(57)【要約】  コヒーレント光を光源として用いる場合に生じるスペックルノイズの影響を低減するために、機械的な機構を設ける必要なく、騒音も抑制することが可能な画像表示装置を提供する。画像表示装置（１）は、光源装置（Ｒ、Ｇ、Ｂ各色のレーザ光源（１０ａ）〜（１０ｃ）を備えたレーザ光源装置（１０）で例示）から発せられた光を、電気光学結晶を有した位相変換部（各レーザに対応した位相変換部（１２ａ）〜（１２ｃ）で例示）によって高速に位相変化させる。それによりスクリーン（１６）上での干渉パターンは高速に変化し、人間の目には平均化されてスペックルノイズが低減される。
2009028438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発する光源装置と、スクリーン上に画像を形成する画像形成手段と、前記光源装置から発せられた光が前記画像形成手段に到達するまでの光路中に配設された位相変換部とを備え、該位相変換部は、電気光学結晶を有し、該電気光学結晶への印加電圧を駆動制御して前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記位相変換部は、前記電気光学結晶による光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記位相変換部は、前記電気光学結晶を６０Ｈｚ以上の周波数の印加電圧で駆動制御す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。
【請求項４】
前記位相変換部は、前記光源装置から発せられた光の位相をランダムに変化させるように前記電気光学結晶への印加電圧を駆動制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源それぞれから発せられたレーザ光の光路中に、個別に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源から発せられたレーザ光を合成した後の光路中に１つ配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記電気光学結晶は、印加する電界に対して屈折率が比例して変化する１次の電気光学効果を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記電気光学結晶は、ニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記電気光学結晶は、印加する電界に対し屈折率が２乗で変化する２次の電気光学効果を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記光源装置から発せられた光を前記位相変換部へ伝搬する光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光源装置は半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像形成手段は、走査方式によって画像を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記画像形成手段は、空間光変調装置を有し、該空間光変調装置によって画像を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関し、より詳細には、レーザ光等のコヒーレント光を光源とした画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源装置からの光を液晶パネルのような空間光変調素子に照射し、スクリーンに投影させることにより画像表示を行うプロジェクタ（投影型画像表示装置）がある。従来、投影型画像表示装置の光源として高圧水銀ランプやメタルハライドランプといったランプが使用されてきた。【０００３】
しかしながら、このようなランプは、寿命が短く点灯に時間がかかるという課題があるだけでなく、光源から赤、緑、青の３原色に分光するための光学系が必要であり、光利用効率低減や構造の複雑化、色再現性が課題となっている。このような課題を解決するために、近年ではレーザ光を用いた画像表示装置が提案されている。【０００４】
レーザを光源とすることで、長寿命化、広色域化、光利用効率がよいことによる消費電力低減、光学系の単純化に伴う小型化など多数の改善が期待できる。しかしながら、レーザを用いた画像表示装置では、レーザ光がコヒーレント光であるため、スクリーン上で各点からの散乱光がスクリーン上で重ね合わさって干渉し、斑点模様を発生させる。このような斑点模様はスペックルノイズと言われ、映像のギラつきや明暗の原因となり画質を大きく低下させる原因となっている。【０００５】
従来から、このスペックルノイズを低減させる方法がいくつか提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。特許文献１には、スクリーン等の受像部に気流を流し、振動させることでスペックルノイズを低減させる方法が開示されている。この方法では、受像部の形状を常に変化させることで反射光同士の干渉点を常に変化させており、人間の目には強度が平均化されて見える。そのため観察者にはスペックルノイズが低減されて見える。【０００６】
また、特許文献２には、レーザ光線の光路上に拡散素子を設け、モータによってこの拡散素子を高速に回転させる方法が開示されている。この方法では、光源とスクリーンの間で拡散素子を高速に回転させることでスクリーン上でのスペックルノイズパターンを人間が視認できない速さで変化させ、スペックルノイズを低減させている。
【特許文献１】特開２００５−１０７１５０号公報
【特許文献２】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に記載の方法のごとく機械的な動作によってスペックルを低減させる場合、振動や回転させるための機構が必要であり、装置が複雑化や大型化してしまう。さらに、このような機構では、機械的な故障が原因となって寿命が短くなるという課題や、振動によって騒音が発生するという課題もある。【０００８】
また、特許文献１のごとき受像部を振動させる方法では、スクリーンが大型化すると実施が困難になるという課題や、専用のスクリーンを用意する必要があり従来のスクリーンが使用できなくなるため、コストが嵩むなどの課題がある。また、特許文献２のごとき拡散素子を高速に回転させる方法では、駆動部を高速に動かす必要があるがその速度の限界が小さいという課題がある。【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光等のコヒーレント光を光源として用いる場合に生じるスペックルノイズの影響を低減するために、機械的な機構を設ける必要なく、また騒音も抑制することが可能な画像表示装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述のごとき課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、コヒーレント光を発する光源装置と、スクリーン上に画像を形成する画像形成手段と、前記光源装置から発せられた光が前記画像形成手段に到達するまでの光路中に配設された位相変換部とを備え、該位相変換部は、電気光学結晶を有し、該電気光学結晶への印加電圧を駆動制御して前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴としたものである。【００１１】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記位相変換部は、前記電気光学結晶による光導波路であることを特徴としたものである。【００１２】
第３の技術手段は、第１又は２の技術手段において、前記位相変換部は、前記電気光学結晶を６０Ｈｚ以上の周波数の印加電圧で駆動制御することを特徴としたものである。【００１３】
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれかの技術手段において、前記位相変換部は、前記光源装置から発せられた光の位相をランダムに変化させるように前記電気光学結晶への印加電圧を駆動制御することを特徴としたものである。【００１４】
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれかの技術手段において、前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源それぞれから発せられたレーザ光の光路中に、個別に配設されていることを特徴としたものである。【００１５】
第６の技術手段は、第１〜第４のいずれかの技術手段において、前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源から発せられたレーザ光を合成した後の光路中に１つ配設されていることを特徴としたものである。【００１６】
第７の技術手段は、第１〜第６のいずれかの技術手段において、前記電気光学結晶は、印加する電界に対して屈折率が比例して変化する１次の電気光学効果を有することを特徴としたものである。【００１７】
第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記電気光学結晶は、ニオブ酸リチウムであることを特徴としたものである。【００１８】
第９の技術手段は、第１〜第６の技術手段において、前記電気光学結晶は、印加する電界に対し屈折率が２乗で変化する２次の電気光学効果を有することを特徴としたものである。【００１９】
第１０の技術手段は、第１〜第９のいずれかの技術手段において、前記光源装置から発せられた光を前記位相変換部へ伝搬する光ファイバを備えたことを特徴としたものである。【００２０】
第１１の技術手段は、第１〜第１０のいずれかの技術手段において、前記光源装置は半導体レーザであることを特徴としたものである。【００２１】
第１２の技術手段は、第１〜第１１のいずれかの技術手段において、前記画像形成手段は、走査方式によって画像を形成することを特徴としたものである。【００２２】
第１３の技術手段は、第１〜第１２のいずれかの技術手段において、前記画像形成手段は、空間光変調装置を有し、該空間光変調装置によって画像を形成することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の画像表示装置によれば、レーザ光等のコヒーレント光を光源として用いる場合に生じるスペックルノイズの影響を低減するために、機械的な機構を設ける必要なく、また騒音も抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，２，３，４…画像表示装置、１０…レーザ光源装置、１０ａ〜１０ｃ…レーザ光源、１１ａ〜１１ｃ，３０ａ〜３０ｃ…集光レンズ、１２，１２ａ〜１２ｃ…位相変換部、１３，１３ａ〜１３ｃ，２１ａ〜２１ｃ，４１ａ〜４１ｃ，４２…コリメートレンズ、１４ａ〜１４ｃ…ダイクロイックミラー、１５…ＭＥＭＳミラー、１６…スクリーン、３１，３１ａ〜３１ｃ…光ファイバ、４０…拡散素子、４３ａ，４３ｂ…フライアイレンズ、４４…コンデンサレンズ、４５…ミラー、４６…空間光変調器、４７…投射レンズ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る画像表示装置について各実施形態を挙げ図面を参照しながら説明する。本発明に係る画像表示装置としてはプロジェクタが例示でき、特に、携帯電話機も含めてモバイル機器へ組み込むことでより効果が望める。実際、現状では携帯電話機等へ組み込みを考えて超小型のレーザプロジェクタの開発が盛んであるにも拘わらず、スペックルノイズの問題は殆ど解決できていない。本発明は、後述するように簡単な構成でしかも機械的な部分もなくスペックルの低減が図れるため、モバイル機器のような小型の機器に特に有用となる。【００２７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図で、図中、１は画像表示装置である。【００２８】
図１で例示する画像表示装置１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光源１０ａ〜１０ｃによって構成されるレーザ光源装置１０、出力された光線を位相変換部１２ａ〜１２ｃへと入射させる集光レンズ１１ａ〜１１ｃ、電気光学結晶を有しレーザ光線の位相を変化させる位相変換部１２ａ〜１２ｃ、位相変換部１２ａ〜１２ｃからの光線を平行光とするコリメートレンズ１３ａ〜１３ｃ、それぞれの光線の波長のみを反射するダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃ、走査方式で画像を形成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー１５、及び、画像を映し出すスクリーン１６によって構成されている。【００２９】
レーザ光源装置１０は、各色レーザ光源を例えば次のように構成すればよい。レーザ光源１０ａは赤色レーザ光を出射する半導体レーザとし、レーザ光源１０ｂは半導体レーザと光導波路型ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）素子を組み合わせた緑色レーザ光を出射するレーザとし、レーザ光源１０ｃは青色レーザ光を出射する半導体レーザ光源とする。レーザ光源装置１０において、各レーザ光源１０ａ〜１０ｃから発せられる光の強度は個別に制御される。【００３０】
なお、レーザ光源は固体レーザやガスレーザでもよく、レーザの波長や種類はここで示したものに限らない。また、複数個のレーザを組み合わせてもよく、その場合にはさらに強度の強いレーザ光を得ることができ、明るい画像を形成できる。また、半導体レーザはすでに量産化されている小型で高効率のレーザ光源であるので、コスト低減と共に装置の小型化と明るい画像表示が可能である。また、レーザ光源装置１０の代わりに、レーザ光以外のコヒーレント光を発する光源装置、例えば単色のインコヒーレント光を発しそれをピンホールに通す装置などを採用してもよい。【００３１】
Ｒ、Ｇ、Ｂのレーザ光源１０ａ〜１０ｃから発せられた光線は、それぞれ、集光レンズ１１ａ〜１１ｃによって集光され位相変換部１２ａ〜１２ｃに入射される。図示したように位相変換部１２ａ〜１２ｃは、複数のレーザ光源１０ａ〜１０ｃそれぞれから発せられたレーザ光の光路中に、個別に配設されている。レーザ光源毎に位相変換部を配置させることで、レーザ光源の波長に応じた最適な位相変換を行うことが可能となり、効率よく位相変化させることができる。但し、本発明で具備する位相変換部は、レーザ光源毎に配置する必要はなくレーザ光源装置１０から発せられた光がＭＥＭＳミラー１５で例示の画像形成手段に到達するまでの光路中に配設されていればよい。【００３２】
位相変換部１２ａ〜１２ｃは、スクリーン１６へ投射される光の位相を高速に変化させるように、電気光学結晶への印加電圧を駆動制御している。すなわち、位相変換部１２ａ〜１２ｃにより、スクリーン１６へ投射される光線の位相を変化させることが可能となっている。【００３３】
この制御を実行し易くするために、位相変換部１２ａ〜１２ｃは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮＢＯ3）による光導波路によって構成されていることが好ましい。ニオブ酸リチウムによる光導波路は、例えば光通信などの領域ではレーザ光に信号を乗せる変調器として既に実用化されており、安定した性能とＧＨｚの領域での高速応答性がある。【００３４】
ここで、ニオブ酸リチウムは、電界を加えると屈折率が変化する性質を持つ電気光学結晶の一つであり、位相変換部１２ａ〜１２ｃはこのような電気光学結晶の屈折率変化を利用して、光導波路を伝搬する光の位相を変化させる。さらに、ニオブ酸リチウムは、印加する電界（実際には印加電圧）に対して比例して屈折率を変化させる１次の電気光学効果を持つ結晶である。【００３５】
このように、電気光学結晶として１次の電気光学効果（ポッケルス効果）を有するものを採用することで、レーザ光線の位相変化量を制御し易くすることができる。また、ニオブ酸リチウムは電気光学効果が大きいので効率よく位相変換が行えるだけでなく、光通信などの分野では既に実用化されており、安定した性能と価格を低減させることが可能である。【００３６】
また、電気光学結晶としては、ニオブ酸リチウム以外の電気光学結晶を採用してもよい。他の電気光学結晶としては、例えばニオブ酸リチウムに光学特性や非線形特性や光学特性が似ているＬｉＴａＯ3結晶をはじめ、ＫＴｉＰＯ4(ＫＴＰ)結晶など、様々なものが適用できる。また、搭載する電気光学結晶として、レーザ毎に最適な数種の電気光学結晶を組み合わせても構わない。その場合、さらに位相変換の効率がよくなる。【００３７】
特に、例えばＰＬＺＴのように、印加する電界に対し屈折率が２乗で変化（非線形的に変化）する２次の電気光学効果（カー効果）を有する２次の電気光学結晶を用いることで、小さな駆動電圧で大きな位相変化を与えることができ、消費電力を抑制できる。【００３８】
また、位相変換部１２ａ〜１２ｃは、ここで例示するように光導波路であることが好ましいが、少なくとも電気光学結晶を有しそれを制御できればよい。位相変換部を電気光学結晶による光導波路とすることで、低い制御電圧で効率よく位相変化させることが可能であるため、光導波路としない場合に比べ小型化することができる。また、電気／光応答が非常に速く行えるため、ＧＨｚ領域の非常に高速な位相変調を行うことも可能である。また、位相変換部は光導波路を曲げた構成としてもよく、これにより光線の進行方向を変更させ、自由なレイアウトにすることができる。【００３９】
位相変換部１２ａ〜１２ｃにおける位相の変化は、電気光学結晶に印加する電圧によって制御されている。この制御電圧は、例えば６０Ｈｚ以上の駆動周波数で電気光学結晶に印加され、このとき位相変換部１２ａ〜１２ｃへと入射した光はその周波数で位相変化される。【００４０】
このように、位相変換部１２ａ〜１２ｃは、６０Ｈｚ以上の周波数で駆動されることが好ましい。６０Ｈｚは、人間がフリッカ（ちらつき）を知覚できる速度の上限であり、これ以上の速さで位相を変化させることで観察者は視覚での識別ができなくなり、平均化されてスクリーン上のスペックルノイズは低減される。【００４１】
また、上述のごとくニオブ酸リチウムによる光導波路はＧＨｚの領域での高速応答性があり、実装に際しては現時点で数十ＨｚからＧＨｚ領域までの速度（機械的な機構では困難な速度）で位相変化が可能である。このように、位相変換部１２ａ〜１２ｃは、非常に高速な範囲まで自由な速度で駆動可能に構成することができ、視聴環境や観察者に応じて容易に最適な駆動周波数での位相変化をすることが可能である。ただし、一般的には電気光学結晶への電圧印加は、６０Ｈｚ以上の周波数（例えば数百Ｈｚ程度）の制御信号で駆動させれば人間には知覚され難く、スペックルノイズの低減が図れる。【００４２】
位相変換部１２ａ〜１２ｃにおける位相の変化量は電気光学結晶に印加する電圧によって制御されている。つまり、位相変換部１２ａ〜１２ｃに入射する光の波長に応じて、電気光学結晶への印加電圧に対しての位相変化量が決まるため、位相変化量のコントロールが可能である。この印加電圧は、例えば位相変換部１２ａ〜１２ｃに入射した光の位相φを−π≦φ≦πの範囲で変化するように制御する。【００４３】
また、位相変換部１２ａ〜１２ｃによる位相の変化量が大きいほど、スクリーン上でのスペックルパターンの変化の度合いも大きい。そのため、位相の変化量を大きくするように位相変換部１２ａ〜１２ｃを制御することで、観察者の目には平均化されて見えスペックルノイズの低減が図れる。【００４４】
上述のごとき位相変換部１２ａ〜１２ｃによって位相変化した光は、コリメートレンズ１３ａ〜１３ｃによって平行光となる。そしてコリメートレンズ１３ａ〜１３ｃから出射した光線はダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃによって合成される。ダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃはそれぞれ特定の波長のみ反射するミラーであり、ダイクロイックミラー１４ａは赤色光線を、ダイクロイックミラー１４ｂは緑色光線を、ダイクロイックミラー１４ｃは青色光線を反射することでレーザ光線を１束に合成する。合成にはダイクロイックミラーを用いたが、クロスプリズムなど他の手法を用いても構わない。【００４５】
合成された光線はＭＥＭＳミラー１５へ照射され、走査方式によってスクリーン１６に画像を形成する。ＭＥＭＳミラー１５は、アクチュエータとマイクロミラーによって構成される２軸のＭＥＭＳミラーであり、Ｘ方向（横方向）とＹ方向（縦方向）にマイクロミラーの角度を制御する。マイクロミラーに入射した光線はスクリーン１６上を走査するように反射される。この時、ＲＧＢレーザ光の色や強度を個別に変調して制御しているので、映像の各画素に対して、ＭＥＭＳミラー１５から出射される光の色と強度を制御してスクリーン１６に投影し、ＣＲＴ（Cathode-ray Tube）のように高速で走査することで画像を形成する。【００４６】
また、本実施形態ではＭＥＭＳミラー１５に２軸のＭＥＭＳミラーを用いたが、１軸のＭＥＭＳミラー２個を組み合わせても構わない。この場合、１つは横方向の走査を行い、他方は縦方向の走査を行うことで２次元画像を得ることができる。また、本発明に係る画像表示装置には画像を形成する画像形成手段が具備されるが、この画像形成手段は例示したように走査方式によって画像を形成することが好ましい。レーザ光線をスクリーン上で走査することで画像を形成するので、レーザ光源から発せられた光線のビーム径（照射スポット径）を小さくしたまま拡大せずに位相変化してスクリーン上へ出射することができる。このように走査方式を採用することによっても、光学部材の小型化と装置の価格を低減させることができる。【００４７】
スクリーン１６に照射された光は、位相変換部１２ａ〜１２ｃによって高速に位相変化しているため、スクリーン１６上での干渉パターンが高速に変化する。そのため人間の目には強度が平均化されてスペックルノイズが低下して見える。【００４８】
以上説明したように、画像表示装置１は、レーザ光源から発せられる光線の光路上に印加する電界によって屈折率の変化する電気光学結晶を用いた位相変換部１２ａ〜１２ｃを設け、光線の位相を高速で変化させ、スクリーン１６上での干渉パターンを常に高速に変化させている。これにより、観察者である人間の目には平均化されてスペックルノイズが視認されることがなくなり画質劣化を抑制することが可能となる。【００４９】
また、位相変化は電気光学結晶に印加する電圧を変化させることで制御できるため、機械的な機構を設ける必要なく、その結果、簡単な小型の装置として構成でき、機械的な故障もなく寿命の低下も抑制でき、また騒音も抑制することができる。さらに、位相変化のパターンは電気光学結晶への印加電圧によって自由に制御可能であるため、すなわち任意な位相変化を行うことが可能であるため、レーザ光源の種類やスクリーンの種類に応じて最適な設定（調整）が簡単に行うことができる。これにより、この画像表示装置を汎用性の高いものにすることができる。【００５０】
また、以上の説明では、位相の変化を人間の知覚できる速度以上の速さにして強度を平均化してスペックルノイズを低減させたが、このような位相変換部１２ａ〜１２ｃの制御と併せて、或いはある程度駆動周波数を落としたとしても、位相変化のパターン（干渉のさせかた、すなわち干渉変化）を人間の知覚できないような複雑なものにする制御を実行してもよい。【００５１】
例えば、位相変換部１２ａ〜１２ｃの制御信号をランダムな信号とすることで、干渉のさせかた（スペックルパターン）を変化させてもよい。すなわち、位相変換部１２ａ〜１２ｃは、レーザ光源装置１０から発せられた光の位相をランダムに変化させるように電気光学結晶を駆動制御するようにしてもよい。制御信号をランダムな信号とすることでスクリーン１６上のスペックルパターンをさらに複雑に変化させ、スペックルノイズによる画質の低下を抑制することができる。【００５２】
なお、ランダム信号以外には、矩形波や三角波やサイン波などの波形をもつ制御信号を採用してもよい。但し、矩形波では２値しか取らないので、常に位相を変動させる例えばサイン波のような制御信号波形の方がスペックルパターンを複雑に変化させることが可能である。【００５３】
また、位相変換部１２ａ〜１２ｃが同一の制御信号によって制御されていることを前提に説明したが、それぞれ個別に制御しても構わない。その場合、位相変化量は光線の波長に依存するため、各レーザに合わせて位相変化を設定することが可能であり、さらに効率よく位相変化することができる。【００５４】
ここで、位相変換部１２ａ〜１２ｃを同種とする場合には、同じ印加電圧値に対して、波長に応じてその位相変化量が異なる。一般的には、位相の変化量は波長に反比例するため、同じ電圧値に対して赤色などの長波長側での位相変化量が青色などの短波長側の位相変化量より小さい。そこで、位相変換部１２ａ〜１２ｃを個別に制御し、入射する光の波長に応じて適切な電圧値に制御することで波長毎の位相の変化量の制御が容易であり、波長毎の位相変化量を同じにすることが可能である。また、位相変化量φを全ての波長において−π≦φ≦πで変化させることで、スクリーン上のスペックルパターンの変化量も大きくなり、観察者の目には平均化されて見えスペックルノイズの低減が図れる。【００５５】
また、位相変化量は電気光学結晶の長さにも比例するため、波長に応じて電気光学結晶の長さの異なる位相変換部を用いることで、同一の制御信号により波長毎の位相変化量が同じになるように制御することが可能である。【００５６】
＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図で、図中、２は画像表示装置である。図２において、第１の実施形態における画像表示装置１と同一の部分は同一の符号を付して、その応用例も含めて説明を省略する。また、位相変換部１２ａ〜１２ｃと位相変換部１２のように数字が同一のものにおいては同様の特性を有するものとする。【００５７】
本実施形態においては、位相変換部１２をＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光源１０ａ〜１０ｃから発せられた光線を合成した後に１つ配置することで、単一の位相変換部１２のみで位相変化を行い、スクリーン１６上のスペックルノイズの低減を行う。これにより構成が簡単になり、小型化と共にコストの削減ができる。なお、スペックルノイズの低減に関しても第１の実施形態の説明と同様である。【００５８】
図２で例示する画像表示装置２の構成及び動作について述べる。画像表示装置２は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光源１０ａ〜１０ｃによって構成されるレーザ光源装置１０、出力された光線を平行光とするコリメートレンズ２１ａ〜２１ｃ、それぞれの光線の波長のみを反射するダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃ、レーザ光線の位相を変化させる位相変換部１２、走査方式で画像を形成するＭＥＭＳミラー１５、及び、画像を映し出すスクリーン１６によって構成されている。【００５９】
Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれレーザ光源から出射された光線をコリメートレンズ２１ａ〜２１ｃによって平行光とする。平行光としたレーザ光線をダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃにより１束の光線へと合成する。合成したレーザ光は光線の光路上に配置された位相変換部１２に入射する。入射した光線は位相変換部１２によって高速に位相変化される。この場合、位相変換部は緑のレーザ光源の波長が最も効率よく位相変換されるようにするのが望ましい。人間の視感度から緑は赤や青に比べて人間が明るさをより感じる波長域であり、緑を中心に位相変化させることで効率的にスペックルノイズの低減が図れる。【００６０】
位相変換部１２で位相変化した光線はコリメートレンズ１３により平行光とされ、ＭＥＭＳミラー１５へ入射する。さらに光線は２軸のＭＥＭＳミラー１５によりスクリーン１６へ投射され、スクリーン１６上に走査方式で画像を形成する。スクリーン１６に投射された光線は位相変換部１２で高速に位相変換されているためスペックルノイズが低減し、画質の劣化が抑制される。【００６１】
以上説明したように、本実施形態では、第１の実施形態の効果の他に、単一の位相変換部１２だけでスペックルノイズの低減ができるため、部品点数が削減されコストを抑制できると共に小型化が可能である。また、位相変換部１２を駆動させる電力を抑制でき、消費電力を少なくすることができる。【００６２】
＜第３の実施形態＞
図３は、本発明の第３の実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す図で、図中、３は画像表示装置である。図３において、第１の実施形態における画像表示装置１と同一の部分は同一の符号を付して、その応用例も含めて説明を省略する。【００６３】
本実施形態においては、レーザ光源から発せられた光を位相変換部１２まで光ファイバ３１によって伝搬させることで光路を自由に制御できる。これにより構成が簡単になり、部品配置を自由なレイアウトとすることが可能となり、小型化と共にコストの削減ができる。なお、スペックルノイズの低減に関しても第１の実施形態の説明と同様である。【００６４】
図３で例示する画像表示装置３の構成及び動作について述べる。画像表示装置３は、レーザ光源装置１０のＲ、Ｇ、Ｂレーザ光源から発せられた光線を集光レンズ３０ａ〜３０ｃにより光ファイバ３１の入射口３１ａ〜３１ｃに入射させる。光ファイバ３１では出射側はカップリングされており、光ファイバ３１を伝搬中の光は伝搬中に合波される。光ファイバ３１の出射側は位相変換部１２に接続され、光ファイバから出射した光はそのまま位相変換部１２へと入射する。位相変換部１２は、上述したように好ましくは電気光学結晶による光導波路であり、入射した光は導波路を進行する間に位相変化される。位相変換部１２への電圧は６０Ｈｚ以上の周波数で印加され、位相変換部１２から出射された光はその周波数で位相変化される。【００６５】
位相変換部１２を出射した光線はコリメートレンズ１３により平行光とされ、ＭＥＭＳミラー１５へと照射し、ＭＥＭＳミラー１５によって入射した光線をスクリーン１６に投影する。ＲＧＢレーザ光の色や強度を個別に変調して制御しているので、映像の各画素に対して、ＭＥＭＳミラー１５から出射される光の色と強度を制御してスクリーン１６に投影し、ＣＲＴのように高速で走査することで画像を形成する。【００６６】
図３では、第２の実施形態のように１つの位相変換部１２を具備したより好ましい例として、光ファイバ３１で光を合成した後に位相変換部１２を配置し、それに基づき本実施形態を説明した。しかし、第１の実施形態のように集光レンズ３０ａ〜３０ｃと光ファイバ３１の入射口３１ａ〜３１ｃとの間に（光ファイバ３１の手前に）、３つの位相変換部及び集光レンズを配し、それぞれのレーザ光源１０ａ〜１０ｃ毎に位相変換を行ってもよい。この場合、レーザの波長の応じて最適な位相変換部を配置することで効率よく位相変化させることができる。【００６７】
以上説明したように、本実施形態では、第１又は第２の実施形態の効果の他に、光の伝搬に光ファイバを使用することで光路を自由に曲げることが可能である。そのため、自由なレイアウトが行うことができ、装置全体の小型化が可能となる。また、部品点数を減らし、構成が簡単になるのでコストの抑制ができる。位相変換部１２と光ファイバ３１の接続や伝搬に関しては、光通信の領域などで低損失であり、効率よく接続、伝搬する技術が実用化されているため、明るい画像を得ることができる。【００６８】
＜第４の実施形態＞
図４は、本発明の第４の実施形態に係る画像表示装置の内部構成を示す平面的模式図で、図中、４は画像表示装置である。図４において、第１の実施形態における画像表示装置１と同一の部分は同一の符号を付して、その応用例も含めて説明を省略する。【００６９】
本実施形態においては、位相変換部１２によって位相を高速変化させた光を空間光変調器４６による画像形成手段を用いてスクリーン１６上に画像を形成し、スペックルノイズの低減を行う。すなわち、本実施形態では、第１〜第３の実施形態における画像形成手段を空間光変調器（空間光変調装置）４６を有する画像形成手段にし、空間光変調器４６によって画像を形成している。なお、スペックルノイズの低減に関しても第１の実施形態の説明と同様である。【００７０】
図４で例示する画像表示装置４の構成及び動作について述べる。画像表示装置４は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザ光源１０ａ〜１０ｃによって構成されるレーザ光源装置１０、光線を平行光とするコリメートレンズ４１ａ〜４１ｄ、ダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃ、レーザ光線の位相を変化させる位相変換部１２、レーザ光のビーム径を拡大する拡散素子４０、平行光とするコリメートレンズ４２、第１のフライアイレンズ４３ａ、第２のフライアイレンズ４３ｂ、コンデンサレンズ４４、ミラー４５、空間光変調器４６、投射レンズ４７、及び、画像を映し出すスクリーン１６によって構成されている。【００７１】
Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれレーザ光源１０ａ〜１０ｃから出射された光線をコリメートレンズ４１ａ〜４１ｃによって平行光とする。平行光としたレーザ光線をダイクロイックミラー１４ａ〜１４ｃにより１束の光線へと合成する。合成したレーザ光は光線の光路上に配置された位相変換部１２に入射する。入射した光線は位相変換部１２によって高速に位相変化される。位相変換部１２によって位相変化された光線は拡散素子４０によって照射径を拡大される。【００７２】
拡散された光はコリメートレンズ４２によって平行光とされた後、一対のフライアイレンズ４３ａ、４３ｂによって均一化される。均一化された光はコンデンサレンズ４４から出射し、ミラー４５で反射した後、空間光変調器４６へと結像する。ここで、フライアイレンズ４３ａ、４３ｂはスポット径を細分化し、それぞれの断面を空間光変調器４６面上で重ね合わせるように結像させることで、光のミキシングを行う素子である。また、空間光変調器４６はＤＭＤ（Digital Micromirror Device：登録商標）であり、多数のマイクロミラーを駆動させることにより、画像を形成する。空間光変調器４６から照射された光は投射レンズ４７によって拡大されてスクリーン１６上へ投影される。【００７３】
また、空間光変調器４６にはＤＭＤ（登録商標）を用いたが液晶による空間光変調器でも構わない。また、レーザ光源毎に空間光変調器４６を備え、光を変調した後に合成する構成でも構わない。【００７４】
以上説明したように、本実施形態では、位相を常に変化させた光が画像に係る変調光を生成する空間光変調器４６によって変調され、投射レンズ４７を通してスクリーン１６上に投影されて画像を形成している。本実施形態においても、第１〜第３の実施形態の効果と同様に、スクリーンに投射された光線は位相変換部１２により高速に位相変化されているため、スペックルノイズが低減し、画質の劣化が抑制される。位相変化には機械的な機構は設けないため、小型化と部品点数削減、長寿命化が図れる。また、位相変化の速度も十分な速さが実現できる。
【図１】
2009028438.tif 000003
【図２】
2009028438.tif 000004
【図３】
2009028438.tif 000005
【図４】
2009028438.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月19日(2009.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発する光源装置と、スクリーン上に画像を形成する画像形成手段と、前記光源装置から発せられた光が前記画像形成手段に到達するまでの光路中に配設された位相変換部とを備え、該位相変換部は、電気光学結晶を有し、該電気光学結晶への印加電圧を駆動制御して前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させると共に、前記スクリーンへ投射される光の位相を前記光源装置から発せられた光の波長に応じて変化させることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記位相変換部は、前記電気光学結晶による光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記位相変換部は、前記電気光学結晶を６０Ｈｚ以上の周波数の印加電圧で駆動制御す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。
【請求項４】
前記位相変換部は、前記光源装置から発せられた光の位相をランダムに変化させるように前記電気光学結晶への印加電圧を駆動制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源それぞれから発せられたレーザ光の光路中に、個別に配設され、配設された複数の前記位相変換部は、それぞれ、配設された光路に対応する前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長に応じて、前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源から発せられたレーザ光を合成した後の光路中に１つ配設され、前記複数のレーザ光源のうち所定の１つのレーザ光源から発せられたレーザ光の波長に応じて、前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記電気光学結晶は、印加する電界に対して屈折率が比例して変化する１次の電気光学効果を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記電気光学結晶は、ニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記電気光学結晶は、印加する電界に対し屈折率が２乗で変化する２次の電気光学効果を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記光源装置から発せられた光を前記位相変換部へ伝搬する光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記光源装置は半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像形成手段は、走査方式によって画像を形成することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記画像形成手段は、空間光変調装置を有し、該空間光変調装置によって画像を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
の拡散素子を高速に回転させる方法が開示されている。この方法では、光源とスクリーンの間で拡散素子を高速に回転させることでスクリーン上でのスペックルノイズパターンを人間が視認できない速さで変化させ、スペックルノイズを低減させている。
特許文献１：特開２００５−１０７１５０号公報
特許文献２：特開平６−２０８０８９号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００７］
しかしながら、特許文献１，２に記載の方法のごとく機械的な動作によってスペックルを低減させる場合、振動や回転させるための機構が必要であり、装置が複雑化や大型化してしまう。さらに、このような機構では、機械的な故障が原因となって寿命が短くなるという課題や、振動によって騒音が発生するという課題もある。
［０００８］
また、特許文献１のごとき受像部を振動させる方法では、スクリーンが大型化すると実施が困難になるという課題や、専用のスクリーンを用意する必要があり従来のスクリーンが使用できなくなるため、コストが嵩むなどの課題がある。また、特許文献２のごとき拡散素子を高速に回転させる方法では、駆動部を高速に動かす必要があるがその速度の限界が小さいという課題がある。
［０００９］
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光等のコヒーレント光を光源として用いる場合に生じるスペックルノイズの影響を低減するために、機械的な機構を設ける必要なく、また騒音も抑制することが可能な画像表示装置を提供することを、その目的とする。
課題を解決するための手段
［００１０］
上述のごとき課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、コヒーレント光を発する光源装置と、スクリーン上に画像を形成する画像形成手段と、前記光源装置から発せられた光が前記画像形成手段に到達するまでの光路中に配設された位相変換部とを備え、該位相変換部は、電気光学結晶を有し、該電気光学結晶への印加電圧を駆動制御して前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させると共に、前記スクリーンへ投射される光の位相を前記光源装置から発せられた光の波長に応じて変化させることを特徴としたものである。
［００１１］
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記位相変換部は、前記電気光学
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
結晶による光導波路であることを特徴としたものである。
［００１２］
第３の技術手段は、第１又は２の技術手段において、前記位相変換部は、前記電気光学結晶を６０Ｈｚ以上の周波数の印加電圧で駆動制御することを特徴としたものである。
［００１３］
第４の技術手段は、第１〜第３のいずれかの技術手段において、前記位相変換部は、前記光源装置から発せられた光の位相をランダムに変化させるように前記電気光学結晶への印加電圧を駆動制御することを特徴としたものである。
［００１４］
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれかの技術手段において、前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源それぞれから発せられたレーザ光の光路中に、個別に配設され、配設された複数の前記位相変換部は、それぞれ、配設された光路に対応する前記レーザ光源から発せられたレーザ光の波長に応じて、前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴としたものである。
［００１５］
第６の技術手段は、第１〜第４のいずれかの技術手段において、前記光源装置は、複数のレーザ光源により構成され、前記位相変換部は、前記複数のレーザ光源から発せられたレーザ光を合成した後の光路中に１つ配設され、前記複数のレーザ光源のうち所定の１つのレーザ光源から発せられたレーザ光の波長に応じて、前記スクリーンへ投射される光の位相を変化させることを特徴としたものである。
［００１６］
第７の技術手段は、第１〜第６のいずれかの技術手段において、前記電気光学結晶は、印加する電界に対して屈折率が比例して変化する１次の電気光学効果を有することを特徴としたものである。
［００１７］
第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記電気光学結晶は、ニオブ酸リチウムであることを特徴としたものである。
［００１８］
第９の技術手段は、第１〜第６の技術手段において、前記電気光学結晶は、印加する電界に対し屈折率が２乗で変化する２次の電気光学効果を有することを特徴としたものである。
［００１９］
第１０の技術手段は、第１〜第９のいずれかの技術手段において、前記光源装置から発せられた光を前記位相変換部へ伝搬する光ファイバを備えたことを特徴としたものである。
［００２０］
第１１の技術手段は、第１〜第１０のいずれかの技術手段において、前記光源装置は半導体レーザであることを特徴としたものである。
【国際調査報告】
2009028438.tif 000007
2009028438.tif 000008
2009028438.tif 000009
2009028438.tif 000010