JP2010060912A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルノイズを解消しつつ、偏光眼鏡をかけて映像を見た場合の画面内における色むらを抑えて画面のちらつきを抑制する画像表示装置を得ること。
【解決手段】レーザ光源１から出射された光は、集光光学系９により光ファイバ４に集光される。光ファイバ４に入射された光束は内面で複数回反射されたのち、出射される。光ファイバ４から出射された光束は、照明光学系２０により光束の強度分布が均一化され、ライトバルブ１０の入射面形状に略相似な矩形状となるよう整形され、更に照明光学系２０の絞り位置近傍に配置されたリタデーションの小さい回転拡散板７を透過した後、照射光としてライトバルブ１０に照射される。この照射光は、ライトバルブ１０から映像信号に対応した画像光として出射され、投写光学系３０によりスクリーン４０に拡大投写される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光学系から発せられた照明光を用いて画像を表示する画像表示装置に関するものである。

近年、光学式画像表示装置の光源としてレーザが利用される傾向にある。このレーザから射出された光は、高い指向性を有しているので光利用効率が向上する。また、レーザ光が有する単色性は画像表示装置において必要とされる広い色再現領域を実現することができるので、レーザ光は照明用光源として有用であると考えられている。

このようなレーザ光源はコヒーレンス（可干渉性）が高いため、スペックルノイズが発生しやすい。スペックルノイズは、スクリーン上に形成される空間的にランダムな干渉模様であり、可干渉性の高い光が粗い表面から反射したり透過したりすることに伴って発生し、表示画像の画質の低下を招く。

スペックルノイズを低減するための構成として、レーザ光源から出射された照明光の光路上に、高速で回転し、照明光が透過する回転拡散板を用いた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回転拡散板は、高速で回転させられることによって、コヒーレント光であるレーザ光源からの照明光により発生されるスペックルパターンをスクリーン上において高速で動き回らせる。この構成では実際にスペックルノイズが消失しているわけではないが、人の目が検出できる速度以上にスペックルパターンが変化することにより、あたかもスペックルノイズが消失しているかのように見えるのである。

近年、３Ｄ立体放送が開始され、３Ｄコンテンツを家庭で鑑賞するニーズが高まっている。レーザ光を照明用光源として用いた画像表示装置では広色再現領域を実現できるため、３Ｄ表示と相まってより高い臨場感が得られる。

２Ｄの画像表示装置において３Ｄ画像表示を行うには、左右両目用の画像を高速で交互に表示し、その表示サイクルに同期させて偏光眼鏡のレンズ部に取り付けられた液晶シャッターを交互にオン／オフする方式が一般的である（例えば、特許文献２参照）。液晶シャッターは２枚の偏光板の間に液晶層を挟んだ構造であるため、３Ｄ画像を観察する際は、偏光板を通して見た画像となる。

特開平６−２０８０８９号公報（段落０００５、図１） 特開平８−２０５２０１号公報（段落００１０、図１）

しかしながら、上記の従来技術では、回転拡散板としてすりガラスを用いているので、光利用効率が低くなってしまうという問題があった。また、スペックルノイズ対策素子である回転拡散板の基材として安易にＰＥＴ等のリタデーションを有した材料を使用すると、回転拡散板が回転することによって偏光方向が時間で変化する。偏光方向が時間で変化することによって、回転拡散板の回転周波数とＤＭＤのＰＷＭ駆動時の特定の階調表示時の周波数との間においてうねりが生じる。そして、偏光方向がうねりの周期で変化することにより、偏光眼鏡で画像（映像）を観察した際に、偏光板を透過する際に透過率差が発生し、その結果、ちらつきが生じるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スペックルノイズを解消しつつ、偏光眼鏡をかけて映像を見た場合の画面内における色むらを抑えて画面のちらつきを抑制する画像表示装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、コヒーレント光源と、照明光を映像信号に基づいて変調して画像光を形成する光変調素子と、前記コヒーレント光源から出射された光束を集光する集光光学系と、前記集光光学系により集光された光束を照明光学系に導く光伝播素子と、前記光伝播素子から出射された光束の強度分布を均一化し、前記光変調素子の入射面形状に略相似な矩形状となるよう整形して出射する整形光学素子と、前記整形光学素子から出射された光束を前記光変調素子に導くリレー光学系と、前記整形光学素子と前記リレー光学系とを含んで構成される照明光学系と、前記照明光学系の絞り位置近傍に光束を透過させるように配置されるとともに、回転することによってスペックルパターンを変化させる回転拡散板と、前記光変調素子からの画像光を拡大投写する投写光学系と、前記投写光学系で拡大投写された画像光を表示するスクリーンと、を備え、前記回転拡散板は、ポリエチレンテレフタレートフィルムよりもリタデーションの小さい回転拡散板であることを特徴とする。

この発明によれば、スペックルノイズを解消しつつ、偏光眼鏡をかけて映像を見た場合の画面内における色むらを抑えて画面のちらつきを抑制することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る画像表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。画像表示装置１００は、レーザ光源１と、集光光学系９と、光ファイバ４と、照明光学系２０と、光変調素子であるライトバルブ１０と、ライトバルブ１０からの画像光を拡大投写する投写光学系３０と、拡大投写された画像光を表示するスクリーン４０とを有している。集光光学系９は、ビームエクスパンダ２と、集光レンズ３と、を備えている。照明光学系２０は、整形光学素子５と、リレー光学系６と、回転拡散板７と、を備えている。

レーザ光源１は、コヒーレント光源であり直線偏光光であるレーザ光を出射する。レーザ光源１は、略平行な直線偏光光の光ビームを出射する半導体レーザであり、例えば直径が１ｍｍ以下の小さな発光点を１つ備えている。発光点からは、光軸Ｃに略平行で、かつ、位相が揃った直線偏光光が出射される。これにより、レーザ光源１からは、ビーム径が１ｍｍ以下の略平行なコヒーレント光が出射される。

ビームエクスパンダ２は、レーザ光源１から出射されるレーザ光の光束を拡大して出射する。ビームエクスパンダ２は、図示しない凹レンズと凸レンズを備えて構成され、ビームエクスパンダ２内では、両レンズの間隔が各レンズの焦点距離の和となるよう凹レンズと凸レンズが配置（共焦点系）されている。ビームエクスパンダ２は、レーザ光源１から出射される直径が１ｍｍ以下の略平行のビームを１ｃｍ程度に拡大し、光軸Ｃに略平行な光として集光レンズ３に向けて出射する。

集光レンズ３は、ビームエクスパンダ２を介してレーザ光源１から送られてくる光束を集光して光ファイバ４に導くレンズである。集光レンズ３は、ビームエクスパンダ２を透過して直径が約１ｃｍとなっている略平行光を光伝播素子である光ファイバ４の入射面４ａに向けて集光する。

光ファイバ４は、一方の端部（レーザ光の入射側）に入射面４ａを有し、他方の端部（レーザ光の出射側）に出射面４ｂを有した光伝播素子であり、集光レンズ３によって入射面４ａに集光された光束を内面で複数回反射させたのち、出射面４ｂから出射する。光ファイバ４は、例えばコア径が３００μｍであり、長さ１００ｃｍのマルチモード光ファイバである。光ファイバ４の入射面４ａ（コア径である直径３００μｍ）から入射した光は、光ファイバ４のコアとクラッド間の境界面（コアの内面）で全反射を繰り返すことによって種々の経路を経るとともに、これらの光が混合された状態で直径３００μｍの出射面４ｂから出射する。

なお、光ファイバ４は柔軟性があるので、ファイバ自体は曲げた状態で設置でき、入射面４ａと出射面４ｂとは平行である必要はない。光ファイバ４内での光軸Ｃは、光ファイバ４に沿った曲線状に変化することになるので、入射面４ａより前段部分と出射面４ｂより後段部分の光軸Ｃは空間的に必ずしも一致しない。図１では、理解が容易となるよう、入射面４ａよりも前段の光軸Ｃと、出射面４ｂよりも後段の光軸Ｃと、が一致するよう（光ファイバ４が光軸Ｃとともに直線をなすよう）配置された場合の光ファイバ４を図示している。

照明光学系２０は、整形光学素子５と、リレー光学系６と、回転拡散板７と、を備えている。整形光学素子５は、光ファイバ４の出射面４ｂから出射された断面が略円形の光束を、この光束の断面形状がライトバルブ１０の入射面形状（表示エリア）に略相似する矩形状となるよう整形して出射する。整形光学素子５は、ライトバルブ１０の表示エリアと略相似な断面形状を有した透明な角棒状体からなるロッドインテグレータで構成されている。ロッドインテグレータは、一方の端部である入射面５ａから入射した光を、側面（空気層との界面）で全反射しながら出射面５ｂに導く。ロッドインテグレータは、光軸Ｃに垂直な平面（断面形状）が矩形であって光軸Ｃに垂直な平面内での光強度分布が均一な光束を出射面５ｂから出射する。

リレー光学系６は、整形光学素子５とライトバルブ１０との間に配置され、整形光学素子５の出射面５ｂとライトバルブ１０とが共役な関係となるよう光を結像させる機能を有している。リレー光学系６は、整形光学素子５から出射された断面が矩形状の光束を、ライトバルブ１０の入射面に合致させるようライトバルブ１０（回転拡散板７側）に照射する。

回転拡散板７は、整形光学素子５とライトバルブ１０との間の照明光学系２０の絞り位置近傍に光束を透過させるよう配置されている。照明光学系２０の絞り位置とはレーザ光源１と共役な関係を有する位置であり、ライトバルブ１０とは共役な関係ではないため、スクリーン上（ライトバルブ１０と共役な関係）で回転拡散板の像が結像しない。回転拡散板７は、モータ８の駆動等により回転し、これによりスクリーン４０上のスペックルパターンを変化させる。回転拡散板７が、人の眼の動画応答時間以下でスペックルパターンを変化させることによって、見た目のスペックルノイズを低減させることができる。

ライトバルブ１０は、整形光学系９側から入射した照明光を制御して光変調し、入力された画像信号に応じた画像光を形成して投写光学系３０に送る。画像表示装置１００は、例えばライトバルブ１０として反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）（登録商標）を備えている。なお、画像表示装置１００には、ライトバルブ１０として、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネル等を用いてもよい。また、画像表示装置１００は、ライトバルブ１０を１枚用いた単板式で構成してもよいし、ライトバルブ１０を複数枚（例えば３枚）用いたｍ板式（ｍは自然数）（例えば３板式等）で構成してもよい。

投写光学系３０は、図示しない複数のレンズを含んで構成されており、ライトバルブ１０とスクリーン４０との間に配置されている。投写光学系３０は、ライトバルブ１０とスクリーン４０とが共役な関係になるよう光を結像させる機能を有している。投写光学系３０は、ライトバルブ１０からの画像光をスクリーン４０に拡大投写する。

例えば、本実施の形態では、画像表示装置１００をリアプロジェクションタイプで構成しておき、スクリーン４０として透過型スクリーンを用いる。図２に本実施の形態のスクリーン４０の構成を示す。スクリーン４０は、投写光学系３０側に配置されたフレネルレンズスクリーン４１と、観察者側に配置されたレンチキュラーレンズスクリーン４２とを有し、観察者側に映像を映し出す。フレネルレンズスクリーン４１は、投写光学系３０からの投写光を略平行光として出射する作用を有している。レンチキュラーレンズスクリーン４２は、フレネルレンズスクリーン４１で略平行光となって入射した投写光を、並列に配置されたシリンドリカルレンズ群の特性により視野角を広げ、観察者側に映像光として出射する作用を有している。フレネルレンズスクリーンには、入射側にレンズ面を有した全反射型と、出射側にレンズ面を有した屈折型とがある。本実施の形態では入射側にレンズ面を有した全反射型を用いた場合を説明する。フレネルレンズスクリーン４１は、入光面側から順に無機系材料またはリタデーション（複屈折位相差）の小さい材料からなる全反射型フレネルレンズ層４３、高平坦ガラス基材４４、無機系材料またはリタデーションの小さい材料からなる光拡散層４５を用いて構成されることが望ましい。レンチキュラーレンズスクリーン４２は、入射面側から順にリタデーションの小さい材料からなるレンチキュラーレンズ部４６、無機系材料またはリタデーションの小さい材料からなる光拡散層４７、高平坦ガラス基材４８、無機系材料またはリタデーションの小さい材料からなるハードコート性を有した防眩フィルム４９を用いて構成されることが望ましい。このようにスクリーン４０としては、構成される材料全てに無機材料、またはリタデーションの小さい材料を用いることが望ましい。また、フレネルレンズスクリーン、レンチキュラーレンズスクリーン共に高平坦ガラス基材を用いていることにより、温度や湿度の環境変化によるスクリーンのたわみを抑えることができ、画像の歪みの発生を抑えられる。

ここでリタデーションについて述べる。通常、押し出し、圧延等によって形成された板、フィルムは、製造工程上、延伸等の加工を施されるため、光に対して異方性を持ち、光の振動する向きによって屈折率が異なる複屈折率性を有する。この複屈折率性の大きさを数値的に表したものがリタデーションである。溶融押し出しで作製されたフィルム厚０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのリタデーションは約２５ｎｍと大きい。リタデーションの比較的小さいものとして、溶液キャストで作製されたポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、溶液キャストで作製されたトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムがあり、フィルム厚０．１ｍｍの時のＰＣ、ＴＡＣそれぞれのリタデーションは約１０ｎｍ、約３ｎｍである。

本実施の形態では、リタデーションの小さいスクリーン４０を用いて画像表示装置１００を構成する。例えば、レンチキュラーレンズスクリーンの出射面の表面保護、及びグレア防止のために使用するハードコート性を有した防眩フィルム４９の基材として、リタデーションの大きいポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムではなく、リタデーションの小さな基材を用いることが望ましい。リタデーションの小さい基材としては、例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムを使用することが望ましい。これにより、偏光眼鏡をかけて映像を観察した場合に、画面内での色むら（偏光むら）を抑えることができる。なお、リタデーションの小さいシート基材としては、ＴＡＣフィルムに限らず、溶融キャストで作製されたＰＣや、シクロオレフィン系透明樹脂、ＭＳ（メタクリルスチレン）樹脂等、ＰＥＴフィルムよりもリタデーションの小さな基材であれば他の基材であってもよい。また、スクリーン４０の層構成として図２に示した構成に限らず、光拡散層と高平坦ガラス基材の位置関係が入れ替わっていてもよい。また、スクリーン４０のハードコート性を有した防眩フィルム４９が無くてもよい。

つぎに、画像表示装置１００の動作手順について説明する。図１において、レーザ光源１から出射された光軸Ｃに略平行な直径が１ｍｍ程度のコヒーレント光は、ビームエクスパンダ２によって直径が１ｃｍ程度に拡大され、光軸Ｃに略平行な光として集光レンズ３に入射する。

集光レンズ３によって光ファイバ４の入射面４ａに集光させられた光は、光ファイバ４のコアの内面で全反射を繰り返すことになる。光ファイバ４のコア内を進む光は、集光レンズ３からの入射角度によって反射回数が異なるので、出射面４ｂからは、種々の光路長を経た光が混合された状態で出射される。

なお、画像表示装置１００では、集光レンズ３によって光ファイバ４の入射面４ａに光ビームを集光するために、入射面４ａへのビームスポットを光ファイバ４のコア径よりも小さくしておく。これにより、入射面４ａでの反射損失以外の光を、光ファイバ４に入射させることができる。また、画像表示装置１００では、光ファイバ４への入射光を、光ファイバ４のＮＡ（開口数）以下の入射角で入射させる。これにより、光ファイバ４に入射した光が、コア、クラッド界面での全反射条件を満たして光ファイバ４内を進行することができる。

光ファイバ４の直径３００μｍの出射面４ｂから出射された断面形状が略円形の微小な光束は、整形光学素子５内でさらに複数回反射する。この後、整形光学素子５から出射された断面が矩形状の光束は、光軸Ｃに垂直な平面内での光強度分布が均一な光束としてライトバルブ１０に照射される。このとき、リレー光学系６とライトバルブ１０との間の照明光学系の絞り位置近傍に配置された回転拡散板７の拡散面を回転させることによって、スペックルパターンを変化させる。スペックルパターンを人の眼の動画応答時間以下で変化させることによって、スクリーン４０上で観察される見た目のスペックルノイズを低減させることが可能となる。

回転拡散板７の基材としては、リタデーションを有しないガラス板等を用いることが望ましい。また、回転拡散板７は、基材のガラス板の表面に拡散粒子（フィラー）とバインダーを混合させたものをコーティングして形成しておくことが望ましい。これにより、任意の拡散性を得ることができ、必要以上に光量を損失すること無く、スペックルを低減させることができる。また、回転拡散板７をコーティングする面としては、回転拡散板７の出射面（ライトバルブ１０側）が望ましい。これにより、回転拡散板７は、効率良く光を透過させることができる。さらに、回転拡散板７の片側乃至両面に反射防止膜を施すことが望ましい。これにより、回転拡散板７は効率良く光を透過させることができる。

リレー光学系６、回転拡散板７を経て出てきた光は、ライトバルブ１０によって画像光に変換された後、投写光学系３０によってスクリーン４０に拡大投写される。スクリーン４０に拡大投写された画像は、偏光眼鏡などを介して観察者に観察されることとなる。

上述したように、本実施の形態に係る画像表示装置１００は、照明光学系２０としてリタデーションを有しない回転拡散板７を有しているので、偏光眼鏡で映像を見た際に画面のちらつきを抑えることができる。

つぎに、画像表示装置１００内の種々の位置で測定した偏光度について説明する。以下、整形光学素子５から出てきた光の偏光度、投写光学系３０から出てきた光の偏光度、スクリーン４０が備えるフレネルレンズスクリーン４１から出てきた光の偏光度、スクリーン４０が備えるレンチキュラーレンズスクリーン４２から出てきた光の偏光度の測定を行なった場合に検出される偏光度について説明する。なお、偏光度はパワーメータまたは輝度測定器を用いて測定した。このとき、受光器の直前に設置した偏光板を回転させながら、この偏光板を透過した後のパワーまたは輝度の変化を偏光度として計測した。そして、計測したパワーまたは輝度を用いて、偏光度を、偏光度＝（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）で求めた。図３〜図６は、本実施の形態の構成における偏光度の測定結果として、光学部品を経過するとともに偏光度が低下していく過程を示している。

図３は、整形光学素子５を出射した直後の光の偏光度を示す図である。図３では、縦軸が偏光板を透過する光の出力量を示し、横軸が偏光板の回転角度を示している。偏光度を測定する際には、整形光学素子５の直後（リレー光学系６側）に偏光板を設置し、偏光板を回転させながら偏光板を透過する光の光量変化（出力の変化）をパワーメータで測定した。この結果、整形光学素子５を出射した後の偏光度は２０．５％であった。

図４は、投写光学系３０を出射した直後の光の偏光度を示す図である。図４では、縦軸が偏光板を透過する光の出力量を示し、横軸が偏光板の回転角度を示している。偏光度を測定する際には、投写光学系３０の直後に偏光板を設置し、偏光板を回転させながら、偏光板を透過する光の光量変化をパワーメータで測定した。この結果、投写光学系３０を出射した後の偏光度は１１．１％であり、回転拡散板７を含む光学系を透過することで偏光度が低下することを確認できた。

図５は、構成される材料全てに無機材料、またはリタデーションの小さい材料を用いたスクリーン４０のフレネルレンズスクリーン４１から出射した直後の偏光度を示す図である。図５では、縦軸が偏光板を透過する光の相対輝度を示し、横軸が偏光板の回転角度を示している。偏光度を測定する際には、フレネルレンズの直後に輝度測定器を配置するとともに、輝度測定器のカメラレンズの手前に偏光板を設置し、偏光板を回転させながら偏光板を透過した後の光の輝度変化を測定した。この結果、フレネルレンズススクリーン４１を出射した直後の偏光度は５．０％であった。

図６は、構成される材料全てに無機材料、またはリタデーションの小さい材料を用いたスクリーン４０のレンチキュラーレンズスクリーン４２から出射した直後の偏光度を示す図である。図６では、縦軸が偏光板を透過する光の相対輝度を示し、横軸が偏光板の回転角度を示している。図５の場合と同様に、偏光度を測定する際には、レンチキュラーレンズスクリーン４２の直後に輝度測定器を配置するとともに、輝度測定器のカメラレンズの手前に偏光板を設置し、偏光板を回転させながら偏光板を透過した後の光の輝度変化を測定した。この結果、レンチキュラーレンズスクリーン４２を出射した直後の偏光度は５．０％であった。

次に、スクリーン４０が備えるリタデーションの大きさが異なる２種類のレンチキュラーレンズスクリーン４２に対して、リタデーションの測定および測定結果の比較処理を行った。リタデーションを測定するために、ここでは投写光学系３０の直後に偏光板を配置しておき、スクリーン４０に偏光光を入射させた。さらに、輝度測定器のカメラレンズの手前に偏光板を設置するとともに偏光板を回転させていき、スクリーン４０の面内のＡＮＳＩ９点（図７に示す９点）に対応する位置での輝度変化（偏光板を透過した後の輝度変化）を測定した。

図７は、スクリーン４０で測定されるリタデーションの測定点を示す図である。本実施の形態では、測定点として測定点Ａ１〜Ａ９をスクリーン４０上の面内に設定しておき、この測定点でのリタデーションを測定する。

図８は、本実施の形態におけるスクリーン４０のフレネルレンズスクリーン４１を出た後の面内偏光度の測定結果を示す図である。同図に示すように、フレネルレンズスクリーン４１の直後では、投写光学系３０の直後に配置された偏光板の偏光状態がスクリーン４０の各点（測定点Ａ１〜Ａ４，Ａ６，Ａ７，Ａ９）において保たれる。さらに、位相のずれも無いので、フレネルレンズスクリーン４１はリタデーションが小さく、偏光むらには寄与していないことが分かる。

図９は、ハードコート性を有した防眩フィルムの基材としてリタデーションの大きいＰＥＴフィルムをレンチキュラーレンズスクリーン４２の出射面側に貼り合わせた場合のレンチキュラーレンズスクリーン４２後の面内偏光度の測定結果を示す図である。同図に示すように、スクリーン４０の面内９点の各位置で位相のずれが生じ、偏光度が低下している。このように、リタデーションの大きいＰＥＴフィルムをスクリーン４０の出射面側に貼り合わせた場合、レンチキュラーレンズスクリーン４２を出た後の光はリタデーションが大きくなり、またスクリーン４０のリタデーションの大きさに面内ばらつきが発生していることが分かる。

図１０は、ハードコート性を有した防眩フィルムの基材としてリタデーションの小さいＴＡＣフィルムをレンチキュラーレンズスクリーン４２の出射面側に貼り合わせた場合のレンチキュラーレンズスクリーン４２後の面内偏光度の測定結果を示す図である。同図に示すように、投写光学系３０の直後に配置された偏光板の偏光状態がスクリーン４０の面内９点の各位置において保たれている。このように、リタデーションの小さいＴＡＣフィルムをレンチキュラーレンズスクリーン４２の出射面側に貼り合わせた場合、レンチキュラーレンズスクリーン４２を出た後の光はリタデーションが小さくなるので、偏光眼鏡を使用した際の画面内の色むら発生を抑制することが可能となる。

以上のように、本実施の形態にかかる画像表示装置１００は、回転拡散板７として、リタデーションの無いガラス基材を用いているので、偏光眼鏡を通して画像を見た場合にちらつきが生じることのない画像表示を行うことが可能となる。

また、光ファイバ４は、集光レンズ３から入射した光を内面で複数回反射させた後に出射するので、出射光の位相が不揃いとなり、スペックルノイズを低減させることができる。また、光ファイバ４内で全反射して伝播していく際に偏光状態が乱されるので、偏光度を低下させることができる。また、整形光学素子５は、入射した光を異なる光路長を経て出射するので、位相が不揃いとなり、スペックルノイズを低減させることができる。

また、本実施の形態において回転拡散板７として、リタデーションを有さないガラス基材の表面に拡散粒子（フィラー）とバインダーを混合させたものをコーティングして形成した場合を説明したが、ガラス表面を粗面加工して任意の拡散性を有したすりガラスを用いてもよい。また、ガラス基材の代わりにリタデーションの小さい材料として、溶融キャストで作製されたＰＣや、溶融キャストで作製されたＴＡＣの他、シクロオレフィン系透明樹脂、ＭＳ（メタクリルスチレン）樹脂等ＰＥＴフィルムよりもリタデーションの小さなものを用いてもよい。

また、光ファイバ４としては、マルチモード光ファイバの他、シングルモード光ファイバを用いることもできるが、マルチモード光ファイバを用いることが望ましい。マルチモード光ファイバを用いる場合、異なる角度で入射した光ビーム間において光ファイバ４内で光路長差を発生させることができる。これにより、レーザ光のスペックルコントラストを低減することができ、スクリーン４０に映し出される映像のスペックルを低減することができる。また、光ファイバ４としては、ガラス材料、プラスティック材料の他に液体材料を用いてもよい。また、光ファイバ４の入射面４ａ、出射面４ｂに反射防止膜を施すことによって、光の利用効率を向上させてもよい。

なお、整形光学素子５は、ライトバルブ１０の表示エリアと略相似な断面形状を有する角筒状体の内周面全体に反射膜を設けたライトパイプであってもよい。ここでのライトパイプは、その一端の入射面５ａから入射した光を、内周面の反射膜で反射しながら出射面５ｂに導き、光軸Ｃに垂直な断面形状が矩形であって光軸Ｃに垂直な平面内での光強度分布が均一である光束を出射面５ｂから出射するものである。

また、本実施の形態においては、説明を簡略化するために画像表示装置１００が１色（白黒）対応でありレーザ光源１が１つである場合について説明したが、カラー画像を得るために、赤、緑、青の各色に対応したレーザ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ、及び集光光学系９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ、及び光ファイバ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを少なくとも１つずつ用いてもよい。この場合、各集光光学系９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに対応する各光ファイバ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを光軸Ｃ上に束ねて各光ファイバ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの出射面４Ｒｂ，４Ｇｂ，４Ｂｂを整形光学素子５の入射面５ａに近接配置する。そして、各色のレーザ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを周期的に発振させ、その発振周期毎にライトバルブ１０によって変調を行う。また、複数のライトバルブ１０を用いる場合には、異なる波長領域の光を合成するための合成プリズム等を設けてもよい。

また、画像表示装置１００をフロントプロジェクションタイプで構成する場合、スクリーン４０としては反射型スクリーンを用いる。この場合、スクリーン４０が略完全拡散面を有するようスクリーン４０を構成し、投写光学系３０からの投写光の視野角を広げて、投写光学系３０側に映像光として反射してもよい。なお、本実施の形態では、照明光学系２０が回転拡散板７を含んで構成されている場合について説明したが、照明光学系２０と回転拡散板７とを別々の構成にしてもよい。

このように、本実施の形態によれば、リタデーションを有さない回転拡散板７やリタデーションの小さいスクリーン４０を用いることによって、スペックルノイズを解消しつつ、偏光眼鏡をかけて映像を見た場合の画面内における色むらを抑えて画面のちらつきを抑制することが可能となる。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、照明光学系から発せられた照明光を用いた画像表示に適している。

本発明の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るスクリーンの構成を示す図である。 整形光学素子を出射した直後の光の偏光度を示す図である。 投写光学系を出射した直後の光の偏光度を示す図である。 スクリーンのフレネルレンズスクリーンから出射した直後の偏光度を示す図である。 スクリーンのレンチキュラーレンズスクリーンから出射した直後の偏光度を示す図である。 スクリーンで測定されるリタデーションの測定点を示す図である。 フレネルレンズスクリーンを出た後の面内偏光度の測定結果を示す図である。 リタデーションの大きいＰＥＴフィルムをスクリーンの出射面側に貼り合わせた場合のレンチキュラーレンズスクリーン後の面内偏光度の測定結果を示す図である。 リタデーションの小さいＴＡＣフィルムをスクリーンの出射面側に貼り合わせた場合のレンチキュラーレンズスクリーン後の面内偏光度の測定結果を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ ビームエクスパンダ
３ 集光レンズ
４ 光ファイバ
５ 整形光学素子
６ リレー光学系
７ 回転拡散板
８ モータ
９ 集光光学系
１０ ライトバルブ
２０ 照明光学系
３０ 投写光学系
４０ スクリーン
１００ 画像表示装置
Ｃ 光軸

Claims (11)

1. コヒーレント光源と、
   照明光を映像信号に基づいて変調して画像光を形成する光変調素子と、
   前記コヒーレント光源から出射された光束を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系により集光された光束を照明光学系に導く光伝播素子と、
   前記光伝播素子から出射された光束の強度分布を均一化し、前記光変調素子の入射面形状に略相似な矩形状となるよう整形して出射する整形光学素子と、
   前記整形光学素子から出射された光束を前記光変調素子に導くリレー光学系と、
   前記整形光学素子と前記リレー光学系とを含んで構成される照明光学系と、
   前記照明光学系の絞り位置近傍に光束を透過させるように配置されるとともに、回転することによってスペックルパターンを変化させる回転拡散板と、
   前記光変調素子からの画像光を拡大投写する投写光学系と、
   前記投写光学系で拡大投写された画像光を表示するスクリーンと、
   を備え、
   前記回転拡散板は、ポリエチレンテレフタレートフィルムよりもリタデーションの小さい回転拡散板であることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記回転拡散板は、透明ガラス基板に拡散材をコーティングさせたものであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記回転拡散板は、透明ポリカーボネートフィルムに拡散材をコーティングさせたものであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記回転拡散板は、透明トリアセチルセルロースフィルムに拡散材をコーティングさせたものであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記回転拡散板は、すりガラスで構成したことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記回転拡散板は、その表面の片側乃至両側に反射防止膜を施して構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記コヒーレント光源が、レーザ光源であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記光伝播素子が光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記整形光学素子は、透明材料による角棒状の部材であり、内部で光束を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記整形光学素子は、角筒状体であって、その内面で光束を反射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
11. 前記スクリーンは、ポリエチレンテレフタレートフィルムよりもリタデーションの小さい基材を有した透過型スクリーンを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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