JP2010152066A

JP2010152066A - 画像表示装置および光源装置

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Publication number: JP2010152066A
Application number: JP2008329715A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 秀文坂田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2010-07-08
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP5401977B2

Abstract

【課題】スペックルを確実に抑制できるとともに、高い解像度を確保できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の画像表示装置１は、レーザー光を射出するレーザー光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと、レーザー光をスクリーン４上で走査して画像を描画するＭＥＭＳミラー３（光走査部）と、光源から入射されたレーザー光を透過させて光走査部に向けて射出させ、レーザー光の透過領域の中心部ではレーザー光の位相を時間的に変化させず、透過領域の周縁部ではレーザー光の位相を時間的に変化させる光透過板８（光透過部材）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置および光源装置に関する。

近年、半導体レーザーの高出力化や青色半導体レーザーの登場に伴い、レーザー光源を用いたプロジェクターが開発されている。この種のプロジェクターは、レーザー光源の波長域が狭いために色再現範囲を十分に広くすることができ、小型化や構成部品の削減も可能である。このことから、次世代のプロジェクターとして大きな可能性を秘めている。しかしながら、レーザー光源を用いたプロジェクターにおいて表示を行う際、スクリーン等の散乱体で光の干渉が生じることによって明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆる「スペックルノイズ」と呼ばれる現象が発生する場合がある。

スペックルノイズは、観察者に対してぎらつき感を与え、画像鑑賞時に不快感を与えるなどの悪影響を及ぼす原因となる。特にレーザー光は干渉性が高い光であることから、スペックルノイズが発生しやすい。ところが、レーザー光源に限らず、ランプ光源の場合でも近年は短アーク化によって光の干渉性が高くなっており、スペックルノイズを除去する技術が重要になってきている。そこで、以下のようなスペックルノイズを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、集光特性を制御するランダム位相板をレーザー発振器と集光レンズとの間に配置したレーザー光集光照射装置が開示されている。この装置では、位相板と集光レンズによって形成される多数の微小なスポットの集合体となる集光パターンが、微小な位置のズレをもって多数重なることになる。これにより、スペックルパターンが平均化され、スペックルノイズが除去されるとともに、平滑化された集光パターンが得られる。
特開平１１−２９５６４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置の場合、スペックルノイズが低減され、均一な光強度分布が得られる反面、ランダム位相板を用いたことにより、レーザー発振器からの光を集光レンズのみで集光する場合に比べて集光スポットが大きくなってしまう。このようなレーザー光源装置を例えば走査型画像表示装置に用いたとすると、集光スポットの拡大に伴って解像度が著しく低下し、高画質の画像表示装置が実現できない、という問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、スペックルノイズを十分に抑制できるとともに、高い解像度を確保できる画像表示装置、およびこれに用いる光源装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の画像表示装置は、レーザー光を射出する光源と、前記レーザー光を被投射面上で走査して画像を描画する光走査部と、所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて前記光走査部に向けて射出させる光透過部材と、前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させることを特徴とする。

なお、ここで言う「レーザー光の（透過領域の）周縁部」とは、レーザー光の強度分布がガウス分布に従うものとすると、最大強度を通る断面における強度分布曲線上での強度が１／ｅ^２となる点とその近傍の領域のことである。「レーザー光の（透過領域の）中心部」とは、上記の「周縁部」を除く領域であって、強度分布曲線上での強度が１／ｅ^２となる点よりも中心軸寄りの領域のことである。

本願発明者は、上で定義したレーザー光の中心部でも周縁部でもスペックルノイズは発生するものの、レーザー光の中心部で発生するスペックルノイズは元のレーザー光の強度が高いために観察者が視認しにくく、レーザー光の周縁部で発生するスペックルノイズは元のレーザー光の強度が低いために相対的に強度が高くなり、また、広い範囲で発生するために観察者が視認し易くなる傾向があることを見い出した。そこで、スペックルノイズの低減対策を考える際に、レーザー光の周縁部で発生するスペックルノイズのみを対策し、レーザー光の中心部で発生するスペックルノイズは敢えて対策しない構成とすることに思い至った。

本発明の第１の画像表示装置によれば、光源から射出されたレーザー光が光透過部材を透過する際に、光透過部材の運動によりレーザー光の透過領域の周縁部でレーザー光の位相が時間的に変化するので、異なるスペックルパターンが時間的に平均化され、スペックルノイズを低減することができる。一方、透過領域の中心部ではレーザー光の位相が時間的に変化しないので、スペックルノイズは低減されないが、観察者に視認され難いため、特に画像の視認に支障を来すことがない。また、本発明の構成によれば、従来の特許文献１の構成のようにレーザー光の全体に対して位相を変化させるのではなく、中心部では位相を変化させないので、ビーム径の拡大が抑えられ、画像の解像度を十分に維持することができる。

本発明の第１の画像表示装置において、前記光透過部材は、前記透過領域の中心部では、前記レーザー光の光路長が一定であり、前記透過領域の周縁部では、前記光透過部材駆動手段の駆動によって所定の位置における前記レーザー光の光路長が時間的に変化する構成とすることができる。
この構成によれば、レーザー光の透過領域の周縁部のみでレーザー光の位相を時間的に変化させる構成を比較的容易に実現できる。

本発明の第１の画像表示装置において、前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、第１の屈折率を有する材料からなる第１屈折率領域と前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料からなる第２屈折率領域とを含む円板状部材からなり、前記円板状部材は、前記透過領域の中心部が前記第１屈折率領域に対応し、前記透過領域の周縁部では前記第１屈折率領域と前記第２屈折率領域とが混在している構成としても良い。
光路長を変化させるには、屈折率を変化させる手法と、光が透過する部分の物理的距離を変化させる手法の２通りが考えられる。この構成によれば、レーザー光の透過領域の周縁部で第１屈折率領域と第２屈折率領域とが混在している円板状部材を回転させることにより、透過領域の周縁部のある１点に着目すると、その点における屈折率が時間的に変化することになる。このようにして、レーザー光の光路長を時間的に変化させる構成を実現することができる。

あるいは、本発明の第１の画像表示装置において、前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、前記周縁部に周方向に板厚の異なる複数の位相変調領域を有する円板状部材からなる構成とすることができる。
この構成によれば、周方向に板厚の異なる複数の位相変調領域を有する円板状部材を回転させることによって、透過領域の周縁部のある１点に着目すると、その点におけるレーザー光の透過部分の物理的距離が時間的に変化することになる。このようにして、レーザー光の光路長を時間的に変化させる構成を実現することができる。

本発明の第２の画像表示装置は、レーザー光を射出する光源と、前記レーザー光を被投射面上で走査して画像を描画する光走査部と、所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて前記光走査部に向けて射出させる光透過部材と、前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させることを特徴とする。

本発明の第２の画像表示装置によれば、光源から射出されたレーザー光が光透過部材を透過する際に、光透過部材の運動によりレーザー光の透過領域の周縁部でレーザー光の振幅が時間的に変化するので、異なるスペックルパターンが時間的に平均化され、スペックルノイズを低減することができる。一方、透過領域の中心部ではレーザー光の振幅が変化しないので、スペックルノイズは低減されないが、観察者に視認され難いため、特に画像の視認に支障を来すことがない。また、本発明の構成によれば、従来の特許文献１の構成のようにレーザー光の全体に対して変調を施すのではなく、中心部では振幅を変調しないので、ビーム径の拡大が抑えられ、画像の解像度を十分に維持することができる。

本発明の第２の画像表示装置において、前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記透過領域の周縁部では所定の位置において前記レーザー光の透過率が時間的に変化する構成とすることができる。
この構成によれば、透過領域の周縁部の所定の位置におけるレーザー光の透過率が時間的に変化することにより、その位置を通るレーザー光の振幅が時間的に変化し、スペックルノイズを低減することができる。レーザー光の透過率が時間的に変化する構成は比較的容易に実現可能である。

本発明の第２の画像表示装置において、前記光透過部材は、前記透過領域の中心部では、常に前記レーザー光を透過させ、前記透過領域の周縁部では、前記光透過部材駆動手段の駆動によって所定の位置において前記レーザー光を透過させるか遮断するかが時間的に切り替わる構成とすることができる。
この構成によれば、レーザー光の透過領域の周縁部でレーザー光の振幅を時間的に変化させる構成を比較的容易に実現できる。また、周縁部の所定の位置においてレーザー光を透過させるか遮断するか、換言すると透過率を１００％とするか０％とするかを時間的に切り替えるので、振幅を最も大きく変化させることになり、スペックルノイズの低減効果を最大限に発揮させることができる。

本発明の第２の画像表示装置において、前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、前記透過領域の中心部と前記周縁部の一部とを開口させた開口部を有する円板状部材からなり、前記開口部が、前記回転中心を中心とする円以外の形状を有する構成とすることができる。
この構成によれば、開口部を有する回転可能な円板状部材で光透過部材を構成することができ、比較的簡易な構成とすることができる。開口部の形状が回転中心を中心とする円であると、円板状部材を回転させても、周縁部の所定の位置においてレーザー光は常に透過するか、遮断されるかのいずれかになってしまう。開口部を回転中心を中心とする円以外の形状とすれば、周縁部の所定の位置においてレーザー光を透過させるか遮断するかを時間的に切り替える構成を実現できる。

本発明の第２の画像表示装置において、前記開口部の縁の形状が、前記円板状部材の周方向において不規則である構成とすることができる。
この構成によれば、レーザー光が透過する時間や遮断される時間の長さ、そのタイミング等が不規則になるため、スペックルノイズの低減効果をより大きくすることができる。

本発明の第１、第２の画像表示装置において、前記光源と前記光透過部材との間に集光レンズが設けられていても良い。
この構成によれば、光透過部材の開口部の大きさに合わせてレーザー光を適宜集光することができ、効率の良い装置とすることができる。

本発明の第１の光源装置は、レーザー光を射出する光源と、所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて射出させる光透過部材と、前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させることを特徴とする。

本発明の第１の光源装置によれば、光源から入射されたレーザー光が光透過部材を透過する際に、光透過部材の運動によりレーザー光の透過領域の周縁部でレーザー光の位相が時間的に変化するので、異なるスペックルパターンが時間的に平均化され、スペックルノイズを低減することができる。一方、透過領域の中心部ではレーザー光の位相が変化しないので、スペックルノイズは低減されないが、観察者に視認され難いため、特に問題は生じない。

本発明の第２の光源装置は、レーザー光を射出する光源と、所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて射出させる光透過部材と、前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させることを特徴とする。

本発明の第２の光源装置によれば、光源から入射されたレーザー光が光透過部材を透過する際に、光透過部材の運動によりレーザー光の透過領域の周縁部でレーザー光の振幅が時間的に変化するので、異なるスペックルパターンが時間的に平均化され、スペックルノイズを低減することができる。一方、透過領域の中心部ではレーザー光の振幅が変化しないので、スペックルノイズは低減されないが、観察者に視認され難いため、特に問題は生じない。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
本実施形態の画像表示装置は、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出するレーザー光源を用いてスクリーン上に画像を描画する画像表示装置であり、１段の走査手段を用いた例である。
図１は本実施形態の画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。図２は同画像表示装置に用いられる光透過板を示す正面図である。図３は光透過板を透過するレーザー光の強度分布を示す図である。なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法の比率や縮尺を変えることがある。

本実施形態の画像表示装置１は、図１に示すように、光源装置２と、ＭＥＭＳミラー３（光走査部）と、を備えている。光源装置２から射出されたレーザー光をＭＥＭＳミラー３によってスクリーン４（被投射面）上で２次元的に走査することにより画像を表示する。光源装置２は、赤色レーザー光（中心波長：６２０ｎｍ）を射出する赤色レーザー光源５Ｒと、緑色レーザー光（中心波長：５３０ｎｍ）を射出する緑色レーザー光源５Ｇと、青色レーザー光（中心波長：４６０ｎｍ）を射出する青色レーザー光源５Ｂと、クロスダイクロイックプリズム６と、集光レンズ７と、光透過板８（光透過部材）と、を備えている。なお、上記の各色のレーザー光の波長は一例に過ぎない。また、クロスダイクロイックプリズム６は、各レーザー光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから射出された各色のレーザー光を合成するものである。

ＭＥＭＳミラー３は、ミラー部１１と、第１枠部１２と、第２枠部１３と、第１梁部１４と、第２梁部１５と、を備えた共振型のミラーである。ミラー部１１は水平方向に延在する第１梁部１４によって第１枠部１２に支持され、ミラー部１１を含む第１枠部１２は垂直方向に延在する第２梁部１５によって第２枠部１３に支持されている。この構成により、ミラー部１１を含む第１枠部１２は第２梁部１５を中心軸として回転往復運動し（矢印Ｅで示す）、レーザー光をスクリーン４上で水平方向Ｈに走査する（低速走査）。さらに、ミラー部１１は第１枠部１２に対して第１梁部１４を中心軸として回転往復運動し（矢印Ｆで示す）、レーザー光をスクリーン４上で垂直方向Ｖに走査する（高速走査）。このように、ＭＥＭＳミラー３が、レーザー光をスクリーン４の水平方向と垂直方向の双方に２次元的に走査し、画像を描画する。

光透過板８は、図２に示すように、第１の屈折率を有する光透過性材料からなる第１屈折率領域１７と、第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する光透過性材料からなる第２屈折率領域１８とを含む円板状部材で構成されている。光透過性材料としては、樹脂、ガラス等、任意の材料を用いることができる。また、光透過板８は、全ての箇所で板厚が一定である。後述するように、レーザー光は、第１屈折率領域１７の全域と第２屈折率領域１８の一部の領域とにわたる部分を透過することになる。本実施形態では、第１屈折率領域１７が光透過板８の内側、第２屈折率領域１８が光透過板８の外側に位置しており、第１屈折率領域１７と第２屈折率領域１８との境界線Ｋは光透過板８の周方向に沿って不規則に湾曲した形状となっている。

光透過板８は、円板状部材の円の中心を回転中心として回転可能に構成されている。ただし、光透過板８の中心には物理的な回転軸が存在するわけではなく、例えば回転ローラ、ベルト等、図１に示す任意の回転伝達機構２０（光透過部材駆動手段）によって、光透過板８が縁の部分で支持されつつ回転する構成となっている。

レーザー光は、図３に示すように、強度分布曲線Ｇがガウス分布に従うものであり、一般に強度が１／ｅ^２となる位置をそのレーザー光のビーム径Ｄ２と呼ぶ。また、１／ｅ^２よりも高い任意の強度を取る位置を径Ｄ１とする。ここで、図２に示す第１屈折率領域１７と第２屈折率領域１８の境界線Ｋの中で、円板状部材の中心から最も近い点Ｐ１を通り、円板状部材の外径と同心円状の２点鎖線で示す円の半径が径Ｄ１であると想定する。また、図２において、ビーム径Ｄ２を半径とする１点鎖線で示す円が第１屈折率領域１７と第２屈折率領域１８との境界線Ｋと交差するようにする。以下の説明では、図２に示す光透過板８のうち、径Ｄ１の円の内側を「透過領域の中心部」、径Ｄ１の円の外側を「透過領域の周縁部」と称する。すなわち、光透過板８は、透過領域の中心部の全てが第１屈折率領域１７に対応する一方、透過領域の周縁部では第１屈折率領域１７と第２屈折率領域１８とが混在している。

クロスダイクロイックプリズム６の後段にある集光レンズ７は、クロスダイクロイックプリズム６から射出された合成光を、光透過板８との関係において上記の条件を満たすようなビーム径に集光する。

ここで、光透過板８の作用について説明する。
上記構成の画像形成装置１においては、各レーザー光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから射出された光がクロスダイクロイックプリズム６によって合成され、合成光が集光レンズ７によって集光された後、高速回転している光透過板８に入射する。このとき、レーザー光のうち、図２に示す径Ｄ１の円の内側に相当する透過領域の中心部を透過する部分光束は、常に第１屈折率領域１７を透過する。一方、図２に示す径Ｄ１の円の外側に相当する透過領域の周縁部を透過する部分光束については、図３に示す第１屈折率領域１７と第２屈折率領域１８との境界線Ｋが矢印Ｊで示す方向に時間的に移動することになり、第１屈折率領域１７を透過する時間と第２屈折率領域１８を透過する時間とが不規則に切り替わる。

本実施形態の画像表示装置１によれば、光源装置２から射出されたレーザー光が光透過板８を透過する際に、光透過板８の回転運動によりレーザー光の透過領域の周縁部で屈折率が不規則に変化する。本実施形態では、光透過板８の板厚が場所によらず一定であるため、レーザー光が透過する物理的距離は一定であるが、屈折率が時間的に変化するため、光路長が時間的に変化し、その結果、レーザー光の位相が時間的に変化する。すると、レーザー光の周縁部において異なるスペックルパターンが時間的に平均化されるので、スペックルノイズを低減することができる。一方、レーザー光の中心部では屈折率、すなわち光路長が常に一定であり、レーザー光の位相が変化しないので、スペックルノイズは低減されない。ところが、この部分のスペックルノイズは元々観察者に視認され難いため、スペックルノイズは低減されなくても特に画像の視認に支障を来すことがない。また、従来の特許文献１の構成のようにレーザー光の全体に対して位相を変化させることがないので、ビーム径の拡大が抑えられ、画像の解像度を十分に維持することができる。さらに、本実施形態では、レーザー光の周縁部の位相を変えるだけで遮光を行わないため、画像の明るさを十分に確保することができる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図４を参照して説明する。
以下の実施形態の画像表示装置の全体構成は第１実施形態と同様であり、光透過板の形態が異なるのみである。したがって、以下の実施形態では、画像表示装置の全体構成の説明は省略し、光透過板についてのみ説明する。
図４（Ａ）は本実施形態の光透過板の正面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。

第１実施形態の光透過板は、互いに異なる屈折率を有する２つの屈折率領域を有していたのに対し、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す本実施形態の光透過板２２は、全体が一様な屈折率を有する光透過性材料で構成されている。図４（Ａ）に示す光透過板２２の正面図において、最も内側の円（径Ｄ１の円）の内側は第１実施形態の透過領域の中心部に相当する領域であり、最も内側の円の外側は第１実施形態の透過領域の周縁部に相当する領域である。本実施形態において、光透過板２２の透過領域の中心部は板厚が一定であり、屈折率も一定であることから、光路長は一定である。

これに対して、光透過板２２の透過領域の周縁部は環状部分２３を有し、環状部分２３は周方向に分割された複数の位相変調領域２３を有している。この環状部分２３の断面図は図４（Ｂ）に示す通りであり、複数の位相変調領域２４は互いに異なる板厚を有している。板厚は周方向に沿って一定のパターンで変化していても良いが、図４（Ｂ）に示すように不規則に変化している方が好ましい。この構成により、透過領域の周縁部の複数の位相変調領域２４は、周方向に沿って屈折率が一定であっても、板厚、すなわちレーザー光が透過する物理的距離が異なることから、光路長が互いに異なる。

本実施形態の光透過板２２の作用について説明する。
各レーザー光源５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから射出された光がクロスダイクロイックプリズム６、集光レンズ７を経て高速回転している光透過板２２に入射すると、レーザー光のうち、図４（Ａ）に示す径Ｄ１の円の内側に相当する透過領域の中心部を透過する部分光束は、常に光路長が一定であるため、位相が変化しない。一方、径Ｄ１の円の外側に相当する透過領域の周縁部を透過する部分光束（図４（Ｂ）参照）については、光路長が時間的に不規則に変化するため、レーザー光の位相が時間的に不規則に変化する。

本実施形態の画像表示装置によれば、レーザー光の周縁部で位相が時間的に変化する一方、レーザー光の中心部では位相が変化しないため、スペックルノイズを低減しつつ画像の解像度を十分に維持できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。また、レーザー光の周縁部で遮光を行わないため、画像の明るさを十分に確保できる点も第１実施形態と同様である。本実施形態の場合、光透過板２２の構成材料が１種類で済むため、光透過板２２の製造が比較的容易である。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について図５を参照して説明する。
第１、第２実施形態の光透過板は、透過領域の周縁部でレーザー光の位相を変調する位相変調型のものであったのに対し、第３、第４実施形態では、透過領域の周縁部でレーザー光の振幅を変調する振幅変調型の光透過板の例を説明する。
図５は本実施形態の光透過板の正面図である。

第１、第２実施形態の光透過板は、透過領域の周縁部を含む全体が光透過性材料で構成されていたのに対し、本実施形態の光透過板３２は、図５に示すように、例えば耐熱性を有する金属等の遮光性材料で形成された円板状部材であり、開口部３３が形成されている。開口部３３の縁は光透過板３２の周方向に沿って不規則に湾曲した形状となっている。また、第１、第２実施形態と同様、光透過板３２は、物理的な回転軸を持たないが、任意の回転伝達機構によって支持されつつ光透過板３２の中心を回転中心として回転するようになっている。

図５に示す光透過板３２の正面図において、開口部３３の縁が光透過板３２の中心に最も近づく点Ｐ１を通り、光透過板３２の外径と同心円状の２点鎖線で示す円（径Ｄ１の円）の内側はレーザー光の透過領域の中心部に相当する領域であり、円の外側は透過領域の周縁部に相当する領域である。本実施形態において、光透過板３２が回転している状態でレーザー光が入射すると、径Ｄ１の円の内側にあたる透過領域の中心部では常にレーザー光が透過する。その一方、径Ｄ１の円の外側にあたる透過領域の周縁部では、レーザー光が透過するか、光透過板３２によって遮断されるかが時間的に不規則に切り替わる。換言すると、透過領域の周縁部では、レーザー光の振幅が時間的に不規則に変化する。

本実施形態の画像表示装置によれば、レーザー光の周縁部で振幅が時間的に変化する一方、レーザー光の中心部では振幅が変化しないため、スペックルノイズを低減しつつ画像の解像度を十分に維持できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。また、円板状部材に開口部３３を形成するだけで光透過板３２を容易に製造できる。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。
図６は本実施形態の光透過板の平面図である。

第３実施形態の光透過板は、不規則に湾曲した形状の開口部を有していた。これに対して、本実施形態の光透過板４２は、図６に示すように、光透過板４２の外形と同心円状の円形（正円形）の開口部４３を有している。仮にこの形状の光透過板をその中心を回転中心として回転させたとすると、レーザー光の周縁部で振幅を時間的に変化させる、という作用を実現できない。しかしながら、本実施形態の場合、光透過板４２の中心を回転中心として回転させる構成ではなく、光透過板４２の中心からずれた点Ｐ２を回転中心として光透過板４２を回転させる構成となっている。換言すると、光透過板４２が偏心回転する構成となっている。これにより、開口部４３の中心付近では常にレーザー光が透過する。その一方、開口部４３の縁に近い領域では、レーザー光が透過するか、光透過板によって遮断されるかが時間的に切り替わる。

本実施形態の画像表示装置においても、レーザー光の周縁部で振幅が時間的に変化する一方、レーザー光の中心部では振幅が変化しないため、スペックルノイズを低減しつつ画像の解像度を十分に維持できる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第３、第４実施形態では、光透過板の透過領域の周縁部でレーザー光を透過させるか遮断するか、換言すると、透過率を１００％とするか０％とするかを時間的に切り替える構成であった。この構成に代えて、例えば光透過板の周縁部を透過率が異なる２種類の材料を組み合わせて作成し、１００％、０％以外の中間的な透過率で時間的に切り替える構成としても良い。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、第１、第２実施形態で位相変調型の光透過板の例、第３、第４実施形態では振幅変調型の光透過板の例をそれぞれ示し、各々の例について各屈折率領域や開口部の形状、回転中心の位置等の特徴点を組み合わせた一例を示した。ところが、これらの特徴点の組み合わせは適宜変更することができる。例えば、図６に示したような同心円状の開口部に代えて、同心円状の第１屈折率領域、第２屈折率領域を有する位相変調型の光透過板を用意し、これを偏心回転させる構成としても同様の効果を得ることができる。

第１実施形態の図２、第３実施形態の図５で示したように、２つの屈折率領域の境界線や開口部の縁が不規則な形状であると、レーザー光の位相や振幅が不規則に変化するので、スペックルノイズをより効果的に低減できる。ところが、２つの屈折率領域の境界線や開口部の縁は必ずしも不規則な形状でなくてもスペックルノイズを低減でき、例えば多角形状、楕円状などの規則的な形状であっても良い。これらの場合には、光透過板の中心を回転中心として回転する構成でも良いし、光透過板が偏心回転する構成でも良い。また上述したように、２つの屈折率領域の境界線や開口部の縁は円形でも良いが、その場合には光透過板を偏心回転させる必要がある。

また、上記全ての実施形態では、光透過板を回転させる構成の例を示したが、回転に代えて、光透過板を入射光の光軸と直交する面内で並進運動させる構成としても良い。その場合、本発明の特徴点は、レーザー光の中心部では位相や振幅を変化させないことにあるため、光透過板の並進運動の移動距離は僅かで良く、例えば圧電素子等を用い、レーザー光のビーム径Ｄ２に対して十分に小さい距離だけ光透過板を微振動させる構成とすれば良い。また、画像表示装置の基本構成として、水平走査、垂直走査の双方を担う１個のＭＥＭＳミラーを備えた例を示したが、水平走査、垂直走査のそれぞれを担う２個の光走査素子を備えた構成であっても良い。その他、画像表示装置の各部の具体的な構成は適宜変更が可能である。

本発明の第１実施形態の画像表示装置の概略構成図である。画像表示装置に用いられる光透過板を示す正面図である。光透過板を透過するレーザー光の強度分布を示す図である。本発明の第２実施形態の光透過板の正面図である。本発明の第３実施形態の光透過板の正面図である。本発明の第４実施形態の光透過板の正面図である。

符号の説明

１…画像表示装置、２…光源装置、３…ＭＥＭＳミラー（光走査部）、４…スクリーン（光透過部材）、５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ…レーザー光源（光源）、８，２２，３２，４２…光透過板（光透過部材）、１７…第１屈折率領域、１８…第２屈折率領域、２０…回転伝達機構（光透過部材駆動手段）、２４…位相変調領域、３３，４３…開口部。

Claims

レーザー光を射出する光源と、
前記レーザー光を被投射面上で走査して画像を描画する光走査部と、
所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて前記光走査部に向けて射出させる光透過部材と、
前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、
前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させることを特徴とする画像表示装置。
前記光透過部材は、前記透過領域の中心部では、前記レーザー光の光路長が一定であり、前記透過領域の周縁部では、前記光透過部材駆動手段の駆動によって所定の位置における前記レーザー光の光路長が時間的に変化することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、第１の屈折率を有する材料からなる第１屈折率領域と前記第１の屈折率と異なる第２の屈折率を有する材料からなる第２屈折率領域とを含む円板状部材からなり、
前記円板状部材は、前記透過領域の中心部が前記第１屈折率領域に対応し、前記透過領域の周縁部では前記第１屈折率領域と前記第２屈折率領域とが混在していることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、前記周縁部に周方向に板厚の異なる複数の位相変調領域を有する円板状部材からなることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
レーザー光を射出する光源と、
前記レーザー光を被投射面上で走査して画像を描画する光走査部と、
所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて前記光走査部に向けて射出させる光透過部材と、
前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、
前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させることを特徴とする画像表示装置。
前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記透過領域の周縁部では所定の位置において前記レーザー光の透過率が時間的に変化することを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、前記透過領域の中心部では、常に前記レーザー光を透過させ、前記透過領域の周縁部では、前記光透過部材駆動手段の駆動によって所定の位置において前記レーザー光を透過させるか遮断するかが時間的に切り替わることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記光透過部材は、所定の回転中心を中心として回転可能とされ、前記透過領域の中心部と前記周縁部の一部とを開口させた開口部を有する円板状部材からなり、
前記開口部が、前記回転中心を中心とする円以外の形状を有することを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
前記開口部の縁の形状が、前記円板状部材の周方向において不規則であることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
前記光源と前記光透過部材との間に集光レンズが設けられたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
レーザー光を射出する光源と、
所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて射出させる光透過部材と、
前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、
前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の位相を時間的に変化させることを特徴とする光源装置。
レーザー光を射出する光源と、
所定の透過領域において前記光源から入射された前記レーザー光を透過させて射出させる光透過部材と、
前記光透過部材に運動を生じさせる光透過部材駆動手段と、を備え、
前記光透過部材駆動手段の駆動によって前記光透過部材に運動を生じさせることにより、前記レーザー光の透過領域の中心部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させず、前記透過領域の周縁部では前記レーザー光の振幅を時間的に変化させることを特徴とする光源装置。