(57)【要約】    【課題】  スペックルノイズを低減させることができ、かつコンパクトで光量ロスが少ない表示光学系を提供する。    【解決手段】  表示光学系は、コヒーレンス性を有する光を発する光源１０１と、該光を走査する走査手段１０４と、該走査手段からの光に中間像を形成させる第１の光学系１０５と、該中間像からの光を、実在する表示面１０８上に結像させる第２の光学系１０７とを有する。さらに、第１の光学系と第２の光学系との間に、第１の光学系からの光の入射角よりも第２の光学系に射出する該光の拡がり角を大きくする光学部材１０６を有する。    【選択図】  図１
2006053495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレンス性を有する光を発する光源と、
前記光を走査する走査手段と、
前記走査手段からの前記光に中間像を形成させる第１の光学系と、
前記中間像からの前記光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置され、前記第１の光学系からの前記光の入射角よりも前記第２の光学系に射出する該光の拡がり角を大きくする光学部材とを有することを特徴とする表示光学系。
【請求項２】
コヒーレンス性を有する光を発する光源と、
前記光を走査する走査手段と、
前記走査手段からの前記光に中間像を形成させる第１の光学系と、
前記中間像からの前記光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置され、前記第１の光学系の射出側の開口数よりも前記第２の光学系の入射側の開口数を大きくする光学部材とを有することを特徴とする表示光学系。
【請求項３】
コヒーレンス性を有する光を発する光源と、
前記光を走査する走査手段と、
前記走査手段からの前記光に中間像を形成させる第１の光学系と、
前記中間像からの前記光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置され、前記表示面に入射する拡がり角が互いに異なる複数の光成分を生成する光学部材とを有することを特徴とする表示光学系。
【請求項４】
前記光学部材は、前記中間像の位置又は該中間像に近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項５】
前記第２の光学系により前記光学部材と前記表示面とが共役の関係にあり、
前記光学部材は、前記光の進行方向とは異なる方向に移動可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項６】
前記光学部材は、前記光に対する回折作用を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項７】
前記光学部材は、前記光を反射することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項８】
前記第２の光学系は、シュリーレン光学系であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の表示光学系と、
前記光源を変調する変調回路とを有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像投射装置と、
該画像投射装置に画像信号を供給する画像信号供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等のコヒーレント光（可干渉性を有する光）を走査して画像を投射する表示光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いてスクリーン上に画像を投射する画像投射装置として、さまざまなものが提案されている。レーザ光は、スペクトル幅が非常に狭いので、赤、青、緑の３色のレーザを用いることで、色再現範囲の広いディスプレイを提供できる。
【０００３】
また、レーザ光は、指向性が強く、光のエネルギー密度を高くできることから、レーザ光源からの光束をビーム化して、そのビームを小型の走査デバイスにより走査することが可能であり、小型の画像投射装置を実現できる可能性をもっている。レーザ光を用いてスクリーン上に画像を投射する画像投射装置として、例えば特許文献１には、偏向器を用いてレーザ光を走査することで、スクリーン上に画像を表示するレーザ走査型ディスプレイが提案されている。
【０００４】
また、走査デバイスとしては、半導体プロセスを用いた微小機械システム（Micro Electro Mechanical  SYSTEM：MEMS）技術により小型軽量でありながら、高速の走査デバイスを作ることが可能となった。
【０００５】
一方、レーザ光は、その位相が連続的であるため、非常にコヒーレンス性が高い。このため、レーザ光をスクリーン上に照明すると、スクリーン上の微小な粗さに起因する位相パターンが形成されてスペックルと呼ばれる干渉パターンを示す。この干渉パターンが存在する場合、画像投射装置によって表示された画像の鮮明度は著しく低下する。
【０００６】
スペックルノイズを低減する方法として、例えば特許文献２には、厚さがΔｔずつ異なるＮ個の領域からなる屈折率ｎの透明光学素子を用いる方法が提案されている。具体的には、半導体レーザの発散光束をコリメーターレンズで平行光束として透明光学素子に入射させ、段差Δｔの異なる部分を通過した光束（分割光束）に光路差（ｎ−１）Δｔを与えて、各分割光束の可干渉性を低減させる。透明光学素子を通過した可干渉性のない複数の光束をレンズで重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減することができる。
【０００７】
また、特許文献３には、回転可能な拡散素子でレーザ光を散乱させることによりスペックルノイズを低減する方法が提案されている。レーザ光を拡散素子で散乱させることによって、スペックルパターンを高速変化させ、人間の眼の残像効果によりスペックルパターンを重ね合わせて平均化することにより、スペックルノイズが視認されないようにするものである。
【０００８】
さらに、特許文献４では、では、回折格子を用いてその回折光を重ね合わせスペックルを低減してゆく方法が記載されている。
【０００９】
また、特許文献５には、1次元の回折型光変調器を用いたレーザディスプレイにおいて、光変調器と共役な位置に位相変調手段（pahse modulated wavefront）をおき、位相を変化させることで、表示画像のスペックルを低減している。
【特許文献１】特開平７−１５１９９５号公報（段落００１１〜００１６、図１等）
【特許文献２】特開２０００−２０６４４９号公報（段落００２９〜００３２、図１等）
【特許文献３】特開平０６−２０８０８９号公報（段落０００６〜０００８、図１等）
【特許文献４】"Applied Optics/Vol.37, No.10/1 April 1998 “Speckle reduction in laser projection system by diffractive opotical elements “
【特許文献５】米国特許６，３２３，９８４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２において提案されている方法では、分割した光束に十分な光路差を与えるために、透明光学素子の段差Δｔを大きくする必要がある。この結果、光学系をコンパクト化することが困難になる。特に、固体レーザやシングルモードの半導体レーザのようなコヒーレンス長が長い光を用いた場合には、透明光学素子のサイズがきわめて大きくなる。
【００１１】
また、特許文献３において提案されている方法では、レーザ光を拡散素子を透過させることにより、比較的大きな光量ロスが発生する。さらに、散乱光の発生によりビーム径が変化し、表示画像の解像度が低下する。
【００１２】
さらに、特許文献５で開示された光学系では、1次元の光変調器と共役な位置に位相変調手段を配置するため、光学系が複雑になる、
さらに、特許文献３と特許文献４にて提案の方法では、2次元もしくは1次元の光変調器の画像を投影するため、空間光変調器が必要となってしまう。
【００１３】
本発明は、本発明は、スペックルノイズを低減させることができ、かつコンパクトで光量ロスが少ない表示光学系を提供することを目的の１つとしている。また、本発明は、１次元や２次元の光変調器を用いなくても走査光によって画像を表示することも目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
１つの観点としての本発明の表示光学系は、コヒーレンス性を有する光を発する光源と、該光を走査する走査手段と、該走査手段からの光に中間像を形成させる第１の光学系と、該中間像からの光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系とを有する。さらに、第１の光学系と第２の光学系との間に配置され、第１の光学系からの光の入射角よりも第２の光学系に射出する該光の拡がり角を大きくする光学部材を有する。
【００１５】
また、他の観点としての本発明の表示光学系は、コヒーレンス性を有する光を発する光源と、該光を走査する走査手段と、該走査手段からの光に中間像を形成させる第１の光学系と、該中間像からの光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系とを有する。さらに、第１の光学系と第２の光学系との間に配置され、第１の光学系の射出側の開口数よりも第２の光学系の入射側の開口数を大きくする光学部材を有する。
【００１６】
さらに、他の観点としての本発明の表示光学系は、コヒーレンス性を有する光を発する光源と、該光を走査する走査手段と、該走査手段からの光に中間像を形成させる第１の光学系と、該中間像からの前記光を、実在する表示面上に結像させる第２の光学系とを有する。そして、第１の光学系と第２の光学系との間に配置され、第２の光学系から表示面に入射する拡がり角が互いに異なる複数の光成分を生成する光学部材を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、コンパクトで光量ロスが少ない表示光学系でありながら、スペックルノイズを低減させることができ、高画質の画像を表示することができる。また、１次元や２次元の光変調器を用いる必要もない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１および図２には、本発明の実施例１である画像投射装置のレーザ走査型表示光学系の概略構成を示している。図１は、図２に示した光学系を、その光軸を直線状に延ばした展開図である。
【００２０】
図１および図２において、光源１０１はレーザ光源である。図１に示すように、光源１０１から発せられた光束１０９は、コリメート光学系１０２により略平行化されたビーム（以下、レーザビームという）１１０となる。
【００２１】
ここで、光源１０１には、光源変調回路１２１が接続され、該光源変調回路１２１には、投射制御回路１２０が接続されている。投射制御回路１２０には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、テレビチューナー等の画像信号供給装置１３０から画像信号が入力される。投射制御回路１２０は、光源変調回路１２０を介して、レーザ光源１０１から発せられるレーザ光の強度を画像信号に応じて変調する。なお、これらのことは以下の実施例でも同様である。
【００２２】
コリメート光学系１０２から射出したレーザビーム１１０は、集光光学系１０３を介して２次元走査デバイス１０４に入射する。２次元走査デバイス１０４に入射したレーザビーム１１１は、所定の２次元方向に高速で走査される。
【００２３】
ここで、図２に示すように、走査デバイス１０４には、水平走査ミラー１０４Ｈと垂直走査ミラー１０４Ｖとが配置されており、これらのミラーはそれぞれ、図中の矢印の向きに揺動して、入射した光束を走査する。なお、本実施例では、水平走査ミラー１０４Ｈとして、半導体製造技術等を用いて製作されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーデバイスであり、電磁力等を用いてミラーを往復揺動（振動）させることができるものを用いている。水平走査ミラー１０４Ｈのミラー面は１．５ｍｍ角というきわめて小さなサイズを有する。また、垂直走査ミラー１０４Ｖとしては、ガルバノミラーを用いている。
【００２４】
なお、本実施例では、それぞれレーザビームを一次元方向に偏向（走査）する水平走査ミラー１０４Ｈと垂直走査ミラー１０４Ｖを用いているが、１つのミラーを２次元方向に振動させることができるＭＥＭＳミラーデバイスを用いてもよい。
【００２５】
本実施例では、水平走査ミラー１０４Ｈは２０ｋＨｚ程度で水平方向の走査を行い、垂直走査ミラー１０４Ｖは６０Ｈｚ程度で垂直方向の走査を行う。図２中の矢印１１７は走査線を、１１８は帰線を表している。水平走査ミラー１０４Ｈには、電磁コイル等の水平駆動回路１２３が接続され、該水平駆動回路１２３には該駆動回路１２３への通電を制御する水平制御回路１２４が接続されている。また、垂直走査ミラー１０４Ｖには、モータ等の垂直駆動回路１２５が接続され、該垂直駆動回路１２５には該垂直駆動回路１２５を制御する垂直制御回路１２６が接続されている。投射制御回路１２０は、水平制御回路１２４および水平制御回路１２６を介して、水平走査ミラー１０４Ｈおよび垂直走査ミラー１０４Ｖを、画像信号と同期するように駆動する。これらについても以下の実施例において同様である。
【００２６】
図１に示すレーザビーム１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃは、２次元走査デバイス１０４によって走査されたレーザビームのうち、図１の紙面内に存在するものを例示したものである。
【００２７】
走査されたレーザビーム１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃは、第１の投射光学系（第１の光学系）１０５に入射する。第１の投射光学系１０５は、レーザビーム１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの中間像を光拡散角変換素子１０６上又はその近傍に形成する。
【００２８】
光拡散角変換素子１０６は、図１に示すように、入射したレーザビーム１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃの拡がり角（円錐角）αを拡大して、拡がり角β（＞α）を有するレーザ光束１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃとする素子である。レーザ光束１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃはさらに、第２の投射光学系（第２の光学系）１０７に入射して、観察者が観察する走査面（スクリーン等の実在する表示面）１０８に到達する。つまり、本実施例の画像投射装置は、光拡散角変換素子１０６上又はその近傍に形成される中間像の画像を、第２の投射光学系１０７を介して走査面１０８上に拡大投影する。
【００２９】
次に、本実施例におけるレーザスペックルノイズの低減の原理に関して説明する。図３は、光拡散角変換素子１０６の機能を説明するための図であり、２次元走査デバイス１０４から走査面１０８までの光路を示している。
【００３０】
円錐角αで光拡散角変換素子１０６に入射したレーザビーム１１２ａは、光拡散角変換素子１０６によって、円錐角βを有するレーザ光束１１３ａとなる。本実施例においては、光拡散角変換素子１０６は、マイクロレンズアレイによって構成され、入射した光束を回折作用によって離散的に拡大する。
【００３１】
レーザビーム１１２ａの回折成分のうち０次回折光を１１３ａ−１とし、図３の紙面内での±１次回折光を１１３ａ−２，１１３ａ−３として示す。
これらの回折光は、投影光学系１０７を介して走査面１０８に向かう。投影光学系１０７から射出した回折光１１４ａ−１，１１４ａ−２，１１４ａ−３は、走査面１０８に入射する際の入射角が互いに異なる。このため、走査面１０８上への入射拡がり角（収束角）が異なる複数の回折光成分が入射し、これらの回折光成分によって形成された互いに異なる複数のスペックルパターンが重畳されて観察者に観察される。
【００３２】
これにより、スペックルノイズを低減させることができる。
【００３３】
また、本実施例では、光拡散角変換素子１０６と走査面１０８とを光学的に共役の関係においている。これにより、光拡散角変換素子１０６を構成するマイクロレンズアレイのピッチなどを最適化することにより、解像力劣化の少ない画像表示を実現することができる。
【００３４】
図４には、本実施例の変形例を示している。すなわち、図４は、図３に示した光拡散角変換素子１０６を、矢印１１６の方向（レーザビーム１１２ａの進行方向に対して略直交する方向）に駆動可能とした構成を示している。光拡散角変換素子１０６は、駆動機構１１５によって上記方向に連続的に駆動される。光拡散角変換素子１０６の駆動速度は、画像表示のフレームレートが６０Ｈｚの場合、スペックルパターンの時間的変化が人間の眼の残像時間（おおむね１／３０秒）よりも速くなるように設定する。但し、スペックルパターンの変化の周期がフレームレートの整数倍にならないようにする必要がある。
【００３５】
図３に示した構成では回折の作用によってスペックルノイズの低減を図ったが、図４の構成では、光拡散角変換素子１０６を駆動機構１１５によって図中の矢印方向に駆動することにより、走査面１０８に入射する光束の拡がり角としての円錐角（収束角）を時間的に変化させることで、スペックルパターンを変化させ、これらスペックパターンの重ね合わせによってスペックルノイズの低減を図っている。なお、光拡散角変換素子１０６の駆動は、前述した方向への往復駆動に限らず、光拡散角変換素子１０６の面内での回転駆動等も可能である。
【００３６】
また、本実施例においては、光源１０１を１つの光源として示したが、図５に示すように、赤色レーザ光源１０１ｒ、青色レーザ光源１０１ｂおよび緑色レーザ光源１０１ｇの３つの光源を設けてもよい。この場合、各光源からのレーザ光を色合成系（クロスダイクロイックプリズム等）１１６によって１つレーザ光に合成し、集光光学系１０３、走査デバイス１０４、第１の投射光学系１０５、光拡散角変換素子１０６および第２の投射光学系１０７に導く構成にする。これにより、フルカラー画像の投射が可能なレーザ走査型表示光学系を実現することができる。このとき、全ての色のレーザ光源として、半導体レーザを用いてもよいし、非線形光学素子を用いた波長変換レーザ光源を用いてもよい。これらの場合、レーザ光源を直接変調することが可能となる。また、色合成系１１６として色合成用回折格子などを使用することも可能である。
【００３７】
また、本実施例では、光拡散角変換素子１０６として、マイクロレンズアレイを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、１次元または２次元の回折格子や、ホログラム素子、拡散板などを光拡散角変換素子として使用することも可能である。
【００３８】
また、本実施例においては、図１で１つのレーザ光源を用いた例を、図５で赤、青、緑の各色レーザ光源を１つずつ用いた場合について説明したが、各色用光源が複数の光源により構成されていてもよい。
【実施例２】
【００３９】
図６には、本発明の実施例２である画像投射装置のレーザ走査型表示光学系の概略構成を示している。上記実施例１では、光拡散角変換素子１０６を透過型の素子として説明したが、本実施例では、反射型の光拡散角変換素子を用いた例を示す。
【００４０】
図６において、光源２０１はレーザ光源である。光源２０１より発せられた光束２０９は、コリメート光学系２０２によって略平行化されたレーザビーム２１０となる。レーザビーム２１０は、集光光学系２０３を介して２次元走査デバイス２０４に入射し、該２次元走査デバイス２０４によって所定の２次元方向に高速で走査される。図中のレーザビーム２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃは、２次元走査デバイス２０４によって走査されたレーザビームのうち、図の紙面内に存在するものの例である。走査されたレーザビーム２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃは、走査光学系（第１の光学系）２０５に入射し、レーザビーム２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃを形成し、さらに中間像を光拡散角変換素子２０６上又はその近傍に形成する。
【００４１】
光拡散角変換素子２０６は、入射したレーザビーム２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃの拡がり角（円錐角）αを拡大し、拡がり角β（＞α）を有するレーザ光束２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃを形成する素子である。
【００４２】
光拡散角変換素子２０６で反射したレーザ光束２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃは、さらに投影光学系（第２の光学系）２０７（２０７Ａ，２０７Ｂ）を透過して、観察者が観察するための走査面（スクリーン等の実在する表示面）２０８に到達する。本実施例では、走査光学系２０５と投影光学系の一部２０７Ａは同じものであり、２つの機能を有する光学系によって構成されている。
【００４３】
２次元走査デバイス２０４には、実施例１と同様に、水平走査ミラー２０４Ｈと垂直走査ミラー２０４Ｖとが配置されている。本実施例では、垂直走査ミラー２０４Ｖは、投影光学系２０７（２０７Ａ，２０７Ｂ）の絞り位置に配置されている。画像の形成方法に関しては、実施例１において図２を用いて説明したのと同じ方法であり、説明を省略する。
【００４４】
図７は、本実施例の投射光学系の光路を説明するための図である。図７では、２次元走査デバイス２０４中の水平走査ミラー２０４Ｈから射出したレーザビームの垂直走査ミラー２０４Ｖから走査面２０８までの光路の概要を示している。
【００４５】
垂直走査ミラー２０４Ｖに入射する光束２１７は、垂直走査ミラー２０４Ｖで偏向され、図中の矢印２１１ａの向きに進み、走査光学系２０５を透過して反射型の光拡散角変換素子２０６にレーザビーム２１２ａとして入射する。
【００４６】
光拡散角変換素子２０６は、実施例１と同様に、回折素子で構成されており、入射したレーザビーム２１２ａを反射する。この際、回折光２１３ａ−１，２１３ａ−２，２１３ａ−３，２１３ａ−４，２１３ａ−５のように反射する。回折光のうち正反射光以外の光束２１３ａ−２〜２１３ａ−５は、垂直走査ミラー２０４Ｖで再び偏向されることなく投影光学系２０７Ｂを介して走査面２０８上に画像を形成する。
【００４７】
図８は、図７を立体的に示したものである。レーザビーム２１７は水平走査ミラー２１４Ｈによって、図中の矢印２１７ａに示した方向に走査される。垂直走査ミラー２１４Ｖは、水平方向に長い領域を有する。図中の太線は、レーザビーム２１７が特定の角度に走査されている状態を示したものである。レーザビーム２１７は、垂直走査ミラー２１４Ｖで偏向され、光拡散角変換素子２０６の方向に向かい、光拡散角変換素子２０６上で回折作用により拡散されて、図中に鎖線２１３ａに示したような複数の回折光成分になる。回折光成分の一部は、再度、垂直走査ミラー２１４Ｖによって反射されてしまうが、多くは垂直走査ミラー２１４Ｖで反射されることなく、走査面に到達する。
【００４８】
本実施例においても、実施例１と同様に、光拡散角変換素子２０６により、走査面２０８に入射する光束の拡がり角（収束角）としての円錐角を拡大することが可能であり、多くのスペックルパターンを重畳できるため、スペックルノイズを低減することが可能となる。
【００４９】
しかも、本実施例では、光拡散角変換素子２０６を反射型とすることにより、透過型とする場合に比べて、光学系を小型することができる。
【００５０】
図６に示した構成では回折の作用によってスペックルノイズの低減を図ったが、図９の構成では、光拡散角変換素子２０６を駆動機構２１６によって図中の矢印方向に往復駆動することにより、走査面２０８に入射する光束の拡がり角である円錐角（収束角）を時間的に変化させることで、スペックルパターンを変化させ、これらスペックパターンの重ね合わせによってスペックルノイズの低減を図っている。なお、光拡散角変換素子１０６の駆動は、前述した方向への往復駆動に限らず、光拡散角変換素子２０６の面内での回転駆動等も可能である。
【００５１】
また、本実施例においては、光源２０１を１つの光源として示したが、赤、青および緑の３つのレーザ光源を設けてもよい。この場合、各光源からのレーザ光を色合成系（クロスダイクロイックプリズム等）によって１つレーザ光に合成し、集光光学系２０３以降の光学系に導く構成にする。これにより、フルカラー画像の投射が可能なレーザ走査型表示光学系を実現することができる。
【００５２】
また、本実施例では、光拡散角変換素子２０６として、マイクロレンズアレイを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、１次元または２次元の回折格子や、ホログラム素子、拡散板などを光拡散角変換素子として使用することも可能である。
【００５３】
また、本実施例においては、２次元光走査デバイスとして、水平走査ミラーと垂直走査ミラーとが別々に設けられたデバイスを用いた場合について説明したが、１つのミラーを水平方向と垂直方向の２次元方向に揺動させることが可能なデバイスを用いてもよい。
【００５４】
また本実施例では、垂直走査ミラーにより、光拡散角変換素子に入射する光束と、光拡散角変換素子から走査面（スクリーン）に向かう光束とを分岐させるように、垂直走査ミラーを投影光学系の絞り位置近傍に配置したシュリーレン光学系として配置したが、本発明の光学系は、これに限定されるものではない。
【実施例３】
【００５５】
図１０には、本発明の実施例３である画像投射装置のレーザ走査型投射光学系の概略構成を示している。実施例３では、実施例２と同様に、反射型の光拡散角変換素子を採用した例であり、実施例２と走査光学系の構成が異なるものである。
【００５６】
図１０において、光源３０１はレーザ光源である。光源３０１から発せられた光束３０９は、コリメート光学系３０２によって略平行化されたレーザビーム３１０となる。レーザビーム３１０は、集光光学系３０３を介して２次元走査デバイス３０４に入射し、該２次元走査デバイス３０４よって所定の２次元方向に高速で走査される。レーザビーム３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃは、２次元走査デバイス３０４によって走査されたレーザビームのうち、図の紙面内に存在するものの例を示している。走査されたレーザビーム３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃは、第１の走査光学系３０５ａに入射する。
【００５７】
第１の走査光学系３０５ａは、２次元走査デバイス３０４の走査点（反射面）と略共役となる共役点３１７を形成するための光学系であり、この共役点３１７を通り、第２の走査光学系（第１の光学系）３０５ｂに入射したレーザビーム３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃは、反射型の光拡散角変換素子３０６上又はその近傍にて中間像を形成する。
【００５８】
光拡散角変換素子３０６は、入射したレーザビーム３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃの拡がり角（円錐角）αを拡大し、拡がり角β（＞α）を有するレーザ光束３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃとする素子である。
【００５９】
光拡散角変換素子３０６で反射したレーザ光束３１３ａ，３１３ｂ，３１３ｃは、さらに第１の投影光学系（第２の光学系）３０７Ａを透過して、光路分割部材３１６で反射され、さらに第２の投影光学系３０７Ｂを透過して、観察者が観察するための走査面（スクリーン等の実在する表示面）３０８に到達する。
【００６０】
本実施例では、第２の走査光学系３０５ｂと第１の投影光学系３０７Ａは同じものであり、２つの機能を有する光学系として構成されている。
【００６１】
光路分割部材３１６は、投影光学系３０７（３０７Ａ，３０７Ｂ）の略絞り位置に配置され、２次元走査デバイス３０４の走査点と略共役な共役点３１７への入射光束の光路と、走査面３０８に向かう光束の光路とを切り換える。図１１は、光路分岐部材３１７の例を示したものであり、中央に開口３１６を有するミラー等により形成されている。
【００６２】
このように、本実施例では、投射光学系３０７の絞り位置近傍において光路を分割するシュリーレン光学系を採用している。
【００６３】
２次元走査デバイス３０４は、実施例１および実施例２と同様に、水平走査ミラーと垂直走査ミラーを有し、実施例１にて説明したのと同様の方法で画像表示を行う。
【００６４】
本実施例においても、実施例１，２と同様に、光拡散角変換素子３０６により、走査面３０８に入射する複数の光成分（回折光成分）の拡がり角（収束角）を異ならせることで、スペックルノイズを低減している。
【００６５】
また、本実施例では、駆動機構３１５によって光拡散角変換素子３０６を図中の矢印方向に往復駆動（又は回転駆動）することで、スペックルパターンを動的に変化させることで、さらにスペックルノイズの低減を図っている。
【００６６】
本実施例では、光源が１つである場合を示したが、赤、青、緑の３つのレーザ光源を用いることで、フルカラー画像を投射することができる。さらに、各色のレーザを複数用いてもよい。また、赤、青、緑の光源を用いた場合は、１つの光源だけの場合よりもさらにスペックルが目立ちにくくなる。さらに、レーザ光源から発光させる波長をマルチモード化して、複数の波長を発振させる方法などを組みあわせると、さらに大きいスペックル低減効果が得られる。
【００６７】
以上説明したように、上記各実施例によれば、光変調器を用いることなく画像を投射可能で、簡単な構成のレーザ走査型表示光学系を実現できる。また、光拡散角変換素子を配置することで、観察者が観察する走査面上への光束の入射角（拡がり角）を大きくすることができ、言い換えれば、入射角が異なる複数の光成分を生成することができ、これによりスペックルノイズを低減することができる。また、一般的に、レーザ光源は、偏光性を有するが、この光拡散角変換素子により偏光性が乱されることで、スペックルノイズを低減することも可能である。
【００６８】
また、拡散角変換素子と走査面とが、第２の光学系を介して共役の関係でにあり、かつ光拡散角変換素子を移動可能とすることにより、スペックルパターンが動的に変化し、これらのスペックルパターンの時間的な重畳作用により、スペックルノイズをより効果的に低減することが可能となる。
【００６９】
さらに、光拡散角変換素子を反射型とすることにより、表示光学系の光路を折り畳むことが可能となり、より小型の表示光学系を実現できる。
【００７０】
また、第２の光学系をシュリーレン光学系とすることにより、光量ロスが少なく、かつ小型の表示光学系を津現することができる。
【００７１】
なお、上記各実施例では、コヒーレンス性を有する光としてレーザ光を用いる場合について説明したが、ＬＥＤから発せられる光等、他のコヒーレンス性を有する光を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例１である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図２】実施例１の表示光学系の説明図。
【図３】実施例１の表示光学系の説明図。
【図４】実施例１の変形例の説明図。
【図５】実施例１の変形例の説明図。
【図６】本発明の実施例２である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図７】実施例２の表示光学系の説明図。
【図８】実施例２の表示光学系の説明図。
【図９】実施例２の変形例の説明図。
【図１０】本発明の実施例３である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図１１】実施例３に用いられる光路分割部材の説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１０１，２０１，３０１  光源
１０２，２０２，３０２  コリメータ光学系
１０３，２０３，３０３  集光光学系
１０４，２０４，３０４  ２次元走査デバイス
１０５，２０５，３０５  走査光学系
１０６，２０６，３０６  光拡散角変換素子
１０７，２０７，３０７  投影光学系
１０８，２０８，３０８  走査面（スクリーン）
１１６  色合成系
【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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