JP5172336B2 - ２次元画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ファイバレーザを光源として用い、空間変調器により変調された光線を投影レンズにより投射する機構を持つ画像表示装置に関する。
近年、その優れた色再現性や消費電力の点でレーザを用いた画像表示装置（レーザディスプレイ）が注目されている。図１５にレーザディスプレイ１２００の概略構成を示す。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３色のレーザ光源１２０１〜１２０３からの光は、拡散板１２０５ａ〜１２０５ｃ（レンチキュラーレンズあるいはロッドプリズムなど）からなるスペックル除去装置を通過させた後、入力映像信号に応じて光変調器１２０７ａ〜１２０７ｃで強度変調され、誘電体多層ミラーで構成された合波プリズム（ダイクロイックプリズム）１２０８にて合波される。さらに投影レンズ１２０９によってスクリーン１２１０上に２次元の画像が表示される。この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、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。さらに、レーザを用いることで光源の小型化さらには容易に集光できるため光学系の小型化が可能となり、パームトップ型の画像表示装置も実現出来るという特徴を持っている。一方、コヒーレンシーの高いレーザを用いることで表示画像にスペックルノイズと呼ばれる干渉ノイズが生じるため、プリズムを用い、偏光方向により光路差をつけることによりスペックルノイズを低減させたり（特許文献１）、図１５の模式図のように２次元ビーム走査手段１２０４ａ〜１２０４ｃ、あるいは拡散板１２０５ａ〜１２０５ｃなどの光学部品を揺動し、光源のビームパスを変化させることによりスクリーンに照射する光の波面をランダムにしたり（特許文献２）、光変調器を用いてスペクトルにサイドバンドを発生させ、見かけ上の光のスペクトルをよりブロードにしたり（特許文献３）、固体レーザへのインジェクションシーディング技術（図１６：従来構成）を用いて発振波長を操作したり（特許文献４）、複数波長の半導体レーザをモジュールにして使用したりする（特許文献５）ことでスペックルノイズを除去する方法が提案されている。
特開２００４−１５１１３３号公報 特開２００４−１３８６６９号公報 特開平９−１２１０６９号公報 特開平１０−２９４５１７号公報 特開２００４−１４４７９４号公報
先に述べたようにレーザを光源とした２次元画像表示装置において、スペックルノイズを低減する方法は、大まかに分けて、光学部品によるものとレーザ光の波長によるものの二通りに分けることができ、これまで使用されていた。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載されているような、光路長やスクリーンへの入射方向を変調させる方法は、元々のスペクトル幅が１ｎｍ（ＦＷＨＭ）程度広がっている半導体レーザ光源を使用する際には非常に有効であるが、スペクトル幅が狭い固体レーザ光源を使用する際には、それだけでスペックルノイズをヒトの目に目立たないよう低減することが困難になっており、後で述べるレーザの波長スペクトルを広げる方法と組み合わせることが必須で、なおかつスペックルノイズを十分低減するには複雑な光学系が必要などの問題があった。
一方、レーザの波長スペクトルを広げる手段としては、前記特許文献３〜特許文献５に記載されているような方法が提案されている。特許文献３においては、光変調器や高周波信号源、インピーダンスマッチング回路等が必要となり、部材コストが高くなるうえ、スペクトル幅を広げようとすればするほど高い周波数が必要になるという欠点も存在する。特許文献５においては、半導体レーザ集積モジュールが大型となる上、最もヒトの目の視感度が高く、スペックルノイズを感じさせやすい緑色（５００ｎｍ〜５５０ｎｍ）は半導体レーザ光源を実現することが材料的に困難であり、固体赤外線レーザの第２高調波を使わざるを得ない。また、本願の提案に近い特許文献４の技術において、図１６の光源に示すように、例えばピエゾミラー駆動回路１３１０により、ピエゾアクチュエータ駆動ミラー１３１１を駆動させ、Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４などの固体レーザにインジェクションシーディングすることで発振波長に変化を与えているが、固体レーザ結晶の蛍光スペクトルは非常にシャープであり、発振波長の変化幅は小さい。また、発振波長を変えるごとにレーザの共振器長も変化させなければならず、発振波長に高速な変調を掛けるような複雑な制御を行うことはできなかった。
本発明は、このような問題に解決するためになされたものであり、特に緑色光源の発振波長の変化幅を大きくすることができ、表示画像のスペックルノイズを低減することのできる２次元画像表示装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の２次元画像表示装置は、レーザ活性物質としてのダブルクラッド希土類添加ファイバと、ダブルクラッド希土類添加ファイバを励起する励起用半導体レーザと、偏光方向を直線方向にするポラライザと希土類ファイバより発生したレーザ光の波長を１／２にするＳＨＧ結晶と、ＳＨＧ結晶より発生した第２高調波の出力をモニターするフォトダイオードと、波長可変半導体レーザを種光として具備したマスター光源、フォトダイオードから得られた出力値よりレーザの出力を制御する出力コントローラ、マスター光源へ流す電流源、及びマスター光源の波長を制御する電流源を有する複数波長発振機構とで構成されてなる光源を備えている。
また、複数波長発振機構として、上記マスター光源を波長の異なる２つのマスター光源とし、発生した基本波に合わせた波長変換結晶を具備した構成も提案している。
これにより、上記光源にレーザ活性物質として希土類添加ファイバを用いることで、従来からのＹＡＧやＹＶＯ４などの酸化物結晶を使用した場合と比較して蛍光スペクトルのピークを大幅に広げることが可能となる。たとえば、Ｙｂ添加ファイバの場合１０５０〜１１００ｎｍの間で効率的に発振させることが可能となるため、従来例と比較して発振波長の変化幅を大きくすることができる。
また、上記光源の希土類添加ファイバを、その両端にレーザミラーを設けず、ファイバアンプとして使用することにより、図１６に示すような従来例（酸化物結晶をレーザ媒質にした場合）で必要となっていた共振器長の制御が不要となり、高速な波長制御が可能となる。このことから例えば繰り返し周波数１００ｋＨｚで５０００ショットずつ発振波長を変化させるといったことも可能となる。
以上のように、本発明の２次元画像表示装置によれば、それぞれ異なる色のレーザ光を発生する複数個の光源を用い、空間変調器により変調された光線を投影レンズにより投射する２次元画像表示装置において、前記複数個の光源のうち、少なくとも１つの光源を、レーザ活性物質としての希土類添加ファイバと、前記希土類添加ファイバを励起する励起用光源と、レーザの発振波長を複数波長かつ交互に発振させる複数波長発振機構と、前記複数波長で発振されたレーザ光の波長をそれぞれ短波長化する波長変換機構とで構成したので、光源にレーザ活性物質として希土類添加ファイバを用いることにより、酸化物結晶を使用した場合と比較して蛍光スペクトルのピークを大幅に広げることが可能で発振波長の変化幅を大きくすることができる効果がある。
また、希土類添加ファイバを、その両端にレーザミラーを設けることなく、ファイバアンプとして使用することにより、従来例（酸化物結晶をレーザ媒質にした場合）で必要となっていた共振器長の制御が不要となり、高速な波長制御が可能となるため、表示画像のスペックルノイズを低減することが出来る効果がある。
また、本発明の２次元画像表示装置によれば、複数波長発振機構として、波長の異なる２つ以上の波長可変半導体レーザを種光とするマスター光源を備えたので、発振波長の範囲をより拡大することができ、表示画像のスペックルノイズを効果的に低減することができる効果がある。
また、本発明の２次元画像表示装置によれば、前記少なくとも１つの光源の複数の発振波長のデューティー比を変更可能としたので、表示画像のスペックルノイズを低減することができるとともに、明るさが必要な場合には視感度の大きな波長を、色表現が重視される場合にはその色を表現するために最適な波長を発生させることができる効果がある。
また、本発明の２次元画像表示装置によれば、入力された映像信号に応じて、前記少なくとも１つの光源の視感度の高い波長と色再現性が高い波長とのデューティー比を変更させるプロジェクタ制御回路を備えたので、スペックルノイズを削減することができるとともに、映像に応じて、視感度の高い緑色波長を使用する割合を増やし、消費電力の効率を向上させる、あるいは色再現性の高い緑色波長を使用する割合を増やし、画像を向上させることを実現することができる効果がある。
また、本発明の２次元画像表示装置によれば、前記少なくとも１つの光源は、波長変換後の光出力をモニターする出力モニター機構と、出力モニター機構の出力値を元にしてレーザの出力あるいは波長を制御する出力コントローラとを具備するようにしたので、出力モニターで観測したパワー変動から種光の波長やグレーティングの温度・応力などを制御し出力を安定化できるなどの副次的な効果も得る事ができる。
また、本発明の２次元画像表示装置によれば、スペックルノイズ除去機構として、拡散板、レンチキュラーレンズ、ホログラム素子、又はロッドプリズムを使用するようにしたので、スペックルノイズをさらに低減することができる効果がある。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る２次元画像表示装置は、図１５に示す構成であり、緑色光源に特徴を有するものである。
以下、本実施の形態１に係る２次元画像表示装置１２００Ａについて、図１、図２、図１５を用いて説明する。
図１５において、本実施の形態１に係る可搬型レーザディスプレイ（２次元画像表示装置）１２００Ａは、背景技術で説明したように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のレーザ光源１２０１〜１２０３を用いている。赤色光源１２０１には波長６３８ｎｍのＧａＡｓ系半導体レーザを、青色光源１２０３には波長４６５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザを用いており、緑色光源１２０２Ａには赤外レーザの波長を１／２にする波長変換機構を具備した波長変換緑色光源を用いている。また、図１５において、赤色光源１２０１及び青色光源１２０３には、それぞれ１つの半導体レーザを使用しているが、それぞれ２個〜８個の半導体レーザの出力をバンドルファイバにより１本のファイバ出力で得られるような構造をとってもよい。その場合、赤色光源１２０１及び青色光源１２０３の波長スペクトル幅は数ｎｍと非常にブロードな物となり、それぞれこの広いスペクトルによりスペックルノイズの発生を抑制することが出来る。
次に、本実施の形態１に係る２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａの構成について図１を用いて説明する。
図１は、本実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａの概略構成図である。
図１において、緑色光源１２０２Ａは、レーザ媒質として希土類添加ファイバであるＹｂ添加クラッドポンプファイバ１０３を使用し、励起用（ポンプ用）レーザ１０１としてレーザダイオードを、マスター光源１０２としてＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザダイオードを使用している。また、緑色光源１２０２Ａは、発振した光を直線偏光にするためのポラライザ１０５と、発振した光の第２高調波を発生させるＳＨＧ結晶１０６と、ＳＨＧ結晶１０６の出力をモニターするフォトダイオード（ＰＤ）１０７と、マスター光源１０２の波長及びＳＨＧ結晶１０６の温度を制御するとともに、ＰＤ１０７で検出した第２高調波出力をもとに出力を一定にする制御を行う出力コントローラ１０８と、出力コントローラ１０８による制御信号を受けマスター光源の波長と出力を制御する制御電流源（ＩL電流源１０９、ＩDBR電流源１１０）とを構成している。
Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３は、ポンプ用ＬＤ１０１（波長約９１５ｎｍ、最大出力３０ｗ）で励起されている。マスター光源１０２は、発振波長を決定するための種光を導入するための光源であり、本実施の形態１では波長可変半導体レーザとしてＤＢＲレーザを使用しており、例えば、マスター光源１０２の波長は１０６０ｎｍ近辺で制御できるようになっている。ポラライザ１０５は発振した基本波が直線偏光となるように挿入されているものである。そして、発振した光（波長約１０６０ｎｍ）は非線形光学結晶（本実施例では周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶、長さ１０ｍｍ）からなるＳＨＧ結晶１０６に入射され、１／２の波長である５３０ｎｍの緑色光に変換される。発生した緑色光の一部はスプリッタにより分離され、ＰＤ１０７に入力される。このＰＤ１０７により緑色光の強度が計測される。計測した光の強度を出力コントローラ１０８により換算することで、マスター光源の出力電流や発振波長をコントロールすることが可能となる。一方、マスター光源による出力安定化を行わない場合は、ＳＨＧ結晶の温度コントロールにより波長を安定化することもできる。出力コントローラ１０８は、ＳＨＧ結晶１０６を一定の温度に制御するとともに、ＩL電流源１０９及びＩDBR電流源１１０を制御し、一定の周期でマスター光源１０２の波長を変調させる。図２（ａ）はマスター光源の波長の変化例を示す図であり、図２に示すように、出力コントローラ１０８は、例えば、数ＭＨｚ程度の一定の周波数で発振波長を変化させるようマスター光源を制御する。
また、一般的にＳＨＧ結晶は結晶の温度により位相整合波長が変化するため０．０１℃の精度で温度制御されており、本実施の形態１では、位相整合波長が１０６０ｎｍとなるよう一定に温度制御されている。なお、このときの温度制御の精度は低くしてもよく、この場合、温度変化に応じて位相整合波長は変化するが、コストを低減することができる。
このように、本実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａでは、マスター光源１０２、出力コントローラ１０８、ＩL電流源１０９、及びＩDBR電流源１１０から複数波長発振機構を構成し、レーザの発振波長を複数波長にしている。
次に、本発明の実施の形態１に係る２次元画像表示装置１２００Ａの動作を図１、図１５を用いて説明する。
まず、緑色光源１２０２Ａの波長の制御は、出力コントローラ１０８が、ＳＨＧ結晶１０６の温度を位相整合波長が１０６０ｎｍとなるよう一定に管理し、使用したＳＨＧ結晶１０６の波長許容幅の５０％の幅で、一定の周期でマスター光源１０２（ＤＢＲレーザ）の波長を変調させるよう電流源を制御することにより実現できる。今回使用した、周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いた場合０．１ｎｍの幅の波長、すなわち、図２（ａ）に示すように中心波長から±０．０５ｎｍの幅で変化させることが可能となる。
そして、マスタ光源１０２からは、複数の波長のレーザが出力され、ビームコンバイナ１０４によりポンプ用ＬＤ１０１からの励起用レーザと合成されたレーザは、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバにより増幅され、ポラライザ１０５を経由して、ＳＨＧ結晶１０６から緑色光である第２高調波が出力され、一部はＰＤ１０７に出力される。
そして、各光源１２０１、１２０２Ａ、１２０３より発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１２０４ａ〜１２０４ｃで拡散板１２０５ａ〜１２０５ｃ上に走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、その信号を空間光変調素子１２０７ａ〜１２０７ｃに入力し、ダイクロイックプリズム１２０８で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１２０９によりスクリーン１２１０に投影される。
このように、本実施の形態１に係る２次元画像表示装置１２００Ａでは、緑色光源１２０２Ａの波長スペクトル幅をブロードなものとすることができ、赤色光源１２０１及び青色光源１２０３を含めた各光源においてスペックルノイズの発生を抑制することができる。
さらに、拡散板やレンチキュラーレンズなどスペックルノイズ除去手段を２次元空間変調装置の手前に配置し、前記スペックルノイズ除去手段を揺動することにより、ダイクロイックプリズム１２０８で合波されたカラー画像は、さらにスペックルノイズを低減することができる。
また、本実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａは、発振波長が変化することにより、レーザ出力が低下することが考えられるが、本実施の形態１では、この発振波長変化による出力変動を防ぐための出力安定化動作として、ＰＤ１０７が検出した出力をもとにして基本波の発振波長を変化させている。出力コントローラ１０８ではＰＤ１０７により検出された出力値が低下した場合、ＩDBRを出力が増加するように変化させる。マスター光源１０２（ＤＢＲレーザ）の波長制御範囲を超えても出力が回復しない場合には、ＩLを増加させて基本波レーザ自体の出力を増加させて対応させることができる。
また、上記緑色光源１２０２Ａの波長制御動作においては、波長制御範囲が結晶の波長許容幅に制限されているため、波長制御幅は、使用する波長変換用結晶の種類と長さによるが０．０５〜０．５ｎｍの範囲に限られる。例えば、波長変換結晶として分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３結晶で長さ１０ｍｍの素子を使用した場合、波長変換効率に起因する非線形光学定数はｄｅｆｆ＝１４〜１５ｐｍ／Ｖと大きいが、波長許容幅が０．２ｎｍ・ｃｍであるため、０．２ｎｍの波長範囲で走査した場合、出力が１００〜５０％の範囲で揺らぐこととなる。つまり、この場合シード光の波長を振動させることによる波長可変幅は小さい。一方、この結晶に替わって、リチウムトリボレート結晶を使用した場合、波長許容幅が５ｎｍ〜１０ｎｍ程度あるため波長走査範囲を広げることが可能となるが、ｄｅｆｆ＝０．７ｐｍ／Ｖと非常に小さくなってしまうため外部共振器構成とする必要がある。以上のことから、装置の取り扱いやすさや、物理的な安定性を考えると、分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を使用するのが望ましい。
以上のような、実施の形態１に係る２次元画像表示装置１２００Ａは、緑色光源１２０２Ａを、レーザ活性物質としてのダブルクラッド希土類添加ファイバとしてＹｂドープ・クラッドポンプファイバ１０３と、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバ１０３を励起するポンプ用ＬＤ１０１と、偏光方向を直線方向にするポラライザ１０５と、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバ１０３より発生したレーザ光の波長を１／２にするＳＨＧ結晶１０６と、ＳＨＧ結晶１０６より発生した第２高調波の出力をモニターするＰＤ１０７と、波長可変半導体レーザを種光として具備したマスタ光源１０２、ＰＤ１０７から得られた出力値よりレーザの出力を制御する出力コントローラ１０８、マスター光源１０２へ流す電流源１０９、及びマスター光源の波長を制御する電流源１１０を有する複数波長発振機構とで構成したので、緑色光源１２０２Ａに希土類添加ファイバを用いることで、従来からのＹＡＧやＹＶＯ４などの酸化物結晶を使用した場合と比較して蛍光スペクトルのピークを大幅に広げることが可能になる。このことは、波長可変範囲（発振波長範囲）を広げることが可能になることを示している。また、緑色光源１２０２Ａにおいて、レーザミラー等の共振器長の制御が不要となり、高速な波長制御が可能となるため、係る緑色光源１２０２Ａを２次元画像表示装置に搭載した場合スペックルノイズを低減することができる。
また、ＰＤ１０７を用いて、ＳＨＧ結晶１０６からの第２高調波出力をモニターするようにしたので、レーザ出力を安定化させると共に、緑色光の波長を任意に制御することができる２次元画像表示装置を提供することができる。
なお、本実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａでは、出力コントローラ１０８により、一定の周波数で発振波長を変化させるようにマスター光源１０２を制御する例について説明したが、温度変化に応じて、結晶の位相整合波長に合わせてマスター光源の波長を変化させるようにしてもよく、これにより、よりＳＨＧ結晶１０６の温度制御の精度を低くすることが可能となりコストを低減することができる。すなわち、波長変換結晶の温度制御を簡便にすることができると共に出力安定動作させたい場合に最適である。また、このときの位相整合波長変化による出力変動を防ぐための安定化動作は、上述した出力安定化動作と同様に行うとよい。
また、本実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａでは、図２（ａ）に示すように、中心波長を一定とした場合について説明したが、これに限るものではなく、図２（ｂ）に示すように、ＰＤ１０７でパワーをモニターされた出力信号をフィードバックすることにより中心波長を制御し、変動させてもよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置は、実施の形態１と同様、緑色光源を、ファイバレーザ光源の第２高調波を用いたものとしているが、発振波長範囲を拡大させるために、１つのレーザ媒質で発振する波長を任意の２波長とし、それぞれに波長変換結晶を設けたものである。
本実施の形態２に係る２次元画像表示装置１２００Ｂは、図１５に示す構成であり、緑色光源１２０２Ｂに特徴を有するものである。２次元画像表示装置１２００Ｂの構成については実施の形態１と同様、図１５に示す構成であるので、説明を省略する。
以下、本実施の形態２に係る２次元画像表示装置１２００Ｂについて、図３〜図７、図１５を用いて説明する。
図３は、本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂにおける緑色光源１２０２Ｂの概略構成図である。
図３において、緑色光源１２０２Ｂは、レーザ媒質として希土類添加ファイバであるＹｂ添加クラッドポンプファイバ２０５を使用し、励起（ポンプ）用レーザ２０１としてレーザダイオードをマスター光源１、２（２０２、２０３）としてＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザダイオードを使用している。実施の形態１では１つのマスター光源の発振波長を一定の周波数で変化させることにより、複数波長の緑色光を発生させていたが、本実施の形態２では、発振波長の異なるマスター光源を複数台使用することにより、複数波長の緑色光を発生可能としている。このような構成は、従来酸化物単結晶をレーザ媒質として使用する場合には、その蛍光スペクトルが急峻であるために実現不可能であったが、本実施の形態２ではＹｂクラッドポンプファイバ２０５を使用していることにより、蛍光スペクトルのピークを大幅に広げることが可能になり実現できる。
また、緑色光源１２０２Ｂは、発振した光を直線偏光にするためのポラライザ２０６と、発振した複数波長の光の第２高調波を発生させる複数個のＳＨＧ結晶２０７と、ＳＨＧ結晶の出力をモニターするフォトダイオード（ＰＤ）２０８と、マスター光源１、２（２０２、２０３）の出力を一定の周波数で制御するとともに、ＳＨＧ結晶２０７の温度制御、及びＰＤ２０８で検出した第２高調波出力をもとに出力を一定にする制御を行う出力コントローラ２０９と、出力コントローラ２０９による制御信号を受けマスター光源１、２（２０２、２０３）のそれぞれの波長と出力を制御する制御電流源（ＩL電流源２１０／２１２、ＩDBR電流源２１１／２１３）とを構成している。
また、本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂにおける緑色光源１２０２Ｂでは、マスター光源１（２０２）の発振波長として約１０６０ｎｍ、マスター光源２（２０３）の発振波長として約１０８０ｎｍを選択しており、出力可能な緑色光の波長は５３０ｎｍと５４０ｎｍのどちらかを発振可能としている。ＳＨＧ結晶２０７は基本波１０６０ｎｍで位相整合するものと、１０８０ｎｍで位相整合する２つの結晶を備えている。Ｙｂ添加クラッドポンプファイバ２０５の励起には、実施の形態１の２次元画像表示装置１２００Ａにおける緑色光源１２０２Ａと同様に、ポンプ用ＬＤ２０１を用いて行っており、発振した基本波が直線偏光となるように内部にポラライザ２０６を設けている。発振した基本波は、ＳＨＧ結晶２０７に集光され、１／２の波長の緑色光に変換される。変換後の光出力はＰＤ２０８よりモニターされており、出力が一定になるように出力コントローラ２０９により、マスター光源の出力を調整したり、波長の微調整を行ったりしている。また、出力コントローラ２０９は、複数のＳＨＧ結晶２０７をそれぞれ一定の温度に制御するとともに、ＩL電流源２１０、２１２、及びＩDBR電流源２１１、２１３を制御し、一定の周期でマスター光源１、２（２０２、２０３）からそれぞれ出力させる。
図４（ａ）はマスター光源１、２（２０２、２０３）のそれぞれの波長を示す図であるが、それぞれ異なる波長のマスター光源１、２（２０２、２０３）の各出力は、出力コントローラ２０９により一定の周期、例えば数百ｋＨｚの周波数で切り替えられる。
また、一般的にＳＨＧ結晶は結晶の温度により位相整合波長が変化するためＳＨＧ結晶を０．０１℃の精度で温度制御されており、本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂにおける緑色光源１２０２Ｂでは、各ＳＨＧ結晶の位相整合波長がそれぞれ１０６０ｎｍ及び１０８０ｎｍとなるよう一定に温度制御されている。
このように、本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂにおける緑色光源１２０２Ｂでは、マスター光源１、２（２０２、２０３）、出力コントローラ２０９、ＩL電流源２１０、２１２、ＩDBR電流源２１１、２１３から複数波長発振機構を構成し、レーザの発振波長を複数波長にしている。
次に、本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置１２００Ｂの動作について図３、図１５を用いて説明する。
まず、緑色光源１２０２Ｂの波長の制御は、出力コントローラ１０８が、複数のＳＨＧ結晶２０７の位相整合波長がそれぞれ１０６０ｎｍ、１０８０ｎｍとなるよう温度をそれぞれ一定に管理し、異なる波長のマスター光源１、２（２０２、２０３）からのレーザ出力が一定の周期でそれぞれ出力するようＩL電流源２１０、２１２及びＩDBR電流源２１１、２１３を制御することにより実現できる。
そして、マスター光源１、２（２０２、２０３）からはそれぞれ一定の波長のレーザが出力され、ビームコンバイナ２０４によりポンプ用ＬＤ２０１からの励起用レーザと合成されたレーザは、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバ２０５により増幅され、ポラライザ２０６を経由して複数のＳＨＧ結晶２０７のそれぞれから緑色光である第２高調波が出力され、一部はＰＤ２０８に出力される。
そして、各光源１２０１、１２０２Ｂ、１２０３より発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１２０４ａ〜１２０４ｃで拡散板１２０５ａ〜１２０５ｃ上に走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、その信号を空間光変調素子１２０７ａ〜１２０７ｃに入力し、ダイクロイックプリズム１２０８で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１２０９によりスクリーン１２１０に投影される。
このように、本実施の形態２に係る２次元画像表示装置１２００Ｂでは、緑色光源１２０２Ｂの波長スペクトル幅をよりブロードなものとすることができ、赤色光源１２０１及び青色光源１２０３を含めた各光源においてスペックルノイズの発生を抑制することができる。
さらに、拡散板やレンチキュラーレンズなどスペックルノイズ除去手段を２次元空間変調装置１２００Ｂの手前に配置し、前記スペックルノイズ除去手段を揺動することにより、各光源１２０１、１２０２Ｂ、１２０３により、スペックルノイズを低減することができるとともに、ダイクロイックプリズム１２０８で合波されたカラー画像は、さらにスペックルノイズを低減することができる。
また、緑色光源１２０２Ｂのレーザ出力が低下したときは、実施の形態１と同様に出力安定化動作を行う。
次に、本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂにおける緑色光源１２０２Ｂの出力コントローラ２０９によるマスター光源１、２（２０２、２０３）のレーザ出力の切り替えタイミングについて、図５を用いて説明する。
図５は、時間軸に対するそれぞれのマスター光源１、２（２０２、２０３）へ入力される電流と、緑色光の強度をプロットしたプロット図を示している。図５のように５４０ｎｍと５３０ｎｍのどちらの波長の緑色光を得るか任意に設定することが可能となる。例えば繰り返し周波数１００ｋＨｚで１ショットずつ異なる波長で発振させた場合、図５のようなタイムチャートとなるが、５ショットずつあるいは１０ショットずつ異なる波長で発振させることも可能であり、また、それぞれのマスター光源に注入される電流のデューティー比を変化させて動作させることも可能である。
従来、ファイバレーザを用いた光源でも１０６０ｎｍ、１０８０ｎｍそれぞれを発振させ、さらに波長変換して緑色光（５３０ｎｍ、５４０ｎｍ）を得ることが出来るということは知られていた。図６に光波長に対するヒトの目の視感度との関係（ａ）と色度図上に示した色再現範囲（ｂ）のプロット図を示す。
図６（ａ）に示すように、５３０ｎｍ光の視感度は５４０ｎｍの視感度の８割程度であることが解る。このことから１０８０ｎｍを選択した場合、波長変換した後の光（５４０ｎｍ）に対してヒトの目の視感度が大きいため、ヒトにとって同じ明るさを得るための緑色光出力が１０６０ｎｍの２倍波と比較して、８０％程度でよく、装置の消費電力を低減することが可能であるが、一方で色再現性に劣り、逆に１０６０ｎｍを採用した場合、色再現性には優れているが、緑色光の光出力が１．３倍程度必要となる、加えて、発振波長が短くなるにつれファーバレーザの効率も低下するため、大幅に消費電力が増加するという、相反する課題がこれまでの構成では存在した。そこで、緑色光源１２０２Ｂを用いた本実施の形態２の２次元画像表示装置１２００Ｂの優位点として、基本波で２０ｎｍ以上離れた光が切り替え出力可能となることで、緑色光で５ｎｍ離れた光を出力することが可能となる。このことから、たとえば視感度が高い５４０ｎｍの光と、視感度は劣るものの色再現性の向上が可能な５３０ｎｍの光とを切り替えながら出力させることにより、色再現性と明るさの両方を向上することが可能となり、従来の課題を解決することが出来る。
また、複数の波長を同時に発振させた場合、モード競合による出力パワー変動が生じることがあるため、本実施の形態２の構成とすることにより、発振波長を任意に設定可能で、瞬間的には１波長でしか発振せず出力パワー変動を低減できるため望ましい構成であるといえる。
また、図７は、ヒトの目に感じるスペックルノイズを表す指標として、スクリーンに一様映像を投影した際の明暗の強度差と２つの波長を持つ緑色光の発振波長間隔との関係を示したプロット図である。ヒトの目にとって「スペックルノイズがある」と感じるスペックルノイズ強度の基準は大まかに０．０２以下である。図７に示した点５０１は発振波長が単一である場合のスペックルノイズ強度を示しており、この場合を１と規定する。点５０２は実施の形態１で述べた構成におけるスペックルノイズ低減度合いを示している。単一波長と比較して０．８５と１５％ほど低減していることがわかる。点５０３が本実施の形態で示した構成におけるスペックルノイズ低減度合いを示しており、０．２以下と８０％以上低減されていることがわかる。これらの光源に揺動拡散板など光学部品を用いたスペックルノイズ低減機構を組み合わせた場合、さらに９８％以上低減することが可能となるため、ヒトの目にはスペックルノイズが感じられなくなるようにすることができる。
以上のような、本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置１２００Ｂは、緑色光源１２０２Ｂを、レーザ活性物質としてのＹｂドープ・クラッドポンプファイバ２０５と、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ２０５を励起するポンプ用ＬＤ２０１と、波長可変半導体レーザを種光として具備した発振波長の異なる複数のマスタ光源１、２（２０２、２０３）を備え、出力コントローラ２０９及び制御電流源２１０〜２１３により、該複数のマスタ光源１、２（２０２、２０３）のそれぞれから複数の波長を出力する複数波長発振機構と、複数波長で出力されたレーザ光の波長を短波長化する複数のＳＨＧ結晶２０７とで構成したので、発振波長の範囲をより拡大することができ、表示画像のスペックルノイズを効果的に低減することができる。
また、ＰＤ２０８を用いて、ＳＨＧ結晶２０７からの第２高調波出力をモニターするようにしたので、レーザ出力を安定化させると共に、緑色光の波長を任意に制御することができる２次元画像表示装置を提供することができる。
また、希土類添加ファイバを用いることで、従来からのＹＡＧやＹＶＯ４などの酸化物結晶を使用した場合と比較して蛍光スペクトルのピークを大幅に広げることが可能になる。このことは、波長可変範囲（発振波長範囲）を広げることが可能になることを示している。
また、レーザミラー等の共振器長の制御が不要となり、高速な波長制御が可能となる。このことから例えば繰り返し周波数１００ｋＨｚで５０００ショットずつ発振波長を変化させるといったことも可能となり、係る緑色レーザ光源１２０２Ｂを２次元画像表示装置に搭載した場合スペックルノイズを低減することができる。
また、スペックルノイズ除去機構として、拡散板、レンチキュラーレンズ、ホログラム素子、ロッドプリズム等を使用するようにしたので、表示画像のスペックルノイズをさらに低減することができる。
また、それぞれのマスター光源に注入される電流のデューティー比を変化させることにより、明るさが必要な場合には視感度の大きな波長を、色表現が重視される場合にはその色を表現するのに最適な波長を発生させることが可能となる。
なお、本実施の形態２では、出力コントローラ２０９により、図４（ａ）に示すような波長の異なるマスター光源１、２（２０２、２０３）を一定の周波数でそれぞれ出力させるように制御電流源を制御する例について説明したが、このとき、図４（ｂ）に示すように、実施の形態１と同様、出力コントローラによりそれぞれのマスター光源１、２（２０２、２０３）から出力されたレーザの発振波長をそれぞれ変化させてもよく、これにより、スペックルノイズをさらに除去することができる。また、このときの温度制御、及び出力安定化動作は実施の形態１と同様にするとよい。また、このときの温度制御の精度は低くしてもよい。
また、本実施の形態２では、出力コントローラ２０９により、図４（ａ）に示すような波長の異なるマスター光源１、２（２０２、２０３）から一定の周波数でそれぞれレーザ出力させるように制御電流源を制御する例について説明したが、これに限るものではなく、温度変化に応じて、結晶の位相整合波長に合わせてマスター光源の波長を変化させるようにしてもよく、これにより、実施の形態１と同様、よりＳＨＧ結晶２０７の温度制御の精度を低くすることが可能となりコストを低減することができる。また、このときの温度制御、及び出力安定化動作は実施の形態１と同様にするとよい。
また、本実施の形態１では、図４（ａ）に示すように、それぞれ発振波長を一定にさせる例、及び図４（ｂ）に示すように、それぞれ発振波長を変化させる例について説明したが、これに限るものではなく、図４（ｃ）に示すように、ＰＤ２０８でパワーをモニターされた出力信号をフィードバックすることにより中心波長を制御し、変動させてもよい。
また、本実施の形態２では、２つのマスタ光源を具備する緑色光源について説明したが、これに限るものではなく、２つ以上のマスタ光源を具備する場合でも本発明は有効である。
また、複数の波長を発振させる構成としては本実施の形態２に例示した方法以外にも様々な態様があることは言うまでもない。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る２次元画像表示装置は、高価なＤＦＢレーザを使用する代わりに、一般的な励起用レーザ光源を使用し、レーザ活性物質としての希土類添加ファイバの両端にファイバグレーティングを設け、レーザ共振器を構成し、ファイバグレーティングの少なくとも一方を温度制御することによりレーザの発振波長を変化させる緑色光源を用いたものである。
本実施の形態３に係る２次元画像表示装置１２００Ｃの構成は、図１５に示す構成であり、緑色光源１２０２Ｃに特徴を有するものである。２次元画像表示装置１２００Ｃの構成については実施の形態１と同様、図１５に示す構成であるので説明を省略する。
以下、本実施の形態３に係る２次元画像表示装置１２００Ｃについて、図８〜図１１、図１５を用いて説明する。
図８は、本実施の形態３の２次元画像表示装置１２００Ｃにおける緑色光源１２０２Ｃの概略構成図である。
図８において、緑色光源１２０２Ｃは、レーザ媒質としてＹｂ添加クラッドポンプファイバ６０３を使用し、励起（ポンプ）用レーザ６０１としてレーザダイオードを使用している。Ｙｂ添加クラッドポンプファイバ６０３の両端にはレーザ共振器を構成するためのファイバーブラッググレーティング６０２ａ・６０２ｂが一組配置されており、その少なくとも一方はペルチェ素子により温度制御されている。また、緑色光源１２０２Ｃは、発振した光を直線偏光にするためのポラライザ６０４と、発振した光の第２高調波を発生させるＳＨＧ結晶６０５と、ＳＨＧ結晶６０５の出力をモニターするフォトダイオード（ＰＤ）６０６と、ファイバーブラッググレーティング６０２ａの温度及びＳＨＧ結晶６０５の温度を制御するとともに、ＰＤ６０６で検出した第２高調波出力をもとに出力を一定にする制御を行う出力コントローラ６０７と、出力コントローラ６０７による制御信号を受けポンプ用ＬＤ６０１の出力とファイバグレーティングの温度を制御する制御電流源（ＩL電流源６０９、ＩTEC電流源６０８）とを構成している。
Ｙｂ添加クラッドポンプファイバ６０３の両端に配置されているファイバーブラッググレーティング６０２ａ・６０２ｂは、反射帯域が０．１ｎｍのものと１〜５ｎｍのものが一組で用いられており、反射帯域が狭い０．１ｎｍの方のグレーティングが出力コントローラ６０７からの制御信号により温度制御されている。この温度制御により狭帯域のグレーティングにおける反射中心波長を制御することが出来る。
一般的にＳＨＧ結晶６０５は結晶の温度により位相整合波長が大きく変化するため０．０１℃の精度で温度制御されており、本実施の形態３の２次元画像表示装置における緑色光源１２０２Ｃでは、一定の位相整合波長となるよう温度制御されている。なお、温度制御の精度を低くしてもよく、この場合、温度変化に応じて位相整合波長は変化するが、コストを低減することができる。
このように、本実施の形態３の２次元画像表示装置における緑色光源１２０２Ｃでは、ファイバーグレーティング６０２ａ・６０２ｂ、ペルチェ素子６１０、出力コントローラ６０７、ＩTEC電流源６０８、ＩL電流源６０９から複数波長発振機構を構成し、レーザの発振波長を複数波長にしている。
次に、本発明の実施の形態３に係る２次元画像表示装置１２００Ｃの動作について図８、図１５を用いて説明する。
まず、緑色光源１２０２Ｃの波長の制御は、出力コントローラ６０７が、ＳＨＧ結晶６０５の温度を一定に管理し、使用したＳＨＧ結晶６０５の波長許容幅の５０％の幅で、一定の周期でファイバグレーティング６０２ａの温度を変調させることによりファイバレーザの発振波長を一定の周期で変調させるよう電流源を制御することにより実現できる。今回使用した、周期分極反転ＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ３を用いた場合０．１ｎｍの幅で変化させることが可能となる。
そして、ファイバグレーティング６０２ａからは複数の波長のレーザが出力され、ポンプ用ＬＤ６０１により励起されたＹｄドープ・クラッドポンプファイバ６０３により増幅され、ポラライザ６０４を経由して、ＳＨＧ結晶６０５から緑色光である第２高調波が出力され、一部はＰＤ６０６に出力される。
そして、各光源１２０１、１２０２Ｃ、１２０３より発せられたレーザビームは、反射型２次元ビーム走査手段１２０４ａ〜１２０４ｃで拡散板１２０５ａ〜１２０５ｃ上に走査される。画像データはＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに分割されており、その信号を空間光変調素子１２０７ａ〜１２０７ｃに入力し、ダイクロイックプリズム１２０８で合波することによりカラー画像を形成する。このように合波した画像は投射レンズ１２０９によりスクリーン１２１０に投影される。
このように、本実施の形態３に係る２次元画像表示装置１２００Ｃでは、緑色光源１２０２Ｃの波長スペクトル幅をブロードなものとすることができ、赤色光源１２０１及び青色光源１２０３を含めた各光源においてスペックルノイズの発生を抑制することができる。
さらに、拡散板やレンチキュラーレンズなどスペックルノイズ除去手段を２次元空間変調装置の手前に配置し、前記スペックルノイズ除去手段を揺動することにより、各光源１２０１、１２０２Ｃ、１２０３により、スペックルノイズを低減することができるとともに、ダイクロイックプリズム１２０８で合波されたカラー画像は、さらにスペックルノイズを低減することができる。
また、発振波長が変化することにより、レーザ出力が低下することが考えられるが、本実施の形態３では、この発振波長変化による出力変動を防ぐためＰＤ６０６が検出した出力をもとにして基本波の発振波長を変化させ、出力安定化を行っているのは実施の形態１と同様である。本実施の形態３では実施の形態１のようにマスター光源の発振波長を変化させるのではなくファイバグレーティング６０２ａの周期を変化させることで基本波の発振波長を変化させている。ＰＤ６０６により検出された出力値が低下した場合、ＩTECを出力が増加するように変化させる。一般的にファイバグレーティング６０２ａの温度が上昇すれば発振波長は長波長化し温度が低くなれば短波長化する。ファイバグレーティング６０２ａの波長制御範囲を超えても出力が回復しない場合には、実施の形態１におけるマスター光源の出力に代わってＩLを増加させて励起用ＬＤ６０１の出力を増加させ基本波レーザ自体の出力を増加させて対応させることができる。
図９に時間軸に対するファイバグレーティングに設置されているペルチェ素子６１０へ入力される電流およびファイバグレーティング６０２ａと、緑色光の強度をプロットしたプロット図を示している。図８のようにλ１とλ２のどちらの波長の緑色光を得るか任意に設定することが可能となる。本実施の形態３においては熱を利用して波長制御を行っているため波長変化速度が緩やかであるため１ショットごとに波長を変化させることは困難であるが、ペルチェ素子６１０に注入される電流のデューティー比を変化させて動作させることは可能である。
なお、本実施の形態３では、出力コントローラ６０７により、一定の周期でレーザの発振波長を変化させるようにファイバーグレーティング６０２ａの温度を制御する例について説明しているが、ファイバグレーティングはＳＨＧ結晶と比較して温度に対する波長シフトが緩やかであるため、結晶の位相整合波長に合わせてファイバーブラックグレーティングの温度を変化させレーザの発振波長を変化させるようにしてもよく、これにより、よりＳＨＧ結晶の温度制御の精度を低くすることが可能となりコストを低減することができる。
また、本実施の形態３の２次元画像表示装置１２００Ｃにおける緑色光源１２０２Ｃでは、ペルチェ素子により温度制御される１つファイバーグレーティングを用いた例について述べているが、該ファイバグレーティングを複数設けた構成にすることにより、実施の形態２で説明した２つのマスター光源を使用している２次元画像表示装置における緑色光源と同様の効果が得られる。このようにした本実施の形態３の第１の変形例の構成概略図を図１０に示す。
図１０において、緑色光源１２０２Ｃ2は、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ９０３の両端にファイバグレーティング９０２ａ・９０２ｂを設け、ファイバグレーティング９０２ａは複数の反射中心波長を持つように設計されており、実施の形態２の様に複数の波長を交互に発振するのとは異なり、複数の波長が同時に発振可能となる。個々で用いるファイバグレーティング９０２ａ・９０２ｂの組み合わせとして例えば、ファイバグレーティング９０２ｂの反射帯域が２２ｎｍのグレーティング（中心波長１０７５ｎｍ）を１本設け、ファイバグレーティング９０２ａに中心波長が１６ｎｍ離れた（中心波長１０６４ｎｍと１０８０ｎｍ）反射帯域０．１ｎｍのファイバグレーティングを１本ずつ設けることで５３２ｎｍと５４０ｎｍの二つの波長が同時に発振させることが出来る。この際、反射帯域の狭い（０．１ｎｍ）ファイバグレーティング９０２ａは、ペルチェ素子９１０で温度制御されている。温度制御を行わない場合、光出力が増加するにつれ、ファイバグレーティングが暖まり、発振波長が揺らぐ原因となる。
また、本実施の形態３と同様の効果を得る実施の形態３の第２の変形例として、ファイバグレーティングの温度により波長制御する代わりに、アクチュエータでファイバグレーティングの張力をコントロールすることにより波長制御する２次元画像表示装置１２００Ｄにおける緑色光源１２０２Ｄ構成について、図１１を用いて説明する。
緑色光源１２０２Ｄは、レーザ媒質としてＹｂ添加クラッドポンプファイバ８０３を使用し、ポンプ用レーザ８０１としてレーザダイオードを使用している。Ｙｂ添加クラッドポンプファイバ８０３の両端にはレーザ共振器を構成するためのファイバーブラッググレーティング８０２ａ・８０２ｂが一組配置されており、その少なくとも一方は圧電アクチュエータ８１０により張力制御されている。また、発振した光を直線偏光にするためのポラライザ８０４と発振した光の第２高調波を発生させるＳＨＧ結晶８０５とＳＨＧ結晶の出力をモニターするフォトダイオード（ＰＤ）６０６と出力モニターで検出した第２高調波出力をもとに出力を一定にする制御を行う出力コントローラ８０７、出力コントローラによる制御信号を受け励起用ＬＤ光源の出力とファイバグレーティングの張力を決定する圧電アクチュエータ８１０を制御する制御電流源（ＩL電流源８０９、ＩACT電流源８０８）で構成されている。
Ｙｂ添加クラッドポンプファイバ８０３の両端に配置されているファイバーブラッググレーティング８０２ａ・８０２ｂは、反射帯域が０．１ｎｍのものと１〜５ｎｍのものが一組で用いられており、反射帯域が狭い０．１ｎｍの方のグレーティングに圧電アクチュエータ８１０を設け張力が制御されている。この張力制御により狭帯域のグレーティングにおける反射中心波長を制御することが出来る。
一般的にＳＨＧ結晶は結晶の温度により位相整合波長が大きく変化するため０．０１℃の精度で温度制御されている。一方ファイバグレーティング８０２ａはＳＨＧ結晶８０５の温度に対する波長シフトと比較して張力に対する波長シフトが緩やかである。このことに着目して本実施の形態では、結晶の位相整合波長に合わせてファイバーブラックグレーティング８０２ａの張力を変化させレーザの発振波長を変化させることにより、よりＳＨＧ結晶８０５の温度制御の精度を低くすることが可能となりコストを低減することを可能にしている。
本構成においても、温度による波長制御と同様の制御方法により、同様の波長制御効果が得られる。
このように、実施の形態３に述べた構成は、実施の形態１や実施の形態２に述べた構成と比較して、ファイバ周辺の熱容量で波長制御スピードが決定されるため、動作が低速になるという特徴を持つ、そのために決められたショット数ごとに波長を変化させるといったことは困難であるが、連続波の光で、周期的に波長を変化させることに適している。
以上のような、実施の形態３に係る２次元画像表示装置１２００Ｃは、緑色光源１２０２Ｃを、レーザ活性物質としてのダブルクラッド希土類添加ファイバとしてＹｂドープ・クラッドポンプファイバ６０３と、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバ６０３を励起するポンプ用ＬＤ６０１と、レーザ反射鏡として使用し、一方がペルチェ素子６１０により温度制御された一組のファイバグレーティング６０２ａ、６０２ｂと、偏光方向を直線方向にするポラライザ６０４と、Ｙｂドープ・クラッドポンプファイバ６０３より発生したレーザ光の波長を１／２にするＳＨＧ結晶６０５と、ＳＨＧ結晶より発生した第２高調波の出力をモニターするＰＤ６０６と、複数波長発振機構として、ＰＤ６０６から得られた出力値よりレーザの出力を制御し、グレーティング周期を変位させるためのファイバグレーティングの温度管理を行う出力コントローラ６０７と、出力コントローラ６０７の制御により電流をポンプ用光源６０１へ流す電流源と、出力コントローラ６０７の制御によりグレーティングの周期を制御する制御電流源とで構成したので、レーザの出力が連続波である必要がある場合に使用でき、また、インジェクションシーディング用のレーザが不要となるため部材コストを低減することができる。
また、フォトダイオードを用いて、ＳＨＧ結晶からの第２高調波出力をモニターするようにしたので、レーザ出力を安定化させると共に、緑色光の波長を任意に制御することができる２次元画像表示装置を提供することができる。
（実施の形態４）
実施の形態４に係る２次元画像表示装置は、明るさが要求される映像、あるいは色再現性が要求される映像をそれぞれ出力するために、映像信号に応じて、複数の発振波長のデューティー比を変更させるようにしたものである。
本実施の形態４の２次元画像表示装置１２００Ｅでは、先に示した２次元画像表示装置の模式図、図１５における緑色光源１２０２を、実施の形態２に記載の緑色光源１２０２Ｂとした場合について説明する。
この緑色光源１２０２Ｂでは、例えば波長が５２６ｎｍと５４０ｎｍといったどちらかの光を任意に発振可能であるので、スペックルノイズが単一波長の場合の２割以下に低下させることが出来ることは、実施の形態２で述べたとおりである、さらに液晶素子などの空間変調器の手前に配置されているフィールドレンズのさらに手前に拡散板を設け揺動することにより、ヒトの目にとってスペックルノイズが感じられない程度（２%以下）にスペックルノイズによる明暗の高低差を低減することが出来る。
緑色光の発振波長が変化すると映像の色再現範囲が変化することが知られている。図１３に緑色光の波長と色再現範囲との関係を表したプロット図を示す。５４０ｎｍは視感度が高いため、同じ明るさを得る場合には少ない投入電力でよいが、海の色などを表示するのに必要な「シアン系」の色が出せないという問題がある。一方５２６ｎｍでは「シアン系」の色を再現できるが、視感度が低いため５４０ｎｍの場合と比較して３倍以上の投入電力を必要とするという問題点があった。
このような問題を解決するために、本実施の形態４に係る２次元画像表示装置１２００Ｅでは、さらに映像の種類や使用状況に応じてレーザ光の発振波長を切り替えることにより、ヒトの目の視感度を利用して同じ消費電力でより明るい映像を表示させることを可能にしている。
図１２は、本実施の形態４に係る２次元画像表示装置１２００Ｅの構成の一部分を示す図であり、映像の種類や使用状況に応じてレーザ光の発振波長を切り替えるために、図３の緑色光源１２０２Ｂにプロジェクタ制御回路１５０１及び映像モード切替スイッチ１５０４を備えた図である。緑色光源１２０２Ｂについては図３と同じ構成であるので同様の符号を用い説明を省略する。
図１２において、プロジェクタ制御回路１５０１は、入力した映像信号に応じて波長を選択するための波長選択信号を出力する波長決定回路１５０２と、入力した映像中の輝度信号を解析する輝度信号判定回路１５０３とから構成されている。
外部から入力された映像信号（データ）１５０５あるいは映像信号（ビデオ）１５０６は、プロジェクタ制御回路１５０１に入力され、プロジェクタ制御回路１５０１からはレーザの出力コントローラ２０９へ波長選択信号が波長選択信号線１５０７を介して送信される。そして波長選択信号によりレーザ光の発振波長が選択される。
次に、本発明の実施の形態４に係る２次元画像表示装置１２００Ｅの動作について説明する。
外部信号がＤ−ｓｕｂ１５ｐｉｎ・ＤＶＩ・ＲＣＡピン・Ｓ端子・Ｄ端子・ＨＤＭＩ等、入力された端子に応じて発振波長を変化させる場合について説明する。
本実施の形態４において、映像信号（データ）１５０５は、Ｄ−ｓｕｂ１５ｐｉｎ・ＤＶＩから入力された映像信号とし、映像信号（ビデオ）１５０６は、ＲＣＡピン・Ｓ端子・Ｄ端子・ＨＤＭＩから入力された映像信号とする。
まず、Ｄ−ｓｕｂ１５ｐｉｎ・ＤＶＩから映像信号が入力される場合、すなわちプロジェクタ制御回路１５０１に映像信号（データ）１５０５が入力される場合は、この映像信号は、ほぼプレゼンテーションに用いるような、明るさが重要視されるデータ信号であるため、波長決定回路１５０２より視感度が高い波長の緑色光を選択するよう波長選択信号が波長選択信号線１５０７を介して出力コントローラ２０９へ送信される。また、ＲＣＡピン・Ｓ端子・Ｄ端子・ＨＤＭＩといった端子から映像信号が入力された場合、すなわちプロジェクタ制御回路１５０１に映像信号（ビデオ）１５０６が入力される場合には、輝度信号判定回路１５０３により映像ソースの明るさを判定する。輝度信号判定回路１５０３では、映像中の輝度信号を解析することにより、一般的なテレビ番組（例えばスタジオ収録された番組）のような明るい場面が多く、それほど色が重要視されない映像信号か、映画のような暗い場面が多いが、広い色再現範囲が求められるような映像信号かを判別する。前者の場合は、視感度の高い緑色波長を使用する割合を増やし、消費電力の効率を向上させ、後者の場合には色再現性が拡大できる５２６ｎｍなどの短波長の緑色波長を使用する割合を増やすことで画質を向上させることが可能となる。そして、輝度信号判定回路１５０３の輝度信号の解析により、輝度に応じた波長選択信号が波長決定回路１５０２から出力コントローラ２０９へ出力される。
以降、波長選択信号が入力された出力コントローラ２０９の動作を含む緑色光源１２０２Ｂからの緑色レーザ出力の動作、及び該２次元画像装置１２００Ｅにおけるカラー画像の形成やスクリーンへ投影する等の動作は実施の形態２と同様である。
また、本実施の形態４では、入力した映像信号に応じて使用する波長を選択する例について説明しているが、映像モード切替スイッチ１２０４により、ユーザーが任意にどちらの波長を使用するか決定することもできる。例えば、ユーザーが明るい映像を好む場合には視感度の高い緑色波長を指定でき、色再現性が広い高画質な映像を常に見たい場合には色再現性が拡大できる波長を指定できる。また、輝度信号判定回路１２０３で決定される波長選択信号において、発振波長の割合をユーザーが任意に決定することもできる。
また、本実施の形態４に係る２次元画像表示装置１２００Ｅでは、５２６ｎｍ、５４０ｎｍのどちらかの波長が任意に発振可能となるため、色再現性よりも明るさが要求されるデータプロジェクターとして使用する際には、視感度の高い５４０ｎｍの発光比率を大きくすることで同じ消費電力でもヒトの目に感じる明るさを向上することができ、また、明るさよりも映画などの色再現性が要求される場合においては、視感度は低いが再現色範囲を広げることが可能な５２６ｎｍの発光比率を大きくして、色再現性を高めることが出来る。
レーザの発光比率を変化させる方法の一つとして、それぞれのレーザの発光時間のデューティー比を変化させる方法が挙げられる。発光時間のデューティー比を変化させた場合のマスター光源１（２０２）およびマスター光源２（２０３）の印加電流波形と各波長の緑色光の出力波形を図１４に示している。図に示すように、電流波形のデューティー比（時間１１０１:ｔ1と１１０２:ｔ2との比）を変化させることにより、各波長の発光時間が変化できる。
このほかの方法として、単位時間あたりの発光パルス数を変化させる方法、たとえば１秒間に１００万ショット発生させるうち、１０ショットずつ波長を変えたり、５２６ｎｍ１０ショットと５４０ｎｍ２０ショットとを交互に発生させたりする方法においても同様の効果が得られる。
また、マイクロミラーデバイスや反射型液晶素子等を用いて、各色の光源を順次点灯させ映像を表示させる構成の場合には、赤・青・緑と順番に光源を点灯させる代わりに、赤・青・緑（５２６ｎｍ）・緑（５４０ｎｍ）の様に点灯させて使用しても同様の効果が得られる。
以上の発光比率を変化させる方法としては、以上に挙げた限りでなく、他の方法を適用しても同様の効果が得られるものである。
以上のような、実施の形態４に係る２次元画像表示装置１２００Ｅは、緑色光源１２０２Ｂに、入力された映像信号に応じて複数の発振波長のデューティー比を変更させるプロジェクタ制御回路１２０１を備え、映像信号がデータのときは視感度の高い波長を使用する割合を増やし、映像信号がビデオのときは色再現性が拡大できる波長を使用する割合を増やすように制御するので、スペックルノイズを削減することができるとともに、映像に応じて、視感度の高い緑色波長を使用する割合を増やし、消費電力の効率を向上させる、あるいは色再現性の高い緑色波長を使用する割合を増やし、画像を向上させることを実現することができる。
なお、本実施の形態４では、実施の形態２の２次元画像表示装置における緑色光源１２０２Ｂを用いた例について説明したが、実施の形態１、及び実施の形態３の２次元画像表示装置における緑色光源１２０２Ａ、１２０２Ｃ、１２０２Ｃ2、１２０２Ｄにおいても本実施の形態が有効であるのは言うまでもない。
また、本実施の形態４では、映像信号に応じて、２つのマスター光源のレーザ出力のデューティー比を変更させる例について説明したが、これに限るものではなく、図２（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、映像信号に応じて、マスタ光源の中心波長を変動させるようにしてもよい。
また、以上の各実施形態に例示した光源を用いた２次元画像表示装置はあくまでも一例であり、他の態様をとることが可能であることは言うまでもない。
なお、実施の形態１〜４において、希土類添加ファイバとして、Ｙｂドープクラッドポンプファイバ１０３、あるいは２０５、６０３、８０３、９０３を用いた例について説明したが、係るＹｂドープクラッドポンプファイバ１０３、あるいは２０５、６０３、８０３、９０３は、ＰＡＮＤＡなどの偏波保持機能を有したダブルクラッドファイバであることが望ましい。
以上に示した波長制御可能なレーザ光源を用いた画像表示装置において、課題となっていた、スペックルノイズを効果的に低減することが可能となる。さらに、明るさが必要な場合には視感度の大きな波長を、色表現が重視される場合にはその色を表現するのに最適な波長を発生させることも可能となる。加えて、出力モニターで観測したパワー変動から種光の波長やグレーティングの温度・応力などを制御し出力を安定化できるなどの副次的な効果も得る事ができる。
図１は、本発明の実施の形態１に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源の概略構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源におけるマスター光源の波長振幅を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源の概略構成図である。 図４は、本発明の実施の形態２に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源におけるそれぞれのマスター光源の波長振幅を示す図である。 図５は、本発明の２次元画像表示装置に搭載される光源における実施の形態２の駆動電流の時間波形と、光出力との関係を示すプロット図である。 図６において、（ａ）は光波長に対するヒトの目の視感度のプロット図、（ｂ）は実施の形態２の色再現範囲とＳＲＧＢ規格の色再現範囲を比較した色度座標図である。 図７は、本発明の２次元画像表示装置における緑色光源の中心波長差とスペックルノイズ除去度合いとの関係を示すプロット図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源の概略構成図である。 図９は、ペルチェ駆動電流およびファイバグレーティングの温度と緑色光出力の発生波長との関係を示すプロット図である。 図１０は、本発明の実施の形態３に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源の第１の変形例を示す概略構成図である。 図１１は、本発明の実施の形態３に係る２次元画像表示装置に搭載される緑色光源の第２の変形例を示す概略構成図である。 図１２は、本発明の実施の形態４に係る２次元画像再生装置の概略構成図である。 図１３は、緑色光の波長と色再現範囲との関係を表したプロット図である。 図１４は、発光割合を変化させる場合における、マスターＬＤ電流波形と緑色光出力との関係を示すプロット図である。 図１５は、実施の形態１〜実施の形態４、及び従来における２次元画像表示装置を説明するための概略構成図である。 図１６は、従来の２次元画像表示装置に用いられる光源の一例を示す図である。
符号の説明
１０１ ポンプ用ＬＤ
１０２ マスター光源
１０３ Ｙｂドープクラッドポンプファイバ
１０４ ビームコンバイナ
１０５ ポラライザ
１０６ ＳＨＧ結晶
１０７ ＰＤ
１０８ 出力コントローラ
１０９ ＩL電流源
１１０ ＩDBR電流源
２０１ ポンプ用ＬＤ
２０２ マスター光源１
２０３ マスター光源２
２０４ ビームコンバイナ
２０５ Ｙｂドープクラッドポンプファイバ
２０６ ポラライザ
２０７ ＳＨＧ結晶
２０８ ＰＤ
２０９ 出力コントローラ
２１０ ＩL電流源１
２１１ ＩDBR電流源１
２１２ ＩL電流源２
２１３ ＩDBR電流源２
６０１ ポンプ用ＬＤ
６０２ａ、６０２ｂ ファイバグレーティング
６０３ Ｙｂドープクラッドポンプファイバ
６０４ ポラライザ
６０５ ＳＨＧ結晶
６０６ ＰＤ
６０７ 出力コントローラ
６０８ ＩTEC電流源
６０９ ＩL電流源
６１０ ペルチェ素子
８０１ ポンプ用ＬＤ
８０２ａ、８０２ｂ ファイバグレーティング
８０３ Ｙｂドープクラッドポンプファイバ
８０４ ポラライザ
８０５ ＳＨＧ結晶
８０６ ＰＤ
８０７ 出力コントローラ
８０８ ＩACT電流源
８０９ ＩL電流源
８１０ 圧電アクチュエータ
９０１ ポンプ用ＬＤ
９０２ａ、９０２ｂ ファイバグレーティング
９０３ Ｙｂドープクラッドポンプファイバ
９０４ ポラライザ
９０５ ＳＨＧ結晶
９０６ ＰＤ
９０７ 出力コントローラ
９０８ ＩTEC電流源
９０９ ＩL電流源
１１０１、１１０２ 電流波形時間
１２００（１２００Ａ〜１２００Ｅ） 可搬レーザディスプレイ
１２０１ 赤色レーザ光源
１２０２（１２０２Ａ〜１２０２Ｄ） 緑色レーザ光源
１２０３ 青色レーザ光源
１２０４ａ〜１２０４ｃ ２次元ビーム走査手段
１２０５ａ〜１２０５ｃ 拡散板
１２０６ａ〜１２０６ｃ フィールドレンズ
１２０７ａ〜１２０７ｃ 空間光変調素子
１２０８ ダイクロイックプリズム
１２０９ 投射レンズ
１２１０ スクリーン
１３０１ ポンプ用ＬＤ
１３０２ シード光ＬＤ
１３０３ レーザ結晶
１３０４ 偏光制御機構
１３０５ ＳＨＧ結晶
１３０６ ＰＤ
１３０７ 結晶温度コントローラ（ＩTEC電流源）
１３０８ 出力コントローラ
１３０９ ＩL電流源
１３１０ ピエゾミラー駆動回路
１３１１ ピエゾアクチュエータ駆動ミラー
１５０１ プロジェクタ制御回路
１５０２ 波長決定回路
１５０３ 輝度信号判定回路
１５０４ 映像モード切替スイッチ
１５０５ 映像信号（データ）
１５０６ 映像信号（ビデオ）
１５０７ 波長選択信号線

Claims (9)

  1. それぞれ異なる色のレーザ光を発生する複数個の光源を用い、空間変調器により変調された光線を投影レンズにより投射する２次元画像表示装置において、
    前記複数個の光源のうち、少なくとも１つの光源を、
    レーザ活性物質としての希土類添加ファイバと、
    前記希土類添加ファイバを励起する励起用光源と、
    波長の異なる少なくとも２つの半導体レーザを交互に発信させて複数波長の光を出力する複数波長発振機構と、
    前記複数波長発振機構から出力された複数波長の光の波長をそれぞれ短波長化する波長変換機構とで構成した、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  2. 請求項１に記載の２次元画像表示装置において、
    前記希土類ファイバに添加されている希土類がＹｂ（イッテルビウム）である、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  3. 請求項１に記載の２次元画像表示装置において、
    前記少なくとも１つの光源は、
    前記波長変換機構での波長変換後の光出力をモニターする出力モニター機構と、
    前記出力モニター機構の出力値を元にしてレーザの出力あるいは波長を制御する出力コントローラを具備する、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  4. 請求項１に記載の２次元画像表示装置において、
    前記少なくとも１つの光源は、
    前記波長変換機構での波長変換後の光出力をモニターする出力モニター機構と、
    前記出力モニター機構の出力値を元にしてレーザの出力あるいは波長を制御する出力コントローラを具備する、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  5. 請求項１、３ないし４のいずれかに記載の２次元画像表示装置において、
    前記少なくとも１つの光源における波長変換後の光波長が４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲である、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  6. 請求項１、３ないし４のいずれかに記載の２次元画像表示装置において、
    前記少なくとも１つの光源は、発振波長の変化量を０．１ｎｍから２５ｎｍの範囲で任意に変更可能とした、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  7. 請求項１、３ないし４のいずれかに記載の２次元画像表示装置において、
    前記少なくとも１つの光源の複数の発振波長のデューティー比を変更可能とした、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  8. 請求項７に記載の２次元画像表示装置において、
    入力された映像信号に応じて、前記光源の視感度の高い波長と色再現性が高い波長とのデューティー比を変更させるプロジェクタ制御回路を備えた、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
  9. 請求項１、３ないし４のいずれかに記載の２次元画像表示装置において、
    スペックルノイズ除去機構として、拡散板、レンチキュラーレンズ、ホログラム素子、又はロッドプリズムを使用する、
    ことを特徴とする２次元画像表示装置。
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