JP2005234156A - 走査型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、レーザ光のようなコヒーレント光を２次元に走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置において、投射画像のスペックルノイズを低減し、画質を向上させることを目的とする。
【解決手段】 そのために、レーザビームを第１と第２の光束に分割し、第１の光束の光路上に光束の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を配置し、第２の光束とを再び合成する光合成手段を備え、光合成手段により偏光方向が異なる該２光束を重ね合わせた合成光束を、スクリーン上に光走査して画像を表示する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザビームを２次元方向に偏向する２次元偏向手段により、２次元に走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置に関するものである。特に、スクリーン上に表示された画像のスペックルノイズの低減に関するものである。

従来より、偏向器を用いてビームを２次元走査することで、スクリーン上に画像を表示する走査型表示装置が種々提案されている。図９に、特許文献１に開示された走査型表示装置の構成を示す。この例では、偏向器を用いて、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を２次元走査することで、スクリーン上にカラー画像を表示している。水平方向の偏向器にはＭＥＭＳミラー１６を用い、垂直方向の偏向器にはガルバノミラー１７を用いている。ＭＥＭＳミラーは、半導体製造技術などを用いて作製されたものである。図１０にＭＥＭＳミラーの構成図の例を示す。下側Ｓｉ基板２１には、磁性体からなるコア２２、コア２２を巻くように銅パターンからなるコイル２３が形成され、上側Ｓｉ基板２４にはエッチングにより作製されたトーションバー２５で支えられるミラー面２６が形成されている。上下のＳｉ基板を張り合わせ、電磁力によってミラー面２６の回転共振状態を保つように設計されており、非常に高い共振周波数を持つ。しかし、ＭＥＭＳミラーの反射面を大きくすると、高い共振周波数を発生させることが困難になる。そのため、反射面を１．５ｍｍ角と非常に小さな値としている。したがって、ＭＥＭＳミラーを偏向器としてビームを走査する場合、反射面よりも細いビームが必要となる。

このような走査型表示装置の光源として、レーザを用いることが考えられる。レーザには、高い出力と優れた指向性があり、細いビームを走査する走査型表示装置の光源として適している。しかし、レーザはコヒーレンスが高いため、走査された画像中にレーザ特有のスペックルノイズ（粒状の干渉パターン）が現われ、画質劣化の原因となっている。

スペックルノイズを低減する手法として、種々の方法が開示されている。例えば、特許文献２には、走査型表示装置において、厚さが互いにΔｔずつ異なるＮ個の領域からなる屈折率ｎの透明光学素子を用いてスペックルノイズを低減する方法が提案されている。半導体レーザの発散光束をコリメーターレンズで平行光束にし透明光学素子に入射させ、段差Δｔの異なる部分を通過した光束に、光路差（ｎ−１）Δｔを与えて、各光束の可干渉性を低減させる。透明光学素子を通過した可干渉性のない複数の光束をレンズで重ね合わせて光走査することにより、スペックルノイズを低減することができる。しかしながら、各光束に十分な光路差を与えるには、透明光学素子の段差Δｔを大きくする必要がある。その結果、走査型表示装置において、コンパクトな光学系の構成を取ることが困難になる。特に、固体レーザやシングルモードの半導体レーザのようなコヒーレンス長が長い光源を用いた場合には、透明光学素子のサイズが非常に大きくなる。したがって、携帯性に優れた民生用の走査型表示装置に透明光学素子を組み込むことは、コンパクトな光学系が構成できないという点で問題になる。

他の手法として、例えば、特許文献３では、慣性閉じ込め型核融合装置に用いられるレーザシステムにおいて、偏光制御素子を用いてレーザ光の偏光方向を制御することによってスペックルを低減する方法が提案されている。レーザ光の偏光方向を９０°回転させる偏光制御素子を等間隔のピッチで市松状に配置する。偏光制御素子の大きさは２ｍｍ×２ｍｍ、全体の大きさが２８ｍｍ×２８ｍｍ（１９６エレメント）である。レーザ光を偏光制御素子に透過させることで、互いに直交した偏光成分を有する２光束を形成する。この２光束によって生じるスペックルパターンには相関がないので、各スペックルパターンの強度を重ね合わせて、スペックルノイズを低減することができる。しかしながら、偏光制御素子を用いる場合、ビーム内をいくつかの領域に分割し、各領域の偏光方向を回転させるため、ビーム径を偏光制御素子の全体の大きさまで広げる必要がある。そのため、本構成は、細いビームを走査するＭＥＭＳミラーを偏向器とした走査型表示装置には適していない。
特開２００３−２１８０００号公報 特開２０００−２０６４４９号公報 特登録第２８４０２２４号公報

携帯性に優れた小型な走査型表示装置を実現するには、光学系の構成をコンパクトにする必要がある。また、特に、ＭＥＭＳミラーを偏向器として用いてスクリーン上に画像を表示する場合は、ＭＥＭＳミラーの反射面より細いビームを光走査して画像を表示する必要がある。上記のスペックル低減方式は、これらの条件を満たした構成ではなかった。

本発明の第１の目的は、携帯性に優れた小型な走査型表示装置への組み込みに適したスペックル低減手段を提案し、投射画像の画質を向上させることである。本発明の第二の目的は、コンパクトな構成を有する光束圧縮手段を提案し、走査画像の輝度を向上させ、小型で低コストな走査型表示装置を提供することである。

（１）少なくとも１つのレーザ光源とレーザビームを偏向する偏向手段とを備え、前記レーザビームをスクリーン上に２次元に走査して画像を表示する走査型表示装置において、
前記レーザビームを第１と第２の光束に分割し、第１の光束の光路上に該光束の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を配置し、前記第２の光束とを再び合成する光合成手段を備え、該光合成手段により偏光方向が異なる該２光束を重ね合わせた合成光束を、前記スクリーン上に光走査して画像を表示することを特徴とする。

特に、（１−１）前記光合成手段は、互いに直交する偏光光束の光路を合成するものであることや、（１−２）前記走査型表示装置は、半導体レーザの活性層と垂直な方向のレーザビームを圧縮する光束圧縮手段を有することや、（１−３）前記レーザビームの少なくとも１つは、波長変換したレーザビームであることや、（１−４）前記走査型表示装置は、波長変換したレーザビームを圧縮する光束圧縮手段を有することや、（１−５）前記レーザビームは、赤色、緑色、青色を中心波長とする複数の光ビームからなることや、（１−６）前記走査型表示装置は、赤色、緑色、青色を中心波長とする複数の光ビームを圧縮する光束圧縮手段を有することを特徴とする。

以上、本発明は、レーザ光のようなコヒーレント光を２次元に走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置において、投射画像のスペックルノイズを低減し、画質を向上することができる。さらに、走査型表示装置にスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系を組み込むことによって、投射画像のスペックルノイズ低減に加えて、ビーム圧縮による高輝度化、光学系のユニット化による小型化、低コスト化が実現できる。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における走査型表示装置の水平断面概要図である。本発明の特徴は、入射光学系の中に、スペックル低減手段（スペックルリダクション光学系１００）を構成した点である。

レーザ光源１０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ１０２により細い平行光束にされる。コリメーターレンズ１０２から出射した平行光束は、スペックルリダクション光学系１００に入射する。スペックルリダクション光学系１００から出射した光束は、２つの偏向器１０７−ａ、１０７−ｂからなる偏向手段に到達する。偏向手段では、前記合成光束を２次元方向に偏向している。前記合成光束は、偏向器１０７−ａで水平方向に偏向される。水平方向に偏向された偏向光束は偏向器１０７−ｂで垂直方向に偏向される。偏向器１０７−ａ、１０７−ｂによって２次元に偏向された偏向光束は、走査光学系１０８に到達する。走査光学系１０８は、前記偏向光束をスクリーン１０９上にスポットとして結像させている。このとき、前記偏向光束は走査光学系１０８を介してスクリーン１０９上に導光され、スクリーン１０９上を２次元方向に光走査されている。これにより、スクリーン１０９上に２次元画像を表示している。

本実施例において、先ほど示した偏向器１０７−ａにはＭＥＭＳミラーを用い、偏向器１０７−ｂにはカルバノミラーを用いる。ＭＥＭＳミラーは、半導体製造技術などを用いた公知のＭＥＭＳ技術によって作製されたものであり、非常に高い共振周波数を持ち、ミラー面は１．５ｍｍ角と非常に小さい。例えば、フレームレート６０Ｈｚ、水平本数８００、垂直本数６００のＳＶＧＡ画像では、ＭＥＭＳミラーによる光走査を往復で行う場合、垂直方向光利用時間率を８０％とすると、ＭＥＭＳミラーに求められる駆動周波数は２２．５ｋＨｚとなる。ガルバノミラーは、ミラーに軸を付け、電気信号に応じてミラーの回転角を変えられるようにした偏向器であり、フレームレートと等しい周波数６０Ｈｚで駆動する。本実施例では、偏向手段を構成する偏向器として、ＭＥＭＳミラーとガルバノミラーの例を示したが、本発明においては偏向器の構成に制限はない。

本発明のスペックルリダクション光学系１００におけるスペックル低減の原理に関して説明する。スペックルは、スクリーンからの散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合うことで発現する。通常のスクリーンは、表面粗さがレーザ光の波長より十分大きく、表面粗さの相関長が照射スポット径より十分小さいため、スクリーン上の各点で散乱したレーザ光の位相は面の微視的な凹凸に対応してランダムになり、（−π、π）間で一様な分布をとる。そのため、スクリーンからの散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合い、網膜上に不規則な粒状の干渉パターン（スペックルパターン）が発現する。スペックルパターンの写真を図２に示す。スペックルノイズを低減する手法の一つに、互いに相関のないＮ枚のスペックルパターンを重ね合わせて、スペックル強度を平滑化する方法がある。独立したＮ枚のパターンを重ね合わせるとスペックルコントラストＣは１／√Ｎ倍に低減する。スペックルコントラストＣは、スペックル強度Ｉの標準偏差σＩと平均値＜Ｉ＞の比として定義される（Ｃ＝σＩ／＜Ｉ＞）。この手法を用いてスペックルノイズを低減するためには、互いに相関のないＮ枚スペックルパターンを同時に発生させる必要がある。

本発明でも上記の通り、独立したスペックルパターンを発生させて、スペックル強度を重ね合わせることによりスペックルノイズを低減する方法を用いる。ここで、スクリーンに入射するレーザビームの偏光方向と、走査画像のスペックルパターンとの関係について検討した。走査光の偏光方向がスクリーンの水平方向に対して０°、３０°、４５°、９０°の場合のスペックルパターンの強度の等高線図を図１１に示す。図１１の結果から分かるように、走査画像のスペックルパターンは、スクリーンに入射するレーザビームの偏光方向に依存して異なるパターンになることを実験的に明らかにした。さらに、スクリーンの水平方向に振動面をもつ直線偏光によって生じるスペックルパターンと、水平方向に対して角度θをなす直線偏光を入射したときに生じるスペックルパターンの相関をみると、θが大きくなるにつれてスペックルパターンの相関は小さくなり、偏光方向が直交した場合（θ＝９０°）には、互いに相関のない独立したパターンになることを実験的に明らかにした。各パターンの相関係数を計算した結果を図１２に示す。各パターンのスペックル強度Ｘ１、Ｘ２の相関係数ｒは、スペックル強度の平均値＜Ｘ１＞、＜Ｘ２＞を用いて下式のように定義される。

本実施例では、偏光方向が互いに直交した２光束を重ね合わせた合成光束を光走査してスクリーン上に画像を表示することにより、各光束の偏光方向に対応した２つの独立したスペックルパターンを同時に発生させる。各パターンのスペックル強度を眼で重ね合わせることによって、スペックルコントラストＣを１／√２倍に低減することができる。

本実施例における、スペックルリダクション光学系１００について、図３を用いて説明する。図３は、走査型表示装置のスペックルノイズの低減に関わる構成の水平断面概要図である。本実施例では、直線偏光を出射するレーザ光源３０１を用いる。レーザ光の偏光方向を模式的に符号Ｐａ、Ｐｂで表す。符号Ｐａは、紙面に対し平行な方向に偏光方向をもつ直線偏光、符号Ｐｂは、紙面に対し垂直な方向に偏光方向をもつ直線偏光を示している。レーザ光源３０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ３０２で細い平行光束にされた後、ビームスプリッター３０３に入射する。ここで、一方の光束は透過して直進し、もう一方の光束は反射して略直角の方向に折り返される。ここで、前記平行光束を２光束Ｌａ、Ｌｂに分岐している。ビームスプリッター３０３を透過した光束Ｌａは、直進して偏光ビームスプリッター３０４に到達する。もう一方のビームスプリッターを反射した光束Ｌｂは、再びミラー３０５−ａにより略直角の方向に折り返され、１／２波長板３０６に到達する。ここで、前記光束Ｌｂの偏光方向が９０°回転される。１／２波長板３０６を透過した光束Ｌｂは、ミラー３０５−ｂにより略直角の方向に折り返され、偏光ビームスプリッター３０４に到達する。ここで、ビームスプリッター３０３で分岐された２光束Ｌａ、Ｌｂは、１光束に合成される。このとき、２つの光束は互いに直交する方向に偏光しており、合成した光束は偏光方向が直交した２つの偏光をもつ光束となる。偏光方向が直交した２光束を重ね合わせた合成光束は、偏向手段３０７に到達する。ここで、前記合成光束は２次元方向に偏向され、光走査される。

スペックルリダクション光学系１００を走査型表示装置に組み込み、偏光方向が互いに直交した２光束を合成した光束を光走査してスクリーン上に静止画像を表示した結果、単独のレーザ光を光走査して画像を表示した場合と比較して、スペックルコントラストＣがＣ＝０．３２からＣ＝０．２５に低減することができる。

以上のように、本発明により、レーザ光のようなコヒーレント光を２次元に走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置において、小型な光学系の構成で、投射画像のスペックルノイズを低減することができる。

本実施例のように、偏光方向が互いに直交した２光束（θ＝９０°）を合成した光束を光走査した場合にはスペックルノイズの低減の効果は最大になるが、２光束が完全に直交していない場合（θ≠９０°）にも、スペックルノイズの低減の効果は得られる。表１で示した相関係数ｒが０．２以下であれば一般的に相関が低いといわれており、スペックルノイズの低減のための重ね合わせの効果を発揮することができる。即ち、相関係数ｒが０．２以下（θ＞６０°）であれば比較的良好な結果が得られ、望ましくは相関係数ｒが０．１以下である。

また、本実施例では、波長５３２ｎｍの緑色の固体レーザを光源として用いたが、直線偏光を出射するレーザ光源として半導体レーザなどを用いても、同様なスペックルノイズの低減の効果が得られる。

（実施例２）
図４は、本発明の実施例２における走査型表示装置の水平断面概要図である。本実施例と実施例１との相違点は、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光源を使用した点である。

レーザ光源４０１−ａ、４０１−ｂ、４０１−ｃから発せられた発散光束は、コリメーターレンズ４０２−ａ、４０２−ｂ、４０２−ｃにより細い平行光束にされた後、クロスダイクロイックプリズム４２０に到達し、クロスダイクロイックプリズム４２０によって１つの合成光束となる。実施例１と同様に、合成光束はスペックル低減手段４００に入射する。スペックル低減手段４００から出射した光束は、偏向手段４０７に到達する。ここで、前記光束は２次元方向に偏向され、光走査される。

本実施例では、赤色、緑色、青色の各色において、偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた光束を光走査することにより、スクリーン上に画像を表示することを特徴としている。本構成をとることにより、単色の画面において実施例１と同様な効果が得られ、赤色、緑色、青色の各色のレーザ光によって生じるスペックルノイズを同時に低減することができる。さらに、赤色、緑色、青色のレーザ光を混ぜてカラー（白色）の画面を表示した場合、各波長に関して、それぞれ２枚の相関のないスペックルパターンが発生するため、計６枚のスペックルパターンの重ねあわせが成立する。その結果、カラー画像の場合、単色の画像を表示した場合と比較してスペックルがより目立たなくなる。

ここで、スペックル低減手段４００の１／２波長板の設定波長について説明する。本構成では、スペックル低減手段４００の１／２波長板の波長は、緑色の帯域（５００ｎｍ〜５５０ｎｍ）に設定する。１／２波長板の位相差は透過光の波長によって異なる値をとるため、１／２波長板の設定波長を青色の波長帯域に設定すると、設定波長との差が大きい赤色のレーザ光の位相遅れが大きくなる。その結果、偏光ビームスプリッタでの反射光の光量が低下し、光量ロスが生じる。したがって、１／２波長板の設定波長を可視光の波長帯域の中心に位置する緑色の帯域にすることで、赤色、緑色、青色の全てのレーザ光に対して、偏光ビームスプリッタでの光量ロスを小さくすることができる。本実施例では、１／２波長板の設定波長を緑色のレーザ光の波長（５３２ｎｍ）とした。緑色の波長帯域は、赤色、青色と比較して人間の眼の視感度が高いため、スペックルノイズが非常によく目立つ。１／２波長板の設定波長を緑色のレーザ光の波長帯域にすることにより、緑色のレーザ光に関して偏光方向が直交した２光束の重ね合わせが実現でき、スペックルノイズ低減の効果を最大にすることができる。その結果、カラー画像のスペックルノイズを人間の眼に目立たなくすることができる。

以上のように、本発明により、レーザ光のようなコヒーレント光を２次元に走査してスクリーン上にカラー画像を表示する走査型表示装置において、小型な光学系の構成で投射画像のスペックルノイズを低減することができる。

（実施例３）
図５は、本発明の実施例３における走査型表示装置の垂直断面概要図である。本実施例と実施例１、２との相違点は、光源に半導体レーザを用いた点と、入射光学系の中に、スペックル低減手段とビーム圧縮手段を兼ね備えたスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００を構成した点である。

スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００の構成について説明する。本実施例では、光源として半導体レーザ５０１を用いる。半導体レーザ５０１から発したレーザ光は直線偏光であり、レーザ光の偏光方向を模式的に符号Ｐａ、Ｐｂで表す。符号Ｐａは、紙面に対し平行な方向に偏光方向をもつ直線偏光、符号Ｐｂは、紙面に対し垂直な方向に偏光方向をもつ直線偏光を示している。

半導体レーザ５０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ５０２によって平行光束にされる。コリメーターレンズ５０２を出射後の平行光束において、コリメーターレンズ５０２の光軸を通る水平面に対して上半分の領域の光束をＬａ、下半分の領域の光束をＬｂとする。前記光束Ｌａは、コリメーターレンズ５０２を出射後に、１／２波長板５０３に到達する。ここで、前記光束Ｌａの偏光方向が９０°回転される。１／２波長板５０３を透過した前記光束Ｌａは、ミラー５０４により略直角の方向に折り返され、偏光ビームスプリッター５０５に到達する。一方、コリメーターレンズ５０２の光軸を通る水平面に対して下半分の光束Ｌｂは、そのまま直進して偏光ビームスプリッター５０５に到達する。ここで、前記光束Ｌａと前記光束Ｌｂは１光束に合成される。このとき、２つの光束は互いに直交する方向に偏光しており、合成した光束は偏光方向が直交した２つの偏光をもつ光束となる。さらに、本構成では、前記光束Ｌａを前記ミラー５０４と前記偏光ビームスプリッター５０５とを用いて、略直角の方向に２回折り返し、前記光束Ｌｂに重ね合わせるため、図５中の垂直方向Ｘのビーム径を半分に圧縮する作用を有する。

スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００から出射した前記合成光束は、２つの偏向器５０６−ａ、５０６−ｂからなる偏向手段５０６に到達する。偏向手段では、前記合成光束を２次元方向に偏向している。前記合成光束は、偏向器５０６−ａで水平方向に偏向される。水平方向に偏向された偏向光束は偏向器５０６−ｂで垂直方向に偏向される。偏向器５０６−ａ、５０６−ｂによって２次元に偏向された偏向光束は、走査光学系５０７に到達する。走査光学系５０７は、前記偏向光束をスクリーン５０８上にスポットとして結像させている。このとき、前記偏向光束は走査光学系５０７を介してスクリーン５０８上に導光され、スクリーン５０８上を２次元方向に光走査している。これにより、スクリーン５０８上に２次元画像を表示している。

スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００を走査型表示装置の光学系に組み込むことにより、実施例１、２で示した偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた合成光束を光走査することによるスペックルノイズの低減効果に加えて、光束を圧縮する効果を得ることができる。半導体レーザの活性層に垂直な方向は、発散光束の広がり角が大きいため、その方向の光束をコリメーターレンズ５０２を用いて取り込むことによって、光の利用効率が向上する。その結果、レーザビームの光量が増加し、投射画像の輝度を向上させることができる。

また、前記スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００を走査型表示装置の光学系に組み込み、ビーム径Ｘのレーザビームを形成する場合、従来のコリメーターレンズと比較して、同じＮＡで焦点距離を２倍に設定することが可能になり、光学系の横倍率を半分にする効果が得られる。光学系の横倍率を半分にすると、スクリーン上での光源の像の大きさが半分になり、投射画像の解像度の低下を防ぐことができる。

さらに、本実施例のスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００の構成は、実施例１、２で示したスペックルノイズの低減に関わる構成をユニット化したものであるため、本構成を組み込むことにより、部品点数を削減することができる。

以上のように、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系５００を走査型表示装置の光学系に組み込むことにより、投射画像の画質の向上、高輝度化、装置の小型化、低コスト化が実現できる。

（実施例４）
図６は、本発明の実施例４における走査型表示装置の垂直断面概要図である。本実施例と実施例３との相違点は、波長変換したレーザビームを光源として使用した点である。波長１０６０ｎｍの半導体レーザ６０１を励起用レーザとする。前記半導体レーザ６０１から出射したレーザ光は、コリメーターレンズ６０２で平行光束となる。前記平行光束は、集光レンズ６０３通じて分極反転分布付ＬＮ結晶６０４に入射し、第２次高調波である波長５３０ｎｍのレーザ光を発生させる。前記レーザ光は、実施例３で示したスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系６００に入射する。前記レーザ光は、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系６００により、ビーム径が圧縮され、偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた合成光束となる。スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系６００から出射した前記合成光束は、偏向手段６０５に到達する。ここで、前記合成光束は２次元方向に偏向され、光走査される。

スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系６００を走査型表示装置に組み込むことにより、実施例１、２で示した偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた合成光束を光走査することによるスペックルノイズの低減効果に加えて、光束を圧縮する効果を得ることができる。その結果、波長変換したレーザビームを光源として使用した走査型表示装置においても、実施例３と同様な効果を得ることができ、投射画像の画質の向上、高輝度化、装置の小型化、低コスト化が実現できる。

（実施例５）
図７は、本発明の実施例５における走査型表示装置の垂直断面概要図である。本実施例と実施例３との相違点は、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光源を使用した点である。

レーザ光源７０１−ａ、７０１−ｂ、７０１−ｃから発せられた発散光束は、実施例３で示したスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系７００−ａ、７００−ｂ、７００−ｃにより、細いビームに圧縮され、偏光方向が互いに直交する２光束を重ね合わせた合成光束になる。前記合成光束は、クロスダイクロイックプリズム７０２に入射し、赤色、緑色、青色の各光束が１つの光束に合成される。クロスダイクロイックプリズム７０２から出射した光束は、偏向手段７０３に到達する。ここで、前記合成光束は２次元方向に偏向され、光走査される。

本実施例では、赤色、緑色、青色の各色において、偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた光束を光走査することにより、スクリーン上に画像を表示することを特徴としている。本構成を用いることにより、赤色、緑色、青色の各色のレーザ光によって生じるスペックルノイズを同時に低減することができる。

さらに、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系７００を走査型表示装置に組み込むことにより、スペックルノイズの低減効果に加えて、赤色、緑色、青色の各色の光束を圧縮する効果を得ることができる。その結果、実施例３、４と同様な効果を得ることができ、投射画像の画質の向上、高輝度化、装置の小型化、低コスト化が実現できる。

（実施例６）
図８は、本発明の実施例６における走査型表示装置の垂直断面概要図である。本実施例は、実施例５の構成をコンパクトにしたものである。光源８０１−ａ、８０１−ｂ、８０１−ｃから発せられた発散光束は、コリメーターレンズ８０２−ａ、８０２−ｂ、８０２−ｃにより平行光束にされ、クロスダイクロイックプリズム８０３により各光束が合成される。その後、前記合成光束は、実施例３で示したスペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系８００により、細いビームに圧縮され、偏光方向が互いに異なる２光束を重ね合わせた光束になる。スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系８００内の１／２波長板の設定波長は、実施例２と同様に緑色の帯域（５００ｎｍ〜５５０ｎｍ）に設定する。スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系８００から出射した前記合成光束は、偏向手段８０４に到達する。ここで、前記合成光束は２次元方向に偏向され、光走査される。

本実施例では、赤色、緑色、青色の各色において、偏光方向が異なる２光束を重ね合わせた光束を光走査することにより、スクリーン上に画像を表示することを特徴としている。本構成を用いることにより、赤色、緑色、青色の各色のレーザ光によって生じるスペックルノイズを同時に低減することができる。

さらに、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系８００を走査型表示装置に組み込むことにより、スペックルノイズの低減効果に加えて、赤色、緑色、青色各色の光束を圧縮する効果を得ることができる。その結果、実施例３、４、５と同様な効果を得ることができ、投射画像の画質の向上、高輝度化、装置の小型化、低コスト化が実現できる。

本実施例では、赤色、緑色、青色の各色のレーザビームをクロスダイクロイックプリズム８０３を用いて合成した後に、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系８００によって赤色、緑色、青色の各色のレーザビームを同時に圧縮して細いビームにし、偏光方向が互いに異なる２光束を重ね合わせた光束を形成する。そのため、スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系の使用個所が１つになり、実施例５よりコンパクトな構成を取ることができる。

本発明の実施例１における走査型表示装置の水平断面概要図 スペックルパターンの説明図 本発明の実施例１におけるスペックルノイズの低減に関わる構成についての説明図 本発明の実施例２における走査型表示装置の水平断面概要図 本発明の実施例３における走査型表示装置の垂直断面概要図 本発明の実施例４における走査型表示装置の垂直断面概要図 本発明の実施例５における走査型表示装置の垂直断面概要図 本発明の実施例６における走査型表示装置の垂直断面概要図 従来例を示す図 ＭＥＭＳミラーの構成を示す図 スクリーンに入射するレーザビームの偏光方向と、走査画像のスペックルパターンとの関係について示す図 偏光方向が異なるレーザによって生じるスペックルパターンの相関の評価

符号の説明

１０１、３０１、４０１−ａ、４０１−ｂ、４０１−ｃ、５０１、６０１、７０１−ａ、７０１−ｂ、７０１−ｃ、８０１−ａ、８０１−ｂ、８０１−ｃ 光源
１０２、３０２、４０２−ａ、４０２−ｂ、４０２−ｃ、５０２、６０２、８０２−ａ、８０２−ｂ、８０２−ｃ コリメーターレンズ
３０３ ビームスプリッター
１０４、３０４、４０４、５０５ 偏光ビームスプリッター
３０５−ａ、３０５−ｂ、５０４ ミラー
１０６、３０６、４０６、５０３ １／２波長板
１０７−ａ、１０７−ｂ、５０６−ａ、５０６−ｂ 偏向器
３０７、４０７、５０６、６０５、７０３、８０４ 偏向手段
１０９、５０８ スクリーン
１０８、５０７ 走査光学系
１００、４００ スペックルリダクション光学系
５００、６００、７００−ａ、７００−ｂ、７００−ｃ、８００ スペックルリダクション・ビームコンプレッション光学系
４２０、７０２、８０３ クロスダイクロイックプリズム
６０３ 集光レンズ
６０４ 分極反転分布付ＬＮ結晶

Claims (7)

1. 少なくとも１つのレーザ光源とレーザビームを偏向する偏向手段とを備え、前記レーザビームをスクリーン上に２次元に走査して画像を表示する走査型表示装置において、
   前記レーザビームを第１と第２の光束に分割し、第１の光束の光路上に該光束の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を配置し、前記第２の光束とを再び合成する光合成手段を備え、該光合成手段により偏光方向が異なる該２光束を重ね合わせた合成光束を、前記スクリーン上に光走査して画像を表示することを特徴とする走査型表示装置。
2. 前記光合成手段は、互いに直交する偏光光束の光路を合成するものであることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
3. 前記走査型表示装置は、半導体レーザの活性層と垂直な方向のレーザビームを圧縮する光束圧縮手段を有することを特徴とする請求項２記載の走査型表示装置。
4. 請求項１記載のレーザビームのうち少なくとも１つのレーザビームは、波長変換したレーザビームであることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
5. 前記走査型表示装置は、波長変換したレーザビームを圧縮する光束圧縮手段を有することを特徴とする請求項４記載の走査型表示装置。
6. 前記レーザビームは、赤色、緑色、青色を中心波長とする複数の光ビームからなることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
7. 前記走査型表示装置は、赤色、緑色、青色を中心波長とする複数の光ビームを圧縮する光束圧縮手段を有することを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。

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