或横向方向被微小地扫描，当空间光调制元件5上的照射区域IR的位置稍微发生了变化时，扩散板3上的相位图案则发生变化，在投影屏8上产生的斑点噪声也发生变化。
这样，在本实施例中，可以获得与第1实施例相同的效果，并且由于二维射束分割光栅19a和射束振动部19构成了一体，所以，既可以减少零部件的数目，又可以使装置更为小型化。
(第7实施例)
下面，对本发明的第7实施例进行说明。图17是抽出了本发明第7实施例的二维图像显示装置的1种色的光学系统的概念图。另外，第7实施例的二维图像显示装置中，除了图17所示的结构，其他的结构与图1所示的二维图像显示装置相同，因此省略相同部分的图示及其详细的说明，而且，为了便于图示，作为二维扫描部，只图示了多面镜扫描仪(polygon scanner)。
在第7实施例中，作为二维扫描部2，使用多面镜扫描仪21和检流镜(或多面镜扫描仪等，省略图示)，并且还附加有围住多面镜扫描仪21和扩散板3之间的光路、以及扩散板3和空间光调制元件5之间的光路的反射镜22。
在此结构中，与第1实施例相同，来自激光光源1的光束，通过检流镜而被反射并被扫描，进而，再由多面镜扫描仪21反射并扫描。由多面镜扫描仪21反射的光束，在反射镜22内被多次反射，最终被导向场透镜4、扩散板3和空间光调制元件5。其结果，在本实施例中也能获得与第1实施例相同的效果。
在此，由于在象多面镜扫描仪21那样，反射面的数目较少，例如8面的多面镜的情况下，光束的扫描角变大，因此，不能确保多面镜扫描仪21和空间光调制元件5之间有足够的距离，而使光学系统的设计变得极为困难。另一方面，在本实施例中，由于用反射镜22来反射光束，因此，可以确保多面镜扫描仪21和空间光调制元件5之间有足够的距离，而使光学系统的设计变得容易。而且，一般来说，反射面的数目较少的多面镜扫描仪，其制作容易，可以实现低成本化。
而且，多面镜扫描仪21是向一个方向做旋转运动的旋转机构，与进行来回运动的振动机构相比，可以使光束的扫描速度从其起始端到终止端保持等速，从而可以使空间光调制元件5上的光强度分布更为均匀化。
而且，还由于多面镜扫描仪21和扩散板3之间的光路、以及扩散板3和空间光调制元件5之间的光路被反射镜22遮住，所以，可以防止该部分的光束的损失，从而可以改善空间光调制元件5上的光强度分布。
以上，对使用二维射束扫描部和反射镜22的例子进行了说明，但使用一维射束扫描部和一维射束分割部等，以及反射镜也可以获得相同的效果。
(第8实施例)
下面，对本发明的第8实施例进行说明。图18是本发明第8实施例的二维图像显示装置的概略结构图。从红色激光光源1a、绿色激光光源1b及蓝色激光光源1c射出的各激光，通过凹透镜8而在水平方向被扩大，并照射MEMS镜9。MEMS镜9有3个镜部91，其上下方向的角度可以相互独立变化，各镜部被分别射入从红色激光光源1a、绿色激光光源1b及蓝色激光光源1c射出的光。被镜部91反射的光通过靠近空间光调制元件5的前面而设置的扩散板3，作为线状的射束13a、13b、13c来照明空间光调制元件5。经空间光调制元件5而被进行了调制的光，通过投影透镜6被投影到投影屏7上而成像。
图19是图18所示的MEMS镜9的概略结构图。MEMS镜9，通过将与支撑部97构成了一体的镜部91粘贴在硅基板90上制作而成，其中，在该硅基板的凹部，介于绝缘膜93形成有上侧电极94、下侧电极95及焊垫(bonding pad)96。具有这种结构的镜部91及硅基板90，可以采用光刻技术和蚀刻技术来进行制作。
镜部91具有介于支撑部97与硅基板90连接的结构。在镜部91的下侧，上侧电极94和下侧电极95在硅基板90上介于绝缘膜93予以形成。各电极和焊垫96导通，但为了简单起见，不对它们之间的配线进行图示。在镜部91上安装有用来提高反射率的反射膜92。
作为硅基板90，使用的是导电性材料，一旦在硅基板90和上侧电极94之间施加电压，则在两者接近的方向静电力发生作用，使镜部91面向上倾斜。相反，若在硅基板90和下侧电极95之间施加电压，则在两者接近的方向静电力发生作用，使镜部91面向下倾斜。根据上侧电极94和硅基板90之间的电压与下侧电极95和硅基板90之间的电压的差，可决定转动镜部91的方向的力矩。
当镜部91倾斜时，支撑部97扭曲，在减小倾斜的方向上力矩发生作用。在上侧电极94和下侧电极95之间施加了直流电后，决定镜部91的角度以使静电力和扭曲的力矩达到平衡。如本实施例的二维图像显示装置，为了动态地控制镜部91的角度，除了静电力或支撑部97的扭曲应力，还要考虑镜部91的惯性力矩或镜部91的空气阻抗，从而来决定施加电压的时间波形。
宽800微米、长3毫米(mm)的镜部91的MEMS镜9被制作而成。此时的1次谐振频率为25kHz。作为驱动电压，在扫描开始位置附近和扫描结束位置附近施加了互为反方向的脉冲电压，以使相对时间为线性的扫描高速地进行。关于施加脉冲的时机，基于来自光检测器17的信号来进行控制。其结果，可以制作出有良好的扫描特性的MEMS镜9。
另外，上侧电极94和下侧电极95，不仅如上所述可以被施加驱动电压，还可以通过检测各电极94、95和镜部91之间的静电容量，作为旋转角的检测器来使用。例如，分别在各电极上施加高频率电压，检测出电流即可知道镜部91的旋转角。这样，通过将MEMS镜9也用于镜的旋转角检测，则不需要使用上述的光检测器17，从而可以用简单的结构来实现二维图像显示装置。
在本实施例中，是对利用静电力作为驱动力的MEMS镜9的例子进行了说明，但只要是可以扫描光束，无论是什么样的构造都可以利用。例如，可以利用使用了磁线圈的洛伦兹力(Lorentz force)的射束扫描机构。此时，可以通过检测线圈的反电动势(backelectromotive force)来检测镜部91的旋转速度，将检测结果用于镜部91的角度控制。而且，也可以利用使用了压电膜的电致伸缩效应(electrostrictive effect)的射束扫描机构等。此时，可以利用压电膜的压电效应(piezoelectric effect)来检测镜部91的旋转角，将检测结果用于镜部91的角度控制。
本实施例的特征在于，采用以下的方法，用1个空间光调制元件5即可将红色光、绿色光及蓝色光的图像投影到投影屏上，从而可以得到全色彩的图像。
设置在MEMS镜9中的3个镜部91的旋转角在上下方向是可以改变的，其角度分别独立地受到时机控制装置15的控制。分别射入各镜部91的红色激光、绿色激光、蓝色激光，分别以线状的形状被投影到空间光调制元件5上的不同的纵向方向位置。图像处理装置15将从外部输入的视频信号分离成红色用视频信号、绿色用视频信号、蓝色用视频信号，并向空间光调制元件5上的纵向方向不同的区域发送各不相同的视频信号。即，视频信号中对应于各种色的图像的信号被分别发送到各束激光照射的区域。
空间光调制元件5上的线状射束13a～13c，随着MEMS镜9的镜部91被驱动，在空间光调制元件5上上下移动。此时，时机控制装置16不断地对图像处理装置15和MEMS镜9实行控制，使得红色用图像14a显示于红色线状射束13a所照射的空间光调制元件5的区域，绿色用图像14b显示于绿色线状射束13b所照射的空间光调制元件5的区域，而蓝色用图像14c显示于蓝色线状射束13c所照射的空间光调制元件5的区域。
图20示意的是此时的线状射束13a～13c被扫描时的概念图。图中的点划线、实线、虚线的折线所示的各轨迹Ta、Tb、Tc，分别表示红色线状射束13a、绿色线状射束13b、蓝色线状射束13c的轨迹，红色线状射束13a、绿色线状射束13b、蓝色线状射束13c分别在空间光调制元件5上被驱动成三角波形。虽然理想的是以锯齿状波形驱动，但由于MEMS镜9的镜部91具有旋转力矩，因而不能瞬间移动，实际上象图中所示那样以非对称的三角波状的波形予以驱动，与此相应，各线状射束13a～13c的位置也分别呈非对称的三角波形而发生变化。另外，图20是概略图，实际上会因镜部91的惯性力矩而在反射位置出现过冲(overshoot)等，射束的动作出现紊乱，关于这点省略了图示，作为各线状射束13a～13c的轨迹而描绘成三角波形。
在图20的例子中，各线状射束13a～13c，一边在空间光调制元件5上从左侧(图18及图20的下侧)向右侧(图18及图20的上侧)移动，一边扫描照明空间光调制元件5。一旦各线状射束13a～13c到达了空间光调制元件5的最右部，时机控制装置16则使分别发出射束的激光光源1a～1c熄灯，并通过MEMS镜9使各线状射束13a～13c向空间光调制元件5的最右部高速地移动。
也就是说，时机控制装置16，在各轨迹Ta、Tb、Tc向右上升时，使分别发出射束的激光光源发光，而在各轨迹Ta、Tb、Tc向右下降时，不使分别发出射束的激光光源发光。通过如上所述的控制，如图20所示，红色激光光源1a在发光期间La、绿色激光光源1b在发光期间Lb、蓝色激光光源1c在发光期间Lc依次点灯，各轨迹Ta、Tb、Tc向右上升的部分不会相互交叉，各线状射束13a～13c不断地照射空间光调制元件5上的不同的位置。
此时，时机控制装置16，按照对应各线状射束13a～13c的颜色的视频信号，接通/切断处于各线状射束13a～13c照射的空间光调制元件5上的位置的开关元件，在投影屏7上显示图像。因此，虽然红色、绿色、蓝色的亮线瞬时地显示于投影屏7上，但通过高速地使扫描各线状射束13a～13c，根据余像效果而将红色、绿色及蓝色的图像同时投影到投影屏7上，从而显示全色的图像。
而且，本实施例的其他的特征还在于，各线状射束13a～13c的点灯期间La～Lc充分地长于熄灯期间，明亮的图像显示成为可能。例如，在将红色用图像、绿色用图像、蓝色用图像依次显示于空间光调制元件5的全面上，并使红色光源、绿色光源、蓝色光源与显示图像同步来依次照射空间光调制元件5的全面的方法中，各光源的点灯时间分别为全部时间的1/3以下，各光源的平均输出为各光源的最大输出的1/3以下。与此相对，在本实施例中，由图20可知，各激光光源1a～1c，除了射束从扫描结束位置到扫描开始位置高速移动的时间，大部分期间都点灯，因此，对于各激光光源1a～1c，与各激光光源1a～1c的最大输出基本上相等的平均输出予以获得。
而且，线状射束13a～13c，最好是如图20所示，全部以相等而稳定的振幅被扫描。为此，本实施例中，在空间光调制元件5的附近、偏离空间光调制元件5的显示范围的位置上，设置用来检测线状射束13a～13c的光检测器17(参照图18)。时机控制装置16根据光检测器17的检测信号，来控制MEMS镜9，从而使准确地控制各光束的扫描范围或扫描速度成为可能。其结果，色彩平衡得以准确地控制，并且由于没有过剩地扫描而使光利用效率提高的明亮的图像显示成为可能，而且，还可以防止因环境温度的变化等而引起的扫描角度或扫描速度的变动。
另外，光检测器17也可以不设定在空间光调制元件5的附近，而是设定在MEMS镜9和投影透镜6之间的任何地点。而且，也可以在MEMS镜9和投影透镜6之间的任何地点设置射束分割部件，在与MEMS镜9和投影透镜6之间的位置不同的位置设置光检测器17。
图21是图18所示的空间光调制元件5上的显示区域结构的一个例子的模式图。如上所述，当各线状射束13a～13c扫描空间光调制元件5时，如图21所示，空间光调制元件5上的区域被划分成用于显示红色用图像14a的红色图像显示区域Ra、用于显示绿色用图像14b的绿色图像显示区域Rb，以及用于显示蓝色用图像14c的蓝色图像显示区域Rc。红色线状射束13a位于红色图像显示区域Ra的中心位置，绿色线状射束13b位于绿色图像显示区域Rb的中心位置，蓝色线状射束13c位于蓝色图像显示区域Rc的中心位置。
在此，在红色图像显示区域Ra、绿色图像显示区域Rb以及蓝色图像显示区域Rc的各区域之间，设定不用于图像显示的黑色显示区域Rd较为理想。各线状射束13a～13c在空间光调制元件5上基本上呈线型形状，但因扩散板3的漫反射而引起微量的杂散光沿各线状射束13a～13c的线幅(较短方向的幅宽)BW的方向扩展，一部分超过各图像显示区域Ra～Rc而到达相邻的其他色的图像显示区域。由于因该杂散光而使各不相同的颜色混同，所以不能显示纯粹的色彩。
因此，在本实施例中，如图21所示，在红色图像显示区域Ra、绿色图像显示区域Rb以及蓝色图像显示区域Rc的各区域之间，设有黑色显示区域Rd。由于空间光调制元件5，通过将位于黑色显示区域Rd的开光元件切断，在线幅方向扩展的杂散光会被黑色显示区域Rd遮断，因此，可以在红色图像显示区域Ra、绿色图像显示区域Rb以及蓝色图像显示区域Rc显示各种色的纯粹色，并可以提高各种色的彩色饱和度。另外，图21所示的两端部区域Re也可以作为黑色显示区域来利用。
本实施例的另外的特征还在于，线状射束13a～13c的幅宽BW(参照图21)为线状射束13a～13c的扫描方向的扫描范围SW(参照图20)的1/10以下。当线状射束13a～13c具有有限的幅宽时，为了使空间光调制元件5上的发光强度分布均一，需要在比空间光调制元件5的面积更大的范围扫描线状射束13a～13c。当扫描范围SW窄于空间光调制元件5的幅宽(较长方向的幅宽)MW(参照图21)时，则作为扫描开始位置和扫描结束位置的空间光调制元件5的端部的发光强度会变得暗淡。为了防止在此端部的发光强度降低，可以在比空间光调制元件5的幅宽MW更大的范围扫描线状射束13a～13c。
更为具体地来说，可以由空间光调制元件5的幅宽MW和线状射束13a～13c的幅宽BW的和(MW+BW)所表示的距离，来扫描线状射束13a～13c。此时，虽然因线状射束13a～13c照射比空间光调制元件5更宽大的部分，而使光的利用效率有所降低，但如本实施例那样，当线状射束13a～13c的幅宽BW成为线状射束13a～13c的扫描方向的扫描范围SW的1/10以下时，因照射这种空间光调制元件5区域外而引起的光的利用效率的下降为10％以下，从而可以防止效率下降所引起的亮度的降低。
另外，较为理想的是，线状射束13a～13c的线幅BW，相对线状射束13a～13c的扫描幅宽SW及激光光源的数目n(例如，本实施例为3)，满足BW＜SW/(2n)的关系。此时，相互邻接的线状射束13a～13c的间隔为SW/n，而线状射束13a～13c的线幅BW则小于其1/2。这样，由于通过使用线幅BW较细的线状射束13a～13c，可以将因在扩散板3的漫反射而引起的杂散光混入相邻的色的图像显示区域的比例控制到较小，所以，既可以在红色像显示区域Ra、绿色图像显示区域Rb以及蓝色图像显示区域Rc显示各种色的纯粹色，又可以提高各种色的彩色饱和度。
而且，如图21所示，空间光调制元件5上的线状射束13a～13c的扫描方向，平行于空间光调制元件5的显示范围的长边(长度MW的边)较为理想。此时，由于可以在空间光调制元件5上确保较宽的各线状射束13a～13c之间的间隔，因此，可以将因在扩散板3的漫反射而引起的杂散光混入相邻的色的图像显示区域的比例控制到较小，从而既可以在红色图像显示区域Ra、绿色图像显示区域Rb以及蓝色图像显示区域Rc显示各种色的纯粹色，又可以提高各种色的彩色饱和度。
本实施例的另一特征还在于，光源使用的是激光光源1a～1c。近几年，超高压水银灯或金属卤化物灯(metal halide lamp)的小型高效率化显著，这些光源，其发光点大小由放电弧光长来决定，大约有1mm的大小。因此，在使用了灯光源的二维图像显示装置中，存在有不能在1个空间光调制元件上有效率地分割3色的光束来进行照射，而使光利用效率降低的问题。与此相对，本实施例中，作为激光光源1a～1c，使用的是指向性较强的激光光源，因此，可以将来自各激光光源1a～1c的光转换成较细的线状射束13a～13c，来照射同一的空间光调制元件5。
图22和图23示意的是图18所示的二维图像显示装置的光学系统的水平方向和垂直方向的概略结构。如图22和图23所示，为了对来自激光光源1的发散光进行聚光而使用聚光透镜2。经聚光透镜2而基本上成为会聚射束的光，如图22所示，在水平方向通过凹透镜5而被转换成发散射束。凹透镜5由圆柱形透镜构成，在垂直方向上不具有透镜光焦度(lens power)，如图23所示，会聚射束照原样通过凹透镜8。在凹透镜8被转换成发散射束的光，由MEMS镜9反射后，经场透镜4而成为平行射束或稍微有点会聚的射束，朝向投影透镜6的开口，因此，可防止在投影透镜6上的遮蔽(eclipse)，从而可提高光利用效率。另外，在图18中，为简单起见而省略了上述的聚光透镜2及场透镜4的图示。
而且，本实施例的特征还在于，通过扫描线状射束13a～13c，斑点噪声有效地得以抑制。靠近空间光调制元件5的前面设置有扩散板3。扩散板3，例如是在透明的玻璃基板或树脂基板的表面设有凹凸的毛玻璃状的基板，对射入的光的波阵面赋予随机的相位，并将射入光线转换成发散射束。
在此，随着光束在MEMS镜9被扫描，线状射束13a～13c在扩散板3上移动。此时，射入空间光调制元件5的光的入射角发生变化，进而射入投影屏7的光的入射角变化，从而斑点噪声的图案发生变化。由于线状射束13a～13c高速地被扫描，因而观察者所感知到的斑点噪声的图案会高速地发生变化，被进行时间平均而没有斑点噪声的画面质量高的图像得以观察。
并且，与扩散板3的扩散角相对应的f值在投影透镜6的入射侧的f值以上较为理想。具体的来说，在通常的投影机中，投影透镜6的入射侧f值为1.4～2.5左右。此时，扩散板3的扩散角为半值全角，分别为42°～23°以下较为理想。这是因为若超过该值，在扩散板3被扩散的光中，以较大的角度扩散的光不能通过投影透镜6的开口，光的利用效率会降低。
在以上的说明中，作为将来自激光光源1a～1c的射出光进行一维方向扩大的一维射束扩大部件，使用了凹透镜形状的圆柱形透镜8，但也可以象上述的第2实施例那样，使用采用了光栅的射束分割部件。此时，在空间光调制元件5上的线状射束成为一维的光点列。而且，即使是对由截面形状决定的相位分布进行了适当的设计的全息元件(一般被称为CGH(计算机产成全息)(computer-generatedholograms))，也同样可以作为将射入射束转换成一维光点列的一维射束扩大部件来利用。同样，还可以使用双凸透镜(lenticular lens)。而且，在本实施例中，使用的是图18及图22所示的作为光透过型的元件的凹透镜8，但作为上述的圆柱形透镜、或光栅部件、或CGH等一维射束扩大部件，也可以分别是凹面镜等反射型的元件。
本实施例的特征还在于，使用开关(switching)速度均为5.5毫秒以下的各空间光调制元件5。通常的视频动画信号的帧重复频率为每秒30帧，在利用3色的激光光源1a～1c进行全色的动画显示时，各空间光调制元件5的应该显示的画面，至少每秒转换90次。即每11毫秒转换画面。当空间光调制元件5的开关速度较慢时，各色的视频信号之间会出现串扰(crosstalk)，而成为偏色、褪色的原因。另一方面，本实施例中，通过使用其开关时间为上述的转换时间的一半的5.5毫秒以下的空间光调制元件5，使得在各色的激光照射时开关完毕，可以显示没有偏色、褪色的所希望的彩色动态图像。
而且，各空间光调制元件5的开关速度为1.8毫秒以下较为理想。最好是每秒被显示30张的彩色图像中，各色的图像同时予以显示。然而，在各色的射束一边扫描空间光调制元件5上的不同的位置，一边显示各色的图像的本实施例中，显示各色图像的时机稍微有偏差。因此，在显示有快速变动的动态图像时，容易出现在有变动的轮廓部分可看见色偏的现象。对此，通过多次反复显示同一图像，可以防止轮廓的偏色。实际上，在反复3次以上显示了同一图像时，即对3色的图像进行每秒90帧的显示时，轮廓的偏色会消失。通过使用开关速度均为1.8毫秒以下的各空间光调制元件5，上述的显示方法可以实现，从而使轮廓没有偏色的动画片图像显示成为可能。
而且，在显示隔行扫描(interlace)彩色动态图像时，各空间光调制元件5的开关速度为2.7毫秒以下较为理想。在以隔行扫描来显示每秒30帧的视频动画片信号时，每秒转换图像60次。在利用3色的激光光源1a～1c进行全色的动画显示时，各空间光调制元件5应该显示的画面，至少每秒转换180次。即每5.5毫秒转换画面。当空间光调制元件5的开关速度较慢时，各色的视频信号之间会出现串扰(crosstalk)，而成为偏色、褪色的原因。另一方面，通过使用其开关时间为上述的转换时间的一半的2.7毫秒的空间光调制元件5，可使得在各色的激光照射时开关完毕，从而可以显示没有偏色、褪色的所希望的隔行扫描动态图像。
而且，各空间光调制元件5的开关速度为0.9毫秒以下较为理想。在使用开关速度为0.9毫秒以下的各空间光调制元件5时，由于可以反复3次以上显示同一图像，因此，使轮廓没有偏色的隔行扫描动态图像显示成为可能。
作为如上所述的具有高速开关速度的空间光调制元件，最好使用利用了铁电液晶(Ferroelectric Liquid Crystal)的液晶元件。另外，在本实施例中使用的是透过型的空间光调制元件5，但只要是在硅基板上施加反射膜，进而装载液晶元件的构造的所谓LCOS(Liquid Crystal On Silicon)装置、或振动包含MEMS镜等的微型镜，控制反射光的方向而构成光开关列的所谓DLP(Digital Light Processing)装置、或具有其他任意结构的光开关列，则可以同样使用。
而且，作为用于本实施例的扩散板，并不只限于上述之例，也可以使用下面将要说明的模拟随机扩散板。图24是图18所示的二维图像显示装置中所使用的模拟随机扩散板的一个例子的示意图。
图18所示的扩散板3，通常是通过将由玻璃或树脂等构成的透明基板的表面随机地弄粗糙而制作成的，与此相对，图24所示的模拟随机扩散板3b，是通过在透明基板的表面形成方格状的凹凸而制作成的。模拟随机扩散板3b的表面被分割成二维方格状单元格CE，凹凸的深度被随机地设定，以便通过每个单元格CE的光的相位随机地移动。最大深度可设为λ/(n-1)。
使用图24所示的模拟随机扩散板3b的优点在于，通过模拟随机扩散板3b的光的扩散角，可以根据单元格的大小而严格地予以控制。即，相对方格状单元格的单元格间距dc和角度θ，光以I(θ)＝{sin(α)/α}2(α＝θ×dc/(π·λ))的强度分布得以扩散。例如，为制作半值全角为10°的扩散板，在上式中代入I(θ)＝1/2，可以得到相对波长λ的单元格间距dc。在使用蓝、绿、红的波长分别为λ＝0.473、0.532、0.640微米的光源时，单元格间距dc分别以2.4、2.7、3.2微米来进行制作即可。
另一方面，在通常的扩散板中，由于表面形状是随机的，因此，存在以下的问题，(1)随着位置地点不同局部的扩散角度不同，光的利用效率降低，(2)随着位置地点不同透过率发生变化，图像上产生强度分布不均匀，(3)难以稳定地进行制作而使扩散角保持固定等。而且，在通常的扩散板中，还存在使扩散角为较大时偏转方向混乱的问题。图24的模拟随机扩散板3b，可以解决上述的这些问题。
而且，图24的模拟随机扩散板3b，可以通过采用在通常的半导体工艺中所使用的光刻法和蚀刻法在玻璃板上形成凹凸图案来制作。此时，若象图24所示那样，将相位移动选择成例如，0、π/2、π、3π/2，则可以通过相当于π/2、π的相位移动的2次的蚀刻而容易地进行制作。
(第9实施例)
下面，对本发明的第9实施例进行说明。图25及图26是表示本发明第9实施例的二维图像显示装置中光学系统的水平方向及垂直方向的概略结构的模式图。另外，第9实施例的二维图像显示装置，除了取代图22及图23所示的场透镜4而采用图25及图26所示的第1场透镜4a及第2场透镜4b，其它结构都与第8实施例的二维图像显示装置相同，因此省略对相同部分的图示和详细的说明。
如图25及图26所示，在本实施例中，将激光光源1、聚光透镜2、凹透镜8、MEMS镜9、第1场透镜4a、第2场透镜4b、扩散板3、空间光调制元件5以及投影透镜6按此顺序依次配置，如图25所示，凹透镜8在水平方向上使经聚光透镜2基本上成为会聚射束的光转换成发散射束。
在此，第1场透镜4a由在垂直方向上具备凸部的圆柱形透镜构成，第2场透镜4b由凸透镜构成。因此，如图25所示，第1场透镜4a在水平方向(扩大方向)上不具有透镜光焦度，通过凹透镜8被扩大的光束照原样通过第1场透镜4a，并通过第2场透镜4b适当地会聚后被导向扩散板5及空间光调制元件6。另一方面，如图26所示，第1场透镜4a在垂直方向(与扩大方向垂直的方向)上具有透镜光焦度，照原样通过了凹透镜8的光束通过第1场透镜4a及第2场透镜4b充分会聚后被导向扩散板5及空间光调制元件6。如此，包含第1场透镜4a及第2场透镜4b的场透镜部在扩大方向上的透镜光焦度比与扩大方向垂直的方向上的透镜光焦度小。另外，场透镜部所具有的透镜的数目并不限于上述之例，也可以采用1片或3片以上的透镜。
因此，本实施例能获得与第八实施例相同的效果，并且依次配置激光光源1、凹透镜8、MEMS镜9、第1场透镜4a及第2场透镜4b、扩散板3以及空间光调制元件5，在凹透镜8的扩大光束的角度较小的情况下，可以采用在扩大方向上的透镜光焦度较小的第1场透镜4a、第2场透镜4b，来适当地对以较小的扩大角度被扩大的光束进行会聚，并可将该会聚的光束适当地照射到空间光调制元件5上。
(第10实施例)
下面，对本发明的第10实施例进行说明。图27及图28是表示本发明第10实施例的二维图像显示装置中光学系统的水平方向及垂直方向的概略结构的模式图。另外，第10实施例的二维图像显示装置，除了取代图22及图23所示的场透镜4而采用图27及图28所示的第1场透镜4c及第2场透镜4d，并且将凹透镜8配置在MEMS镜9及第1场透镜4c的之间，其它结构都与第8实施例的二维图像显示装置相同，因此省略对相同部分的图示和详细的说明。
如图27及图28所示，在本实施例中，将激光光源1、聚光透镜2、MEMS镜9、凹透镜8、第1场透镜4c、第2场透镜4d、扩散板3、空间光调制元件5以及投影透镜6按此顺序依次配置，如图27所示，凹透镜8在水平方向上将经聚光透镜2基本上成为会聚射束并通过MEMS镜9所扫描的光转换成发散射束。
在此，第1场透镜4c由在水平方向上具备凸部的圆柱形透镜构成，第2场透镜4d由凸透镜构成。因此，如图27所示，第1场透镜4c在水平方向(扩大方向)上具有透镜光焦度，通过MEMS镜9所扫描的光束在由凹透镜8扩大后，通过第1场透镜4c及第2场透镜4d充分会聚并被导向扩散板3及空间光调制元件5。另一方面，如图28所示，第1场透镜4c在垂直方向(与扩大方向垂直的方向)上不具有透镜光焦度，照原样通过凹透镜8的光束还是照原样通过第1场透镜4c，并由第2场透镜4d适当地会聚后被导向扩散板3及空间光调制元件5。如此，包括第1场透镜4c及第2场透镜4d的场透镜部在扩大方向上的透镜光焦度比与扩大方向垂直的方向上的透镜光焦度大。另外，场透镜部所具有的透镜的数目并不限于上述之例，也可以采用1片或3片以上的透镜。
因此，本实施例能获得与第8实施例相同的效果，并且依次配置激光光源1、MEMS镜9、凹透镜8、第1场透镜4c、第2场透镜4d、扩散板3以及空间光调制元件5，在凹透镜8扩大光束的角度较大的情况下，可以采用在扩大方向上的透镜光焦度较大的第1场透镜4c及第2场透镜4d，来充分会聚以较大的扩大角度被扩大的光束，并可将该会聚的光束照射到空间光调制元件5上。
以上，举例说明了投影光学系统和投影屏相互分开的投影式显示装置，但本发明也可以适用于投影光学系统和透光型投影屏相组合的背面投影型二维图像显示装置、或直接对用激光从背面照射的空间光调制元件进行观看的二维图像显示装置(例如，已被实用化的液晶电视)。
如此，上述的各二维图像显示装置，可以利用激光光源并以简单的结构和较少的零部件，来实现斑点噪声较少的高画质的全色图像，可以作为投影系统或者背面投影型显示装置予以利用。
另外，还举例说明了彩色图像显示装置，但本发明也可以适用于单色激光的图像投影装置，例如在半导体工艺中利用的曝光照明装置或其光源装置等。在曝光照明装置中，利用紫外线激光作为激光光源，利用例如在玻璃基板上对金属膜印刻了图案的光掩膜(photomask)等作为空间光调制元件，并将半导体基板作为投影屏而在其上形成掩膜图形像。
如上述所述，本发明所提供的二维图像显示装置包括：至少一个激光光源；一边至少在一维方向上扫描来自所述激光光源的射出射束，一边将来自所述激光光源的射出射束转换成二维的光的射束扫描部；将通过所述射束扫描部所扫描的光空间地进行调制的空间光调制元件；以及被设置在所述射束扫描部和所述空间光调制元件之间，使从所述射束扫描部射出的二维的光扩散的光扩散部件。
在上述二维图像显示装置中，由于来自激光光源的射出射束一边至少在一维方向上被扫描，一边被转换成二维的光，因此可以获得均匀的照明。而且，又由于在射束扫描部和空间光调制元件之间设置有光扩散部件，从射束扫描部射出的二维的光被扩散而照射到空间光调制元件上，所以，可以使从光扩散部件射出并照射空间光调制元件的射束的光轴不断变化，从而可以有效地抑制斑点噪声。其结果，不需要用来进行均匀照明的扩束器及光积分器等，既可以用简单的光学系统获得均匀的照明、又可以有效地抑制斑点噪声。
优选的是，所述射束扫描部包括二维扫描部，在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上扫描来自所述激光光源的射出射束；所述二维扫描部，以所述第1方向的扫描频率和所述第2方向的扫描频率是互为素数的整数比这样一个频率，周期性地扫描射向所述光扩散部件的光束。
在此情况下，由于在相互垂直的第1方向和第2方向上扫描来自激光光源的射出射束时，以所述第1方向的扫描频率和所述第2方向的扫描频率是互为素数的整数比这样一个频率，周期性地扫描射向光扩散部件的光束，因此可以减小第1方向和第2方向的扫描速度差，从而既可以简化二维射束扫描部的结构，又可以均匀地照射光扩散板部件。
优选的是，所述射束扫描部包括：一维射束分割部，分割来自所述激光光源的射出射束，制作多束的射束排列在所述第1方向的一维多射束列；以及一维扫描部，在与所述第1方向垂直的第2方向上扫描所述一维多射束列。
在此情况下，由于扫描方向变成一维，并且其扫描频率减小，因此可以谋求一维射束扫描部的小型化、较低的电消耗及低成本化。
优选的是，所述一维射束分割部具有以互不相同的间距分割来自所述激光光源的射出射束的第1及第2分割面。
在此情况下，由于可合成以互不相同的间距被分割的一维多射束列的光强度分布，因此能减少0次衍射光的光强度分布的不均匀。
优选的是，所述射束扫描部包括，二维射束分割部，将来自所述激光光源的射出射束在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上进行分割，制作多束的射束排列成二维的二维多射束；以及微扫描部，对所述二维多射束微小地进行扫描。
在此情况下，由于可减小二维多射束的扫描角度，因此可以谋求微扫描部的小型化、低成本化、较低的电消耗及低噪音。
优选的是，所述二维射束分割部包括：第1一维射束分割部，分割来自所述激光光源的射出射束，制作多束的射束排列在所述第1方向的一维多射束列；以及第2一维射束分割部，将由所述第1一维射束分割部制作的一维多射束列在与所述第1方向垂直的第2方向上进行分割，制作二维多射束。
在此情况下，由于可制作在相互垂直的第1方向和第2方向上排列的矩阵状的二维多射束，因此能减少0次衍射光的光强度分布的不均匀。
优选的是，所述二维射束分割部包括各栅面倾斜的二维衍射光栅。
在此情况下，由于能将0次衍射光和0次衍射光以外的衍射光分开，并使0次衍射光以外的衍射光照射到光扩散部件及空间光调制元件上，而不使0次衍射光照射到光扩散部件及空间光调制元件上，因此可以使空间光调制元件上的光强度的分布更加均匀。
优选的是，所述射束扫描部包括振动部，用来使二维射束分割部振动，该二维射束分割部将来自所述激光光源的射出射束在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上进行分割，制作多束的射束排列成二维的二维多射束。
在此情况下，由于二维射束分割部与振动部构成一体，所以既可以减少零部件的数目，又可以使装置更为小型化。
优选的是，还包括反射镜，将所述射束扫描部和所述光扩散部件之间的光路围住，多次反射来自所述射束扫描部的光束而将该光束导向所述光扩散部件。
在此情况下，由于配置在射束扫描部和光扩散部件之间的光路由反射镜所遮住，因此可以防止该部分的光束的损失，从而可以提高空间光调制元件上的光强度。
优选的是，所述反射镜还将所述光扩散部件和所述空间光调制元件之间的光路围住。
在此情况下，由于反射镜进一步将配置在光扩散部件和空间光调制元件之间的光路遮住，因此也可以防止该部分的光束的损失，从而可以更加提高空间光调制元件上的光强度。
优选的是，所述激光光源包括用于发出红色、用于绿色发出及用于发出蓝色的3个激光光源。
在此情况下，既可以利用红色、绿色、蓝色的光来显示色纯度较高、色彩鲜艳的图像，又不需要用来合波的分色镜等，从而可以简化光学系统。
优选的是，所述光扩散部件和所述空间光调制元件，对应所述3个激光光源分别各设置一个。
在此情况下，由于可按3个激光光源的颜色分别将光进行扩散，能个别控制空间光调制元件，因此能够采用适于各种色的波长的光扩散部件及空间光调制元件来显示色纯度更高、色彩更加鲜艳的图像。
优选的是，来自所述3个激光光源的射出射束，以互不相同的角度射向所述射束扫描部。
在此情况下，不需要用来合波的分色镜，因此能够用简单的光学系统来实现二维图像显示装置。
优选的是，所述光扩散部件包括模拟随机扩散板。
在此情况下，由于可以有规则地形成用来扩散光的凹凸，因此既能更加均匀地扩散光来提高光的利用效率，又能抑制光强度分布地不均匀，此外，不仅能稳定地制作使扩散角度固定，而且即使在扩散角较大的情况下也能准确控制偏转方向。
优选的是，所述射束扫描部包括：射束扩大部，将来自所述激光光源的射出射束在第1方向进行扩大来制作线状射束；以及一维扫描部，在与所述第1方向垂直的第2方向上扫描所述线状射束。
在此情况下，由于扫描方向变成一维，并且其扫描频率减小，因此可以谋求一维射束扫描部的小型化、较低的电消耗及低成本化。
优选的是，还包括场透镜部，被配置在所述一维扫描部和所述光扩散部件之间；所述激光光源、所述射束扩大部、所述一维扫描部、所述场透镜部、所述光扩散部件、所述空间光调制元件，按此顺序而予以配置；所述场透镜部的所述第1方向的透镜光焦度，小于所述第2方向的透镜光焦度。
在此情况下，由于能适当地对以较小的扩大角度所扩大的光束进行会聚，因此可以将该会聚的光束适当地照射到空间光调制元件上。
优选的是，还包括场透镜部，所述射束扫描部包括，一维扫描部，在第1方向上扫描来自所述激光光源的射出射束；以及射束扩大部，将通过所述一维扫描部所扫描的光束在与所述第1方向垂直的第2方向进行扩大来制作线状射束；所述场透镜部，被配置在所述射束扩大部和所述光扩散部件之间；所述激光光源、所述一维扫描部、所述射束扩大部、所述场透镜部、所述空间光调制元件，按此顺序而予以配置；所述场透镜部的所述第1方向的透镜光焦度，小于所述第2方向的透镜光焦度。
在此情况下，由于扫描方向变成一维，并且其扫描频率减小，因此可以谋求一维射束扫描部的小型化、较低的电消耗及低成本化，而且由于能充分会聚以较大的扩大角度扩大的光束，因此可以适当地将光束照射到空间光调制元件上。
优选的是，所述激光光源包含多个激光光源，来自所述多个激光光源的线状射束；照明所述空间光调制元件上的不同的位置。
在此情况下，既可以利用1个空间光调制元件来合成多种颜色，又不需要用来合波的分色镜等，从而可以简化光学系统。
优选的是，所述空间光调制元件对来自所述多个激光光源的各线状射束进行调制，使得与各线状射束相对应的不同的影象显示在各线状射束所照射的每一个图像显示区域。
在此情况下，利用1个空间光调制元件来合成多种颜色的图像。
优选的是，在所述空间光调制元件上的相互邻接的图像显示区域之间，设定有不让所述线状射束透过的黑色显示区域。
在此情况下，由于可以利用黑色显示区域来遮住向线状射束的线幅方向扩展的杂散光，因此既能在各种色的图像显示区域显示各种色的纯粹色，又能提高各种色的彩色饱和度。
优选的是，在所述空间光调制元件上，所述线状射束的短方向的幅宽BW，相对所述线状射束的扫描幅宽SW，满足BW＜SW/10的关系。
在此情况下，既可以抑制因照射空间光调制元件的区域外而引起的光的利用效率的下降，又能防止作为扫描开始位置和扫描结束位置的空间光调制元件端部的发光强度的下降。
优选的是，在所述空间光调制元件上，所述线状射束的短方向的幅宽BW，相对所述线状射束的扫描幅宽SW和所述多个激光光源的个数n，满足BW＜SW/(2n)的关系。
在此情况下，由于可以将因在光扩散部件的漫反射而引起的杂散光混入相邻的图像显示区域的比例控制到较小，因此既能在各种色的图像显示区域显示各种色的纯粹色，又能提高各种色的彩色饱和度。
优选的是，所述多个激光光源包括：发出红色光的第1激光光源；发出绿色光的第2激光光源；以及发出蓝色光的第3激光光源；所述空间光调制元件，对各线状射束进行调制，使得红色用影象被显示到来自所述第1激光光源的线状射束所照射的红色图像显示区域，绿色用影象被显示到来自所述第2激光光源的线状射束所照射的绿色图像显示区域，蓝色用影象被显示到来自所述第3激光光源的线状射束所照射的蓝色图像显示区域。
在此情况下，可以利用1个空间光调制元件来显示全色图像。
优选的是，所述空间光调制元件的开关速度为5.5毫秒以下。
在此情况下，由于可以在照射各种色的激光时结束开关工作，因此能显示没有偏色、褪色的所希望的彩色动态图像。
优选的是，所述空间光调制元件的开关速度为2.7毫秒以下。
在此情况下，当显示隔行扫描的彩色动态图像时，由于在照射各种色的激光时可以结束开关工作，因此能显示没有偏色、褪色的所希望的隔行扫描彩色动态图像。
优选的是，所述空间光调制元件的开关速度为1.8毫秒以下。
在此情况下，由于可以反复3次以上显示同一图像，因此，能够显示轮廓没有偏色的动态图像。
优选的是，所述空间光调制元件的开关速度为0.9毫秒以下。
在此情况下，由于在显示隔行扫描的彩色动态图像时可以反复3次以上显示同一图像，因此能显示轮廓没有偏色的隔行扫描动态图像。
优选的是，所述空间光调制元件由铁电液晶制成。
在此情况下，由于可以将开关速度设为较高，因此能以良好的状态显示如上所述的动态图像。
优选的是，所述空间光调制元件包括二维排列的多个MEMS镜。
在此情况下，也可以将开关速度设为较高，因此能以良好的状态显示如上所述的动态图像。
优选的是，在所述空间光调制元件上的来自多个激光光源的光的扫描方向，平行于所述空间光调制元件的显示范围的长边。
在此情况下，由于可以使在空间光调制元件上的来自各激光光源的光之间的间隔较宽，因此，可以将因在扩散部件的漫反射而引起的杂散光混入相邻的图像显示区域的比例控制到较小，从而既可以在各种色图像显示区域显示各种色的纯粹色，又可以提高各种色的彩色饱和度。
优选的是，所述光扩散部件包括模拟随机扩散板，其中，矩形单元格二维配置，各单元格对通过自身的光赋予相位位移，相互邻接的单元格彼此的相位位移量的差为π/2。
在此情况下，由于可以有规则地形成用来扩散光的凹凸，因此既能更加均匀地扩散光来提高光的利用效率，又能抑制光强度分布的不均匀。此外，不仅能稳定地制作使扩散角度为固定，而且即使在扩散角较大的情况下也能准确控制偏转方向。并且，可以减少蚀刻次数，从而容易进行制作。
优选的是，所述光扩散部件上的光束直径S，相对所述光扩散部件的扩散角θ、所述光扩散部件和所述空间光调制元件之间的距离L以及所述光扩散部件上的邻接光束的间隔d，满足S＞L·θ-d的关系。
在此情况下，由于空间光调制元件上的任意点被多个光束的扩散光照明，因此可以进一步减少斑点噪声。
优选的是，来自所述激光光源的射出射束基本上在所述空间光调制元件上被聚光。
在此情况下，由于能将光束有效地照射到空间光调制元件上，因此可以提高光的利用效率。
优选的是，还包括投影光学系统，用来将在所述空间光调制元件中被调制的光投影到空间的面上。
在此情况下，可以在投影屏幕等空间的面上显示有效地抑制了斑点噪声的良好影像。
优选的是，所述射束扫描部包括极化反转元件。
在此情况下，由于在射束扫描部上没有可动部分，因此可以提供信赖性、肃静性及高速性为优越的二维图像显示装置。
本发明所提供的照明光源包括：至少一个激光光源；至少在一维方向上扫描来自所述激光光源的射出射束的射束扫描部；以及使通过所述射束扫描部所扫描的射出射束扩散的光扩散部件。
本发明所提供的曝光照明装置包括所述照明光源，其中，所述激光光源包含紫外线激光。
根据上述结构，由于来自激光光源的射出射束至少在一维方向上被扫描，因此可以获得均匀的照明。而且，又由于通过射束扫描部所扫描的射出射束被扩散，所以，可以使从光扩散部件射出的射束的光轴不断变化，从而可以有效地抑制斑点噪声。其结果，不需要用来进行均匀照明的扩束器及光积分器等，既可以用简单的光学系统获得均匀的照明、又可以有效地抑制斑点噪声。
产业上的可利用性
本发明涉及的二维图像显示装置等，由于不仅可以用简单的光学系统来获得均匀的照明，而且能有效抑制斑点噪声，因此可适用于影象投影机、电视图像接收机、液晶板等影象显示装置等。

Claims (35)

1.一种二维图像显示装置，其特征在于，
包括：
激光光源，至少有一个；
射束扫描部，一边至少在一维方向上扫描来自所述激光光源的射出射束，一边将来自所述激光光源的射出射束转换成二维的光；
空间光调制元件，将通过所述射束扫描部所扫描的光空间地进行调制；以及
光扩散部件，被设置在所述射束扫描部和所述空间光调制元件之间，使从所述射束扫描部射出的二维的光扩散。
2.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述射束扫描部包括二维扫描部，在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上扫描来自所述激光光源的射出射束，其中，
所述二维扫描部，以所述第1方向的扫描频率和所述第2方向的扫描频率是互为素数的整数比的频率，周期性地扫描射向所述光扩散部件的光束。
3.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述射束扫描部包括：
一维射束分割部，分割来自所述激光光源的射出射束，制作让多束的射束排列在第1方向的一维多射束列；以及
一维扫描部，在与所述第1方向垂直的第2方向上扫描所述一维多射束列。
4.根据权利要求3所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述一维射束分割部包括第1及第2分割面，以互不相同的间距分割来自所述激光光源的射出射束。
5.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述射束扫描部包括：
微扫描部，对来自所述激光光源的射出射束在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上进行微小地扫描；以及
二维射束分割部，将来自所述微扫描部的射束在所述第1方向和所述第2方向上进行分割，制作让多束的射束排列成二维的二维多射束，其中，
所述第1方向和所述第2方向其中之一为纵向方向，另一为横向方向。
6.根据权利要求5所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述二维射束分割部包括：
第1一维射束分割部，分割来自所述激光光源的射出射束，制作多束的射束排列在所述第1方向的一维多射束列；以及
第2一维射束分割部，将由所述第1一维射束分割部制作的一维多射束列在与所述第1方向垂直的第2方向上进行分割，制作二维多射束。
7.根据权利要求5所述的二维图像显示装置，其特征在于，所述二维射束分割部包括各栅面倾斜的二维衍射光栅。
8.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于：
所述射束扫描部包括振动部，该振动部用来使二维射束分割部振动，该二维射束分割部将来自所述激光光源的射出射束在第1方向和与所述第1方向垂直的第2方向上进行分割，制作让多束的射束排列成二维的二维多射束。
9.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
还包括反射镜，将所述射束扫描部和所述光扩散部件之间的光路围住，多次反射来自所述射束扫描部的光束而将该光束导向所述光扩散部件。
10.根据权利要求9所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述反射镜还将所述光扩散部件和所述空间光调制元件之间的光路围住。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述激光光源包括用于发出红色、用于发出绿色及用于发出蓝色的3个激光光源。
12.根据权利要求11所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述光扩散部件和所述空间光调制元件，对应所述3个激光光源分别各设置一个。
13.根据权利要求12所述的二维图像显示装置，其特征在于，
来自所述3个激光光源的射出射束，以互不相同的角度射向所述射束扫描部。
14.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，所述光扩散部件包括模拟随机扩散板。
15.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述射束扫描部包括：
射束扩大部，将来自所述激光光源的射出射束在第1方向进行扩大来制作线状射束；以及
一维扫描部，在与所述第1方向垂直的第2方向上扫描所述线状射束。
16.根据权利要求15所述的二维图像显示装置，其特征在于，
还包括场透镜部，被配置在所述一维扫描部和所述光扩散部件之间，其中，
所述激光光源、所述射束扩大部、所述一维扫描部、所述场透镜部、所述光扩散部件、所述空间光调制元件，按此顺序予以配置，
所述场透镜部的所述第1方向的透镜光焦度，小于所述第2方向的透镜光焦度。
17.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
还包括场透镜部，其中，
所述射束扫描部包括：
一维扫描部，在第1方向上扫描来自所述激光光源的射出射束；以及
射束扩大部，将通过所述一维扫描部所扫描的光束在与所述第1方向垂直的第2方向进行扩大来制作线状射束，
所述场透镜部，被配置在所述射束扩大部和所述光扩散部件之间，
所述激光光源、所述一维扫描部、所述射束扩大部、所述场透镜部、所述空间光调制元件，按此顺序予以配置，
所述场透镜部的所述第1方向的透镜光焦度，小于所述第2方向的透镜光焦度。
18.根据权利要求15～17中的任一项所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述激光光源包含多个激光光源，其中，
来自所述多个激光光源的线状射束，照明所述空间光调制元件上的不同的位置。
19.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件对来自所述多个激光光源的各线状射束进行调制，使得与各线状射束相对应的不同的影象显示在各线状射束所照射的各图像显示区域。
20.根据权利要求19所述的二维图像显示装置，其特征在于，
在所述空间光调制元件上的相互邻接的图像显示区域之间，设定有不让所述线状射束透过的黑色显示区域。
21.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
在所述空间光调制元件上，所述线状射束的短方向的幅宽BW，相对所述线状射束的扫描幅宽SW，满足BW＜SW/10的关系。
22.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
在所述空间光调制元件上，所述线状射束的短方向的幅宽BW，相对所述线状射束的扫描幅宽SW和所述多个激光光源的个数n，满足BW＜SW/(2n)的关系。
23.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述激光光源包括：发出红色光的第1激光光源；发出绿色光的第2激光光源；以及发出蓝色光的第3激光光源，
所述空间光调制元件，对各线状射束进行调制，使得红色用影象被显示到来自所述第1激光光源的线状射束所照射的红色图像显示区域，绿色用影象被显示到来自所述第2激光光源的线状射束所照射的绿色图像显示区域，蓝色用影象被显示到来自所述第3激光光源的线状射束所照射的蓝色图像显示区域。
24.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件的开关速度为5.5毫秒以下。
25.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件的开关速度为2.7毫秒以下。
26.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件的开关速度为1.8毫秒以下。
27.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件的开关速度为0.9毫秒以下。
28.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件由铁电液晶制成。
29.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述空间光调制元件包括二维排列的多个MEMS镜。
30.根据权利要求18所述的二维图像显示装置，其特征在于，
在所述空间光调制元件上的来自多个激光光源的光的扫描方向，平行于所述空间光调制元件的显示范围的长边。
31.根据权利要求15所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述光扩散部件包括模拟随机扩散板，该模拟随机扩散板中，矩形单元格二维配置，各单元格对通过自身的光赋予相位位移，相互邻接的单元格彼此的相位位移量的差为π/2。
32.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述光扩散部件上的光束直径S，相对所述光扩散部件的扩散角θ、所述光扩散部件和所述空间光调制元件之间的距离L以及所述光扩散部件上的邻接光束的间隔d，满足S＞L·θ-d的关系。
33.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
来自所述激光光源的射出射束基本上在所述空间光调制元件上被聚光。
34.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
还包括投影光学系统，用来将在所述空间光调制元件中被调制的光投影到空间的面上。
35.根据权利要求1所述的二维图像显示装置，其特征在于，
所述射束扫描部包括极化反转元件。
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