JP5237635B2 - レーザ画像表示装置およびレーザ画像表示スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、画像を表示するための装置である画像表示装置およびその画像表示スクリーンに関する。本発明は、特に、光源としてレーザ光源を使用して画像を形成するレーザ画像表示装置、および、レーザ画像表示装置に使用するレーザ画像表示スクリーンに関する。

現在、様々な方式の画像表示装置が普及している。それら種々の画像表示装置が採用する画像表示方式のひとつに、変調された光源光をスクリーン上に投影し、画像を表示するプロジェクションディスプレイ方式がある。従来、この方式を用いた画像表示装置に用いられる光源は、ランプ光源である。しかし、ランプ光源は、寿命の短さ、色再現領域の制限、および、光利用効率の低さ、といった問題を有する。

これらランプ光源が有する問題を解決するために、近年、プロジェクションディスプレイの光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。本願においては、光源にレーザ光源を使用する画像表示装置をレーザ画像表示装置と称し、同様に、光源にレーザ光源を使用し、画像を表示するスクリーンをレーザ画像表示スクリーンと称することにする。レーザ画像表示装置のレーザ光源は、ランプ光源に比べて寿命が長く、レーザ光の備える指向性の強さゆえに光利用効率の向上が容易である。さらに、レーザ光源の発するレーザ光は単色性に優れており、ランプ光源に較べて色再現領域を拡大することができ、色鮮やかな画像表示を可能にする。

しかし、レーザ画像表示装置においては、スペックルノイズの問題が存在する。スペックルノイズは、画像表示に使用するレーザ光の高干渉性に起因するノイズである。このような問題は、ランプ光源を用いた画像表示装置においては存在しなかった問題である。高干渉性を有するレーザ光がスクリーン上で散乱され、鑑賞者に到達したとき、散乱されたレーザ光同士が干渉しあうことによって鑑賞者に微細なムラ状のノイズを認識させる。これまでに、スペックルノイズの低減のため、レーザ画像表示スクリーンおよびレーザ画像表示装置に関する様々な技術が提案されている。

特許文献１（特開昭５５−６５９４０号公報）は、レーザ画像表示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を開示する。しかし、大型のレーザ画像表示スクリーンに対しこの方法を採用する場合には、レーザ画像表示スクリーンを振動駆動する駆動部をも大型なものにする必要が生じ、よって、駆動部容積および消費電力の増加が問題となっている。

特許文献２（特開２００３−９８６０１号公報）は、鑑賞者とは反対側であるレーザ画像表示スクリーン背面から画像を投影し、透過レーザ光により鑑賞者に画像を提供するリアプロジェクション方式レーザ画像表示装置で使用可能なレーザ画像表示スクリーンを開示する。特許文献２に開示のレーザ画像表示スクリーンは、２種類の光拡散板を有する構成により、スペックルノイズを低減する。

図１は、特許文献２に記載のレーザ画像表示スクリーンの略図である。このレーザ画像表示スクリーンは、第１および第２の拡散板２９ａおよび２９ｂを有する。本図は、同一の角度で第１の拡散板２９ａに入射し、透過し、鑑賞者Ｖの認識上、同一とみなすことができる網膜上の一領域に到達する２つのレーザ光線２５および２７に対してレーザ画像表示スクリーンの付与する光路長差を説明する図である。第１の光拡散層２９ａに入射するレーザ光は、第１の拡散板２９ａで拡散され様々な方向に伝播する。そして、第１の光拡散層２９ａより出射するレーザ光の少なくとも一部は、さらに、第２の光拡散層２９ｂに入射し、拡散され、出射し、鑑賞者Ｖに達する。このスクリーンは、拡散効果の異なる２つの拡散板２９ａおよび２９ｂを使用することによりスペックルノイズの低減を狙ったリアプロジェクション方式レーザ画像表示装置のためのレーザ画像表示スクリーンである。

このスクリーンをレーザ画像表示スクリーンとして使用するとき、スクリーンから、様々な方向へ拡散する無数のレーザ光線が出射する。それら無数のレーザ光線は、レーザ光線２５および２７を含む。レーザ光線２５および２７は、図面右方より同一の入射角で第１の拡散板２９ａに入射する。レーザ光線２５は、第１の拡散板２９ａの拡散効果により、拡散板２９ａおよび２９ｂの主面に対し、θなる角をなして第１の拡散板２９ａから出射し、第２の拡散板２９ｂに入射し、第２の拡散板２９ｂの拡散効果により、進路を、第１の拡散板２９ａへの入射角と同一の方向に戻し、鑑賞者Ｖの瞳へ到達する。他方、レーザ光線２７は、レーザ光線２５と同一の入射角で第１の拡散板２９に入射し、入射したときの進路を保持したまま第１および第２の拡散板２９ａおよび２９ｂを透過し、出射し、鑑賞者Ｖの瞳へ到達する。

このとき、レーザ光線２５とレーザ光線２７との光路長差は、第１の拡散板２９ａと第２の拡散板２９ｂの距離をＴとすれば、
Ｔ（（１／ｃｏｓθ）−１）
と近似できる。ここで、θは、第１の拡散層２９ａの拡散角と称してよい。θがゼロに近づくとき、レーザ光線２５および２７は、鑑賞者Ｖの網膜上において互いに強く干渉する。このとき、光路長差は、ゼロに漸近する。そのため、鑑賞者Ｖの認識するスペックルノイズは、依然として強度の強いものとなる。

また、特許文献２においては、当該２種類の光拡散板において発生すると予想されるレーザ光の多重反射等の問題に関する記載を見出すことができない。

なお、鑑賞者と同じ側、すなわちレーザ画像表示スクリーン前面から画像を投影し反射レーザ光により鑑賞者に画像を提供するフロントプロジェクション方式レーザ画像表示装置に対し、特許文献２の開示するレーザ画像表示スクリーンを用いることは不可能である。

それに対し、特許文献１に記載の方法は、フロントプロジェクション方式レーザ画像表示装置に適用可能である。だが、特許文献１に記載の方法では、前述のとおり、大きな画像を表示する大型のレーザ画像表示スクリーンに対し実施困難である。
特開昭５５−６５９４０号公報 特開２００３−９８６０１号公報

上記問題を鑑み、本発明は、鑑賞者に対し、スペックルノイズを除去、または少なくとも低減させ、任意の大きさを有する画像を色鮮やかかつ高品位な画像として提供可能なレーザ画像表示装置およびそのレーザ画像表示スクリーンの提供をその解決しようとする課題とする。

本発明は、その一態様において、レーザ光を投影するレーザ画像表示スクリーンであって、レーザ光を散乱反射する反射散乱体と、反射散乱体と略平行に配した半透過拡散層とを有し、半透過拡散層は、レーザ光のうち、少なくとも一部を反射し、その残りを透過し、透過するレーザ光を拡散させ、出射させるレーザ画像表示スクリーンである。

本発明の一態様においては、半透過拡散層の反射散乱体とは反対側の界面と、反射散乱体との間の距離が、５０マイクロメートル以上かつ２ミリメートル以下であることが好ましい。

本発明の一態様においては、半透過拡散層は、紙材を含むことが好ましい。

本発明は、別の一態様において、レーザ光を発するレーザ光源と、レーザ光を投影するレーザ画像表示スクリーンとを有するレーザ画像表示装置であって、レーザ画像表示スクリーンは、レーザ光を散乱反射する反射散乱体と、反射散乱体と略平行に配した半透過拡散層とを備え、半透過拡散層は、レーザ光のうち、少なくとも一部を反射し、その残りを透過し、透過するレーザ光を拡散させ、出射させる、レーザ画像表示装置である。

本発明の別の一態様においては、さらに、レーザ光を受けて、その進行方向を偏向させて出射させる光偏向素子を、レーザ光源とレーザ画像表示スクリーンとの間に有することが好ましい。

本発明の別の一態様においては、半透過拡散層の反射散乱体に対して反対側の界面と反射散乱体との間の距離ｄと、レーザ光源の発するレーザ光の中心波長λ、レーザ光の半値幅Δλとの関係が、２ｄ×Δλ＞λ^２を満足することが好ましい。

本発明にかかるレーザ画像表示装置およびそのレーザ画像表示スクリーンは、安価であり、任意の大きさの画像表示に対応可能であり、かつ、スペックルノイズが除去、または少なくとも低減された、色鮮やかで高品位な画像を表示することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
本発明にかかる第１の実施形態は、フロントプロジェクション方式のレーザ画像表示装置に用いるレーザ画像表示スクリーンである。図２Ａは、第１の実施形態によるレーザ画像表示スクリーン１０の部分断面概略図である。レーザ画像表示スクリーン１０は、反射散乱体１１と半透過拡散層１２を有する。以下の説明において「レーザ画像表示スクリーン」を、「スクリーン」と略称する。

レーザ画像表示装置は、レーザ光源が発するレーザ光を変調させることによって画像を形成する。フロントプロジェクション方式のレーザ画像表示装置においては、画像を構成するレーザ光は、スクリーン１０前面、すなわち鑑賞者Ｖ側よりスクリーン１０に投射される。

半透過拡散層１２は、入射光Ｌ_Ｉ（画像を構成するレーザ光）の少なくとも一部を鑑賞者Ｖ側界面において反射し、残りを透過させる。鑑賞者Ｖ側における反射は、例えば、図２Ａにおいて前面散乱反射光Ｌ_ＦＲで例示するように、散乱反射（乱反射とも言う）であり、透過する残りのレーザ光は、例えば、図２Ａにおいて拡散光Ｌ_Ｓで例示するように、半透過拡散層１２を透過中に拡散される。

反射散乱体１１は、その半透過拡散層１２側の界面より入射するレーザ光の全て、または少なくともその大部分を散乱反射する。

図２Ａは、反射散乱体１１の半透過拡散層１２側界面にて反射するレーザ光を内部散乱反射光Ｌ_ＲＲとして示す。図の簡略化のため、内部散乱反射光Ｌ_ＲＲの、図示しないレーザ光源から反射散乱体１１までの光路は省略する。内部散乱反射光Ｌ_ＲＲは、半透過拡散層１２に再び入射し、半透過拡散層１２を透過中に拡散効果を受ける。図において、拡散された内部散乱反射光Ｌ_ＲＲを内部散乱反射拡散光Ｌ_ＲＳとする。内部散乱反射拡散光Ｌ_ＲＳは、半透過拡散層１２の鑑賞者Ｖ側界面の、微小面素Ｓより発散レーザ光として所定の強度分布を備えて出射する。なお、反射散乱体１１によるレーザ光の散乱反射は、図面面内に含まれる方向への散乱反射に限定されず、図面面外へ向かう方向も含めたあらゆる方向へ散乱反射を含んでよい。

図示しないレーザ光源を出て半透過拡散層１２に達したレーザ光は、一部が、例えば、前面散乱反射光Ｌ_ＦＲのように、半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面において散乱反射され、残りのレーザ光は半透過拡散層１２に入射し、透過中に拡散され、反射散乱体１１に達して散乱反射され、再び半透過拡散層１２に入射し、透過中に拡散され、半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面から出射する。よって、スクリーン１０は、画像を構成するレーザ光を、少なくとも、反射散乱体１１および半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面という２つの面で散乱反射させる。なお、本発明の目的を実現する上で、レーザ光の反射する面は、２つに限定されない。本発明は、３つ以上の面においてレーザ光を反射させ、それらレーザ光を鑑賞者Ｖの瞳に到達させる構成を有するレーザ画像表示スクリーンを排除しない。

反射散乱体１１にて散乱反射され鑑賞者Ｖへ向かうレーザ光は、レーザ光源から反射散乱体１１へ向かう光路（光路前半部）および反射散乱体１１から鑑賞者Ｖへ向かう光路（光路後半部）において、半透過拡散層１２による拡散効果を受ける。光路前半部において、半透過拡散層１２を設けることにより、半透過拡散層１２に入射するレーザ光は、半透過拡散層１２によって拡散され、半透過拡散層１２を省略した場合との比較において、反射散乱体１１の半透過拡散層１２側界面に多様な角度をもって入射する。したがって、レーザ光による画像形成のための変調の最小変調単位（例えば、変調装置に含まれる画素）の、任意の一単位（一画素）によって変調を受けたレーザ光が、反射散乱体１１に、多様な入射角をもって到達する。つまり、半透過拡散層１２は、空間において近接するコヒーレントなレーザ光を、反射散乱体１１に多様な角度で入射せしめ、そのレーザ光の反射散乱体１１による反射角度の分布により多くの角度を含むようにし、すなわち、より高度な多様性を与え、散乱反射光の鑑賞者Ｖに至る光路長を異ならしめる。よって、散乱反射光同士の鑑賞者Ｖの網膜上における干渉は、防止される。

反射散乱体１１は、レーザ光が入射した位置および入射角のいずれかもしくは両者の僅かな違いによって、レーザ光の反射する方向を、大きく、非線形的に変化させる効果を有する。先述のように、光路前半部における半透過拡散層１２の拡散効果により、任意の一変調単位により変調されたレーザ光が、反射散乱体１１上に多様な入射角をもって到達可能である。半透過拡散層１２を省略した場合との比較において、この半透過拡散層１２の作用により、レーザ光に対し、反射散乱体１１における散乱効果を、より確実に、かつ効果的に与えることができる。

光路後半部においてレーザ光が半透過拡散層１２から受ける拡散効果は、反射散乱体１１で散乱反射したレーザ光（例えば、内部散乱反射光Ｌ_ＲＲ）が、そのまま、鑑賞者Ｖに到達することを防止する。

光路後半部において、例えば、内部散乱反射光Ｌ_ＲＲは、半透過拡散層１２の拡散効果を受け、（例えば、内部散乱反射拡散光Ｌ_ＲＳに示すように、）実効的な光源面積が拡大される。ここでいう実効的な光源面積とは、鑑賞者Ｖが認識する光源像の面積である。光の干渉性は、一般に、光源面積を大きくすることで低下する。よって、実効的な光源面積を拡大することにより、スペックルノイズを低減することができる。

例えば、反射散乱体１１の一点より出射された内部散乱反射光Ｌ_ＲＲは、半透過拡散層１２により、鑑賞者Ｖに対して微小面素Ｓの実効的な光源面積をもつ内部散乱反射拡散光Ｌ_ＲＳに変化する。

一般にスペックルノイズは、コヒーレントな光が散乱され、人の瞳に入射し、異なる光路を経て人の網膜上の一点に到達し、互いに干渉することで生じる。本発明によるスクリーン１０は、レーザ光の鑑賞者Ｖに対する実効的な光源面積を拡大させ、レーザ光の干渉性を低減することにより、鑑賞者Ｖの認識するスペックルノイズを低減する。また、図示しないレーザ光源から出射したレーザ光のうち、半透過拡散層１２において反射し、鑑賞者Ｖに到達するレーザ光の存在も、レーザ光の干渉性の低減に資する。（反射散乱体１１に到達せずに）半透過拡散層１２にて鑑賞者Ｖへ反射されるレーザ光は、反射散乱体１１で反射して鑑賞者Ｖへ到達するレーザ光とともに鑑賞者Ｖに達する。それにより、鑑賞者Ｖに対する実効的な光源面積は、上述の微小面素Ｓよりもさらに大きな面積を有することとなり、スペックルノイズの低減効果をさらに強化する。このように、スクリーン１０は、鑑賞者Ｖの認識するスペックルノイズを除去する効果を有する。

図２Ｂは、同一の角度で反射散乱体１１上の非常に近接した位置に入射し、反射し、鑑賞者Ｖの認識上、同一とみなすことができる網膜上の一領域に到達する２つのレーザ光線２１および２３に対してスクリーン１０の反射散乱体１１が付与する光路長差を説明する図である。スクリーン１０に含まれる半透過拡散層１２は、説明の簡単化のため、本図では省略する。

先述のとおり、スペックルノイズは、散乱光同士が、鑑賞者Ｖの網膜上で干渉することにより生じる。このとき、スペックルノイズのコントラストは、干渉し合う散乱光間の光路長差により変化する。光路長差が小さければ小さい程、干渉光のコントラストはより強くなり、鑑賞者Ｖの認識するスペックルノイズは増大する。逆に、光路長差が大きくなれば、干渉光のコントラストは極端に弱くなり、鑑賞者Ｖは、その干渉光をスペックルノイズとして認識しにくくなる。図２Ｂを参照すれば、レーザ光線２１および２３は、凹凸形状を有する反射散乱体１１の異なる二点に入射する。レーザ光線２１は、反射散乱体１１の凹凸形状（連成波形状）のスロープ部、すなわち、頂部と、隣接する頂部とを接続し、巨視的視点における反射散乱体１１の主面に対し傾きを持った部分、に入射し、レーザ光線２３は、凹凸形状（連成波形状）の頂部、すなわち、巨視的視点における反射散乱体１１の主面に対し傾きがゼロおよびほぼゼロである部分、に入射する。レーザ光線２１は、スロープ部に入射し、スロープ部の一点で反射し、さらに、隣接するスロープ部の一点で再び反射し、鑑賞者Ｖの瞳に到達する。それに対し、レーザ光線２３は、頂部に入射した頂部の一点で反射し、鑑賞者Ｖの瞳に到達する。反射散乱体１１は、光の波長に対して十分に大きい光路長差を、レーザ光線２１と２３との間に与えることができるため、鑑賞者Ｖの認識する干渉光強度は、非常に小さなものとなる。

本発明にかかるスクリーン１０は、図２Ｂに示すように、反射散乱体１１により、スクリーン１０上の近接する２点から出射し、ほぼ同角度で鑑賞者Ｖに到達するレーザ光であっても、反射散乱体１１の散乱反射（乱反射）により、図１に示すスクリーンとの比較において、大きな光路長差がついたレーザ光となる。反射散乱体１１の散乱反射（図２Ｂ参照。）では、スクリーン１０上の近接する２点から同じ角度で出射し、鑑賞者Ｖの瞳に達するレーザ光は、全く異なる光路を経る。そのため、このように大きな光路長差が得られる。このように、反射散乱体１１は、入射するレーザ光を反射するのみならず、従来例では得られなかった大きな光路長差を同一角度で近接した位置に入射するレーザ光に付与する効果を有する。

本発明にかかるスクリーン１０の反射散乱体１１は、散乱反射を生じさせることを目的のひとつとして、図２Ｂに示すような凹凸形状パターン（連成波形状パターン）を備えることができる。反射散乱体１１の凹凸形状パターンは、その面内に含まれる任意の方向に関し、１０ミリメートル以下のピッチ、より好ましくは、１ミリメートル以下のピッチ、すなわち凸部（凹部）の頂点から隣接する凸部（凹部）の頂点までの距離、を有する。また、凹凸形状の突出した頂部（凸部頂点）と、反対側に突出した（陥没した）頂部（凹部頂点）間の段差は１マイクロメートル以上であり、好ましくは１０マイクロメートル以上、より好ましくは５０マイクロメートル以上の段差を有する。なお、凹凸形状は、入射する光を乱反射させる形状であればよい。凹凸形状は、複数の波形を合成して成る形状、ならびに、断続的形状、つまり、スロープ部が巨視的視点における反射散乱体１１の主面に対し略垂直な傾きを有する形状）の少なくともいずれかを含むことが望ましい。

反射散乱体１１は、レーザ光を散乱反射させる材質を含めばよい。反射散乱体１１は、例えば、一般的なランプ光源を用いたプロジェクタで使用するビーズタイプ・スクリーン、マットタイプ・スクリーンを含んでもよい。また、画像を構成するレーザ光を散乱反射すれば、上記以外の素材を含むスクリーンであっても使用可能である。よって、反射散乱体１１は、紙材や壁材といった素材を含んでもよいし、さらには、プラスチック、ガラス、金属、等を含んで構成される粗面を含んでもよい。

また、本発明にかかるスクリーン１０の半透過拡散層１２は、その拡散効果により、反射散乱体１１のみを備えた場合に比べ、広い視野角を得ることができる。

半透過拡散層１２は、鑑賞者Ｖ側および反射散乱体１１側の両界面部分に、拡散効果を有する素材を含み、両界面のうち、鑑賞者Ｖ側界面は、少なくとも一部において拡散面を備える。好ましくは、半透過拡散層１２の反射散乱体１１側界面も、拡散面を備える。

半透過拡散層１２は、使用するレーザ光に関し、いずれか一方の界面へ入射したレーザ光が他方より出射する比率、すなわち透過率を、１０％以上とすることが好ましい。１０％未満の場合、反射散乱体１１まで十分にレーザ光が達せず、輝度が落ちるとともにスペックルノイズの低減効果も小さくなるため望ましいとは言えない。高いスクリーン輝度およびスペックルノイズ低減効果を得るためには、半透過拡散層１２の透過率は、３０％以上が好ましい。なおさらに好ましくは、半透過拡散層１２の透過率は、５０％以上である。

半透過拡散層１２のヘーズ値（曇価）は、２０％以上が好ましい。より好ましくは４０％以上、よりさらにより好ましくは６０％以上である。

半透過拡散層１２の反射率は、３％以上が好ましい。より好ましくは１０％以上、よりさらに好ましくは２０％以上である。

半透過拡散層１２は、一様な素材から形成されてよい。または、半透過拡散層１２を、複数の拡散面を含んだ多層構造としてもよい。多層構造の場合、表裏に拡散面を含んだ素材を、接着剤および樹脂フィルム等により積層し作製すればよい。半透過拡散層１２の界面の一方が、入射するレーザ光に関し、鏡面を構成する場合、鏡面によるレーザ光の反射を防止するため、鏡面を構成する界面を、透過拡散層１２と実質的に等しい屈折率を有する接着剤を用いて反射散乱体１１と接着することが望ましい。また、半透過拡散層１２が多層構造を有する場合、各層間における鏡面の構成を防止するように、同様の接着剤を用いて多層構造を構成することが望ましい。

半透過拡散層１２は、界面の少なくとも一部に拡散面を含む。これにより、半透過拡散層１２は、表面反射レーザ光と反射散乱体１１での反射レーザ光とによる多層構造の干渉パターンノイズを除去する。

スクリーン１０を、一体構造とするために、半透過拡散層１２と反射散乱体１１とを各種接着剤で接着することができる。また、半透過拡散層１２と反射散乱体１１との間に樹脂フィルムを介在させて接着剤で接着することにより、半透過拡散層１２と反射散乱体１１の間隔を一定に保持することも有利である。さらに、半透過拡散層１２の鑑賞者Ｖとは反対側の界面に反射散乱体１１を形成し、一体構造のスクリーン１０を形成することも可能である。

樹脂フィルム等、平滑面を含む素材を用いる場合、当該平滑面のある素材の屈折率と略同等な屈折率を有する接着剤等を用いて半透過拡散層１２の界面（拡散面）および反射散乱体１１と、樹脂フィルム等とを密着させることが好ましい。こうすることで、樹脂フィルム等を用いた場合であっても、その表面における反射による干渉パターンノイズを防止することができる。

半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面と反射散乱体の距離ｄは、５０マイクロメートル以上２ミリメートル以下であることが好ましい。５０マイクロメートルよりも薄い場合、半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面における実効的光源面積（図２Ａにおける微小面素Ｓに対応する面積）が十分に大きくならず、スペックルノイズの低減効果が不十分となり、望ましい構成とは言えない。また２ミリメートルよりも厚い場合、実効的光源面積が大きくなりすぎる。この場合、画像の解像度の劣化を引き起こし、鑑賞者Ｖの鑑賞する画像がぼけるおそれがあり、望ましい構成とは言えない。距離ｄが大きければ大きい程、スペックルノイズの低減効果はより大きくなるが、画像品質の低下を避けることができない。望ましい高解像度画像を再現するためには、距離ｄは１ミリメートル以下であることがより好ましい。

また、半透過拡散層１２鑑賞者Ｖ側界面と反射散乱体の距離ｄのうち、半透過拡散層１２の占める比率は好ましくは５％以上、より好ましくは２０％以上である。つまり、半透過拡散層１２の厚さは、０．０５×ｄ以上であることが好ましく、より好ましくは、０．２０×ｄ以上である。半透過拡散層の占める比率を高くすることにより、多重散乱が生じ易くなり、一層のスペックルノイズ低減に寄与する。

図３に第１の実施形態のスクリーンの変形例を示す。スクリーン１００は、半透過紙１２Ａと樹脂フィルム１２Ｂの積層構造を備える半透過拡散層１２０、および、ビーズタイプ・スクリーン１１Ａを含む反射散乱体１１０を有し、半透過拡散層１２０と反射散乱体１１０とは接着剤を用いて貼り合せている。

本変形例１００も、スクリーン１０と同様、半透過拡散層１２０は、反射効果および透過光に対する拡散効果を備え、反射散乱体１１０は、入射光に対する散乱反射効果を有する。入射光３１は、その一部が、半透過拡散層１２０で反射され、透過光は拡散されて反射散乱体１１０に到達する。反射散乱体１１０は、上記透過光を散乱反射し、再び半透過拡散層１２０に入射させ、微小面素Ｓより略発散光として出射させる。光３３Ｕおよび３３Ｌは、微小面素Ｓより略発散状に出射する光を例示する。

本変形例においては、半透過拡散層１２０は、少なくとも半透過紙１２Ａを含むことが好ましい。半透過紙１２Ａは、表裏拡散面が得られるとともに適当な透過率を得ることができる。さらには、特殊な拡散板やレンズを作製するのに対し、コスト的に非常に有利である。半透過紙１２Ａとしては、和紙、トレーシング・ペーパ、等の紙材を用いることができる。

スクリーン１００を用いてスペックルノイズ低減効果の評価を行った。図４は、本評価に用いたレーザ画像表示装置および視覚カメラ４７と、スクリーン１００を示す図である。レーザ画像表示装置は、赤、緑、青のレーザ光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ、ロッドインテグレータ４２、照明光学系４３、空間光変調素子４４、ダイクロイックプリズム４５、および投射レンズを備える。視覚カメラ４７は、瞳レンズ４７ａ、拡大レンズ４７ｂ、および、ＣＣＤ４７ｃを備える。本評価に用いたスクリーン１００は、半透過紙１２Ａとしてトレーシング・ペーパを用い、樹脂フィルム１２Ｂとしてポリエステルフィルムを用いる。また半透過拡散層１２０のレーザ光入射面と反射散乱体１１０の距離ｄは、２００マイクロメートル（μｍ）である。

ＲＧＢ３色のレーザ光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを出射したレーザ光は、ロッドインテグレータ４２に導かれる。レーザ光は、ロッドインテグレータ４２内の内部反射を繰り返して出射端に達し、照明光学系４３（リレーレンズ、ミラー４３ａ、フィールドレンズ４３ｂ等）を経て、空間光変調素子４４に光強度分布が一様な長方形断面を有する光ビームとして投影される。空間光変調素子４４は、光ビームを変調し、２次元画像を形成する。変調されたＲＧＢ３色のレーザ光は、ダイクロイックプリズム４５によって合波され、投射レンズ４６によってスクリーン１００上にフルカラーの２次元画像として投影される。

視覚カメラ４７は、人の瞳に対応する瞳レンズ４７ａと仮想的な網膜上に生じる（スペックルノイズを含む）像をＣＣＤ４７ｃに拡大する拡大レンズ４７ｂとＣＣＤ４７ｃを有する。この視覚カメラ４７を用い、人の網膜上で形成される像に含まれるスペックルノイズを、ＣＣＤ４３の受光量に基づいて測定評価する。

評価には、緑色レーザ光源４１Ｇのみから緑色レーザ光を出射させ、一様な画像をスクリーン１００に表示し、当該一様画像からの光を受光しているＣＣＤ素子における受光量の平均値Ｘと、スペックルノイズに起因する一様画像の強度ばらつきの標準偏差σとの比、σ／Ｘを用いる。比較例として、スクリーン１００の代わりに一般的なビーズタイプ・スクリーンを用いた場合を示す。

評価結果
第１の実施形態変形例（スクリーン１００）：σ／Ｘ＝５．１％
比較例（ビーズタイプスクリーン）：σ／Ｘ＝１４．６％
第１の実施形態変形例のスクリーン１００のσ／Ｘは、比較例のσ／Ｘと比較すれば半分以下に低減しており、スペックルノイズの除去の効果が現われていることがわかる。また比較例との比較において、スクリーン１００は、より広い視野角が得られた。スクリーン１００は多層構造であるが、干渉パターンノイズ等の発生も認められなかった。本発明によるレーザ画像表示スクリーンは、優れたスペックルノイズ除去性能を有することがわかった。

また、本発明にかかるスクリーン１０および１００は、スクリーンを動かす駆動部を必要としない。そのため、設置場所を選ばず、また電力などを消費することがなく、あらゆるサイズのスクリーンに用いることができることも有利である。

また、本発明にかかるレーザ画像表示スクリーンを用いるレーザ画像表示装置は、スペックルノイズが低減された画像を表示することができる。

（第２の実施形態）
図５に本発明の第２の実施形態によるレーザ画像表示スクリーン１０１の部分断面概略図を示す。スクリーン１０１は、特に、簡易型スクリーンとして、コスト的に優れ、持ち運び等も容易なレーザ画像スクリーンである。スクリーン１０１は、半透過拡散層として半透過紙１２Ｃ、反射散乱体として一般紙１１１を備え、半透過拡散層と反射散乱体の間に樹脂フィルム１３が挿入されている。樹脂フィルム１３と半透過紙１２Ｃおよび一般紙１１１は、樹脂フィルムの平滑面による表面反射が生じないように接着剤により接着されている。

半透過紙１２Ｃは、第１の実施形態において述べた半透過拡散層に用いられる素材と同様の素材を用いることができる。

一般紙１１１は、画像表示に用いるレーザ光に関し、散乱反射効果を有する素材であればよく、一般的な紙を用いることができる。好ましくは、レーザ光源自身の色鮮やかな画像をえるために、一般紙１１１は、蛍光剤を含まないことが好ましい。

スクリーン１０１は、いわゆる貼り合せ紙と同様の工程で作製できるため、製造コスト面で有利である。また、製造に用いる素材自体も、容易に入手可能な素材のみを含むため、非常に安価に作製することができ、この点もコスト面で有利である。また、一般的な筆記具でスクリーン上に字や図形を記述できる。さらに、スクリーン１０１は、非常に軽量であるため、携帯に便利である。

スクリーン１０１の作製例およびスペックルノイズ低減効果の評価測定の結果を示す。評価測定に用いるスクリーン１０１を、半透過紙１２Ｃとしてトレーシング・ペーパを用い、樹脂フィルム１３として厚さ８０μｍのポリエステルフィルムを用い、一般紙１１１として画用紙を用いて作成した。本作成例１０１も、スクリーン１０と同様、半透過紙１２Ｃは、反射効果および透過光に対する拡散効果を備え、一般紙１１１は、入射光に対する散乱反射効果を有する。入射光５１は、その一部が、半透過紙１２Ｃで反射され、透過光は拡散されて一般紙１１１に到達する。一般紙１１１は、上記透過光を散乱反射し、再び半透過紙１２Ｃに入射させ、微小面素Ｓより略発散光として出射させる。光５３Ｕおよび５３Ｌは、微小面素Ｓより略発散状に出射する光を例示する。本作成例における半透過拡散層のレーザ光入射面と反射散乱体との距離ｄは、１５０マイクロメートルであった。第１の実施形態と同様にスクリーン１０１のスペックルノイズを評価した結果、σ／Ｘ＝５．４％となり、比較例に対しスペックルノイズが大幅に低減されていることが確認された。

さらに、距離ｄの違いによるスペックルノイズ除去効果の変化をみるため、以下の２種類のスクリーン（第１および第２距離ｄ比較用スクリーン）を作成し、それぞれ、上記と同様の評価測定を行った。

第１距離ｄ比較用スクリーン：
表面に凹凸パターンを有する薄型拡散樹脂フィルム（厚さ３０マイクロメートル）をビーズタイプ・スクリーンに貼り付けて作成した。このとき、ｄ＝４０マイクロメートルであった。

第１距離ｄ比較用スクリーンに対する評価測定結果：
レーザ画像表示装置および視覚カメラ４７を用いて上記と同様の評価を行った結果、σ／Ｘ＝８．１％を得た。比較例のスクリーン（σ／Ｘ＝１４．６％）に比べスペックルノイズが低減されることが確認された。しかしながら、先の本発明によるスクリーンに関する評価測定の結果には、およばなかった。このことは、距離ｄが、４０マイクロメートルと、上記した条件（ｄ≧５０μｍ）に満たない場合、得られるスペックルノイズ低減効果が比較的弱いことを示すものである。

第２距離ｄ比較用スクリーン：
２ミリメートル厚のアクリル板にトレーシング・ペーパを貼り付け、アクリル板の反対側の面をビーズタイプ・スクリーンに貼り付けた。このとき、ｄ＝２．１ミリメートルであった。

第２距離ｄ比較用スクリーンに対する評価測定結果：
レーザ画像表示装置および視覚カメラ４７を用いて上記と同様の評価を行った結果、σ／Ｘ＝４．２％を得た。この場合も、比較例のスクリーン（σ／Ｘ＝１４．６％）に比べスペックルノイズが低減されることわかる。

さらに、１画素毎にオン（ｏｎ）／オフ（ｏｆｆ）が繰り返されるテストパターン画像を視覚カメラにより測定評価した。（オフ画素の輝度）／（オン画素の輝度）の輝度比は、５０％未満となり、画像解像度に劣化が確認された。このことは、距離ｄが、２．１ミリメートルと、上記した条件（ｄ≦２．０ｍｍ）を満足しない場合、画像品質の低下が見られることを示す。

（第３の実施形態）
本発明にかかる第３の実施形態は、本発明の先の実施形態によるスクリーンを用いることができるレーザ画像表示装置である。図６に、第３の実施形態によるレーザ画像表示装置の構成概略図を示す。図６においては、図４と同じ構成要素については図４と同じ符号を用い、説明を省略する。

本実施形態によるレーザ画像表示装置は、光源４１Ｒ等とロッドインテグレータ４２との間に、回転式レンティキュラーレンズを備える。ＲＧＢ３色のレーザ光源４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを出射した光は、回転式レンティキュラーレンズ５１により偏向されロッドインテグレータ４２に導かれる。回転式レンティキュラーレンズ５１は、入射する光の出射方向を偏向させる機能を有する光偏向素子の一態様である。

図７Ａは、回転式レンティキュラーレンズ５１の平面図である。回転式レンティキュラーレンズ５１は、レンティキュラーレンズ要素７１を円周方向に複数備え、各要素７１は、半径方向に平行な方向にほぼ一様な断面を有する。図７Ｂは、回転式レンティキュラーレンズ５１に接続される駆動部５３を示す図である。駆動部５３は、回転軸Ａを回転駆動し、回転式レンティキュラーレンズ５１も、回転運動する。この回転によって、ロッドインテグレータ４２に点Ｐ１で入射する光の出射角度が、時間的に変化する。回転式レンティキュラーレンズ５１で光の偏向方向が時間的に変化するため、空間変調素子４４に含まれる任意の一画素（セル）に入射する光の入射角が時間的に変化する。この結果、スクリーン１０１上の任意の一画素に対応した一領域に入射する光の入射角度も時間的に変化する。

第３の実施形態のスクリーン１０１から鑑賞者に到達する光は、スクリーン１０１への入射角度が時間的に変化しているため、同様に時間的に変化する。鑑賞者は、変化を時間的に繰り返す光による網膜に対する刺激を時間的に積分し、認識することとなる。このため、スクリーンの実効的な光源面積は、角度が変化しない場合に対し大きくなる。また半透過拡散層と反射散乱体を用いた本発明によるスクリーン１０１を用いることで、さらに実効的な光源面積を大きくする。これらの結果として、鑑賞者にまったく認識できないレベルまでスペックルノイズを低減することができる。

スクリーンからみた照射される角度の変化量は、開口数ＮＡを用いると、好ましくはＮＡ０．００１以上である。ＮＡ０．００１未満であると、角度の変化量が小さくスペックルノイズの低減効果がない。鑑賞者にまったく認識できないレベルまでスペックルノイズを低減するにはＮＡ０．００２以上の角度変化量とすることがより好ましい。

先の実施形態と同様に視覚カメラを用いて、緑色レーザ光源４１Ｇのみを出射させ、緑色一様画像をスクリーン１０１に表示し、評価を行った。第３の実施形態のスクリーン１０１からみた入射角度の変化量は、ＮＡ０．００３であった。このとき、σ／Ｘ＝３．３％となり、スペックルノイズをほぼ除去することができた。またスペックルノイズを目視で評価したが、まったく認識できなかった。

本発明のレーザ画像表示装置は、半透過拡散層と反射散乱体を有するスクリーン１０１とスクリーン１０１上における一画素に対応する領域に入射する光の入射角度を時間的に変化さえるように制御する駆動部５３を有することにより、スペックルノイズを除去することができる。なお、回転式レンティキュラーレンズ５１の回転速度は、その偏向周期を、鑑賞者がスペックルノイズを認識しない程度の速さにすればよい。具体的には、６０ヘルツ以上の速さで偏向角度が変化することが望まれる。しかしながら、表示される画像の内容によって、その下限値は変化する。

また、図７Ｃに示すように、回転式レンティキュラーレンズ５１を、レーザ光に対して直列に並べた構成も有効である。この場合、レーザ光は、点Ｐ１および点Ｐ２において、レンティキュラーレンズ要素７１に入射する。レーザ光は、点Ｐ１においては、図面において鉛直方向に偏向され、点Ｐ２においては、図面において水平方向に偏向され、それぞれ、時間的に偏向方向が変化する。このように回転式レンティキュラーレンズ５１を構成することにより、空間光変調素子４５の各画素に入射する光の入射角度は、二次元的に複雑に変化させることができる。

加えて、もしくは、あるいは、図７Ｄに示すように、レンティキュラーレンズ要素７１ａを、半径方向に対して所定角αを成すように構成した回転式レンティキュラーレンズ変形例５１ａを用いることも有利である。本変形例５１ａにおいては、光の偏向方向の時間的に変化する方向を、角αによって、自在に制御することが可能である。

第３の実施形態では、回転式レンティキュラーレンズ５１を用いてスクリーン１０１上に入射する光の入射角度を時間的に変化させるように制御しているが、同様の効果が得られれば他の素子を用いることができる。具体的には、レーザ光を光ファイバに導きファイバを振動させるような構成や、拡散板、ミラー等を動かすような構成を備えた素子等を用いることができる。

（第４の実施形態）
本発明にかかる第４の実施形態は、本発明によるレーザ画像表示装置に用いることができるレーザ光源である。図８は、本実施形態による赤色レーザ光源８１の概略図である。赤色レーザ光源８１は、複数のレーザ・ダイオード（ＬＤ）チップ８１１ないし８１８を備えるＬＤチップアレイ８３を備え、ＬＤチップ８１１ないし８１８出射光は、ファイバ８５誘導され、マルチモードファイバ８７にカップリングされ、マルチモードファイバ８７から出射するレーザ光が、レーザ画像表示装置の光学系に導入される。本図は例として赤色レーザ光源を示したが、他色用レーザ光源にも適用可能である。

単色光を出力するレーザ光源から出力されるレーザ光の波長λは、複数のＬＤチップ８１１ないし８１８を用いた場合、その合波の中心波長を用いて表わすことができる。また、レーザ光の波長の半値幅Δλは、合波されたレーザ光の示す半値幅となる。赤色レーザ光源８１は、複数のＬＤチップ８１１ないし８１８を用いることにより、単一のレーザ・ダイオードを用いた場合よりもΔλを大きくすることができる。

図９Ａは、赤色レーザ光源８１の発する赤色レーザ光の特性図である。複数のＬＤチップ８１１ないし８１８を用いているため、複数のピークが重畳したブロードなピークが見られる。このレーザ光は、中心波長、６３４．８ナノメートル、半値幅Δλ_Ｒ、１．９ナノメートルを有する。

図９Ｂは、本発明にかかるレーザ画像表示装置に用いることができる緑色レーザ光源の発する緑色レーザ光の特性図である。この緑色レーザ光源は、複数のレーザ光源の発するレーザ光を基本波とし、これら基本波を１つまたは複数の波長変換素子を用いて波長変換し、マルチモードファイバ等の適当な光学系を用いて同軸上に合波している。このレーザ光は、中心波長、５４０．２ナノメートル、半値幅Δλ_Ｇ、１．２ナノメートルを有する。

図９Ｃは、本発明にかかるレーザ画像表示装置に用いることができる青色レーザ光源の発する青色レーザ光の特性図である。この青色レーザ光源は、図８の赤色レーザ光源８１と同様の構成を有する。レーザ・ダイオードとして、青色領域のレーザ光を発するものを用いている。このレーザ光は、中心波長、４４５．０ナノメートル、半値幅Δλ_Ｂ、２．９ナノメートルを有する。

先の実施形態で説明した半透過拡散層光入射面と反射散乱体とのの距離ｄと、半値幅Δλとの関係を、
２ｄ×Δλ＞λ^２
とすることで、半透過拡散層で鑑賞者側に反射した光と反射散乱体で反射した光との干渉性がなくなり、スペックルノイズを除去することができる。ここで、Δλは、Δλ_Ｒ、Δλ_Ｇ、または、Δλ_Ｂ、のいずれかである。

先の評価測定と同様、スペックルノイズの評価のため、赤色レーザ光源８１より赤色レーザ光のみを出射し、赤色一様画像をスクリーン１０１に表示し、σ／Ｘの評価を行った。本評価測定では、距離ｄ＝１５０μｍを有するスクリーン１０１を用いる。評価測定の結果は、σ／Ｘ＝３．５％であった。この結果は、緑色レーザ光源４１Ｇ（中心波長５４０ｎｍ半値幅０．１ｎｍ）の場合よりも、スペックルノイズ低減効果に優れていることがわかる。このことより、赤色レーザ光源８１もスペックルノイズの低減に有効であることを確認できた。またスペックルノイズを目視で評価したが、まったく認識できなかった。

本発明のレーザ画像表示装置は、半透過拡散層の光入射面と反射散乱体との距離ｄとレーザ光源の波長と半値幅の関係を２ｄ×Δλ＞λ^２とすることにより、スペックルノイズを除去することができる。

レーザ光源よりレーザ光の波長の半値幅を図８のマルチレーザやマルチモードレーザなどを用いて拡大するとき、少なくとも１色の半値幅Δλを、０．５ナノメートル以上（Δλ≧０．５ｎｍ）とすることが好ましく、より好ましくは、１ナノメートル以上（Δλ≧１ｎｍ）とすることが好ましい。またレーザ発振の効率と色純度を保つために、半値幅は、１０ナノメートル未満（Δλ＜１０ｎｍ）であることが好ましい。

レーザ画像表示装置では、ＲＧＢの３色以上の光源を用いるが、前記関係は少なくとも１種類以上の色について満たせばよく、より好ましくは全ての種類の色に対して前記関係を満たせばよい。

第４の実施形態では、レーザ光源に複数のＬＤチップを用いて光の半値幅Δλを大きくしているが、その他にもパルス発振やマルチモードレーザを用いてΔλを大きくする方法など用いることができる。また、Δλが小さくても、画質のボケが許される範囲内でｄを大きくして前記関係を満たしてもよい。

本発明のレーザ光源は、レーザ発振を用いた光源ならばよく、半導体レーザ、気体レーザ、固体レーザなどを波長変換したＳＨＧレーザ等を用いることがきる。

なお本発明のレーザ画像表示装置のインテグレータ、照明光学系、変調素子、投射光学系は特に限定されることなく、画像表示のための光学素子を適宜使用することができる。

本発明のレーザ画像表示スクリーンおよびレーザ画像表示装置は、動画や静止画などの表示および表示装置として利用することができる。

また本発明のレーザ画像表示装置は、ＲＧＢ３色を用いた場合を説明したが、単色の表示装置でもよい。また２次元の空間変調素子を用いて説明しているが、１次元の変調素子やレーザ光を走査して画像を形成するレーザ画像表示装置にも用いることができる。

特許文献２によるレーザ画像表示スクリーンによって、レーザ光に付与される光路長差を説明する図 本発明の第１の実施形態によるスクリーンの部分断面概略図 本発明によるスクリーンによって、レーザ光に付与される光路長差を説明する図 本発明の第１の実施形態によるスクリーンの変形例の部分断面概略図 本発明の第１の実施形態によるレーザ画像表示装置および画像評価装置の概略図 本発明の第２の実施形態によるスクリーンの部分断面概略図 本発明の第３の実施形態によるレーザ画像表示装置および画像評価装置の概略図 回転式レンティキュラーレンズの平面図 回転式レンティキュラーレンズの動作を示す斜視図 ２枚構成の回転式レンティキュラーレンズの動作を示す斜視図 回転式レンティキュラーレンズの変形例の平面図 本発明の第４の実施形態によるレーザ光源の構成概略図 本発明の第４の実施形態による赤色レーザ光源の特性図 本発明の第４の実施形態による緑色レーザ光源の特性図 本発明の第４の実施形態による青色レーザ光源の特性図

符号の説明

１０、１００、１０１ ・・・ レーザ画像表示スクリーン
１１、１１０ ・・・ 反射散乱体
１２、１２０ ・・・ 半透過拡散層
１２Ａ、１２Ｃ ・・・ 半透過紙
１２Ｂ、１３ ・・・ 樹脂フィルム
４１Ｒ ・・ 赤色レーザ光源
４１Ｇ ・・ 緑色レーザ光源
４１Ｂ ・・ 青色レーザ光源
４２ ・・・ ロッドインテグレータ
４３ ・・・ 照明光学系
４４ ・・・ 空間光変調素子
４６ ・・・ 投射レンズ
４７ ・・・ 視覚カメラ
５１ ・・・ 回転式レンティキュラーレンズ
５１ａ ・・ 回転式レンティキュラーレンズ変形例
５３ ・・・ 駆動部
７１ ・・・ レンティキュラーレンズ要素
７１ａ ・・ レンティキュラーレンズ要素変形例
８１ ・・・ 赤色レーザ光源
８３ ・・・ レーザ・ダイオード・チップアレイ
８５ ・・・ ファイバ
８７ ・・・ マルチモードファイバ
８１１ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１２ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１３ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１４ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１５ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１６ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１７ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ
８１８ ・・・ レーザ・ダイオード・チップ

Claims (3)

1. レーザ光を投影することができるレーザ画像表示スクリーンであって、
   前記レーザ光を散乱反射する反射散乱体と、
   前記反射散乱体と略平行に配した半透過拡散層とを有し、
   前記反射散乱体は、表面に段差が５０マイクロメートル以上の凹凸形状を有し、
   前記半透過拡散層は、前記レーザ光に対する反射率が２０％以上、透過率が３０％以上であり、
   前記半透過拡散層が、前記レーザ光の一部を反射し、その残りを透過し、透過する前記レーザ光を拡散させ、
   前記半透過拡散層の前記反射散乱体に対して反対側の界面と前記反射散乱体との間の距離ｄと、前記レーザ光源の発する前記レーザ光の中心波長λ、前記レーザ光の半値幅Δλとの関係が、
   ２ｄ×Δλ＞λ ^２
   を満足するレーザ画像表示スクリーン。
2. 前記半透過拡散層と前記反射散乱体との間、または、前記半透過拡散層内に、樹脂フィルムを有し、
   前記半透過拡散層の鑑賞者側界面と、前記反射散乱体との間隔を所定の距離に保つ請求項１に記載のレーザ画像表示スクリーン。
3. レーザ光を発するレーザ光源と、
   前記レーザ光を投影するレーザ画像表示スクリーンとを有するレーザ画像表示装置であって、
   前記レーザ画像表示スクリーンは、
   前記レーザ光を散乱反射する反射散乱体と、
   前記反射散乱体と略平行に配した半透過拡散層とを備え、
   前記反射散乱体は、表面に段差が５０マイクロメートル以上の凹凸形状を有し、
   前記半透過拡散層は、前記レーザ光に対する反射率が２０％以上、透過率が３０％以上であり、
   前記半透過拡散層が、前記レーザ光の一部を反射し、その残りを透過し、透過する前記レーザ光を拡散させ、
   前記半透過拡散層の前記反射散乱体に対して反対側の界面と前記反射散乱体との間の距離ｄと、前記レーザ光源の発する前記レーザ光の中心波長λ、前記レーザ光の半値幅Δλとの関係が、
   ２ｄ×Δλ＞λ^２
   を満足し、
   前記レーザ光の中心波長λは、可視光線の範囲にあり、
   前記レーザ光の半値幅が、０．１ナノメートル以上１０ナノメートル未満である、レーザ画像表示装置。

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