JP2024060433A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルノイズを低減した、高品質の画像をスクリーン上に表示することが可能な小型の画像表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光である画像表示装置。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光であることを特徴とする画像表示装置に関する。

近年、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の小型の画像投影装置の光源回路として、複数のレーザダイオードを光源として用い、導波路からなる方向性結合器により光結合を行う光合波器を備えた画像表示装置が知られている（特許文献１を参照）。前記光合波器における導波路は、シリコン基板上に公知の化学気相成長法（ＣＶＤ）やスパッタリング法等を用いて低屈折率及び高屈折率のシリコン酸化膜を積層形成した後、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法によりパターニングを行い、さらに低屈折率シリコン酸化膜を積層形成するという工程を経て製造される。

また、複数のレーザダイオードから出力されるそれぞれの光ビームの出力時間を変更してタイムシフトすることにより光強度を制御すると共に、水平方向および垂直方向に反射して画像を投影する走査ミラーを備えた画像表示装置も知られている（特許文献２を参照）。

しかし、前記光合波器を備えた画像表示装置は複数のレーザー光を単に合波して出力しているだけであることから、出力光をスクリーンに投影した場合、スクリーン上に表示される画像には光強度分布がばらつくスペックルノイズが生じて画質が低下するため、高品質の画像を得ることが困難であるという問題があった。
また、前記走査ミラーを備えた画像表示装置においては、スペックルノイズを低減する効果を有するが、レーザー光源ごとにレンズまたはミラーを有していることから部品点数が多く、装置が複雑であることから、画像表示装置を小型化するには限界があった。

特開２０１３－１９５６０３号公報 特開２００９－２５８２０７号公報

本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズを低減した、高品質の画像をスクリーン上に表示することが可能な小型の画像表示装置を提供することである。

本発明は、少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光であることを特徴とする画像表示装置を提供する。

前記光合波器は、波長の異なる複数の光を、それぞれの波長ごとの導波路から入力し、合波後に１つの導波路から多重光を出力するものであって、１つの光合波器における前記複数の光はすべて波長が異なり、かつ、異なる光合波器が少なくとも１つの同じ波長の光を入力することが好ましい。

前記波長の異なる複数の光が、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を含むことが好ましい。

前記波長の異なる複数の光が、それぞれレーザダイオードを光源とすることが好ましい。

前記走査ミラーがＭＥＭＳミラーであることが好ましい。

本発明によれば、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の画像投影装置用途に使用することが可能な小型の画像表示装置を提供することができる。本発明の小型の画像表示装置は、少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光であることから、スペックルノイズを低減した、高品質の画像をスクリーン上に表示することを可能とする。また、少なくとも２つ以上の多重光を用いることから、光源となるレーザダイオードの数が多くなるため、高輝度の画像を得ることが可能である。

本発明における実施例１の画像表示装置における光合波器の上面図である。 本発明における実施例１の画像表示装置の概略図である。 本発明における実施例１の画像表示装置における光合波器から出力される多重光の正面図である。 本発明における実施例２の画像表示装置における光合波器の上面図である。 本発明における実施例３の画像表示装置における光合波器の上面図である。

以下、本発明を実施するための実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

図１は、実施例１の画像表示装置における光合波器セグメント１の上面図を示す。光合波器セグメント１は、導波路によって構成される第１光合波器２及び第２光合波器３を含んでいる。第１光合波器２の左側端面において、光源であるそれぞれのレーザダイオード（図示せず）から出力される、第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６が導波路に入力され、最初の方向性結合器（導波路が近接した部分）で第１青色光４が第１赤色光５に合波され、次の方向性結合器で、合波された前記第１青色光４及び第１赤色光５が第１緑色光６に合波され、最終的に第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６を含む第１多重光１０が第１光合波器２の右側端面の導波路から出力される。

また、第２光合波器３の左側端面において、光源であるそれぞれのレーザダイオードから出力される、第２赤色光７及び第２緑色光８が導波路に入力され、方向性結合器で第２緑色光８が第２赤色光７に合波され、第２赤色光７及び第２緑色光８を含む第２多重光１１が第２光合波器３の右側端面の導波路から出力される。

光合波器セグメント１は、特許文献１等に記載されている公知の手段、方法を用いることによって製造することができる。

図２は、実施例１の画像表示装置の概略図を示す。光合波器セグメント１から出力された第１多重光１０及び第２多重光１１は、スクリーン１３上の点１４で重なるように走査ミラー１２で反射される。走査ミラー１２は可動式であり、第１多重光１０及び第２多重光１１の出力時間を変更するタイムシフトに対応して、第１多重光１０を反射する角度と第２多重光１１を反射する角度を変更することにより、点１４で重なるように制御する。さらに、点１４を水平及び垂直方向に走査し、スクリーン１３上に画像を表示する。

走査ミラー１２は特許文献２等に記載されている公知の手段、方法を用いることによって制御することができる。また、その他の電源や駆動回路等、図２で省略した画像表示装置に必要な構成要素についても特許文献２等に記載されている公知の構成要素を用いることができる。

走査ミラー１２はモーターを用いた機械的回転式ミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等の公知の走査ミラーを用いることができる。低消費電力であり、光学的振れ角が広く、ミラー反射率が高いことからＭＥＭＳミラーを用いることが好ましい。

前記青色光は４３０～４９５ｎｍ、緑色光は４９５～５７０ｎｍ及び赤色光は６１０～７７０ｎｍの波長を有している。本発明の画像表示装置に用いられる波長の異なる複数の光は、少なくとも前記青色光、緑色光及び赤色光を含むことが好ましいが、他の波長の異なる光を含んでもよく、前記他の波長の異なる光として、黄色光（５７０～５９５ｎｍ）、橙色光（５９５～６１０ｎｍ）、紫色光（４００～４３０ｎｍ）等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。

本発明における「波長の異なる複数の光」は、青色光、緑色光及び赤色光等のいわゆる色相の異なる複数の光を意味している。例えば、４４５ｎｍと４５５ｎｍの光はどちらも青色光であり、本発明における波長の異なる複数の光ではない。ここで、「色相」はＣＭＹ表色系で多用される用語であることから、本発明がＲＧＢ表色系であることを明確にするため、「波長の異なる複数の光」を用語として用いた。また、少なくとも１つの「同じ波長の光」も同様に、同じ色相の光を意味しており、例えば、４４５ｎｍと４５５ｎｍの光はどちらも青色光であり、「同じ波長の光」と解する。

図３は、実施例１の画像表示装置における光合波器セグメント１から出力される多重光を出力方向から見た正面図を示す。第１多重光１０の光軸中心１５と第２多重光１１の光軸中心１６の間の距離１７は２～１２μｍであり、好ましくは３～１０μｍであり、さらに好ましくは４～５μｍである。距離１７が２μｍ未満であると、導波路間の距離が小さくなりすぎ、例えば導波路幅を１μｍとした場合、導波路間距離が１μｍ未満となるため、光合波器セグメント１を高精度で製造することが困難となる可能性がある。また、距離１７が１２μｍを超えると、走査ミラー１２を用いる、第１多重光１０及び第２多重光１１のタイムシフトに対応した制御が困難となる可能性がある。

スペックルノイズは、レーザダイオードから出力されるレーザー光が干渉性を有するコヒーレント光であることに起因しており、図２のスクリーン１３のような粗面に投影した場合、散乱光が生じ、レーザー光の干渉作用によってランダムな明暗の斑状模様として視認される。太陽光のような自然光は非干渉性のインコヒーレント光であるため、粗面に投影したとしてもスペックルノイズは生じない。実施例１の画像表示装置では、第１多重光１０及び第２多重光１１を点１４へ重なるように投影することにより、散乱光がより多く生じるため、スペックルノイズを低減することができる。また、２つの多重光の光源として合計５個のレーザダイオードを用いていることから、高輝度の画像を得ることが可能である。

図４は、実施例２の画像表示装置における光合波器セグメント１’の上面図を示す。光合波器セグメント１’以外は実施例１の画像表示装置と同じである。光合波器セグメント１’は、導波路によって構成される第１光合波器２’及び第２光合波器３’を含んでいる。第１光合波器２’の左側端面において、光源であるそれぞれのレーザダイオード（図示せず）から出力される、第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６が導波路に入力され、最初の方向性結合器で第１青色光４が第１緑色光６に合波され、次の方向性結合器で、合波された前記第１青色光４及び第１緑色光６に第１赤色光５が合波され、最終的に第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６を含む第１多重光１０’が第１光合波器２’の右側端面の導波路から出力される。

また、第２光合波器３’の左側端面において、光源であるそれぞれのレーザダイオードから出力される、第２赤色光７、第２緑色光８及び第２青色光９が導波路に入力され、最初の方向性結合器で第２青色光９が第２緑色光８に合波され、次の方向性結合器で、合波された前記第２緑色光８及び第２青色光９に第２赤色光７が合波され、最終的に第２赤色光７、第２緑色光８及び第２青色光９を含む第２多重光１１’が第２光合波器３’の右側端面の導波路から出力される。

ここで、右側端面付近において、第１多重光１０’及び第２多重光１１’の導波路間に存在する、多重光の出力にとって不要の導波路について、出力光が右側端面に到達しないように途中で曲げ導波路を設けて当該導波路からの出力光を分散して出力させると共に、第１多重光１０’及び第２多重光１１’の光軸中心間の距離１７’（図示せず）を２～１０μｍとする構造を用いる。

図５は、実施例３の画像表示装置における光合波器セグメント１’’の上面図を示す。光合波器セグメント１’’以外は実施例１の画像表示装置と同じである。光合波器セグメント１’’は、導波路によって構成される第１光合波器２’’及び第２光合波器３’’を含んでいる。第１光合波器２’’は図１の第１光合波器２と同じ構造であり、光源であるそれぞれのレーザダイオード（図示せず）から出力される、第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６が導波路に入力され、最初の方向性結合器で第１青色光４が第１赤色光５に合波され、次の方向性結合器で、合波された前記第１青色光４及び第１赤色光５が第１緑色光６に合波され、最終的に第１青色光４、第１赤色光５及び第１緑色光６を含む第１多重光１０’’が第１光合波器２’’の右側端面の導波路から出力される。

また、第２光合波器３’’は第１光合波器２’’の上下を反転させた構造であり、第２光合波器３’’の左側端面において、光源であるそれぞれのレーザダイオードから出力される、第２緑色光８、第２赤色光７及び第２青色光９が導波路に入力され、最初の方向性結合器で第２青色光９が第２赤色光７に合波され、次の方向性結合器で、合波された前記第２青色光９及び第２赤色光７が第２緑色光８に合波され、最終的に第２青色光９、第２赤色光７及び第２緑色光８を含む第２多重光１１’’が第２光合波器３’’の右側端面の導波路から出力される。

実施例２の画像表示装置は、第１多重光１０’及び第２多重光１１’を用いることにより、実施例３の画像表示装置は、第１多重光１０'’及び第２多重光１１'’を用いることにより、それぞれ実施例１の画像表示装置と同様にスペックルノイズを低減することができる。また、それぞれ２つの多重光の光源として合計６個のレーザダイオードを用いていることから、実施例１の画像表示装置より高輝度の画像を得ることが可能である。

本発明は、少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光である画像表示装置だが、装置の小型化を考慮すると多重光の数は２つが好ましいことから、光合波器の数も２つが好ましい。

本発明の画像表示装置においては、集光レンズ、コリメータレンズ、ハーフミラー等の公知技術は特に制限されることなく採用することができる。

本発明の画像表示装置は、眼鏡型端末や携帯型プロジェクタ等の画像投影装置用途に使用することができ、スペックルノイズを低減した、高品質の画像をスクリーン上に表示することを可能とすると共に、高輝度の画像を得ることが可能である。

１、１’、１’’ 光合波器セグメント
２、２’、２’’ 第１光合波器
３、３’、３’’ 第２光合波器
４ 第１青色光
５ 第１赤色光
６ 第１緑色光
７ 第２赤色光
８ 第２緑色光
９ 第２青色光
１０、１０’、１０'’ 第１多重光
１１、１１’、１１'’ 第２多重光
１２ 走査ミラー
１３ スクリーン
１４ スクリーン１３上の点
１５ 第１多重光１０の光軸中心
１６ 第２多重光１１の光軸中心
１７ 第１多重光１０及び第２多重光１１の光軸中心間の距離

Claims (5)

1. 少なくとも２つ以上の多重光を走査する走査ミラーを備える画像表示装置であって、前記２つ以上の多重光がそれぞれ光合波器を用いて合波された多重光であることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記光合波器は、波長の異なる複数の光を、それぞれの波長ごとの導波路から入力し、合波後に１つの導波路から多重光を出力するものであって、１つの光合波器における前記複数の光はすべて波長が異なり、かつ、異なる光合波器が少なくとも１つの同じ波長の光を入力する請求項１に記載された画像表示装置。
3. 前記波長の異なる複数の光が、少なくとも青色光、緑色光、及び赤色光を含む請求項２に記載された画像表示装置。
4. 前記波長の異なる複数の光が、それぞれレーザダイオードを光源とする請求項２または３に記載された画像表示装置。
5. 前記走査ミラーがＭＥＭＳミラーである請求項１または２に記載された画像表示装置。

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