JPWO2007026885A1 - レーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法 - Google Patents

Abstract

レーザ画像形成装置は、画像変調を行う２次元変調素子を有するとともに、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有し、特に視感度の高い光源色である緑色（Ｇ），黄緑色（Ｙ）のレーザ光を同時に出射させることにより、視感度が高い波長域のスペックルノイズがなく、また各色のレーザ出力を独立に制御することにより従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を表示することができる。特に２次元変調素子とレーザ光出力とを同期させて変調させることにより、様々な映像表現が可能となる。

Description

本発明は、レーザ光源からの光を変調して画像を表示するレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法に関するものである。

画像形成装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクションディスプレイが普及している。プロジェクションディスプレイには一般にランプ光源が用いられているが、ランプ光源は、寿命が短く、光利用効率が低いとともに、色再現領域が制限されるという問題点がある。

これらの問題を解決するため、画像形成装置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。レーザ光源は、ランプに比べて寿命が長く、指向性が強いため光利用効率を高めやすい。また、レーザ光源は単色性を示すため、色表示領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。

レーザ画像形成装置の概略図を図１２に示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから出射された光は、変調素子７１を照明する照明光学系２に導かれる。照明光学系２は、スペックル除去手段３、光インテグレータ４、投影光学系６を含み、レーザ光源の光を変調素子７１の有効面と同一形状に成形するとともに、光強度分布をほぼ均一化し、変調素子７１を照明する。各色の変調素子で画像が変調された後、光はダイクロイックプリズム９で合波され、投射光学系８によりスクリーン１０にカラー画像が拡大投射される。スペックル除去手段３は回転レンチキュラーレンズなどからなり、時間的にレーザ光の角度などを変化させ、レーザ光の干渉によるスペックルノイズを除去している。

上記のように、レーザ光源を用いたディスプレイ（以下、レーザディスプレイと称す）では、レーザの干渉性が高いことから生じるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズとは、レーザ光がスクリーンで散乱される際、散乱光同士が干渉するために観察者の目で捉えられる微細な粒状のノイズである。スペックルノイズは、観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズとなり、観察者がスクリーンの画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。特に人の視感度が高い緑および黄緑の波長のレーザによるスペックルノイズは、画像劣化に対し最も影響が大きい。

これまで、スペックルノイズの低減については、例えば、偏向器によって空間変調器におけるフレーム周波数よりも高い周波数で光を偏向して空間変調器に照射することによりスペックルノイズを低減する等の提案がなされていた（例えば特許文献１）。

また、ＲＧＢの発光素子を用いたレーザ画像形成装置において、ＲＧＢの発光素子アレイを用い単一変調素子を時分割して用いる提案がある（例えば、特許文献２）。
特開平１０−２９３２６８号公報 特開平２００１−２４９４００号公報

これまでレーザディスプレイにおいて、スペックルノイズを低減する手法の提案はあるが、特に視聴者に最も影響を与える、視感度の高い波長域のスペックルノイズの低減に関する提案はほとんどない。

本発明は、レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置において、視感度が高い波長域のスペックルノイズを低減するとともに、従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光源の中心波長が、４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に係るレーザ画像形成装置は、請求項２記載のレーザ画像形成装置において、前記ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に係るレーザ画像形成装置は、請求項３記載のレーザ画像形成装置において、前記ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差が、２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に係るレーザ画像形成装置は、請求項２記載のレーザ画像形成装置において、前記４色ＢＧＹＲのレーザ光源のうち、前記ＧとＹの中心波長が、Ｇ：４８０〜５２０ｎｍ、Ｙ：５２０〜５６０ｎｍであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に係るレーザ画像形成装置は、請求項２記載のレーザ画像形成装置において、前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域は、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からレーザ光を出射することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号を、４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光の変調を、各色独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に係るレーザ画像形成装置は、請求項８記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号、及び／または視聴環境に応じて、各色のレーザ光源の出射パワー変調を独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に係るレーザ画像形成装置は、請求項１または８記載のレーザ画像形成装置において、該レーザ画像形成装置は、前記２次元変調素子を１つとし、該１つの２次元変調素子を、前記４色以上の各レーザ光源よりのレーザ光に対し前記２次元変調素子の画像変調を時間分割して用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に係るレーザ画像形成装置は、請求項１０記載のレーザ画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に係るレーザ画像形成装置は、請求項１０記載のレーザ画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするレーザ光源モニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に係るレーザ画像形成装置は、請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光強度の変調信号とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１４に係るレーザ画像形成装置は、請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光出射時間の変調信号とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１５に係るレーザ画像形成装置は、請求項１４記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光出射時間を、前記入力画像信号に応じて、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１６に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色以上のレーザ光源は、複数色のレーザ光源が前記２次元変調素子に対して同時にレーザ光を出射する時間を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１７に係るレーザ画像形成装置は、請求項１６記載のレーザ画像形成装置において、前記複数色のレーザ光源のそれぞれは、前記２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、前記２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間におけるその出射パワー変調とを、独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１８に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、色度座標における色表示範囲を視聴環境に応じて制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１９に係るレーザ画像形成装置は、請求項１８記載のレーザ画像形成装置において、前記色表示範囲は、入力画像信号基準色度範囲よりも広く、かつ入力画像信号基準色度に準ずる範囲、あるいは色再現可能範囲に準ずる範囲であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２０に係るレーザ画像形成装置は、請求項９または１７記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光源の出射パワー変調に伴い、レーザ冷却温度を制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２１に係るカラー画像形成方法は、４色以上のレーザ光源と、画像変調を行う１つまたは複数の２次元変調素子とを用いて画像形成するカラー画像形成方法であって、入力画像信号に応じて、前記１つまたは複数の２次元画像変調素子による画像変調と、前記４色以上のレーザ光源のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行なうことを特徴とするものである。

本発明のレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法によれば、レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置において、ノイズがなくコントラストが大きな映像を表示することができる効果がある。

すなわち、本発明のレーザ画像形成装置によれば、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いるようにしたので、スペックルノイズがなく、また従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、４色のレーザ光源をＢＧＹＲとし、ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差を２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下としたので、視感度の高い波長域のスペックルノイズを削減するとともに、色ムラのない画像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域は、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からレーザ光を出射するようにしたので、視感度の高いレーザ光源色を混合させて表示し、スペックルノイズを低減することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光出力変調を各色独立に制御するようにしたので、コントラストが大きな映像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザモニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて、変調するようにしたので、画像の明るさや色が変化した場合の補償をすることができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、レーザ光出射時間を、入力画像信号に応じて、２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調するようにしたので、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現が可能となる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、複数色のレーザ光源のそれぞれは、２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを、独立に制御するようにしたので、単色で出射しているときのパワーはもとのまま、色温度を調整することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、色度座標における色表示範囲を視聴環境に応じて制御するようにしたので、視聴環境の変化によるコントラストの低下を抑えることができる効果がある。

図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ画像形成装置の概略図である。 図２は、本発明の実施の形態の色表示範囲を表す色度図である。 図３は、本発明の実施の形態１の画像形成方法を表すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２の画像形成方法を表すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のレーザ光出射タイミングを表す図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置において、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御した場合のレーザ光出射タイミングを表す図である。 図７は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置の概略図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置におけるＧとＹのレーザ光出力を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置においてレーザ光の出射時間を変調した例を表す図である。 図１０は、本発明のレーザ画像形成装置におけるレーザ光出射時間制御を表す図である。 図１１は、本発明のレーザ画像形成装置における色表示範囲を表す色度図である。 図１２は、従来のレーザ画像形成装置の概略図である。

（符号の説明）
１００、２００ レーザ画像形成装置
１０１Ｂ 青色レーザ光源
１０１Ｇ 緑色レーザ光源
１０１Ｙ 黄緑色レーザ光源
１０１Ｒ 赤色レーザ光源
１０２ 照明光学系
１０３、１０３１〜１０３３ スペックルノイズ除去手段
１０４、１０４１〜１０４３ 光インテグレータ
１０６、１０６１〜１０６３ 投影光学系
１０７、１０７１〜１０７３ ２次元変調素子
１０８ 投射光学系
１０９ ダイクロイックプリズム
１０ スクリーン
１２１ ダイクロイックミラー
１２２ レンズ
１０６１ａ、１０６３ａ ミラー
１０６１ｂ、１０６２、１０６３ｂ フィールドレンズ
３００ レーザ画像形成装置
１Ｒ 赤色レーザ光源
１Ｇ 緑色レーザ光源
１Ｂ 青色レーザ光源
２ 照明光学系
３ スペックル除去手段
４ 光インテグレータ
６ 投影光学系
６１ ミラー
６２ フィールドレンズ
７１ ２次元変調素子
８ 投射光学系
９ ダイクロイックプリズム
１０ スクリーン

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）
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ画像形成装置１００の概略図である。図１は複数のレーザ光源、及び単一の変調素子を用いたプロジェクションディスプレイ（レーザディスプレイ）である。

図１において、本実施の形態１に係るレーザ画像形成装置１００は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、赤色（Ｒ）の４色のレーザ光源（１０１Ｂ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｒ）と、画像の変調を行なう変調素子１０７と、変調素子１０７を照明する照明光学系１０２と、スクリーン１０上に２次元画像を投射する投射光学系１０８とを有している。各色のレーザ光源（１０１Ｂ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｒ）を出射した光は、変調素子１０７を照明する照明光学系１０２に導かれる。照明光学系１０２は、スペックルノイズ除去手段１０３、光インテグレータ１０４、投影光学系１０６を含み、レーザ光源の光を変調素子１０７の有効面と同一形状に成形するとともに、光強度分布をほぼ均一化し、変調素子１０７を照明する。実施の形態１では、４色の光に対しそれぞれ１つの変調素子１０７及び光インテグレータ１０４を用いており、ダイクロイックミラー１２１により４色を合波した後、合波した光は光インテグレータ１０４と変調素子１０７に導かれる。なお４色を合波するためには、レーザ光の偏光方向を違えて、偏光プリズムなどを用いて合波することもできる。また特に合波せずとも、各色のレーザ光が、光インテグレータ１０４に入射できるように光路設計がなされていればよい。

４色のレーザ光は、順次に出射され、１つの変調素子１０７を時間分割して使用し、スクリーン上で時間平均的加法混色することでカラー画像を表示する。レーザ光の順次出射とは常時１色ずつ出射してもよいし、複数色のレーザ光源から同時にレーザ光が出射している時間を組み合わせても良い。

実施の形態１の変調素子１０７は、２次元変調素子であり、切替周波数が数百Ｈｚ以上の素子が用いられ、具体的にはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）からなる反射型２次元変調素子を用いており、投射光学系１０８によりスクリーン１０上に２次元画像が拡大投射され、視聴者は鮮やかな画像をみることができる。

上記したように、本実施の形態１におけるレーザ画像形成装置では、１つの変調素子１０７を時間分割して使用しているが、各色にそれぞれ対応する複数の変調素子を用いているレーザ画像形成装置に対し、１つの変調素子をＲＧＹＢ４色のレーザ光源で時分割して用いる場合、各レーザ光源のレーザ出射時間が短いため、同じ白色輝度を得るためにはレーザ光源の出射ピークパワーが４倍必要となる。レーザ光源の高出射ピークパワーを得るには、各色におけるレーザ光源個数およびレーザ光源１つあたりの出射ピークパワー増加が必要となり、コストおよび信頼性が問題となる。本発明では、複数色のレーザ光源から同時にレーザ光が出射する時間を有することにより、出射ピークパワーを抑えることができる。例えば、ＲＧＹＢ単独で出射して白色輝度を得るのに対し、同じ白色輝度を得るピークパワーを７５％に抑えることができ、光源コストを抑え、信頼性を得ることができる。

ランプやＬＥＤなどの光源では、複数色を同時に利用する場合、明るさは確保されるが、加法混色により色コントラストが低下し、十分な色再現ができないという問題がある。特に色度座標で示される色再現範囲のＲＧＢの三角形の頂点付近の明度が高い色が再現できなくなる。しかしながら本発明では、単色性を有するレーザ光源を用いることにより、彩度が高いＲＧＹＢの色についても明るく表示することができ、十分な色再現範囲を確保することができる。レーザ光源は単色性があるため、色純度が極めて高く、これまでのディスプレイよりも彩度の高い色を表示できる。画像信号の範囲の色や日常よく目にする範囲の色は、レーザ光源を用いた場合、レーザ光源色を混色した色（ＲＧＢ三角形の内側）となるため、複数色の同時出射による混合色を用いながら、十分に色再現することが可能となる。

本発明のレーザ画像形成装置は、画像変調を行う変調素子を有し、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有することを特徴としている。レーザ光の干渉によるスペックルノイズは、視聴者に対し、光強度分布の細かな揺らぎとなるが、中心波長の異なるレーザ光から生じるスペックルパターンは異なり、異なるパターンを視聴者が同時に知覚すると、揺らぎの平均化が生じ、総光強度に対する揺らぎ量は低減する。異なるパターンの知覚は、時間的に全く同じでなくとも、視聴者が区別できない時間内に異なるパターンが視聴者に届けば、パターンが重なって知覚されるため、揺らぎ量（スペックルノイズ）は低減することとなる。一般的なレーザ画像形成装置では、ＲＧＢの３色よりなるが、本発明では４色用いるために、パターン数が増えスペックルノイズが低減される。

本発明のレーザ光源の中心波長は、４３０〜４７５ｎｍである青色（Ｂ）、４８０〜５６０ｎｍである緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）、６１０〜６８０ｎｍである赤色（Ｒ）、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を少なくとも有することが好ましい。

本実施の形態１におけるレーザ画像形成装置では、その特徴である色表示範囲の大きさと明るさとを有するものとするのが好ましい。このため青色（Ｂ）のレーザ光の中心波長は、視感度がありかつＣＩＥ色度座標ｙ値が小さい４３０〜４７５ｎｍが好ましく、赤色（Ｒ）レーザ光の中心波長は、視感度がありかつ色度座標ｘ値が大きい６１０〜６８０ｎｍが好ましい。緑色（Ｇ）レーザと黄緑色（Ｙ）レーザ光の中心波長は、視感度が高いとともに、色度座標上いずれかのｙ値を高く、いずれかのｘ値を低くすることにより、明るさと色表示範囲の大きさとを得ることができる。このため、ＧとＹの中心波長は４８０〜５６０ｎｍであることが好ましい。４色のレーザ光を用いることにより、色表示範囲は色度図上で、３色の場合の３角形から４角形へと広がり、色の自由度が増し、色鮮やかな表示が可能となる。

本実施の形態１では、Ｂに中心波長４５５ｎｍの半導体レーザ、Ｇに中心波長４９０ｎｍの波長変換レーザ、Ｙに中心波長５４０ｎｍの波長変換レーザ、Ｒに中心波長６３５ｎｍの半導体レーザを用いている。このときの本実施の形態１の色表示範囲（太い実線）を、あらわすＣＩＥ色度図を図２（ａ）に示す。図２（ａ）には、比較のため従来のＣＲＴで表示可能範囲であるｓＲＧＢ規格範囲（細い実線）も図示している。実施の形態１では、非常に広い範囲の色再現が可能となっていることがわかる。画像信号に準じた色を表示する場合、ｓＲＧＢ規格の色再現範囲を表示できればよい。本実施の形態１において、ｓＲＧＢの色再現範囲は、ＲＧＹＢ四角形あるいは図２（ｂ）に示すように△ＢＹＲ（一点鎖線）の内側であるため、常にレーザ光源のＲＧＹＢ４色あるいはＢＹＲ３色を混色した色を表示することとなる。これにより、レーザの単色性と広い色表示範囲により、複数色のレーザ光を同時出射した混合色を併用しても、色再現することができる。なお十分な色再現範囲を確保するためには、レーザ光源を用いた場合においても、複数色を同時に出射する時間を単色発射の時間よりも長くならないようにすることが好ましい。

また、レーザ光源は単色性を示すため、単色（ＲＧＹＢ四角形の頂点の色）を表示するとき、色の彩度が極めて高く、画像の観察者には相対的に明るく感じてしまう。これを補うためにＲＧＹＢ四角形の頂点付近の色は相対的に明るさを抑えて表示することが必要となる。本実施の形態１においては、複数色のレーザ光を同時出射する時間を有することにより、単色の明るさを抑えることができ、バランスのとられた色表示が可能となる。

スペックルノイズは、光強度揺らぎが視感される明るさ揺らぎとなるため、視感度が高い波長において、強く知覚される。このためＧとＹのレーザ光は、４８０〜５６０ｎｍの視感度が高い波長域であることが好ましく、他の波長域で２色化する場合よりもスペックルノイズの低減効果が特に大きい。また、ＧとＹのレーザ光の中心波長が４８０〜５６０ｎｍの範囲外の２色である場合、４８０ｎｍよりも短波長であるレーザ光は青色と知覚され、５６０ｎｍよりも長波長であれば黄色と知覚される。このときの２色は反対色相であるため、スペックルノイズは明るさ揺らぎ以外に色ムラと認識される。このため、たとえスペックルパターンが異なり明るさ揺らぎが低減しても、色ムラとして認識されると、ノイズ低減効果はなくなる。このため、ＧとＹの中心波長は４８０〜５６０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

またスペックルノイズの低減効果を得るためには、ＧとＹのスペックルパターンの相関がなくなるように、中心波長が２ｎｍ以上異なることが好ましい。またＧとＹの中心波長の差が大きいと反対色相でなくとも色ムラとして知覚されるため、中心波長の差は６０ｎｍ以下であることが好ましい。４８０〜５６０ｎｍの範囲内で、６０ｎｍ以下の中心波長の差であれば、これらのスペックルパターンは人間の目の解像度付近の粒が混在する略混色状態となるため、色ムラと認識されない。

本実施の形態１の画像形成装置１００において、ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザであることが好ましい。波長変換レーザとは、基本波レーザ光の波長変換を行ったレーザである。波長変換には、波長が１／２となる２倍波、１／３となる３倍波、また２つの基本波を用いる和周波や差周波がある。基本波レーザ光は、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザを用いることができ、波長変換レーザは、非常に幅広い波長の設計ができる。ＧとＹのレーザ光には、色および明るさの設計のため、自由な波長選択ができる波長変換レーザを用いることが好ましい。なお他の色のレーザ光源には、レーザ発振を用いた光源全般を用いることができ、半導体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、固体レーザなどを用いることができる。

また、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）の中心波長は、Ｇが４８０〜５２０ｎｍ、Ｙが５２０〜５６０ｎｍであることが好ましい。人の知覚する色範囲は、図２（ａ）の色度図上の単色光源スペクトルの示す馬蹄形（破線）内であるため、４色を選択するとき、できるだけ馬蹄形の広範囲を占める四角形となる色表示範囲とすることが求められる。したがって、Ｇの中心波長を４８０〜５２０ｎｍ、Ｙの中心波長を５２０〜５６０ｎｍとすることで、レーザ光の単色性と４色を用いた広い色表示範囲を得ることができ、視聴者にこれまでにない色鮮やかな映像を届けることができる。

４色以上の波長の異なるレーザ光を用いるレーザ画像形成装置では、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号をレーザ光の色数の出力を制御する出力画像制御信号に変換し、出力画像制御信号に応じて各色を制御することが好ましい。具体的には、入力画像信号が３色に対応するものであっても、４色以上の各色信号に対応する出力画像制御信号に拡張変換する。各色にそれぞれ階調を与えて変調することにより、３色による制御よりも色表示範囲を広げて制御することができ、色鮮やかな映像を作成することができる。また、本実施の形態１のレーザ画像形成装置において、輝度の高い混合色の入力画像信号を出力画像制御信号に変換するとき、視感度の高いレーザ光源色を混合するように変換することが好ましい。具体的には、実施の形態１において、Ｗｈｉｔｅを表示する場合、ＢＧＲもしくはＢＹＲの３色のみを用いても表示できるが、ＢＧＹＲの全てを用いて表示するように変換する。すなわち、同じ色を表示する場合であっても、視感度の高いレーザ光源色を混合することによって、スクリーンで生じるスペックルパターン数を増やし、スペックルノイズを低減することができる。更に好ましくは、出力画像制御信号に変換する際、視感度の高い各レーザ光源色は、それらができるだけ同じ明るさとなるようにする。例えば、Ｗｈｉｔｅを表示するとき、ＧとＹの輝度がスクリーン上でほぼ同じになるように変換する。

実施の形態１では、図２（ｂ）で示すようにｓＲＧＢ（細い実線）の範囲内の色は、△ＢＹＲ（一点鎖線）に含まれており、Ｇを出力させずともｓＲＧＢの範囲内の色を表示することができる。ここで、図２（ａ）で示すように、四角の太い実線は本実施の形態１の色表示範囲である。しかし本発明では、スペックルノイズを低減するため、ＢＹＲの３色のみでも表示可能な場合でも、Ｇを加えて、４色で表示するように、映像信号の出力を４色へと変換する。また、これと同様に、ＢＧＲの３色のみで表示可能な場合もＹを加えて４色で表示するようにする。こうして、Ｙが表示されるときはＧも、Ｇが表示されるときはＹも同時に表示させるようにすることで、視感度の高いレーザ光源色を混合させて表示し、スペックルノイズを低減させることができる。このように、ＧとＹの両方を用いて表示することができる色再現域は、ＧとＹの両方の出力が表示されるようにすることが好ましい。特に、明るい画像（Ｗｈｉｔｅなどの表示）では、スクリーンで表示されている画素の各色の輝度成分がＧとＹでほぼ同じになるように、４色の表示信号に変換されることが好ましい。

ＧとＹの表示される輝度がほぼ同じとき、スペックルノイズの低減効果が最も大きくなる。ここで、ほぼ同じ輝度とは、一方に対し、２／３〜３／２の輝度値である。また明るい画像の画素信号とは、入力信号の輝度値が、最大輝度となる入力信号の０．８倍以上のときである。

レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置には、スクリーン上でレーザ光を１画素ずつ走査させる手法も提案されているが、本発明では２次元もしくは１次元の変調素子で変調した画像をスクリーンに投影する。レーザ光を１画素ずつ走査する場合、収束ビームを用いるためパワー密度が高くなり、高出力（明るい）画像を形成するとき、非常に制御が難しくなる。これに対し、変調素子上で２次元もしくは１次元に広げたビームを用いる場合、容易に高出力のレーザ光を用いることができ、視聴者に明るい映像を届けることができる。また特に２次元変調素子を用いた場合、１次元よりもパワー密度を下げることが可能となり、更に制御が容易になる。２次元変調素子には、２次元アレイのマイクロミラーを用いた素子や２次元アレイ液晶素子などを用いることができる。

図３は実施の形態１のレーザ画像形成装置のカラー画像形成方法を示すフローチャートである。
まず、入力画像信号を４色（ＢＧＹＲ）の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換する。そして、この出力画像制御信号に応じて、２次元変調素子を変調するとともに、レーザ光の出射出力の変調をＢ、Ｇ、Ｙ、Ｒ各色独立に制御する。本実施の形態１のレーザ画像形成装置では、１つの２次元変調素子を４色のレーザ光源に対して用いており、各色のレーザ光出射タイミングと２次元変調素子における各色の画像変調タイミングとが同期をとって制御され、各レーザ光源から順次に別の色のレーザ光が出射されるとともに、２次元変調素子も順次に各色の画像変調を行い、カラー画像を形成する。

実施の形態１のレーザ画像形成装置においては、レーザ光の出射光強度を画像信号によりフレーム毎に各色独立で変化させている。出力画像は、レーザ出射光強度と変調素子による変調を掛け合わせた階調の映像表現が可能となる。例えば、変調素子が２５６階調制御、レーザ光強度を最小値から最大値まで１６階調制御するとすれば、１フレームは４色２５６階調の表現ができるとともに、シーケンスとしては、４色２５６×１６（４０９６）階調の映像表現ができる。またレーザ光強度制御幅（最大値／最小値）が１０００あるとともに、変調素子によるコントラスト性能が１０００：１であれば、シーケンスのコントラストは１００００００：１となり、豊かな映像表現が可能となる。

本発明のレーザ画像形成装置は、２次元変調素子を有し、レーザ光源の光出力変調を各色独立に制御することを特徴としている。２次元変調素子で画像変調を行うとともに、各色独立に制御することにより、前記したようにシーケンスの色表現を豊かにすることができるとともに、各色のレーザ光出射強度制御幅を広くすることにより、非常に高いコントラストの映像を得ることができる。またレーザ光源の光出力制御は、映像全体の色調整などのため、視聴環境などに合わせて調整することもできるし、画像信号により光出力階調を与えることもできる。本発明では各色のレーザ光出力変調を独立に制御し、２次元変調素子で画像変調を行うことで、より細かな調整を行なうことができ、コントラストの広がった映像を提供できる。本発明のレーザ画像形成装置はレーザ光源を用いているため、光源への電流電圧制御により、高速でかつ線形の出力制御を行うことができ、映像としてはフレーム毎の高速変調やダイナミックレンジの広い制御ができる。

また、本発明のレーザ画像形成装置では、レーザ光源の出射パワー変調を各色独立で制御することにより、画像に応じて各レーザ光源のレーザ光出力を抑えて出力することができ、光出力にかかわる電力の省電力化が可能となる。またレーザ光出力を抑えて使用することで、レーザ光源の高寿命化も可能とする。また変調素子と同期させて、画像変調を行うことにより、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現が可能とすることができる。

また、本実施の形態１において、レーザ光源出射パワー変調の各色独立した制御は、入力画像信号及び／または視聴環境に応じて行うことが好ましい。入力画像信号に応じてレーザ光源の出射パワーを変調することにより、前記したように階調数とコントラストの増加、また省電力が可能となる。本発明ではレーザ光源を用いているため、高周波数のパワー変調が可能であり、ランプ型などでは対応できなかった１フレーム毎および１フレーム内のパワー変調を行うことができる。

また出射パワーを視聴環境に応じて各色独立に変化させることにより、視聴環境が変化しても色変化を補償して表示することができる。本発明では、単色の明るさの他、複数色同時出射時の混合色を制御することができるため、視聴環境が変化しても色変化を幅広く補償することができる。なお視聴環境が暗い状況などで、表示する明るさを抑える場合も出射パワーを抑えることで、省電力を兼ねながら色変化の補償を制御することもできる。

また、本実施の形態１では、４色のレーザ光源に対し、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子をもち、レーザ光を順次出射することにより、２次元変調素子を時間分割して用い、画像変調を行っている。複数の色のレーザ光源を用いる場合、各色に対し光学部品と変調素子を用意すれば、大型化および高コスト化してしまう。本発明では、複数の色のレーザ光源に対し、レーザ光を順次発射し、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子のみを用いることが好ましく、光学部品および変調素子を共通化することで、光学系の小型化と低コスト化が可能となる。

また、本実施の形態１のレーザ画像形成装置において、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号から変換された出力画像制御信号は、各色の２次元変調素子の変調を行うための信号と、各色のレーザ光強度の変調を行うための信号とを含む。かかる構成によれば、２次元変調素子変調とレーザ光強度変調が組み合わされた変調を行うことができ、豊かな色表現と大きなコントラストを有する出力画像を得ることができる。

また、本実施の形態１のカラー画像形成方法は、入力画像信号に応じて、２次元変調素子による画像変調と４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行うことを特徴としている。かかる方法とすることで、色表示範囲が広く、鮮やかでかつ大きなコントラストのカラー画像を得ることができる。

また、本発明のレーザ画像形成装置は、４色レーザ光源を用いる他にスペックルノイズ除去手段を具備することが好ましい。スペックル除去手段を具備することで、より効率的に視聴者に届くスペックルノイズの除去ができる。実施の形態１では、ビームの偏向角を時間変化させる素子（具体的には回転するレンチキュラーレンズ）が具備されている。スペックルノイズ除去手段としては、２次元変調素子に照明する偏向角を時間的に変化させる手段やレーザ光のスペクトル幅および光源面積を広げる手段を用いればよい。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子を有するレーザ画像形成装置において、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、青色（Ｂ）の中心波長の異なる４色のレーザ光源（１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｂ）を用いるようにし、特に、視感度の高いレーザ光源色であるＧとＹのレーザ光を同時に出射させて表示することができるため、視感度の高い波長域のスペックルノイズを低減することができる。

また、ＧとＹのレーザ光源（１０１Ｇ、１０１Ｙ）の中心波長の差を２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下としたので、視感度の高い波長域のスペックルノイズを削減するとともに、色ムラのない画像を表示することができる。

また、ＧとＹの両方を用いて表示することができる色再現域は、ＧとＹの両方の出力が表示されるようにすることにより、視感度の高い波長域のスペックルノイズを低減することができる。

また、レーザ光源の光出力変調を各色独立に制御するようにしたので、画像に応じてより細かな調整を行なうことができ、コントラストの広がった映像を提供することができる。

また、入力画像信号に応じて、単数の２次元変調素子１０７による画像変調と、４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行うようにしたので、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現を可能とすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態１のレーザ画像形成装置において、各レーザ光源から画像変調を行う際の２次元変調素子の各色における変調時間である分割時間を変調させるようにしたものである。

図４は、実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のカラー画像形成方法のフローチャートを示す図である。本実施の形態２に係るレーザ画像形成装置の構成は実施の形態１におけるレーザ画像形成装置１００と同様であるので説明を省略する。

実施の形態２に係るレーザ画像形成装置では、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号に応じて、２次元変調素子の各色の変調動作に対する分割時間を変調する。具体的には、例えば、１フレーム１／６０ｓｅｃとしたとき、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、赤色（Ｒ）の各分割時間が、あるフレームＡでは（Ｂ、Ｇ、Ｙ、Ｒ）（単位ｓｅｃ）が（１／２４０、１／２４０、１／２４０、１／２４０）であり、別のフレームＢでは（１／４８０、１／４８０、１／２４０、１／１２０）となるように制御される。同時にレーザ光出力変調では、レーザ光出射時間が２次元変調素子の画像変調の各分割時間内に収まるように変調され、同時にレーザ光強度も各色独立に変調される。

本実施の形態２のレーザ画像形成装置では、入力画像信号に応じて２次元変調素子の各色のレーザ光源への分割時間を変調することが好ましい。分割時間を変調することにより、１フレーム毎に各色の階調数を変化させることができ、必要な色の階調数のみを広げることができる。例えば夕焼けのシーンでは、赤色（Ｒ）の分割時間を多くし、赤の階調数を増やし赤色の表現を細かくすることができる。

また、入力画像信号から変換された出力画像制御信号は実施の形態１と同様、２次元変調素子の変調を行うための信号とともにレーザ光出射時間を変調するための信号を含むことが好ましい。レーザ光出射時間変調を行うことで、一定強度であってもレーザ光出力変調を行うことができる。より好ましくは、レーザ光出射時間を、２次元変調素子の画像変調の各分割時間と同期変調させる。かかる構成によれば、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を無駄なく使用することができる。

図５は、本実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のレーザ出射パターン構成の別の例を示す。
例えば、入力画像信号が暗いシーン場合は、図５（ａ）のように各色を順次出射すると共に、全色の出力を低くした期間ｋを設け、また、入力画像信号が明るいシーンの場合は、図５（ｂ）のように複数色（図では４色）が同時に出射し、混色した色のパターンを出射させる期間ｗを設けるようにする。混色した色であるＷ（Ｗｈｉｔｅ）のパターンが出射されている期間は、変調素子もＷに応じた画像の変調を行う。このとき入力画像信号は、Ｒ、Ｇ、Ｙ、Ｂ、Ｗの５色対応へと変換して、それぞれの色の画像を形成する。複数色が出射されている期間ｗの表示パターンは、画素の明るさに対応するように信号を変換する。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様、複数色を出射する期間に少なくともＧとＹの２色を同時に出射させることが好ましい。明るい画像信号が表示される画素に対し、複数色出射期間のＧとＹの２色の出力を確実に加えることができ、スペックルノイズの顕著な明るい画像信号が表示される画素を効率よくＧとＹの２色の出力を合わせた表示とし、スペックルノイズを低減させる。

また、本実施の形態２では、反対の色相に近い、ＲとＧおよびＹとＢの組み合わせが続けて出射されることが好ましく、これにより順次出射による色のぶれが緩和される。また図６のように、ＧとＹを続けて出射することは、スペックルノイズの低減効果が得やすくなり、好ましい形態である。具体的には、図５（ａ）のようにＲ→Ｇ→Ｙ→Ｂ→・・・、もしくは、Ｂ→Ｙ→Ｇ→Ｒ→・・・ とすることが好ましい。また、前記出射順の間に複数色出射もしくは出力を落す期間を設けてもよい。

また、本実施の形態２において、変調素子及びレーザ光源は、複数色を同時に出射している混合色に対しても、同期をとり変調を行っているため、各レーザ光源において、他のレーザ光源に同時に出射されているときの出射パワー変調を単色出射時の変調と独立に制御することで、単色のパワー変調を行いながら、同時出射している出射パワー比（混合比）を制御することができる。

図６は、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御した場合のレーザ光出射タイミングを表す図であり、画像の色温度を４色同時出射しているＷｈｉｔｅで調整している例である。

図６では、Ｒｅｄの割合を落とし、色温度をあげた画像としている。本発明では、複数色を同時に出射しているパワーの混合比を変化させることで、色温度など視聴環境および視聴者の好みによる変化に対応することができる。図６の例では、４色同時に出射する出射パワー比のみを変化させることで、ＲＧＹＢ単色で出射しているときのパワーはもとのまま、色温度を調整することができる。なお、本実施の形態２では、Ｗｈｉｔｅを表示する場合に出射パワー比を変化させる例について説明したが、Ｗｈｉｔｅ以外の複数色を出射する場合も同様に、視聴環境および視聴者の好みによりパワー混合比を制御することができる。

以上のような、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置は、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子を有するレーザ画像形成装置において、２次元変調素子を、その画像変調を時間分割して複数の色のレーザ光源に対し用いるようにし、該時間分割された２次元変調素子の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調するようにしたので、１フレーム毎に各色の階調数を変化させることができ、必要な色の階調数のみを広げることができる。

また、Ｗｈｉｔｅなどの明るい画像信号が表示される画素に対し、ＧとＹを含む４色のレーザ光源を用いて表示することにより、スペックルノイズの顕著な明るい画像信号が表示される画素を効率よくＧとＹの２色を合わせた表示とし、スペックルノイズを低減させることができる。

また、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御するようにしたので、単色で出射しているときはもとのまま、色温度を調整することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置は、それぞれ３つの光インテグレータ及び２次元変調素子を用いるレーザ画像形成装置において４色のレーザ光源を用いるものである。

図７は本発明の実施の形態３におけるレーザ画像形成装置２００の概略図である。図７において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。

実施の形態３に係るレーザ画像形成装置２００は、それぞれ３つの光インテグレータ１０４１〜１０４３及び２次元変調素子１０７１〜１０７３と、４色のレーザ光源（１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｂ）を有する。実施の形態３では、緑色レーザ光源１０１Ｇと黄緑色レーザ光源１０１Ｙが組となり、１組の光インテグレータ１０４２及び２次元変調素子１０７２を共有している。２次元画像変調素子１０７１〜１０７３は、透過型２次元変調素子であり、具体的には液晶素子アレイと偏光子が組み合わされた構成からなる。青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）は、それぞれ１組の光インテグレータ１０４１、１０４３及び２次元変調素子１０７１、１０７３を有し、４色のレーザ光はスクリーン上に積分的加法混色され、視聴者は鮮やかな画像をみることができる。

照明光学系１０２は、スペックル除去手段１０３１〜１０３３、光インテグレータ１０４１〜１０４３、投影光学系１０６１〜１０６３を含み、レーザ光源の光を整形・均一化し、２次元変調素子１０７１〜１０７３を照明する。実施の形態３では、３つの２次元変調素子１０７１〜１０７３からの光をダイクロイックプリズム１０９により合波し、合波した光は投射光学系１０８により、スクリーン１０にカラー画像が拡大投射される。

実施の形態３では、１０１Ｂに中心波長４５５ｎｍの半導体レーザ、１０１Ｇに中心波長５１５ｎｍの波長変換レーザ、１０１Ｙに５３２ｎｍの波長変換レーザ、１０１Ｒに中心波長６３５ｎｍの半導体レーザを用いている。実施の形態３の色表示範囲を図２（ａ）に示す。本実施の形態３においては、実施の形態１の色表示範囲（図２（ａ）に示す太い実線）と同様に、ｓＲＧＢ規格範囲（細い実線）よりも非常に広い範囲（二点鎖線）の色表示ができる。また、実施の形態１と同様、ＧとＹのレーザ光原色を重ねることにより、スペックルノイズの低減ができる。

また、本実施の形態３において、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）の画像変調は、２次元変調素子１０７２を共有し、例えば、以下のａ）、ｂ）の第１、第２の変調方法を用いる。なお、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号は、実施の形態１と同様、４色の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換されている。

ａ）第１の変調方法

２次元変調素子の画像変調パターンが、ＧとＹに対し同じパターンとなっており、ＧとＹの合計のレーザ光出力に対し、一つの画像変調パターンを与える。

図８にＧとＹのレーザ光出力の例を示す。図８では、一つの画像変調パターンの期間中に、ＧとＹの合計光が変調素子を照明している。

まず、図８（ａ）は、１つの画像変調パターンを照明するＧとＹの出力及び比率の制御をレーザ出射パワーの比率で制御した例を示す図である。図８（ａ）の例は、GとYのレーザ出射パワー比率および出力が画像変調パターン毎に変化しており、画像信号や表示モードなどにあわせて、変調素子を照明する出力と色を変化させることで、広範囲の色表示と高コントラスト・多階調を可能とする好ましい変調方法である。明るい画像信号に対しては、ＧとＹの出力が高く与えられるとともに、ＧとＹの輝度がほぼ同じくなるように変調素子を照明する。このような変調方法を用いることにより、表示される明るい画素に対して、表示されるＧとＹの輝度比をほぼ同じくすることができ、スペックルノイズを低減できる。

図８（ｂ）は、１つの画像変調パターンを照明するＧとＹの出力および比率の制御を、レーザ光出射のパルス時間幅で制御した例を示す図である。図８（ｂ）の例は、明るい画像信号では、1画像変調パターン内の平均出力を高めるため、1画像変調パターン内のＧとＹの出射時間割合を大きくするとともに、ＧとＹの1画像変調パターン内の輝度がほぼ同じくなるように、レーザ光出射パワーを制御する。

このように、図８（ａ）、（ｂ）に示す第１の変調方法は、画像変調素子の１つの画像変調パターンをＧとＹの合計出力光で照明することで、明るい画素に対し、好ましいＧとＹの輝度比率で表示させることができる好ましい変調方法である。

ＧとＹの出力画像制御信号は、同じ２次元変調素子の変調信号と、各々のレーザ光出力信号とを含む。

なお、図８（ａ）、（ｂ）では、入力画像信号などによって、ＧとＹの出力および比率を変調素子の1パターン毎に変化させる例を示したが、表示モードの切り換え時などにＧとＹの出力や比率を変化させてもよいし、常にＧとＹの出力や比率を一定とさせてもよい。ＧとＹの出力や比率を一定とさせる場合は、ＧとＹのレーザ光出力信号は、同一としてもよい。

ｂ）第２の変調方法

２次元変調素子の画像変調を、実施の形態１、２と同様にＧとＹで時間分割して用い、２色を変調する。ＧとＹの出力画像制御信号は、それぞれの２次元変調素子の変調信号とレーザ光出力変調信号とを含み、２次元変調素子において時間分割された画像変調のタイミングと同期して、ＧとＹのレーザ光が出射される。レーザ光出力変調は、レーザ光強度と出射時間のどちらかを変調しても良いし、両方を変調してもよい。レーザ出射時間を変調するとき、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を同期させて変調させてもよい。これにより、フレーム内でも広範囲の色表示が可能となり、より好ましい変調方法とすることができる。

図９は、２次元変調素子の分割タイミングを同じとしたまま、レーザ光の出射時間を変調させるようにしたときの例を示す図である。２次元画像変調素子の画像変調パターンがＧ対応のパターンのとき、Ｙのレーザ光を出射して、２次元変調素子を照明する。同様に、画像変調パターンがＹ対応のパターンであるときにＧのレーザ光を出射して、２次元変調素子を照明する。図９の例は、ＧとＹのいずれかの変調パターンの時に、ＹとＧの出力が加えられることにより、表示する画素にＧとＹのレーザ光を同時に出力できる好ましい変調方法である。また、第２の変調方法では、入力画像信号により、ＧとＹのいずれかの変調パターン時に加えるレーザ光の出射時間を変化させて、レーザ光出力を制御する。このとき、明るいシーンでは、加えるレーザ光出力を多くすることで、画面で表示させる輝度が最大輝度となるよう補償するとともに、明るい画素では常にＧ＋Ｙのレーザ光の出力が加わるようにでき、スペックルノイズの低減ができる。

なお、第２の変調方法では、入力画像信号および表示させるモードによって、ＧとＹのいずれかのパターンに加えるレーザ光出力を変化させているが、このそれぞれのパターンに加えるレーザ光出力を一定としてもよい。

なお、本実施の形態３に係るレーザ画像形成装置では、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）については、２次元変調素子１０７２を共有しているが、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）については、各色独立に２次元変調素子の変調とレーザ光出力変調を制御する。

また、実施の形態１のカラー画像形成方法と同様に、入力画像信号に応じて、３つの２次元変調素子による画像変調と４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行ってもよい。かかる方法とすることで、実施の形態１と同様、色表示範囲が広く、鮮やかでかつ大きなコントラストのカラー画像を得ることができる。

以上のように、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置では、ＧとＹのレーザ光源を、それぞれ１つの光インテグレータ１０４２及び２次元変調素子１０７２を共有して用いることにより、それぞれ３つの変調素子１０７１〜１０７３、及び光インテグレータ１０４１〜１０４３を有する構成においても、４色のレーザ光を使用することが可能となり、視感度の高いスペックルノイズを低減することができ、色表示範囲が大きく、奥深い映像表現ができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態２のレーザ画像形成装置において、画像の明るさや色の変化を補償するために、レーザ光源モニタの出力及び／または表示モードに応じて、レーザ光の出射時間、及び２次元変調素子の画像変調の各分割時間を制御するものである。

図１０（ａ）は、Ｒｅｄレーザ光源１０１Ｒの光源モニタからの信号に応じて出射時間を制御した例を示す。レーザ光源モニタは、レーザ光出力と出射波長などをモニタしている。レーザ画像形成装置のＲｅｄレーザ光源１０１Ｒには、回折格子と２分割フォトディテクタを用いたパワーと波長のモニタ（図示せず）が設置されている。図１０（ａ）では、温度変化によりＲｅｄレーザ光源１０１Ｒの波長が長波長側にシフトしたことがレーザ光源モニタによりモニタされ、これに応じて初期設定に対し出射時間の制御を行い、画像の色と明るさの変化を補償している。Ｒｅｄレーザ光源１０１Ｒの出射波長が長波長にシフトすることによる視感度と色度座標の変化をＲ単色の出射時間と複数色の同時出射時間を制御することにより補償している。なお、２次元変調素子の画像変調の各分割時間は、レーザ光源モニタに応じて出射時間制御後のレーザ光出力と同期させるように変調させるとよい。

図１０（ｂ）は、白色輝度を優先して表示するモードに設定した場合の出射時間制御の例である。設定された表示モードに応じて、複数色を同時出射する時間を増やし、同じレーザ光源のピークパワーを用いても、白色輝度を明るく表示することができる。図１０（ｂ）の例では、白色輝度を初期に比べ１０％明るく表示することができる。また図１０（ｂ）の制御と同様に、複数色の同時出射時間を増やすことにより、同じ白色輝度であっても、レーザ光源のピークパワーを抑え、レーザ光源の寿命信頼性を優先させるモードなどを選択することもできる。なお、２次元変調素子の画像変調の各分割時間は、設定する表示モードに応じて出射時間制御後のレーザ光出力と同期させるように変調させるとよい。

また、レーザ光源モニタにより、各色レーザ光源のいずれかの光源のパワーが劣化していることが検出された場合、前記と同様に出射時間を制御することにより明るさと色を補償することができる。また、全色のレーザ光源のパワー劣化がレーザ光源モニタにより検出された場合も同じく、同時出射する時間幅を増やすことにより明るさを補償することができる。

以上のように、本発明の実施の形態４に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源モニタ及び／または表示モードに応じて、レーザ光源が単色および複数色で順次出射する出射時間、及び２次元変調素子の画像変調の各分割時間を制御することにより、画像の明るさや色の調整を行なうことができ、画像の明るさや色が変化した場合の補償をすることができる。

また、本発明では、ＲＧＹＢ単色のみならず、複数色が同時に出射される混合色についても調整することにより、より細かく調整することができる。

また本実施の形態４では、レーザ光源モニタによりパワーや波長を検出し、波長が変化した場合の補償を無理なレーザ出力アップなどを伴わずに調整することができる。

また順次出射する出射時間を制御することにより、視聴者が好ましい画質の画像を提供することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態１ないし４のレーザ画像形成装置において、視聴環境の変化による色の彩度の低下を防ぐために、視聴環境に応じて、色表示範囲を制御するものである。

ＲＧＹＢ４色のレーザ光源と変調素子を有するレーザ画像形成装置の視聴環境に応じた色調整方法を、実施の形態１のレーザ画像形成装置１００を用いて説明する。レーザ画像形成装置１００は、図２のＣＩＥｘｙ色度図の色表示可能範囲に示すように、ＲＧＹＢの四角形（太い実線）の内側の色を表示することができる。

ｓＲＧＢ規格の入力画像信号を通常表示する場合は、ｓＲＧＢの基準色度に準じて色表示を行う。図１１にこのときの色表示例を示す。

図１１において、ｓＲＧＢ準拠表示（細い実線）のとき、ｓＲＧＢの基準色度に準じ、ｓＲＧＢの色再現範囲（細い破線）を包括する範囲で、色相などが入力信号とずれない範囲で表示を行う。ｓＲＧＢ準拠表示の場合、レーザの色表示可能範囲を生かすように、色相がずれない範囲で色の彩度を従来のディスプレイよりも高く表示するようにしても構わない。

本実施の形態５のレーザ画像形成装置は、視聴環境により色度座標における色表示範囲を制御することを特徴としている。すなわち、前記通常表示に対して視聴環境が変化し明るくなった場合、視聴者には照明光が目に入るため、従来と同じ画像の表示を行うと、色の彩度が低下して見える。本実施の形態５では、視聴環境が明るくなった場合、色表示範囲を制御し、通常よりも大きくする。つまり、照明光などにより色の彩度が低下して見える場合、図１１に示すように、色表示範囲を、表示可能範囲（太い破線）に準じる範囲とする。例えば、ｓＲＧＢ規格の入力画像信号を表示するとき、視聴環境に応じて、ｓＲＧＢ準拠表示から視聴環境対応表示へと制御することができる。この制御により、たとえ視聴環境が変化し、明るい照明光が視聴者の目にはいるような場合でも、彩度の高い色を表示することができる。本発明のレーザ画像形成装置は、レーザ光源の単色性を有するため、極めて彩度の高い色の表示ができる。同じ入力画像信号であっても、単色性を利用した彩度の高い色の表示とすることにより、色コントラストの低下を補償することができる。

なお、表示する画像の色度の変更は、入力画像信号を変調素子とレーザ光源パワーとを制御する出力画像制御信号に変換するときに処理することができる。視聴環境の変化は、レーザ画像形成装置の表示面などに視聴環境モニタ（図示せず）を設け、検出信号により制御してもよいし、視聴者が随時設定を行ってもよい。

また、本発明のレーザ画像形成装置は、視聴環境による色表示範囲の変化に対し、レーザ光源のパワー制御を伴うことが好ましい。例えば、照明光が非常に明るい状況の場合、レーザ光源のパワーを通常よりも上昇させることにより、色コントラストの低下を更に抑えることができる。また照明光が白色光でなく、色がついた照明であっても、本発明のレーザ画像形成装置はＲＧＹＢの独立なレーザ光源を有するため、特定色のみのレーザ光源を制御し、あらゆる色の色コントラストの低下を抑えることができる。なお視聴環境が暗くなった場合、レーザ光源のパワーを抑え、視聴者が感じる色を一定としながら、省電力を可能とすることもできる。

以上のような、本発明の実施の形態５に係るレーザ画像形成装置は、視聴環境が変化し明るくなることにより、色の彩度が低下して見える場合、色表示範囲を通常表示のｓＲＧＢ準拠表示から視聴環境対応表示に制御することにより、視聴環境の変化による色の彩度の低下を防ぐことができる。

なお、本実施の形態５では、実施の形態１のレーザ画像形成装置１００を例に説明したが、実施の形態３のレーザ画像形成装置２００においても同様に視聴環境に応じて色表示範囲を制御することができるのはいうまでもない。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置において、入力画像信号や視聴環境によりレーザ光源の出射パワーを変調するとき、レーザ冷却温度も同時に制御することが好ましい。特にレーザ光源パワーを連続して高パワーで出射する場合、冷却温度を下げるように制御する。レーザ光源の出射パワー変調制御にあわせて、冷却温度を制御することにより、レーザ光源の高信頼性を確保することができ、また高効率にレーザ光を出力することができる。また、レーザ光源出力を抑えた画像表示の場合、冷却温度を通常よりも上げることにより、冷却電力を抑え、更なる省電力化を行うこともできる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置におけるレーザ光源には、半導体レーザ、波長変換レーザ、固体レーザ、気体レーザなどのレーザ発振する光源を用いることができる。また１色のレーザ光源を複数のレーザから構成してもよい。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源の単色性を利用しているため、例えば１色のレーザ光源を同色の複数のレーザから構成した場合も含め、単色性を有することが好ましい。同色のレーザ光源が複数のレーザから構成された場合を含め、ＲＧＹＢ４色のレーザ光源の各色のスペクトル半値全幅が１０ｎｍ未満であることが好ましい。半値全幅を１０ｎｍ未満とすることで、従来の光源に対して単色性（スペクトル幅が狭い）利点を十分に生かし、本発明のレーザ画像形成装置に用いることができる。より好ましくは、ＲＧＹＢ４色のレーザ光源のスペクトル半値全幅が５ｎｍ未満であることが好ましい。５ｎｍ未満であれば、各色の色度管理をより容易に行うことができる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置における変調素子の像を投射する投射光学系およびスクリーンは、特に実施の形態に限定されず、変調素子像を視聴者が観察できれば良い。スクリーンを反射型としてフロントプロジェクションタイプとしても良いし、透過型としてリアプロジェクションタイプとしてもよい。また投射光学系がなく変調素子が表示面となる液晶ディスプレイの形態とすることもできる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置では、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いていたが、本発明は特にこれに限定されず５色以上用いることができる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置では、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いていたが、実施の形態１及び２における２次元空間変調素子及び／または各レーザ光源の変調制御、及び実施の形態４，５については、３色のレーザ光源を用いたレーザ画像形成装置においても応用可能である。

本発明のレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法は、動画や静止画など画像形成装置および方法として使用することができる。

【０００２】
のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズとなり、観察者がスクリーンの画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。特に人の視感度が高い緑および黄緑の波長のレーザによるスペックルノイズは、画像劣化に対し最も影響が大きい。
［０００６］
これまで、スペックルノイズの低減については、例えば、偏向器によって空間変調器におけるフレーム周波数よりも高い周波数で光を偏向して空間変調器に照射することによりスペックルノイズを低減する等の提案がなされていた（例えば特許文献１）。
［０００７］
また、ＲＧＢの発光素子を用いたレーザ画像形成装置において、ＲＧＢの発光素子アレイを用い単一変調素子を時分割して用いる提案がある（例えば、特許文献２）。
特許文献１：特開平１０−２９３２６８号公報
特許文献２：特開平２００１−２４９４００号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００８］
これまでレーザディスプレイにおいて、スペックルノイズを低減する手法の提案はあるが、特に視聴者に最も影響を与える、視感度の高い波長域のスペックルノイズの低減に関する提案はほとんどない。
［０００９］
本発明は、レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置において、視感度が高い波長域のスペックルノイズを低減するとともに、従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１０］
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長が、４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有し、前記ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザであり、前記ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差が、２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。
［００１１］
［００１２］

【０００３】
［００１３］
［００１４］
また、本発明の請求項５に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色ＢＧＹＲのレーザ光源のうち、前記ＧとＹの中心波長が、Ｇ：４８０〜５２０ｎｍ Ｙ：５２０〜５６０ｎｍであることを特徴とするものである。
［００１５］
また、本発明の請求項６に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長が、４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有し、前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域の画素を表示するとき、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からの出力を表示することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２２に係るレーザ画像形成装置は、請求項６記載のレーザ画像形成装置において、前記ＧとＹの両方を用いて表示可能な色再現域の画素を表示するとき、画素においてＧとＹの表示される輝度が、一方に対して、２／３ないし３／２の輝度値であることを特徴とするものである。
［００１６］
また、本発明の請求項７に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号を、４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換することを特徴とするものである。
［００１７］
また、本発明の請求項８に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光の変調を、各色独立に制御することを特徴とするものである。
［００１８］
また、本発明の請求項９に係るレーザ画像形成装置は、請求項８記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号、及び／または視聴環境に応じて、各色のレーザ光源の出射パワー変調を独立に制御することを特徴とするものである。
［００１９］
また、本発明の請求項１０に係るレーザ画像形成装置は、請求項１または８記載のレーザ画像形成装置において、該レーザ画像形成装置は、前記２次元変調素子を１つとし、該１つの２次元変調素子を、前記４色以上の各レーザ光源よりのレーザ光に対し前記２次元変調素子の画像変調を時間分割して用いることを特徴とするものである。
［００２０］
また、本発明の請求項１１に係るレーザ画像形成装置は、請求項１０記載のレーザ

【０００４】
画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調することを特徴とするものである。
［００２１］
また、本発明の請求項１２に係るレーザ画像形成装置は、請求項１０記載のレーザ画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするレーザ光源モニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて変調することを特徴とするものである。
［００２２］
また、本発明の請求項１３に係るレーザ画像形成装置は、請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光強度の変調信号とを含むことを特徴とするものである。
［００２３］
また、本発明の請求項１４に係るレーザ画像形成装置は、請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光出射時間の変調信号とを含むことを特徴とするものである。
［００２４］
また、本発明の請求項１５に係るレーザ画像形成装置は、請求項１４記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光出射時間を、前記入力画像信号に応じて、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調することを特徴とするものである。
［００２５］
また、本発明の請求項１６に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有し、前記４色以上のレーザ光源は、複数色のレーザ光源が前記２次元変調素子に対して同時にレーザ光を出射する時間を有することを特徴とする。
［００２６］
また、本発明の請求項１７に係るレーザ画像形成装置は、請求項１６記載のレーザ画像形成装置において、前記複数色のレーザ光源のそれぞれは、前記２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、前記２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間におけるその出射パワー変調とを、独立に制御することを特徴とするものである。
［００２７］
また、本発明の請求項１８に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画

本発明は、レーザ光源からの光を変調して画像を表示するレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法に関するものである。

画像形成装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクションディスプレイが普及している。プロジェクションディスプレイには一般にランプ光源が用いられているが、ランプ光源は、寿命が短く、光利用効率が低いとともに、色再現領域が制限されるという問題点がある。

これらの問題を解決するため、画像形成装置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。レーザ光源は、ランプに比べて寿命が長く、指向性が強いため光利用効率を高めやすい。また、レーザ光源は単色性を示すため、色表示領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。

レーザ画像形成装置の概略図を図１２に示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから出射された光は、変調素子７１を照明する照明光学系２に導かれる。照明光学系２は、スペックル除去手段３、光インテグレータ４、投影光学系６を含み、レーザ光源の光を変調素子７１の有効面と同一形状に成形するとともに、光強度分布をほぼ均一化し、変調素子７１を照明する。各色の変調素子で画像が変調された後、光はダイクロイックプリズム９で合波され、投射光学系８によりスクリーン１０にカラー画像が拡大投射される。スペックル除去手段３は回転レンチキュラーレンズなどからなり、時間的にレーザ光の角度などを変化させ、レーザ光の干渉によるスペックルノイズを除去している。

上記のように、レーザ光源を用いたディスプレイ（以下、レーザディスプレイと称す）では、レーザの干渉性が高いことから生じるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズとは、レーザ光がスクリーンで散乱される際、散乱光同士が干渉するために観察者の目で捉えられる微細な粒状のノイズである。スペックルノイズは、観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズとなり、観察者がスクリーンの画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。特に人の視感度が高い緑および黄緑の波長のレーザによるスペックルノイズは、画像劣化に対し最も影響が大きい。

これまで、スペックルノイズの低減については、例えば、偏向器によって空間変調器におけるフレーム周波数よりも高い周波数で光を偏向して空間変調器に照射することによりスペックルノイズを低減する等の提案がなされていた（例えば特許文献１）。

また、ＲＧＢの発光素子を用いたレーザ画像形成装置において、ＲＧＢの発光素子アレイを用い単一変調素子を時分割して用いる提案がある（例えば、特許文献２）。
特開平１０−２９３２６８号公報 特開平２００１−２４９４００号公報

これまでレーザディスプレイにおいて、スペックルノイズを低減する手法の提案はあるが、特に視聴者に最も影響を与える、視感度の高い波長域のスペックルノイズの低減に関する提案はほとんどない。

本発明は、レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置において、視感度が高い波長域のスペックルノイズを低減するとともに、従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長が、４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有し、前記ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザであり、前記ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差が、２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色ＢＧＹＲのレーザ光源のうち、前記ＧとＹの中心波長が、Ｇ：４８０〜５２０ｎｍ、Ｙ：５２０〜５６０ｎｍであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長が、４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有し、前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域の画素を表示するとき、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からの出力を表示することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１９に係るレーザ画像形成装置は、請求項３記載のレーザ画像形成装置において、前記ＧとＹの両方を用いて表示可能な色再現域の画素を表示するとき、画素においてＧとＹの表示される輝度が、一方に対して、２／３ないし３／２の輝度値であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号を、４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、前記４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光の変調を、各色独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に係るレーザ画像形成装置は、請求項５記載のレーザ画像形成装置において、該画像形成装置に入力される入力画像信号、及び／または視聴環境に応じて、各色のレーザ光源の出射パワー変調を独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に係るレーザ画像形成装置は、請求項１または５記載のレーザ画像形成装置において、該レーザ画像形成装置は、前記２次元変調素子を１つとし、該１つの２次元変調素子を、前記４色以上の各レーザ光源よりのレーザ光に対し前記２次元変調素子の画像変調を時間分割して用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に係るレーザ画像形成装置は、請求項７記載のレーザ画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に係るレーザ画像形成装置は、請求項７記載のレーザ画像形成装置において、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするレーザ光源モニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に係るレーザ画像形成装置は、請求項５または７記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光強度の変調信号とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に係るレーザ画像形成装置は、請求項５または７記載のレーザ画像形成装置において、入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光出射時間の変調信号とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に係るレーザ画像形成装置は、請求項１１記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光出射時間を、前記入力画像信号に応じて、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有し、前記４色以上のレーザ光源は、複数色のレーザ光源が前記２次元変調素子に対して同時にレーザ光を出射する時間を有することを特徴とする。

また、本発明の請求項１４に係るレーザ画像形成装置は、請求項１３記載のレーザ画像形成装置において、前記複数色のレーザ光源のそれぞれは、前記２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、前記２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間におけるその出射パワー変調とを、独立に制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１５に係るレーザ画像形成装置は、請求項１記載のレーザ画像形成装置において、色度座標における色表示範囲を視聴環境に応じて制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１６に係るレーザ画像形成装置は、請求項１５記載のレーザ画像形成装置において、前記色表示範囲は、入力画像信号基準色度範囲よりも広く、かつ入力画像信号基準色度に準ずる範囲、あるいは色再現可能範囲に準ずる範囲であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１７に係るレーザ画像形成装置は、請求項６または１４記載のレーザ画像形成装置において、前記レーザ光源の出射パワー変調に伴い、レーザ冷却温度を制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１８に係るカラー画像形成方法は、４色以上のレーザ光源と、画像変調を行う１つまたは複数の２次元変調素子とを用いて画像形成するカラー画像形成方法であって、入力画像信号に応じて、前記１つまたは複数の２次元画像変調素子による画像変調と、前記４色以上のレーザ光源のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行なうことを特徴とするものである。

本発明のレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法によれば、レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置において、ノイズがなくコントラストが大きな映像を表示することができる効果がある。

すなわち、本発明のレーザ画像形成装置によれば、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いるようにしたので、スペックルノイズがなく、また従来のディスプレイで表現できなかった鮮やかな画像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、４色のレーザ光源をＢＧＹＲとし、ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差を２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下としたので、視感度の高い波長域のスペックルノイズを削減するとともに、色ムラのない画像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域は、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からレーザ光を出射するようにしたので、視感度の高いレーザ光源色を混合させて表示し、スペックルノイズを低減することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光出力変調を各色独立に制御するようにしたので、コントラストが大きな映像を表示することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザモニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて、変調するようにしたので、画像の明るさや色が変化した場合の補償をすることができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、レーザ光出射時間を、入力画像信号に応じて、２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調するようにしたので、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現が可能となる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、複数色のレーザ光源のそれぞれは、２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを、独立に制御するようにしたので、単色で出射しているときのパワーはもとのまま、色温度を調整することができる効果がある。

また、本発明のレーザ画像形成装置によれば、色度座標における色表示範囲を視聴環境に応じて制御するようにしたので、視聴環境の変化によるコントラストの低下を抑え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）
図１は本発明の実施の形態１におけるレーザ画像形成装置１００の概略図である。図１は複数のレーザ光源、及び単一の変調素子を用いたプロジェクションディスプレイ（レーザディスプレイ）である。

図１において、本実施の形態１に係るレーザ画像形成装置１００は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、赤色（Ｒ）の４色のレーザ光源（１０１Ｂ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｒ）と、画像の変調を行なう変調素子１０７と、変調素子１０７を照明する照明光学系１０２と、スクリーン１０上に２次元画像を投射する投射光学系１０８とを有している。各色のレーザ光源（１０１Ｂ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｒ）を出射した光は、変調素子１０７を照明する照明光学系１０２に導かれる。照明光学系１０２は、スペックルノイズ除去手段１０３、光インテグレータ１０４、投影光学系１０６を含み、レーザ光源の光を変調素子１０７の有効面と同一形状に成形するとともに、光強度分布をほぼ均一化し、変調素子１０７を照明する。実施の形態１では、４色の光に対しそれぞれ１つの変調素子１０７及び光インテグレータ１０４を用いており、ダイクロイックミラー１２１により４色を合波した後、合波した光は光インテグレータ１０４と変調素子１０７に導かれる。なお４色を合波するためには、レーザ光の偏光方向を違えて、偏光プリズムなどを用いて合波することもできる。また特に合波せずとも、各色のレーザ光が、光インテグレータ１０４に入射できるように光路設計がなされていればよい。

４色のレーザ光は、順次に出射され、１つの変調素子１０７を時間分割して使用し、スクリーン上で時間平均的加法混色することでカラー画像を表示する。レーザ光の順次出射とは常時１色ずつ出射してもよいし、複数色のレーザ光源から同時にレーザ光が出射している時間を組み合わせても良い。

実施の形態１の変調素子１０７は、２次元変調素子であり、切替周波数が数百Ｈｚ以上の素子が用いられ、具体的にはデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）からなる反射型２次元変調素子を用いており、投射光学系１０８によりスクリーン１０上に２次元画像が拡大投射され、視聴者は鮮やかな画像をみることができる。

上記したように、本実施の形態１におけるレーザ画像形成装置では、１つの変調素子１０７を時間分割して使用しているが、各色にそれぞれ対応する複数の変調素子を用いているレーザ画像形成装置に対し、１つの変調素子をＲＧＹＢ４色のレーザ光源で時分割して用いる場合、各レーザ光源のレーザ出射時間が短いため、同じ白色輝度を得るためにはレーザ光源の出射ピークパワーが４倍必要となる。レーザ光源の高出射ピークパワーを得るには、各色におけるレーザ光源個数およびレーザ光源１つあたりの出射ピークパワー増加が必要となり、コストおよび信頼性が問題となる。本発明では、複数色のレーザ光源から同時にレーザ光が出射する時間を有することにより、出射ピークパワーを抑えることができる。例えば、ＲＧＹＢ単独で出射して白色輝度を得るのに対し、同じ白色輝度を得るピークパワーを７５％に抑えることができ、光源コストを抑え、信頼性を得ることができる。

ランプやＬＥＤなどの光源では、複数色を同時に利用する場合、明るさは確保されるが、加法混色により色コントラストが低下し、十分な色再現ができないという問題がある。特に色度座標で示される色再現範囲のＲＧＢの三角形の頂点付近の明度が高い色が再現できなくなる。しかしながら本発明では、単色性を有するレーザ光源を用いることにより、彩度が高いＲＧＹＢの色についても明るく表示することができ、十分な色再現範囲を確保することができる。レーザ光源は単色性があるため、色純度が極めて高く、これまでのディスプレイよりも彩度の高い色を表示できる。画像信号の範囲の色や日常よく目にする範囲の色は、レーザ光源を用いた場合、レーザ光源色を混色した色（ＲＧＢ三角形の内側）となるため、複数色の同時出射による混合色を用いながら、十分に色再現することが可能となる。

本発明のレーザ画像形成装置は、画像変調を行う変調素子を有し、中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有することを特徴としている。レーザ光の干渉によるスペックルノイズは、視聴者に対し、光強度分布の細かな揺らぎとなるが、中心波長の異なるレーザ光から生じるスペックルパターンは異なり、異なるパターンを視聴者が同時に知覚すると、揺らぎの平均化が生じ、総光強度に対する揺らぎ量は低減する。異なるパターンの知覚は、時間的に全く同じでなくとも、視聴者が区別できない時間内に異なるパターンが視聴者に届けば、パターンが重なって知覚されるため、揺らぎ量（スペックルノイズ）は低減することとなる。一般的なレーザ画像形成装置では、ＲＧＢの３色よりなるが、本発明では４色用いるために、パターン数が増えスペックルノイズが低減される。

本発明のレーザ光源の中心波長は、４３０〜４７５ｎｍである青色（Ｂ）、４８０〜５６０ｎｍである緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）、６１０〜６８０ｎｍである赤色（Ｒ）、の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を少なくとも有することが好ましい。

本実施の形態１におけるレーザ画像形成装置では、その特徴である色表示範囲の大きさと明るさとを有するものとするのが好ましい。このため青色（Ｂ）のレーザ光の中心波長は、視感度がありかつＣＩＥ色度座標ｙ値が小さい４３０〜４７５ｎｍが好ましく、赤色（Ｒ）レーザ光の中心波長は、視感度がありかつ色度座標ｘ値が大きい６１０〜６８０ｎｍが好ましい。緑色（Ｇ）レーザと黄緑色（Ｙ）レーザ光の中心波長は、視感度が高いとともに、色度座標上いずれかのｙ値を高く、いずれかのｘ値を低くすることにより、明るさと色表示範囲の大きさとを得ることができる。このため、ＧとＹの中心波長は４８０〜５６０ｎｍであることが好ましい。４色のレーザ光を用いることにより、色表示範囲は色度図上で、３色の場合の３角形から４角形へと広がり、色の自由度が増し、色鮮やかな表示が可能となる。

本実施の形態１では、Ｂに中心波長４５５ｎｍの半導体レーザ、Ｇに中心波長４９０ｎｍの波長変換レーザ、Ｙに中心波長５４０ｎｍの波長変換レーザ、Ｒに中心波長６３５ｎｍの半導体レーザを用いている。このときの本実施の形態１の色表示範囲（太い実線）を、あらわすＣＩＥ色度図を図２（ａ）に示す。図２（ａ）には、比較のため従来のＣＲＴで表示可能範囲であるｓＲＧＢ規格範囲（細い実線）も図示している。実施の形態１では、非常に広い範囲の色再現が可能となっていることがわかる。画像信号に準じた色を表示する場合、ｓＲＧＢ規格の色再現範囲を表示できればよい。本実施の形態１において、ｓＲＧＢの色再現範囲は、ＲＧＹＢ四角形あるいは図２（ｂ）に示すように△ＢＹＲ（一点鎖線）の内側であるため、常にレーザ光源のＲＧＹＢ４色あるいはＢＹＲ３色を混色した色を表示することとなる。これにより、レーザの単色性と広い色表示範囲により、複数色のレーザ光を同時出射した混合色を併用しても、色再現することができる。なお十分な色再現範囲を確保するためには、レーザ光源を用いた場合においても、複数色を同時に出射する時間を単色発射の時間よりも長くならないようにすることが好ましい。

また、レーザ光源は単色性を示すため、単色（ＲＧＹＢ四角形の頂点の色）を表示するとき、色の彩度が極めて高く、画像の観察者には相対的に明るく感じてしまう。これを補うためにＲＧＹＢ四角形の頂点付近の色は相対的に明るさを抑えて表示することが必要となる。本実施の形態１においては、複数色のレーザ光を同時出射する時間を有することにより、単色の明るさを抑えることができ、バランスのとられた色表示が可能となる。

スペックルノイズは、光強度揺らぎが視感される明るさ揺らぎとなるため、視感度が高い波長において、強く知覚される。このためＧとＹのレーザ光は、４８０〜５６０ｎｍの視感度が高い波長域であることが好ましく、他の波長域で２色化する場合よりもスペックルノイズの低減効果が特に大きい。また、ＧとＹのレーザ光の中心波長が４８０〜５６０ｎｍの範囲外の２色である場合、４８０ｎｍよりも短波長であるレーザ光は青色と知覚され、５６０ｎｍよりも長波長であれば黄色と知覚される。このときの２色は反対色相であるため、スペックルノイズは明るさ揺らぎ以外に色ムラと認識される。このため、たとえスペックルパターンが異なり明るさ揺らぎが低減しても、色ムラとして認識されると、ノイズ低減効果はなくなる。このため、ＧとＹの中心波長は４８０〜５６０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

またスペックルノイズの低減効果を得るためには、ＧとＹのスペックルパターンの相関がなくなるように、中心波長が２ｎｍ以上異なることが好ましい。またＧとＹの中心波長の差が大きいと反対色相でなくとも色ムラとして知覚されるため、中心波長の差は６０ｎｍ以下であることが好ましい。４８０〜５６０ｎｍの範囲内で、６０ｎｍ以下の中心波長の差であれば、これらのスペックルパターンは人間の目の解像度付近の粒が混在する略混色状態となるため、色ムラと認識されない。

本実施の形態１の画像形成装置１００において、ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザであることが好ましい。波長変換レーザとは、基本波レーザ光の波長変換を行ったレーザである。波長変換には、波長が１／２となる２倍波、１／３となる３倍波、また２つの基本波を用いる和周波や差周波がある。基本波レーザ光は、固体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、半導体レーザを用いることができ、波長変換レーザは、非常に幅広い波長の設計ができる。ＧとＹのレーザ光には、色および明るさの設計のため、自由な波長選択ができる波長変換レーザを用いることが好ましい。なお他の色のレーザ光源には、レーザ発振を用いた光源全般を用いることができ、半導体レーザ、気体レーザ、ファイバーレーザ、固体レーザなどを用いることができる。

また、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）の中心波長は、Ｇが４８０〜５２０ｎｍ、Ｙが５２０〜５６０ｎｍであることが好ましい。人の知覚する色範囲は、図２（ａ）の色度図上の単色光源スペクトルの示す馬蹄形（破線）内であるため、４色を選択するとき、できるだけ馬蹄形の広範囲を占める四角形となる色表示範囲とすることが求められる。したがって、Ｇの中心波長を４８０〜５２０ｎｍ、Ｙの中心波長を５２０〜５６０ｎｍとすることで、レーザ光の単色性と４色を用いた広い色表示範囲を得ることができ、視聴者にこれまでにない色鮮やかな映像を届けることができる。

４色以上の波長の異なるレーザ光を用いるレーザ画像形成装置では、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号をレーザ光の色数の出力を制御する出力画像制御信号に変換し、出力画像制御信号に応じて各色を制御することが好ましい。具体的には、入力画像信号が３色に対応するものであっても、４色以上の各色信号に対応する出力画像制御信号に拡張変換する。各色にそれぞれ階調を与えて変調することにより、３色による制御よりも色表示範囲を広げて制御することができ、色鮮やかな映像を作成することができる。また、本実施の形態１のレーザ画像形成装置において、輝度の高い混合色の入力画像信号を出力画像制御信号に変換するとき、視感度の高いレーザ光源色を混合するように変換することが好ましい。具体的には、実施の形態１において、Ｗｈｉｔｅを表示する場合、ＢＧＲもしくはＢＹＲの３色のみを用いても表示できるが、ＢＧＹＲの全てを用いて表示するように変換する。すなわち、同じ色を表示する場合であっても、視感度の高いレーザ光源色を混合することによって、スクリーンで生じるスペックルパターン数を増やし、スペックルノイズを低減することができる。更に好ましくは、出力画像制御信号に変換する際、視感度の高い各レーザ光源色は、それらができるだけ同じ明るさとなるようにする。例えば、Ｗｈｉｔｅを表示するとき、ＧとＹの輝度がスクリーン上でほぼ同じになるように変換する。

実施の形態１では、図２（ｂ）で示すようにｓＲＧＢ（細い実線）の範囲内の色は、△ＢＹＲ（一点鎖線）に含まれており、Ｇを出力させずともｓＲＧＢの範囲内の色を表示することができる。ここで、図２（ａ）で示すように、四角の太い実線は本実施の形態１の色表示範囲である。しかし本発明では、スペックルノイズを低減するため、ＢＹＲの３色のみでも表示可能な場合でも、Ｇを加えて、４色で表示するように、映像信号の出力を４色へと変換する。また、これと同様に、ＢＧＲの３色のみで表示可能な場合もＹを加えて４色で表示するようにする。こうして、Ｙが表示されるときはＧも、Ｇが表示されるときはＹも同時に表示させるようにすることで、視感度の高いレーザ光源色を混合させて表示し、スペックルノイズを低減させることができる。このように、ＧとＹの両方を用いて表示することができる色再現域は、ＧとＹの両方の出力が表示されるようにすることが好ましい。特に、明るい画像（Ｗｈｉｔｅなどの表示）では、スクリーンで表示されている画素の各色の輝度成分がＧとＹでほぼ同じになるように、４色の表示信号に変換されることが好ましい。

ＧとＹの表示される輝度がほぼ同じとき、スペックルノイズの低減効果が最も大きくなる。ここで、ほぼ同じ輝度とは、一方に対し、２／３〜３／２の輝度値である。また明るい画像の画素信号とは、入力信号の輝度値が、最大輝度となる入力信号の０．８倍以上のときである。

レーザ光源を用いたレーザ画像形成装置には、スクリーン上でレーザ光を１画素ずつ走査させる手法も提案されているが、本発明では２次元もしくは１次元の変調素子で変調した画像をスクリーンに投影する。レーザ光を１画素ずつ走査する場合、収束ビームを用いるためパワー密度が高くなり、高出力（明るい）画像を形成するとき、非常に制御が難しくなる。これに対し、変調素子上で２次元もしくは１次元に広げたビームを用いる場合、容易に高出力のレーザ光を用いることができ、視聴者に明るい映像を届けることができる。また特に２次元変調素子を用いた場合、１次元よりもパワー密度を下げることが可能となり、更に制御が容易になる。２次元変調素子には、２次元アレイのマイクロミラーを用いた素子や２次元アレイ液晶素子などを用いることができる。

図３は実施の形態１のレーザ画像形成装置のカラー画像形成方法を示すフローチャートである。
まず、入力画像信号を４色（ＢＧＹＲ）の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換する。そして、この出力画像制御信号に応じて、２次元変調素子を変調するとともに、レーザ光の出射出力の変調をＢ、Ｇ、Ｙ、Ｒ各色独立に制御する。本実施の形態１のレーザ画像形成装置では、１つの２次元変調素子を４色のレーザ光源に対して用いており、各色のレーザ光出射タイミングと２次元変調素子における各色の画像変調タイミングとが同期をとって制御され、各レーザ光源から順次に別の色のレーザ光が出射されるとともに、２次元変調素子も順次に各色の画像変調を行い、カラー画像を形成する。

実施の形態１のレーザ画像形成装置においては、レーザ光の出射光強度を画像信号によりフレーム毎に各色独立で変化させている。出力画像は、レーザ出射光強度と変調素子による変調を掛け合わせた階調の映像表現が可能となる。例えば、変調素子が２５６階調制御、レーザ光強度を最小値から最大値まで１６階調制御するとすれば、１フレームは４色２５６階調の表現ができるとともに、シーケンスとしては、４色２５６×１６（４０９６）階調の映像表現ができる。またレーザ光強度制御幅（最大値／最小値）が１０００あるとともに、変調素子によるコントラスト性能が１０００：１であれば、シーケンスのコントラストは１００００００：１となり、豊かな映像表現が可能となる。

本発明のレーザ画像形成装置は、２次元変調素子を有し、レーザ光源の光出力変調を各色独立に制御することを特徴としている。２次元変調素子で画像変調を行うとともに、各色独立に制御することにより、前記したようにシーケンスの色表現を豊かにすることができるとともに、各色のレーザ光出射強度制御幅を広くすることにより、非常に高いコントラストの映像を得ることができる。またレーザ光源の光出力制御は、映像全体の色調整などのため、視聴環境などに合わせて調整することもできるし、画像信号により光出力階調を与えることもできる。本発明では各色のレーザ光出力変調を独立に制御し、２次元変調素子で画像変調を行うことで、より細かな調整を行なうことができ、コントラストの広がった映像を提供できる。本発明のレーザ画像形成装置はレーザ光源を用いているため、光源への電流電圧制御により、高速でかつ線形の出力制御を行うことができ、映像としてはフレーム毎の高速変調やダイナミックレンジの広い制御ができる。

また、本発明のレーザ画像形成装置では、レーザ光源の出射パワー変調を各色独立で制御することにより、画像に応じて各レーザ光源のレーザ光出力を抑えて出力することができ、光出力にかかわる電力の省電力化が可能となる。またレーザ光出力を抑えて使用することで、レーザ光源の高寿命化も可能とする。また変調素子と同期させて、画像変調を行うことにより、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現が可能とすることができる。

また、本実施の形態１において、レーザ光源出射パワー変調の各色独立した制御は、入力画像信号及び／または視聴環境に応じて行うことが好ましい。入力画像信号に応じてレーザ光源の出射パワーを変調することにより、前記したように階調数とコントラストの増加、また省電力が可能となる。本発明ではレーザ光源を用いているため、高周波数のパワー変調が可能であり、ランプ型などでは対応できなかった１フレーム毎および１フレーム内のパワー変調を行うことができる。

また出射パワーを視聴環境に応じて各色独立に変化させることにより、視聴環境が変化しても色変化を補償して表示することができる。本発明では、単色の明るさの他、複数色同時出射時の混合色を制御することができるため、視聴環境が変化しても色変化を幅広く補償することができる。なお視聴環境が暗い状況などで、表示する明るさを抑える場合も出射パワーを抑えることで、省電力を兼ねながら色変化の補償を制御することもできる。

また、本実施の形態１では、４色のレーザ光源に対し、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子をもち、レーザ光を順次出射することにより、２次元変調素子を時間分割して用い、画像変調を行っている。複数の色のレーザ光源を用いる場合、各色に対し光学部品と変調素子を用意すれば、大型化および高コスト化してしまう。本発明では、複数の色のレーザ光源に対し、レーザ光を順次発射し、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子のみを用いることが好ましく、光学部品および変調素子を共通化することで、光学系の小型化と低コスト化が可能となる。

また、本実施の形態１のレーザ画像形成装置において、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号から変換された出力画像制御信号は、各色の２次元変調素子の変調を行うための信号と、各色のレーザ光強度の変調を行うための信号とを含む。かかる構成によれば、２次元変調素子変調とレーザ光強度変調が組み合わされた変調を行うことができ、豊かな色表現と大きなコントラストを有する出力画像を得ることができる。

また、本実施の形態１のカラー画像形成方法は、入力画像信号に応じて、２次元変調素子による画像変調と４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行うことを特徴としている。かかる方法とすることで、色表示範囲が広く、鮮やかでかつ大きなコントラストのカラー画像を得ることができる。

また、本発明のレーザ画像形成装置は、４色レーザ光源を用いる他にスペックルノイズ除去手段を具備することが好ましい。スペックル除去手段を具備することで、より効率的に視聴者に届くスペックルノイズの除去ができる。実施の形態１では、ビームの偏向角を時間変化させる素子（具体的には回転するレンチキュラーレンズ）が具備されている。スペックルノイズ除去手段としては、２次元変調素子に照明する偏向角を時間的に変化させる手段やレーザ光のスペクトル幅および光源面積を広げる手段を用いればよい。

以上のように、本発明の実施の形態１に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子を有するレーザ画像形成装置において、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、青色（Ｂ）の中心波長の異なる４色のレーザ光源（１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｂ）を用いるようにし、特に、視感度の高いレーザ光源色であるＧとＹのレーザ光を同時に出射させて表示することができるため、視感度の高い波長域のスペックルノイズを低減することができる。

また、ＧとＹのレーザ光源（１０１Ｇ、１０１Ｙ）の中心波長の差を２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下としたので、視感度の高い波長域のスペックルノイズを削減するとともに、色ムラのない画像を表示することができる。

また、ＧとＹの両方を用いて表示することができる色再現域は、ＧとＹの両方の出力が表示されるようにすることにより、視感度の高い波長域のスペックルノイズを低減することができる。

また、レーザ光源の光出力変調を各色独立に制御するようにしたので、画像に応じてより細かな調整を行なうことができ、コントラストの広がった映像を提供することができる。

また、入力画像信号に応じて、単数の２次元変調素子１０７による画像変調と、４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行うようにしたので、画像の階調数とコントラストを増加させることができ、様々な映像表現を可能とすることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態１のレーザ画像形成装置において、各レーザ光源から画像変調を行う際の２次元変調素子の各色における変調時間である分割時間を変調させるようにしたものである。

図４は、実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のカラー画像形成方法のフローチャートを示す図である。本実施の形態２に係るレーザ画像形成装置の構成は実施の形態１におけるレーザ画像形成装置１００と同様であるので説明を省略する。

実施の形態２に係るレーザ画像形成装置では、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号に応じて、２次元変調素子の各色の変調動作に対する分割時間を変調する。具体的には、例えば、１フレーム１／６０ｓｅｃとしたとき、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、黄緑色（Ｙ）、赤色（Ｒ）の各分割時間が、あるフレームＡでは（Ｂ、Ｇ、Ｙ、Ｒ）（単位ｓｅｃ）が（１／２４０、１／２４０、１／２４０、１／２４０）であり、別のフレームＢでは（１／４８０、１／４８０、１／２４０、１／１２０）となるように制御される。同時にレーザ光出力変調では、レーザ光出射時間が２次元変調素子の画像変調の各分割時間内に収まるように変調され、同時にレーザ光強度も各色独立に変調される。

本実施の形態２のレーザ画像形成装置では、入力画像信号に応じて２次元変調素子の各色のレーザ光源への分割時間を変調することが好ましい。分割時間を変調することにより、１フレーム毎に各色の階調数を変化させることができ、必要な色の階調数のみを広げることができる。例えば夕焼けのシーンでは、赤色（Ｒ）の分割時間を多くし、赤の階調数を増やし赤色の表現を細かくすることができる。

また、入力画像信号から変換された出力画像制御信号は実施の形態１と同様、２次元変調素子の変調を行うための信号とともにレーザ光出射時間を変調するための信号を含むことが好ましい。レーザ光出射時間変調を行うことで、一定強度であってもレーザ光出力変調を行うことができる。より好ましくは、レーザ光出射時間を、２次元変調素子の画像変調の各分割時間と同期変調させる。かかる構成によれば、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を無駄なく使用することができる。

図５は、本実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のレーザ出射パターン構成の別の例を示す。
例えば、入力画像信号が暗いシーン場合は、図５（ａ）のように各色を順次出射すると共に、全色の出力を低くした期間ｋを設け、また、入力画像信号が明るいシーンの場合は、図５（ｂ）のように複数色（図では４色）が同時に出射し、混色した色のパターンを出射させる期間ｗを設けるようにする。混色した色であるＷ（Ｗｈｉｔｅ）のパターンが出射されている期間は、変調素子もＷに応じた画像の変調を行う。このとき入力画像信号は、Ｒ、Ｇ、Ｙ、Ｂ、Ｗの５色対応へと変換して、それぞれの色の画像を形成する。複数色が出射されている期間ｗの表示パターンは、画素の明るさに対応するように信号を変換する。

本実施の形態２では、実施の形態１と同様、複数色を出射する期間に少なくともＧとＹの２色を同時に出射させることが好ましい。明るい画像信号が表示される画素に対し、複数色出射期間のＧとＹの２色の出力を確実に加えることができ、スペックルノイズの顕著な明るい画像信号が表示される画素を効率よくＧとＹの２色の出力を合わせた表示とし、スペックルノイズを低減させる。

また、本実施の形態２では、反対の色相に近い、ＲとＧおよびＹとＢの組み合わせが続けて出射されることが好ましく、これにより順次出射による色のぶれが緩和される。また図６のように、ＧとＹを続けて出射することは、スペックルノイズの低減効果が得やすくなり、好ましい形態である。具体的には、図５（ａ）のようにＲ→Ｇ→Ｙ→Ｂ→・・・、もしくは、Ｂ→Ｙ→Ｇ→Ｒ→・・・ とすることが好ましい。また、前記出射順の間に複数色出射もしくは出力を落す期間を設けてもよい。

また、本実施の形態２において、変調素子及びレーザ光源は、複数色を同時に出射している混合色に対しても、同期をとり変調を行っているため、各レーザ光源において、他のレーザ光源に同時に出射されているときの出射パワー変調を単色出射時の変調と独立に制御することで、単色のパワー変調を行いながら、同時出射している出射パワー比（混合比）を制御することができる。

図６は、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御した場合のレーザ光出射タイミングを表す図であり、画像の色温度を４色同時出射しているＷｈｉｔｅで調整している例である。

図６では、Ｒｅｄの割合を落とし、色温度をあげた画像としている。本発明では、複数色を同時に出射しているパワーの混合比を変化させることで、色温度など視聴環境および視聴者の好みによる変化に対応することができる。図６の例では、４色同時に出射する出射パワー比のみを変化させることで、ＲＧＹＢ単色で出射しているときのパワーはもとのまま、色温度を調整することができる。なお、本実施の形態２では、Ｗｈｉｔｅを表示する場合に出射パワー比を変化させる例について説明したが、Ｗｈｉｔｅ以外の複数色を出射する場合も同様に、視聴環境および視聴者の好みによりパワー混合比を制御することができる。

以上のような、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置は、それぞれ１つの光インテグレータ及び２次元変調素子を有するレーザ画像形成装置において、２次元変調素子を、その画像変調を時間分割して複数の色のレーザ光源に対し用いるようにし、該時間分割された２次元変調素子の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調するようにしたので、１フレーム毎に各色の階調数を変化させることができ、必要な色の階調数のみを広げることができる。

また、Ｗｈｉｔｅなどの明るい画像信号が表示される画素に対し、ＧとＹを含む４色のレーザ光源を用いて表示することにより、スペックルノイズの顕著な明るい画像信号が表示される画素を効率よくＧとＹの２色を合わせた表示とし、スペックルノイズを低減させることができる。

また、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御するようにしたので、単色で出射しているときはもとのまま、色温度を調整することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置は、それぞれ３つの光インテグレータ及び２次元変調素子を用いるレーザ画像形成装置において４色のレーザ光源を用いるものである。

図７は本発明の実施の形態３におけるレーザ画像形成装置２００の概略図である。図７において図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。

実施の形態３に係るレーザ画像形成装置２００は、それぞれ３つの光インテグレータ１０４１〜１０４３及び２次元変調素子１０７１〜１０７３と、４色のレーザ光源（１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｙ、１０１Ｂ）を有する。実施の形態３では、緑色レーザ光源１０１Ｇと黄緑色レーザ光源１０１Ｙが組となり、１組の光インテグレータ１０４２及び２次元変調素子１０７２を共有している。２次元画像変調素子１０７１〜１０７３は、透過型２次元変調素子であり、具体的には液晶素子アレイと偏光子が組み合わされた構成からなる。青色（Ｂ）と赤色（Ｒ）は、それぞれ１組の光インテグレータ１０４１、１０４３及び２次元変調素子１０７１、１０７３を有し、４色のレーザ光はスクリーン上に積分的加法混色され、視聴者は鮮やかな画像をみることができる。

照明光学系１０２は、スペックル除去手段１０３１〜１０３３、光インテグレータ１０４１〜１０４３、投影光学系１０６１〜１０６３を含み、レーザ光源の光を整形・均一化し、２次元変調素子１０７１〜１０７３を照明する。実施の形態３では、３つの２次元変調素子１０７１〜１０７３からの光をダイクロイックプリズム１０９により合波し、合波した光は投射光学系１０８により、スクリーン１０にカラー画像が拡大投射される。

実施の形態３では、１０１Ｂに中心波長４５５ｎｍの半導体レーザ、１０１Ｇに中心波長５１５ｎｍの波長変換レーザ、１０１Ｙに５３２ｎｍの波長変換レーザ、１０１Ｒに中心波長６３５ｎｍの半導体レーザを用いている。実施の形態３の色表示範囲を図２（ａ）に示す。本実施の形態３においては、実施の形態１の色表示範囲（図２（ａ）に示す太い実線）と同様に、ｓＲＧＢ規格範囲（細い実線）よりも非常に広い範囲（二点鎖線）の色表示ができる。また、実施の形態１と同様、ＧとＹのレーザ光原色を重ねることにより、スペックルノイズの低減ができる。

また、本実施の形態３において、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）の画像変調は、２次元変調素子１０７２を共有し、例えば、以下のａ）、ｂ）の第１、第２の変調方法を用いる。なお、レーザ画像形成装置に入力される入力画像信号は、実施の形態１と同様、４色の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換されている。

ａ）第１の変調方法

２次元変調素子の画像変調パターンが、ＧとＹに対し同じパターンとなっており、ＧとＹの合計のレーザ光出力に対し、一つの画像変調パターンを与える。

図８にＧとＹのレーザ光出力の例を示す。図８では、一つの画像変調パターンの期間中に、ＧとＹの合計光が変調素子を照明している。

まず、図８（ａ）は、１つの画像変調パターンを照明するＧとＹの出力及び比率の制御をレーザ出射パワーの比率で制御した例を示す図である。図８（ａ）の例は、GとYのレーザ出射パワー比率および出力が画像変調パターン毎に変化しており、画像信号や表示モードなどにあわせて、変調素子を照明する出力と色を変化させることで、広範囲の色表示と高コントラスト・多階調を可能とする好ましい変調方法である。明るい画像信号に対しては、ＧとＹの出力が高く与えられるとともに、ＧとＹの輝度がほぼ同じくなるように変調素子を照明する。このような変調方法を用いることにより、表示される明るい画素に対して、表示されるＧとＹの輝度比をほぼ同じくすることができ、スペックルノイズを低減できる。

図８（ｂ）は、１つの画像変調パターンを照明するＧとＹの出力および比率の制御を、レーザ光出射のパルス時間幅で制御した例を示す図である。図８（ｂ）の例は、明るい画像信号では、１画像変調パターン内の平均出力を高めるため、１画像変調パターン内のＧとＹの出射時間割合を大きくするとともに、ＧとＹの１画像変調パターン内の輝度がほぼ同じくなるように、レーザ光出射パワーを制御する。

このように、図８（ａ）、（ｂ）に示す第１の変調方法は、画像変調素子の１つの画像変調パターンをＧとＹの合計出力光で照明することで、明るい画素に対し、好ましいＧとＹの輝度比率で表示させることができる好ましい変調方法である。

ＧとＹの出力画像制御信号は、同じ２次元変調素子の変調信号と、各々のレーザ光出力信号とを含む。

なお、図８（ａ）、（ｂ）では、入力画像信号などによって、ＧとＹの出力および比率を変調素子の１パターン毎に変化させる例を示したが、表示モードの切り換え時などにＧとＹの出力や比率を変化させてもよいし、常にＧとＹの出力や比率を一定とさせてもよい。ＧとＹの出力や比率を一定とさせる場合は、ＧとＹのレーザ光出力信号は、同一としてもよい。

ｂ）第２の変調方法

２次元変調素子の画像変調を、実施の形態１、２と同様にＧとＹで時間分割して用い、２色を変調する。ＧとＹの出力画像制御信号は、それぞれの２次元変調素子の変調信号とレーザ光出力変調信号とを含み、２次元変調素子において時間分割された画像変調のタイミングと同期して、ＧとＹのレーザ光が出射される。レーザ光出力変調は、レーザ光強度と出射時間のどちらかを変調しても良いし、両方を変調してもよい。レーザ出射時間を変調するとき、２次元変調素子の画像変調の各分割時間を同期させて変調させてもよい。これにより、フレーム内でも広範囲の色表示が可能となり、より好ましい変調方法とすることができる。

図９は、２次元変調素子の分割タイミングを同じとしたまま、レーザ光の出射時間を変調させるようにしたときの例を示す図である。２次元画像変調素子の画像変調パターンがＧ対応のパターンのとき、Ｙのレーザ光を出射して、２次元変調素子を照明する。同様に、画像変調パターンがＹ対応のパターンであるときにＧのレーザ光を出射して、２次元変調素子を照明する。図９の例は、ＧとＹのいずれかの変調パターンの時に、ＹとＧの出力が加えられることにより、表示する画素にＧとＹのレーザ光を同時に出力できる好ましい変調方法である。また、第２の変調方法では、入力画像信号により、ＧとＹのいずれかの変調パターン時に加えるレーザ光の出射時間を変化させて、レーザ光出力を制御する。このとき、明るいシーンでは、加えるレーザ光出力を多くすることで、画面で表示させる輝度が最大輝度となるよう補償するとともに、明るい画素では常にＧ＋Ｙのレーザ光の出力が加わるようにでき、スペックルノイズの低減ができる。

なお、第２の変調方法では、入力画像信号および表示させるモードによって、ＧとＹのいずれかのパターンに加えるレーザ光出力を変化させているが、このそれぞれのパターンに加えるレーザ光出力を一定としてもよい。

なお、本実施の形態３に係るレーザ画像形成装置では、緑色（Ｇ）と黄緑色（Ｙ）については、２次元変調素子１０７２を共有しているが、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）については、各色独立に２次元変調素子の変調とレーザ光出力変調を制御する。

また、実施の形態１のカラー画像形成方法と同様に、入力画像信号に応じて、３つの２次元変調素子による画像変調と４色のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行ってもよい。かかる方法とすることで、実施の形態１と同様、色表示範囲が広く、鮮やかでかつ大きなコントラストのカラー画像を得ることができる。

以上のように、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置では、ＧとＹのレーザ光源を、それぞれ１つの光インテグレータ１０４２及び２次元変調素子１０７２を共有して用いることにより、それぞれ３つの変調素子１０７１〜１０７３、及び光インテグレータ１０４１〜１０４３を有する構成においても、４色のレーザ光を使用することが可能となり、視感度の高いスペックルノイズを低減することができ、色表示範囲が大きく、奥深い映像表現ができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態２のレーザ画像形成装置において、画像の明るさや色の変化を補償するために、レーザ光源モニタの出力及び／または表示モードに応じて、レーザ光の出射時間、及び２次元変調素子の画像変調の各分割時間を制御するものである。

図１０（ａ）は、Ｒｅｄレーザ光源１０１Ｒの光源モニタからの信号に応じて出射時間を制御した例を示す。レーザ光源モニタは、レーザ光出力と出射波長などをモニタしている。レーザ画像形成装置のＲｅｄレーザ光源１０１Ｒには、回折格子と２分割フォトディテクタを用いたパワーと波長のモニタ（図示せず）が設置されている。図１０（ａ）では、温度変化によりＲｅｄレーザ光源１０１Ｒの波長が長波長側にシフトしたことがレーザ光源モニタによりモニタされ、これに応じて初期設定に対し出射時間の制御を行い、画像の色と明るさの変化を補償している。Ｒｅｄレーザ光源１０１Ｒの出射波長が長波長にシフトすることによる視感度と色度座標の変化をＲ単色の出射時間と複数色の同時出射時間を制御することにより補償している。なお、２次元変調素子の画像変調の各分割時間は、レーザ光源モニタに応じて出射時間制御後のレーザ光出力と同期させるように変調させるとよい。

図１０（ｂ）は、白色輝度を優先して表示するモードに設定した場合の出射時間制御の例である。設定された表示モードに応じて、複数色を同時出射する時間を増やし、同じレーザ光源のピークパワーを用いても、白色輝度を明るく表示することができる。図１０（ｂ）の例では、白色輝度を初期に比べ１０％明るく表示することができる。また図１０（ｂ）の制御と同様に、複数色の同時出射時間を増やすことにより、同じ白色輝度であっても、レーザ光源のピークパワーを抑え、レーザ光源の寿命信頼性を優先させるモードなどを選択することもできる。なお、２次元変調素子の画像変調の各分割時間は、設定する表示モードに応じて出射時間制御後のレーザ光出力と同期させるように変調させるとよい。

また、レーザ光源モニタにより、各色レーザ光源のいずれかの光源のパワーが劣化していることが検出された場合、前記と同様に出射時間を制御することにより明るさと色を補償することができる。また、全色のレーザ光源のパワー劣化がレーザ光源モニタにより検出された場合も同じく、同時出射する時間幅を増やすことにより明るさを補償することができる。

以上のように、本発明の実施の形態４に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源モニタ及び／または表示モードに応じて、レーザ光源が単色および複数色で順次出射する出射時間、及び２次元変調素子の画像変調の各分割時間を制御することにより、画像の明るさや色の調整を行なうことができ、画像の明るさや色が変化した場合の補償をすることができる。

また、本発明では、ＲＧＹＢ単色のみならず、複数色が同時に出射される混合色についても調整することにより、より細かく調整することができる。

また本実施の形態４では、レーザ光源モニタによりパワーや波長を検出し、波長が変化した場合の補償を無理なレーザ出力アップなどを伴わずに調整することができる。

また順次出射する出射時間を制御することにより、視聴者が好ましい画質の画像を提供することができる。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係るレーザ画像形成装置は、実施の形態１ないし４のレーザ画像形成装置において、視聴環境の変化による色の彩度の低下を防ぐために、視聴環境に応じて、色表示範囲を制御するものである。

ＲＧＹＢ４色のレーザ光源と変調素子を有するレーザ画像形成装置の視聴環境に応じた色調整方法を、実施の形態１のレーザ画像形成装置１００を用いて説明する。レーザ画像形成装置１００は、図２のＣＩＥｘｙ色度図の色表示可能範囲に示すように、ＲＧＹＢの四角形（太い実線）の内側の色を表示することができる。

ｓＲＧＢ規格の入力画像信号を通常表示する場合は、ｓＲＧＢの基準色度に準じて色表示を行う。図１１にこのときの色表示例を示す。

図１１において、ｓＲＧＢ準拠表示（細い実線）のとき、ｓＲＧＢの基準色度に準じ、ｓＲＧＢの色再現範囲（細い破線）を包括する範囲で、色相などが入力信号とずれない範囲で表示を行う。ｓＲＧＢ準拠表示の場合、レーザの色表示可能範囲を生かすように、色相がずれない範囲で色の彩度を従来のディスプレイよりも高く表示するようにしても構わない。

本実施の形態５のレーザ画像形成装置は、視聴環境により色度座標における色表示範囲を制御することを特徴としている。すなわち、前記通常表示に対して視聴環境が変化し明るくなった場合、視聴者には照明光が目に入るため、従来と同じ画像の表示を行うと、色の彩度が低下して見える。本実施の形態５では、視聴環境が明るくなった場合、色表示範囲を制御し、通常よりも大きくする。つまり、照明光などにより色の彩度が低下して見える場合、図１１に示すように、色表示範囲を、表示可能範囲（太い破線）に準じる範囲とする。例えば、ｓＲＧＢ規格の入力画像信号を表示するとき、視聴環境に応じて、ｓＲＧＢ準拠表示から視聴環境対応表示へと制御することができる。この制御により、たとえ視聴環境が変化し、明るい照明光が視聴者の目にはいるような場合でも、彩度の高い色を表示することができる。本発明のレーザ画像形成装置は、レーザ光源の単色性を有するため、極めて彩度の高い色の表示ができる。同じ入力画像信号であっても、単色性を利用した彩度の高い色の表示とすることにより、色コントラストの低下を補償することができる。

なお、表示する画像の色度の変更は、入力画像信号を変調素子とレーザ光源パワーとを制御する出力画像制御信号に変換するときに処理することができる。視聴環境の変化は、レーザ画像形成装置の表示面などに視聴環境モニタ（図示せず）を設け、検出信号により制御してもよいし、視聴者が随時設定を行ってもよい。

また、本発明のレーザ画像形成装置は、視聴環境による色表示範囲の変化に対し、レーザ光源のパワー制御を伴うことが好ましい。例えば、照明光が非常に明るい状況の場合、レーザ光源のパワーを通常よりも上昇させることにより、色コントラストの低下を更に抑えることができる。また照明光が白色光でなく、色がついた照明であっても、本発明のレーザ画像形成装置はＲＧＹＢの独立なレーザ光源を有するため、特定色のみのレーザ光源を制御し、あらゆる色の色コントラストの低下を抑えることができる。なお視聴環境が暗くなった場合、レーザ光源のパワーを抑え、視聴者が感じる色を一定としながら、省電力を可能とすることもできる。

以上のような、本発明の実施の形態５に係るレーザ画像形成装置は、視聴環境が変化し明るくなることにより、色の彩度が低下して見える場合、色表示範囲を通常表示のｓＲＧＢ準拠表示から視聴環境対応表示に制御することにより、視聴環境の変化による色の彩度の低下を防ぐことができる。

なお、本実施の形態５では、実施の形態１のレーザ画像形成装置１００を例に説明したが、実施の形態３のレーザ画像形成装置２００においても同様に視聴環境に応じて色表示範囲を制御することができるのはいうまでもない。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置において、入力画像信号や視聴環境によりレーザ光源の出射パワーを変調するとき、レーザ冷却温度も同時に制御することが好ましい。特にレーザ光源パワーを連続して高パワーで出射する場合、冷却温度を下げるように制御する。レーザ光源の出射パワー変調制御にあわせて、冷却温度を制御することにより、レーザ光源の高信頼性を確保することができ、また高効率にレーザ光を出力することができる。また、レーザ光源出力を抑えた画像表示の場合、冷却温度を通常よりも上げることにより、冷却電力を抑え、更なる省電力化を行うこともできる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置におけるレーザ光源には、半導体レーザ、波長変換レーザ、固体レーザ、気体レーザなどのレーザ発振する光源を用いることができる。また１色のレーザ光源を複数のレーザから構成してもよい。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置は、レーザ光源の単色性を利用しているため、例えば１色のレーザ光源を同色の複数のレーザから構成した場合も含め、単色性を有することが好ましい。同色のレーザ光源が複数のレーザから構成された場合を含め、ＲＧＹＢ４色のレーザ光源の各色のスペクトル半値全幅が１０ｎｍ未満であることが好ましい。半値全幅を１０ｎｍ未満とすることで、従来の光源に対して単色性（スペクトル幅が狭い）利点を十分に生かし、本発明のレーザ画像形成装置に用いることができる。より好ましくは、ＲＧＹＢ４色のレーザ光源のスペクトル半値全幅が５ｎｍ未満であることが好ましい。５ｎｍ未満であれば、各色の色度管理をより容易に行うことができる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置における変調素子の像を投射する投射光学系およびスクリーンは、特に実施の形態に限定されず、変調素子像を視聴者が観察できれば良い。スクリーンを反射型としてフロントプロジェクションタイプとしても良いし、透過型としてリアプロジェクションタイプとしてもよい。また投射光学系がなく変調素子が表示面となる液晶ディスプレイの形態とすることもできる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置では、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いていたが、本発明は特にこれに限定されず５色以上用いることができる。

また、本発明の実施の形態１〜５に係るレーザ画像形成装置では、中心波長の異なる４色のレーザ光源を用いていたが、実施の形態１及び２における２次元空間変調素子及び／または各レーザ光源の変調制御、及び実施の形態４，５については、３色のレーザ光源を用いたレーザ画像形成装置においても応用可能である。

本発明のレーザ画像形成装置およびカラー画像形成方法は、動画や静止画など画像形成装置および方法として使用することができる。

図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザ画像形成装置の概略図である。 図２は、本発明の実施の形態の色表示範囲を表す色度図である。 図３は、本発明の実施の形態１の画像形成方法を表すフローチャートである。 図４は、本発明の実施の形態２の画像形成方法を表すフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置のレーザ光出射タイミングを表す図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係るレーザ画像形成装置において、複数色同時出射している時間における出射パワー変調と単色のみを出射している時間における出射パワー変調とを独立に制御した場合のレーザ光出射タイミングを表す図である。 図７は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置の概略図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置におけるＧとＹのレーザ光出力を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係るレーザ画像形成装置においてレーザ光の出射時間を変調した例を表す図である。 図１０は、本発明のレーザ画像形成装置におけるレーザ光出射時間制御を表す図である。 図１１は、本発明のレーザ画像形成装置における色表示範囲を表す色度図である。 図１２は、従来のレーザ画像形成装置の概略図である。

符号の説明

１００、２００ レーザ画像形成装置
１０１Ｂ 青色レーザ光源
１０１Ｇ 緑色レーザ光源
１０１Ｙ 黄緑色レーザ光源
１０１Ｒ 赤色レーザ光源
１０２ 照明光学系
１０３、１０３１〜１０３３ スペックルノイズ除去手段
１０４、１０４１〜１０４３ 光インテグレータ
１０６、１０６１〜１０６３ 投影光学系
１０７、１０７１〜１０７３ ２次元変調素子
１０８ 投射光学系
１０９ ダイクロイックプリズム
１０ スクリーン
１２１ ダイクロイックミラー
１２２ レンズ
１０６１ａ、１０６３ａ ミラー
１０６１ｂ、１０６２、１０６３ｂ フィールドレンズ
３００ レーザ画像形成装置
１Ｒ 赤色レーザ光源
１Ｇ 緑色レーザ光源
１Ｂ 青色レーザ光源
２ 照明光学系
３ スペックル除去手段
４ 光インテグレータ
６ 投影光学系
６１ ミラー
６２ フィールドレンズ
７１ ２次元変調素子
８ 投射光学系
９ ダイクロイックプリズム
１０ スクリーン

Claims (21)

1. レーザ光源と、画像変調を行う２次元変調素子とを有するレーザ画像形成装置において、
   中心波長の異なる４色以上のレーザ光源を有する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
2. 請求項１記載のレーザ画像形成装置において、
   前記レーザ光源の中心波長が、
   ４３０〜４７５ｎｍであるＢ、４８０〜５６０ｎｍであるＧとＹ、及び６１０〜６８０ｎｍであるＲ、
   の４色ＢＧＹＲのレーザ光源を有する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
3. 請求項２記載のレーザ画像形成装置において、
   前記ＧとＹのレーザ光源の少なくとも一方は、波長変換レーザである、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
4. 請求項３記載のレーザ画像形成装置において、
   前記ＧとＹのレーザ光源の中心波長の差が、２ｎｍ以上、６０ｎｍ以下である、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
5. 請求項２記載のレーザ画像形成装置において、
   前記４色ＢＧＹＲのレーザ光源のうち、前記ＧとＹの中心波長が、Ｇ：４８０〜５２０ｎｍ、Ｙ：５２０〜５６０ｎｍである、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
6. 請求項２記載のレーザ画像形成装置において、
   前記Ｇ及びＹの両方を用いて表示可能な色再現域は、前記Ｇ及びＹの両方のレーザ光源からレーザ光を出射する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
7. 請求項１記載のレーザ画像形成装置において、
   該画像形成装置に入力される入力画像信号を、４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号に変換する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
8. 請求項１記載のレーザ画像形成装置において、
   前記４色以上のレーザ光源から出力されるレーザ光の変調を、各色独立に制御する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
9. 請求項８記載のレーザ画像形成装置において、
   該画像形成装置に入力される入力画像信号、及び／または視聴環境に応じて、各色のレーザ光源の出射パワー変調を独立に制御する、
   ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
10. 請求項１または８記載のレーザ画像形成装置において、
    該レーザ画像形成装置は、
    前記２次元変調素子を１つとし、該１つの２次元変調素子を、前記４色以上の各レーザ光源よりの各レーザ光に対し前記２次元変調素子の画像変調を時間分割して用いる、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
11. 請求項１０記載のレーザ画像形成装置において、
    前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、入力画像信号に応じて変調する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
12. 請求項１０記載のレーザ画像形成装置において、
    前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間を、レーザ光源から出射されたレーザ光をモニタするレーザ光源モニタの出力及び／または設定する表示モードに応じて変調する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
13. 請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、
    入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光強度の変調信号とを含む、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
14. 請求項８または１０記載のレーザ画像形成装置において、
    入力画像信号から変換された４色以上の各色信号の出力を制御する出力画像制御信号は、少なくとも２次元変調素子の変調信号と、レーザ光出射時間の変調信号とを含む、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
15. 請求項１４記載のレーザ画像形成装置において、
    前記レーザ光出射時間を、前記入力画像信号に応じて、前記２次元変調素子の画像変調の各分割時間の変調と同期変調する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
16. 請求項１記載のレーザ画像形成装置において、
    前記４色以上のレーザ光源は、複数色のレーザ光源が前記２次元変調素子に対して同時にレーザ光を出射する時間を有する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
17. 請求項１６記載のレーザ画像形成装置において、
    前記複数色のレーザ光源のそれぞれは、前記２次元変調素子に対して他のレーザ光源が同時に出射している時間におけるその出射パワー変調と、前記２次元変調素子に対して該レーザ光源が単色のみを出射している時間におけるその出射パワー変調とを、独立に制御する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
18. 請求項１記載のレーザ画像形成装置において、
    色度座標における色表示範囲を視聴環境に応じて制御する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
19. 請求項１８記載のレーザ画像形成装置において、
    前記色表示範囲は、入力画像信号基準色度範囲よりも広く、かつ入力画像信号基準色度に準ずる範囲、あるいは色再現可能範囲に準ずる範囲である、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
20. 請求項９または１７記載のレーザ画像形成装置において、
    前記レーザ光源の出射パワー変調に伴い、レーザ冷却温度を制御する、
    ことを特徴とするレーザ画像形成装置。
21. ４色以上のレーザ光源と、画像変調を行う１つまたは複数の２次元変調素子とを用いて画像形成するカラー画像形成方法であって、
    入力画像信号に応じて、前記１つまたは複数の２次元画像変調素子による画像変調と、前記４色以上のレーザ光源のレーザ光出力変調とを同期させ、画像形成を行なう、
    ことを特徴とするカラー画像形成方法。

Images