(57)【要約】【課題】レーザディスプレイにおけるスペックルノイズが低減されたレーザディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】レーザ光源１０１から出力された光を２次元光走査型投射光学系１０３が２次元方向に走査しながらスクリーンに投射することにより表示画像を形成するレーザディスプレイ装置において、前記レーザ光源１０１と前記２次元光走査型投射光学系１０３との間の光路上に配置され、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光スキャナで構成されたスペックルノイズ除去機構１０２を備え、前記２次元光走査型投射光学系１０３は目の解像度で識別可能な目の解像要素より小さい点像を前記スクリーン上に投射し、スペックルノイズ除去機構１０２は、前記スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように前記点像が移動するように走査を行うことを特徴とするレーザディスプレイ装置。【選択図】図１
2014098755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出力された光を２次元光走査型投射光学系が２次元方向に走査しながらスクリーンに投射することにより表示画像を形成するレーザディスプレイ装置において、
前記レーザ光源と前記２次元光走査型投射光学系との間の光路上に配置され、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光スキャナで構成されたスペックルノイズ除去機構を備え、
前記２次元光走査型投射光学系は目の解像度で識別可能な目の解像要素より小さい点像を前記スクリーン上に投射し、スペックルノイズ除去機構は、前記スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように前記点像が移動するように走査を行うことを特徴とするレーザディスプレイ装置。
【請求項２】
前記レーザ光源が赤色と緑色と青色のレーザ光源によって構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザディスプレイ装置。
【請求項３】
前記２次元光走査型投射光学系が、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）型の２次元スキャナにより構成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザディスプレイ装置。
【請求項４】
前記２次元光走査型投射光学系が、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）２次元スキャナにより構成されることを特徴とする請求項２に記載のレーザディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザディスプレイ装置に関し、より詳細には、スペックルノイズが低減されたレーザディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザディスプレイは、３原色のレーザを光源として用い、ＭＥＭＳスキャナなどの走査手段によって光源を走査しながらスクリーンに投射することにより画像表示を行うディスプレイである。光源にレーザを用いているため、低消費電力である、色再現性が原理的に優れている、他の投射型ディスプレイに比べてプロジェクターの小型化が可能である、という利点を有している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】黒田和男ほか編、「解説レーザディスプレイ」、オプトロニクス社、２０１０年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光源にレーザを用いているため、コヒーレントなレーザ光がスクリーンの微小凹凸の干渉によって生じる斑点状の画像ノイズである「スペックルノイズ」が発生し、画質を著しく劣化させるといった問題があった。
【０００５】
従来のディスプレイ装置は光スキャンを行う際、スクリーンに投射される点像を２次元的にスキャンして１フレーム分の画像を描画するだけであったため、スペックルノイズの発生が避けられない状況にあった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズが低減されたレーザディスプレイ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、レーザ光源から出力された光を２次元光走査型投射光学系が２次元方向に走査しながらスクリーンに投射することにより表示画像を形成するレーザディスプレイ装置において、前記レーザ光源と前記２次元光走査型投射光学系との間の光路上に配置され、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光スキャナで構成されたスペックルノイズ除去機構を備え、前記２次元光走査型投射光学系は目の解像度で識別可能な目の解像要素より小さい点像を前記スクリーン上に投射し、スペックルノイズ除去機構は、前記スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように前記点像が移動するように走査を行うことを特徴とするレーザディスプレイ装置である。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＥＭＳ型の２次元スキャナあるいはＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）２次元スキャナにより目の解像度より小さい点像を２次元スキャンするのに加えて、目の解像度内を塗りつぶすように、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）スキャナを走査することにより、目の解像点内の光の干渉によるスペックルノイズを除去し、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のレーザディスプレイ装置の構成を説明するための図である。
【図２】本発明のスキャンスポット（点像）の軌跡を示す図である。
【図３】本発明のスペックルノイズ除去機構の機能を兼ね備えた２次元光走査型投射光学系の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１１】
図１に、本発明の基本的なレーザディスプレイの構成を示す。本発明のレーザディスプレイは、図１に示すように、レーザ光源１０１と、スペックルノイズ除去機構１０２と、２次元光走査型投射光学系１０３とを備えて構成される。
【００１２】
レーザ光源１０１は、赤色、緑色、青色の半導体レーザを用いて構成することができる。緑色レーザとしては波長変換レーザを用いてもよい。
【００１３】
スペックルノイズ除去機構１０２は、レーザ光源１０１から出力されたレーザ光を走査（光スキャン）して２次元光走査型投射光学系１０３に入力することにより、スペックルノイズを除去する手段であり、例えばＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナを用いて構成される。Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナは、高速に制御可能であるので、スペックルノイズ除去機構１０２により従来の光スキャナに比べて高速走査が実現できる。
【００１４】
２次元光走査型投射光学系１０３は、スペックルノイズ除去機構１０２から入力されたレーザ光をラスタースキャンによりさらに走査（光スキャン）して、目の解像要素より小さく設定された点像をスクリーンに投射することにより表示画像を形成する手段である。２次元光走査型投射光学系１０３としては、例えば１次元ＭＥＭＳ型スキャナ２個、２次元ＭＥＭＳ型スキャナ１個、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元スキャナ２個のいずれかを用いることができる。目の解像要素とは、目で識別可能な領域のことをいい、具体的には観察すると想定された位置から人の目で識別可能な最小限の大きさのスクリーン上の領域のことをいう。例えば視力１の人がスクリーンから５ｍ離れているときの解像要素はおよそ１．５ｍｍである。
【００１５】
ここでスペックルノイズ除去機構１０２によりスペックルが除去される原理について説明する。図２は、スペックルノイズ除去機構と２次元走査型投射光学系を合わせた光学系により走査される点像の軌跡を示す図である。本発明のレーザディスプレイ装置では、図２に示すように、２次元光走査型投射光学系１０３からスクリーンに投射される点像２０２は、目の解像要素２０１より小さく設定されている。この点像２０２は、スペックルノイズ除去機構１０２により走査されることにより軌跡２０３に示すように移動しながら、２次元光走査型投射光学系１０３により走査されることにより軌跡２０４に示す方向に移動する。なお、軌跡２０４のような光スキャンの方法はラスタースキャンといわれる。
【００１６】
２次元走査型投射光学系１０３による光スキャンに、スペックルノイズ除去機構１０２による光スキャンが加わることにより、目の解像要素内が点像の軌跡で覆いつくされ、ひいてはスクリーンに形成される画面全体が覆い尽くされることになる。これにより、スクリーンの微小な凹凸で散乱した光が相互に干渉しあっても、干渉成分が互いにキャンセルされ平均化されるので、スペックルノイズを除去され、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減可能である。
【００１７】
従来のように、目の解像要素と同程度の大きさの点像を２次元走査型投射光学系により光スキャンをする場合と比べて、本発明の方法を用いると、本発明における点像の直径をｓ、目の解像要素の直径をｄとすると、スペックルコントラストはｓ／ｄとなる。なお、スペックルコントラストは、値が小さいほどスペックルノイズが小さいことを意味する。
【００１８】
２次元走査投射光学系１０３とスペックルノイズ除去機構１０２における各光スキャナに求められる解像点数、及び走査周波数を以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】
2014098755.tif 000003
【００２０】
表１において、Ｎx、Ｎyはそれぞれ、表示される画像の水平方向の解像要素の個数、垂直方向の解像要素の個数を示し、ｆFRはフレームレートを示す。
【００２１】
表１に示すように、本発明においてスペックルノイズ除去機構１０２の走査周波数は非常に大きく、数ＭＨｚから数百ＭＨｚとなる。したがって、スペックルノイズ除去機構１０２として高速光偏向が実現できるＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナを用いている。
【実施例】
【００２２】
次に本発明の効果を例証するために、本発明に従ったレーザディスプレイ装置を作成した。レーザディスプレイの構成は図１と同様である。本実施例では、レーザ光源１０１は、赤色が波長６４０ｎｍ、緑色が波長５１５ｎｍ、青色が波長４５０ｎｍの半導体レーザとした。２次元走査光学系１０３は、２次元ＭＥＭＳ型光スキャナ１個で構成した。スペックルノイズ除去機構１０２は、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナで構成した。
【００２３】
レーザディスプレイの画像を、水平方向、垂直方向、それぞれ８００個、６００個の解像要素で形成し、フレームレートは３０Ｈｚとした。各スキャナは以下の表２の解像点数及び走査周波数とし、スペックルコントラスト１／５を実現した。
【００２４】
【表２】
2014098755.tif 000004
【００２５】
以上説明したとおり、本発明によれば、２次元光走査型投射光学系が所定の周期で２次元方向に走査しながらスクリーンにレーザ光を点像としてスクリーン上に投射する際に、２次元光走査型投射光学系の走査周期よりも非常に短い周期で、スペックルノイズ除去機構が、レーザ光を一次元方向に走査することで、スクリーン上における目の解像要素内を塗りつぶすように点像が移動するので、目の解像要素内が点像の軌跡で覆いつくされることとなる。よって、スペックルノイズ除去機構により、目の解像点内の光の干渉によるスペックルノイズを除去し、レーザディスプレイにおけるスペックルノイズを低減させることができる。
【００２６】
以上の説明では、スペックルノイズ除去機構１０２は、２次元走査光学系１０３とは別体の走査手段として説明したが、２次元走査光学系１０３をＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光スキャナで構成する場合は、スペックルノイズ除去機構１０２と２次元走査光学系１０３とを、一体で構成することも可能である。例えば、２次元走査光学系１０３としてＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナ２個を用いた場合、２個のＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナのうち垂直方向に走査する１個に、スペックルノイズ除去機構１０２の機能を持たせることができる。
【００２７】
図３は、スペックルノイズ除去機構１０２の機能を兼ね備えた垂直方向に走査するＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナによる走査を説明するための図である。スキャン角度は、投射するスクリーンの垂直方向に対するＫ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナからの光の角度を示している。図３に示すように、Ｋ1-yＬiyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）１次元光スキャナは、周期３０２でスペックルノイズ除去機構１０２としての光スキャンを行い、周期３０１で２次元走査光学系１０３としての光スキャンを行うこととなる。
【符号の説明】
【００２８】
１０１  レーザ光源
１０２  スペックルノイズ除去機構
１０３  ２次元光走査型投射光学系
２０１  目の解像要素
２０２  点像
２０３  スペックル除去用スキャン
２０４  ２次元光走査型投射光学系による光スキャンの軌跡
３０１  ２次元走査型投射光学系の垂直方向の走査周波数に対応する周期
３０２  スペックル除去系の走査周波数に対応する周期
【図１】
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【図２】
2014098755.tif 000006
【図３】
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