(57)【要約】  レーザプロジェクタは、レーザ光源１と、レーザ光源１からの光を変調する２次元光変調素子６と、２次元光変調素子６により変調された光を拡大することにより、表示面１０に画像を投射する投射光学系７とを備え、表示面１０での画像の表示位置が略同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動と投射光学系７の移動とが同期して行われ、スペックルノイズを十分に除去するとともに、高品位の画像を表示する。
2008142852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、
前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、
前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われることを特徴とするレーザプロジェクタ。
【請求項２】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子の表示位置が移動するように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて前記表示位置を移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザプロジェクタ。
【請求項３】
前記２次元光変調素子は、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記投射光学系の移動に同期して物理的に移動することを特徴とする請求項１記載のレーザプロジェクタ。
【請求項４】
前記２次元光変調素子は、前記表示位置の移動を画素列単位で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項５】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子が表示する画像の解像度が変換されるように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて画像の解像度を切り替えることにより前記表示位置を移動させ、
前記投射光学系は、前記２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期してズーム動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項６】
前記レーザ光源からの光を前記２次元光変調素子に導くことにより、前記２次元光変調素子を照明する照明光学系をさらに備え、
前記照明光学系は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動に同期して前記２次元光変調素子に対する照明領域を移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項７】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の面積は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動毎に瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項８】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数は、前記２次元光変調素子の画素数より多いことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項９】
前記レーザ光源の出力は、前記２次元光変調素子の表示位置の切り替え時に低下されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１０】
前記レーザプロジェクタの表示中の位置の変化を検出する検出部をさらに備え、
前記検出部により検出された位置の変化を補償して前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を光源として用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクタが普及している。このようなプロジェクタには、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、色再現領域が制限されるとともに、光源の体積が大きく、光利用効率が低いという問題点を有する。【０００３】
これらの問題を解決するため、プロジェクタ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。レーザ光源では、ランプ光源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、色再現領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。さらに、レーザ光源は、従来の光源に対して小型化が可能な上、点光源であるため、光学部品の小型化も可能になる。このため、レーザ光源は、従来にない携帯型のプロジェクタに応用できると考えられている。【０００４】
しかしながら、レーザ光源を用いたプロジェクタ（以下、レーザプロジェクタと称す）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。観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長とから決まる大きさの粒がランダムに配置されてスペックルノイズとなり、スペックルノイズは、観察者がスクリーンの画像を捉えることを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。【０００５】
これまで、スペックルノイズを低減する手法として、光学系によりビーム角度を制御する手法が提案されている。例えば、特許文献１は、折り畳み式ミラーを揺り動かすことにより、画素消し（ピクセレーション）とスペックルノイズ低減とを行うことを提案している。また、特許文献２は、投写光学系の光軸を微小角度範囲で振動させ、シンチレーション（スペックルノイズ）を低減することを提案している。【０００６】
しかしながら、上記提案は、ランプ光源でみられるスペックルノイズ低減を念頭においていたため、角度変化量が少なく、レーザ光源を用いた場合のスペックルノイズ除去効果としては不十分である。【０００７】
また、特許文献３では、携帯型プロジェクタの手ブレを補正するため、投射光学系の素子を駆動することが提案されているが、携帯型プロジェクタを固定して投射した場合などを含めたスペックルノイズ除去を行うことはできない。【０００８】
上記のように、プロジェクタのスペックルノイズ除去に関する提案はあるが、レーザプロジェクタのスペックルノイズ除去としては、いずれも不十分であり、また、２次元光変調素子を利用してスペックルノイズ除去を行う提案はない。
【特許文献１】特表２００２−５４３４５５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８０６号公報
【特許文献３】特開２００６−１３８９３９号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できるレーザプロジェクタを提供することである。
【００１０】
本発明の一局面に従うレーザプロジェクタは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われる。
【００１１】
上記の構成によれば、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図２】図１に示すレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるカラーレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるカラーレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態５におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施の形態６におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施の形態７におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態８におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態９におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１０におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザプロジェクタ１００の概略構成図である。図１に示すレーザプロジェクタ１００は、レーザ光源１、レンズ２、ロッドインテグレータ３、リレーレンズ４、フィールドレンズ５、２次元光変調素子６、投射光学系７、駆動部８及び制御回路９を備える。【００１５】
レーザ光源１を出射したレーザ光は、レンズ２を経て、ロッドインテグレータ３でビーム整形された後、リレーレンズ４及びフィールドレンズ５を経て、２次元光変調素子６を照明する。２次元光変調素子６は、制御回路９からの映像信号（表示信号）によってレーザ光を変調して画像を作成し、投射光学系７は、２次元光変調素子６により作成された画像を表示面１０に拡大投影する。制御回路９は、外部から映像信号を受け、２次元光変調素子６及び駆動部８を制御する。【００１６】
このとき、投射光学系７は、駆動部８により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、制御回路９は、２次元光変調素子６により表示される画像の表示位置を移動させるとともに、この表示位置の移動に同期して投射光学系７を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。【００１７】
なお、レーザプロジェクタ１００では、２次元光変調素子６として、透過型の２次元光変調素子を用いている。また、表示面１０は、特に限定されず、一般的なスクリーンや壁、紙など投射可能なものであればよい。【００１８】
図２に、図１に示すレーザプロジェクタ１００の表示動作の模式図を示す。図２の（１）及び（２）において、左から、２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２に表示される画像の表示パターンＰ１、Ｐ２、表示面１０に対する２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２及び投射光学系７の位置、表示面１０に表示される画像の表示パターンＳ１、Ｓ２を示している。なお、図２では、図示の簡略化のため、図１に示すレーザ光源１、照明光学系を構成するレンズ２、ロッドインテグレータ３、リレーレンズ４及びフィールドレンズ５、投射光学系７の駆動部８、並びに、駆動部８及び２次元光変調素子６を制御する制御回路９の図示を省略している。【００１９】
図２の上段に示す（１）のときは、制御回路９は、２次元光変調素子６の上半分の画素領域すなわち２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１を用いて、映像信号に対応する表示パターンＰ１の画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の上部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上に表示パターンＳ１の画像が表示される。【００２０】
次に、図２の下段に示す（２）のときは、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向に移動させた後、２次元光変調素子６の下半分の画素領域すなわち２次元光変調素子６の表示位置Ｄ２を用いて、映像信号を切り替えて表示パターンＰ１と同じ表示パターンＰ２の画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の下部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上の同じ位置に表示パターンＳ１と同じ表示パターンＳ２の画像が表示される。【００２１】
次に、図２の（１）に示す状態になるように、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向と反対方向に移動させた後、２次元光変調素子６の上部の表示位置Ｄ１を用いて次の表示パターンの画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の上部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上に次の表示パターンの画像が表示される。【００２２】
次に、図２の（２）に示す状態になるように、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向に移動させた後、２次元光変調素子６の下部の表示位置Ｄ２を用いて上記と同じ表示パターンの画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の下部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上の同じ位置に上記と同じ表示パターンの画像が表示される。【００２３】
上記のように、（１）に示す状態と（２）に示す状態とが交互に繰り返され、表示面１０上の画像の表示位置が（１）に示す状態と（２）に示す状態とで同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、投射光学系７が動作して移動している。このように、本実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期した投射光学系７のレンズシフトにより、表示面１０上の画像の表示位置が（１）に示す状態と（２）に示す状態とで同じになっている。【００２４】
このように、レーザプロジェクタ１００では、投射光学系７の移動動作と合わせて、表示面１０の同じ画素位置に映像信号が目的とする画像が映し出されるように、２次元光変調素子６の表示位置が移動する表示信号に切り替えている。例えば、図２では、制御回路９は、２次元光変調素子６の垂直方向のディレイ信号を切り替え、同じ映像信号を２次元光変調素子６内で垂直方向にずらして表示して、２次元光変調素子６の表示位置を移動させている。【００２５】
本実施の形態は、２次元光変調素子６の表示位置が移動するように、電気的に表示信号を切り替える好ましい形態である。例えば、垂直及び水平のディレイ信号などを切り替えることで、２次元光変調素子６内の使用可能表示領域から表示面１０に映し出す部分を任意に選び出すことができる。このとき、表示信号の切り替え信号に、投射光学系７の動作信号を同期させることにより、投射光学系７の同期動作を容易に行うことができる。【００２６】
なお、投射光学系７の同期動作をスムーズに行うためには、２次元光変調素子６の表示位置の移動を、２次元光変調素子６の数画素列単位（好ましくは、１画素列単位）で行うことが好ましい。これにより、投射光学系７の動作を連続的に行いながら、表示面１０の表示位置を同じにすることができるので、投射光学系７の動作として、静止状態を作り出す必要がなくなるとともに、２次元光変調素子６の画素枠が映し出されることを防ぐ効果もある。【００２７】
上記のように、本実施の形態のレーザプロジェクタ１００は、レーザ光源１からの光を変調する２次元光変調素子６の表示位置の移動と投射光学系６の移動動作とを同期して行い、表示面１０での表示位置が同じになるようにしている。本構成により、表示面１０上での位置を同じにしながら、表示面１０へ投射するレーザ光線のビーム角度を大きく変化させることができるので、表示面１０で生じるスペックルパターンを変化させ、相関性のないスペックルパターンとすることができる。【００２８】
ここで、表示される画素に着目すると、２次元光変調素子６上で異なる位置の複数の画素を用いて、投射光学系６の移動動作を伴いながら、表示面１０の１画素を表示することとなる。このとき、２次元光変調素子６上で異なる位置の画素から表示面１０に達するビーム角度は、大きく異なり、表示面１０で生じる各レーザビームによるスペックルパターンの相関性がなくなる。この相関性のないスペックルパターンを重ねることにより、本実施の形態では、スペックルノイズの平均化を行い、スペックルノイズを除去することができる。【００２９】
また、１画素の範囲内でビーム角度を変える場合は、微小のビーム角度しか変化できず、スペックルパターンの相関性が残り、スペックルノイズを十分に除去することができなかったが、本実施の形態では、異なる複数の画素、例えば、１画素以上位置が異なる複数の画素を用いることにより、ビーム角度の変化が大きくなり、スペックルノイズの十分な除去効果をもたらすことができる。【００３０】
また、レーザプロジェクタ１００では、２次元光変調素子６内の使用可能な画素数が表示面１０に１画面として映される画素数よりも多く、２次元光変調素子６の一部の画素により表示される画像を表示面１０に映し出している。このとき、２次元光変調素子６の表示面１０に映し出す部分を任意に切り替えることにより、２次元光変調素子６内の表示位置を移動することができる。このため、図２に示す例では、上下の２パターンの表示位置の切り替えを行っているが、もっと細かく数画素単位で表示位置を順次移動し、表示位置の切り替えパターンを増やしてもよい。この場合、２次元光変調素子６の表示位置の移動パターンを増やすことができるので、平均化するスペックルパターン数が増え、スペックルノイズの低減が更に促進される。【００３１】
また、レーザプロジェクタ１００は、表示面１０に映し出されない２次元光変調素子６の画素（例えば、図２に示す（１）の状態では、２次元光変調素子６の下半分の画素、図２に示す（２）の状態では、２次元光変調素子６の上半分の画素）を黒表示の状態とし、光を遮光している。このように、表示面１０に映し出さない画素は、表示面１０の枠外への迷光を遮断する役割を果たすこととなる。【００３２】
また、レーザプロジェクタ１００では、表示面１０に映し出す画像領域である長方形よりもアスペクト比が小さい形状（例えば正方形）の２次元光変調素子６を用いており、本実施の形態は、この中の長方形（例えば１６：９）の領域を任意に選んで表示位置を移動させる好ましい例である。表示面１０は、人間工学の点から横長とすることが好ましく、投射光学系７のレンズ系は、製造の観点から円形とすることが好ましい。このため、投射光学系７のレンズでは、表示面１０の縦方向の許容度が横方向よりも大きくなる。【００３３】
本実施の形態では、投射光学系７の移動動作を行うが、許容度のある表示面１０の縦方向に投射光学系７を動作させることが好ましく、２次元光変調素子６の使用可能な表示面の形状を、表示面１０に表示される画像領域よりもアスペクト比の小さい形状とし、２次元光変調素子６の表示位置を縦方向にずらすことにより、投射光学系７を表示面１０の縦方向に動作させることができる。【００３４】
また、レーザプロジェクタ１００では、投射光学系７のレンズが面内方向のレンズシフトを行うことにより、表示面１０の表示位置が同じになるようにしている。このとき、投射光学系７全体を面内方向にシフトさせてもよいが、投射光学系７を構成するレンズ群の一部を面内方向にシフトするだけでも、同様に表示面１０の表示位置をあわせることができる。また、投射光学系７内の光学素子の傾きを変化させて、２次元光変調素子６の表示位置が移動したことを補償して、表示面１０での表示位置が同じにするようにしてもよい。すなわち、本実施の形態の投射光学系７では、前記したような、レンズ系の面内方向シフト制御、又は光学素子の傾き制御を、２次元光変調素子６の表示位置の移動と同期して行えばよい。【００３５】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるレーザプロジェクタ１０１の概略構成図であり、レーザプロジェクタ１０１の２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２への移動に同期して、レーザ光の照明領域が移動する様子を示している。なお、図３の（２）では、図示の簡略化のため、図３の（１）に示す投射光学系７の駆動部８、リレーレンズ４１の駆動部４２、並びに、駆動部８、４２及び２次元光変調素子６を制御する制御回路９０の図示を省略している。【００３６】
本実施の形態では、上記の図２の（１）及び（２）の表示動作を行うときに、２次元光変調素子６に対する照明領域をも移動させる点が実施の形態１と異なっており、この照明領域の移動が図３に示されている。すなわち、リレーレンズ４１は、駆動部４２により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、制御回路９０は、駆動部４２を制御してリレーレンズ４１を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動するとともに、２次元光変調素子６を制御して２次元光変調素子６により表示される画像の表示位置を移動させ、さらに、駆動部８を制御して投射光学系７を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。【００３７】
図３の（１）では、レーザ光源１を出射した光は、レンズ２を経て、ロッドインテグレータ３でビーム整形された後、リレーレンズ４１へ入射する。リレーレンズ４１は、表示位置Ｄ１となっている２次元光変調素子６の上部にレーザ光を照明する。一方、図３の（２）では、制御回路９０は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ３方向に移動させるとともに、駆動部４２によりリレーレンズ４１を矢印Ｖ２方向に移動させた後、２次元光変調素子６の表示位置をＤ１からＤ２に切り替え、リレーレンズ４１は、表示位置Ｄ２となっている２次元光変調素子６の下部にレーザ光を照明している。【００３８】
上記のように、図３に示す例では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、リレーレンズ４１が面内方向にシフトし、２次元光変調素子６を照明する照明領域を移動している。リレーレンズ４１の動作は、投射光学系７の動作と同じ面内のレンズシフト動作で行われ、同時に同じ機構で制御されている。本実施の形態は、２次元光変調素子６への照明領域の移動と、投射光学系７の動作とを、同じ機構で同時に制御が可能な好ましい形態である。【００３９】
このように、本実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、２次元光変調素子６を照明するレーザ光の照明領域が移動している。本構成は、２次元光変調素子６の表示位置となる領域をレーザ光で照明することにより、レーザ光の光利用効率を高める好ましい形態である。実施の形態１では、２次元光変調素子６の表示位置が移動するため、照明領域が一定である場合、移動を見越した広い領域を照明する必要があり、レーザ光の利用効率を下げてしまうという課題が発生するが、本実施の形態では、この課題を解決することができ、レーザ光の利用効率を向上することができる。【００４０】
なお、図３では、照明領域の移動をリレーレンズ４１の面内方向のシフトにより行っているが、照明光学系内の光学素子の傾き制御や、ビーム整形素子の面内方向のシフトなどによっても行うことができる。このとき、図３と同様に、投射光学系７の動作機構と同じ機構で、照明領域の移動を行うことが好ましい。例えば、投射光学系７で光学素子の傾き制御を行う場合は、照明光学系も同じく光学素子の傾き制御を行う。この場合、同じ機構を用いることにより、同期制御を容易に行うことができる。【００４１】
また、上記の各実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の切り替え時に、レーザ光源１の出力を低下させることが好ましい。例えば、２次元光変調素子６の表示位置の切り替え時に必要な表示信号の切り替え期間や投射光学系７の移動動作に要する時間に、制御回路９０がレーザ光源１の出力を低下させることによって、切り替え時に生じる画像ノイズや残像となる部分が表示面１０に映り込むことを防ぐことができるとともに、レーザ光源１の消費電力を低減することができる。【００４２】
レーザ光源１の出力の低下量としては、例えば、レーザ光源１の出力を停止したり、より好ましくは、レーザ光源１の出射パワーレベルを通常表示時の１／１０以下とする。１／１０以下とすることにより、レーザ光源１を安定的に発振させることができるとともに、切り替え時の画像ノイズの低減と、レーザ光源１の消費電力の低減とを行うことができる。【００４３】
また、上記の各実施の形態は、表示中のレーザプロジェクタ自体の位置の変化を検出する検出部を有することが好ましい。例えば、検出部として加速度センサをレーザプロジェクタに取り付け、制御回路９０は、加速度センサを用いて、レーザプロジェクタの加速度を検出し、検出した加速度を積分してレーザプロジェクタの３次元位置を算出する。制御回路９０は、レーザプロジェクタの３次元位置からレーザプロジェクタの３次元的な位置変化量を検出し、この位置変化量に対応する表示面１０上の画像の表示位置の変化量を予測し、この表示位置の変化量を補償して表示面１０の画像の表示位置が同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動動作及び投射光学系７の移動動作を制御する。【００４４】
このように、レーザプロジェクタの位置の変化を検出し、プロジェクタの位置の変化分を考慮して、表示面１０の表示位置が同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動と、投射光学系７の同期動作とを行う。この結果、プロジェクタ位置が変化した場合でも、上記の同期動作を追従して行うことができる。【００４５】
また、レーザプロジェクタにファンやスピーカなどが付属する場合、レーザプロジェクタの位置が振動などで変化する可能性があるが、レーザプロジェクタの位置の変化を検出することにより、上記の同期動作を継続して行うことができる。なお、レーザプロジェクタの位置の変化の検出には、表示面１０の表示位置のずれ量を検出する機構を用いてもよい。例えば、レーザプロジェクタに表示面１０を撮影するカメラを取り付け、撮影画像上における表示面１０の表示位置のずれ量を検出することにより、表示面１０の表示位置のずれ量を検出することができる。【００４６】
また、上記の各実施の形態の２次元光変調素子としては、透過型の液晶パネルを用いているが、透過型及び反射型どちらの２次元光変調素子を用いてもよい。また、ＬＣＯＳやＤＭＤを用いることもできる。【００４７】
また、上記の各実施の形態では、２次元光変調素子を照明する光学系として、ロッドインテグレータからなるビーム整形素子と、リレーレンズと、フィールドレンズとを用いているが、本発明の照明光学系は、この例に特に限定されず、レーザ光源からの光を用いて、２次元光変調素子上に画像を表示する場合に必要とされるビーム形状で、２次元光変調素子を照明することができれば、その他の構成を用いてもよい。【００４８】
（実施の形態３、４）
本発明のレーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、波長変換レーザなどのレーザ光源を用いることができる。図１のレーザプロジェクタ１００は、一つのレーザ光源を用いた例を示しているが、ＲＧＢのカラー化を行う場合は、ＲＧＢ３色のレーザ光源を用いればよい。図４、図５の本発明の実施の形態３、４におけるカラーレーザプロジェクタ２００、３００は、ＲＧＢの３色のレーザ光源を用いた構成例である。なお、レーザ光源の数は、特に限定されず、４色以上を用いてもよい。【００４９】
図４は、本発明の実施の形態３におけるカラーレーザプロジェクタ２００の概略構成図である。なお、図４では、図示の簡略化のため、投射光学系７の駆動部、及び制御回路の図示を省略している。【００５０】
レーザプロジェクタ２００は、３色のレーザ光源として、赤色半導体レーザ１ｒ、緑色波長変換レーザ１ｇ、及び青色半導体レーザ１ｂを用い、各レーザ光源からの光は、ダイクロイックミラー２１により合波され、レンズ２を経てビーム整形を行うロッドインテグレータ３に導かれる。ロッドインテグレータ３以降の構成は、レーザプロジェクタ１００と同様である。【００５１】
レーザプロジェクタ２００は、２次元光変調素子６を各色で時間分割して使用する。赤色レーザ光源１ｒからレーザ光を出射するタイミングでは、２次元光変調素子６は赤色を表示する映像信号に基づいて、赤色のレーザ光を変調する。緑色及び青色に対しても同様に、順次各色のレーザ光の出射に合わせて、２次元光変調素子６で変調し、カラー画像を形成する。本実施の形態では、表示信号の示すカラー画像の表示位置が表示面１０で同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動と、投射光学系７の動作とが同期して行われる。【００５２】
レーザプロジェクタ２００では、レーザ光の出射順序に合わせて、レーザ光を出射するレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂが切り替えられるタイミングで、２次元光変調素子６の表示位置の移動と投射光学系７の同期動作とを行うことが好ましい。例えば、２次元光変調素子６の表示位置の移動は、出射するレーザ光源が切り替わる毎に行ってもよいし、複数のレーザ光源（３つのレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂ）の出射を１組として、レーザ光源の切り替えが複数回（３回）行われる度に、表示位置の１回の切り替えを行ってもよい。どちらの場合も、レーザ光の出射色が切り替わるタイミングに合わせて、２次元光変調素子６の表示位置の切り替えを行う。【００５３】
このように、２次元光変調素子６の表示位置の切り替えをレーザ光の出射の切り替えタイミングと合わせることにより、色信号の切り替えと、表示位置の移動のための映像信号切り替えとを同時に行うことができる。これにより、表示位置の移動のために、２次元光変調素子６の表示信号の切り替え数を増やさずに、表示信号の切り替えを行うことができるので、制御回路内の信号回路の負荷を低減することができる。【００５４】
図５は、本発明の実施の形態４におけるカラーレーザプロジェクタ３００の概略構成図である。なお、図５では、図示の簡略化のため、投射光学系７の駆動部、及び制御回路の図示を省略している。【００５５】
レーザプロジェクタ３００には、ＲＧＢ３色のレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂと、３色に対応する３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂとが用いられている。レーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂから２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂまでの各構成は、反射ミラー１１ｒ、１１ｂが付加されている点を除き、レーザプロジェクタ１００と同様である。２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂで変調されたＲＧＢのレーザ光は、クロスプリズム２２で合波され、空間的に重ねられたカラー画像として投射光学系７により表示面１０に拡大投影される。【００５６】
レーザプロジェクタ３００では、３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置の移動が投射光学系７の動作に同期して行われる。例えば、３枚全ての２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置が図５の紙面に垂直な方向のうち紙面の上方向（紙面の裏側から表側への方向）に移動するとともに、投射光学系７が紙面に垂直な方向のうち紙面の上方向に同期して動作し、カラー画像に関しても、表示面１０での表示位置が同じになるように動作する。【００５７】
なお、２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置の移動方向及び投射光学系７の移動方向は、上記の例に特に限定されず、例えば、図５の紙面と平行な方向に表示位置が移動するときは、ＲＧＢで像の左右反転が異なるため、３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置は、同期を取りながら左右異なる方向に移動し、投射光学系７に対して同方向の移動となるように移動する。【００５８】
（実施の形態５）
図６に、本発明の実施の形態５におけるレーザプロジェクタ４００の表示動作の模式図を示す。なお、図６では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図６の（２）では、図示の簡略化のため、図６の（１）に示す２次元光変調素子６１の駆動部６１ａ、投射光学系７１の駆動部８１、及び駆動部６１ａ、８１を制御する制御回路９１の図示を省略している。【００５９】
図６に示すレーザプロジェクタ４００は、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とを同期して光軸に対して垂直な面内で同じ方向に移動する駆動部６１ａ、８１を有している。投射光学系７１は、駆動部８１により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、２次元光変調素子６１は、駆動部６１ａにより光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持されている。制御回路９１は、駆動部６１ａを制御して２次元光変調素子６を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動させるとともに、駆動部８を制御して投射光学系７を２次元光変調素子６１の移動に同期させて光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。【００６０】
このように、レーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１の表示位置の移動を行うために、２次元光変調素子６１自身を２次元光変調素子６１の面内方向に移動させる。すなわち、レーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１と、投射光学系７１のレンズ群の一部とが２次元アクチュエータからなる駆動部６１ａ、８１に保持され、同じ制御機構により同期制御されている。このとき、光軸中心に対する移動振幅は、表示面１０の表示位置が同じになるように、比例関係に設定されている。例えば、図６の（１）の２次元光変調素子６１及び投射光学系７１の位置に対して、図６の（２）では、矢印Ｖ６、Ｖ７方向に２次元光変調素子６１と投射光学系７１とが同期して移動し、表示面１０での画像の表示位置が同じになるように制御されている。【００６１】
本実施の形態は、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とが同期して物理的に移動する好ましい形態である。すなわち、本実施の形態では、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とを同じ機構で同期させて移動するように制御することにより、スペックルノイズを除去する構成を容易に実現することができる。なお、２次元光変調素子６１及び投射光学系７１の移動動作は、完全に表示面１０での画像の表示位置が一致しなくてもよく、１画素程度のずれが生じても構わない。好ましくは、０画素を越え０．５画素以下の範囲内で表示位置ずれを持たせることで、表示面１０において２次元光変調素子６１の各画素の画素枠をなくすようにすることができる。【００６２】
また、本実施の形態のレーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１における移動機構の移動幅（表示位置の最大移動幅）は、画素ピッチの２倍以上であることが好ましい。少なくとも画素ピッチの２倍以上表示位置を移動させることで、スペックルノイズの相関性を低くし、ノイズの低減効果を示すことができる。例えば、本実施の形態では、２次元光変調素子６１の移動機構の移動幅は、２０画素ピッチに設定されている。【００６３】
また、本実施の形態のレーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１の移動方向と投射光学系７１の移動方向とが一致しているが、２次元光変調素子６１と投射光学系７１との間に反射部品を挿入する場合は、反射角度によって移動方向が異なるようになる。また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、２次元光変調素子６１の移動と同期して、照明光光学系の照明領域を移動する構成としてもよい。【００６４】
（実施の形態６）
図７に、本発明の実施の形態６におけるレーザプロジェクタ５００の表示動作の模式図を示す。なお、図７では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図７の（２）では、図示の簡略化のため、図７の（１）に示す投射光学系７２の駆動部８２、２次元光変調素子６２及び駆動部８２を制御する制御回路９２の図示を省略している。【００６５】
レーザプロジェクタ５００は、画像解像度の変換を随時行い、制御回路９２は、２次元光変調素子６２への表示信号を切り替える。例えば、２次元光変調素子６２では、表示信号の切り替えにより、図７の（１）に示す状態では、中心部の画素を用いて、表示パターンＰ３の低解像度の画像が表示され、図７の（２）に示す状態では、全体の画素を用いて、表示パターンＰ４の高解像度の画像が表示され、使用する画素数が図７の（１）と（２）との関係のように切り替わる。【００６６】
また、２次元光変調素子６２の使用画素数（使用面積）の切り替えに同期して、投射光学系７２ではズーム動作が行われ、表示面１０での画像の表示位置が同じになるように制御され、図７の（１）に示す状態では、解像度の低い画像が表示面１０上に表示され、図７の（２）に示す状態では、投射光学系７２が矢印Ｈ１方向に移動し、解像度の高い画像が表示面１０上に表示され、これらの画像が表示面１０の同じ位置に同じ大きさで表示される。【００６７】
上記の画像解像度の切り替えにより、表示面１０の所定の領域は、異なる画素数の組み合わせで表示される。例えば、解像度切り替えが行われないときに４画素分で表示される表示面１０上の領域には、画像解像度を切り替えて２次元光変調素子６２の使用画素数を、１画素分で表示する場合、２画素分で表示する場合、３画素分で表示する場合、４画素分で表示する場合、の４パターンが積算された画像を表示することができる。このとき、表示面１０では、解像度変換倍率が整数の２乗でない場合、画素表示がずれて重なることとなる。【００６８】
ここで言う解像度変換倍率とは、２次元光変調素子６２の使用画素数の切り替え倍率を指し、例えば、使用画素数１に対して、使用画素数２、４と切り替える場合を、２倍、４倍といい、４倍は２の２乗であるため、整数の２乗の倍率にあたる。一方、解像度変換倍率が整数の２乗でない場合（使用画素数２、３の場合）、時間積分すると、表示面１０では表示される画素がずれて重なることとなる。【００６９】
このように画素がずれて重なることにより、解像度切り替えを行わない場合の表示面１０で１画素分の領域よりも細かい重なり部分に対して時間積分したときに、表示画像に諧調を与えることでき、画像の解像度を実効的に上げることができる。なお、表示面１０において、１画素が完全に同一位置になるように制御する必要はなく、本実施形態では、映像信号に基づいた画像が表示面１０の同じ位置に表示されるように制御する。【００７０】
本構成は、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を解像度（使用画素数）の切り替えで行う好ましい形態である。この結果、本実施の形態では、２次元光変調素子６２の表示位置の移動によるスペックルノイズ除去を行いながら、画像の実効解像度をあげることができる。また、実効解像度をあげるために、画像の解像度切り替えは、４、９など整数の２乗以外の倍率に対しても、変換を行うことが好ましい。【００７１】
なお、上記の投射光学系７２のズーム動作は、投射光学系７２のレンズ群の一部が光軸方向にずれることにより焦点位置を表示面１０に合わせながら、レンズ倍率を調整する。この投射光学系７２のズーム動作には、レンズ群の一部のレンズの移動に代えて、液体レンズ、液晶レンズなどの電気信号駆動レンズを用いてもよい。液体レンズや液晶レンズは、レンズへの電圧の印加により焦点位置を変化させることができる。このため、電圧の制御により、光学系のズーム動作やシフト動作を行うことができる。【００７２】
したがって、投射光学系のズーム動作に、電気信号駆動レンズを用いることが好ましい。本実施の形態では、投射光学系の動作を繰り返し行うが、電気信号駆動レンズを用いることにより、機械的な動作を伴わず、消費電力の低減及び耐久性の向上が可能となる。また、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を表示信号の切り替えで行う場合、電気信号駆動レンズでは、切り替え信号との同期動作を厳密に行うことができる。この結果、表示面１０での画質を落とさずに、２次元光変調素子６２の表示位置の移動と投射光学系のズーム動作とを行うことができるとともに、投射光学系の動作機構を小型化することができる。なお、電気信号駆動レンズは、他の実施の形態における投射光学系のシフト動作に用いてもよく、この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。【００７３】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７におけるレーザプロジェクタ５００ａの２次元光変調素子６２の解像度切り替えと同期して、２次元光変調素子６２のレーザ光の照明領域が移動する様子を示している。なお、図８の（２）では、図示の簡略化のため、図８の（１）に示すリレーレンズ４３の駆動部４４、投射光学系７２の駆動部８２、２次元光変調素子６２及び駆動部４４、８２を制御する制御回路９３の図示を省略している。【００７４】
本実施の形態では、上記の図７の（１）及び（２）の表示動作を行うときに、２次元光変調素子６２に対する照明領域をも移動させる点が実施の形態６と異なっており、この照明領域の移動が図８に示されている。図８の（１）に対して（２）では、上記の図７の（１）及び（２）の表示動作と同様に、解像度が上がり、２次元光変調素子６２の使用画素数（使用領域）が増加しているが、制御回路９３は、これに同期して駆動部４４によりリレーレンズ４３を矢印Ｈ２方向にズーム動作させ、照明領域が増加する構成となっている。このように、図８では、レーザ光の照明領域を切り替えるため、リレーレンズ４３のレンズ群の一部をＨ２方向に移動させることでズーム動作を行い、整形されたビームの倍率切り替えを行っている。【００７５】
本構成は、２次元光変調素子６２の表示位置となる領域にあわせてレーザ光の照明領域を移動することにより、レーザ光の光利用効率を高める好ましい形態である。ここで、２次元光変調素子６２の表示位置が移動するため、照明領域が一定である場合は、移動を見越した広い領域を照明する必要があり、レーザ光の利用効率を下げてしまうという課題が発生するが、本実施の形態では、この課題を解決することができる。また、図８の形態は、投射光学系７２及び照明光学系の動作機構を同じズーム機構で行い、同期制御を容易に行うことができる好ましい形態である。【００７６】
なお、本実施の形態のリレーレンズ４３のズーム動作には、レンズの物理的な移動機構の他に、液体レンズ、液晶レンズなどの電気信号駆動レンズを用いてもよい。電気信号駆動レンズは、電圧の印加により焦点位置を変化させることができ、電圧を制御することによりレンズのズーム動作やシフト動作を行うことができる。【００７７】
したがって、照明領域の移動のため、電気信号駆動レンズを用いることが好ましい。本実施の形態では、照明領域の移動は繰り返し行われるが、電気信号駆動レンズを用いることにより、機械的な動作を伴わず、消費電力の低減及び耐久性の向上が可能となる。また、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を表示信号の切り替えで行う場合、電気信号駆動レンズでは、切り替え信号との同期動作を厳密に行うことができ、照明領域の移動の追従を厳密に行うことができるため、照明領域の移動に伴う光量損失を低減することができる。【００７８】
（実施の形態８）
図９に、本発明の実施の形態８におけるレーザプロジェクタ６００の表示動作の模式図を示す。なお、図９では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図９の（２）、（３）では、図示の簡略化のため、図９の（１）に示す投射光学系７３の駆動部８３、２次元光変調素子６３及び駆動部８３を制御する制御回路９４の図示を省略している。【００７９】
レーザプロジェクタ６００では、制御回路９４は、２次元光変調素子６３の表示位置が移動するように表示信号を切り替える。例えば、（１）→（２）→（３）のように表示パターンＰ５、表示パターンＰ６、表示パターンＰ７の順に表示信号を切り替え、これに同期して駆動部８３によって投射光学系７３をレンズ面内方向のレンズシフトにより動作させる。このとき、表示面１０において、（１）の表示パターンＰ５、（２）の表示パターンＰ６、及び（３）の表示パターンＰ７で表示される画像のうち重なる画像に対して、表示位置が同じになるように、投射光学系７３の位置が制御されている。【００８０】
すなわち、投射光学系７３が矢印Ｖ８方向へ移動され、（１）の表示パターンＳ５の画像が表示面１０の上よりに表示され、次に、投射光学系７３が中心位置に戻され、（２）の表示パターンＳ６の画像が表示面１０の中央に表示され、次に、投射光学系７３が矢印Ｖ９方向へ移動され、（３）の表示パターンＳ７の画像が表示面１０の下よりに表示される。このように、２次元光変調素子６３における表示信号の切り替えと、投射光学系７３の移動動作とを行うことにより、表示面１０では、時間積算された積算表示画像Ｓ８が表示される。【００８１】
本実施の形態は、（１）の表示パターンＳ５により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積、（２）の表示パターンＳ６により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積、又は（３）の表示パターンＳ７により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積である瞬間表示面積よりも、積算表示画像Ｓ８の面積である積算表示面積が大きくなる好ましい形態である。【００８２】
本実施の形態では、２次元光変調素子６３の表示位置の移動と投射光学系７３の同期動作とによって、表示面１０で重なることとなる画像の表示位置を同じに制御することにより、画像のずれなどの画像劣化を生じさせずに、レーザプロジェクタの大画面化を可能とする。また、重なる画像に対し、スペックルノイズの除去を行うことができる。【００８３】
なお、図９では、説明を簡略化するため、１方向（図の上下方向）に積算表示画像を大きくする例を示しているが、２軸方向（例えば、図の上下方向及び左右方向）に、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とを行うことにより、２次元的に積算表示画像を大きくすることもできる。また、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とに関しては、実施の形態５、６と同様の構成のまま、表示面での画像をずらして積算表示面積を大きくしてもよく、この場合も、重なる画像の表示面での表示位置が同じになるように制御を行う。【００８４】
また、本実施の形態は、２次元光変調素子６３の画素数よりも表示面１０の積算表示画像の画素数が大きくなる好ましい形態でもある。すなわち、表示面１０では、（１）の表示パターンＳ５の瞬間表示画像、（２）の表示パターンＳ６の瞬間表示画像、及び（３）の表示パターンＳ７の瞬間表示画像が重なりながらずれて表示されることにより、時間積算したときの積算表示画像Ｓ８の表示画素数である積算表示画素数が、２次元光変調素子６３の画素数よりも大きくなる。この場合、表示面１０において高解像度の画像を表示することが可能となる。【００８５】
なお、図９では、説明を簡略化するため、１方向（図の上下方向）に積算表示画素数を大きくする例を示しているが、２軸方向（例えば、図の上下方向及び左右方向）に、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とを行うことにより、２次元的に積算表示画素数を大きくすることもできる。また、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とに関しては、実施の形態５と同様の構成のまま、表示面での画像をずらして積算表示画素数を大きくしてもよく、この場合も、重なる画像の表示面での表示位置が同じになるように制御を行う。また、実施の形態６の構成の場合は、表示される画素倍率を整数倍からずらすことにより、実効的な積算表示画素数を２次元光変調素子の画素数よりも大きくすることができる。【００８６】
（実施の形態９）
図１０に、本発明の実施の形態９におけるレーザプロジェクタ７００の表示動作の模式図を示す。なお、図１０では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図１０の（２）〜（５）では、図示の簡略化のため、図１０の（１）に示す投射光学系７４の駆動部８４、並びに、２次元光変調素子６４及び駆動部８４を制御する制御回路９５の図示を省略している。【００８７】
レーザプロジェクタ７００では、図１０の（１）〜（４）に示すように、２次元光変調素子６４の表示信号の切り替えと、投射光学系７４の矢印Ｖ１１、Ｄ１、Ｖ１２方向へのレンズシフト動作の同期とにより、制御回路９５は、積算表示画素数を２次元光変調素子６４の画素数より大きくする。また、図１０の（５）に示すように、画像解像度の切り替えと、投射光学系７４の矢印Ｈ４方向へのズーム動作との同期により、図１０の（１）〜（４）に示す動作により表示される積算表示画像の表示面１０上の位置と、図１０の（５）に示す動作により表示される画像の表示面１０上の位置とが同じになるように、制御回路９５は、２次元光変調素子６４及び投射光学系７４の駆動部８４を制御している。【００８８】
本実施の形態では、図１０の（５）に示す動作により、表示面１０への表示位置を重ねながら、投射角度を変えているので、スペックルノイズを除去することができるとともに、図１０の（１）〜（４）に示す動作により、積算表示画素数を２次元光変調素子６４の画素数より大きくすることができるので、画像解像度を上昇させることができる。このように、本実施の形態は、２次元光変調素子６４の表示位置の移動と、投射光学系７４の動作との同期を、図１０の（１）−（２）−（３）−（４）−（５）の組み合わせで行っている例である。【００８９】
また、本実施の形態は、２次元光変調素子６４の表示位置を移動するために、表示信号の切り替えと画像解像度の切り替えとを組み合わせた好ましい形態でもある。この２つの方式を組み合わせることにより、表示面１０において画像が重なる面を表示全面とし、この表示全面に対して、画像解像度の向上及びスペックルノイズ除去を行うことができる。【００９０】
なお、２次元光変調素子の表示位置の移動は、上記の例に特に限定されず、実施の形態５で示した２次元光変調素子の移動と、実施の形態６で示した画像解像度切り替えとを組み合わせるようにしてもよく、この場合も、本実施の形態と同様の効果をもたらすことができる。【００９１】
（実施の形態１０）
図１１に、本発明の実施の形態９におけるレーザプロジェクタ８００の表示動作の模式図を示す。なお、図１１では、レーザ光源及び照明光学系（可動マイクロレンズアレイ２６を除く）の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図１１の（２）〜（４）では、図示の簡略化のため、図１１の（１）に示す投射光学系７５の駆動部８５、並びに可動マイクロレンズアレイ２６、２次元光変調素子６５及び駆動部８５を制御する制御回路９６の図示を省略している。【００９２】
レーザプロジェクタ８００は、照明光学系の一部として、２次元光変調素子６５の表示位置の移動に伴って照明領域の移動を行うために、可動マイクロレンズアレイ２６を有している。可動マイクロレンズアレイ２６は、図示のマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを移動可能に支持する駆動部（図示省略）からなり、２次元光変調素子６５に対する照明領域を移動することにより、２次元光変調素子６５が表示に使用する画素を選択的に照明する。【００９３】
例えば、レーザプロジェクタ８００では、可動マイクロレンズアレイ２６は、制御回路９６により制御され、２次元光変調素子６５の白で示した画素（白画素）と、灰色で示した画素（灰画素）とを選択的に照明するように、図の上下方向にシフト動作を行う。【００９４】
レーザプロジェクタ８００の表示動作は、図１１の（１）−（２）−（３）−（４）の組み合わせ動作からなる。まず、図１１の（１）に示すように、制御回路９６は、２次元光変調素子６５の白画素を表示するように表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の白画素に対応する画素が、表示面１０の白四角で示される位置に表示される。【００９５】
次に、図１１の（２）に示すように、制御回路９６は、（１）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の下方向への１画素分の移動）を行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の灰画素を照明する。このとき、制御回路９６は、灰画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の灰画素に対応する画素が、表示面１０の斜線で示される位置に表示される。【００９６】
次に、図１１の（３）に示すように、制御回路９６は、（２）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の上方向への１画素分の移動）と投射光学系７５のシフト動作（図の上方向への移動）とを行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の白画素を照明する。このとき、制御回路９６は、白画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の白画素に対応する画素が、表示面１０の斜線で示される位置に表示される。【００９７】
次に、図１１の（４）に示すように、制御回路９６は、（３）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の下方向への１画素分の移動）を行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の灰画素を照明する。このとき、制御回路９６は、灰画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、灰画素に対応する画素が、表示面１０の白四角で示される位置に表示される。【００９８】
本実施の形態では、（１）と（４）との組み合わせ、及び、（２）と（３）との組み合わせのとき、２次元光変調素子６５の表示位置が白画素と灰画素との間で移動し、表示位置が同じになるように投射光学系７５が同期動作していることとなる。このように、本実施の形態は、２次元光変調素子６５の表示に用いる画素を画素列単位で選択的に照明する好ましい形態である。【００９９】
ここで、表示位置の移動を行うためには、従来のレーザプロジェクタよりも、高いフレームレートを必要とし、２次元光変調素子６５の時間に対する応答性を早くしなければならないという課題が生じる。しかしながら、本実施の形態では、表示に用いる画素を選択的に照明することにより、照明されていない時間は、表示信号に対する応答を必要とせず、応答速度が遅い２次元光変調素子６５を用いることができる。例えば、レーザプロジェクタ８００では、白画素は（１）に示す状態と（３）に示す状態との間にスイッチングすればよく、見かけ上の２次元光変調素子６５の応答速度を２倍に高めることができる。また、本実施の形態では、使用する画素のみ照明するため、２次元光変調素子６５の表示位置の移動によりレーザ光の利用効率を下げてしまうという課題をも解決することができる。【０１００】
上記の実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係るレーザプロジェクタは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われる。【０１０１】
このレーザプロジェクタにおいては、表示面での画像の表示位置が略同じになるように、２次元光変調素子の表示位置の移動と投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われるので、表示面に達するレーザビームの角度が大きく異なり、表示面で生じる各レーザビームによるスペックルパターンの相関性がなくなる。この相関性のないスペックルパターンを重ねることにより、スペックルノイズが平均化されるので、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できる。【０１０２】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子の表示位置が移動するように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて前記表示位置を移動させることが好ましい。【０１０３】
この場合、表示信号を電気的に切り替えることにより、２次元光変調素子上の表示位置を移動させることができるので、２次元光変調素子自体を物理的に移動させることなく、２次元光変調素子の表示位置を移動させることができる。【０１０４】
前記２次元光変調素子は、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記投射光学系の移動に同期して物理的に移動することが好ましい。【０１０５】
この場合、２次元光変調素子自体を物理的に移動させることにより、２次元光変調素子の表示位置を移動させることができるので、２次元光変調素子の大きさを必要最小限に小さくすることができ、レーザプロジェクタを小型化及び軽量化することができる。【０１０６】
前記２次元光変調素子は、前記表示位置の移動を画素列単位で行うことが好ましい。【０１０７】
この場合、投射光学系の移動を連続的に行いながら、表示面の表示位置を同じにすることができるので、投射光学系の動作として、静止状態を作り出す必要がなくなるとともに、２次元光変調素子の画素枠が映し出されることを防ぐことができる。【０１０８】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子が表示する画像の解像度が変換されるように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて画像の解像度を切り替えることにより前記表示位置を移動させ、前記投射光学系は、前記２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期してズーム動作を行うことが好ましい。【０１０９】
この場合、２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期して投射光学系のズーム動作を行っているので、２次元光変調素子の表示位置の移動によるスペックルノイズ除去を行いながら、画像の実効解像度を向上することができる。【０１１０】
上記レーザプロジェクタは、前記レーザ光源からの光を前記２次元光変調素子に導くことにより、前記２次元光変調素子を照明する照明光学系をさらに備え、前記照明光学系は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動に同期して前記２次元光変調素子に対する照明領域を移動させることが好ましい。【０１１１】
この場合、２次元光変調素子の表示位置となる領域を照明領域としてレーザ光で照明することができるので、レーザ光の光利用効率を高めることができる。【０１１２】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の面積は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動毎に瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積よりも大きいことが好ましい。【０１１３】
この場合、表示面上で重なる瞬間表示画像の表示位置が同じになるように制御されて積算表示画像が表示されるので、画像のずれなどの画像劣化を生じさせずに、レーザプロジェクタの大画面化が可能となるとともに、複数の瞬間表示画像が重ねられるので、スペックルノイズを十分に除去することができる。【０１１４】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数は、前記２次元光変調素子の画素数より多いことが好ましい。【０１１５】
この場合、表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数が２次元光変調素子の画素数より多くなるので、表示面において高解像度の画像を表示することが可能となる。【０１１６】
前記レーザ光源の出力は、前記２次元光変調素子の表示位置の切り替え時に低下されることが好ましい。【０１１７】
この場合、切り替え時に生じる画像ノイズや残像となる部分が表示面に映り込むことを防ぐことができるとともに、レーザ光源の消費電力を低減することができる。【０１１８】
上記レーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタの表示中の位置の変化を検出する検出部をさらに備え、前記検出部により検出された位置の変化を補償して前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の移動とが同期して行われることが好ましい。【０１１９】
この場合、検出された位置の変化を補償して表示面での画像の表示位置が略同じになるように、２次元光変調素子の表示位置の移動と投射光学系の移動とが同期して行われるので、レーザプロジェクタを固定した場合及び振動した場合に関わらず、スペックルノイズを除去した高品位の画像を表示することができるとともに、解像度の向上及び表示面積の拡張を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明のレーザプロジェクタは、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できるので、レーザ光源を用いて画像表示を行うレーザプロジェクタに利用することができる。
【図１】
2008142852.tif 000003
【図２】
2008142852.tif 000004
【図３】
2008142852.tif 000005
【図４】
2008142852.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月9日(2009.11.9)
【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】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、
前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、
前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われることを特徴とするレーザプロジェクタ。
【請求項２】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子の表示位置が移動するように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて前記表示位置を移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザプロジェクタ。
【請求項３】
前記２次元光変調素子は、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記投射光学系の移動に同期して物理的に移動することを特徴とする請求項１記載のレーザプロジェクタ。
【請求項４】
前記２次元光変調素子は、前記表示位置の移動を画素列単位で行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項５】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子が表示する画像の解像度が変換されるように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて画像の解像度を切り替えることにより前記表示位置を移動させ、
前記投射光学系は、前記２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期してズーム動作を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項６】
前記レーザ光源からの光を前記２次元光変調素子に導くことにより、前記２次元光変調素子を照明する照明光学系をさらに備え、
前記照明光学系は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動に同期して前記２次元光変調素子に対する照明領域を移動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項７】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の面積は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動毎に瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項８】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数は、前記２次元光変調素子の画素数より多いことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項９】
前記レーザ光源の出力は、前記２次元光変調素子の表示位置の切り替え時に低下されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【請求項１０】
前記レーザプロジェクタの表示中の位置の変化を検出する検出部をさらに備え、
前記検出部により検出された位置の変化を補償して前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレーザプロジェクタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を光源として用いたプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクタが普及している。このようなプロジェクタには、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、色再現領域が制限されるとともに、光源の体積が大きく、光利用効率が低いという問題点を有する。
【０００３】
これらの問題を解決するため、プロジェクタ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。レーザ光源では、ランプ光源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、色再現領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。さらに、レーザ光源は、従来の光源に対して小型化が可能な上、点光源であるため、光学部品の小型化も可能になる。このため、レーザ光源は、従来にない携帯型のプロジェクタに応用できると考えられている。
【０００４】
しかしながら、レーザ光源を用いたプロジェクタ（以下、レーザプロジェクタと称す）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。観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長とから決まる大きさの粒がランダムに配置されてスペックルノイズとなり、スペックルノイズは、観察者がスクリーンの画像を捉えることを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。
【０００５】
これまで、スペックルノイズを低減する手法として、光学系によりビーム角度を制御する手法が提案されている。例えば、特許文献１は、折り畳み式ミラーを揺り動かすことにより、画素消し（ピクセレーション）とスペックルノイズ低減とを行うことを提案している。また、特許文献２は、投写光学系の光軸を微小角度範囲で振動させ、シンチレーション（スペックルノイズ）を低減することを提案している。
【０００６】
しかしながら、上記提案は、ランプ光源でみられるスペックルノイズ低減を念頭においていたため、角度変化量が少なく、レーザ光源を用いた場合のスペックルノイズ除去効果としては不十分である。
【０００７】
また、特許文献３では、携帯型プロジェクタの手ブレを補正するため、投射光学系の素子を駆動することが提案されているが、携帯型プロジェクタを固定して投射した場合などを含めたスペックルノイズ除去を行うことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５４３４５５号公報
【特許文献２】特開２００３−２１８０６号公報
【特許文献３】特開２００６−１３８９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、プロジェクタのスペックルノイズ除去に関する提案はあるが、レーザプロジェクタのスペックルノイズ除去としては、いずれも不十分であり、また、２次元光変調素子を利用してスペックルノイズ除去を行う提案はない。
【００１０】
本発明の目的は、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できるレーザプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面に従うレーザプロジェクタは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われる。
【発明の効果】
【００１２】
上記の構成によれば、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図２】図１に示すレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるカラーレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるカラーレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図６】本発明の実施の形態５におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図７】本発明の実施の形態６におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明の実施の形態７におけるレーザプロジェクタの概略構成図である。
【図９】本発明の実施の形態８におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態９におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態１０におけるレーザプロジェクタの表示動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザプロジェクタ１００の概略構成図である。図１に示すレーザプロジェクタ１００は、レーザ光源１、レンズ２、ロッドインテグレータ３、リレーレンズ４、フィールドレンズ５、２次元光変調素子６、投射光学系７、駆動部８及び制御回路９を備える。
【００１６】
レーザ光源１を出射したレーザ光は、レンズ２を経て、ロッドインテグレータ３でビーム整形された後、リレーレンズ４及びフィールドレンズ５を経て、２次元光変調素子６を照明する。２次元光変調素子６は、制御回路９からの映像信号（表示信号）によってレーザ光を変調して画像を作成し、投射光学系７は、２次元光変調素子６により作成された画像を表示面１０に拡大投影する。制御回路９は、外部から映像信号を受け、２次元光変調素子６及び駆動部８を制御する。
【００１７】
このとき、投射光学系７は、駆動部８により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、制御回路９は、２次元光変調素子６により表示される画像の表示位置を移動させるとともに、この表示位置の移動に同期して投射光学系７を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。
【００１８】
なお、レーザプロジェクタ１００では、２次元光変調素子６として、透過型の２次元光変調素子を用いている。また、表示面１０は、特に限定されず、一般的なスクリーンや壁、紙など投射可能なものであればよい。
【００１９】
図２に、図１に示すレーザプロジェクタ１００の表示動作の模式図を示す。図２の（１）及び（２）において、左から、２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２に表示される画像の表示パターンＰ１、Ｐ２、表示面１０に対する２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２及び投射光学系７の位置、表示面１０に表示される画像の表示パターンＳ１、Ｓ２を示している。なお、図２では、図示の簡略化のため、図１に示すレーザ光源１、照明光学系を構成するレンズ２、ロッドインテグレータ３、リレーレンズ４及びフィールドレンズ５、投射光学系７の駆動部８、並びに、駆動部８及び２次元光変調素子６を制御する制御回路９の図示を省略している。
【００２０】
図２の上段に示す（１）のときは、制御回路９は、２次元光変調素子６の上半分の画素領域すなわち２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１を用いて、映像信号に対応する表示パターンＰ１の画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の上部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上に表示パターンＳ１の画像が表示される。
【００２１】
次に、図２の下段に示す（２）のときは、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向に移動させた後、２次元光変調素子６の下半分の画素領域すなわち２次元光変調素子６の表示位置Ｄ２を用いて、映像信号を切り替えて表示パターンＰ１と同じ表示パターンＰ２の画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の下部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上の同じ位置に表示パターンＳ１と同じ表示パターンＳ２の画像が表示される。
【００２２】
次に、図２の（１）に示す状態になるように、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向と反対方向に移動させた後、２次元光変調素子６の上部の表示位置Ｄ１を用いて次の表示パターンの画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の上部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上に次の表示パターンの画像が表示される。
【００２３】
次に、図２の（２）に示す状態になるように、制御回路９は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ１方向に移動させた後、２次元光変調素子６の下部の表示位置Ｄ２を用いて上記と同じ表示パターンの画像を表示するように２次元光変調素子６を制御し、投射光学系７は、２次元光変調素子６の下部の画像を表示面１０に拡大投影し、表示面１０上の同じ位置に上記と同じ表示パターンの画像が表示される。
【００２４】
上記のように、（１）に示す状態と（２）に示す状態とが交互に繰り返され、表示面１０上の画像の表示位置が（１）に示す状態と（２）に示す状態とで同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、投射光学系７が動作して移動している。このように、本実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期した投射光学系７のレンズシフトにより、表示面１０上の画像の表示位置が（１）に示す状態と（２）に示す状態とで同じになっている。
【００２５】
このように、レーザプロジェクタ１００では、投射光学系７の移動動作と合わせて、表示面１０の同じ画素位置に映像信号が目的とする画像が映し出されるように、２次元光変調素子６の表示位置が移動する表示信号に切り替えている。例えば、図２では、制御回路９は、２次元光変調素子６の垂直方向のディレイ信号を切り替え、同じ映像信号を２次元光変調素子６内で垂直方向にずらして表示して、２次元光変調素子６の表示位置を移動させている。
【００２６】
本実施の形態は、２次元光変調素子６の表示位置が移動するように、電気的に表示信号を切り替える好ましい形態である。例えば、垂直及び水平のディレイ信号などを切り替えることで、２次元光変調素子６内の使用可能表示領域から表示面１０に映し出す部分を任意に選び出すことができる。このとき、表示信号の切り替え信号に、投射光学系７の動作信号を同期させることにより、投射光学系７の同期動作を容易に行うことができる。
【００２７】
なお、投射光学系７の同期動作をスムーズに行うためには、２次元光変調素子６の表示位置の移動を、２次元光変調素子６の数画素列単位（好ましくは、１画素列単位）で行うことが好ましい。これにより、投射光学系７の動作を連続的に行いながら、表示面１０の表示位置を同じにすることができるので、投射光学系７の動作として、静止状態を作り出す必要がなくなるとともに、２次元光変調素子６の画素枠が映し出されることを防ぐ効果もある。
【００２８】
上記のように、本実施の形態のレーザプロジェクタ１００は、レーザ光源１からの光を変調する２次元光変調素子６の表示位置の移動と投射光学系７の移動動作とを同期して行い、表示面１０での表示位置が同じになるようにしている。本構成により、表示面１０上での位置を同じにしながら、表示面１０へ投射するレーザ光線のビーム角度を大きく変化させることができるので、表示面１０で生じるスペックルパターンを変化させ、相関性のないスペックルパターンとすることができる。
【００２９】
ここで、表示される画素に着目すると、２次元光変調素子６上で異なる位置の複数の画素を用いて、投射光学系７の移動動作を伴いながら、表示面１０の１画素を表示することとなる。このとき、２次元光変調素子６上で異なる位置の画素から表示面１０に達するビーム角度は、大きく異なり、表示面１０で生じる各レーザビームによるスペックルパターンの相関性がなくなる。この相関性のないスペックルパターンを重ねることにより、本実施の形態では、スペックルノイズの平均化を行い、スペックルノイズを除去することができる。
【００３０】
また、１画素の範囲内でビーム角度を変える場合は、微小のビーム角度しか変化できず、スペックルパターンの相関性が残り、スペックルノイズを十分に除去することができなかったが、本実施の形態では、異なる複数の画素、例えば、１画素以上位置が異なる複数の画素を用いることにより、ビーム角度の変化が大きくなり、スペックルノイズの十分な除去効果をもたらすことができる。
【００３１】
また、レーザプロジェクタ１００では、２次元光変調素子６内の使用可能な画素数が表示面１０に１画面として映される画素数よりも多く、２次元光変調素子６の一部の画素により表示される画像を表示面１０に映し出している。このとき、２次元光変調素子６の表示面１０に映し出す部分を任意に切り替えることにより、２次元光変調素子６内の表示位置を移動することができる。このため、図２に示す例では、上下の２パターンの表示位置の切り替えを行っているが、もっと細かく数画素単位で表示位置を順次移動し、表示位置の切り替えパターンを増やしてもよい。この場合、２次元光変調素子６の表示位置の移動パターンを増やすことができるので、平均化するスペックルパターン数が増え、スペックルノイズの低減が更に促進される。
【００３２】
また、レーザプロジェクタ１００は、表示面１０に映し出されない２次元光変調素子６の画素（例えば、図２に示す（１）の状態では、２次元光変調素子６の下半分の画素、図２に示す（２）の状態では、２次元光変調素子６の上半分の画素）を黒表示の状態とし、光を遮光している。このように、表示面１０に映し出さない画素は、表示面１０の枠外への迷光を遮断する役割を果たすこととなる。
【００３３】
また、レーザプロジェクタ１００では、表示面１０に映し出す画像領域である長方形よりもアスペクト比が小さい形状（例えば正方形）の２次元光変調素子６を用いており、本実施の形態は、この中の長方形（例えば１６：９）の領域を任意に選んで表示位置を移動させる好ましい例である。表示面１０は、人間工学の点から横長とすることが好ましく、投射光学系７のレンズ系は、製造の観点から円形とすることが好ましい。このため、投射光学系７のレンズでは、表示面１０の縦方向の許容度が横方向よりも大きくなる。
【００３４】
本実施の形態では、投射光学系７の移動動作を行うが、許容度のある表示面１０の縦方向に投射光学系７を動作させることが好ましく、２次元光変調素子６の使用可能な表示面の形状を、表示面１０に表示される画像領域よりもアスペクト比の小さい形状とし、２次元光変調素子６の表示位置を縦方向にずらすことにより、投射光学系７を表示面１０の縦方向に動作させることができる。
【００３５】
また、レーザプロジェクタ１００では、投射光学系７のレンズが面内方向のレンズシフトを行うことにより、表示面１０の表示位置が同じになるようにしている。このとき、投射光学系７全体を面内方向にシフトさせてもよいが、投射光学系７を構成するレンズ群の一部を面内方向にシフトするだけでも、同様に表示面１０の表示位置をあわせることができる。また、投射光学系７内の光学素子の傾きを変化させて、２次元光変調素子６の表示位置が移動したことを補償して、表示面１０での表示位置を同じにするようにしてもよい。すなわち、本実施の形態の投射光学系７では、前記したような、レンズ系の面内方向シフト制御、又は光学素子の傾き制御を、２次元光変調素子６の表示位置の移動と同期して行えばよい。
【００３６】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるレーザプロジェクタ１０１の概略構成図であり、レーザプロジェクタ１０１の２次元光変調素子６の表示位置Ｄ１、Ｄ２への移動に同期して、レーザ光の照明領域が移動する様子を示している。なお、図３の（２）では、図示の簡略化のため、図３の（１）に示す投射光学系７の駆動部８、リレーレンズ４１の駆動部４２、並びに、駆動部８、４２及び２次元光変調素子６を制御する制御回路９０の図示を省略している。
【００３７】
本実施の形態では、上記の図２の（１）及び（２）の表示動作を行うときに、２次元光変調素子６に対する照明領域をも移動させる点が実施の形態１と異なっており、この照明領域の移動が図３に示されている。すなわち、リレーレンズ４１は、駆動部４２により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、制御回路９０は、駆動部４２を制御してリレーレンズ４１を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動するとともに、２次元光変調素子６を制御して２次元光変調素子６により表示される画像の表示位置を移動させ、さらに、駆動部８を制御して投射光学系７を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。
【００３８】
図３の（１）では、レーザ光源１を出射した光は、レンズ２を経て、ロッドインテグレータ３でビーム整形された後、リレーレンズ４１へ入射する。リレーレンズ４１は、表示位置Ｄ１となっている２次元光変調素子６の上部にレーザ光を照明する。一方、図３の（２）では、制御回路９０は、駆動部８により投射光学系７を矢印Ｖ３方向に移動させるとともに、駆動部４２によりリレーレンズ４１を矢印Ｖ２方向に移動させた後、２次元光変調素子６の表示位置をＤ１からＤ２に切り替え、リレーレンズ４１は、表示位置Ｄ２となっている２次元光変調素子６の下部にレーザ光を照明している。
【００３９】
上記のように、図３に示す例では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、リレーレンズ４１が面内方向にシフトし、２次元光変調素子６を照明する照明領域を移動している。リレーレンズ４１の動作は、投射光学系７の動作と同じ面内のレンズシフト動作で行われ、同時に同じ機構で制御されている。本実施の形態は、２次元光変調素子６への照明領域の移動と、投射光学系７の動作とを、同じ機構で同時に制御が可能な好ましい形態である。
【００４０】
このように、本実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の移動に同期して、２次元光変調素子６を照明するレーザ光の照明領域が移動している。本構成は、２次元光変調素子６の表示位置となる領域をレーザ光で照明することにより、レーザ光の光利用効率を高める好ましい形態である。実施の形態１では、２次元光変調素子６の表示位置が移動するため、照明領域が一定である場合、移動を見越した広い領域を照明する必要があり、レーザ光の利用効率を下げてしまうという課題が発生するが、本実施の形態では、この課題を解決することができ、レーザ光の利用効率を向上することができる。
【００４１】
なお、図３では、照明領域の移動をリレーレンズ４１の面内方向のシフトにより行っているが、照明光学系内の光学素子の傾き制御や、ビーム整形素子の面内方向のシフトなどによっても行うことができる。このとき、図３と同様に、投射光学系７の動作機構と同じ機構で、照明領域の移動を行うことが好ましい。例えば、投射光学系７で光学素子の傾き制御を行う場合は、照明光学系も同じく光学素子の傾き制御を行う。この場合、同じ機構を用いることにより、同期制御を容易に行うことができる。
【００４２】
また、上記の各実施の形態では、２次元光変調素子６の表示位置の切り替え時に、レーザ光源１の出力を低下させることが好ましい。例えば、２次元光変調素子６の表示位置の切り替え時に必要な表示信号の切り替え期間や投射光学系７の移動動作に要する時間に、制御回路９０がレーザ光源１の出力を低下させることによって、切り替え時に生じる画像ノイズや残像となる部分が表示面１０に映り込むことを防ぐことができるとともに、レーザ光源１の消費電力を低減することができる。
【００４３】
レーザ光源１の出力の低下量としては、例えば、レーザ光源１の出力を停止したり、より好ましくは、レーザ光源１の出射パワーレベルを通常表示時の１／１０以下とする。１／１０以下とすることにより、レーザ光源１を安定的に発振させることができるとともに、切り替え時の画像ノイズの低減と、レーザ光源１の消費電力の低減とを行うことができる。
【００４４】
また、上記の各実施の形態は、表示中のレーザプロジェクタ自体の位置の変化を検出する検出部を有することが好ましい。例えば、検出部として加速度センサをレーザプロジェクタに取り付け、制御回路９０は、加速度センサを用いて、レーザプロジェクタの加速度を検出し、検出した加速度を積分してレーザプロジェクタの３次元位置を算出する。制御回路９０は、レーザプロジェクタの３次元位置からレーザプロジェクタの３次元的な位置変化量を検出し、この位置変化量に対応する表示面１０上の画像の表示位置の変化量を予測し、この表示位置の変化量を補償して表示面１０の画像の表示位置が同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動動作及び投射光学系７の移動動作を制御する。
【００４５】
このように、レーザプロジェクタの位置の変化を検出し、プロジェクタの位置の変化分を考慮して、表示面１０の表示位置が同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動と、投射光学系７の同期動作とを行う。この結果、プロジェクタ位置が変化した場合でも、上記の同期動作を追従して行うことができる。
【００４６】
また、レーザプロジェクタにファンやスピーカなどが付属する場合、レーザプロジェクタの位置が振動などで変化する可能性があるが、レーザプロジェクタの位置の変化を検出することにより、上記の同期動作を継続して行うことができる。なお、レーザプロジェクタの位置の変化の検出には、表示面１０の表示位置のずれ量を検出する機構を用いてもよい。例えば、レーザプロジェクタに表示面１０を撮影するカメラを取り付け、撮影画像上における表示面１０の表示位置のずれ量を検出することにより、表示面１０の表示位置のずれ量を検出することができる。
【００４７】
また、上記の各実施の形態の２次元光変調素子としては、透過型の液晶パネルを用いているが、透過型及び反射型どちらの２次元光変調素子を用いてもよい。また、ＬＣＯＳやＤＭＤを用いることもできる。
【００４８】
また、上記の各実施の形態では、２次元光変調素子を照明する光学系として、ロッドインテグレータからなるビーム整形素子と、リレーレンズと、フィールドレンズとを用いているが、本発明の照明光学系は、この例に特に限定されず、レーザ光源からの光を用いて、２次元光変調素子上に画像を表示する場合に必要とされるビーム形状で、２次元光変調素子を照明することができれば、その他の構成を用いてもよい。
【００４９】
（実施の形態３、４）
本発明のレーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、波長変換レーザなどのレーザ光源を用いることができる。図１のレーザプロジェクタ１００は、一つのレーザ光源を用いた例を示しているが、ＲＧＢのカラー化を行う場合は、ＲＧＢ３色のレーザ光源を用いればよい。図４、図５の本発明の実施の形態３、４におけるカラーレーザプロジェクタ２００、３００は、ＲＧＢの３色のレーザ光源を用いた構成例である。なお、レーザ光源の数は、特に限定されず、４色以上を用いてもよい。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態３におけるカラーレーザプロジェクタ２００の概略構成図である。なお、図４では、図示の簡略化のため、投射光学系７の駆動部、及び制御回路の図示を省略している。
【００５１】
レーザプロジェクタ２００は、３色のレーザ光源として、赤色半導体レーザ１ｒ、緑色波長変換レーザ１ｇ、及び青色半導体レーザ１ｂを用い、各レーザ光源からの光は、ダイクロイックミラー２１により合波され、レンズ２を経てビーム整形を行うロッドインテグレータ３に導かれる。ロッドインテグレータ３以降の構成は、レーザプロジェクタ１００と同様である。
【００５２】
レーザプロジェクタ２００は、２次元光変調素子６を各色で時間分割して使用する。赤色レーザ光源１ｒからレーザ光を出射するタイミングでは、２次元光変調素子６は赤色を表示する映像信号に基づいて、赤色のレーザ光を変調する。緑色及び青色に対しても同様に、順次各色のレーザ光の出射に合わせて、２次元光変調素子６で変調し、カラー画像を形成する。本実施の形態では、表示信号の示すカラー画像の表示位置が表示面１０で同じになるように、２次元光変調素子６の表示位置の移動と、投射光学系７の動作とが同期して行われる。
【００５３】
レーザプロジェクタ２００では、レーザ光の出射順序に合わせて、レーザ光を出射するレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂが切り替えられるタイミングで、２次元光変調素子６の表示位置の移動と投射光学系７の同期動作とを行うことが好ましい。例えば、２次元光変調素子６の表示位置の移動は、出射するレーザ光源が切り替わる毎に行ってもよいし、複数のレーザ光源（３つのレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂ）の出射を１組として、レーザ光源の切り替えが複数回（３回）行われる度に、表示位置の１回の切り替えを行ってもよい。どちらの場合も、レーザ光の出射色が切り替わるタイミングに合わせて、２次元光変調素子６の表示位置の切り替えを行う。
【００５４】
このように、２次元光変調素子６の表示位置の切り替えをレーザ光の出射の切り替えタイミングと合わせることにより、色信号の切り替えと、表示位置の移動のための映像信号切り替えとを同時に行うことができる。これにより、表示位置の移動のために、２次元光変調素子６の表示信号の切り替え数を増やさずに、表示信号の切り替えを行うことができるので、制御回路内の信号回路の負荷を低減することができる。
【００５５】
図５は、本発明の実施の形態４におけるカラーレーザプロジェクタ３００の概略構成図である。なお、図５では、図示の簡略化のため、投射光学系７の駆動部、及び制御回路の図示を省略している。
【００５６】
レーザプロジェクタ３００には、ＲＧＢ３色のレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂと、３色に対応する３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂとが用いられている。レーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂから２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂまでの各構成は、反射ミラー１１ｒ、１１ｂが付加されている点を除き、レーザプロジェクタ１００と同様である。２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂで変調されたＲＧＢのレーザ光は、クロスプリズム２２で合波され、空間的に重ねられたカラー画像として投射光学系７により表示面１０に拡大投影される。
【００５７】
レーザプロジェクタ３００では、３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置の移動が投射光学系７の動作に同期して行われる。例えば、３枚全ての２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置が図５の紙面に垂直な方向のうち紙面の上方向（紙面の裏側から表側への方向）に移動するとともに、投射光学系７が紙面に垂直な方向のうち紙面の上方向に同期して動作し、カラー画像に関しても、表示面１０での表示位置が同じになるように動作する。
【００５８】
なお、２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置の移動方向及び投射光学系７の移動方向は、上記の例に特に限定されず、例えば、図５の紙面と平行な方向に表示位置が移動するときは、ＲＧＢで像の左右反転が異なるため、３枚の２次元光変調素子６ｒ、６ｇ、６ｂの表示位置は、同期を取りながら左右異なる方向に移動し、投射光学系７に対して同方向の移動となるように移動する。
【００５９】
（実施の形態５）
図６に、本発明の実施の形態５におけるレーザプロジェクタ４００の表示動作の模式図を示す。なお、図６では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図６の（２）では、図示の簡略化のため、図６の（１）に示す２次元光変調素子６１の駆動部６１ａ、投射光学系７１の駆動部８１、及び駆動部６１ａ、８１を制御する制御回路９１の図示を省略している。
【００６０】
図６に示すレーザプロジェクタ４００は、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とを同期して光軸に対して垂直な面内で同じ方向に移動する駆動部６１ａ、８１を有している。投射光学系７１は、駆動部８１により光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持され、２次元光変調素子６１は、駆動部６１ａにより光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動可能に支持されている。制御回路９１は、駆動部６１ａを制御して２次元光変調素子６を光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動させるとともに、駆動部８１を制御して投射光学系７１を２次元光変調素子６１の移動に同期させて光軸に対して垂直方向（図の上下方向）に移動する。
【００６１】
このように、レーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１の表示位置の移動を行うために、２次元光変調素子６１自身を２次元光変調素子６１の面内方向に移動させる。すなわち、レーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１と、投射光学系７１のレンズ群の一部とが２次元アクチュエータからなる駆動部６１ａ、８１に保持され、同じ制御機構により同期制御されている。このとき、光軸中心に対する移動振幅は、表示面１０の表示位置が同じになるように、比例関係に設定されている。例えば、図６の（１）の２次元光変調素子６１及び投射光学系７１の位置に対して、図６の（２）では、矢印Ｖ６、Ｖ７方向に２次元光変調素子６１と投射光学系７１とが同期して移動し、表示面１０での画像の表示位置が同じになるように制御されている。
【００６２】
本実施の形態は、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とが同期して物理的に移動する好ましい形態である。すなわち、本実施の形態では、２次元光変調素子６１と投射光学系７１とを同じ機構で同期させて移動するように制御することにより、スペックルノイズを除去する構成を容易に実現することができる。なお、２次元光変調素子６１及び投射光学系７１の移動動作は、完全に表示面１０での画像の表示位置が一致しなくてもよく、１画素程度のずれが生じても構わない。好ましくは、０画素を越え０．５画素以下の範囲内で表示位置ずれを持たせることで、表示面１０において２次元光変調素子６１の各画素の画素枠をなくすようにすることができる。
【００６３】
また、本実施の形態のレーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１における移動機構の移動幅（表示位置の最大移動幅）は、画素ピッチの２倍以上であることが好ましい。少なくとも画素ピッチの２倍以上表示位置を移動させることで、スペックルノイズの相関性を低くし、ノイズの低減効果を示すことができる。例えば、本実施の形態では、２次元光変調素子６１の移動機構の移動幅は、２０画素ピッチに設定されている。
【００６４】
また、本実施の形態のレーザプロジェクタ４００では、２次元光変調素子６１の移動方向と投射光学系７１の移動方向とが一致しているが、２次元光変調素子６１と投射光学系７１との間に反射部品を挿入する場合は、反射角度によって移動方向が異なるようになる。また、本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、２次元光変調素子６１の移動と同期して、照明光光学系の照明領域を移動する構成としてもよい。
【００６５】
（実施の形態６）
図７に、本発明の実施の形態６におけるレーザプロジェクタ５００の表示動作の模式図を示す。なお、図７では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図７の（２）では、図示の簡略化のため、図７の（１）に示す投射光学系７２の駆動部８２、２次元光変調素子６２及び駆動部８２を制御する制御回路９２の図示を省略している。
【００６６】
レーザプロジェクタ５００は、画像解像度の変換を随時行い、制御回路９２は、２次元光変調素子６２への表示信号を切り替える。例えば、２次元光変調素子６２では、表示信号の切り替えにより、図７の（１）に示す状態では、中心部の画素を用いて、表示パターンＰ３の低解像度の画像が表示され、図７の（２）に示す状態では、全体の画素を用いて、表示パターンＰ４の高解像度の画像が表示され、使用する画素数が図７の（１）と（２）との関係のように切り替わる。
【００６７】
また、２次元光変調素子６２の使用画素数（使用面積）の切り替えに同期して、投射光学系７２ではズーム動作が行われ、表示面１０での画像の表示位置が同じになるように制御され、図７の（１）に示す状態では、解像度の低い画像が表示面１０上に表示され、図７の（２）に示す状態では、投射光学系７２が矢印Ｈ１方向に移動し、解像度の高い画像が表示面１０上に表示され、これらの画像が表示面１０の同じ位置に同じ大きさで表示される。
【００６８】
上記の画像解像度の切り替えにより、表示面１０の所定の領域は、異なる画素数の組み合わせで表示される。例えば、解像度切り替えが行われないときに４画素分で表示される表示面１０上の領域には、画像解像度を切り替えて２次元光変調素子６２の使用画素数を、１画素分で表示する場合、２画素分で表示する場合、３画素分で表示する場合、４画素分で表示する場合、の４パターンが積算された画像を表示することができる。このとき、表示面１０では、解像度変換倍率が整数の２乗でない場合、画素表示がずれて重なることとなる。
【００６９】
ここで言う解像度変換倍率とは、２次元光変調素子６２の使用画素数の切り替え倍率を指し、例えば、使用画素数１に対して、使用画素数２、４と切り替える場合を、２倍、４倍といい、４倍は２の２乗であるため、整数の２乗の倍率にあたる。一方、解像度変換倍率が整数の２乗でない場合（使用画素数２、３の場合）、時間積分すると、表示面１０では表示される画素がずれて重なることとなる。
【００７０】
このように画素がずれて重なることにより、解像度切り替えを行わない場合の表示面１０で１画素分の領域よりも細かい重なり部分に対して時間積分したときに、表示画像に諧調を与えることでき、画像の解像度を実効的に上げることができる。なお、表示面１０において、１画素が完全に同一位置になるように制御する必要はなく、本実施形態では、映像信号に基づいた画像が表示面１０の同じ位置に表示されるように制御する。
【００７１】
本構成は、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を解像度（使用画素数）の切り替えで行う好ましい形態である。この結果、本実施の形態では、２次元光変調素子６２の表示位置の移動によるスペックルノイズ除去を行いながら、画像の実効解像度をあげることができる。また、実効解像度をあげるために、画像の解像度切り替えは、４、９など整数の２乗以外の倍率に対しても、変換を行うことが好ましい。
【００７２】
なお、上記の投射光学系７２のズーム動作は、投射光学系７２のレンズ群の一部が光軸方向にずれることにより焦点位置を表示面１０に合わせながら、レンズ倍率を調整する。この投射光学系７２のズーム動作には、レンズ群の一部のレンズの移動に代えて、液体レンズ、液晶レンズなどの電気信号駆動レンズを用いてもよい。液体レンズや液晶レンズは、レンズへの電圧の印加により焦点位置を変化させることができる。このため、電圧の制御により、光学系のズーム動作やシフト動作を行うことができる。
【００７３】
したがって、投射光学系のズーム動作に、電気信号駆動レンズを用いることが好ましい。本実施の形態では、投射光学系の動作を繰り返し行うが、電気信号駆動レンズを用いることにより、機械的な動作を伴わず、消費電力の低減及び耐久性の向上が可能となる。また、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を表示信号の切り替えで行う場合、電気信号駆動レンズでは、切り替え信号との同期動作を厳密に行うことができる。この結果、表示面１０での画質を落とさずに、２次元光変調素子６２の表示位置の移動と投射光学系のズーム動作とを行うことができるとともに、投射光学系の動作機構を小型化することができる。なお、電気信号駆動レンズは、他の実施の形態における投射光学系のシフト動作に用いてもよく、この場合も、上記と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７におけるレーザプロジェクタ５００ａの２次元光変調素子６２の解像度切り替えと同期して、２次元光変調素子６２のレーザ光の照明領域が移動する様子を示している。なお、図８の（２）では、図示の簡略化のため、図８の（１）に示すリレーレンズ４３の駆動部４４、投射光学系７２の駆動部８２、２次元光変調素子６２及び駆動部４４、８２を制御する制御回路９３の図示を省略している。
【００７５】
本実施の形態では、上記の図７の（１）及び（２）の表示動作を行うときに、２次元光変調素子６２に対する照明領域をも移動させる点が実施の形態６と異なっており、この照明領域の移動が図８に示されている。図８の（１）に対して（２）では、上記の図７の（１）及び（２）の表示動作と同様に、解像度が上がり、２次元光変調素子６２の使用画素数（使用領域）が増加しているが、制御回路９３は、これに同期して駆動部４４によりリレーレンズ４３を矢印Ｈ２方向にズーム動作させ、照明領域が増加する構成となっている。このように、図８では、レーザ光の照明領域を切り替えるため、リレーレンズ４３のレンズ群の一部をＨ２方向に移動させることでズーム動作を行い、整形されたビームの倍率切り替えを行っている。
【００７６】
本構成は、２次元光変調素子６２の表示位置となる領域にあわせてレーザ光の照明領域を移動することにより、レーザ光の光利用効率を高める好ましい形態である。ここで、２次元光変調素子６２の表示位置が移動するため、照明領域が一定である場合は、移動を見越した広い領域を照明する必要があり、レーザ光の利用効率を下げてしまうという課題が発生するが、本実施の形態では、この課題を解決することができる。また、図８の形態は、投射光学系７２及び照明光学系の動作機構を同じズーム機構で行い、同期制御を容易に行うことができる好ましい形態である。
【００７７】
なお、本実施の形態のリレーレンズ４３のズーム動作には、レンズの物理的な移動機構の他に、液体レンズ、液晶レンズなどの電気信号駆動レンズを用いてもよい。電気信号駆動レンズは、電圧の印加により焦点位置を変化させることができ、電圧を制御することによりレンズのズーム動作やシフト動作を行うことができる。
【００７８】
したがって、照明領域の移動のため、電気信号駆動レンズを用いることが好ましい。本実施の形態では、照明領域の移動は繰り返し行われるが、電気信号駆動レンズを用いることにより、機械的な動作を伴わず、消費電力の低減及び耐久性の向上が可能となる。また、２次元光変調素子６２の表示位置の移動を表示信号の切り替えで行う場合、電気信号駆動レンズでは、切り替え信号との同期動作を厳密に行うことができ、照明領域の移動の追従を厳密に行うことができるため、照明領域の移動に伴う光量損失を低減することができる。
【００７９】
（実施の形態８）
図９に、本発明の実施の形態８におけるレーザプロジェクタ６００の表示動作の模式図を示す。なお、図９では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図９の（２）、（３）では、図示の簡略化のため、図９の（１）に示す投射光学系７３の駆動部８３、２次元光変調素子６３及び駆動部８３を制御する制御回路９４の図示を省略している。
【００８０】
レーザプロジェクタ６００では、制御回路９４は、２次元光変調素子６３の表示位置が移動するように表示信号を切り替える。例えば、（１）→（２）→（３）のように表示パターンＰ５、表示パターンＰ６、表示パターンＰ７の順に表示信号を切り替え、これに同期して駆動部８３によって投射光学系７３をレンズ面内方向のレンズシフトにより動作させる。このとき、表示面１０において、（１）の表示パターンＰ５、（２）の表示パターンＰ６、及び（３）の表示パターンＰ７で表示される画像のうち重なる画像に対して、表示位置が同じになるように、投射光学系７３の位置が制御されている。
【００８１】
すなわち、投射光学系７３が矢印Ｖ８方向へ移動され、（１）の表示パターンＳ５の画像が表示面１０の上よりに表示され、次に、投射光学系７３が中心位置に戻され、（２）の表示パターンＳ６の画像が表示面１０の中央に表示され、次に、投射光学系７３が矢印Ｖ９方向へ移動され、（３）の表示パターンＳ７の画像が表示面１０の下よりに表示される。このように、２次元光変調素子６３における表示信号の切り替えと、投射光学系７３の移動動作とを行うことにより、表示面１０では、時間積算された積算表示画像Ｓ８が表示される。
【００８２】
本実施の形態は、（１）の表示パターンＳ５により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積、（２）の表示パターンＳ６により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積、又は（３）の表示パターンＳ７により瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積である瞬間表示面積よりも、積算表示画像Ｓ８の面積である積算表示面積が大きくなる好ましい形態である。
【００８３】
本実施の形態では、２次元光変調素子６３の表示位置の移動と投射光学系７３の同期動作とによって、表示面１０で重なることとなる画像の表示位置を同じに制御することにより、画像のずれなどの画像劣化を生じさせずに、レーザプロジェクタの大画面化を可能とする。また、重なる画像に対し、スペックルノイズの除去を行うことができる。
【００８４】
なお、図９では、説明を簡略化するため、１方向（図の上下方向）に積算表示画像を大きくする例を示しているが、２軸方向（例えば、図の上下方向及び左右方向）に、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とを行うことにより、２次元的に積算表示画像を大きくすることもできる。また、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とに関しては、実施の形態５、６と同様の構成のまま、表示面での画像をずらして積算表示面積を大きくしてもよく、この場合も、重なる画像の表示面での表示位置が同じになるように制御を行う。
【００８５】
また、本実施の形態は、２次元光変調素子６３の画素数よりも表示面１０の積算表示画像の画素数が大きくなる好ましい形態でもある。すなわち、表示面１０では、（１）の表示パターンＳ５の瞬間表示画像、（２）の表示パターンＳ６の瞬間表示画像、及び（３）の表示パターンＳ７の瞬間表示画像が重なりながらずれて表示されることにより、時間積算したときの積算表示画像Ｓ８の表示画素数である積算表示画素数が、２次元光変調素子６３の画素数よりも大きくなる。この場合、表示面１０において高解像度の画像を表示することが可能となる。
【００８６】
なお、図９では、説明を簡略化するため、１方向（図の上下方向）に積算表示画素数を大きくする例を示しているが、２軸方向（例えば、図の上下方向及び左右方向）に、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とを行うことにより、２次元的に積算表示画素数を大きくすることもできる。また、２次元光変調素子の表示位置の移動と、投射光学系の動作とに関しては、実施の形態５と同様の構成のまま、表示面での画像をずらして積算表示画素数を大きくしてもよく、この場合も、重なる画像の表示面での表示位置が同じになるように制御を行う。また、実施の形態６の構成の場合は、表示される画素倍率を整数倍からずらすことにより、実効的な積算表示画素数を２次元光変調素子の画素数よりも大きくすることができる。
【００８７】
（実施の形態９）
図１０に、本発明の実施の形態９におけるレーザプロジェクタ７００の表示動作の模式図を示す。なお、図１０では、レーザ光源及び照明光学系の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図１０の（２）〜（５）では、図示の簡略化のため、図１０の（１）に示す投射光学系７４の駆動部８４、並びに、２次元光変調素子６４及び駆動部８４を制御する制御回路９５の図示を省略している。
【００８８】
レーザプロジェクタ７００では、図１０の（１）〜（４）に示すように、２次元光変調素子６４の表示信号の切り替えと、投射光学系７４の矢印Ｖ１１、Ｄ１、Ｖ１２方向へのレンズシフト動作の同期とにより、制御回路９５は、積算表示画素数を２次元光変調素子６４の画素数より大きくする。また、図１０の（５）に示すように、画像解像度の切り替えと、投射光学系７４の矢印Ｈ４方向へのズーム動作との同期により、図１０の（１）〜（４）に示す動作により表示される積算表示画像の表示面１０上の位置と、図１０の（５）に示す動作により表示される画像の表示面１０上の位置とが同じになるように、制御回路９５は、２次元光変調素子６４及び投射光学系７４の駆動部８４を制御している。
【００８９】
本実施の形態では、図１０の（５）に示す動作により、表示面１０への表示位置を重ねながら、投射角度を変えているので、スペックルノイズを除去することができるとともに、図１０の（１）〜（４）に示す動作により、積算表示画素数を２次元光変調素子６４の画素数より大きくすることができるので、画像解像度を上昇させることができる。このように、本実施の形態は、２次元光変調素子６４の表示位置の移動と、投射光学系７４の動作との同期を、図１０の（１）−（２）−（３）−（４）−（５）の組み合わせで行っている例である。
【００９０】
また、本実施の形態は、２次元光変調素子６４の表示位置を移動するために、表示信号の切り替えと画像解像度の切り替えとを組み合わせた好ましい形態でもある。この２つの方式を組み合わせることにより、表示面１０において画像が重なる面を表示全面とし、この表示全面に対して、画像解像度の向上及びスペックルノイズ除去を行うことができる。
【００９１】
なお、２次元光変調素子の表示位置の移動は、上記の例に特に限定されず、実施の形態５で示した２次元光変調素子の移動と、実施の形態６で示した画像解像度切り替えとを組み合わせるようにしてもよく、この場合も、本実施の形態と同様の効果をもたらすことができる。
【００９２】
（実施の形態１０）
図１１に、本発明の実施の形態１０におけるレーザプロジェクタ８００の表示動作の模式図を示す。なお、図１１では、レーザ光源及び照明光学系（可動マイクロレンズアレイ２６を除く）の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので、図示を省略している。また、図１１の（２）〜（４）では、図示の簡略化のため、図１１の（１）に示す投射光学系７５の駆動部８５、並びに可動マイクロレンズアレイ２６、２次元光変調素子６５及び駆動部８５を制御する制御回路９６の図示を省略している。
【００９３】
レーザプロジェクタ８００は、照明光学系の一部として、２次元光変調素子６５の表示位置の移動に伴って照明領域の移動を行うために、可動マイクロレンズアレイ２６を有している。可動マイクロレンズアレイ２６は、図示のマイクロレンズアレイ及び当該マイクロレンズアレイを移動可能に支持する駆動部（図示省略）からなり、２次元光変調素子６５に対する照明領域を移動することにより、２次元光変調素子６５が表示に使用する画素を選択的に照明する。
【００９４】
例えば、レーザプロジェクタ８００では、可動マイクロレンズアレイ２６は、制御回路９６により制御され、２次元光変調素子６５の白で示した画素（白画素）と、灰色で示した画素（灰画素）とを選択的に照明するように、図の上下方向にシフト動作を行う。
【００９５】
レーザプロジェクタ８００の表示動作は、図１１の（１）−（２）−（３）−（４）の組み合わせ動作からなる。まず、図１１の（１）に示すように、制御回路９６は、２次元光変調素子６５の白画素を表示するように表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の白画素に対応する画素が、表示面１０の白四角で示される位置に表示される。
【００９６】
次に、図１１の（２）に示すように、制御回路９６は、（１）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の下方向への１画素分の移動）を行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の灰画素を照明する。このとき、制御回路９６は、灰画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の灰画素に対応する画素が、表示面１０の斜線で示される位置に表示される。
【００９７】
次に、図１１の（３）に示すように、制御回路９６は、（２）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の上方向への１画素分の移動）と投射光学系７５のシフト動作（図の上方向への移動）とを行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の白画素を照明する。このとき、制御回路９６は、白画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、２次元光変調素子６５の白画素に対応する画素が、表示面１０の斜線で示される位置に表示される。
【００９８】
次に、図１１の（４）に示すように、制御回路９６は、（３）に示す位置から可動マイクロレンズアレイ２６のシフト動作（図の下方向への１画素分の移動）を行い、可動マイクロレンズアレイ２６は、２次元光変調素子６５の灰画素を照明する。このとき、制御回路９６は、灰画素を表示する表示信号を２次元光変調素子６５へ送り、灰画素に対応する画素が、表示面１０の白四角で示される位置に表示される。
【００９９】
本実施の形態では、（１）と（４）との組み合わせ、及び、（２）と（３）との組み合わせのとき、２次元光変調素子６５の表示位置が白画素と灰画素との間で移動し、表示位置が同じになるように投射光学系７５が同期動作していることとなる。このように、本実施の形態は、２次元光変調素子６５の表示に用いる画素を画素列単位で選択的に照明する好ましい形態である。
【０１００】
ここで、表示位置の移動を行うためには、従来のレーザプロジェクタよりも、高いフレームレートを必要とし、２次元光変調素子６５の時間に対する応答性を早くしなければならないという課題が生じる。しかしながら、本実施の形態では、表示に用いる画素を選択的に照明することにより、照明されていない時間は、表示信号に対する応答を必要とせず、応答速度が遅い２次元光変調素子６５を用いることができる。例えば、レーザプロジェクタ８００では、白画素は（１）に示す状態と（３）に示す状態との間にスイッチングすればよく、見かけ上の２次元光変調素子６５の応答速度を２倍に高めることができる。また、本実施の形態では、使用する画素のみ照明するため、２次元光変調素子６５の表示位置の移動によりレーザ光の利用効率を下げてしまうという課題をも解決することができる。
【０１０１】
上記の実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係るレーザプロジェクタは、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を変調する２次元光変調素子と、前記２次元光変調素子により変調された光を拡大することにより、表示面に画像を投射する投射光学系とを備え、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われる。
【０１０２】
このレーザプロジェクタにおいては、表示面での画像の表示位置が略同じになるように、２次元光変調素子の表示位置の移動と投射光学系の少なくとも一部の移動とが同期して行われるので、表示面に達するレーザビームの角度が大きく異なり、表示面で生じる各レーザビームによるスペックルパターンの相関性がなくなる。この相関性のないスペックルパターンを重ねることにより、スペックルノイズが平均化されるので、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できる。
【０１０３】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子の表示位置が移動するように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて前記表示位置を移動させることが好ましい。
【０１０４】
この場合、表示信号を電気的に切り替えることにより、２次元光変調素子上の表示位置を移動させることができるので、２次元光変調素子自体を物理的に移動させることなく、２次元光変調素子の表示位置を移動させることができる。
【０１０５】
前記２次元光変調素子は、前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記投射光学系の移動に同期して物理的に移動することが好ましい。
【０１０６】
この場合、２次元光変調素子自体を物理的に移動させることにより、２次元光変調素子の表示位置を移動させることができるので、２次元光変調素子の大きさを必要最小限に小さくすることができ、レーザプロジェクタを小型化及び軽量化することができる。
【０１０７】
前記２次元光変調素子は、前記表示位置の移動を画素列単位で行うことが好ましい。
【０１０８】
この場合、投射光学系の移動を連続的に行いながら、表示面の表示位置を同じにすることができるので、投射光学系の動作として、静止状態を作り出す必要がなくなるとともに、２次元光変調素子の画素枠が映し出されることを防ぐことができる。
【０１０９】
前記２次元光変調素子は、前記２次元光変調素子が表示する画像の解像度が変換されるように切り替えられる表示信号を受け、前記表示信号に応じて画像の解像度を切り替えることにより前記表示位置を移動させ、前記投射光学系は、前記２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期してズーム動作を行うことが好ましい。
【０１１０】
この場合、２次元光変調素子の解像度の切り替えに同期して投射光学系のズーム動作を行っているので、２次元光変調素子の表示位置の移動によるスペックルノイズ除去を行いながら、画像の実効解像度を向上することができる。
【０１１１】
上記レーザプロジェクタは、前記レーザ光源からの光を前記２次元光変調素子に導くことにより、前記２次元光変調素子を照明する照明光学系をさらに備え、前記照明光学系は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動に同期して前記２次元光変調素子に対する照明領域を移動させることが好ましい。
【０１１２】
この場合、２次元光変調素子の表示位置となる領域を照明領域としてレーザ光で照明することができるので、レーザ光の光利用効率を高めることができる。
【０１１３】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の面積は、前記２次元光変調素子の表示位置の移動毎に瞬間的に表示される瞬間表示画像の面積よりも大きいことが好ましい。
【０１１４】
この場合、表示面上で重なる瞬間表示画像の表示位置が同じになるように制御されて積算表示画像が表示されるので、画像のずれなどの画像劣化を生じさせずに、レーザプロジェクタの大画面化が可能となるとともに、複数の瞬間表示画像が重ねられるので、スペックルノイズを十分に除去することができる。
【０１１５】
前記表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数は、前記２次元光変調素子の画素数より多いことが好ましい。
【０１１６】
この場合、表示面に表示される画像を時間積算した積算表示画像の画素数が２次元光変調素子の画素数より多くなるので、表示面において高解像度の画像を表示することが可能となる。
【０１１７】
前記レーザ光源の出力は、前記２次元光変調素子の表示位置の切り替え時に低下されることが好ましい。
【０１１８】
この場合、切り替え時に生じる画像ノイズや残像となる部分が表示面に映り込むことを防ぐことができるとともに、レーザ光源の消費電力を低減することができる。
【０１１９】
上記レーザプロジェクタは、前記レーザプロジェクタの表示中の位置の変化を検出する検出部をさらに備え、前記検出部により検出された位置の変化を補償して前記表示面での画像の表示位置が略同じになるように、前記２次元光変調素子の表示位置の移動と前記投射光学系の移動とが同期して行われることが好ましい。
【０１２０】
この場合、検出された位置の変化を補償して表示面での画像の表示位置が略同じになるように、２次元光変調素子の表示位置の移動と投射光学系の移動とが同期して行われるので、レーザプロジェクタを固定した場合及び振動した場合に関わらず、スペックルノイズを除去した高品位の画像を表示することができるとともに、解像度の向上及び表示面積の拡張を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明のレーザプロジェクタは、レーザ光源と、２次元光変調素子とを用いて、スペックルノイズを十分に除去することができるとともに、高品位の画像を表示できるので、レーザ光源を用いて画像表示を行うレーザプロジェクタに利用することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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