JP2008191512A - 光散乱素子、光散乱装置、照明装置及び網膜走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射したコヒーレント光を散乱し、その散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンを変化させるための光散乱素子は、光散乱部と振動付与部とが分離しているために、素子全体が大型化した。
【解決手段】光散乱素子１は、圧電体２と、交番電圧を入力して圧電体２に振動を生じさせる電極３ａ、３ｂと、圧電体２の表面又は表面近傍に形成され、入射したコヒーレント光を散乱する光散乱面４とを備え、圧電体２をコヒーレント光の光路中に挿入し、圧電体２を振動させることにより、散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンに変化を生じさせる光散乱素子とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源等のコヒーレント光を用いて画像等を形成する際に生ずるスペックルノイズを除去する光散乱素子及びこれを用いた光学装置に関する。

近年、表示装置等の光源として、レーザ光源が使用されてきている。レーザ光源は色純度が高く、演色性の高い鮮やかな画像を形成することができる。また、近年特にレーザダイオードの高輝度化、長寿命化が進んでいる。投影装置等に用いられてきた水銀ランプ等と比較して、レーザダイオードは小型軽量であり、照明装置や映像装置への適用が好適である。

一方、レーザ光を光源として画像表示を行う場合に、スペックルノイズが問題となる。レーザ光はコヒーレント光であって干渉性が高い。このため、スクリーン等の散乱面で各方向に散乱した光が相互に干渉し、ある空間的分布を持った細かい明暗の斑点を生じる。これがスペックルパタンであり、この状態で画像提示を行うと、前記斑点状スペックルパタンが画像に重畳されて画像品質を著しく低下させる。

このスペックルノイズを防止するために、レーザ光源と画像形成用の空間変調器の間の光路中に光散乱素子を挿入し、この光散乱素子を外力により高速に振動させて散乱方向をさまざまに変えてやることでスペックルパタンを平均化し、スペックルコントラストを低減させる試みが多くなされている。

図１２は、この種の画像表示装置を示すブロック図である（特許文献１を参照）。半導体レーザ１００から出射されたコヒーレント光は、コリメータレンズ１０１により導かれて光散乱素子であるビーム整形素子１０２に入射する。入射したコヒーレント光はビーム整形素子１０２により散乱されて液晶表示装置等からなる空間変調素子１０４に照射される。ここで、ビーム整形素子１０２は、加振手段１０３により振動が加えられるように構成されている。ビーム整形素子１０２は、ポリエステル、ポリカーボネイトなどの合成樹脂が用いられ、加振手段１０３は、圧電体、ボイスコイル、超音波モータなどが用いられている。また、ビーム整形素子１０２は散乱面を有し、入射するコヒーレント光を所定の強度分布に配光させる。この散乱面を加振手段１０３により、例えば３０Ｈｚ以上の周波数で振動させる。これにより、空間変調素子１０４により変調された画像光は、その後図示しない光学系を経て被照射面に至るが、被照射面においてスペックルパタンが平均化され、画像品質の劣化を抑える構成としている。

図１３は、レーザ光のスペックルノイズを除去するためのスペックル除去手段のブロック図である（特許文献２を参照）。レーザ光源１０５から出射されたコヒーレント光は拡散素子１０７に入射して拡散され、拡散光１０８として出射される。拡散素子１０７の周囲を覆うように配置された外力発生手段１０６は、拡散素子１０７に振動を与えることができる。拡散素子１０７は、２枚の基板間に、透光性の液体からなる分散媒とこの分散媒中に分散された微粒子からなる分散質とを挟持するセルから構成されている。外力発生手段１０６は、この拡散素子１０７に微小振動を与え、この微小振動によりレーザ光のコヒーレンシーを低下させることで、スペックルノイズを低減化するように構成されている。

拡散素子１０７のセル内の分散質として、例えばＴｉＢａＯなどの誘電分極を起こす微粒子や、金属、硫化物等の電気泳動微粒子を使用する。あるいは、拡散素子１０７を液晶セルとし、外力発生手段は液晶セルに印加する電界としている。また、拡散素子１０７のセル内の分散質を磁性体微粒子とし、外力発生手段１０６を誘導コイルとしている。
特開２００４−１３８６６９号公報 特開平１１−２１８７２６号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２においては、光拡散素子であるビーム整形素子１０２や拡散素子１０７の他に、拡散素子１０７に振動を生じさせるためのボイスコイル、超音波モータ、あるいは、拡散素子１０７の周囲を囲むようにして配置した電極や、誘導コイルを必要とし、そのために、拡散素子の外形が大きくなり、また、部品点数も増加して、装置全体が大型化するという課題があった。

本発明においては上記課題を解決するために以下の手段を講じた。

請求項１に係る発明においては、入射したコヒーレント光を散乱し、その散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンを変化させる光散乱素子であって、圧電体と、交番電圧を入力して前記圧電体に振動を生じさせる電極と、前記圧電体の表面又は表面近傍に形成され、前記入射したコヒーレント光を散乱する光拡散面とを備え、前記圧電体を前記コヒーレント光の光路中に挿入し、前記電極に交番電圧を入力することにより、前記散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンに変化を生じさせる光散乱素子とした。

請求項２に係る発明においては、前記圧電体は、前記コヒーレント光を透過する透光性圧電体であることを特徴とする請求項１に記載の光拡散素子とした。

請求項３に係る発明においては、前記電極は、前記コヒーレント光の光路に対して略垂直方向に電界を生じさせるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光散乱素子とした。

請求項４に係る発明においては、前記電極は、前記コヒーレント光の光路と略同一方向に電界を生じさせるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光散乱素子とした。

請求項５に係る発明においては、前記圧電体は、前記電極に交番電圧を入力することにより共振振動を生ずることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光散乱素子とした。

請求項６に係る発明においては、前記電極は、前記コヒーレント光の光路中に形成された透光性電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光散乱素子とした。

請求項７に係る発明においては、前記圧電体は、ＰＬＺＴからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光散乱素子とした。

請求項８に係る発明においては、前記圧電体は、高分子材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光散乱素子とした。

請求項９に係る発明においては、請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子を駆動するための駆動回路とを備えた光散乱装置とした。

請求項１０に係る発明においては、請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子にコヒーレント光を照射するための光源と、前記光散乱素子を駆動する駆動回路とを備えた照明装置とした。

請求項１１に係る発明においては、請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子を駆動する駆動回路と、コヒーレント光を発光する光源と、画像を生成するための光走査系とを備える網膜走査型画像表示装置とした。

請求項１、９〜１１に係る光散乱素子、光散乱装置、照明装置、画像表示装置では、圧電体に電極を形成すると共に圧電体の表面又は表面近傍に光拡散面を形成し、この圧電体をコヒーレント光の光路中に挿入したときに、上記電極に交番電圧が印加されることにより生じる圧電体の振動を上記光拡散面に伝達して該散乱面に起因するスペックルパタンに変化を生じさせることができる。これにより、光散乱素子に加振手段等の外部素子を取り付けることなく光散乱面に振動を伝達することができるので、スペックルノイズ低減素子としての光散乱素子を軽量かつコンパクトに構成することができる、という利点を有する。

請求項２に係る光散乱素子は、圧電体をコヒーレント光が透過する透光性圧電体とした。これにより、光散乱面を備える透光性圧電体自体が振動するので、他に加振手段等を設ける必要がなく、軽量かつコンパクトに光散乱素子を構成することができる、という利点を有する。

請求項３に係る光散乱素子は、圧電体に形成した電極がコヒーレント光の光路に対して略垂直方向に電界を生じさせるように配置されるようにした。これにより、光路に直交する面内に圧電体の伸縮運動を生じさせることができる、という利点を有する。

請求項４に係る光散乱素子は、圧電体に形成した電極がコヒーレント光の光路と略同一方向に電界を生じさせるように配置されるようにした。これにより、圧電体に高電界を印加することができるようになり、駆動電圧を低下させることができる、という利点を有する。

請求項５に係る光散乱素子は、電極に印加される交番電圧により圧電体が共振振動を行うようにした。これにより、圧電体の振幅が大きくなり、光散乱面に大振幅の振動を生じさせることができるので、スペックルパタンを数多く変化させ平均を多く取ることができる、という利点を有する。

請求項６に係る光散乱素子は、電極がコヒーレント光の光路中に形成された透光性電極とした。これにより、コヒーレント光の光路中に電極を形成することが可能となり、電極の設計自由度を大きくとることができるという利点を有する。

請求項７に係る光散乱素子は、圧電体をＰＬＺＴから形成した。これにより、圧電体を誘電率の大きな透光性強誘電性圧電体とすることができ、光散乱面に大振幅の振動を与えることができる、という利点を有する。

請求項８に係る光散乱素子は、圧電体を高分子材料からなる材料とした。これにより、光散乱素子を軽量に且つ任意の形状に形成することができる、という利点を有する。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

＜光散乱素子の第１実施形態＞
図１は、本発明に係る光散乱素子１の第１実施形態を表し、図１（ａ）が斜視図であり、図１（ｂ）が断面図である。図１に示すように、透光性の板状の圧電体２の上下端面には金属膜からなる電極３ａ、３ｂが対向するように形成されている。圧電体２は、電極３ａの下部に形成した支持部１０により支持されている。圧電体２の表面には光散乱面４が形成されており、圧電体２と共にコヒーレント光７の光路に挿入されている。なお、支持部１０は電極３ａの下部に設けるほかに、圧電体２の側端部を支持するようにしてもよい。また、駆動回路５は電極３ａ、３ｂに対して交番電圧を印加することができ、光散乱素子１と駆動回路５とを備えて光散乱装置を構成している。

圧電体２の表面には光散乱面４が形成されているので、入射したコヒーレント光７は光軸8に対して所定の配光特性を持つ散乱光９として出射される。駆動回路５により電極３ａ、３ｂに交番電圧を印加することにより、圧電体２の内部には光軸８の方向に対して略直交する方向に電界が生じる。この電界により圧電体２は光軸８の方向に対して垂直面内にて振動する。光散乱面４は圧電体２の表面に形成されているので、光散乱面４が振動する。よって、人間の目の応答時間よりも短いある時間幅内に、ある特定の空間を通過して前記散乱面に入ってくる光は、前記散乱面のさまざまな異なる箇所を通過したのち、後段の光学系を経て観察者によって観察される。従って、最終的に観察者の目で観察されるべく瞳孔を通過した光は、観察者の網膜上で時間平均され、平均に寄与した光の状態数に応じてスペックルコントラストが低下する。このため、重畳するスペックルノイズが低減され、画像品質が向上する。

圧電体２として、透光性セラミックス、透光性単結晶、高分子材料を使用することができる。透光性セラミックスとしてＰＬＺＴ（鉛：Ｐｂ−ランタン：Ｌａ−ジルコン：Ｚｒ−チタン：Ｔｉ系酸化物）を使用することができる。透光性単結晶としてＬｉＮｂＯ３単結晶、高分子材料としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用することができる。ＰＬＺＴを使用する場合には、ＺｒとＴｉ比を略６５対３５とし、Ｐｄに対するＬａ濃度を略７％〜９％の範囲とすれば透光性を有する。圧電体２は１辺を５ｍｍ〜２０ｍｍ、厚さ１００μｍ〜３ｍｍの矩形形状とする。また、矩形形状の他に、円形や楕円形としてもよい。

電極３ａ、３ｂとして金属電極や導電ペースト等を使用することができる。電極３ａ、３ｂの配置は、上下の端面の他に、左右の端面に形成することができる。また、コヒーレント光７が照射されない光散乱面４やその反対側表面に形成することができる。また、光散乱面４は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程により圧電体２の表面に凹凸を形成することにより形成することができる。また、サンドブラスト等により表面に粗面処理を施してもよい。また、表面が凹凸形状の光散乱面４を有する透光性材料を貼り付けてもよい。また、光散乱面４は、圧電体２に対してコヒーレント光が入射する入射側の他に、散乱光９が出射する出射側に設けることができる。

また、電極を圧電体２の上下の端部に形成することの他に、圧電体２の左右の端部に形成してもよいし、上下及び左右の各端部に形成してもよい。電極３ａ、３ｂに駆動回路５から交番電圧を印加することにより、圧電体２は印加電界方向に伸縮運動を行う。これにより、光散乱面４も振動する。駆動回路５から与える交番電圧の周波数は、３０Ｈｚ以上とする。３０Ｈｚ以上とすることにより、スペックルパタンが３０Ｈｚ以上の周期で変化する。従って、通常の状態（例えば極端な暗所でない）においてはおおよそその人間の網膜に存在する感光体の応答時間（以下、単に目の応答時間という）は３０Ｈｚよりも遅いため、観察者は時間平均されたスペックルパタンを観察することになり、提示画質低下が緩和される。尚、後述する画像表示装置等で実施する場合は、垂直同期信号等が得られ、垂直同期信号は３０Ｈｚや６０Ｈｚ（２５Ｈｚや５０Ｈｚの場合もある）なので、垂直同期信号に基づいて振動させてもよい。

また、駆動回路５が与える周波数を圧電体２が共振する共振周波数とすることができる。圧電体２を共振振動させることにより、同じ時間内に光散乱面４に対してより大きな変位を与えることができる。これにより、目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

＜光散乱素子の第２実施形態＞
図２は、本発明に係る光散乱素子１の第２実施形態を表し、図２（ａ）がその斜視図であり、図２（ｂ）がその断面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図２（ａ）において、圧電体の入射側及び出射側の表面には透光性電極１１ａ、１１ｂが形成されている。コヒーレント光７が出射される出射側の圧電体２の表面には光散乱面４が形成され、その上に透光性電極１１ｂが形成されている。圧電体２は支持部１０により支持されている。透光性電極１１ａ、１１ｂは、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）を使用している。ＩＴＯは電子ビーム蒸着法により堆積することができる。透光性電極１１ａ、１１ｂとしてＩＴＯの他に、酸化スズや酸化亜鉛を使用することができる。なお、光散乱素子１と透光性電極１１ａ、１１ｂに交番電圧を与える駆動回路５とを含めて光散乱装置としている。

駆動回路５から透光性電極１１ａ、１１ｂに交番電圧を印加することにより、圧電体２にはコヒーレント光７の光軸８と略同じ方向に電界を生じさせている。圧電体２の板厚は、圧電体２の対向する端面間の距離よりも小さいので、同じ印加電圧で圧電体２に高電界を与えることができる。従って、上記実施形態１と比較して、駆動電圧を低下することができる。透光性電極１１ａ、１１ｂに交番電圧を印加することにより、圧電体２は振動し、光散乱面４も振動する。その結果、散乱光９には振動成分が含まれることになり、結像される画像面において光の位相差が変動する。その結果、目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

＜光散乱素子の第３実施形態＞
図３は、本発明に係る光散乱素子１の第３実施形態を表し、図３（ａ）がその斜視図であり、図３（ｂ）がその平面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

図３（ａ）、図３（ｂ）において、光散乱素子１は、透光性の圧電体２と、圧電体２の入射光側に形成された櫛歯状の形状を有する櫛歯電極１３ａ、１３ｂと、圧電体２の出射光側に形成された光散乱面４とから構成されている。また、図３（ａ）では省略しているが、圧電体２は支持部１０ｂにより支持されている。櫛歯電極１３ａの櫛の部分と、櫛歯電極１３ｂの櫛の部分は互いに噛み合うように配置されている。また、光散乱素子１と、櫛歯電極１３ａ、１３ｂに交番電圧を印加するための駆動回路５とを含めて光散乱装置が構成されている。さらに、作製の際の分極工程においても、櫛歯電極を利用するので、分極方向が電極の各ストライプ間で交互に反転した構成としている。

駆動回路５から交番電圧を印加することにより、櫛歯電極１３ａと対向する櫛歯電極１３ｂとの間の圧電体２に電界を生じさせることができる。この電界はコヒーレント光の光軸８の方向に直交する方向を向いている。同様に、光散乱面４側にも同一の電極を形成して駆動回路５から同様に交番電圧を印加すれば、光軸８に直行する方向により効果的に電界を生じさせることができる。櫛歯電極１３ａと１３ｂとの間の距離を適切に設定することにより、光軸８と直交する方向に低電圧で高電界を生じさせることができる。これにより、圧電体２を低電圧で振動させることができる。櫛歯電極１３ａ、１３ｂは、ＩＴＯなどの透明電極でも、金属などの不透明電極であってもよい。その他は上記第１実施形態又は第２実施形態と同様なので、説明を省略する。

＜光散乱素子の第４実施形態＞
図４は、本発明に係る光散乱素子１の第４実施形態を表す断面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。

光散乱素子１は、透光性の圧電体２と、この圧電体２を挟むようにして形成されている透光性電極１１ａ、１１ｂと、コヒーレント光７の出射側に貼り付けられた透光性の光散乱板１４により構成されている。光散乱板１４の出射側には光散乱面１５が形成されている。光散乱板１４は透光性の合成樹脂からなり、光散乱面１５は射出成形により形成している。光散乱板１４の材料としては、ポリカーボネイト、アクリル樹脂等を使用することができる。このようにすれば、圧電体２の表面を所定形状の凹凸面とするエッチング工程を省くことができるので、光散乱面１５を比較的容易に形成することができる。図示しない駆動回路により透光性電極１１ａ、１１ｂに交番電圧を印加して圧電体２を振動させることにより、光散乱面１５にその振動を伝達することができる。その他は、実施形態２と同様なので、説明を省略する。

＜光散乱素子の第５実施形態＞
図５は、本発明に係る光散乱素子１の第５実施形態を表す断面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。図５において、光散乱素子１の圧電体として、透光性の高分子材料であるポリフッ化ビニリデン（以下ＰＶＤＦという）を使用した。ＰＶＤＦ１６の中には光拡散粒子１７を分散させている。ＰＶＤＦ１６の両表面にはＩＴＯなどからなる透光性電極１１ａ、１１ｂが形成されている。光拡散粒子１７として、ＰＶＤＦと屈折率を異にする透光性材料や硫酸バリウムなどの白色顔料を使用することができる。入射したコヒーレント光７はＰＶＤＦ１６と光拡散粒子１７との界面で散乱され、散乱光９として出射される。光散乱粒子として、金粒子等の金属、ポリスチレン等の高分子材料粒子等を使用することができる。また、前記拡散粒子として、径の小さな気泡を混入することで屈折率差のあるマイクロ散乱粒子として利用してもよい。

透光性電極１１ａ、１１ｂ間に交番電圧を与えることによりＰＶＤＦは振動し、これに伴い光拡散粒子１７も振動する。その結果、目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

＜光散乱素子の第６実施形態＞
図６は、透明基板１９の上に圧電体薄膜１８を形成した光散乱素子１の第６実施形態の断面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。図６において、透明基板１９の入射側の表面には透光性電極１１ｂが形成され、その上に透光性の圧電体薄膜１８が積層され、その上に透光性電極１１ａが形成されている。透明基板１９のコヒーレント光出射側の表面には、光散乱面１５が形成された光散乱板１４が貼り付けられている。透光性電極１１ａ、１１ｂ間に交番電圧を印加することにより、透明基板１９は振動し、この振動が光散乱面１５に伝達される。その結果、散乱光９により形成されるスペックルパタンを変動させて、結像された画像の品質を向上させることができる。なお、透明基板１９は、ガラスや高分子材料を使用することができる。光散乱板１４やその他に構成は、既に説明した上記第４実施形態と同様であり、説明を省略する。

＜光散乱素子の第７実施形態＞
図７は、本発明に係る光散乱素子２０の第７実施形態を表す断面図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。図７において、光散乱素子２０は、表面に凹凸状の形状が形成されている圧電体２１と、圧電体２１の下面及び上面に形成されている電極２４ａ、２４ｂとにより構成されている。光散乱素子２０は、支持部１０ｃにより支持されている。電極２４ａ、２４ｂはアルミニュウム等の金属を使用した。圧電体２１の上面は光を高効率で拡散させるための機械的面粗さを持った粗面が形成されているために、その上に形成したアルミニュウム等の金属もしくは非金属薄膜からなる電極２４ｂは反射型の光散乱面２３となる。即ち、斜めの角度で入射する入射コヒーレント光２５は、光散乱面２３により散乱され、散乱光２６として出射される。なお、光散乱素子２０と電極２４ａ、２４ｂに交番電圧を与える駆動回路５とを含めて光散乱装置を構成している。

ここで、圧電体２１は光を透過しない材料を使用することができる。例えばＰＺＴ（Ｐｂ−Ｚｒ−Ｔｉ）系圧電体やチタン酸バリウム系圧電体等を使用することができる。また、圧電体２１は板状に限らずブロック状の形状とすることができる。圧電体２１の透過率を考慮する必要がないからである。また、電極２４ａ、２４ｂを圧電体２１の上下面に形成しているが、これに代えて、圧電体２１の側面部に一対の電極を設置してもよい。

駆動回路５から電極２４ａ、２４ｂに交番電圧が印加されると、圧電体２１が振動し、その上に形成される光散乱面２３も振動する。これにより、目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

＜照明装置の実施形態＞
図８は、本発明に係る照明装置３０を表すブロック図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分について同一の符号を付した。照明装置３０は、半導体レーザダイオードからなる光源３２と、光源３２から出射されたコヒーレント光を略平行光に変換するコリメータレンズ３３と、コリメータレンズ３３からコヒーレント光を集光する第１フライアイレンズ３４と、第１フライアイレンズ３４の焦点近傍に配置した光散乱素子１と、光散乱素子１からの散乱光を略平行光に変換する第２フライアイレンズ３５と、光散乱素子１に交番電圧を与える駆動回路５とから構成されている。第１フライアイレンズ３４及び第２フライアイレンズ３５は、多数の微小レンズが平面的に配列されている。光散乱素子１は、上記第１実施形態〜第６実施形態において説明した圧電体２の表面又は表面近傍に光散乱面４が形成されたものを使用している。そして、光散乱素子１の圧電体２はコヒーレント光の光軸８方向の光路に挿入されている。

光源３２から照射されたコヒーレント光は第１フライアイレンズ３４により光散乱素子１の光散乱面４において焦点を結ぶ。光散乱面４に入射したコヒーレント光は所定の配光特性で散乱されて散乱光が出射される。第２フライアイレンズ３５は、光散乱素子１から散乱された光を再び略平行光に変換して投射する。駆動回路５から交番電圧を光散乱素子１の圧電体２に与えることにより、光散乱面４が振動する。その結果、散乱されるコヒーレント光に微小振動を与えることができる。光散乱素子１がコヒーレント光の焦点位置に配置されて振動するので、目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

なお、上記照明装置３０において、第１フライアイレンズ３４及び第２フライアイレンズ３５に代えて、コンデンサレンズ等の通常のレンズを使用することができる。また、光源３２として、赤色、緑色及び青色の半導体レーザを用いて白色光からなる照明装置３０とすることができる。これらの照明装置は、例えば液晶表示素子やマイクロミラーレンズを使用した画像表示装置に使用することができる。また、例えば顕微鏡の光源として使用することができる。

＜画像形成装置の実施形態＞
図９は、図８に示した照明装置３０を用いた画像投影装置３１のブロック図である。同一の部分及び同一の機能を有する部分は同一の符号を付した。図９において、照明装置３０から出射した光は液晶表示素子からなる光変調素子３６に照射される。光変調素子３６は入射光を画像光に変換し、投影レンズ系３７に出射される。画像光は投影レンズ系３７によりスクリーン３８に拡大投射され、可視化される。光源としてレーザ光のようなコヒーレント光を用いると、投影される画像にスペックルノイズが混じり画像品質が悪化するが、圧電体２により光散乱面４を振動させることにより目の応答時間内に観察者の網膜上にて重ね合わせられ時間平均される光の状態が数多く作り出せる。その結果、スペックルノイズを効果的に低減させることができる。

なお、光変調素子３６として透過型液晶表示素子を使用しているが、これを反射型液晶表示素子や多数のマイクロミラーを用いたＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を使用することもできる。光源に、赤色レーザ、緑色レーザ及び青色レーザを用いることにより、彩度の高い美しい画像を投影することができる。もちろん白色レーザとカラーホイール・ＤＭＤの組み合わせを用いても、良好な品質の画像を提示することができる。

＜網膜走査型画像表示装置の実施形態＞
図１０は、本発明に係る網膜走査型画像表示装置の実施形態を表すブロック図であり、上記光散乱素子１を用いている。同一の部分又は同一の機能有する部分は同一の部号を付した。

図１０において、網膜走査型表示装置４０は観察者の眼球５８の網膜６０上に映像を直接結像する。青色の光を発光するＢレーザ４７、緑色の光を発光するＧレーザ４８及び赤色に光を発光するＲレーザ４９から出射した映像光はコリメート光学系５０により平行光となり、ダイクロイックミラー５１により合成され、結合光学系５２により集光されて光ファイバー５９内に入射される。光ファイバー５９から出射した映像光は第２のコリメート光学系５３を介して光走査素子６２のミラー部６７に照射される。ミラー部６７は水平走査駆動回路５４により駆動されて揺動振動し、反射光を水平走査する。水平走査された映像光は第１のリレー光学系５５を介してガルバノミラー６１に照射される。ガルバノミラー６１は磁界により鏡面が揺動して反射光を垂直方向に走査する。ガルバノミラー６１から反射した映像光は第２のリレー光学系を構成する第１レンズ６３ａ及び第２レンズ６３ｂを介して眼球５８の網膜６０の上に結像される。第１レンズ６３ａ及び第２レンズ６３ｂの間には、上記第１実施形態〜第６実施形態において説明した光散乱素子１が挿入されている。光散乱素子１には、交番電圧を供給するための光散乱素子駆動回路６４が接続されている。なお、以上の構成において、水平走査駆動回路５４、光走査素子６２、垂直走査駆動回路５６及びガルバノミラー６１が光走査系を構成している。

映像信号供給回路４３は映像信号を入力して青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色に対応する画像信号をＢレーザ駆動回路４４、Ｇレーザ駆動回路４５及びＲレーザ駆動回路４６のそれぞれに出力する。Ｂレーザ４７はＢレーザ駆動回路４４からの駆動信号に基づいて光強度が変調されたＢ色のレーザ光を出射する。Ｇレーザ４８及びＲレーザ４９も同様に各画像信号に基づいて光強度が変調された各色のレーザ光を出射する。

映像信号供給回路４３は画像信号に同期した水平同期信号及び垂直同期信号を水平走査駆動回路５４及び垂直走査駆動回路５６に出力する。水平走査駆動回路５４は光走査素子６２に駆動信号を出力してミラー部６７を揺動振動させる。この場合の揺動はミラー部６７の共振振動に基づく。フォトセンサー６５は水平走査駆動回路５４により水平走査された光の一部を受光して電気信号に変換し、ＢＤ信号検出回路５７に出力する。ＢＤ信号検出回路５７は水平走査のタイミングを検出して映像信号供給回路４３にタイミング信号を出力し、映像信号供給回路４３は入力したタイミング信号により映像信号の開始タイミングを正確に決定する。

なお、上記網膜走査型表示装置４０において、光散乱素子１を第２のリレー光学系に設置したが、これに変えて第１のリレー光学系５５の近傍、第２のコリメート光学系５３の近傍等に設置することができる。本実施形態において光散乱素子１は射出瞳径を拡大する機能を有する。そして、光散乱素子駆動回路６４により光散乱素子１を振動させることにより、網膜６０に投影される虚像のスペックルパタンを平均化して、画像品質を向上させることができる。

＜光散乱素子の製造方法＞
図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、光散乱素子１の製造方法を説明するための説明図であり、圧電体板７１の断面図により表している。

図１１（ａ）に示すように、まずＰＬＺＴセラミック等からなる圧電体基板７１を用意する。ＰＬＺＴセラミックを使用する場合には、Ｚｒ対Ｔｉ組成比を略６５対３５、Ｐｂに対するＬａの組成比を略１００対７〜９とする。これにより透明な強誘電体を得ることができる。圧電体板７１は、厚さを１００μｍ〜数ｍｍとし、１辺の長さ又は直径を１０ｍｍ〜１００ｍｍの四角形又は円形のウエハーとする。表面は研磨して平坦化する。次に、図１１（ｂ）に示すように、スピンコーター等によりレジストからなる感光性樹脂膜７２を塗布する。次に、感光性樹脂膜７２にホログラフィの手法により散乱面のパターンを露光形成する。次に、感光性樹脂膜７２を現像し、図１１（ｃ）に示すように、感光性樹脂膜７２の表面に凹凸形状を形成する。次に、この表面にＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）処理を施して、圧電体板７１の表面をエッチングする。次に、図１１（ｄ）に示すように、感光性樹脂膜７２をアッシング等により除去して圧電体板７１の表面を露出させて、圧電体板７１の表面に光散乱面７４を形成する。

次に、図１１（ｅ）に示すように、圧電体板７１の上面及び下面に、ＩＴＯからなる透光性電極７５、７６を堆積する。ＩＴＯを真空スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法により厚さ数１０ｎｍ〜０．１μｍ程度堆積する。次に、図１１（ｆ）に示すように、ダイシング装置を用いて分割する。

分割後に、分極処理を行う。分極処理は、図１１（ｅ）に示すダイシング前に行ってもよいし、ダイシングにより分割後に行ってもよい。分極処理は、形成した透光性電極７５、７６を直流電源７７に接続し、圧電体板７１をキュリー温度以上に加熱して、直流電圧を所定の時間印加し、分極を誘起する。そののち、電圧をかけたままキュリー温度以下に冷却する。これにより、圧電体板７１を一様に分極処理することができ、室温においても分極状態を維持することが可能となる。

なお、光散乱素子２０の第７実施形態の場合には、上記圧電体板７１として透光性を必要としない。従って、ＴｉＢａＯ３やＰＺＴなどの圧電材料を使用することができる。また、透光性電極７５、７６に代えて、金属電極や導電ペースト等を使用することができる。

本発明の実施形態に係る光散乱素子の斜視図及び断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の斜視図及び断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の斜視図及び断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る光散乱素子の断面図である。 本発明の実施形態に係る照明装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る画像表示装置のブロック図である。 本発明の実施形態に係る網膜走査型画像表示装置のブロック図である。 本発明に光散乱素子の製造方法を説明するための説明図である。 従来公知の画像表示措置のブロック図である。 従来公知の拡散素子の断面図である。

符号の説明

１ 光散乱素子
２ 圧電体
３ａ、３ｂ 電極
４ 光散乱面
５ 駆動回路
６ 電界方向
７ コヒーレント光
８ 光軸
９ 散乱光
１０ 支持部

Claims (11)

1. 入射したコヒーレント光を散乱し、その散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンを変化させる光散乱素子であって、
   圧電体と、交番電圧を入力して前記圧電体に振動を生じさせる電極と、前記圧電体の表面又は表面近傍に形成され、前記入射したコヒーレント光を散乱する光拡散面とを備え、
   前記圧電体を前記コヒーレント光の光路中に挿入し、前記電極に交番電圧を入力することにより、前記散乱されたコヒーレント光により生ずるスペックルパタンに変化を生じさせる光散乱素子。
2. 前記圧電体は、前記コヒーレント光を透過する透光性圧電体であることを特徴とする請求項１に記載の光拡散素子。
3. 前記電極は、前記コヒーレント光の光路に対して略垂直方向に電界を生じさせるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光散乱素子。
4. 前記電極は、前記コヒーレント光の光路と略同一方向に電界を生じさせるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光散乱素子。
5. 前記圧電体は、前記電極に交番電圧を入力することにより共振振動を生ずることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光散乱素子。
6. 前記電極は、前記コヒーレント光の光路中に形成された透光性電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光散乱素子。
7. 前記圧電体は、ＰＬＺＴからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光散乱素子。
8. 前記圧電体は、高分子材料からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光散乱素子。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子を駆動するための駆動回路とを備えた光散乱装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子にコヒーレント光を照射するための光源と、前記光散乱素子を駆動する駆動回路とを備えた照明装置。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載した光散乱素子と、前記光散乱素子を駆動する駆動回路と、コヒーレント光を発光する光源と、画像を生成するための光走査系とを備える網膜走査型画像表示装置。

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