JP2010151870A - 走査型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成でありながらスペックルノイズが低減された走査型画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の走査型画像表示装置１は、光を射出する光源装置１１と、光源装置１１から射出された光を受けて二次光源像を形成するするとともに、入射した光を拡散して射出する光拡散素子１３と、光拡散素子１３を変位させる変位機構１４と、光拡散素子１３から射出された光を集光又は平行化する集光・平行化光学系１５と、集光・平行化光学系１５から射出された光を走査させる走査光学系１６と、を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型画像表示装置に関する。

従来から、大画面の画像を表示可能な装置の１つとして投射型のプロジェクターが知られている。投射型のプロジェクターは、例えば照明装置、空間光変調装置、投射レンズ等を備えている。照明装置から射出された光は、液晶ライトバルブ等の空間光変調装置により変調された後、投射レンズにより拡大投射される。このようなプロジェクターにあっては、直視型画像表示装置よりも容易に大画面の画像が得られるが、装置の小型化や軽量化が難しい。これは、投射光学系を構成する複数のレンズが、装置における重量比率が高い部品であり、しかも開口数を確保する観点で小型化が難しい部品であるためである。

大画面の画像表示が可能であり、しかも小型化や軽量化が可能な画像表示装置として、走査型のプロジェクター（走査型画像表示装置）が提案されている。一般に、走査型は、変調回路、レーザー光源、及び走査光学系を備えている。変調回路は、ＰＣ等の信号源から供給された画像信号に基づいて、レーザー光源から射出される光を変調する。走査光学系は、水平偏向ミラーや垂直偏向ミラー等の可動ミラーを有している。これらの可動ミラーは、ＰＣ等の信号源から供給された画像信号に基づいて駆動される。レーザー光源から射出された光は、走査光学系の可動ミラーにより光軸が時間変化し、スクリーン等の被走査面上を走査して画像を描画する。

このような走査型にあっては、ランプ光源等を用いる照明光学系に比べて、レンズ等の光学部品の数を減らすことができる。また、変調回路により所望の階調の光を発生させることができるので、液晶ライトバルブ等の変調装置が不要になる。また、投射光学系を簡略化あるいは省略することができる。以上のように、格段に構成をシンプルにすることができ、端的には携帯可能な程度まで装置を小型化することや軽量化することができる。

ところで、レーザー光により形成された画像には、レーザー光の可干渉性によりスペックルノイズが生じやすいことが知られている。スペックルノイズが視認されると画像品質が低下してしまうため、スペックルノイズの対策を施すことは極めて重要である。スペックルノイズを低減する技術が、特許文献１に提案されている。

特許文献１の画像生成装置は、光源から射出された複数の色光の各々に対して中間像を形成している。中間像の形成位置に光散乱部（回折格子）を配置している。複数の中間像からの光は、回折格子により波長に応じた方向に進行して、走査光学系及び投射光学系によりスクリーンに投影される。複数の中間像からの光は、投影される位置が複数の色光で異なっている。スクリーン上の１つの領域に着目すると、光源から射出された時刻が異なる複数の色光が、時間差をもって重ね合わされる。これにより、スペックルノイズが時間的に平均化されて視認されにくくなる。
特開２００８−８９７７

特許文献１の技術を用いれば、スペックルノイズを低減することはできると考えられるが、本来ならば走査型に不要である投射光学系を備えているので、走査型の長所が損なわれてしまう。例えば、前記のように装置の小型化や軽量化が難しくなるので、携帯性を持たせることが期待できなくなり、幅広い用途に対応させることができなくなる。

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、シンプルな構成でありながらスペックルノイズが低減された走査型のプロジェクターを提供することを目的の１つとする。

本発明の走査型画像表示装置は、光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された光が入射して二次光源像が形成されるとともに、入射した光を拡散して射出する光拡散素子と、前記光拡散素子を変位させる変位機構と、前記光拡散素子から射出された光を集光又は平行化する集光・平行化光学系と、前記集光・平行化光学系から射出された光を走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とする。

このようにすれば、光源装置により光拡散素子に形成された二次光源像からの光は、光拡散素子により拡散されて射出される。光拡散素子から射出された光は、集光・平行化光学系により集光又は平行化されて走査光学系に入射する。走査光学系に入射した光は、走査光学系により被走査面上を走査させられて画像を描画（表示）する。変位機構による光拡散素子の変位に伴って、光拡散素子から射出される光の拡散のパターンが変化し、この光によるスペックルパターンが変化する。これにより、表示された画像全体としてはスペックルパターンが平均化されて視認され、スペックルノイズが視認されにくくなる。また、光拡散素子から射出された光を光拡散素子から被走査面との間で再度結像させる必要がないので、再度結像させることによりスペックルノイズが発生するおそれがなくなる。

前記の構成によれば投射光学系が不要になり、シンプルな構成でありながらスペックルノイズが低減された画像を表示することが可能な走査型画像表示装置になる。投射光学系を用いないことにより、投射光学系における収差による画像品質の低下がなくなるので、高品質な画像が得られる走査型画像表示装置になる。また、二次光源像の形成位置に光拡散素子が配置されているので、小型の光拡散素子を用いることができ、走査型画像表示装置の大型化や重量化を回避することができる。

また、前記光源装置から射出された光を前記光拡散素子上にて結像させる結像光学系を含んでいる構成にしてもよい。この場合には、前記集光・平行化光学系のＦ値が、前記結像光学系のＦ値よりも小さいことが好ましい。
結像光学系を含んでいれば、光源装置から射出された光により確実に二次光源像が形成される。光拡散素子から射出された光は、光拡散素子に入射する光よりも拡散角が大きくなる。集光・平行化光学系のＦ値が、前記結像光学系のＦ値よりも小さくなっていれば、光拡散素子から射出された光のほぼ全体が集光・平行化光学系に入射するようにできるので、光のムダがなくなる。

また、前記光拡散素子が回折光学素子により構成されていてもよい。この場合には、前記光拡散素子は、光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数が互いに異なっていてもよい。

一般に、回折光学素子に入射した光は、回折角が異なる複数の回折光に分割されて射出される。複数の回折光の全体での拡散角は回折光学素子に入射する前の光よりも大きくなるので、回折光学素子を光拡散素子として機能させることができる。光拡散素子が回折光学素子により構成されていれば、拡散角を高精度に制御することができる。また、光拡散素子において光が入射する面に光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数を互いに独立して制御することができ、光拡散素子から射出される光の光軸に直交する断面における光束の形状を調整することができる。これにより、集光・平行化光学系における光の利用効率を高めることができる。また、表示される画像の画素の形状を調整することもでき、画像品質を高めることもできる。

また、前記変位機構が、前記光拡散素子に入射する光の光軸に対して非平行な方向を法線方向とする面内で前記光拡散素子を回転させる構成にしてもよい。
このようにすれば、光拡散素子を併進移動させるものよりも機械的な機構をシンプルにすることができる。また、光拡散素子の重心を通る軸を中心にして光拡散素子を回転させることにより、光拡散素子の変位に伴う装置のゆれをなくすこともできる。

前記変位機構が、前記光拡散素子に入射する光の光軸に対して略直交する面内で前記光拡散素子を併進移動させる構成にしてもよい。
このようにすれば、光拡散素子において光が入射する面内の所定の方向が入射光の光軸となす角度は、光拡散素子が変位しても変化しなくなり、所定の方向における光拡散素子の拡散係数を光拡散素子の変位と独立して制御することができる。

また、互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応して設けられ、対応する色光を射出する複数の前記光源装置と、前記複数の光源装置の各々と前記光拡散素子との間の光路に配置され、前記複数の光源装置から射出された複数の色光を合成する光合成素子と、を含んでいる構成にしてもよい。

このようにすれば、複数の色光が光合成素子により合成され、合成された光により画像が形成されるので、カラー画像を表示することが可能になる。また、光合成素子により合成された光は、光拡散素子を通ることにより拡散のパターンが変化し、この光によるスペックルパターンが変化する。これにより、表示された画像全体としてはスペックルパターンが平均化されて視認され、スペックルノイズが視認されにくくなる。

また、前記光合成素子は、前記複数の色光が入射する入射端面と該複数の色光が射出される射出端面とが互いに非平行に配置されているプリズムであってもよい。
このようにすれば、プリズムにおいて複数の色光の収差が互いに異なることにより、複数の色光を合成することができる。プリズムにより光合成素子を構成すれば、ダイクロイックプリズムや回折光学素子により光合成素子を構成する場合に比べて、低コストの画像形成装置にすることができる。

また、前記光合成素子が回折光学素子により構成されていてもよい。この場合には、前記光合成素子は、光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数が互いに異なっていてもよい。

このようにすれば、回折光学素子において複数の色光の回折角が互いに異なることにより、複数の色光を合成することができる。光合成素子が回折光学素子により構成されていれば、拡散角を高精度に制御することができる。また、光拡散素子において光が入射する面に光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数を互いに独立して制御することができ、光拡散素子から射出される光の光軸に直交する断面における光束の形状を調整することができる。これにより、光の利用効率を高めることや画像品質を向上させることができる。

また、互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応しても設けられ、対応する色光を射出するとともに前記光拡散素子において互いに異なる位置に前記二次光源像を形成する複数の前記光源装置を含んでいる構成にしてもよい。

このようにすれば、複数の色光の各々に対応する二次光源像が、光拡散素子において互いに異なる位置に形成されるので、複数の二次光源像からの光が被走査面において互いに異なる位置に結像する。被走査面の結像位置における画素に対応する階調の色光を光源装置に射出させることにより、各画素において複数の色光が重ね合わされて視認され、カラー画像を表示することが可能になる。前記の構成によれば、光合成素子が不要になるので、走査型画像表示装置の大型化や重量化を回避することができる。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクター（走査型画像表示装置）１の概略構成を示す模式図であり、図２はプロジェクター１における光の経路を模式的に示す図である。

図１に示すように、プロジェクター１は、画像信号処理系１０、レーザー光源（光源装置）１１、結像レンズ（結像光学系）１２、拡散板（光拡散素子）１３、回転機構（変位機構）１４、集光レンズ（集光・平行化光学系）１５、及び走査光学系１６を含んでいる。プロジェクター１において画像表示に用いられる光は、システム光軸１Ａに沿って進行する。プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。

ＰＣ等の信号源８から供給された電気信号は、画像信号処理系１０により処理されて、レーザー光源１１や走査光学系１６に伝達される。レーザー光源１１は電気信号に応じた光を射出し、この光は結像レンズ１２により集光されて拡散板１３に二次光源像を形成する。二次光源像からの光は、集光レンズ１５により集光されつつ走査光学系１６に入射する。走査光学系１６に入射した光は、走査光学系１６により電気信号に応じた方向に射出され、壁やスクリーン等の被走査面９上にて結像する。走査光学系１６から射出された光が被走査面９上を走査することにより、この光の結像位置が時間変化して、被走査面９に画像が描画（形成）される。二次光源像からの光は、拡散板１３の変位に伴って拡散のパターンが時間変化することにより、画像におけるスペックルノイズが低減される。以下、プロジェクター１の構成要素について詳しく説明する。

画像信号処理系１０は、インターフェース１０１、画像信号処理回路１０２、変調回路１０３、タイミング生成回路１０４、及びミラー駆動回路１０５を含んでいる。インターフェース１０１は、信号源８から画像信号や同期信号を含んだ電気信号を受け取り、この電気信号を画像信号と同期信号とに分離する。分離された画像信号は画像信号処理回路１０２に伝達され、分離された同期信号はタイミング生成回路１０４に伝達される。

タイミング生成回路１０４は、画像の解像度や切換速度（フレームレート）、走査方式等に応じて、画像に含まれる複数の画素に対して画素ごとの表示タイミングを示すタイミング信号を生成する。例えば、信号源８から供給される電気信号において階調等の画素データが、主走査方向（例えば水平方向）の一方に向かう走査を繰り返す走査方式用に並んでいるとする。また、走査光学系１６は、主走査方向の一方に向かう走査と、他方に向かう走査とを交互に行う走査方式であるとする。このような場合には、信号源８から供給される電気信号に対して走査ごとに画素データの並びを反転させる必要がある。タイミング信号により、信号源８から供給される画像信号をプロジェクター１の走査方式に整合した形式に変換することが可能になっている。生成されたタイミング信号は、画像信号処理回路１０２やミラー駆動回路１０５に伝達される。ミラー駆動回路１０５は、タイミング信号に基づいて、走査光学系１６を構成する第１偏向ミラー１６１、第２偏向ミラー１６２の駆動量を走査光学系１６に出力する。

画像信号処理回路１０２は、画像信号にガンマ処理等の各種画像処理を行うとともに、画像信号に含まれる画素データが走査される時間順次で変調回路１０３に伝達されるように、タイミング信号に基づいて画像信号を調整する。例えば、１フレーム分の画像に含まれる複数の画素について階調等の画素データをフレームバッファに記憶させておき、この画素データを走査される時間順次で読出して、変調回路１０３に伝達する。例えば、インターフェース１０１から受け取った画像信号において、画素データが主走査方向の一方に向かって並んでいる場合には、例えば走査線１本分に相当する複数の画素の画素データをラインメモリに記憶させておく。走査線ごとに線順次で画素データを読出すとともに、次の走査では読出す方向を反転させる。

変調回路１０３は、レーザー光源１１から射出される光の強度が画素ごとの階調に対応して時間変化するように、画像信号に基づいてレーザー光源１１の出力を調整する。

レーザー光源１１は、レーザー基板等にレーザー素子が１又は２以上形成されてなる光源や、励起レーザー素子がレーザー結晶と組合されてなる光源等により構成される。レーザー素子としては、面発光型レーザー素子、端面発光型レーザー素子のいずれを用いてもよい。本実施形態のレーザー光源１１は、その詳細な構造を図示しないが、面発光型レーザー素子を用いて構成されている。

図２に示すように、本実施形態においてレーザー光源１１から射出された光Ｌは拡散角を有している。レーザー光源１１から射出された光Ｌはビーム径が広がりつつ結像レンズ１２に入射し、結像レンズ１２により集光されて拡散板１３上にて結像する。

光拡散素子は、入射した光について入射前よりも拡散角を増加させて射出するものである。光拡散素子から射出される光は、光束全体の光量に対して光束の中心軸から離れた部分における光量（広角成分）の占める割合が、光拡散素子に入射する前よりも大きくなる。本実施形態では光拡散素子として、拡散粒子が分散された円板状の透光性部材である拡散板１３を採用している。光拡散素子としては、拡散板１３に代えて体積振幅型や体積位相型、表面レリーフ型等の各種回折光学素子を用いることもできる。

本実施形態の回転機構１４は、その詳細な構造を図示しないが、支持部材とモーターにより構成されている。支持部材は、拡散板１３の周縁部を回転可能に支持するものである。モーターは、支持部材を介して拡散板１３にモーメントを付与するものである。拡散板１３にモーメントが付与されると、拡散板１３は、重心を通る軸を回転軸として回転する。回転軸の配置については、拡散板１３において光Ｌが通る部分（ここでは、透光部と称する）の大きさに応じて適宜設定することができる。ここでは、拡散板１３の中心軸が、システム光軸１Ａからずれるように拡散板１３、回転機構１４が配置されている。これにより、透光部における拡散粒子の分布が、拡散板１３の回転に伴って確実に変化するようになっている。

なお、拡散板１３は有限の厚みを有しているので、光Ｌのビーム径が最小となる位置（結像位置）に対してシステム光軸１Ａに沿う下流側あるは上流側では、透光部が有限の大きさを有している。透光部における拡散粒子の分布が、拡散板１３の回転に伴って変化するようになっていればよいので、例えば透光部の大きさが拡散粒子の大きさに対して十分に大きい場合には、拡散板１３の回転軸がシステム光軸１Ａと略一致していてもよい。

拡散板１３から射出された光Ｌは、二次光源像の重心位置に配置された点光源から射出された光と見なすことができる。二次光源像からの光Ｌは、集光レンズ１５により集光される。集光レンズ１５のＦ値は、結像レンズ１２のＦ値よりも小さくなっている。これにより、拡散板１３によって拡散された光全体が集光レンズ１５に入射するようになっている。

図１に示したように走査光学系１６は、入射光の光軸を被走査面９において主走査方向に変化させる第１偏向ミラー１６１と、入射光の光軸を被走査面９において副走査方向に変化させる第２偏向ミラー１６２とを含んでいる。例えば、主走査方向は被走査面９における水平方向であり、副走査方向は被走査面９において水平方向と直交する垂直方向である。例えば、第１偏向ミラー１６１はＭＥＭＳ技術等により形成されるマイクロメカニカルミラーにより構成され、第２偏向ミラー１６２はガルバノミラー等により構成される。

第１偏向ミラー１６１は、ミラー駆動部（図示略）に駆動される。ミラー駆動部は、ミラー駆動回路１０５から駆動量を受け取り、所定の回転軸まわりに第１偏向ミラー１６１を駆動量に応じた角速度、振幅で回転させる。これにより、第１偏向ミラー１６１において光が入射する面の法線方向が、入射する光Ｌの光軸に対して変化し、この面で反射した光の光軸がタイミング信号に応じて変化する。第２偏向ミラー１６２は、第１偏向ミラー１６１と同様にミラー駆動部により駆動される。ここでは、第１偏向ミラー１６１が、その固有の共振周波数で動作する。主走査方向の一方に向かう走査、他方に向かう走査のいずれにおいても画像が描画される。

以上のような構成のプロジェクター１にあっては、回転機構１４による拡散板１３の回転に伴って、拡散板１３から射出される光Ｌの拡散のパターンが時間変化する。これにより、被走査面９上にて結像した光によるスペックルパターンが時間変化する。したがって、表示された画像全体としてはスペックルパターンが時間的に平均化されて視認され、スペックルノイズが視認されにくくなる。また、拡散板１３から射出された光が拡散板１３から被走査面９との間で結像しないので、結像によりスペックルノイズが発生することもない。このように第１実施形態のプロジェクター１は、シンプルな装置構成でありながら、スペックルノイズが格段に低減された高品質な画像を表示可能なものになっている。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、複数のレーザー光源（光源装置）と、ダイクロイックプリズム（光合成素子）とを含んでいる点である。

図３は、第２実施形態のプロジェクター２の概略構成を示す模式図である。図３において、第１実施形態と同様の構成要素については、第１実施形態と同じ符号を付している。第１実施形態と同様の構成要素については、その詳細な説明を省略する場合がある。

図３に示すようにプロジェクター２は、画像信号処理系２０と、複数のレーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂと、ダイクロイックプリズム２７を含んでいる。レーザー光源２１ｒは赤色の色光Ｌｒを、レーザー光源２１ｇは緑色の色光Ｌｇを、レーザー光源２１ｂは青色の色光Ｌｂを、それぞれ射出するものである。第２実施形態の画像信号処理系２０は、画像信号を赤色用の信号と青色用の信号と緑色用の信号とに分離し、各色用の信号に基づいてレーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの各々の出力を調整するようになっている。ここでは、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが互いに略同一のタイミングで所定の１画素を形成するように、変調回路がレーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの出力を調整する。

レーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂから射出された色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、ダイクロイックプリズム２７に入射する。ダイクロイックプリズム２７は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成されている。ダイクロイックプリズム２７の内面（直角プリズムの表面）に、赤色の色光Ｌｒを反射する誘電体多層膜と青色の色光Ｌｂを反射する誘電体多層膜とが配置されている。緑色の色光Ｌｇは、ダイクロイックプリズム２７の内部で反射することなく、そのまま射出される。色光Ｌｒ、Ｌｂは、ダイクロイックプリズム２７の内部の誘電体多層膜で反射して、色光Ｌｇと略同一方向に射出される。このように、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは合成されて光Ｌになり、光Ｌはシステム光軸２Ａに沿って進行する。

ダイクロイックプリズム２７から射出された光Ｌは、第１実施形態と同様に、結像レンズ１２により拡散板１３上に結像して二次光源像を形成する。二次光源像からの光Ｌは、集光レンズ１５により集光されつつ、走査光学系１６により光軸が変化させられる。これにより、被走査面９上にフルカラー画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター２にあっては、第１実施形態と同様に、拡散板１３から射出される光Ｌの拡散のパターンが時間変化することにより、スペックルノイズが視認されにくくなっている。このように第２実施形態のプロジェクター２は、シンプルな装置構成でありながら、スペックルノイズが格段に低減された高品質なフルカラーの画像を表示可能なものになっている。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態が第２実施形態と異なる点は、画像信号処理系が複数のレーザー光源に対して互いに異なる画素に対応する信号を供給する点と、複数のレーザー光源で二次光源像の位置がずれるように複数のレーザー光源が配置されている点と、色合成素子を含んでいない点とである。

図４は、第３実施形態のプロジェクター３の概略構成を示す模式図であり、図５（ａ）〜（ｃ）はプロジェクター３におけるレーザー光源の駆動方法を概略して示す概念図である。図４、５において、第２実施形態と同様の構成要素については、第２実施形態と同じ符号を付している。第２実施形態と同様の構成要素については、その詳細な説明を省略する場合がある。

図４に示すようにプロジェクター３は、画像信号処理系３０を含んでいる。画像信号処理系３０はレーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂの各々の出力を調整するようになっている。レーザー光源２１ｒ、２１ｇ、２１ｂから射出された色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、結像レンズ１２により拡散板１３上に結像して二次光源像を形成する。色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々に対応する二次光源像は、拡散板１３における結像位置が互いに異なっている。二次光源像からの色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、集光レンズ１５により集光されつつ、走査光学系１６により光軸が変化させられて、被走査面９上にそれぞれ結像する。ここでは、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの被走査面９上における結像位置が、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂで互いに異なっている。

図５（ａ）に示すように、画像信号処理系３０からレーザー光源２１ｒに所定のタイミングで駆動信号ＤＲ_Ｘ−２が伝達される。駆動信号ＤＧ_Ｘ−１は例えば電圧波形であり、レーザー光源２１ｒは駆動信号ＤＲ_Ｘ−２により供給される電力に応じた階調の色光Ｌｒを射出する。被走査面９上において、色光Ｌｒの結像位置には赤色の画素ＰＲ_Ｘ−２が形成される。レーザー光源２１ｒに駆動信号ＤＲ_Ｘ−２が伝達されるタイミングで、レーザー光源２１ｇに駆動信号ＤＧ_Ｘ−１が伝達され、レーザー光源２１ｂに駆動信号ＤＢ_Ｘが伝達される。これにより、色光Ｌｇの結像位置には緑色の画素ＰＧ_Ｘ−１が形成され、色光Ｌｂの結像位置には青色の画素ＰＢ_Ｘが形成される。ここでは、画素ＰＲ_Ｘ−２、ＰＧ_Ｘ−１、ＰＢ_Ｘが、走査方向に沿って隣接して並んでいる。

図５（ｂ）に示すように、走査光学系１６から射出される光（例えば光Ｌｇ）が、図５（ａ）に示した画素（例えば画素ＰＲ_Ｘ−２）の隣に位置する画素（例えば画素ＰＧ_Ｘ−１）を走査するタイミングで、レーザー光源２１ｒに駆動信号ＤＲ_Ｘ−１が伝達される。レーザー光源２１ｒに駆動信号ＤＲ_Ｘ−１が伝達されるタイミングで、レーザー光源２１ｇに駆動信号ＤＧ_Ｘが伝達され、レーザー光源２１ｂに駆動信号ＤＢ_Ｘ＋１が伝達される。これにより、画素ＰＲ_Ｘ−１、ＰＧ_Ｘ、ＰＢ_Ｘ＋１が、走査方向に沿って隣接した位置に形成される。

図５（ｃ）に示すように、走査光学系１６から射出される光（例えば光Ｌｇ）が、図５（ｂ）に示した画素（例えば画素ＰＲ_Ｘ−１）の隣に位置する画素（例えば画素ＰＧ_Ｘ）を走査するタイミングで、レーザー光源２１ｒに駆動信号ＤＲ_Ｘが伝達される。レーザー光源２１ｒに駆動信号ＤＲ_Ｘが伝達されるタイミングで、レーザー光源２１ｇに駆動信号ＤＧ_Ｘ＋１が伝達され、レーザー光源２１ｂに駆動信号ＤＢ_Ｘ＋２が伝達される。これにより、画素ＰＲ_Ｘ、ＰＧ_Ｘ＋１、ＰＢ_Ｘ＋２が、主走査方向に沿って隣接した位置に形成される。

このようにして所定の位置に画素ＰＲ_Ｘ、ＰＧ_Ｘ、ＰＢ_Ｘが時間差をもって形成され、画素ＰＲ_Ｘ、ＰＧ_Ｘ、ＰＢ_Ｘが重ね合わされて視認されることにより、フルカラーの１画素が構成される。フルカラーの複数の画素が形成されることにより、複数の画素により画像が形成される。

以上のような構成のプロジェクター３は、シンプルな装置構成でありながら、スペックルノイズが格段に低減された高品質なフルカラーの画像を表示可能なものになっている。また、光合成素子を省くことができるので、第２実施形態に比べて装置を小型化することや軽量化することが可能になっている。

なお、前記実施形態では、画素ＰＲ_Ｘ−２、ＰＧ_Ｘ−１、ＰＢ_Ｘが、走査方向に沿って隣接して並んでいる例を説明したが、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの結像位置のずれ量が、画素サイズの２倍以上であってもよい。また、色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの結像位置が、副走査方向においてずれていてもよいし、主走査方向及び副走査方向においてずれていてもよい。いずれの場合であっても、結像位置に形成されるべき画素に対応した駆動信号を画像信号処理系が出力するようになっていればよい。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第４実施形態が第２実施形態と異なる点は、ダイクロイックプリズムに代えて三角プリズムを光合成素子に採用している点と、拡散板に代えて回折光学素子を光拡散素子に採用している点と、回転機構に代えて移動機構を変位機構に採用している点である。

図６は、第４実施形態のプロジェクター４の概略構成を示す模式図である。図６において、第２実施形態と同様の構成要素については、第２実施形態と同じ符号を付している。第２実施形態と同様の構成要素については、その詳細な説明を省略する場合がある。

図６に示すようにプロジェクター４は、レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂと、三角プリズム（光合成素子）４７と、回折光学素子（光拡散素子）４３と、移動機構（変位機構）４４とを含んでいる。

レーザー光源４１ｒは赤色の色光Ｌｒを、レーザー光源４１ｇは緑色の色光Ｌｇを、レーザー光源４１ｂは青色の色光Ｌｂを、それぞれ射出するものである。色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの三角プリズム４７に対する入射角が互いに異なるように、レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂが配置されている。色光Ｌｇの三角プリズム４７に対する入射角は、色光Ｌｂの三角プリズム４７に対する入射角よりも大きくなっている。色光Ｌｒの三角プリズム４７に対する入射角は、色光Ｌｇの三角プリズム４７に対する入射角よりもさらに大きくなっている。

本実施形態のレーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂは、いずれも端面発光型レーザー素子により構成されている。端面発光型レーザー素子は、その詳細な構造を図示しないが、一対の電極の間に活性層が配置された構造になっている。活性層で発生した光は、活性層の面方向に進行して射出される。一般に、端面発光型レーザー素子から射出された光は、光軸に直交する断面における光束の形状が楕円になっている。この楕円は、活性層の法線方向に長軸を有しており、活性層の面方向に短軸を有している。

三角プリズム４７は、レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂから色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが入射する入射端面が、複数の色光が射出される射出端面に対して非平行になっている。三角プリズム４７に入射した色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、収差の違いにより合成されて三角プリズム４７から射出される。合成された光Ｌは、システム光軸４Ａに沿って進行する。光Ｌは、システム光軸４Ａに直交する断面における光束の形状が楕円になっている。光Ｌは、結像レンズ１２により集光されて回折光学素子４３上にて結像し、二次光源像を形成する。

本実施形態の回折光学素子４３は、体積ホログラフィック回折光学素子により構成されている。回折光学素子４３に入射する前の光束（光Ｌ）の断面形状において長軸に平行な方向における回折光学素子４３の拡散係数は、短軸に平行な方向における回折光学素子４３の拡散係数よりも小さくなっている。これにより、回折光学素子４３から射出された光Ｌは、光軸に直交する断面における光束の形状が略真円になる。

移動機構４４は、例えばモーターと、モーターの回転軸に連結されたクランク機構と、クランク機構及び回折光学素子４３を連結するロッド等からなっている。モーターの回転に伴って、ロッドが回折光学素子４３をシステム光軸４Ａと略直交する面内で併進移動させる。回折光学素子４３から射出された光Ｌは、回折光学素子４３の併進移動に伴って拡散のパターンが変化する。ここでは、移動機構４４が回折光学素子４３をシステム光軸４Ａ周りに回転させないようになっている。これにより、回折光学素子４３が併進移動しても回折光学素子４３から射出された光Ｌは、光軸に直交する断面における光束の形状がほとんど変化しない。

二次光源像からの光Ｌは、集光レンズ１５により集光されつつ、走査光学系１６により光軸が変化させられる。これにより、被走査面９上にフルカラー画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター４は、シンプルな装置構成でありながら、スペックルノイズが格段に低減された高品質なフルカラーの画像を表示可能なものになっている。また、回折光学素子４３から射出される光Ｌの光束の断面形状が、回折光学素子４３により調整されているので、集光レンズ１５における光の利用効率が高くなる。また、被走査面９に形成される画素の形状を回折光学素子４３により調整することもでき、これにより画像品質を高めることが可能になっている。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を説明する。第５実施形態が第４実施形態と異なる点は、三角プリズムに代えて回折光学素子を光合成素子に採用している点と、回折光学素子に代えて拡散板を光拡散素子に採用している点と、移動機構に代えて回転機構を変位機構に採用している点である。

図７は、第５実施形態のプロジェクター５の概略構成を示す模式図である。図７において、第２、第４実施形態と同様の構成要素については、第２、第４実施形態と同じ符号を付している。第２、第４実施形態と同様の構成要素については、その詳細な説明を省略する場合がある。

図７に示すようにプロジェクター４は、回折光学素子（光合成素子）５７を含んでいる。レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂは、第４実施形態と同様に、いずれも端面発光型レーザー素子により構成されている。レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂから射出される色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、いずれも光軸に直交する断面における光束の形状が楕円になっている。色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの回折光学素子５７に対する入射角が互いに異なるように、レーザー光源４１ｒ、４１ｇ、４１ｂが配置されている。色光Ｌｇの回折光学素子５７に対する入射角は、色光Ｌｒの回折光学素子５７に対する入射角よりも大きくなっている。色光Ｌｂの回折光学素子５７に対する入射角は、色光Ｌｇの回折光学素子５７に対する入射角よりもさらに大きくなっている。

回折光学素子５７は、体積ホログラフィック回折光学素子により構成されている。回折光学素子５７に入射した色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、波長に応じた回折角で回折し、回折角が互いに異なることにより合成される。合成された光Ｌが回折光学素子５７から射出され、システム光軸５Ａに沿って進行する。回折光学素子５７から射出される光束（光Ｌ）の断面形状の長軸に平行な方向における回折光学素子５７の拡散係数は、断面形状の短軸に平行な方向における回折光学素子５７の拡散係数よりも小さくなっている。これにより、回折光学素子５７から射出された光Ｌは、光軸に直交する断面における光束の形状が略真円になる。

回折光学素子５７から射出された光Ｌは、第２実施形態と同様に、結像レンズ１２により拡散板１３上に結像して二次光源像を形成する。二次光源像からの光Ｌは、集光レンズ１５により集光されつつ、走査光学系１６により光軸が変化させられる。これにより、被走査面９上にフルカラー画像が表示される。

以上のような構成のプロジェクター５は、シンプルな装置構成でありながら、スペックルノイズが格段に低減された高品質なフルカラーの画像を表示可能なものになっている。また、回折光学素子５７から射出される光Ｌにおける光束の断面形状が、回折光学素子５７により調整されているので、結像レンズ１２や集光レンズ１５における光の利用効率が高くなる。また、被走査面９に形成される画素の形状を回折光学素子５７により調整することもでき、これにより画像品質を高めることが可能になっている。

以上のように、本発明の走査型画像表示装置（プロジェクター）にあっては、装置構成がシンプルになっているので、端的には携帯可能な程度まで装置を小型化することや軽量化することができる。携帯可能なプロジェクターを構成すれば、手軽に大画面の画像を鑑賞することが可能になる。一般に、携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯型電子機器の表示部は、携帯性を確保するために小型になっている。携帯可能なプロジェクターを携帯型電子機器に内蔵あるいは外付けすれば、表示を拡大して鑑賞することができ、表示を見やすくすることができる。

なお、第１〜第５実施形態では、レーザー光源から射出された光を結像レンズにより結像させているが、略平行光を射出する光源装置を採用する場合には、結像光学系を省くこともできる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第１実施形態のプロジェクターにおける光の経路を模式的に示す図である。 第２実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）はレーザー光源の駆動方法を示す概念図である。 第４実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 第５実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１、２、３、４、５・・・プロジェクター（走査型画像表示装置）、１１、２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ、４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ・・・レーザー光源（光源装置）、１２・・・結像レンズ（結像光学系）、１３・・・拡散板（光拡散素子）、４３・・・回折光学素子（光拡散素子）、１４・・・回転機構（変位機構）、４４・・・移動機構（変位機構）、１５・・・集光レンズ（集光・平行化光学系）、１６・・・走査光学系、２７・・・ダイクロイックプリズム（光合成素子）、４７・・・三角プリズム（光合成素子）、５７・・・回折光学素子（光合成素子）

Claims (12)

1. 光を射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出された光が入射して二次光源像が形成されるとともに、入射した光を拡散して射出する光拡散素子と、
   前記光拡散素子を変位させる変位機構と、
   前記光拡散素子から射出された光を集光又は平行化する集光・平行化光学系と、
   前記集光・平行化光学系から射出された光を走査させる走査光学系と、を含んでいることを特徴とする走査型画像表示装置。
2. 前記光源装置から射出された光を前記光拡散素子上にて結像させる結像光学系を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の走査型画像表示装置。
3. 前記集光・平行化光学系のＦ値が、前記結像光学系のＦ値よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の走査型画像表示装置。
4. 前記光拡散素子が回折光学素子により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。
5. 前記光拡散素子は、光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数が互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の走査型画像表示素子。
6. 前記変位機構が、前記光拡散素子に入射する光の光軸に対して非平行な方向を法線方向とする面内で前記光拡散素子を回転させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。
7. 前記変位機構が、前記光拡散素子に入射する光の光軸に対して略直交する面内で前記光拡散素子を併進移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。
8. 互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応して設けられ、対応する色光を射出する複数の前記光源装置と、
   前記複数の光源装置の各々と前記光拡散素子との間の光路に配置され、前記複数の光源装置から射出された複数の色光を合成する光合成素子と、を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。
9. 前記光合成素子は、前記複数の色光が入射する入射端面と該複数の色光が射出される射出端面とが互いに非平行に配置されているプリズムであることを特徴とする請求項８に記載の走査型画像表示装置。
10. 前記光合成素子が回折光学素子により構成されていることを特徴とする請求項８に記載の走査型画像表示装置。
11. 前記光合成素子は、光が入射する面に沿う方向のうちの互いに非平行な２つの方向の拡散係数が互いに異なることを特徴とする請求項１０に記載の走査型画像表示素子。
12. 互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応して設けられ、対応する色光を射出するとともに前記光拡散素子において互いに異なる位置に前記二次光源像を形成する複数の前記光源装置を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の走査型画像表示装置。

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