(57)【要約】【課題】レーザ光源を用いた画像表示装置、特に手の中で動作する可搬型画像表示装置において、スペックルノイズを除去しつつ、自動的に素早く焦点を合わせるというこれら相反する二つの課題があった。【解決手段】投影画像のスペックルノイズと投影装置の移動距離から焦点距離を算出し、高速な焦点距離調整とスペックルノイズ除去とを同時に実現することが可能となる。さらに、従来技術と比べて評価値演算回路（画像処理回路）の負荷を低減することが出来るため、機器の低消費電力化を実現でき、電池駆動の場合、電池寿命を長寿命化できる。【選択図】図４
2006343464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示用光源としてのレーザ光源と、
レーザ光源からの光を２次元的に変調する空間変調素子と、
変調された光をスクリーンに投影する投影レンズと、
前記投影レンズを光軸方向に駆動する駆動機構と、
スペックルノイズを除去するための機構を少なくとも具備していることを特徴とする２次元画像表示装置。
【請求項２】
投影画像のスペックルノイズを検出する検出装置と、
画像表示装置の移動距離を検出する移動距離検出装置と、
前記投影レンズの移動量を前記スペックルノイズ検出装置と移動距離検出装置から計算する演算装置とを具備していることを特徴とする請求項１に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３】
前記スペックルノイズ検出装置と前記演算装置により得られた明暗情報を元に前記投影レンズ駆動量を決定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次元画像表示装置。
【請求項４】
前記スペックルノイズ検出装置と前記演算装置により得られた明暗情報を元に前記投影レンズを駆動させ焦点を合わせた後、スペックルノイズ除去機構を機能させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項５】
画像表示中に前記投影レンズをそのレンズの焦点深度の範囲で光軸方向に往復運動させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項６】
画像表示中に前記投影レンズの光軸方向に往復運動させる移動範囲を設定する設定機構を具備することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項７】
前記投影レンズを往復運動させる周波数が５０Ｈｚ〜１ｋＨｚであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の２次元画像表示装置。
【請求項８】
画像表示用光源としての可視光レーザ光源と、
スクリーンを照明する赤外光源と、
レーザ光源からの光を２次元的に変調する空間変調素子と、
変調された光をスクリーンに投影する投影レンズと、
投影レンズを光軸方向に駆動する駆動機構と、
スペックルノイズ除去機構を具備する２次元画像表示装置において、
赤外光源から発せられる赤外線をスペックルノイズ除去せずに投影レンズ
から投影することを特徴とする２次元画像表示装置。
【請求項９】
投影画像のスペックルノイズを検出する検出装置と、
画像表示装置の移動距離を検出する移動距離検出装置と
前記投影レンズの移動量を前記スペックルノイズ検出装置と移動距離検出装置から計算する演算装置とを具備することを特徴とする請求項８に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源が赤色発生用、緑色発生用、青色発生用の少なくとも３つのレーザ光源からなることを特徴とした請求項１〜９のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１１】
前記赤色発生用、緑色発生用、青色発生用の３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつの拡散板と前記赤色発生用、緑色発生用、青色発生用の３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつの空間光変調素子とを具備することを特徴とした請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１２】
前記３つのレーザ光源からの出射ビームから前記ビーム走査手段への光軸が互いに異なっていることを特徴とした請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１３】
前記光拡散手段が擬似ランダム拡散板からなることを特徴とした請求項１〜１２のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１４】
前記ビーム走査手段が分極反転素子からなることを特徴とした請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源のスペクトル半値幅が０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を用い、空間変調器により変調された光線を投影レンズにより投射する機構を持つ画像表示装置に関する。特にパームトップ型の可搬型レーザ画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、その優れた色再現性や消費電力の点でレーザを用いた画像表示装置（レーザディスプレイ）が注目されている。図１１に従来のレーザディスプレイの概略構成を示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１１０１ａ〜１１０１ｃからの光は、レンチキュラーレンズ、拡散板あるいはロッドプリズムなどスペックル除去装置を通過させた後、入力映像信号に応じて光変調器１１０６ａ〜１１０６ｃで強度変調され、誘電体多層ミラーで構成された合波プリズム１１０２にて合波される。さらに投影レンズによってスクリーン１１０８上に２次元の画像が表示される。この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。さらに、レーザを用いることで光源の小型化、さらには点光源であることから容易に集光できるため光学系の小型化が可能となり、手軽に持ち運びが可能でパームトップ型の画像表示装置も実現出来るという特徴を持っていることから、携帯型情報端末にこのようなレーザを用いた２次元画像表示装置を内蔵させようとする動きが盛んとなっている。一方、このような投影型の画像表示装置において、自動的に焦点を調節することはこれまでにも検討されてきており、一般的な白色ランプを用いた据え置き型映写機に用いる自動焦点調節装置として特許文献１に記載のようにスクリーン上に実際に投影されている映像を撮像素子で取り込み、取り込んだ映像の高周波成分を抽出、高周波ノイズ成分の波形によりインフォーカスかデフォーカスかを判断して投影レンズの位置を調節することによりフォーカシングを行う方法がすでに提案されている。特許文献２においても同様の方法が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１９６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２４４０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載されている方法は卓上型では非常に有効であるが、判断基準を投影画像の高周波ノイズ信号のみに依存しているため、プロジェクタの位置がずれ、大きくデフォーカスとなった場合、フォーカス位置に復帰するのに時間が必要である。そのため不用意な運動・揺れが多い人間の手の中で動作する画像表示装置では、評価値演算回路が過負荷となり焦点調節が追いつかないことが課題となっていた。
【０００４】
また、レーザを光源に用いたディスプレイでは光源に干渉性の高いレーザ光源を用いているために生じる、いわゆ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１１０８で散乱される際、スクリーン１１０８上の各部分からの散乱光同士が干渉することによって生じる微細なムラ状のノイズである。画質の向上のため実画像を表示している場合はスペックルノイズ除去機構によりスペックルノイズを除去して投影している。そのため、スペックルノイズに加えて、従来焦点位置の判断に用いていた投影画像の高周波成分も合わせて平坦化される結果となり、焦点が合っていることを検出することが困難になるという問題もある。つまり、レーザ光源を用いた画像表示装置、特に手の中で動作する可搬型画像表示装置においては、スペックルノイズを除去しつつ、自動的に素早く焦点を合わせるというこれら相反する二つの課題を同時に解決する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の２次元画像表示装置は、投影画像のスペックルノイズを明暗信号として検出する検出装置と、画像表示装置の移動距離を検出する３次元ジャイロなどの位置検出手段と、レーザ光源からの光を２次元的に変調する空間変調素子と、変調された光をスクリーンに投影する投影レンズと、投影レンズを光軸方向に駆動する駆動機構と、スペックルノイズ除去機構およびフォーカス位置評価演算回路を少なくとも用いている。
【０００６】
また、投影画像のスペックルノイズを検出する検出装置と、画像表示装置の移動距離を検出する３次元ジャイロと、レーザ光源からの光を２次元的に変調する空間変調素子と、変調された光をスクリーンに投影する投影レンズと、投影レンズを光軸方向に駆動する駆動機構と、スペックルノイズ除去機構およびフォーカス位置評価演算回路に加え。赤外光源を用い、スペックルノイズ除去機構を透過させずに投影レンズから赤外光を投影し、スペックルノイズ判断基準光源として補助的に用いる方法も提案している。
【０００７】
また、投影レンズがフォーカス位置となった場合に、投影レンズを光軸方向に微動させることで、微振動によるフォーカスずれを低減、併せてスペックルをさらに低減する方法も提案している。
【発明の効果】
【０００８】
以上に挙げた提案により、高速な焦点距離調整とスペックルノイズ除去とを同時に実現することが可能となり、さらに、評価値演算回路（画像処理回路）の負荷を低減することが出来るため、機器の低消費電力化を実現でき、電池駆動の場合、長寿命化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（実施の形態１）
図１に本発明の２次元画像表示装置の概略構成図を示す。赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１０１ｂ、青色レーザ光源１０１ｃから出射した光は２次元ビーム走査手段１０２を通過し、拡散板１０３ａ、拡散板１０３ｂ、拡散板１０３ｃ上で２次元的に走査される。このとき集光レンズ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃによって拡散板上に略集光されて微小スポットを形成する。拡散板で拡散されたレーザ光は例えば液晶パネルなどで構成される空間光変調素子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを照明し、２次元画像となる。空間光変調素子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを通過した光は、ダイクロイックプリズム１０６で合波され、投射レンズ１０７によってスクリーン１０８に投影される。フィールドレンズ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃは、投影レンズ１０７の開口内に効率よく光を通過させるよう、空間光変調素子１０５ａ〜１０５ｃを通過した光を収束ビームに変換するためのものである。１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのレーザ光源はＨｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系の半導体レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＶＯ４、Ｎｄ：ＹＬＦなど固体レーザを基本波とするＳＨＧレーザなどを用いることができる。
【００１１】
２次元ビーム走査手段１０２は、半導体プロセスを用いたマイクロマシン可動ミラー、ガルバノミラーとポリゴンミラーの組合せ、などで構成する。
【００１２】
図１の構成の２次元画像表示装置の動作の様子について、図２を用いて特に空間光変調素子の照明方法を詳説してスペックル抑圧の様子を説明する。図２は図１の２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。簡単のためにフィールドレンズ、ダイクロイックプリズムを省略している。拡散板１０３と空間光変調素子１０５は一定の間隔Ｌを置いて略平行に設置される。２次元ビーム走査手段を通過した光ビームは拡散板１０３上でほぼ集光されて光スポット２０１を形成する。拡散板１０３で拡散された光は空間光変調素子１０５上の、図中円で示した照射領域２０２を照射する。ある瞬間においては空間光変調素子１０５の照射領域２０２の部分のみがスクリーン１０８上に投射される。２次元ビーム走査手段２により光スポット２０１が拡散板１０３上で走査されるに従い、随時照射領域２０２が移動し、照射領域２０２がくまなく空間光変調素子１０５上を走査することで２次元画像全体が表示される。このとき、１画面全体を走査する時間が人間の目の残像時間より短ければ画面上での照明の走査を意識することなく２次元像全体を観察することができる。動画を表示する際には１フレームの表示時間以内に画面全体を走査してなめらかな動画の表示が可能となる。なお、拡散板１０３は、任意に出し入れでき、スペックルノイズの除去／不除去がスイッチできるような構造となっている。
【００１３】
さて、ある時刻に投影されるスクリーン１０８上の画像には、スペックルノイズが存在する。次に、光スポット２０１が拡散板１０３上で走査され、わずかにその照射領域２０２の位置が変化した時には、光スポット２０１の感ずる拡散板１０３上の位相パターンが変化し、生じるスペックルパターンも変化する。例えば、拡散板１０３と空間光変調素子１０４との距離Ｌ＝５ｍｍ、拡散板１０３の拡散角度（半値全角）１０度とすると、空間光変調素子１０４上の照射範囲の大きさＤは、Ｄ＝５ｍｍ×ｔａｎ（１０度）＝約８８０マイクロメートルとなる。逆に、空間光変調素子４上の特定の１点は、拡散板１０３上で光スポット１０が８８０マイクロメートル移動する間照射され続けることになる。拡散板１０３上での光スポットの大きさ５０マイクロメートルとすると、特定の１点を照射する間に、８８０マイクロメートル÷５０マイクロメートル＝１７通り以上の異なるスペックルパターンが生じることとなり、投影像を観察する際にはこれらのスペックルパターンが時間平均されてスペックルが抑圧された２次元画像を観察することができる。このとき拡散板１０３上でのスポットサイズがより小さい程、スペックルパターンがより高速に変化し、時間平均されて目で感じるスペックルノイズがより低減される。
【００１４】
光スポット１０の拡散板１０３上での軌跡の間隔ｄは、表示画像の強度の一様性に寄与する重要な要因である。一様な強度分布を実現するには、間隔ｄを、拡散板３と空間光変調素子５間の距離Ｌと、拡散板１０３での拡散角度（平行ビームを拡散板に入射したときの出射光の散乱角の半値全幅）θを用いて、
ｄ≦２×Ｌ×ｔａｎ（θ／２）
とすればよい。
【００１５】
また、拡散板１０３の拡散角度θは、投射レンズのｆ値によって制限される。すなわち、投射レンズ１０７のｆ値に対して１／ｆラジアンを越える拡散角度の光線は投射レンズ１０７で遮光される。そのため十分に光の利用効率を確保するためには、拡散板の拡散角度θを２×Ｔａｎ―１（１／２ｆ）程度以下とするのがよい。逆に、例えば拡散角度１０度の拡散板を用いる際には、投射レンズ１０７は
（２×ｔａｎ（１０度／２））―１＝５．７
より、ｆ５程度のものでよい。
【００１６】
また図１の構成の２次元画像表示装置の特徴は、レーザ光源１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからの出射ビームの光軸方向が互いに異なっていることである。図８に示した従来のレーザディスプレイ装置では、３色の光源からの出射光の光軸を合わせるためにダイクロイックミラーを用いて合波していたのに対し、本発明の２次元画像表示装置では、光軸を異なる方向に設置することができ、合波のためのダイクロイックミラーが不要となり、簡易な光学系で実現することができる。
【００１７】
さらに、本発明の２次元画像表示装置の他の特徴は２次元ビーム走査手段から拡散板３までの間にインテグレータのような複雑な光学部品を用いることなく一様な照明を得られることである。例えば現在市販されている、放電管等を光源に用いたプロジェクタでは、２枚のレンズアレイによる光インテグレータを用いて照明の均一化が図られているが、本発明の２次元画像表示装置は大きな光学部品を用いることなく、かつ光源からの出射ビーム強度分布によることなく一様な照明を実現することができる。
【００１８】
また図２においては、２次元ビーム走査手段にて、横方向に高速に、縦方向に低速に走査するような走査方法を図示しているが、図３のように格子状に走査することで走査速度を抑えることが可能である。図３は、縦方向と横方向の走査周波数比が１５：１９の三角波で走査したときの拡散板上での光スポット１０の軌跡を表す。このように互いに素な整数比で走査することで一様に拡散板面を照明できる。
【００１９】
さらに本実施の形態においては、投影レンズにはレンズを光軸方向にシフトするためのレンズシフト機構１０９が備わっており、これにより投影画像のフォーカスを調節することが出来る。
【００２０】
本実施の形態の２次元画像表示装置には、位置検出装置１１１として水晶角速度センサが備わっており、映像のスペックルノイズ検出装置１１０としてＣＣＤ撮像素子が具備されている。また、角速度センサより入力される位置情報とスペックルノイズ検出装置より入力される画像情報を演算処理装置１１２により演算処理し、投影レンズ移動量を算出、レンズの駆動信号を発生させる演算装置を具備している。本実施の形態において、水晶角速度センサは、レンズの光軸方向の移動量を検出するために備えられているものであり、レンズの光軸に対して垂直な方向の位置補正（いわゆる手ぶれ防止補正）を行うものではない。
【００２１】
ここで、本実施の形態におけるフォーカス調整の流れについて図４を用いて説明する。まず電源投入４０１とともに、映像の少なくとも一部分にＲ、Ｇ、Ｂ単色あるいは白色の映像をスクリーン上に投影する（４０２）。投影画面をＣＣＤ撮像素子により取り込み、演算素子により１次元状の明暗情報として処理し抽出し、処理装置内にあるレジスタにその情報を記録する（４０３）。取り込む投影画面は２次元的である必要はなく、投影画面の一部分を切り取る１次元のライン状であってもかまわない。
【００２２】
続いて、抽出した明暗信号のピークｔｏバレイ値が最大となるよう、投影レンズを駆動する。まず、投影レンズを光軸と平行にスクリーン方向に近づく方向あるいはスクリーンから遠ざかる方向にシフトする（４０４）。シフトした後、画像を再び取得し、明暗信号を抽出する。新たに抽出した明暗信号とはじめにレジスタに格納した明暗信号とを比較しピークｔｏバレイ値（Ｐ−Ｖ値）が大きくなった場合、その値が設定範囲内かを判定する（４０５）。（Ｐ−Ｖ値）が小さくなるような場合にはレンズシフト方向を反転させ、Ｐ−Ｖ値設定範囲内までレンズをシフトする。Ｐ−Ｖ値が設定範囲内に入り、フォーカスが合致した後（４０６）、その時点での２次元投影装置の位置を検出、レジスタに格納する（４０７）。
【００２３】
レンズ位置を決定、現在位置を記録した後にスペックル除去装置（拡散板）を機能する（４０８）。スペックル抑圧機構が機能している場合には、映像の高周波成分からレンズのフォーカス位置を判定することが困難となるため、位置検出センサにより、２次元画像表示装置の位置を検出、フォーカス位置の調整を行う。このときのフォーカス調整フローを続けて図に示す。
【００２４】
位置検出機構により稼働中、常に位置の検出を行い（４０９）、スクリーンに対し位置シフトがあった場合（４１０）は、そのシフト量を元に投影レンズをシフトさせる（４１１）。その後、フォーカスが合った瞬間の２次元画像表示装置の位置を再びレジスタに格納する（４１２）。この動作を繰り返すことで終了操作４１４を行うまで、２次元画像表示装置の移動量に合わせて、投影レンズをシフトする。ユーザにより終了命令が出された場合は、投影終了４１５となる。
【００２５】
以上のようにスクリーンの映像を取得し、動画像再生中は、２次元映像表示装置の位置によりフォーカス位置の調整を行うことにより、演算装置にとって高負荷な画像処理回数を低減、高速な処理が可能となる。また、高負荷な画像処理の場面を低減することで、演算装置における消費電力を低減することが可能となり、電池駆動パームトップ型２次元映像表示装置にとって重要な電池寿命を延ばすことが可能となる。
【００２６】
なお、このような構成の画像表示装置のほかに、スクリーンの背後から投影する形態をとることも可能であり、特にスクリーンが不規則に運動するような屋外スクリーンを用いる場合にも適用できる。
【００２７】
（実施の形態２）
また本発明の２次元画像表示装置の実施の形態２について説明する。装置の構成は実施の形態１に記載の場合と同様であるが、投影レンズの焦点距離が決定し、スペックルノイズ除去機構を駆動させた後、投影レンズの焦点深度の幅以内の範囲で前記レンズを光軸方向に往復シフトさせることを特徴としている。
【００２８】
図５に本実施の形態における２次元画像表示装置の構成を示している。実施の形態１に記載の構成に加えて、投影レンズ移動範囲設定機構５０１が加えられている。
【００２９】
図６に示した動作フローを用いて、動作を説明する。電源投入６０１後、画像を表示（６０２）させＣＣＤ撮像素子で画像を取り込み、演算処理装置で明暗信号の大きさを判定（６０３）し、Ｐ−Ｖ値が最大となるように投影レンズを光軸方向にシフト（６０４）、Ｐ−Ｖ値設定範囲内となったところ（６０６）で、その時点の２次元画像表示装置の位置を検出（６０７）、レジスタに格納する。この際、本実施の形態では、投影レンズの位置も合わせてレジスタに格納する（６０７）。その後、スペックルノイズ除去装置を駆動し（６０８）、スペックルを低減する。ここまでは、投影レンズの位置をレジスタに格納すること以外実施の形態１と同様の動作である。
【００３０】
スペックルノイズ除去装置を駆動させた後、続いて、決定した投影レンズの位置を中心として焦点深度の範囲でかつユーザが投影レンズシフト幅設定機構５０１にて設定したシフト量の範囲で投影レンズを往復運動させる（６０９）。往復運動させる周波数は、１０Ｈｚ〜１ｋＨｚ、より望ましくは５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲であることが望ましい。往復運動させる周波数が小さい場合、スクリーン上でのフォーカスずれが目立つため、出来るだけ高速であることが望ましい。
【００３１】
また、周波数が大きすぎた場合、レンズ駆動系が大型になり、パームトップ型２次元画像表示装置を実現するのが困難になるため、先に記述した周波数範囲であることが望ましい。このように常に投影レンズを動かしておくことで、フォーカス位置の変化に素早く対応するとともに、スペックルノイズをも低減することが出来る。さらにユーザが往復運動範囲を設定できるようにすることで、投影される映像の輪郭を鋭く強調したり、柔らかくしたり任意に設定することも可能となり、画質調整機構としても使用できる。投影レンズ駆動系としては、
（１）圧電素子アクチュエータを用いたもの
（２）電磁アクチュエータを用いたもの
（３）モータを用いるもの
など様々な態様をとることが可能となるが、記述した順番に往復運動周波数は遅くなっていく。
【００３２】
なお、本実施の形態内の記述において、投射レンズの往復運動と記述しているが、この往復運動とは、
ａ）光軸に平行な１次元の線上での往復運動
ｂ）光軸に対して水平もしくは垂直面内で円運動、８の字運動、正弦波／余弦波あるいは三角波を描く往復運動
のいずれにおいても同様の効果が得られる。
【００３３】
特に圧電アクチュエータや電磁アクチュエータを用いた場合、正確に１次元の線上で往復させることは難しいため、ｂ）の様な形態をとることが機構的に簡素であり、製作が容易になる利点がある。
【００３４】
（実施の形態３）
また本発明の２次元画像表示装置の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、実施の形態１に示した構成に加え、フォーカス位置判定用光源として赤外レーザ光源７０１を使用し、赤外レーザ光のスペックルノイズを用いてフォーカス位置を判定することにより実際に投影されている映像を元に投影レンズ位置を決定できることを特徴としている。図７に本実施の形態における２次元画像表示装置の構成を示している。実施の形態１に記載の構成に加えて、赤外レーザ光源７０１が加えられている。赤外レーザ光源は、他の可視（青、緑、赤）光源とは異なり、拡散板等を用いたスペックル抑制も行わないまま、投影レンズで画面上に投影する。投影位置は、（ａ）映像が表示されている領域全体（図８  ８０１）、あるいは（ｂ）中心部分の一部分ないし映像表示領域が存在する面内である場合（８０２）、（ｃ）映像表示領域を横切る１次元状のいずれの場合（８０３）においても効果が得られる。
【００３５】
実施の形態１ないし２では、スペックルノイズ除去装置が機能している期間はスペックルノイズからのフォーカス位置ずれの情報が得られなかったのに対し、本実施の形態では参照光として、赤外レーザ光を用いており、赤外レーザ光のスペックルノイズによる、フォーカス位置の判定と、２次元画像表示装置の位置検出とを組み合わせることにより、より正確で、高速なフォーカス位置の決定を行うことが出来る。
【００３６】
図９に本願実施の形態における動作フロー図を示している。図９では電源投入９０１とともに画像を表示（９０２）、同時にスペックル除去装置を動作（９０３）させているが、スペックル除去装置について、ユーザからの映像信号が入力される間での間であれば動作開始時期はどの時期でもかまわない。
【００３７】
なお、赤外光源の波長としてはヒトの目の視感度が極端に小さくなる７００ｎｍ〜１０００ｎｍであることが望ましい。より望ましくは、仕様温度、素子の安定性、製造の容易さ、光出力の大きさから考えて８００ｎｍ〜９９０ｎｍの範囲であることが望ましい。
【００３８】
なお、スペックルノイズ抑制手段については、ビーム走査手段の小型化、低コスト化、低消費電力化、低騒音化、の点で、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子などが使用可能となる。電気光学結晶基板はたとえばニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いることができる。基板は光学軸に垂直に切り出されており、基板面内に三角形の分極反転領域を設けている。分極反転領域では、光学軸が反転しているために周辺の領域とは逆の符号の電気光学効果を示す。基板の表面には表面電極と裏面電極が施され、交流電源によって光学軸方向（基板に垂直な方向）に電界が印可される。このとき先にのべたように、電気光学効果によって分極反転領域と周辺部分とで屈折率変化が生じ、いわばプリズムと同様にはたらき、基板内を通過する光を偏向することができる。電界の印可方向を逆にすることで逆方向に偏向する事ができる偏向手段を構成することができる。
【００３９】
また、同様にスペックルノイズ除去手段として、擬似ランダム拡散板を用いることも可能である。擬似ランダム拡散板は透明基板の表面に格子状の凹凸を形成することで作製され、通過する光の拡散角度がセルの大きさによって厳密にコントロールできることである。通常の拡散板では、表面形状がランダムであるため、１）場所によって局所的な拡散角度が異なり、光利用効率が低下する、２）場所によって透過率が変化し、画像に強度分布ムラが生じる、３）拡散角度が一定になるよう安定に作製することが困難であるなどの課題がある。また、通常の拡散板では散乱角を大きく取った際には偏向方向が乱れる課題があったが、これらの課題が解決可能である。
【００４０】
以上、実施の形態に示したように本願では、従来のようなランプや発光ダイオード光源では発生しない、レーザを光源に用いた２次元画像表示装置に特徴的なスペックルノイズを用いた投影レンズフォーカス方法を示している。特に、演算装置にとって高負荷な画像処理のみに頼るのではなく、位置検出装置を用いて、演算装置の負荷を低く維持したまま高速な投影レンズのフォーカスを行うものである。
【００４１】
本願の特徴であるスペックルノイズを用いたレンズフォーカスを行うには、前記レーザ光源の波長スペクトル幅が、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲であることが望ましい。また、正確なフォーカス位置の決定を行うに当たっては０．１〜５ｎｍの範囲であることがより望ましい。図１０にレーザのスペクトル半値幅に対するＰ−Ｖ値の変化に関するプロット図を示すが、スペクトル幅が１０ｎｍ以上になるとＰ−Ｖ値の値が０．１５を下回るようになり、画像の高周波信号（高周波ノイズ）との判別が困難になる。高周波信号との影響を受けず、フォーカスの判定を行うためには、Ｐ−Ｖ値が０．２以上すなわち５ｎｍ以下であることがより望ましい。
【００４２】
なお、以上の各実施の形態に例示した波長変換素子はあくまでも一例であり、他の態様をとることが可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
レーザ光源を用いた画像表示装置、特に手の中で動作する可搬型画像表示装置において、スペックルノイズを除去しつつ、自動的に素早く焦点を合わせるというこれら相反する二つの課題を同時に解決し、高速かつ自動的に映像の焦点を調節することが可能となる。
【００４４】
また、投影レンズを光軸方向に微動することによりスペックルノイズの低減効果を得ることが出来る。
【００４５】
さらに、従来技術と比べて評価値演算回路（画像処理回路）の負荷を低減することが出来るため、機器の低消費電力化を実現でき、電池駆動の場合、電池寿命を長寿命化できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態１の概略構成図
【図２】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態１における照明光学系の概略構成図
【図３】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態１における照明ビームの操作方法を表す図
【図４】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態１における動作フロー図
【図５】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態２における概略構成図
【図６】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態２における動作フロー図
【図７】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態３における概略構成図
【図８】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態３における赤外光投影位置を示す模式図
【図９】本発明の２次元画像表示装置の実施の形態３における動作フロー図
【図１０】２次元画像表示装置に用いる光源の波長半値幅と、スペックルノイズの大きさ（Ｐ−Ｖ値）との関係を示すプロット図
【図１１】一般的な２次元画像表示装置の構成を示す概略図
【符号の説明】
【００４７】
１０１    レーザ光源
１０１ａ    赤色レーザ光源
１０１ｂ    緑色レーザ光源
１０１ｃ    青色レーザ光源
１０２    ２次元ビーム走査手段
１０３，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ    拡散板
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ    フィールドレンズ
１０５，１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ    空間光変調素子
１０６    ダイクロイックプリズム
１０７    投射レンズ
１０８    スクリーン
１０９    集光レンズ
１１０    光スポット
１１１    拡散板
２０１    光スポット
２０２    照射領域
５０１    シフト振動幅設定器
７０１    赤外レーザ光源
７０２    集光レンズ
７０３    ２次元ビーム走査手段
７０４    フィールドレンズ
８０１    映像投影範囲及び赤外光投影範囲（ａ）
８０２    赤外光投影範囲（ｂ）
８０３    赤外光投影範囲（ｃ）
１１０１ａ    赤色レーザ光源
１１０１ｂ    緑色レーザ光源
１１０１ｃ    青色レーザ光源
１１０２ａ，１１０２ｂ    ダイクロイックミラー
１１０３    ミラー
１１０４    ポリゴンスキャナ
１１０５    ガルバノスキャナ
１１０６ａ，１１０６ｂ，１１０６ｃ    光変調器
１１０８    スクリーン
【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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