JP5568412B2

JP5568412B2 - 光走査装置

Info

Publication number: JP5568412B2
Application number: JP2010189135A
Authority: JP
Inventors: 幸央小泉; 雅敏小野; 広和古江
Original assignee: Tokyo University of Science; Funai Electric Co Ltd; Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc
Current assignee: Tokyo University of Science; Funai Electric Co Ltd; Funai Electric Advanced Applied Technology Research Institute Inc
Priority date: 2010-08-26
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-08-26
Also published as: JP2012047927A

Description

本発明は、光走査装置に関する。

従来、コヒーレントの高いレーザ光をスクリーンに照射すると、スクリーン表面の微細な凹凸等の形状の影響により反射したレーザ光が干渉しあうことによってスペックルノイズと呼ばれる干渉パターンが発生し、画質が劣化することが知られている。

そして、このようなスペックルノイズを除去するため、例えば、強誘電体材料からなるシリンドリカルレンズに対して電圧を印加してレーザ光の屈折率を周期的に変動させることによって干渉パターンに周期性を持たせないようにし、その干渉パターンの変化を人の目が追従できない速度で行うことによってスペックルノイズを低減させるようにしたもの
がある（特許文献１）。

特開２００８−２９４１０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、シリンドリカルレンズの形状の影響によって出射するレーザ光のビーム形状が偏平となるため、これを補正する必要があり、構成が複雑になるという問題がある。

本発明の課題は、簡素な構成により効果的にスペックルノイズを低減させることができる光走査装置を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、該角度変調素子に入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度を所定時間毎に切り換えて出射することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、
前記角度変調素子は、屈折率異方性を有する液晶分子を備えた液晶素子であり、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせることにより、レーザ光の出射角度を変更することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光走査装置において、
前記液晶素子における複数の液晶分子を一定方向に向けて配向させるとともに、液晶素子の出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光走査装置において、
前記角度変調素子は、ポリマー分子を一定方向に延伸させて、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせるようにするとともに、出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜してなるポリマー成形体であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、屈折率異方性を有する液晶分子を備えた液晶素子であり、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせることにより、レーザ光の出射角度を変更することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光走査装置において、
前記液晶素子における複数の液晶分子を一定方向に向けて配向させるとともに、液晶素子の出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、ポリマー分子を一定方向に延伸させて、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせるようにするとともに、出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜してなるポリマー成形体であることを特徴とする。

本発明によれば、簡素な構成により効果的にスペックルノイズを低減させることができる。

本発明の実施の形態における光走査装置の構成図である。偏光変調素子の動作を模式的に示す図である。偏光変調素子の動作を模式的に示す図である。角度変調素子の構成を模式的に示す図である。液晶分子の構成を模式的に示す図である。角度変調素子によるレーザ光線の出射角度の変化について説明する図である。角度変調素子によるレーザ光線の出射角度の変化について説明する図である。角度変調素子によるレーザ光線の出射角度の変化について説明する図である。角度変調素子によるレーザ光線の出射角度の変化について説明する図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。液晶層の出射面における傾斜角度及び投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。投影距離とレーザ光の移動量との関係を表す図である。スペックルノイズ低減の効果について説明する図である。角度変調素子の他の形態について模式的に表す図である。角度変調素子の他の形態について模式的に表す図である。角度変調素子の他の形態について模式的に表す図である。角度変調素子の他の形態について模式的に表す図である。

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。なお、発明の範囲は図示例に限定されない。

本実施の形態の光走査装置Ｍは、図１に示すように、いわゆるレーザ走査型プロジェクタであって、例えば、コントローラ１と、レーザ装置２，３，４と、ダイクロイックミラー５，６と、偏光変調素子７と、角度変調素子９と、走査投影装置１１とを備える。

レーザ装置２は赤色、レーザ装置３は緑色、レーザ装置４は青色のレーザ光線をそれぞれ出射する。
各色のレーザ装置２，３，４から出射したレーザ光線は、ダイクロイックミラー５，６を介して１本のレーザ光線Ｌとなる。この１本のレーザ光線Ｌは、その後、偏光変調素子７、角度変調素子９の順で透過し、走査投影装置１１に入射する。そして、走査投影装置１１は、入射したレーザ光線Ｌを反射するミラーを備え、レーザ光線ＬをスクリーンＳに照射するとともに、ミラーを２軸方向に回動することにより、主走査方向及び副走査方向に操作して、画像を投影する。

コントローラ１は、光走査装置Ｍを構成する各部を制御して画像信号に基づいた投影面上での画像の表示を実現する。具体的には、コントローラ１は、画像信号に基づき、各色のレーザ装置２，３，４を制御して画素毎の各色の階調に応じて出射量を順次変調制御するとともに、このレーザ光制御にタイミングを合わせて走査投影装置１１を制御し、スクリーンＳに画像を表示する。また、コントローラ１は、後述するように、スペックルノイズの低減のために、偏光変調素子７及び角度変調素子９の制御を行う。

偏光変調素子７は、図２に示すように、透過するレーザ光線Ｌに最大位相差πを与える。偏光変調素子７としては、高速応答が可能な強誘電性液晶（ＦＬＣ：Ferroelectric Liquid Crystal）等の液晶素子が適用される。
本実施の形態では、図２に示すように、液晶分子７１の移動量（コーン角）θ１が４５[deg]となる液晶を用い、液晶分子７１の配向方向７２と、入射レーザ光の偏光比の高い偏光方向７３とのなす角θ２が２２．５[deg]となるように液晶分子７１を配置する。このとき、下記式（１）によって求められるリタデーション（Ｒ）がλ／２にできる限り近くなるように、偏光変調素子７における液晶材料及び液晶層厚（ｄ）を選択するのが好ましい。なお、下記式（１）中、（Δｎ）は複屈折性を示す。
Ｒ＝Δｎ・ｄ・・・（１）
そして、偏光変調素子７は、コントローラ１の制御によって駆動電圧が印加され、駆動電圧が−Ｖから＋Ｖに変化すると、図２Ａに示される液晶分子７１の配向がθ１だけ変化する。そして、入射レーザ光の偏光方向７３に対して出射レーザ光の偏光方向７４が、図２Ｂに示すように、９０度変化する。偏光変調素子７は、以上の動作を所定のサイクル（例えば、１２０Ｈｚ）にて行う。これにより、偏光変調素子７は、出射レーザ光の偏光方向を９０度異なる２つの方向に切り替える。
なお、偏光変調素子７における液晶分子７１の配向方向は、例えば、偏光変調素子７に設けられる配向膜に対してラビング処理を行うことにより設定することができる。

角度変調素子９は、偏光変調素子７から出射されたレーザ光線Ｌの偏光方向に応じて入射レーザ光の屈折率を変化させることが可能であり、これによりレーザ光線Ｌの出射角度の制御を行う光学変調素子である。角度変調素子９は、図３に示すように、ガラス基板９１ａ，９１ｂと、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜９２ａ，９２ｂと、配向膜９３ａ，９３ｂとを備える一対の基板９０ａ，９０ｂの間に液晶層９４を封止して構成されている。また、本実施の形態では、角度変調素子９は、液晶層９４のレーザ光線Ｌが出射する側の面（出射面）をレーザ光線Ｌの進行方向に対して所定角度傾斜させることによって楔状に形成されている。
液晶層９４は、例えば、ネマティック液晶を有しており、図４に示すような液晶分子９４ａを多数配列して備えている。なお、図４は、液晶層９４を入射側から見た状態を表している。この液晶分子９４ａは、図４に示すように、水平方向にｎ１の屈折率を有するとともに、垂直方向にｎ２の屈折率を有しており、屈折率ｎ１は、屈折率ｎ２よりも大きい。すなわち、液晶分子９４ａは、屈折率異方性を有している。なお、屈折率ｎ２が屈折率ｎ１よりも大きくてもよい。
このように構成された角度変調素子９は、ＩＴＯ膜９２ａ，９２ｂに駆動電圧が印加されると、基板９０ａに対して平行かつ水平に配向して静止している液晶分子９４ａが９０度回動し、基板９０ａに対して垂直方向に向いて整列される。角度変調素子９は、以上の動作を所定のサイクル（例えば、６０Ｈｚ）にて行う。すなわち、偏光変調素子７の動作との組み合わせにより、１サイクルにおいて１２０Ｈｚのタイミングで４つの動作の切り替えが実現される。なお、角度変調素子９に対する駆動電圧を変化させず、液晶分子９４ａの向きを屈折率異方性が形成される態様にて固定するようにしてもよい。また、角度変調素子９における駆動電圧のＯＮ／ＯＦＦ時の液晶分子の向きが、それぞれ本実施の形態のものとは逆となるような液晶分子を適用するようにしてもよい。すなわち、ＩＴＯ膜９２ａ，９２ｂに駆動電圧が印加されると、基板９０ａに対して垂直方向に配向して静止している液晶分子が９０度回動し、基板９０ａに対して平行かつ水平に向いて整列されるものであってもよい。また、角度変調素子９に適用する液晶素子を上述した強誘電性液晶素子としてもよい。また、角度変調素子９は、上述したスイッチング方式に限定されず、他の方式を採用してもよく、例えば、横電界スイッチング方式によるものを採用してもよい。この場合、電極構造による回折が生じないような構成及び処理を行う必要がある。また、本実施の形態では、ネマティック液晶を用いたが、複屈折性を有する材料であれば、他の液晶や水晶等、他の材料を適用することができる。

以上のように構成された角度変調素子９による入射レーザ光の偏光方向に対するレーザ光線Ｌの出射角度の変化について図５Ａ〜図５Ｄを参照しながら説明する。

図５Ａは、偏光方向が垂直であるレーザ光線Ｌが、駆動電圧が印加されていない状態である角度変調素子９に対して入射したときのレーザ光線Ｌの出射状態を表している。また、図５Ｂは、偏光方向が水平であるレーザ光線Ｌが、駆動電圧が印加されていない状態である角度変調素子９に対して入射したときのレーザ光線Ｌの出射状態を表している。また、図５Ｃは、偏光方向が垂直であるレーザ光線Ｌが、駆動電圧が印加された状態である角度変調素子９に対して入射したときのレーザ光線Ｌの出射状態を表している。また、図５Ｄは、偏光方向が水平であるレーザ光線Ｌが、駆動電圧が印加された状態である角度変調素子９に対して入射したときのレーザ光線Ｌの出射状態を表している。

駆動電圧が印加されていない状態である角度変調素子９に対して偏光方向が垂直であるレーザ光線Ｌが入射すると、レーザ光線Ｌは、液晶層９４内においては垂直方向の屈折率ｎ２の影響を受ける。その結果、図５Ａに示すように、液晶層９４の出射面が角度θ傾斜しているため、出射レーザ光が液晶層９４の境界にて所定角度偏向し、レーザ光線Ｌの軌跡は軌跡ＡとなってスクリーンＳに照射される。一方、駆動電圧が印加されていない状態である角度変調素子９に対して偏光方向が水平であるレーザ光線Ｌが入射すると、レーザ光線Ｌは、液晶層９４内においては水平方向の屈折率ｎ１の影響を受ける。その結果、出射レーザ光は、その偏向角度が軌跡Ａよりも大きくなり、図５Ｂに示すように、その軌跡が軌跡ＢとなってスクリーンＳに照射される。ここで、軌跡Ｂの軌跡Ａに対する移動量あるいは軌跡Ａによるレーザ光及び軌跡Ｂによるレーザ光によって形成される合成ビーム径は、スクリーンＳへの投影時において、レーザ光の軌跡Ａにおけるレーザ光線Ｌのビーム径に対して１．５倍以下となるように設定されるのが好適である。なお、軌跡Ｂの軌跡Ａに対する移動量及び合成ビーム径は、液晶層９４の出射面における傾斜角度と、角度変調素子９から投影位置までの投影距離と、液晶層９４における屈折率異方性とに依存する。

また、駆動電圧が印加された状態である角度変調素子９に対して偏光方向が垂直であるレーザ光線Ｌが入射すると、レーザ光線Ｌは、液晶層９４内においては屈折率ｎ２の影響を受ける。その結果、図５Ｃに示すように、レーザ光線Ｌの軌跡は軌跡ＡとなってスクリーンＳに照射される。また、駆動電圧が印加された状態である角度変調素子９に対して偏光方向が水平であるレーザ光線Ｌが入射した場合も、レーザ光線Ｌは、液晶層９４内においては屈折率ｎ２の影響を受ける。その結果、図５Ｄに示すように、レーザ光線Ｌの軌跡は軌跡ＡとなってスクリーンＳに照射される。すなわち、角度変調素子９に対して駆動電圧が印加された場合には、レーザ光線Ｌは、偏光方向に拘わらず略同じ位置に照射されるようになる。

ここで、液晶層の出射面における傾斜角度、投影距離及び液晶層における屈折率に基づいて、投影時における軌跡Ｂ（水平偏光入射時の軌跡）の軌跡Ａ（垂直偏光入射時の軌跡）に対するレーザ光の移動量（スポット移動量）をシミュレートすると、図６〜図１２に示すようになる。ここでは、例えば、駆動電圧が印加されていない状態である液晶層における水平方向の屈折率ｎ１が「１．６５」、垂直方向の屈折率ｎ２が「１．５」である液晶素子を採用する。また、図中、水平偏光入射の項目における各数値は、出力レーザ光が液晶層において偏向しない場合におけるレーザ光の投影位置と、偏光方向が水平であるレーザ光が屈折率ｎ１の影響を受けて液晶層によって偏向され、投影されたときにおける投影位置とのずれ量を示している。また、図中、垂直偏光入射の項目における各数値は、出力レーザ光が液晶層において偏向しない場合におけるレーザ光の投影位置と、偏光方向が垂直であるレーザ光が屈折率ｎ２の影響を受けて液晶層によって偏向され、投影されたときにおける投影位置とのずれ量を示している。
なお、液晶層の出射面における傾斜角度が「０．０１[deg]」、「０．１[deg]」及び「０．２[deg]」である場合の投影距離とレーザ光の移動量との関係についてプロットすると図１３に示すようになる。
図６〜図１３に示される関係に基づき、例えば、投影サイズや解像度等の各要素を考慮し、光走査装置の性能に応じて適宜選択された投影距離から、適切なレーザ光の移動量となるような傾斜角度である液晶層を選択することにより、スペックルノイズを効果的に低減できるとともに、最適な画像を表示することができる。

以上のように、本実施の形態では、上述した偏光変調素子７によるレーザ光線Ｌの偏光方向の切替動作、及び、角度変調素子９による切替動作により、スクリーンＳに照射されるレーザ光線Ｌの軌跡が１サイクルにおいて所定時間だけ切り替わる。すなわち、スクリーンＳに照射されるレーザ光の位置が１サイクルにおいて所定時間だけ切り替わる。一般に、人の目が感知できるレーザ光の位置の切替間隔は３０ｍｓ以上といわれている。そのため、本実施の形態では、上述した動作の切り替えを１２０Ｈｚに設定することで、人の目に対し、２つの軌跡によってそれぞれ照射されたレーザ光が互いに馴染んで見えるようになる。そして、本実施の形態では、スクリーンＳに対する入射角が軌跡毎に変更され、スペックルが変化するのでスペックルノイズが低減されるようになる。また、レーザ光線Ｌの偏光方向を変更させるので、スペックルが更に変化し、スペックルノイズをより効果的に低減させることができる。また、本実施の形態では、レーザ光の偏光方向を切り替え、これに応じてレーザ光の軌跡を変更することができるので、簡素な構成により効果的にスペックルノイズの低減を図ることができるようになる。

［実施例１］
以上のように構成された光走査装置Ｍを実施例１として、以下の条件により、スクリーンＳに表示された画像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子を用いて画素毎に輝度を測定し、測定した画素の輝度を輝度毎に集計した。
レーザ出力条件：λ＝５３２ｎｍ、出力パワー＝５ｍＷ
表示画像：水平走査１ラインのみによるベタ画像
測定時間：１／３０ｓ
スポット移動量：約０．５ｍｍ
投影距離：８００ｍｍ
スクリーンサイズ：横２００ｍｍ×縦１５０ｍｍ程度

［比較例１］
また、偏光変調素子７及び角度変調素子９を備えない光走査装置を比較例１として、上記条件により、スクリーンＳに表示された画像を同様にして画素毎に輝度を測定し、測定した画素の輝度を輝度毎に集計した。なお、比較例１では、上記条件におけるスポット移動量は発生しない。

［比較例２］
また、偏光変調素子７を備え、角度変調素子９を備えない光走査装置を比較例２として、上記条件により、スクリーンＳに表示された画像を同様にして画素毎に輝度を測定し、測定した画素の輝度を輝度毎に集計した。なお、比較例２では、上記条件におけるスポット移動量は発生しない。

これらの集計結果から得られた画素の輝度の分布を図１４に示す。なお、図中、実施例１の集計結果をＡに示し、比較例１の集計結果をＢに示し、比較例２の集計結果をＣに示す。また、図１４に示される分布図において、ｘ軸は、ＣＣＤ撮像素子を用いて測定された画素の輝度を表し、ｙ軸は、測定した画素数を常用対数にて表している。

［結果］
図１４に示すように、実施例１では、各比較例と比べ、高輝度（特に、２００以上の輝度）である画素が少なかった。なお、実施例１における画素の平均輝度値は６８．６で、標準偏差は２５．２であり、コントラストは０．３７であった。すなわち、輝度ムラが少なく、また、輝度の変化が滑らかな画像となることがわかった。
これに対し、比較例１では、高輝度である画素が実施例１と比較すると非常に多く、特に、最大輝度である２５５を示す画素が多いのが目立った。なお、比較例１における平均輝度値は６７．６で、標準偏差は４０．５であり、コントラストは０．６０であった。すなわち、スペックルの影響を大きく受け、輝度ムラが大きくなり、高輝度の画素が目立つような画像となることがわかった。
また、比較例２では、２００以上の高輝度である画素は比較例１に比べて低減されているものの、１５０以上の輝度においては、実施例１に比べると多かった。なお、比較例２における平均輝度値は６６．４で、標準偏差は３１．５であり、コントラストは０．４７であった。すなわち、比較例１に比べると、スペックルの影響は低減されているが、その効果は実施例１よりも劣るものであることがわかった。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、偏光変調素子７は、走査投影装置１１に入射される前のレーザ光線Ｌを入射し、該入射したレーザ光線Ｌを異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する。そして、角度変調素子９は、偏光変調素子７によって出射されたレーザ光線Ｌを入射し、該入射したレーザ光線Ｌの偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光線Ｌを走査投影装置１１に出射する。その結果、スクリーンへの入射角及びレーザ光の偏光方向の相異により、スペックルノイズを効果的に低減させることができるようになる。また、レーザ光を散乱させずにスペックルノイズの低減を可能としたので、簡素な構成によってスペックルノイズを低減させることができる。また、散乱素子や光学レンズ等を用いないで実現可能であるので、レーザ光の光損失が少なく、画質の劣化が抑制される。また、機械的に装置を可動させるような構成ではないため、耐衝撃性の向上を図ることができる。

また、本発明の実施の形態によれば、角度変調素子９は、屈折率異方性を有する液晶分子９４ａを備えた液晶素子であり、入射したレーザ光線Ｌの偏光方向に応じてレーザ光線Ｌに対する屈折率を異ならせることにより、レーザ光線Ｌの出射角度を変更する。その結果、製造コストを低減させて、より簡素な構成によってスペックルノイズの低減が可能となる。

また、本発明の実施の形態によれば、液晶素子における複数の液晶分子９４ａを一定方向に向けて配向させるとともに、液晶素子の出射側の面を、出射するレーザ光線Ｌの進行方向に対して所定角度傾斜させたので、より簡素な構成によってスペックルノイズの低減が可能となる。

なお、本実施の形態において、角度変調素子９に対する駆動電圧値を調整することによって屈折率異方性を調整し、スクリーンへの投影時における、水平偏光入射時の軌跡の垂直偏光入射時の軌跡に対するレーザ光の移動量を調整できるようにしてもよい。これにより、スクリーンまでの投影距離が変更された場合に、レーザ光の移動量を適切に調整することが可能となる。

また、角度変調素子として、例えば、図１５に示されるような角度変調素子９Ａを適用してもよい。角度変調素子９Ａは、垂直方向に延伸された延伸ポリマー分子９５Ａａが多数配列されたポリマー成形体９５Ａによって構成されている。この延伸ポリマー分子９５Ａａも、垂直方向と水平方向とで異なる屈折率（屈折率異方性）を有している。そして、ポリマー成形体９５Ａは、レーザ光線Ｌが出射する側の面（出射面）をレーザ光線Ｌの進行方向に対して所定角度傾斜させることによって楔状に形成されている。そのため、角度変調素子９Ａは、レーザ光線Ｌの偏光方向に応じて、出射レーザ光の出射角度を変更することが可能となっている。なお、ポリマー分子の延伸方向を水平方向としてもよい。このような構成としても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、角度変調素子の形状について、出射面を所定角度傾斜させた楔形状としたが、素子自体を傾斜させた形状とせず、例えば、素子に対する駆動電圧の印加により、素子内部において屈折率分布が現れるように構成したものを適用することも可能であり、例えば、図１６に示されるような角度変調素子９Ｂを適用することが可能である。
すなわち、角度変調素子９Ｂは、１対の基板９０Ｂａ，９０Ｂｂの間に液晶層９４Ｂを封止して構成されている。そして、基板９０Ｂａ，９０Ｂｂには、それぞれ、ガラス基板９１Ｂａ，９１Ｂｂと、ＩＴＯ膜９２Ｂａ，９２Ｂｂと、配向膜９３Ｂａ，９３Ｂｂが備えており、基板９０Ｂａには、さらに、ＩＴＯ膜９２Ｂａを被覆する保護膜９５Ｂａが備えられている。

ＩＴＯ膜９２Ｂａは、複数に分割されて所定間隔毎にガラス基板９１Ｂａの内側に並べて配置されており、それぞれ、異なる駆動電圧を印加することができる。なお、ＩＴＯ膜９２Ｂａの配置間隔は、レーザ光線の回折が生じない間隔とする。そして、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_１に対して駆動電圧を０にし、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_２に対して駆動電圧Ｖ１を印加し、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_３に対して駆動電圧Ｖ２を印加し、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_４に対して駆動電圧Ｖ３を印加し、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_５に対して駆動電圧Ｖ４を印加する。ここで、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４の各電圧の大きさは、以下のような関係となっている。
Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４

以上のようにして角度変調素子９Ｂに対して駆動電圧を印加すると、ＩＴＯ膜９２Ｂａ_１〜９２Ｂａ_５のそれぞれに印加される駆動電圧が相違することから、図１６に示すように、液晶層９４Ｂにおける各液晶分子は、駆動電圧に応じて異なる方向に向くようになる。その結果、液晶層９４Ｂにおける水平方向の屈折率が右側から左側にかけて漸次大きくなる屈折率分布が現れるようになる。そして、この状態において、偏光方向が水平であるレーザ光線Ｌが角度変調素子９Ｂに対して入射されると、この屈折率分布の影響により、液晶層９４Ｂにおいて、領域によって速度が異なるようにレーザ光線Ｌの速度が変化する。すなわち、レーザ光線Ｌの速度が右側から左側にかけて漸次遅くなるように変化する。すると、レーザ光線Ｌは、領域によるレーザ光線Ｌの速度の相違により、液晶層９４Ｂからの出射時において所定角度偏向するようになる。一方、偏光方向が垂直であるレーザ光線Ｌが角度変調素子９Ｂに対して入射された場合には、液晶層９４Ｂにおける屈折率分布の影響が偏光方向が水平であるレーザ光線に対するものよりも小さいので、レーザ光線Ｌの液晶層９４Ｂからの出射時における偏向角度は、偏光方向が水平であるレーザ光線の液晶層９４Ｂからの出射時における偏向角度よりも小さくなる。このように、角度変調素子９Ｂは、レーザ光線Ｌの偏光方向に応じて、出射レーザ光の出射角度を変更することが可能となっているので、このような構成としても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、図１６に示されるような角度変調素子９Ｂの他、図１７に示されるような角度変調素子９Ｃを適用することも可能である。
すなわち、角度変調素子９Ｃは、１対の基板９０Ｃａ，９０Ｃｂの間に液晶層９４Ｃを封止して構成されている。そして、基板９０Ｃａ，９０Ｃｂには、それぞれ、ガラス基板９１Ｃａ，９１Ｃｂと、ＩＴＯ膜９２Ｃａ，９２Ｃｂと、配向膜９３Ｃａ，９３Ｃｂが備えている。

ＩＴＯ膜９２Ｃａは、所定の抵抗を有しており、この抵抗によってＩＴＯ膜９２Ｃａにおいて電圧勾配が発生するように構成されている。すなわち、ＩＴＯ膜９２Ｃａの右側に対して駆動電圧が印加されると、ＩＴＯ膜９２Ｃａの右側から左側にかけて電圧が漸次小さくなる。すると、図１７に示すように、液晶層９４Ｃにおける各液晶分子は、液晶分子に対応する位置におけるＩＴＯ膜９２Ｃａ上の駆動電圧に応じて異なる方向に向くようになる。
このようにして、液晶層９４Ｃにおける各液晶分子の向きを調整することによっても、角度変調素子９Ｂと同様の作用・効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Ｍ光走査装置
７偏光変調素子
９角度変調素子
１１走査投影装置
９４ａ液晶分子
９５Ａポリマー成形体
９５Ａａ延伸ポリマー分子

Claims

画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、該角度変調素子に入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度を所定時間毎に切り換えて出射することを特徴とする光走査装置。
前記角度変調素子は、屈折率異方性を有する液晶分子を備えた液晶素子であり、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせることにより、レーザ光の出射角度を変更することを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
前記液晶素子における複数の液晶分子を一定方向に向けて配向させるとともに、液晶素子の出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする請求項２に記載の光走査装置。
前記角度変調素子は、ポリマー分子を一定方向に延伸させて、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせるようにするとともに、出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜してなるポリマー成形体であることを特徴とする請求項１に記載の光走査装置。
画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、屈折率異方性を有する液晶分子を備えた液晶素子であり、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせることにより、レーザ光の出射角度を変更することを特徴とする光走査装置。
前記液晶素子における複数の液晶分子を一定方向に向けて配向させるとともに、液晶素子の出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜させたことを特徴とする請求項５に記載の光走査装置。
画像信号に基づき順次変調されるレーザ光を走査投影装置により投影面上に走査して前記画像信号に基づく画像を表示する光走査装置において、
前記走査投影装置に入射される前のレーザ光を入射し、該入射したレーザ光を異なる２つの偏光方向に所定時間毎に切り換えて出射する偏光変調素子と、
前記偏光変調素子によって出射されたレーザ光を入射し、該入射したレーザ光の偏光方向に応じた出射角度にてレーザ光を前記走査投影装置に出射する角度変調素子と、を備え、
前記角度変調素子は、ポリマー分子を一定方向に延伸させて、入射したレーザ光の偏光方向に応じて該レーザ光に対する屈折率を異ならせるようにするとともに、出射側の面を、出射するレーザ光の進行方向に対して所定角度傾斜してなるポリマー成形体であることを特徴とする光走査装置。