JP4598676B2 - ２次元走査型画像表示装置 - Google Patents
２次元走査型画像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4598676B2 JP4598676B2 JP2005516522A JP2005516522A JP4598676B2 JP 4598676 B2 JP4598676 B2 JP 4598676B2 JP 2005516522 A JP2005516522 A JP 2005516522A JP 2005516522 A JP2005516522 A JP 2005516522A JP 4598676 B2 JP4598676 B2 JP 4598676B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- image display
- display device
- dimensional scanning
- scanning image
- coherent light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
- G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
- G03B21/14—Details
- G03B21/20—Lamp housings
- G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元走査型画像表示装置に関し、特に光源としてコヒーレント光源を使用する２次元走査型画像表示装置におけるスペックルノイズの低減に関するものである。
【０００２】
図９は、従来のレーザディスプレイの概略構成を示す図である。
このレーザディスプレイ９００は、ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源９０１ａ〜９０１ｃと、レーザ光源９０１ａ〜９０１ｃから出力されたレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを、入力映像信号の原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて強度変調する光変調器９０５ａ〜９０５ｃとを有している。また、レーザディスプレイ９００は、光変調器９０６ａにて変調されたレーザ光Ｌａを反射するミラー９０３と、該ミラー９０３で反射されたレーザ光Ｌａと前記光変調器９０６ｂにて変調されたレーザ光Ｌｂとを合波するダイクロイックミラー９０２ａと、該ダイクロイックミラー９０２ａからのレーザ光と前記光変調器９０６ｃにて変調されたレーザ光Ｌｃとを合波するダイクロイックミラー９０２ｂと、該ダイクロイックミラー９０２ｂで合波されたレーザ光を集光する集光レンズ９０４とを有している。さらに、このレーザディスプレイ９００は、該集光レンズ９０４により集光されたレーザ光をスクリーン９０８上でｘ方向に走査するポリゴンスキャナ９０６と、ポリゴンスキャナ９０６からの光をスクリーン９０８上で、２次元の画像が形成されるようｙ方向に走査するガルバノスキャナ９０７とを有しており、このレーザディスプレイ９００の２次元ビーム走査手段は該ポリゴンスキャナ９０６とガルバノスキャナ９０７とにより構成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源９０１ａ〜９０１ｃからのレーザ光Ｌａ〜Ｌｃは、入力映像信号の各原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて光変調器９０５ａ〜９０５ｃで強度変調され、ミラー９０３及びダイクロイックミラー９０２ａ、９０２ｂからなる光学系にて合波されて、集光レンズ９０４に入射する。さらに、集光レンズ９０４により集光されたレーザ光は、ポリゴンスキャナ９０６によってスクリーン９０８のｘ方向に、ガルバノスキャナ９０７によってスクリーン９０８のｙ方向に走査され、スクリーン９０８上に２次元の画像が表示される。
【０００４】
このレーザディスプレイ９００では、ＲＧＢそれぞれの光源光が高出力の単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。
【０００５】
さらに、前記図９のような２次元走査型のレーザディスプレイの他の特長は、２次元ビーム走査手段からスクリーン９０８までの光学系に、インテグレータのような複雑な光学部品を用いることなく一様な照明を得られるということである。例えば、現在市販されている、放電管等を光源に用いたプロジェクタでは、２枚のレンズアレイによる光インテグレータを用いて照明強度の均一化が図られているが、２次元走査型のレーザディスプレイは、照明強度均一化のための大きな光学部品を用いることなく、光源からの出射ビームの強度分布に拘わらず一様な照明を実現することができる。
【０００６】
また、前記２次元走査型のレーザディスプレイのさらなる特長は、２次元ビーム走査手段を用いているため、高解像かつ高輝度画像を得ることができることである。空間光変調素子を用いたレーザディスプレイでは、一般的に空間光変調素子として液晶パネルが用いられるが、液晶での光の散乱や吸収により、光源光のビームパワーは減少し、スクリーン上での光源光による輝度が低下する。一方、２次元ビーム走査手段を用いたレーザディスプレイでは、ビーム走査速度を上げることで高解像度画像を得ることができ、またレーザパワーを減少させる光学系がないので、レーザパワーの利用効率が大きく、高輝度画像を得ることができる。
【０００７】
ところが、このようなレーザディスプレイでは、光源にコヒーレンシーの高いレーザ光源を用いていることから生ずる、明点、暗点パターンがランダムに分布したいわゆるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズは、レーザ光がスクリーン９０８で散乱される際に、スクリーン９０８上の各部分で錯乱された散乱光同士が干渉することによって生じる微細なムラ状のノイズである。
【０００８】
このようなスペックルノイズを除去する方法としては、従来、人間が知覚できる表示の書き換え時間より短い時間でスペックルパターンを変化させ、スペックルパターンを平均化することによって、観察者の目にスペックルノイズが感じられないないようにする手法がとられている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、スクリーンを振動させることによりスペックルノイズを除去する方法が開示されている。また、特許文献２には、コヒーレント光の光路上に、コヒーレント光を拡散させる拡散素子を配置し、該拡散素子を外力によって振動、回転させることにより、スペックルノイズを除去するものが開示されている。また、特許文献３には、スクリーンに複屈折性結晶体の粒子を塗布し、偏光状態を時間的に変化させたレーザ光をスクリーンに投射することでスペックルノイズの発生を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】
特開昭５５−６５９４０号公報
【特許文献２】
特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献３】
特開平３−１０９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の、スクリーンを振動させる方法は、固定された壁面などをスクリーンとして用いることができないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献２の、拡散素子を振動、回転させる方法では、拡散素子を振動、回転させるためのモータ等の駆動部を必要とし、ディスプレイ装置が大型になるとともに、消費電力が増加し、振動音が発生するといった問題があった。
【００１２】
また、図９に示すような２次元走査型の画像表示装置では、高解像度画像表示を実現する場合、例えば、１秒間に表示される画像数を６０、画面の解像度を横１０００画素×縦１０００画素とすると、１画素あたりの走査時間は１／（６０×１０6）秒となる。よって、スペックルノイズを除去するためには、１画素あたりの走査時間よりも早い６０ＭＨｚ以上の変調周波数で、スクリーンや拡散素子を振動させる必要がある。スクリーン振動に代表される物体振動方式によるスペックル除去方法では、高解像度画像表示を実現するビーム走査速度には追随できないという問題があった。
【００１３】
また、上記特許文献３に記載の、複屈折性結晶体をスクリーンに塗布する方法では、スクリーン全面に結晶を塗布する必要があるため、コストがかかるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点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除去することができる、構成が簡単で静粛性及び耐久性に優れた２次元走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００１５】
本発明の請求項１に係る２次元走査型画像表示装置は、コヒーレント光を投射面に投射して画像表示を行う２次元走査型画像表示装置において、コヒーレント光を出力する少なくとも１つのコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態を、２次元の走査速度よりも速い変調速度で変調する偏光状態変調器と、前記偏光状態変調器からのコヒーレント光の位相を、コヒーレント光の偏光状態に応じて空間的にランダムに変化させる複屈折拡散板とを備え、前記複屈折拡散板により位相が変化したコヒーレント光を前記投射面に投影する、ことを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、スクリーンや拡散板を振動あるいは回転させる駆動系が不要となり、２次元画像表示装置の小型化及び低コスト化を図るとともに、静粛性や耐久性を改善することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板と前記投射面とは、結像関係にある、ことを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、複屈折拡散板上のムラが投影画像に表れることを防止することができ、高精細な画像を得ることができる。
【００１９】
本発明の請求項３に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定されていることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、コヒーレント光の位相を空間的に変化させることができ、多数のスペックルパターンを発生させてスペックルノイズを削減することができる。また、前記複屈折拡散板はフォトリソグラフィー等でパターニングを行うことにより形成することができ、複屈折拡散板の作成は簡単である。
【００２１】
本発明の請求項４に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割され、それぞれの領域で、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものであることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、コヒーレント光の位相を空間的に変化させることができ、多数のスペックルパターンを発生させてスペックルノイズを削減することができる。
【００２３】
また、前記複屈折拡散板は複屈折性をもつ材料の厚みをランダムに変化させることにより形成することでき、前記複屈折拡散板の作成は、エッチング加工等により簡単に行うことができる。
【００２４】
本発明の請求項５に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定され、かつ、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものであることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００２６】
本発明の請求項６に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に２枚以上配置されている、ことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００２８】
本発明の請求項７に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項４または５に記載の２次元走査型画像表示装置であって、前記複屈折拡散板は、前記位相遅延量Δφが、０≦Δφ≦２πを満たし、かつ、当該位相遅延量を略均一な割合で発生するものであることを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、複屈折拡散板の加工時に、所定量以上の厚み差を形成する必要がなく、加工工程の簡易化を図ることが可能となる。
【００３０】
本発明の請求項８に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、強誘電体結晶により形成されている、ことを特徴とするものである。
【００３１】
これにより、電界制御により屈折率分布の変化を与えることができ、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができる。
【００３２】
本発明の請求項９に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、液晶を構成材料とする、ことを特徴とするものである。
これにより、複屈折拡散板を安価に作成することができる。
【００３３】
本発明の請求項１０に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に、光学軸の方向が異なるように直列に２つ配置されている、ことを特徴とするものである。
【００３４】
これにより、任意のスペックルパターンを形成することが可能となり、スペックルノイズをより低減することができる。
【００３５】
本発明の請求項１１に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１０に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記２つの偏光状態変調器は、互いに異なる周波数でもって、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、ことを特徴とするものである。
【００３６】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンを多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００３７】
本発明の請求項１２に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器と前記複屈折拡散板とが一体形成されている、ことを特徴とするものである。
これにより、２次元走査型画像表示装置の小型化が可能になる。
【００３８】
本発明の請求項１３に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次走査型元画像表示装置において、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光を、前記投影面に画像が表示されるよう２次元方向に走査する２次元ビーム走査系を有する、ことを特徴とするものである。
【００３９】
これにより、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズが除去された、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４０】
本発明の請求項１４に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、下記の（１）式を満たす周波数ｆで、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、ことを特徴とするものである。
【００４１】
ｆ≧Ｘ×Ｙ×Ｎ（Ｈｚ）・・・（１）
Ｘ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｙ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｎ：１秒間に表示される画像数
【００４２】
これにより、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズが除去された、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４３】
本発明の請求項１５に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、電気光学効果を用いた光変調器である、ことを特徴とするものである。
【００４４】
これにより、レーザ光の偏光状態をＭＨｚオーダあるいはＧＨｚオーダで変調可能となり、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズを除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る２次元走査型画像表示装置によれば、スペックルノイズ除去用光学系を偏光状態変調器と複屈折拡散板とにより構成したので、スクリーンや拡散板を振動あるいは回転させる駆動系が不要となり、小型化及び低コスト化を図るとともに、静粛性や耐久性を改善することができる。
【００４６】
また、本発明の２次元走査型画像表示装置では、高速偏光状態変調器を使用することで、高速にスペックルパターンを変化させることができる。そのため、本発明の２次元走査型画像表示装置は、二次元走査型の高解像画像表示装置にも適用でき、微細なムラ状ノイズのない、鮮やか、かつ高精細の映像をスクリーン上に投射することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による２次元走査型画像表示装置の概略構成図を示す図である。
【００４８】
図１に示す２次元走査型画像表示装置１００は、ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源１ａ〜１ｃと、レーザ光源１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを、入力映像信号の原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて強度変調する光変調器２ａ〜２ｃとを有している。ここで、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃはＨｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系の半導体レーザ、固体レーザの出力を基本波とするＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザなどを用いることができる。
【００４９】
また、レーザディスプレイ１００は、光変調器２ａにより変調されたレーザ光Ｌａを反射するミラー３と、該ミラー３で反射されたレーザ光Ｌａと前記光変調器２ｂにより変調されたレーザ光Ｌｂとを合波するダイクロイックミラー４ａと、該ダイクロイックミラー４ａからのレーザ光と前記光変調器２ｃにより変調されたレーザ光Ｌｃとを合波してレーザ光Ｌｄを生成するダイクロイックミラー４ｂとを有している。
【００５０】
また、このレーザディスプレイ１００は、ダイクロイックミラー４ｂで合波されたレーザ光Ｌｄを集光する集光レンズ５と、該集光レンズ５により集光されたレーザ光Ｌｄの偏光状態及び位相の少なくとも一方を、電気光学効果（ＥＯ）を利用して時間的に変化させる偏光状態変調器６と、該偏光状態変調器６から出射するレーザ光Ｌｄの、ビーム断面内での位相パターンを変化させる複屈折拡散板７とを有している。
【００５１】
さらに、このレーザディスプレイ１００は、複屈折拡散板７から出射するレーザ光Ｌｄをスクリーン１０上のｘ方向に走査するポリゴンスキャナ８と、該ポリゴンスキャナ８からの光を、スクリーン１０上に２次元の画像が形成されるようスクリーン１０上のｙ方向に走査するガルバノスキャナ９とを有している。
【００５２】
次に、動作について説明する。
赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光は、入力映像信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて光変調器２ａ〜２ｃで強度変調され、ダイクロイックミラー４ａ、３ｂにて合波され、レーザ光Ｌｄとして集光レンズ５に入射する。
【００５３】
該集光レンズで集光されたレーザ光Ｌｄは、偏光状態変調器６と複屈折拡散板７を通過し、ポリゴンスキャナ８に入射する。そして、レーザ光Ｌｄは、ポリゴンスキャナ８によってスクリーン上をｘ方向に走査し、ガルバノスキャナ９によってスクリーン上をｙ方向に走査する。レーザ光によりスクリーン上に形成される各光照射領域、つまり個々の光スポットは、スクリーン１０全体に表示される画像の一画素分に相当し、レーザ光が２次元のスクリーン１０上を走査することで２次元画像全体が表示される。
【００５４】
このとき、１画面全体を走査する時間が人間の目の残像時間より短ければ、画面上でのレーザ光による走査を意識することなく２次元画像全体を観察することができる。また、動画を表示する際には、１フレームの表示時間以内に画面全体を走査してなめらかな動画の表示を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００におけるスペックルノイズ抑圧の原理について説明する。
【００５６】
図９に示す従来のレーザディスプレイ９００では、ダイクロイックミラー４ａ，４ｂからなる合波光学系を通過したレーザ光源からのレーザ光は、ポリゴンスキャナ９０６で走査される前にほぼ集光されて光スポットを形成し、ポリゴンスキャナ９０６及びガルバノスキャナ９０７からなる２次元ビーム走査系により、スクリーン９０８上に投射される。ここで、スクリーン９０８上の一画素分を示す箇所には、上述したようにスペックルノイズが存在する。
【００５７】
そこで、本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００では、ポリゴンスキャナ８と集光レンズ５との間に、偏光状態変調器６及び複屈折拡散板７を配置し、該ポリゴンスキャナ８に入射する、集光されたレーザ光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を時間的に変化させ、さらに該レーザ光の位相パターンを変化させるようにしている。
【００５８】
図２は、２次元走査型画像表示装置１００から抽出した１色分の光学系２００を概念的に示す図である。図２において、１は、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃのいずれかの光源である。１２は、ポリゴンスキャナ８とガルバノスキャナ９とからなる２次元ビーム走査系である。また、１３は、２次元ビーム走査系からのレーザ光Ｌｄをスクリーン１０に拡大投影する投射レンズである。なお、図２において、図１と同じ構成要素については、同一の符号を用いる。ここで、複屈折拡散板７とスクリーン１０とは結像関係にある。
【００５９】
図２に示す光学系２００では、スペックルノイズは以下のようにして除去されることとなる。
まず、偏光状態変調器６は、集光レンズ５からのレーザ光Ｌｄの偏光状態、または位相の少なくともいずれかを時間的に変化させる。このとき、レーザ光Ｌｄの偏光状態を変化させるか、レーザ光Ｌｄの位相を変化させるか、あるいは偏光状態及び位相を両方とも変化させるかは、偏光状態変調器６に印加する制御電圧により決まる。そして、複屈折拡散板７は、偏光状態変調器６から出射されるレーザ光Ｌｄの位相を、レーザ光Ｌｄの偏光状態に応じて空間的にランダムに変化させる。つまり、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄの偏光状態は、時間的に変化しているため、複屈折拡散板７から出射されるレーザ光Ｌｄの位相パターンも、時間的、空間的に変化したものとなる。
【００６０】
このようなレーザ光Ｌｄがスクリーン１０に投射されると、スクリーン１０上で発生するスペックルパターンは時間的に変化することになり、観察者がスクリーン１０上の画像、あるいは映像を観察する場合は、視覚上、これら多数のスペックルパターンが平均化されて微細なムラ状のノイズ画像が除去されることになる。このとき、拡大投影系における、複屈折拡散板７上でのレーザ光Ｌｄとスクリーン１０上に拡大されるレーザ光Ｌｄとは、投射レンズ１３に対して１対１に対応するものであり、これにより、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７を出射する際の散乱により起こる、スクリーン１０上に映し出される映像の解像度の低下を防ぐことができる。
【００６１】
次に、本実施の形態１の偏光状態変調器６と複屈折拡散板７について詳細に説明する。
本実施の形態１では、偏光状態変調器６として、電気光学効果（ＥＯ）を利用したＥＯ偏光素子を使用する。具体的には、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3の±Ｚ面に電極形成したものを使用している。電気光学効果を利用する偏光素子は、変調速度の高速化に対応することが可能であり、本実施の形態１の２次元画像表示装置１００のような、２次元走査型の高解像度画像表示装置に適している。
【００６２】
つまり、２次元走査型の画像表示装置では、レーザ光Ｌｄの偏光状態を、２次元の走査速度よりも速い変調速度で変化させる必要がある。例えば、１フレームの表示時間を１／６０秒、画面解像度を横１０００×縦１０００画素により映像表示させる場合、１画素毎の走査時間は１／（６０×１０6）秒となり、レーザ光Ｌｄの偏光方向を６０ＭＨｚ以上の変調周波数によって変調する必要がある。ＥＯ偏光素子によれば、６０ＭＨｚ以上の変調周波数は駆動可能であるため、２次元走査型の画像表示装置のような高速変調を必要とする場合であっても、十分対応することができる。
【００６３】
偏光状態変調器６の変調周波数は、上述のように、２次元の走査速度よりも速い変調速度であれば良く、スクリーン１０上のスペックルパターンは、偏光状態変調器６の変調周波数が高い程より高速に変化し、スクリーン１０上のスペックルノイズは、より抑圧されることになる。例えば、変調周波数が６０ＭＨｚの場合とその１０倍となる６００ＭＨｚの場合とで比較すると、６００ＭＨｚの場合に、よりスペックルノイズの除去された画像を得ることができる。なお、偏光状態変調器６は、２次元の走査速度よりも速い変調速度で偏光状態を変えることができる光変調器であれば、電気光学効果以外の効果を用いるものであっても良い。
【００６４】
次に、複屈折拡散板７について説明する。
図３（ａ）は、複屈折拡散板７を示す平面図である。図７において、ＳＬｄは、レーザ光Ｌｄのスポット径を表し、また、図中の矢印は、光学軸（以下「Ｃ軸」とする。）を表す。
【００６５】
複屈折拡散板７は、図３（ａ）に示すように光スポット径に対し、同程度あるいはそれ以上の大きさのものであり、入射光の偏光方向により屈折率が異なる材料、すなわち、複屈折性を有する材料基板を複数のセル領域Ｒｃが形成されるよう格子状に区分し、かつ、それぞれのセル領域Ｒｃの光学軸の向きを不規則に設定したものである。つまり、複屈折拡散板７では、各セル領域の速軸（屈折率の小さい軸）と遅軸（屈折率の大きい軸）が不規則に配置され、各セル領域のＣ軸の向きは２次元空間上で不規則な向きとなっている。
【００６６】
複屈折拡散板７の具体的な作製方法としては、例えば、ガラス基板上でのレジストのパターニングと、その後の複屈折性を有する誘電体薄膜（ＭｇＦ2）の斜め蒸着とを数回行うことによって、各セル領域のＣ軸の向きをランダムに設定することができる。なお、複屈折拡散板７に用いる材質としては、上述した強誘電体結晶以外に、液晶で複屈折性の大きいものであれば使用することができる。
【００６７】
複屈折拡散板７を構成する各セル領域のセル幅を決定するに際しては、投射レンズ１３のビーム取り込み効率に影響を及ぼさないように、レーザ光Ｌｄの拡散角を考慮する必要がある。これは、拡散角が大きくなると、図２における投射レンズ１３のビーム取り込み効率が減少し、スクリーン１０に投射される画像の輝度が低下する、という問題が生じるためである。例えば、上記特許文献３に開示されたスペックルノイズ除去方法において使用される複屈折性結晶の粒子を、透明板状材料に塗布することにより、複屈折拡散板７に相当する拡散板を作製した場合、複屈折性結晶の粒子の径が小さい、あるいは塗布した表面の断面形状が不規則となるため、レーザ光Ｌｄが屈折と反射を繰り返し、レーザ光の拡散角が大きくなる。このため、本実施の形態１のような光学系においては、複屈折粒子を塗布した拡散板を投射前に挿入することは困難である。
【００６８】
本実施の形態１の光学系２００では、複屈折拡散板７のセル幅をｄとすると、拡散角Δθは波長λの光に対し、Δθ＝λ／ｄの関係にあるので、拡散角Δθは、セル幅に依存することになり、セル幅が大きいほど拡散角は小さくなる。このため、本実施の形態１では、セル幅をｄ＝１０μｍで作製している。なお、セル幅をｄ＝１０μｍとし、波長λ＝５００ｎｍの緑色光を用いた場合の拡散角は、Δθ＝０．５／１０＝５０ｍｒａｄ（〜３°）であり、投射レンズの取り込み効率に影響を及ぼさないことを確認している。
【００６９】
次に、複屈折拡散板７の作用、効果について説明する。
図３（ｂ）は、複屈折拡散板７の断面構造を示す図であり、ここでは、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄ、及び複屈折拡散板７から出射されるレーザ光Ｌｄの位相分布を模式的に表している。
【００７０】
図３（ｂ）において、例えば位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７に入射したとする。ここでは、簡単のため、レーザ光Ｌｄの偏光方向は、Ｃ軸方向と平行な方向と、Ｃ軸方向と直交する方向の２方向とする。偏光方向がＣ軸方向と平行であるレーザ光Ｌｄに対する屈折率をｎ１、偏光方向がＣ軸方向と直交するレーザ光Ｌｄに対する屈折率をｎ２とすると、複屈折拡散板７の各セル領域は複屈折性をもつために、ｎ１≠ｎ２の関係が成り立つ。従って、偏光方向が異なるレーザ光Ｌｄが、複屈折拡散板７を通過する際の光路長は、それぞれ異なることになり、複屈折拡散板７から出射されたそれぞれのレーザ光は、位相のずれたものとなっている。つまり、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄの位相パターンは、複屈折拡散板７を通過した後、複屈折拡散板７上の各セル領域のＣ軸方向の分布に応じて、図３（ｂ）に示すように位相差を生じた形で変化することになる。
【００７１】
そして、レーザ光Ｌｄの偏光状態、すなわち、偏光方向と偏光の種類を、偏光状態変調器６により時間的に変化させることで、複屈折拡散板７から出射するレーザ光の位相パターンを、時間的、空間的に変化させることができる。
【００７２】
このように、本実施の形態１による２次元走査型画像表示装置１００では、レーザ光Ｌｄの偏光状態及び位相の少なくとも一方を、電気光学効果を利用した偏光状態変調器６により時間的に変化させ、複屈折性をもつ複数の材料からなる複屈折拡散板７により、偏光状態変調器６からのレーザ光Ｌｄの位相パターンをランダムに変化させるので、スクリーン１０上において異なるスペックルパターンを多数生じさせることとなり、これにより、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施の形態１では、前記複屈折拡散板７は、複屈折性をもつセル領域Ｒｃを、それぞれのＣ軸方向が、直交する２方向に一致するように配置したものであるが、前記複屈折拡散板は、そのセル領域ＲｃのＣ軸方向が、直交する２方向に一致するものに限らない。
【００７４】
例えば、図４（ａ）のように、複屈折拡散板の各セル領域をそのＣ軸がランダムな向きになるよう２次元空間に配置することで、図４（ｂ）に示すように、さらに多くの位相パターンを形成することができ、さらにスッペクルノイズが低減された高品質の画像を表示することができる。このような、図４（ａ）に示す複屈折拡散板７ｂは、上記複屈折拡散板７ａと同様に、フォトリソグラフィー等により作成することができる。
【００７５】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置は、レーザ光によりスクリーン上を走査して画像を表示する２次元走査型のものであるが、上記２次元画像表示装置は、レーザ光を映像信号に基づいて空間光変調素子により変調してスクリーン上に投影する空間変調方式のものであってもよい。
【００７６】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置の光源にはレーザ光源１ａ〜１ｃを使用したが、２次元画像表示装置の光源はレーザ光源に限らず、コヒーレンシーの高い光源であれば、ランプやＬＥＤ等であってもその光源として適用可能である。
【００７７】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置の光学系を構成する複屈折拡散板７は１つであるが、２次元走査型画像表示装置はその光学系を構成する複屈折拡散板を複数用いてもよい。例えば、２次元走査型画像表示装置の光学系を、光ビームの伝搬方向に対し直列に配置した２枚以上の複屈折拡散板を有するものとすることにより、該光学系における複屈折拡散板が１枚である場合と比較してスペックルパターンをさらに多様化させることができ、スペックルノイズの更なる低減を図ることが可能となる。
【００７８】
（実施の形態２）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の実施の形態２による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、図５（ａ）は、該２次元走査型画像表示装置を構成する複屈折拡散板７ｃを示す平面図である。また、図５（ｂ）は、複屈折拡散板７ｃの断面構造を示すとともに、複屈折拡散板７ｃに入射する照明光、及び複屈折拡散板７から出射される照明光の位相分布を模式的に表している。
【００７９】
本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置は、実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００の複屈折拡散板７に代えて、複屈折性を有する材料の基板厚みを空間的にランダムに変化させた複屈折拡散板７ｃを用いたものである。従って、この実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１のものと同一である。
【００８０】
本実施の形態２の複屈折拡散板７ｃは、複屈折性を有する材料基板を、複数のセル領域Ｒｃが格子状に配列されるよう区分し、基板厚さの異なるセル領域Ｒｃがランダムに配列されるよう加工したものである。本実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃの材料基板として、ＬｉＮｂＯ3基板を用いており、エッチング加工、あるいはレーザ加工等により各セル領域での基板厚みを変化させている。
【００８１】
複屈折拡散板７ｃの具体的な作成方法としては、通過する光の波長をλ、複屈折率差（常光屈折率と異常光屈折率の差）をΔｎ、拡散板の面内における最大の基板厚み差をΔｔとした場合、十分な拡散を得るためには、λ≦Δｎ×Δｔの関係を満たせばよい。従って、ＬｉＮｂＯ3基板の複屈折率差Δｎは、およそ０．０９であるので、波長６００ｎｍのレーザ光を使用した場合、７μｍ以上の厚み差をもつよう、ＬｉＮｂＯ3基板をエッチング加工等により処理する。
【００８２】
次に、作用効果について説明する。
図５（ａ）において、例えば位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７に入射したとする。複屈折拡散板７ｃは、各セル領域毎に基板厚みがランダムに設定されているため、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７ｃを通過すると、レーザ光Ｌｄの、各セル領域を通過した部分で、各セル領域の基板厚みに応じた位相遅れが生じ、複屈折拡散板７から出射するレーザ光Ｌｄは、図５（ｂ）に示すように、空間的にランダムな位相パターンを有することになる。
【００８３】
さらに、複屈折拡散板７ｃに入射するレーザ光Ｌｄの偏光状態は、実施の形態１と同様に、時間的に変化しているため、複屈折拡散板７ｃから出射するレーザ光Ｌｄの位相パターンは空間的、時間的に変化することになる。このため、スクリーン１０上では、異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されて、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を観察することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態２による２次元走査型画像表示装置では、複屈折拡散板７ｃを、セル領域毎に基板厚みがランダムに変化した構造としているので、簡単な構造の複屈折拡散板により、実施の形態１と同様に、スペックルノイズを除去することができる。
【００８５】
なお、上記実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃは、材料基板であるＬｉＮｂＯ3基板の表面を加工したものとしているが、複屈折拡散板７ｃはこれに限るものではない。例えば、基板厚みを不規則に変化させた中空透明部材の内部に液晶を封入することにより、本実施の形態２のＬｉＮｂＯ3を用いた複屈折拡散板７ｃと同様に、簡単な構造の複屈折拡散板を得ることができる。また、その際に、上記中空透明部材の表面に透明電極をランダムに配設することにより、内部封入されている液晶に対して電界を印加することが可能となり、透明材料内部の液晶の配向方向を空間的にランダムに変化させることができる。この結果、より多くの位相パターンを作り出すことが可能となり、スペックルノイズをさらに低減することが可能となる。また、液晶は安価に入手し易く、このため、複屈折拡散板の製造コストを下げることが可能となる。
【００８６】
また、上記実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃは、基板厚さの異なるセル領域がランダムに配列されるよう構成したものであり、各セル領域におけるＣ軸方向は一定方向となっているが、この複屈折拡散板７ｃは、基板厚さを変化させるだけでなく、各セル領域におけるＣ軸方向も、セル領域毎にランダムに設定したものでもよい。
【００８７】
図６（ａ）は、このような複屈折拡散板７ｄを示す平面図である。
この複屈折拡散板７ｄは、実施の形態２の複屈折拡散板７ｃを、各セル領域のＣ軸方向がランダムな方向となるよう変形したものである。
【００８８】
このような複屈折拡散板７ｄでは、図６（ｂ）に示すように、より多くの位相パターンを作り出すことが可能となる。
【００８９】
また、上記実施の形態２では、２次元走査型画像表示装置の光学系を構成する複屈折拡散板７ｃは１つであるが、２次元走査型画像表示装置は、その光学系の光軸に沿って直列に配置された複数の複屈折拡散板７ｃを有するものであってもよい。この場合、上記光学系に配置されている複屈折拡散板７ｃが１枚である場合と比較してスペックルパターンをさらに多様化させることができ、スペックルノイズの更なる低減を図ることが可能となる。なお、図５（ａ）に示すような、各セル領域のＣ軸方向が一定方向にそろった複屈折拡散板７ｃを複数用いる場合は、複数の複屈折拡散板７ｃは、それぞれの速軸および遅軸の方向が互いに異なる方向になるように配置するのが望ましい。
【００９０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、２次元走査型画像表示装置におけるスペックルノイズ除去光学系を模式的に示している。
【００９１】
本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置は、実施の形態２のスペックルノイズ除去光学系を構成する、偏光状態変調器６と複屈折拡散板７ｅとを一体化したものである。なお、実施の形態３のその他の構成は、実施の形態２におけるものと同一である。
【００９２】
本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置のスペックルノイズ除去光学系は、単一のＬｉＮｂＯ3結晶上に、レーザ光Ｌｄの偏光状態を変調する偏光状態変調器６ｅと、偏光状態が偏光されたレーザ光の位相を空間的に変化させる複屈折拡散板７ｅとを一体形成してなるものである。
【００９３】
具体的な作成方法は、ＬｉＮｂＯ3結晶の一端側端面を、上述した実施の形態２と同様に、複数のセル領域が格子状に配列されるよう区分し、基板厚さの異なるセル領域Ｒｃがランダムに配列されるよう加工して複屈折拡散板７ｅを形成する。また、ＬｉＮｂＯ3結晶の他端側部分には、その±Ｚ面に電極１４を配置して、偏光状態変調器６ｅを作成する。
【００９４】
次に作用効果について説明する。
本実施の形態３の２次元走査型画像形成装置では、位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが偏光状態変調器６ｅに入射すると、偏光状態変調器６ｅにて、その偏光状態及び位相の少なくとも一方が時間的に変化する。そして、該偏光状態変調器６ｅからのレーザ光は、複屈折拡散板７ｅを通過することにより、レーザ光の、各セル領域に対応する部分で、各セル領域の基板厚みに応じた位相遅れが生じることになり、図７に示すように、空間的にランダムな位相パターンを有するものとなる。
【００９５】
そして、スクリーン上では、複屈折拡散板７ｅからの出射レーザ光により異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されて、スペックルが抑圧された２次元画像を観察することができる。
【００９６】
このように、本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置では、スペックル除去光学系を構成する偏光状態変調器６ｅと複屈折拡散板７ｃとを一体化したので、小型のスペックル除去光学系を実現することができ、これにより、２次元画像表示装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００９７】
（実施の形態４）
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の実施の形態４による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、図８（ａ）は、２次元走査型画像表示装置の照明光学系の概略構成を示し、図８（ｂ）は、２次元走査型画像表示装置の動作を説明する図である。なお、図中、８００は、この実施の形態４の２次元走査型画像表示装置を構成する照明光学系、６ａ及び６ｂは偏光状態変調器である。また、図２と同一符号は実施の形態１におけるものと同一のものである。
【００９８】
つまり、この実施の形態４の２次元走査型画像表示装置は、上記実施の形態１の２次元画像表示装置における偏光状態変調器６に代わる、上記照明光学系の光軸に沿って直列に配置され、それぞれのＣ軸方向が直交する２つの偏光状態変調素子６ａ及び６ｂを備えたものである。
【００９９】
ここで、上記偏光状態変調器６ａ及び６ｂは、実施の形態１の偏光状態変調器６と同様、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3の±Ｚ面のそれぞれに電極形成してなるものである。また、偏光状態変調器６ａは、レーザビームの偏光を直線偏光とした場合には、図８（ａ）に示すように、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3のＣ軸を偏光方向に対して４５度傾けた状態で配置される。また、偏光状態変調器６ｂは、そのＣ軸と偏光状態変調器６ａのＣ軸とが直交するよう配置される。
【０１００】
次に作用効果について説明する。
図８（ｂ）は、偏光状態変調器６ａに入射したレーザ光Ｌｄの偏光状態を模式的に示している。
【０１０１】
レーザ光源１からレーザ光が出射されると、該レーザ光Ｌｄは合波光学系（図示せず）を介して集光レンズ５に入射し、集光レンズ５で集光されたレーザ光が偏光状態変調器６ａに入射する。偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａは、上述したようにレーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄに対して４５°傾いているため、電界制御により、図８（ｂ）に示すように、偏光状態変調器６ａの入射面上に形成されるレーザ光Ｌｄは、正方形枠Ｆ０内に内接する形で、偏光の種類を、直線偏光、楕円偏光、あるいは円偏光に変化させることができ、また、その偏光方向を変化させることができる。
【０１０２】
例えば、直線偏光のレーザ光Ｌｄは、前記偏光状態変調器６ａにより、長方形枠Ｆ１に接する楕円偏光Ｌｄ１、あるいは、長方形枠Ｆ１に比べてより縦長の長方形枠Ｆ２に接する楕円偏光Ｌｄ２とすることができる。
【０１０３】
さらに、偏光状態変調器６ａからのレーザ光は、偏光状態変調器６ｂにより、例えば、楕円偏光Ｌｄ１であれば、長方形枠Ｆ１に内接する形で、また、楕円偏光Ｌｄ２であれば、長方形枠Ｆ２に内接する形で、偏光方向、あるいは偏光の種類を変化させることができる。
【０１０４】
なお、偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａに対する、レーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄの傾きが４５°より小さい場合は、例えば、２０°である場合は、図８（ｃ）に示すように、偏光状態変調器６ａの入射面上に形成されるレーザ光Ｌｄは、長方形枠Ｆ３内に内接する形でしか、偏光の種類を、直線偏光、楕円偏光、あるいは円偏光を変化させることができない。
【０１０５】
従って、偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａを、上述したようにレーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄに対して４５°傾けることにより、２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂにより、偏光の種類を任意に変化させることができ、さらに、直線偏光、及び楕円偏光については、３６０度のあらゆる方向にその偏光方向を変化させることができる。これら偏光状態の変化は、２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂの電界制御により行い、任意の偏光状態を作り出すために、それぞれ異なる周波数をもって偏光状態を時間的に変化させる。
【０１０６】
そして、偏光状態変調器６ｂから出射するレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７を通過することにより、スクリーン１０上で異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均され、スペックルノイズが抑圧されることになる。
【０１０７】
このように本実施の形態４の２次元走査型画像表示装置では、その照明光学系の光軸に沿って２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂを、それぞれのＣ軸の向きが異なるように直列に配置したので、任意の偏光状態を作り出すことができ、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板を通過した後に生じる位相パターンをさらに増加させることが可能となる。これにより、スクリーン１０上に現れるスペックルノイズの更なる削減を図ることが可能となる。
【０１０８】
なお、本発明に係るスペックルノイズ除去系は、単色レーザの画像投影装置においても適用可能である。例えば、空間光変調素子としてガラス基板上に金属膜をパターニングしたフォトマスク等を用い、スクリーンである半導体基板上にマスクパターン像を形成する、半導体プロセスに用いる露光照明装置においても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明に係る２次元走査型画像表示装置は、照明光学系に直列に配置した偏光状態変調器及び複屈折拡散板により、レーザ光Ｌｄの空間的な位相パターンをランダムに変化させることにより、スペックルノイズを簡単な構成により除去できるものであり、投影光学系とスクリーンとが別体になった投射型ディスプレイや、投影光学系と透過型スクリーンとを組み合わせた背面投射型ディスプレイにおけるスペックルノイズを除去する上で有用なものである。
【０１１０】
【図１】図１は本実施の形態１による２次元走査型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は本実施の形態１の動作説明図であり、２次元走査型画像表示装置の１色分の光学系を概念的に示している。
【図３（ａ）】図３（ａ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する平面図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図４（ａ）】図４（ａ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する平面図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図５（ａ）】図５（ａ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する平面図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に表す図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する平面図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図７】図７は本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、一体化させた偏光状態変調器と複屈折拡散板とを一体化させたものを示している。
【図８（ａ）】図８（ａ）は本実施の形態４の動作説明図であり、２次元走査型画像表示装置の１色分の光学系を概念的に示している。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は本実施の形態４の動作説明図であり、レーザ光Ｌｄの偏光状態を模式的に示している。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は本実施の形態４の動作説明図であり、レーザ光Ｌｄの偏光状態の他の例を模式的に示している。
【図９】図９は従来のレーザ画像表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ａ，１ｂ，１ｃ レーザ光源
２ａ，２ｂ，２ｃ 光変調器
３ ミラー
４ａ，４ｂ ダイクロイックミラー
５ 集光レンズ
６ 偏光状態変調器
７ 複屈折拡散板
８ ポリゴンスキャナ
９ ガルバノスキャナ
１０ スクリーン
１３ 投射レンズ
１４ 電極
９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ レーザ光源
９０２ａ，９０２ｂ ダイクロイックミラー
９０３ ミラー
９０４ 集光レンズ
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ 光変
９０６ ポリゴンスキャナ
９０７ ガルバノスキャナ
９０８ スクリーン
【０００１】
本発明は、２次元走査型画像表示装置に関し、特に光源としてコヒーレント光源を使用する２次元走査型画像表示装置におけるスペックルノイズの低減に関するものである。
【０００２】
図９は、従来のレーザディスプレイの概略構成を示す図である。
このレーザディスプレイ９００は、ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源９０１ａ〜９０１ｃと、レーザ光源９０１ａ〜９０１ｃから出力されたレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを、入力映像信号の原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて強度変調する光変調器９０５ａ〜９０５ｃとを有している。また、レーザディスプレイ９００は、光変調器９０６ａにて変調されたレーザ光Ｌａを反射するミラー９０３と、該ミラー９０３で反射されたレーザ光Ｌａと前記光変調器９０６ｂにて変調されたレーザ光Ｌｂとを合波するダイクロイックミラー９０２ａと、該ダイクロイックミラー９０２ａからのレーザ光と前記光変調器９０６ｃにて変調されたレーザ光Ｌｃとを合波するダイクロイックミラー９０２ｂと、該ダイクロイックミラー９０２ｂで合波されたレーザ光を集光する集光レンズ９０４とを有している。さらに、このレーザディスプレイ９００は、該集光レンズ９０４により集光されたレーザ光をスクリーン９０８上でｘ方向に走査するポリゴンスキャナ９０６と、ポリゴンスキャナ９０６からの光をスクリーン９０８上で、２次元の画像が形成されるようｙ方向に走査するガルバノスキャナ９０７とを有しており、このレーザディスプレイ９００の２次元ビーム走査手段は該ポリゴンスキャナ９０６とガルバノスキャナ９０７とにより構成されている。
【０００３】
次に動作について説明する。
ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源９０１ａ〜９０１ｃからのレーザ光Ｌａ〜Ｌｃは、入力映像信号の各原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて光変調器９０５ａ〜９０５ｃで強度変調され、ミラー９０３及びダイクロイックミラー９０２ａ、９０２ｂからなる光学系にて合波されて、集光レンズ９０４に入射する。さらに、集光レンズ９０４により集光されたレーザ光は、ポリゴンスキャナ９０６によってスクリーン９０８のｘ方向に、ガルバノスキャナ９０７によってスクリーン９０８のｙ方向に走査され、スクリーン９０８上に２次元の画像が表示される。
【０００４】
このレーザディスプレイ９００では、ＲＧＢそれぞれの光源光が高出力の単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。
【０００５】
さらに、前記図９のような２次元走査型のレーザディスプレイの他の特長は、２次元ビーム走査手段からスクリーン９０８までの光学系に、インテグレータのような複雑な光学部品を用いることなく一様な照明を得られるということである。例えば、現在市販されている、放電管等を光源に用いたプロジェクタでは、２枚のレンズアレイによる光インテグレータを用いて照明強度の均一化が図られているが、２次元走査型のレーザディスプレイは、照明強度均一化のための大きな光学部品を用いることなく、光源からの出射ビームの強度分布に拘わらず一様な照明を実現することができる。
【０００６】
また、前記２次元走査型のレーザディスプレイのさらなる特長は、２次元ビーム走査手段を用いているため、高解像かつ高輝度画像を得ることができることである。空間光変調素子を用いたレーザディスプレイでは、一般的に空間光変調素子として液晶パネルが用いられるが、液晶での光の散乱や吸収により、光源光のビームパワーは減少し、スクリーン上での光源光による輝度が低下する。一方、２次元ビーム走査手段を用いたレーザディスプレイでは、ビーム走査速度を上げることで高解像度画像を得ることができ、またレーザパワーを減少させる光学系がないので、レーザパワーの利用効率が大きく、高輝度画像を得ることができる。
【０００７】
ところが、このようなレーザディスプレイでは、光源にコヒーレンシーの高いレーザ光源を用いていることから生ずる、明点、暗点パターンがランダムに分布したいわゆるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズは、レーザ光がスクリーン９０８で散乱される際に、スクリーン９０８上の各部分で錯乱された散乱光同士が干渉することによって生じる微細なムラ状のノイズである。
【０００８】
このようなスペックルノイズを除去する方法としては、従来、人間が知覚できる表示の書き換え時間より短い時間でスペックルパターンを変化させ、スペックルパターンを平均化することによって、観察者の目にスペックルノイズが感じられないないようにする手法がとられている。
【０００９】
例えば、特許文献１には、スクリーンを振動させることによりスペックルノイズを除去する方法が開示されている。また、特許文献２には、コヒーレント光の光路上に、コヒーレント光を拡散させる拡散素子を配置し、該拡散素子を外力によって振動、回転させることにより、スペックルノイズを除去するものが開示されている。また、特許文献３には、スクリーンに複屈折性結晶体の粒子を塗布し、偏光状態を時間的に変化させたレーザ光をスクリーンに投射することでスペックルノイズの発生を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】
特開昭５５−６５９４０号公報
【特許文献２】
特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献３】
特開平３−１０９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１の、スクリーンを振動させる方法は、固定された壁面などをスクリーンとして用いることができないという問題があった。
【００１１】
また、上記特許文献２の、拡散素子を振動、回転させる方法では、拡散素子を振動、回転させるためのモータ等の駆動部を必要とし、ディスプレイ装置が大型になるとともに、消費電力が増加し、振動音が発生するといった問題があった。
【００１２】
また、図９に示すような２次元走査型の画像表示装置では、高解像度画像表示を実現する場合、例えば、１秒間に表示される画像数を６０、画面の解像度を横１０００画素×縦１０００画素とすると、１画素あたりの走査時間は１／（６０×１０6）秒となる。よって、スペックルノイズを除去するためには、１画素あたりの走査時間よりも早い６０ＭＨｚ以上の変調周波数で、スクリーンや拡散素子を振動させる必要がある。スクリーン振動に代表される物体振動方式によるスペックル除去方法では、高解像度画像表示を実現するビーム走査速度には追随できないという問題があった。
【００１３】
また、上記特許文献３に記載の、複屈折性結晶体をスクリーンに塗布する方法では、スクリーン全面に結晶を塗布する必要があるため、コストがかかるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点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除去することができる、構成が簡単で静粛性及び耐久性に優れた２次元走査型画像表示装置を得ることを目的とする。
【００１５】
本発明の請求項１に係る２次元走査型画像表示装置は、コヒーレント光を投射面に投射して画像表示を行う２次元走査型画像表示装置において、コヒーレント光を出力する少なくとも１つのコヒーレント光源と、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態を、２次元の走査速度よりも速い変調速度で変調する偏光状態変調器と、前記偏光状態変調器からのコヒーレント光の位相を、コヒーレント光の偏光状態に応じて空間的にランダムに変化させる複屈折拡散板とを備え、前記複屈折拡散板により位相が変化したコヒーレント光を前記投射面に投影する、ことを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、スクリーンや拡散板を振動あるいは回転させる駆動系が不要となり、２次元画像表示装置の小型化及び低コスト化を図るとともに、静粛性や耐久性を改善することができる。
【００１７】
本発明の請求項２に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板と前記投射面とは、結像関係にある、ことを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、複屈折拡散板上のムラが投影画像に表れることを防止することができ、高精細な画像を得ることができる。
【００１９】
本発明の請求項３に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定されていることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、コヒーレント光の位相を空間的に変化させることができ、多数のスペックルパターンを発生させてスペックルノイズを削減することができる。また、前記複屈折拡散板はフォトリソグラフィー等でパターニングを行うことにより形成することができ、複屈折拡散板の作成は簡単である。
【００２１】
本発明の請求項４に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割され、それぞれの領域で、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものであることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、コヒーレント光の位相を空間的に変化させることができ、多数のスペックルパターンを発生させてスペックルノイズを削減することができる。
【００２３】
また、前記複屈折拡散板は複屈折性をもつ材料の厚みをランダムに変化させることにより形成することでき、前記複屈折拡散板の作成は、エッチング加工等により簡単に行うことができる。
【００２４】
本発明の請求項５に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定され、かつ、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものであることを特徴とするものである。
【００２５】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００２６】
本発明の請求項６に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に２枚以上配置されている、ことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００２８】
本発明の請求項７に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項４または５に記載の２次元走査型画像表示装置であって、前記複屈折拡散板は、前記位相遅延量Δφが、０≦Δφ≦２πを満たし、かつ、当該位相遅延量を略均一な割合で発生するものであることを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、複屈折拡散板の加工時に、所定量以上の厚み差を形成する必要がなく、加工工程の簡易化を図ることが可能となる。
【００３０】
本発明の請求項８に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、強誘電体結晶により形成されている、ことを特徴とするものである。
【００３１】
これにより、電界制御により屈折率分布の変化を与えることができ、スクリーン上のスペックルパターンをより多様化することができる。
【００３２】
本発明の請求項９に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記複屈折拡散板は、液晶を構成材料とする、ことを特徴とするものである。
これにより、複屈折拡散板を安価に作成することができる。
【００３３】
本発明の請求項１０に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に、光学軸の方向が異なるように直列に２つ配置されている、ことを特徴とするものである。
【００３４】
これにより、任意のスペックルパターンを形成することが可能となり、スペックルノイズをより低減することができる。
【００３５】
本発明の請求項１１に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１０に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記２つの偏光状態変調器は、互いに異なる周波数でもって、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、ことを特徴とするものである。
【００３６】
これにより、スクリーン上のスペックルパターンを多様化することができ、さらにスペックルノイズを低減することができる。
【００３７】
本発明の請求項１２に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器と前記複屈折拡散板とが一体形成されている、ことを特徴とするものである。
これにより、２次元走査型画像表示装置の小型化が可能になる。
【００３８】
本発明の請求項１３に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次走査型元画像表示装置において、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光を、前記投影面に画像が表示されるよう２次元方向に走査する２次元ビーム走査系を有する、ことを特徴とするものである。
【００３９】
これにより、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズが除去された、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４０】
本発明の請求項１４に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、下記の（１）式を満たす周波数ｆで、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、ことを特徴とするものである。
【００４１】
ｆ≧Ｘ×Ｙ×Ｎ（Ｈｚ）・・・（１）
Ｘ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｙ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｎ：１秒間に表示される画像数
【００４２】
これにより、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズが除去された、高品質な画像を得ることが可能となる。
【００４３】
本発明の請求項１５に係る２次元走査型画像表示装置は、請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、前記偏光状態変調器は、電気光学効果を用いた光変調器である、ことを特徴とするものである。
【００４４】
これにより、レーザ光の偏光状態をＭＨｚオーダあるいはＧＨｚオーダで変調可能となり、２次元走査型の画像表示装置において、スペックルノイズを除去することが可能となる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る２次元走査型画像表示装置によれば、スペックルノイズ除去用光学系を偏光状態変調器と複屈折拡散板とにより構成したので、スクリーンや拡散板を振動あるいは回転させる駆動系が不要となり、小型化及び低コスト化を図るとともに、静粛性や耐久性を改善することができる。
【００４６】
また、本発明の２次元走査型画像表示装置では、高速偏光状態変調器を使用することで、高速にスペックルパターンを変化させることができる。そのため、本発明の２次元走査型画像表示装置は、二次元走査型の高解像画像表示装置にも適用でき、微細なムラ状ノイズのない、鮮やか、かつ高精細の映像をスクリーン上に投射することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による２次元走査型画像表示装置の概略構成図を示す図である。
【００４８】
図１に示す２次元走査型画像表示装置１００は、ＲＧＢ３色に対応するレーザ光源１ａ〜１ｃと、レーザ光源１ａ〜１ｃから出力されたレーザ光Ｌａ〜Ｌｃを、入力映像信号の原色信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて強度変調する光変調器２ａ〜２ｃとを有している。ここで、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃはＨｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系の半導体レーザ、固体レーザの出力を基本波とするＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）レーザなどを用いることができる。
【００４９】
また、レーザディスプレイ１００は、光変調器２ａにより変調されたレーザ光Ｌａを反射するミラー３と、該ミラー３で反射されたレーザ光Ｌａと前記光変調器２ｂにより変調されたレーザ光Ｌｂとを合波するダイクロイックミラー４ａと、該ダイクロイックミラー４ａからのレーザ光と前記光変調器２ｃにより変調されたレーザ光Ｌｃとを合波してレーザ光Ｌｄを生成するダイクロイックミラー４ｂとを有している。
【００５０】
また、このレーザディスプレイ１００は、ダイクロイックミラー４ｂで合波されたレーザ光Ｌｄを集光する集光レンズ５と、該集光レンズ５により集光されたレーザ光Ｌｄの偏光状態及び位相の少なくとも一方を、電気光学効果（ＥＯ）を利用して時間的に変化させる偏光状態変調器６と、該偏光状態変調器６から出射するレーザ光Ｌｄの、ビーム断面内での位相パターンを変化させる複屈折拡散板７とを有している。
【００５１】
さらに、このレーザディスプレイ１００は、複屈折拡散板７から出射するレーザ光Ｌｄをスクリーン１０上のｘ方向に走査するポリゴンスキャナ８と、該ポリゴンスキャナ８からの光を、スクリーン１０上に２次元の画像が形成されるようスクリーン１０上のｙ方向に走査するガルバノスキャナ９とを有している。
【００５２】
次に、動作について説明する。
赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光は、入力映像信号Ｓａ〜Ｓｃに応じて光変調器２ａ〜２ｃで強度変調され、ダイクロイックミラー４ａ、３ｂにて合波され、レーザ光Ｌｄとして集光レンズ５に入射する。
【００５３】
該集光レンズで集光されたレーザ光Ｌｄは、偏光状態変調器６と複屈折拡散板７を通過し、ポリゴンスキャナ８に入射する。そして、レーザ光Ｌｄは、ポリゴンスキャナ８によってスクリーン上をｘ方向に走査し、ガルバノスキャナ９によってスクリーン上をｙ方向に走査する。レーザ光によりスクリーン上に形成される各光照射領域、つまり個々の光スポットは、スクリーン１０全体に表示される画像の一画素分に相当し、レーザ光が２次元のスクリーン１０上を走査することで２次元画像全体が表示される。
【００５４】
このとき、１画面全体を走査する時間が人間の目の残像時間より短ければ、画面上でのレーザ光による走査を意識することなく２次元画像全体を観察することができる。また、動画を表示する際には、１フレームの表示時間以内に画面全体を走査してなめらかな動画の表示を行うことが可能となる。
【００５５】
次に、本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００におけるスペックルノイズ抑圧の原理について説明する。
【００５６】
図９に示す従来のレーザディスプレイ９００では、ダイクロイックミラー４ａ，４ｂからなる合波光学系を通過したレーザ光源からのレーザ光は、ポリゴンスキャナ９０６で走査される前にほぼ集光されて光スポットを形成し、ポリゴンスキャナ９０６及びガルバノスキャナ９０７からなる２次元ビーム走査系により、スクリーン９０８上に投射される。ここで、スクリーン９０８上の一画素分を示す箇所には、上述したようにスペックルノイズが存在する。
【００５７】
そこで、本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００では、ポリゴンスキャナ８と集光レンズ５との間に、偏光状態変調器６及び複屈折拡散板７を配置し、該ポリゴンスキャナ８に入射する、集光されたレーザ光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を時間的に変化させ、さらに該レーザ光の位相パターンを変化させるようにしている。
【００５８】
図２は、２次元走査型画像表示装置１００から抽出した１色分の光学系２００を概念的に示す図である。図２において、１は、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃのいずれかの光源である。１２は、ポリゴンスキャナ８とガルバノスキャナ９とからなる２次元ビーム走査系である。また、１３は、２次元ビーム走査系からのレーザ光Ｌｄをスクリーン１０に拡大投影する投射レンズである。なお、図２において、図１と同じ構成要素については、同一の符号を用いる。ここで、複屈折拡散板７とスクリーン１０とは結像関係にある。
【００５９】
図２に示す光学系２００では、スペックルノイズは以下のようにして除去されることとなる。
まず、偏光状態変調器６は、集光レンズ５からのレーザ光Ｌｄの偏光状態、または位相の少なくともいずれかを時間的に変化させる。このとき、レーザ光Ｌｄの偏光状態を変化させるか、レーザ光Ｌｄの位相を変化させるか、あるいは偏光状態及び位相を両方とも変化させるかは、偏光状態変調器６に印加する制御電圧により決まる。そして、複屈折拡散板７は、偏光状態変調器６から出射されるレーザ光Ｌｄの位相を、レーザ光Ｌｄの偏光状態に応じて空間的にランダムに変化させる。つまり、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄの偏光状態は、時間的に変化しているため、複屈折拡散板７から出射されるレーザ光Ｌｄの位相パターンも、時間的、空間的に変化したものとなる。
【００６０】
このようなレーザ光Ｌｄがスクリーン１０に投射されると、スクリーン１０上で発生するスペックルパターンは時間的に変化することになり、観察者がスクリーン１０上の画像、あるいは映像を観察する場合は、視覚上、これら多数のスペックルパターンが平均化されて微細なムラ状のノイズ画像が除去されることになる。このとき、拡大投影系における、複屈折拡散板７上でのレーザ光Ｌｄとスクリーン１０上に拡大されるレーザ光Ｌｄとは、投射レンズ１３に対して１対１に対応するものであり、これにより、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７を出射する際の散乱により起こる、スクリーン１０上に映し出される映像の解像度の低下を防ぐことができる。
【００６１】
次に、本実施の形態１の偏光状態変調器６と複屈折拡散板７について詳細に説明する。
本実施の形態１では、偏光状態変調器６として、電気光学効果（ＥＯ）を利用したＥＯ偏光素子を使用する。具体的には、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3の±Ｚ面に電極形成したものを使用している。電気光学効果を利用する偏光素子は、変調速度の高速化に対応することが可能であり、本実施の形態１の２次元画像表示装置１００のような、２次元走査型の高解像度画像表示装置に適している。
【００６２】
つまり、２次元走査型の画像表示装置では、レーザ光Ｌｄの偏光状態を、２次元の走査速度よりも速い変調速度で変化させる必要がある。例えば、１フレームの表示時間を１／６０秒、画面解像度を横１０００×縦１０００画素により映像表示させる場合、１画素毎の走査時間は１／（６０×１０6）秒となり、レーザ光Ｌｄの偏光方向を６０ＭＨｚ以上の変調周波数によって変調する必要がある。ＥＯ偏光素子によれば、６０ＭＨｚ以上の変調周波数は駆動可能であるため、２次元走査型の画像表示装置のような高速変調を必要とする場合であっても、十分対応することができる。
【００６３】
偏光状態変調器６の変調周波数は、上述のように、２次元の走査速度よりも速い変調速度であれば良く、スクリーン１０上のスペックルパターンは、偏光状態変調器６の変調周波数が高い程より高速に変化し、スクリーン１０上のスペックルノイズは、より抑圧されることになる。例えば、変調周波数が６０ＭＨｚの場合とその１０倍となる６００ＭＨｚの場合とで比較すると、６００ＭＨｚの場合に、よりスペックルノイズの除去された画像を得ることができる。なお、偏光状態変調器６は、２次元の走査速度よりも速い変調速度で偏光状態を変えることができる光変調器であれば、電気光学効果以外の効果を用いるものであっても良い。
【００６４】
次に、複屈折拡散板７について説明する。
図３（ａ）は、複屈折拡散板７を示す平面図である。図７において、ＳＬｄは、レーザ光Ｌｄのスポット径を表し、また、図中の矢印は、光学軸（以下「Ｃ軸」とする。）を表す。
【００６５】
複屈折拡散板７は、図３（ａ）に示すように光スポット径に対し、同程度あるいはそれ以上の大きさのものであり、入射光の偏光方向により屈折率が異なる材料、すなわち、複屈折性を有する材料基板を複数のセル領域Ｒｃが形成されるよう格子状に区分し、かつ、それぞれのセル領域Ｒｃの光学軸の向きを不規則に設定したものである。つまり、複屈折拡散板７では、各セル領域の速軸（屈折率の小さい軸）と遅軸（屈折率の大きい軸）が不規則に配置され、各セル領域のＣ軸の向きは２次元空間上で不規則な向きとなっている。
【００６６】
複屈折拡散板７の具体的な作製方法としては、例えば、ガラス基板上でのレジストのパターニングと、その後の複屈折性を有する誘電体薄膜（ＭｇＦ2）の斜め蒸着とを数回行うことによって、各セル領域のＣ軸の向きをランダムに設定することができる。なお、複屈折拡散板７に用いる材質としては、上述した強誘電体結晶以外に、液晶で複屈折性の大きいものであれば使用することができる。
【００６７】
複屈折拡散板７を構成する各セル領域のセル幅を決定するに際しては、投射レンズ１３のビーム取り込み効率に影響を及ぼさないように、レーザ光Ｌｄの拡散角を考慮する必要がある。これは、拡散角が大きくなると、図２における投射レンズ１３のビーム取り込み効率が減少し、スクリーン１０に投射される画像の輝度が低下する、という問題が生じるためである。例えば、上記特許文献３に開示されたスペックルノイズ除去方法において使用される複屈折性結晶の粒子を、透明板状材料に塗布することにより、複屈折拡散板７に相当する拡散板を作製した場合、複屈折性結晶の粒子の径が小さい、あるいは塗布した表面の断面形状が不規則となるため、レーザ光Ｌｄが屈折と反射を繰り返し、レーザ光の拡散角が大きくなる。このため、本実施の形態１のような光学系においては、複屈折粒子を塗布した拡散板を投射前に挿入することは困難である。
【００６８】
本実施の形態１の光学系２００では、複屈折拡散板７のセル幅をｄとすると、拡散角Δθは波長λの光に対し、Δθ＝λ／ｄの関係にあるので、拡散角Δθは、セル幅に依存することになり、セル幅が大きいほど拡散角は小さくなる。このため、本実施の形態１では、セル幅をｄ＝１０μｍで作製している。なお、セル幅をｄ＝１０μｍとし、波長λ＝５００ｎｍの緑色光を用いた場合の拡散角は、Δθ＝０．５／１０＝５０ｍｒａｄ（〜３°）であり、投射レンズの取り込み効率に影響を及ぼさないことを確認している。
【００６９】
次に、複屈折拡散板７の作用、効果について説明する。
図３（ｂ）は、複屈折拡散板７の断面構造を示す図であり、ここでは、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄ、及び複屈折拡散板７から出射されるレーザ光Ｌｄの位相分布を模式的に表している。
【００７０】
図３（ｂ）において、例えば位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７に入射したとする。ここでは、簡単のため、レーザ光Ｌｄの偏光方向は、Ｃ軸方向と平行な方向と、Ｃ軸方向と直交する方向の２方向とする。偏光方向がＣ軸方向と平行であるレーザ光Ｌｄに対する屈折率をｎ１、偏光方向がＣ軸方向と直交するレーザ光Ｌｄに対する屈折率をｎ２とすると、複屈折拡散板７の各セル領域は複屈折性をもつために、ｎ１≠ｎ２の関係が成り立つ。従って、偏光方向が異なるレーザ光Ｌｄが、複屈折拡散板７を通過する際の光路長は、それぞれ異なることになり、複屈折拡散板７から出射されたそれぞれのレーザ光は、位相のずれたものとなっている。つまり、複屈折拡散板７に入射するレーザ光Ｌｄの位相パターンは、複屈折拡散板７を通過した後、複屈折拡散板７上の各セル領域のＣ軸方向の分布に応じて、図３（ｂ）に示すように位相差を生じた形で変化することになる。
【００７１】
そして、レーザ光Ｌｄの偏光状態、すなわち、偏光方向と偏光の種類を、偏光状態変調器６により時間的に変化させることで、複屈折拡散板７から出射するレーザ光の位相パターンを、時間的、空間的に変化させることができる。
【００７２】
このように、本実施の形態１による２次元走査型画像表示装置１００では、レーザ光Ｌｄの偏光状態及び位相の少なくとも一方を、電気光学効果を利用した偏光状態変調器６により時間的に変化させ、複屈折性をもつ複数の材料からなる複屈折拡散板７により、偏光状態変調器６からのレーザ光Ｌｄの位相パターンをランダムに変化させるので、スクリーン１０上において異なるスペックルパターンを多数生じさせることとなり、これにより、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施の形態１では、前記複屈折拡散板７は、複屈折性をもつセル領域Ｒｃを、それぞれのＣ軸方向が、直交する２方向に一致するように配置したものであるが、前記複屈折拡散板は、そのセル領域ＲｃのＣ軸方向が、直交する２方向に一致するものに限らない。
【００７４】
例えば、図４（ａ）のように、複屈折拡散板の各セル領域をそのＣ軸がランダムな向きになるよう２次元空間に配置することで、図４（ｂ）に示すように、さらに多くの位相パターンを形成することができ、さらにスッペクルノイズが低減された高品質の画像を表示することができる。このような、図４（ａ）に示す複屈折拡散板７ｂは、上記複屈折拡散板７ａと同様に、フォトリソグラフィー等により作成することができる。
【００７５】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置は、レーザ光によりスクリーン上を走査して画像を表示する２次元走査型のものであるが、上記２次元画像表示装置は、レーザ光を映像信号に基づいて空間光変調素子により変調してスクリーン上に投影する空間変調方式のものであってもよい。
【００７６】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置の光源にはレーザ光源１ａ〜１ｃを使用したが、２次元画像表示装置の光源はレーザ光源に限らず、コヒーレンシーの高い光源であれば、ランプやＬＥＤ等であってもその光源として適用可能である。
【００７７】
また、本実施の形態１では、２次元走査型画像表示装置の光学系を構成する複屈折拡散板７は１つであるが、２次元走査型画像表示装置はその光学系を構成する複屈折拡散板を複数用いてもよい。例えば、２次元走査型画像表示装置の光学系を、光ビームの伝搬方向に対し直列に配置した２枚以上の複屈折拡散板を有するものとすることにより、該光学系における複屈折拡散板が１枚である場合と比較してスペックルパターンをさらに多様化させることができ、スペックルノイズの更なる低減を図ることが可能となる。
【００７８】
（実施の形態２）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の実施の形態２による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、図５（ａ）は、該２次元走査型画像表示装置を構成する複屈折拡散板７ｃを示す平面図である。また、図５（ｂ）は、複屈折拡散板７ｃの断面構造を示すとともに、複屈折拡散板７ｃに入射する照明光、及び複屈折拡散板７から出射される照明光の位相分布を模式的に表している。
【００７９】
本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置は、実施の形態１の２次元走査型画像表示装置１００の複屈折拡散板７に代えて、複屈折性を有する材料の基板厚みを空間的にランダムに変化させた複屈折拡散板７ｃを用いたものである。従って、この実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１のものと同一である。
【００８０】
本実施の形態２の複屈折拡散板７ｃは、複屈折性を有する材料基板を、複数のセル領域Ｒｃが格子状に配列されるよう区分し、基板厚さの異なるセル領域Ｒｃがランダムに配列されるよう加工したものである。本実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃの材料基板として、ＬｉＮｂＯ3基板を用いており、エッチング加工、あるいはレーザ加工等により各セル領域での基板厚みを変化させている。
【００８１】
複屈折拡散板７ｃの具体的な作成方法としては、通過する光の波長をλ、複屈折率差（常光屈折率と異常光屈折率の差）をΔｎ、拡散板の面内における最大の基板厚み差をΔｔとした場合、十分な拡散を得るためには、λ≦Δｎ×Δｔの関係を満たせばよい。従って、ＬｉＮｂＯ3基板の複屈折率差Δｎは、およそ０．０９であるので、波長６００ｎｍのレーザ光を使用した場合、７μｍ以上の厚み差をもつよう、ＬｉＮｂＯ3基板をエッチング加工等により処理する。
【００８２】
次に、作用効果について説明する。
図５（ａ）において、例えば位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７に入射したとする。複屈折拡散板７ｃは、各セル領域毎に基板厚みがランダムに設定されているため、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７ｃを通過すると、レーザ光Ｌｄの、各セル領域を通過した部分で、各セル領域の基板厚みに応じた位相遅れが生じ、複屈折拡散板７から出射するレーザ光Ｌｄは、図５（ｂ）に示すように、空間的にランダムな位相パターンを有することになる。
【００８３】
さらに、複屈折拡散板７ｃに入射するレーザ光Ｌｄの偏光状態は、実施の形態１と同様に、時間的に変化しているため、複屈折拡散板７ｃから出射するレーザ光Ｌｄの位相パターンは空間的、時間的に変化することになる。このため、スクリーン１０上では、異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されて、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を観察することができる。
【００８４】
このように、本実施の形態２による２次元走査型画像表示装置では、複屈折拡散板７ｃを、セル領域毎に基板厚みがランダムに変化した構造としているので、簡単な構造の複屈折拡散板により、実施の形態１と同様に、スペックルノイズを除去することができる。
【００８５】
なお、上記実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃは、材料基板であるＬｉＮｂＯ3基板の表面を加工したものとしているが、複屈折拡散板７ｃはこれに限るものではない。例えば、基板厚みを不規則に変化させた中空透明部材の内部に液晶を封入することにより、本実施の形態２のＬｉＮｂＯ3を用いた複屈折拡散板７ｃと同様に、簡単な構造の複屈折拡散板を得ることができる。また、その際に、上記中空透明部材の表面に透明電極をランダムに配設することにより、内部封入されている液晶に対して電界を印加することが可能となり、透明材料内部の液晶の配向方向を空間的にランダムに変化させることができる。この結果、より多くの位相パターンを作り出すことが可能となり、スペックルノイズをさらに低減することが可能となる。また、液晶は安価に入手し易く、このため、複屈折拡散板の製造コストを下げることが可能となる。
【００８６】
また、上記実施の形態２では、複屈折拡散板７ｃは、基板厚さの異なるセル領域がランダムに配列されるよう構成したものであり、各セル領域におけるＣ軸方向は一定方向となっているが、この複屈折拡散板７ｃは、基板厚さを変化させるだけでなく、各セル領域におけるＣ軸方向も、セル領域毎にランダムに設定したものでもよい。
【００８７】
図６（ａ）は、このような複屈折拡散板７ｄを示す平面図である。
この複屈折拡散板７ｄは、実施の形態２の複屈折拡散板７ｃを、各セル領域のＣ軸方向がランダムな方向となるよう変形したものである。
【００８８】
このような複屈折拡散板７ｄでは、図６（ｂ）に示すように、より多くの位相パターンを作り出すことが可能となる。
【００８９】
また、上記実施の形態２では、２次元走査型画像表示装置の光学系を構成する複屈折拡散板７ｃは１つであるが、２次元走査型画像表示装置は、その光学系の光軸に沿って直列に配置された複数の複屈折拡散板７ｃを有するものであってもよい。この場合、上記光学系に配置されている複屈折拡散板７ｃが１枚である場合と比較してスペックルパターンをさらに多様化させることができ、スペックルノイズの更なる低減を図ることが可能となる。なお、図５（ａ）に示すような、各セル領域のＣ軸方向が一定方向にそろった複屈折拡散板７ｃを複数用いる場合は、複数の複屈折拡散板７ｃは、それぞれの速軸および遅軸の方向が互いに異なる方向になるように配置するのが望ましい。
【００９０】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、２次元走査型画像表示装置におけるスペックルノイズ除去光学系を模式的に示している。
【００９１】
本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置は、実施の形態２のスペックルノイズ除去光学系を構成する、偏光状態変調器６と複屈折拡散板７ｅとを一体化したものである。なお、実施の形態３のその他の構成は、実施の形態２におけるものと同一である。
【００９２】
本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置のスペックルノイズ除去光学系は、単一のＬｉＮｂＯ3結晶上に、レーザ光Ｌｄの偏光状態を変調する偏光状態変調器６ｅと、偏光状態が偏光されたレーザ光の位相を空間的に変化させる複屈折拡散板７ｅとを一体形成してなるものである。
【００９３】
具体的な作成方法は、ＬｉＮｂＯ3結晶の一端側端面を、上述した実施の形態２と同様に、複数のセル領域が格子状に配列されるよう区分し、基板厚さの異なるセル領域Ｒｃがランダムに配列されるよう加工して複屈折拡散板７ｅを形成する。また、ＬｉＮｂＯ3結晶の他端側部分には、その±Ｚ面に電極１４を配置して、偏光状態変調器６ｅを作成する。
【００９４】
次に作用効果について説明する。
本実施の形態３の２次元走査型画像形成装置では、位相のそろった直線偏光のレーザ光Ｌｄが偏光状態変調器６ｅに入射すると、偏光状態変調器６ｅにて、その偏光状態及び位相の少なくとも一方が時間的に変化する。そして、該偏光状態変調器６ｅからのレーザ光は、複屈折拡散板７ｅを通過することにより、レーザ光の、各セル領域に対応する部分で、各セル領域の基板厚みに応じた位相遅れが生じることになり、図７に示すように、空間的にランダムな位相パターンを有するものとなる。
【００９５】
そして、スクリーン上では、複屈折拡散板７ｅからの出射レーザ光により異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されて、スペックルが抑圧された２次元画像を観察することができる。
【００９６】
このように、本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置では、スペックル除去光学系を構成する偏光状態変調器６ｅと複屈折拡散板７ｃとを一体化したので、小型のスペックル除去光学系を実現することができ、これにより、２次元画像表示装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００９７】
（実施の形態４）
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明の実施の形態４による２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、図８（ａ）は、２次元走査型画像表示装置の照明光学系の概略構成を示し、図８（ｂ）は、２次元走査型画像表示装置の動作を説明する図である。なお、図中、８００は、この実施の形態４の２次元走査型画像表示装置を構成する照明光学系、６ａ及び６ｂは偏光状態変調器である。また、図２と同一符号は実施の形態１におけるものと同一のものである。
【００９８】
つまり、この実施の形態４の２次元走査型画像表示装置は、上記実施の形態１の２次元画像表示装置における偏光状態変調器６に代わる、上記照明光学系の光軸に沿って直列に配置され、それぞれのＣ軸方向が直交する２つの偏光状態変調素子６ａ及び６ｂを備えたものである。
【００９９】
ここで、上記偏光状態変調器６ａ及び６ｂは、実施の形態１の偏光状態変調器６と同様、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3の±Ｚ面のそれぞれに電極形成してなるものである。また、偏光状態変調器６ａは、レーザビームの偏光を直線偏光とした場合には、図８（ａ）に示すように、Ｚ板ＬｉＮｂＯ3のＣ軸を偏光方向に対して４５度傾けた状態で配置される。また、偏光状態変調器６ｂは、そのＣ軸と偏光状態変調器６ａのＣ軸とが直交するよう配置される。
【０１００】
次に作用効果について説明する。
図８（ｂ）は、偏光状態変調器６ａに入射したレーザ光Ｌｄの偏光状態を模式的に示している。
【０１０１】
レーザ光源１からレーザ光が出射されると、該レーザ光Ｌｄは合波光学系（図示せず）を介して集光レンズ５に入射し、集光レンズ５で集光されたレーザ光が偏光状態変調器６ａに入射する。偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａは、上述したようにレーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄに対して４５°傾いているため、電界制御により、図８（ｂ）に示すように、偏光状態変調器６ａの入射面上に形成されるレーザ光Ｌｄは、正方形枠Ｆ０内に内接する形で、偏光の種類を、直線偏光、楕円偏光、あるいは円偏光に変化させることができ、また、その偏光方向を変化させることができる。
【０１０２】
例えば、直線偏光のレーザ光Ｌｄは、前記偏光状態変調器６ａにより、長方形枠Ｆ１に接する楕円偏光Ｌｄ１、あるいは、長方形枠Ｆ１に比べてより縦長の長方形枠Ｆ２に接する楕円偏光Ｌｄ２とすることができる。
【０１０３】
さらに、偏光状態変調器６ａからのレーザ光は、偏光状態変調器６ｂにより、例えば、楕円偏光Ｌｄ１であれば、長方形枠Ｆ１に内接する形で、また、楕円偏光Ｌｄ２であれば、長方形枠Ｆ２に内接する形で、偏光方向、あるいは偏光の種類を変化させることができる。
【０１０４】
なお、偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａに対する、レーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄの傾きが４５°より小さい場合は、例えば、２０°である場合は、図８（ｃ）に示すように、偏光状態変調器６ａの入射面上に形成されるレーザ光Ｌｄは、長方形枠Ｆ３内に内接する形でしか、偏光の種類を、直線偏光、楕円偏光、あるいは円偏光を変化させることができない。
【０１０５】
従って、偏光状態変調器６ａのＣ軸方向Ｄａを、上述したようにレーザ光Ｌｄの偏光方向ＤＬｄに対して４５°傾けることにより、２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂにより、偏光の種類を任意に変化させることができ、さらに、直線偏光、及び楕円偏光については、３６０度のあらゆる方向にその偏光方向を変化させることができる。これら偏光状態の変化は、２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂの電界制御により行い、任意の偏光状態を作り出すために、それぞれ異なる周波数をもって偏光状態を時間的に変化させる。
【０１０６】
そして、偏光状態変調器６ｂから出射するレーザ光Ｌｄが複屈折拡散板７を通過することにより、スクリーン１０上で異なるスペックルパターンが多数生じることになり、観察者が投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均され、スペックルノイズが抑圧されることになる。
【０１０７】
このように本実施の形態４の２次元走査型画像表示装置では、その照明光学系の光軸に沿って２枚の偏光状態変調器６ａ，６ｂを、それぞれのＣ軸の向きが異なるように直列に配置したので、任意の偏光状態を作り出すことができ、レーザ光Ｌｄが複屈折拡散板を通過した後に生じる位相パターンをさらに増加させることが可能となる。これにより、スクリーン１０上に現れるスペックルノイズの更なる削減を図ることが可能となる。
【０１０８】
なお、本発明に係るスペックルノイズ除去系は、単色レーザの画像投影装置においても適用可能である。例えば、空間光変調素子としてガラス基板上に金属膜をパターニングしたフォトマスク等を用い、スクリーンである半導体基板上にマスクパターン像を形成する、半導体プロセスに用いる露光照明装置においても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明に係る２次元走査型画像表示装置は、照明光学系に直列に配置した偏光状態変調器及び複屈折拡散板により、レーザ光Ｌｄの空間的な位相パターンをランダムに変化させることにより、スペックルノイズを簡単な構成により除去できるものであり、投影光学系とスクリーンとが別体になった投射型ディスプレイや、投影光学系と透過型スクリーンとを組み合わせた背面投射型ディスプレイにおけるスペックルノイズを除去する上で有用なものである。
【０１１０】
【図１】図１は本実施の形態１による２次元走査型画像表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は本実施の形態１の動作説明図であり、２次元走査型画像表示装置の１色分の光学系を概念的に示している。
【図３（ａ）】図３（ａ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する平面図である。
【図３（ｂ）】図３（ｂ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図４（ａ）】図４（ａ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する平面図である。
【図４（ｂ）】図４（ｂ）は本実施の形態１の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図５（ａ）】図５（ａ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する平面図である。
【図５（ｂ）】図５（ｂ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に表す図である。
【図６（ａ）】図６（ａ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する平面図である。
【図６（ｂ）】図６（ｂ）は本実施の形態２の２次元走査型画像表示装置における複屈折拡散板の他の例を説明する断面図であり、複屈折拡散板に入射するレーザ光と複屈折拡散板から出射するレーザ光の位相状態を模式的に示している。
【図７】図７は本実施の形態３の２次元走査型画像表示装置を説明する図であり、一体化させた偏光状態変調器と複屈折拡散板とを一体化させたものを示している。
【図８（ａ）】図８（ａ）は本実施の形態４の動作説明図であり、２次元走査型画像表示装置の１色分の光学系を概念的に示している。
【図８（ｂ）】図８（ｂ）は本実施の形態４の動作説明図であり、レーザ光Ｌｄの偏光状態を模式的に示している。
【図８（ｃ）】図８（ｃ）は本実施の形態４の動作説明図であり、レーザ光Ｌｄの偏光状態の他の例を模式的に示している。
【図９】図９は従来のレーザ画像表示装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１ａ，１ｂ，１ｃ レーザ光源
２ａ，２ｂ，２ｃ 光変調器
３ ミラー
４ａ，４ｂ ダイクロイックミラー
５ 集光レンズ
６ 偏光状態変調器
７ 複屈折拡散板
８ ポリゴンスキャナ
９ ガルバノスキャナ
１０ スクリーン
１３ 投射レンズ
１４ 電極
９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ レーザ光源
９０２ａ，９０２ｂ ダイクロイックミラー
９０３ ミラー
９０４ 集光レンズ
９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ 光変
９０６ ポリゴンスキャナ
９０７ ガルバノスキャナ
９０８ スクリーン
Claims (15)
- コヒーレント光を投射面に投射して画像表示を行う２次元走査型画像表示装置において、
コヒーレント光を出力する少なくとも１つのコヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態を、２次元の走査速度よりも速い変調速度で変調する偏光状態変調器と、
前記偏光状態変調器からのコヒーレント光の位相を、コヒーレント光の偏光状態に応じて空間的にランダムに変化させる複屈折拡散板とを備え、
前記複屈折拡散板により位相が変化したコヒーレント光を前記投射面に投影する、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板と前記投射面とは、結像関係にある、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定されている、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割され、それぞれの領域で、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものである、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光の入射面が空間的に領域分割されており、それぞれの領域は、その光学軸の方向がランダムに設定され、かつ、前記コヒーレント光のランダムな位相遅延量を発生するものである、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に２枚以上配置されている、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項４または５に記載の２次元走査型画像表示装置であって、
前記複屈折拡散板は、前記位相遅延量Δφが、０≦Δφ≦２πを満たし、かつ、当該位相遅延量を略均一な割合で発生するものである、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、強誘電体結晶により形成されている、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記複屈折拡散板は、液晶を構成材料とする、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記偏光状態変調器は、前記コヒーレント光源から投影面に至る光路上に、光学軸の方向が異なるように直列に２つ配置されている、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１０に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記２つの偏光状態変調器は、互いに異なる周波数でもって、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記偏光状態変調器と前記複屈折拡散板とが一体形成されている、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記コヒーレント光源からのコヒーレント光を、前記投影面に画像が表示されるよう２次元方向に走査する２次元ビーム走査系を有する、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記偏光状態変調器は、下記の（１）式を満たす周波数ｆで、前記コヒーレント光源からのコヒーレント光の偏光状態及び位相の少なくとも一方を変調する、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。
ｆ≧Ｘ×Ｙ×Ｎ（Ｈｚ）・・・（１）
Ｘ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｙ：前記投射面に表示される画像の縦方向画素数
Ｎ：１秒間に表示される画像数 - 請求項１に記載の２次元走査型画像表示装置において、
前記偏光状態変調器は、電気光学効果を用いた光変調器である、
ことを特徴とする２次元走査型画像表示装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003426798 | 2003-12-24 | ||
| JP2003426798 | 2003-12-24 | ||
| PCT/JP2004/019324 WO2005062114A1 (ja) | 2003-12-24 | 2004-12-24 | ２次元画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2005062114A1 JPWO2005062114A1 (ja) | 2007-12-13 |
| JP4598676B2 true JP4598676B2 (ja) | 2010-12-15 |
Family
ID=34708874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005516522A Active JP4598676B2 (ja) | 2003-12-24 | 2004-12-24 | ２次元走査型画像表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7370972B2 (ja) |
| JP (1) | JP4598676B2 (ja) |
| CN (1) | CN100590509C (ja) |
| WO (1) | WO2005062114A1 (ja) |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7826128B2 (en) * | 2005-05-23 | 2010-11-02 | Silicon Quest Kabushiki-Kaisha | Projection display system with varying light source |
| JP2008033042A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Sony Corp | 投影型表示装置 |
| WO2008047800A1 (fr) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Asahi Glass Co., Ltd. | Dispositif d'affichage de type à projection |
| US20080106779A1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Infocus Corporation | Laser Despeckle Device |
| JP4301282B2 (ja) | 2006-11-15 | 2009-07-22 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ |
| JP4983247B2 (ja) * | 2006-12-22 | 2012-07-25 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置及びプロジェクタ |
| JP5037116B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2012-09-26 | 株式会社リコー | プロジェクタ |
| JP4992488B2 (ja) * | 2007-03-14 | 2012-08-08 | セイコーエプソン株式会社 | 照明装置及びプロジェクタ |
| US20100245773A1 (en) * | 2007-08-29 | 2010-09-30 | Shinichi Arita | Image display apparatus |
| WO2009032345A1 (en) * | 2007-09-06 | 2009-03-12 | Olympus Corporation | Projection display system with varying light source |
| JP2009151221A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Seiko Epson Corp | 照明装置、画像表示装置及び偏光変換拡散部材 |
| US20090168026A1 (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-02 | Lucent Technologies Inc. | Front projection screen, a method of constructing the same and a front projection system including the same |
| JP5286816B2 (ja) * | 2008-02-20 | 2013-09-11 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ |
| US8767783B2 (en) * | 2008-02-20 | 2014-07-01 | Panasonic Corporation | Light source device, lighting device and image display device |
| US7997735B2 (en) | 2008-03-27 | 2011-08-16 | Corning Incorporated | Systems and methods for speckle reduction |
| US7972004B2 (en) * | 2008-04-18 | 2011-07-05 | Texas Instruments Incorporated | System and method for uniform light generation |
| US7944598B2 (en) | 2008-11-06 | 2011-05-17 | Corning Incorporated | Speckle mitigation in laser scanner projector systems |
| JP2012518791A (ja) * | 2009-02-23 | 2012-08-16 | ディメンジョナル フォトニクス インターナショナル，インコーポレイテッド | コヒーレント照明イメージング・システムにおけるスペックル雑音の低減 |
| JP5191939B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2013-05-08 | スタンレー電気株式会社 | 光偏向器用アクチュエータ装置 |
| US8899754B2 (en) | 2009-04-09 | 2014-12-02 | Nec Corporation | Projection type image display apparatus and control method therefor |
| US8395714B2 (en) * | 2009-04-16 | 2013-03-12 | Microvision, Inc. | Scanned projection system using polymerized liquid crystal layer for speckle reduction |
| US8287128B2 (en) * | 2009-04-16 | 2012-10-16 | Microvision, Inc. | Laser projection source with polarization diversity element for speckle reduction |
| US8130433B2 (en) * | 2009-04-29 | 2012-03-06 | Corning Incorporated | Spinning optics for speckle mitigation in laser projection systems |
| US8094355B2 (en) | 2009-04-29 | 2012-01-10 | Corning Incorporated | Laser projection system with a spinning polygon for speckle mitigation |
| US8077367B2 (en) | 2009-04-29 | 2011-12-13 | Corning Incorporated | Speckle mitigation in laser projection systems |
| US7940448B2 (en) * | 2009-06-11 | 2011-05-10 | Alces Technology, Inc. | Display system |
| US8960914B2 (en) | 2009-09-28 | 2015-02-24 | Konica Minolta Opto, Inc. | Laser projection apparatus with speckle reduction |
| JP5452318B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-03-26 | 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 | レーザープロジェクタ |
| JP5388938B2 (ja) * | 2010-04-26 | 2014-01-15 | 三菱電機株式会社 | 透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置 |
| JP5505121B2 (ja) * | 2010-06-22 | 2014-05-28 | 株式会社リコー | 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 |
| JP5609369B2 (ja) * | 2010-07-23 | 2014-10-22 | 船井電機株式会社 | 画像表示装置 |
| US8421844B2 (en) | 2010-08-13 | 2013-04-16 | Alcatel Lucent | Apparatus for correcting gaze, a method of videoconferencing and a system therefor |
| JP5501187B2 (ja) * | 2010-10-04 | 2014-05-21 | 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 | レーザプロジェクタ |
| JP5674437B2 (ja) * | 2010-11-30 | 2015-02-25 | 船井電機株式会社 | 表示装置 |
| JP5168526B2 (ja) * | 2011-05-10 | 2013-03-21 | 大日本印刷株式会社 | 投射型映像表示装置 |
| JP5719695B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2015-05-20 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | 走査型表示装置 |
| US8567957B2 (en) * | 2011-07-11 | 2013-10-29 | Microvision, Inc. | Active polarization switch for speckle reduction in laser projection sources |
| US8870381B2 (en) * | 2011-08-10 | 2014-10-28 | Microvision, Inc. | Mixed polarization imaging system for three-dimensional projection and corresponding methods |
| US9466941B2 (en) * | 2012-07-31 | 2016-10-11 | Barco Nv | Patterned retarder and optical engine for laser projection apparatus |
| JP5429343B2 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-02-26 | セイコーエプソン株式会社 | 画像表示装置 |
| JP6011850B2 (ja) * | 2012-09-18 | 2016-10-19 | 株式会社リコー | 画像表示装置 |
| WO2014104106A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 旭硝子株式会社 | 光学素子、投影装置及び光学素子の製造方法 |
| JP6680455B2 (ja) * | 2013-07-09 | 2020-04-15 | Ａｇｃ株式会社 | 光学素子及び投影装置 |
| CN105093558B (zh) * | 2014-04-15 | 2018-11-02 | 深圳市亿思达科技集团有限公司 | 一种用于消除激光散斑并滤波的装置和投影显示系统 |
| JP6409383B2 (ja) * | 2014-07-18 | 2018-10-24 | Ａｇｃ株式会社 | 画像光投影用スクリーンおよび表示システム |
| CN104763923B (zh) * | 2015-03-05 | 2017-12-29 | 惠州德赛信息科技有限公司 | 一种移动式led背光装置 |
| JP2017032947A (ja) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 富士ゼロックス株式会社 | ホログラフィックステレオグラム作成装置及び拡散部材 |
| JP6604110B2 (ja) * | 2015-09-18 | 2019-11-13 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 光学装置および投射装置 |
| JP7058468B2 (ja) * | 2017-02-09 | 2022-04-22 | 株式会社日立エルジーデータストレージ | 映像表示装置、及び映像表示システム |
| DE102017202652A1 (de) * | 2017-02-20 | 2018-08-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung mittels projizierter Muster |
| CN109870830B (zh) * | 2017-12-04 | 2021-07-27 | 上海飞博激光科技有限公司 | 一种用于光束消相干的元件 |
| CN108051976A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-18 | 深圳市时代华影科技股份有限公司 | 可消除散斑的激光投影装置与系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03109591A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-09 | Sony Corp | レーザ表示装置 |
| JPH04252580A (ja) * | 1991-01-28 | 1992-09-08 | Sony Corp | レーザー画像表示装置 |
| JP2002062582A (ja) * | 2000-08-21 | 2002-02-28 | Sony Corp | 画像表示装置 |
| JP2003121791A (ja) * | 2001-10-16 | 2003-04-23 | Sony Corp | 複数のビームを用いた照明装置及び画像表示装置 |
| JP2003279889A (ja) * | 2002-01-15 | 2003-10-02 | Eastman Kodak Co | レーザ投影ディスプレイシステム |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5565940A (en) | 1978-11-13 | 1980-05-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Laser image display device |
| US5313479A (en) | 1992-07-29 | 1994-05-17 | Texas Instruments Incorporated | Speckle-free display system using coherent light |
| DE4324848C1 (de) * | 1993-07-23 | 1995-03-30 | Schneider Rundfunkwerke Ag | Videoprojektionssystem |
| US6183092B1 (en) * | 1998-05-01 | 2001-02-06 | Diane Troyer | Laser projection apparatus with liquid-crystal light valves and scanning reading beam |
| US6323984B1 (en) * | 2000-10-11 | 2001-11-27 | Silicon Light Machines | Method and apparatus for reducing laser speckle |
| JPWO2002056112A1 (ja) * | 2001-01-11 | 2004-08-12 | 株式会社アリサワ・オプテック | 背面透過型スクリーン |
| JP2003021800A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Canon Inc | 投射型表示装置 |
| US6751009B2 (en) * | 2002-04-30 | 2004-06-15 | The Boeing Company | Acousto-micro-optic deflector |
| CN100524000C (zh) * | 2003-07-22 | 2009-08-05 | 松下电器产业株式会社 | 二维成像装置 |
-
2004
- 2004-12-24 WO PCT/JP2004/019324 patent/WO2005062114A1/ja active Application Filing
- 2004-12-24 CN CN200480037199A patent/CN100590509C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-24 US US10/584,247 patent/US7370972B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-24 JP JP2005516522A patent/JP4598676B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03109591A (ja) * | 1989-09-25 | 1991-05-09 | Sony Corp | レーザ表示装置 |
| JPH04252580A (ja) * | 1991-01-28 | 1992-09-08 | Sony Corp | レーザー画像表示装置 |
| JP2002062582A (ja) * | 2000-08-21 | 2002-02-28 | Sony Corp | 画像表示装置 |
| JP2003121791A (ja) * | 2001-10-16 | 2003-04-23 | Sony Corp | 複数のビームを用いた照明装置及び画像表示装置 |
| JP2003279889A (ja) * | 2002-01-15 | 2003-10-02 | Eastman Kodak Co | レーザ投影ディスプレイシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2005062114A1 (ja) | 2005-07-07 |
| US20070153235A1 (en) | 2007-07-05 |
| US7370972B2 (en) | 2008-05-13 |
| JPWO2005062114A1 (ja) | 2007-12-13 |
| CN100590509C (zh) | 2010-02-17 |
| CN1894624A (zh) | 2007-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4598676B2 (ja) | ２次元走査型画像表示装置 | |
| US7679799B2 (en) | Illuminating light source including a light intensity modulator that oscillates a light from a coherent light source in a non-integral multiple of one cycle and two- dimensional image display using the same | |
| JP5191730B2 (ja) | 二次元画像形成装置 | |
| US8317333B2 (en) | Method and device for converting an emission beam from a laser light source into 2-dimensional light | |
| US6577429B1 (en) | Laser projection display system | |
| JP4635102B2 (ja) | 投写型画像表示装置 | |
| US8767783B2 (en) | Light source device, lighting device and image display device | |
| US7646518B2 (en) | Two dimensional image forming device | |
| US7399084B2 (en) | Laser image display apparatus | |
| US7677736B2 (en) | Illumination light source and two-dimensional image display using same | |
| US7746559B2 (en) | Image projecting device and method | |
| KR100883160B1 (ko) | 조명 장치 및 화상 표시 장치 | |
| JP5673544B2 (ja) | レーザー投射装置 | |
| JP2003114408A (ja) | 電気光学脱スペックル変調器及び使用方法 | |
| JPWO2005008330A1 (ja) | ２次元画像形成装置 | |
| JP2008191512A (ja) | 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 | |
| JPH11218726A (ja) | スペックル除去手段及びそれを用いた映像提示装置 | |
| JP4992488B2 (ja) | 照明装置及びプロジェクタ | |
| JP2007041396A (ja) | スクリーン及びこれを用いた画像投影装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100615 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100730 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100831 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100924 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4598676 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |