JP6478008B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

近年、レーザ光源を用いた走査型画像表示装置が開発され、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどに適用されている。これらは光源から発生した３色のレーザ光をスキャンデバイスによって光走査し、スクリーンやコンバイナと呼ばれる半透過板などの画像表示部に表示像を投影する。スキャンデバイスの一例として、２次元走査型ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）やガルバノミラーが知られている。これらはミラーを互いに直交する２軸を回転軸として周期的に振動させ、それぞれ相対的に高速な走査方向を正弦波、低速な走査方向をのこぎり波で駆動させることで、ラスタースキャンを行い、画像を描画する。

これらの技術では光源として、レーザが用いられることがあるが、レーザを光源とすることで、色域が拡大され、色再現性の向上が実現できる。さらに、画角の拡大が容易にできる。また、製品の小型化・軽量化が可能となり、ランプを光源として用いた場合に比べ消費電力を大幅に低減することができることが知られている。

しかし、光源をレーザにすることで、レーザの強い干渉性によって投影した画像がちらつくスペックルが生じてしまう。スクリーンやコンバイナなどの反射面は、完全な平面ではなく、微細な凹凸が形成されており、画像表示部に照射されたレーザ光が各点の凹凸構造において散乱される。スペックルが生じるのは、その散乱光の位相が一致した領域（散乱光同士の光路長の差が波長の整数倍）では干渉により光の強度が強くなり、光路長が１／２波長ずれた領域では光の強度が低下するからである。このように、レーザ光のようにコヒーレント性の強い光を光源とした場合の現象として、映し出された画像に強度ムラが生じ、明暗の模様が見えたり、ギラギラして見えたりする。結果として、画質が低下し、観察者に不快感を与えることにつながってしまう。

このようなスペックルノイズを低減する方法として、スクリーンを振動させる方法やスキャンデバイスとスクリーンの間に拡散板を挿入してこれを振動させる方法などがある。スクリーンや拡散板を振動させることで、レーザ光の位相の状態を変化させ、コヒーレント性を落とし、スペックルの低減ができるということが既に知られている。

特許文献１には、レーザ光源を用いたディスプレイ装置におけるスペックルノイズを低減する目的で、レーザの光路上に光を拡散させる拡散素子を配置し、拡散素子を振動・回転させることでレーザのコヒーレント性を低下させてスペックルノイズを低減させるものが開示されている。
しかしながら、特許文献１では、拡散板やモータなどの部品が増え装置が大型化する、低コスト化が困難となる、騒音が発生するという問題があった。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、簡便な方法でスペックルを低減でき、小型で低コストの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に、本発明の画像表示装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から射出されたレーザ光を走査する２次元光走査手段と、前記レーザ光が投影される画像表示部とを備え、前記２次元光走査手段は、前記レーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部を有し、かつ、前記２次元光走査手段の平面における互いに直交する２軸を第１の軸及び第２の軸としたとき、前記第１の軸及び第２の軸の少なくとも一方を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記ミラー部の傾斜角を変化させるとともに、前記ミラー部は、前記ミラー部の厚み方向に振動し、前記２次元光走査手段と前記画像表示部との間に、前記レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に対して、前記レーザ光に不規則な位相を付与する透過型の位相差付与手段を備え、前記位相差付与手段は、前記ミラー部の反射光にのみ前記不規則な位相を付与することを特徴とする。

本発明によれば、簡便な方法でスペックルを低減でき、小型で低コストの画像表示装置を提供することができる。

本発明に係る画像表示装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置における２次元光走査手段の一例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置におけるレーザ光の動作の一例を示す図である。 本発明に係る画像表示装置における各方向の振動の一例を示すグラフである。 本発明に係る画像表示装置におけるミラー部の変動の一例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置の他の例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置における位相差付与手段の一例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置におけるレーザ光の位相分布パターンの一例を示す模式図である。 本発明に係る画像表示装置における位相差付与手段の他の例を示す模式図である。

以下、本発明に係る画像表示装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

＜第１の実施形態＞
本実施形態における画像表示装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から射出されたレーザ光を走査する２次元光走査手段と、前記レーザ光が投影される画像表示部とを備え、前記２次元光走査手段は、前記レーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部を有し、かつ、前記２次元光走査手段の平面における互いに直交する２軸を第１の軸及び第２の軸としたとき、前記第１の軸及び第２の軸の少なくとも一方を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記ミラー部の傾斜角を変化させるとともに、前記ミラー部は、前記ミラー部の厚み方向に振動することを特徴とする。

本実施形態に係る画像表示装置について、図１を用いて説明する。図１には、光源１１、１２、１３、コリメートレンズ２１、２２、２３、反射面３１、３２、３３、２次元光走査手段４０、光源制御回路４１、光路合成手段４２、２次元光走査手段制御回路４３、画像表示部４４、集光レンズ４５が図示されている。

本実施形態における画像表示装置は、赤・緑・青３色のＬＤ光源と、それぞれのレーザ光を合成する光合成手段４２と、合成されたレーザ光を２次元的に走査させる２次元光走査手段４０と、画像を表示する画像表示部４４等から構成されている。
光源としては、レーザ光源であれば特に制限されるわけではなく、またその数も制限されるわけではない。本実施形態においては、赤・緑・青３色のＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）光源を例として挙げて説明する。

赤色の光（λ１）を出射するレーザ光源である光源１１と、緑色の光（λ２）を出射する光源１２と、青色の光（λ３）を出射する光源１３があり、それぞれに対してコリメートレンズ２１、２２、２３が設置され、出射光はコリメートされる。コリメートされたレーザ光は、光路合成手段４２に入射される。光路合成手段４２は、３本の光路を１つの光路に合成するものであり、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムなどが適用できる。本実施形態における光路合成手段４２は、３つの反射面３１、３２、３３を有している。なお、コリメートレンズ、反射面の数は特に制限されるものではなく、光源に応じて適宜変更が可能である。

以下、反射面３１、３２、３３を便宜上、第１の反射面３１、第２の反射面３２、第３の反射面３３と称する。本実施形態では、第１の反射面３１は、赤色の波長のレーザ光を反射し、緑色、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。また、第２の反射面３２は、緑色の波長のレーザ光を反射し、青色の波長のレーザ光を透過するダイクロイック膜が形成されている。第３の反射面３３は、青色の波長のレーザ光を反射する。
このようにして、光合成手段４２は、３つの光路を１つの光路に合成する。そして、合成されたレーザ光は集光レンズ４５を透過し、画像表示部４４上でビームが絞られるように調整される。

集光レンズ４５を通過したレーザ光は、２次元光走査手段４０によって画像表示部４４上を２次元に光走査される。例えば、図１においては、Ｘ軸、Ｙ軸方向に光走査される。ここで、２次元光走査手段４０は、２次元光走査手段制御回路４３から得られる信号にしたがって、その角度を変え、画像表示部４４に画像を投影させる。このとき、各色の光源には、光源制御回路４３より、２次元光走査手段４０の走査角度に合わせた映像信号が送られ、その信号に応じて光強度変調されたレーザ光が出射される。このようにして、光源の光強度変調と２次元光走査手段４０による光走査により、画像表示部４４には目的の画像が表示されることになる。

次に、２次元光走査手段４０について、図２を用いて説明する。図２では２軸ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを例として挙げて説明する。図２における２次元光走査手段４０は、光源からのレーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部５０を有しており、図２では、ミラー部５０、主走査梁部５１、主走査駆動圧電部材５２、蛇行状梁部５３、副走査駆動圧電部材５４、第１の枠部材５５、第２の枠部材５６が図示されている。

本実施形態では、２次元光走査手段４０の平面における互いに直交する２軸を第１の軸（ｙ軸）及び第２の軸（ｘ軸）としたとき、第１の軸及び第２の軸の少なくとも一方を軸としてミラー部５０を揺動させ、ミラー部５０の傾斜角を変化させる。
図２（ａ）において、点線で示されるｙ軸の左右の主走査駆動圧電部材５２は、紙面垂直方向（図２（ｂ）で示されるｚ軸方向）に上下に振動（揺動）する。ここで、主走査駆動圧電部材５２に駆動周波数を印加し、主走査梁部５１を撓ませることでｙ軸を回転軸とした周期的振動を発生させる。

一方、図２（ａ）において、点線で示されるｘ軸の紙面上下については、ミラー部５０と紙面上側の第１の枠部材５５と蛇行状梁部５３がｘ軸を軸として揺動する。紙面上側の枠部材５５と蛇行状梁部５３がｚ軸プラス方向に位置する場合、紙面下側の枠部材５５と蛇行状梁部５３はｚ軸マイナス方向に位置するような振動になる。なお、図２（ａ）では紙面上側の蛇行状梁部５３をＡ、紙面下側の蛇行状梁部５３をＢとして便宜的に示している。

ここで、画像表示部４４において、第１の軸（ｙ軸）を軸としてミラー部５０を揺動させ、レーザ光を走査させるときの走査方向を主走査方向、第２の軸（ｘ軸）を軸としてミラー部５０を揺動させ、レーザ光を走査させるときの走査方向を副走査方向と定義する。なお、後述する図３では、主走査方向はＹ軸方向、副走査方向はＸ軸方向として図示されている。

次に、２次元光走査手段４０が上記のような動きをする場合における、画像表示部４４上のレーザ光の動作について一例を図３に示す。ここで、図１におけるＸ軸、Ｙ軸は図３におけるＸ軸、Ｙ軸と対応しており、上述したようにＹ軸方向を主走査方向、Ｘ軸方向を副走査方向とする。なお、図３における「スクリーン」は画像表示部４４を意味する。

図３におけるレーザ光の動作の概要を説明する。まず、図３の（ａ）の行において、画像表示部４４の主走査方向に（紙面右側方向に）レーザ光が走査され、所定の位置で（ｂ）の行に移る。そして、（ｂ）の行において、画像表示部４４の主走査方向に（紙面左側方向に）レーザ光が走査される。これを（ｃ）、（ｄ）の行についても順次行い、所定の行を走査した後、再び（ａ）の行を走査する。

ここで、主走査方向、副走査方向における駆動の動きの一例を図４に示す。主走査方向においては、図３に示されるような駆動をする場合、図４（ａ）上側に示されるような連続的な正弦波となる。図２において、主走査梁部５１の周辺の主走査駆動圧電部材５２に後述するミラー部５０の共振周波数と同等の周波数をもつ正弦波を印加し、梁を撓ませることでｙ軸を回転軸とした周期的振動を発生させる。

一方、副走査方向においては、不連続的な動きとなり、図４（ａ）下側に示されるようなのこぎり波形を示す。このとき、図２におけるｘ軸上下の蛇行状梁部５３（Ａ、Ｂ）は交互に振動することから、図４（ａ）下側に示されるように、Ａ、Ｂそれぞれの領域に対して交互に逆向きののこぎり波形を示すこととなる。そして、Ａ、Ｂに対して図４（ａ）に示されるような波状の駆動電圧を印加し、蛇行状梁部５３の撓みによる小さな変位を重畳させることで、ｘ軸を回転軸とした周期的振動を発生させる。

なお、本実施形態においては、圧電駆動方式の２軸ＭＥＭＳミラーを例に挙げて説明したが、圧電駆動方式に限られるものではなく、電磁駆動方式、静電駆動方式などを用いることができる。また、走査速度については、特に制限されるものではないが、主走査方向は副走査方向に対して高速であり、副走査方向は主走査方向に対して低速である。

次に、２次元光走査手段４０において、２次元光走査手段４０の厚み方向の動きについて説明する。図２、図３に示されるように、２次元光走査手段４０はｘ軸、ｙ軸を軸として揺動し、画像表示部４４上の主走査方向、副走査方向に光走査を行う。

本実施形態においては、さらにもう１つの軸、すなわち２次元光走査手段４０のミラー部５０の厚み方向における動きを利用する。図２において、ｘ軸、ｙ軸を軸として揺動させる動きに加え、同時にミラー部５０の厚み方向（ｚ軸方向）にも２次元光走査手段４０のミラー部５０を振動させる。
図５にミラー部５０の変動の一例について模式図を示す。図５において、ミラー部５０はレーザ光を画像表示部４４に反射させていることが図示されている。このとき、ｚ軸方向にミラー部５０を振動させると、例えばミラー部５０ａのように反射位置が変動する。これにより、光源からミラー部５０の距離をわずかに変化させ、レーザ光の反射位置を変動させる。

なお、本実施形態においては、ミラー部５０、主走査梁部５１、主走査駆動圧電部材５２、第２の枠部材５６がミラー部５０の厚み方向に振動する態様となるが、本発明においては、ミラー部５０がミラー部５０の厚み方向に振動すればよく、これに制限されるものではない。

通常、画像表示部４４上の凹凸構造によって散乱されたレーザ光では、位相が一致した領域と、位相がずれた領域とで、干渉により光の強度に強弱ができる。この強弱がスペックルとなって強度ムラが生じる。
一方、本実施形態の画像表示装置では、ミラー部５０の厚み方向の振動によって、図５のようにミラー部５０上でレーザ光が反射する位置が変化するため、レーザ光が画像表示部４４上に投射する位置がわずかに変動する。この変動により、干渉によって強め合う位置と、弱め合う位置が毎回変わることになる。すなわち、画像表示部４４上のある１画素をレーザ光の時間的な重ね合わせによって描画されることになる。

本実施形態においては、厚み方向の振動により、図３に示すように副走査方向でレーザ光が１周期分走査されて、光走査開始位置に戻ってくる度に主走査方向の同じ領域で、干渉による強弱位置が異なる光の重ね合わせとなる。このため、スペックルノイズパターンの平均化が行われ、結果としてスペックルノイズを減少させることが可能になる。

次に、図４（ｂ）に主走査方向のミラー部５０の振れ角、副走査方向のミラー部５０の振れ角、厚み方向へのミラー部５０の振幅の概略図を示す。
主走査方向では、図４（ａ）に示される駆動波形が連続的に変化する正弦波であるため、ミラー振れ角も連続的に変化する正弦波のようになる。
副走査方向では、図４（ａ）に示される駆動波形がのこぎり波形であるため、ミラー振れ角ものこぎり波形のようになる。ここで、図４（ｂ）における副走査方向のミラー振れ角は、正弦波で表される厚み方向のミラー振幅の波形を重畳させたものである。
ミラー部５０の厚み方向におけるミラー部５０の振幅は、本実施形態では、図示されるように連続的に変化する正弦波の例が示されている。この例においては、主走査方向の１周期分の時間よりも長く、副走査方向の１周期分の時間よりも短い時間スケールで振動している。

また、第１の軸（ｙ軸）及び第２の軸（ｘ軸）のうち少なくとも一方を軸とするミラー部５０の揺動は、２次元光走査手段４０における固有周波数と共振する共振駆動することが好ましい。共振駆動を利用することにより、２次元光走査手段の制御を低電圧で行うことができる。
本実施形態では、２次元光走査手段制御回路４３から副走査方向に対して、ｚ方向に振動するよう信号が送られると、ミラー部５０の厚み方向の振動によって、ミラー部５０の反射位置を変化させることができる。すなわち、２次元光走査手段４０が所定の速度で角度を変えて副走査方向に光走査するときに、同時に厚み方向にも２次元光走査手段４０を振動させる。この場合、上述したように、厚み方向の振動は副走査方向の１周期分の時間よりも短い時間スケールで厚み方向に振動することになる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る画像表示装置におけるその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。本実施形態に係る画像表示装置を図６に示す。本実施形態においては、２次元光走査手段４０と画像表示部４４との間に、レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に対して、レーザ光に不規則な位相を付与する位相差付与手段４６を備えている。
なお、位相差付与手段４６が設置される位置は、特に制限されるものではなく、適宜変更が可能であるが、例えば２次元光走査手段４０から１０ｍｍ程度離れた箇所に設置することができる。

位相差付与手段４６の例を図７に示す。本実施形態の位相差付与手段４６は、その面方向に互いに高さの異なる複数の段差部を有し、前記複数の段差部は、前記面方向において不規則に配置されている。図７に示すように、位相差付与手段４６は平面状に形成された厚みの異なる複数の段差部からなり、図７に示すような段差構造を有している。

本実施形態における位相差付与手段４６は透過型であり、波面のそろったレーザ光が位相差付与手段４６を透過すると、入射位置によって透過する厚みのパターンが異なるため、それぞれの透過領域で異なる位相が付与される。これにより、レーザ光は不均一な位相分布を有する波面となって出射される。これは図７に模式的に示されており、図７の紙面下側に示される透過前のレーザ光は波面がそろっていて位相分布は直線状で表されているが、透過後のレーザ光は不均一な位相分布となって出射される。

位相差付与手段４６の例としては、ＳｉＯ_２やＴｉＯ_２等の透明材料からなる数ミリ〜数センチ四方の板に対して、ランダムなパターンをもち、厚さ方向に高さの異なる複数の段差部をもつ位相差付与手段４６が挙げられるが、これに限定されない。また、本実施形態では透過型の位相差付与手段４６を例として用いているが、反射型の位相差付与手段４６でもよい。
なお、位相差付与手段４６の複数の段差部における最小線幅ｄ（後述する図８参照）は、レーザ光の波長と同程度以下であることが好ましい。

本実施形態におけるスペックル抑制の原理を説明する。本実施形態における２次元光走査手段４０は、副走査方向に１画素分移動する間に、主走査方向に１往復するような動作周波数となっている。２次元光走査手段４０が厚み方向に振動しない場合、副走査方向のちょうど１周期後に同じ画素の領域（光走査開始位置）に戻ってくる動作をする。
本実施形態では、上述のように２次元光走査手段４０の後方（２次元光走査手段４０によって反射された後の位置）に、位相差付与手段４６が設置されており、異なった位相分布をもつレーザ光の重ね合わせを行うことができる。

ここで、本実施形態におけるレーザ光の位相分布パターンの変化について、概略図を図８に示す。ミラー部５０をｚ方向に振動させることによって、ミラー部５０の反射位置が変化する。図８では、例として反射位置が変化したミラー部５０ａが図示されている。２次元光走査手段４０のミラー部５０が振動し、反射位置が変化すると、位相差付与手段４６の異なった位置にレーザ光が入射することになる。

ミラー部５０が厚み方向に振動することによって、ミラー部５０で反射されたレーザ光が位相差付与手段４６を透過する位置が変わるため、透過光の位相分布パターンも変化して出射されることになる。そのため、ミラー部５０で反射されたレーザ光（実線）が位相差付与手段４６を透過した後の位相分布と、ミラー部５０ａで反射されたレーザ光（破線）が位相差付与手段４６を透過した後の位相部分とが異なっていることが図示されている。

ミラー部５０が厚み方向に振動することにより、画像表示部４４上のある１画素を位相分布パターンが異なったレーザ光の時間的な重ね合わせによって描画することができる。図３に示すように副走査方向でレーザ光が１周期分移動して戻ってくる度に主走査方向の同じ領域でなぞる位相分布パターンの重ね合わせとなるため、スペックルノイズパターンの平均化が行われる。結果として、スペックルノイズを減少させることが可能になり、スペックルノイズを低減させた画像表示が可能となる。

本実施形態では、２軸ＭＥＭＳミラーを例として説明したが、スペックルの抑制の原理はこれに限定されず、１軸ＭＥＭＳミラーを組み合わせたものやガルバノミラー等を利用したもの等を用いることができ、同様の原理が成り立つ。

次に、本実施形態におけるより詳細な駆動条件を説明する。
図８において、２次元光走査手段４０のミラー部５０を厚み方向に上下させる距離（振幅）は、以下の関係を満たすことが好ましい。すなわち、ミラー部５０に対するレーザ光の入射角をθ、位相差付与手段４６における段差部の最小線幅をｄ、厚み方向における振幅をΔｚとしたとき、
ｄ＜２Δｚｓｉｎθ
の関係が成り立つことが好ましい。

上述したように、レーザ光は主走査方向に周期的に走査しながら、副走査方向に走査していき、所定の位置まで走査した後、すなわち１周期後に同じ画素領域に戻ってきて、再び走査を繰り返す。このとき、上記の関係が成り立つ場合、例えば図３に示されるように、１周期目に光走査した画素と同じ領域において、２周期目以降、毎回異なる位相差付与手段４６の領域を透過してくるような光走査とすることができる。このため、より確実に、位相の異なるレーザ光を重ね合わせることができ、スペックルノイズを確実に減少させることができる。なお、上記の関係を満たさない場合、ミラー部５０を反射したレーザ光（実線）と、ミラー部５０ａを反射したレーザ光（破線）とが位相差付与手段４６の同じ位相を付与する領域を透過することになるため、好ましくない。

また、位相差付与手段４６に対するレーザ光の入射位置の変動量を２Δｚｓｉｎθとしたとき、前記変動量は、画像表示部４４に投射されるレーザ光のビーム径よりも小さいことが好ましい。これにより、より確実に、位相の異なるレーザ光を重ね合わせることができ、スペックルノイズを確実に減少させることができる。

ここで、ミラー部５０における厚み方向の振幅Δｚは、ＭＥＭＳミラーのｚ軸方向の共振を利用して容易に制御することが可能である。共振を利用するため、低電圧の印加でｚ軸の振動を励起できる。さらに、例えば副走査方向の駆動におけるのこぎり波のＡ、Ｂどちらか一方、もしくは両方にＭＥＭＳミラーの厚み方向の共振周波数の波を重畳させることで、新たに配線を用いることなく厚み方向のｚ軸方向の振動を励振させることができる。

また、ミラー部５０の厚み方向に対してミラー部５０が振動する振動周波数と、第２の軸（ｘ軸）を軸とするミラーの揺動周波数とが非整数比であることが好ましい。これにより、副走査方向の１周期後以降の光走査が、毎回異なる位相パターンのレーザ光の重ね合わせにすることができる。

また、ミラー部５０の厚み方向にミラー部５０を振動させる振動信号が、副走査方向のミラー部５０の揺動信号に重畳され、前記振動信号の周波数が、２次元光走査手段４０の厚み方向の共振周波数に等しいことが好ましい。共振を利用するため、低い電圧印加でｚ軸方向の振動を励起することができる。さらに、図４（ａ）に示されるようなのこぎり波形の駆動波形をかけたときに、図２に示される蛇行状梁部５３のＡ及び／又はＢに２次元光走査手段４０の厚み方向の共振周波数を重畳させることで、新たに配線を用いることなく、ｚ方向にミラー部５０を励振させることができる。

このような光走査が画像表示部４４上で行われることにより、以下の効果が得られる。画像表示部４４上のある１画素内では、副走査方向の光走査が１周期する度、位相差付与手段４６を透過する位置がずれることになる。これにより、位相差付与手段４６を透過した光の位相分布パターンが副走査方向における１周期の時間内に変化する。この１画素内での光の位相分布パターンの変化は人間の目で判断できるスピード以上に設定するため、１画素内でのレーザ光は位相分布パターンが変化した光の重ね合わせとすることができる。つまり１画素内で形成されるスペックルパターンが平均化されるため、観察者には均一な光として認識され、スペックルの低減を実現することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る画像表示装置におけるその他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は省略する。本実施形態における２次元光走査手段４０及び位相差付与手段４６の概略図を図９に示す。本実施形態においては、位相差付与手段４６が２次元光走査手段４０のミラー部５０上に形成されている。

図９に示されるように、本実施形態における位相差付与手段４６は、透過型である前記第２の実施形態と異なり、反射型となっている。そのため、本実施形態においては、位相差付与手段４６に透明材料を用いる必要がない。従って、本実施形態における位相差付与手段４６の材料としては、特に制限されるものではなく、例えば金属等を用いることができる。

本実施形態においては、ミラー部５０で反射されたレーザ光（実線）の位相分布と、ミラー部５０ａで反射されたレーザ光（破線）の位相部分とが異なっている。これにより、異なる位相分布パターンの重ね合わせとなるため、スペックルノイズパターンの平均化が行われ、スペックルノイズを減少させることが可能になり、スペックルノイズを低減させた画像表示が可能となる。

本実施形態においては、２次元光走査手段４０の制作プロセスと、位相差付与手段４６の制作プロセスとを一体にすることができる。そのため、図１に示されるような画像表示装置に位相差付与手段４６を新たに追加するプロセスは必要なく、位相差付与手段４６の位置を調整する必要もない。これにより、さらなる低コスト化、小型化が実現することができる。

以下、本発明を実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明はここに例示される実施例に限定されるものではない。以下、実施例２とあるのは、本発明に含まれない参考例２とする。

（実施例１）
実施例１では、図６に示される画像表示装置について、図８に示される位相付与手段４６を適用したものを用いた。上記の説明に基づいたＭＥＭＳ設計例を以下に示す。
２次元光走査は、主走査方向には２０ｋＨｚでの正弦波による光走査が行われ、副走査方向には４００Ｈｚでの光走査を行う２軸のＭＥＭＳミラー構造とした。また主走査方向のＭＥＭＳミラーのビーム走査全角を３０°、副走査方向のビーム走査全角を１０°で設計を行った。

実施例１では、ＭＥＭＳミラーがミラー部５０の厚み方向に振動するときの厚み方向の振動を１５００Ｈｚ、厚み方向の振幅Δｚを２μｍで設計を行った。
上記ＭＥＭＳミラーを使用すると、画像表示部４４上の副走査方向の画素数５０画素とするとき、１画素分を副走査方向に走査する時間は約５０μｓｅｃであった。主走査方向のスキャンは片側２５μｓｅｃの時間であった。２５００μｓｅｃ後に同じ領域に重なり合うことになる。

このとき、Δｚはｄ／２ｓｉｎθに比べ大きく、主走査方向の振動数は副走査方向の振動数に比べて大きく、副走査方向の振動数は人間の目で判断できるスピード以上であった。また、副走査方向の振動数と厚み方向の振動数は非整数比の関係であった。厚み方向の振動によるレーザ光の変動量２Δｚｓｉｎθはビーム径に対して十分小さいため、ビーム形状に影響しない。

実施例１において、２次元光走査手段４０におけるミラー部５０は直径１ｍｍの円状のものを用い、最小線幅ｄは１μｍ、レーザ光源は赤、緑、青３色のＬＤを用い、それぞれの波長を６４０ｎｍ、５２０ｎｍ、４５０ｎｍ程度とした。

ＭＥＭＳミラーの厚み方向の振動は、ＭＥＭＳミラーの共振を利用して駆動させているため、ＭＥＭＳミラーの厚み方向の共振周波数と同じ周波数の駆動電圧を図２に示される蛇行状梁部５３のＡ及び／又はＢにわずかに加えることで振動が励起されていた。

ＭＥＭＳミラーによって反射されたレーザ光は、位相差付与手段４６を透過する。ランダムな位相分布パターンを形成するための位相差付与手段４６は、１０ｍｍ四方のものをＭＥＭＳミラーから１０ｍｍに設置した。これにより光路変更されたビームは、図８に示すように反射位置により位相分布パターンの変化した出射ビームとなった。

このようにして副走査方向の１周期ごとの各画素領域においては、位相分布パターンの異なったビームの重ね合わせをすることができ、これにより、スペックルノイズパターンの平均化が図られ、観察者の目には均一なビームとして認識された。

また、実施例１では、共振を利用した駆動方法により、高い駆動電圧を印加する必要がなかった。さらに、副走査の駆動電圧ののこぎり波に厚み方向の共振周波数を重畳させ厚み方向の振動を励振動できるため、配線を追加する必要はなかった。これにより、精密な位置調整や機械的に駆動する部分がないため、装置の小型化を図ることが可能である。

（実施例２）
実施例１において、図８に示される位相差付与手段４６を図９に示される位相差付与手段４６に変更した以外は、実施例１と同様の画像表示装置を用いた。図９に示されるように、位相差付与手段４６の位置を２次元光走査手段４０上に配置した。これにより、厚み方向の振動ごとに反射されるレーザ光の位相状態が変化し、位相分布パターンの異なったビームの重ね合わせをすることができ、スペックルノイズパターンの平均化が図られ、観察者の目には均一なビームとして認識された。

１１、１２、１３ 光源
２１、２２、２３ コリメートレンズ
３１、３２、３３ 反射面
４０ ２次元光走査手段
４１ 光源制御回路
４２ 光路合成手段
４３ ２次元光走査手段制御回路
４４ 画像表示部
４５ 集光レンズ
４６、４６ａ 位相差付与手段
５０、５０ａ ミラー
５１ 主走査梁部
５２ 主走査駆動圧電部材
５３ 蛇行状梁部
５４ 副走査駆動圧電部材
５５ 第１の枠部材
５６ 第２の枠部材

特開平６−２０８０８９号公報

Claims (9)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から射出されたレーザ光を走査する２次元光走査手段と、
   前記レーザ光が投影される画像表示部とを備え、
   前記２次元光走査手段は、前記レーザ光の伝搬方向を変化させるミラー部を有し、かつ、前記２次元光走査手段の平面における互いに直交する２軸を第１の軸及び第２の軸としたとき、前記第１の軸及び第２の軸の少なくとも一方を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記ミラー部の傾斜角を変化させるとともに、
   前記ミラー部は、前記ミラー部の厚み方向に振動し、
   前記２次元光走査手段と前記画像表示部との間に、前記レーザ光の伝搬方向と垂直な方向に対して、前記レーザ光に不規則な位相を付与する透過型の位相差付与手段を備え、
   前記位相差付与手段は、前記ミラー部の反射光にのみ前記不規則な位相を付与することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１の軸及び第２の軸のうち少なくとも一方を軸とする前記ミラー部の揺動は、前記２次元光走査手段における固有周波数と共振する共振駆動することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記位相差付与手段は、その面方向に互いに高さの異なる複数の段差部を有し、
   前記複数の段差部は、前記面方向において不規則に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記ミラー部に対する前記レーザ光の入射角をθ、前記複数の段差部における最小線幅をｄ、前記ミラー部の厚み方向における振幅をΔｚとしたとき、
   ｄ＜２Δｚｓｉｎθ
   の関係が成り立つことを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記位相差付与手段に対する前記レーザ光の入射位置の変動量を２Δｚｓｉｎθとしたとき、前記変動量は、前記画像表示部に投射される前記レーザ光のビーム径よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記画像表示部において、前記第１の軸を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記レーザ光を走査させるときの走査方向を主走査方向、前記第２の軸を軸として前記ミラー部を揺動させ、前記レーザ光を走査させるときの走査方向を副走査方向としたとき、
   前記主走査方向の走査速度は、前記副走査方向の走査速度よりも速く、
   前記ミラー部の厚み方向に対して前記ミラー部が振動する振動周波数と、前記第２の軸を軸とするミラーの揺動周波数とが非整数比であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記ミラー部の厚み方向に前記ミラー部を振動させる振動信号が、前記副走査方向の前記ミラー部の揺動信号に重畳され、
   前記振動信号の周波数が、前記２次元光走査手段の厚み方向の共振周波数に等しいことを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
8. 前記位相差付与手段は、前記ミラー部に接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像表示装置。
9. 前記光源が、互いに波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源からなり、
   前記画像表示装置は、前記複数のレーザ光源から射出されたレーザ光の光路を一つに合成する光路合成手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像表示装置。