(57)【要約】【課題】光学系がコンパクトでしかも光量ロスが少なく、解像度の低下を小さく抑えつつスペックルノイズを低減することができ、又投射距離を任意に設定することが可能な小型の走査型表示装置を得ること。【解決手段】光源手段から画像情報に基づいて光変調され、放射した、レーザビームを走査手段で走査して被走査面上に２次元画像を表示する走査型表示装置において、  該走査手段と該スクリーンとの間に１以上の複屈折板を備えており、  前記複屈折板の光学軸が、前記レーザビームの偏光方向に対して傾いていること。【選択図】図１
2006284749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源手段から画像情報に基づいて光変調され、放射した、レーザビームを走査手段で走査して被走査面上に２次元画像を表示する走査型表示装置において、
該走査手段と該スクリーンとの間に１以上の複屈折板を備えており、
前記複屈折板の光学軸が、前記レーザビームの偏光方向に対して傾いていることを特徴とする走査型表示装置。
【請求項２】
前記レーザビームの偏光方向と、前記レーザビームの進行方向との両者に平行な偏波面が、前記複屈折板の光学軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１記載の走査型表示装置。
【請求項３】
前記１つの複屈折板は、レーザビームが該複屈折板を通過した後、互いに偏光方向が直交する２つ以上のレーザビームに分離されるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の走査型表示装置。
【請求項４】
前記１つの複屈折板は、その光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線との両者に対して平行な面が、前記レーザビームの偏光方向に対して４５度又は略４５度傾けて、配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の走査型表示装置。
【請求項５】
前記１つの複屈折板は該複屈折板を出射したレーザビームの分離方向が、前記被走査面上に形成される走査線に対して垂直又は略垂直な方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の走査型表示装置。
【請求項６】
前記複屈折板を、複数有し、隣り合う複屈折板は、光学軸が互いに異なるように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の走査型表示装置。
【請求項７】
前記１つの複屈折板を出射した前記レーザビームの分離幅をｄ、該レーザビームの前記被走査面上におけるスポット径をｗとするとき
ｄ＞ｗ
を満足することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の走査型表示装置。
【請求項８】
前記光源手段からのレーザビームは光学系を介して前記走査手段に導光されており、前記１つの複屈折板の厚さｔは、kをトランケーション定数（円形開口の場合k＝1.64）、Fnoを該光学系の像側のＦナンバー、λをレーザビームの波長、ｎ0を複屈折板の常光線の屈折率、ｎeを複屈折板の異常光線の屈折率、θを複屈折板の光学軸とレーザビームの偏光方向とのなす角とするとき
【数１】
2006284749.tif 000008
を満足することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の走査型表示装置。
【請求項９】
前記光源手段は、３つの色光のレーザビームを放射する３つの光源部を有し、前記１つの複屈折板を出射した緑色光のレーザビームの分離幅をｄｇと緑色のレーザビームのスクリーン面上におけるスポット径をｗｇとするとき
ｄｇ＞ｗｇ
を満足することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の走査型表示装置。
【請求項１０】
前記１以上の複屈折板は、前記走査型表示装置から出射するレーザビームの出射窓を兼ねていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の走査型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像情報に基づいて光変調されたレーザビームを２次元走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置に関し、特に、スクリーン上に生ずるスペックルノイズを低減するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源からのレーザビームを用いてスクリーン上を２次元走査し、画像を投射し表示する走査型表示装置が種々提案されている（特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１には、偏向器を用いて、赤色、緑色、青色の３色のレーザ光を２次元走査することで、スクリーン上にカラー画像を表示する走査型表示装置が提案されている。
但し、レーザ光はコヒーレンスが高いので、表示画像中にいわゆるスペックルノイズ（粒状の干渉パターン）が現われ、画質劣化の原因となっている。
【０００４】
スペックルノイズを低減する方法として、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している。
【０００５】
特許文献３には、位相ホログラムを用いて、スペックルノイズを低減する方法が提案されている。位相ホログラムの回折の効果により走査されるレーザビームを複数の部分レーザビームに分割することで、スクリーンでの各部分レーザビームの照射位置に対応した複数のスペックルパターンが発生させている。それらの強度を重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減している。
【特許文献１】特開２００３−０２１８００号公報
【特許文献２】特開２０００−２０６４４９号公報
【特許文献３】特表２００１−５０９９１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２において提案されているスペックルノイズの低減化方法では、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。
【０００７】
また、特許文献３において提案されているスペックルノイズの低減化方法では、レーザビームを位相ホログラムに透過させている為、高次の回折光による光量ロスが発生する。さらに、位相ホログラムの回折の効果により走査ビームが広がり、表示画像の解像度が低下する。仮に、レンズ系を用いて走査ビームを集光した場合でも、ある１点だけしか投射距離を選べない。
【０００８】
本発明は、レーザ光源から放射されるレーザビームを用いてスクリーン上を２次元走査し画像を表示する走査型表示装置において、スペックルノイズを低減することができる走査型表示装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明の走査型表示装置は、光源手段から画像情報に基づいて光変調され、放射した、レーザビームを走査手段で走査して被走査面上に２次元画像を表示する走査型表示装置において、
該走査手段と該スクリーンとの間に１以上の複屈折板を備えており、
前記複屈折板の光学軸が、前記レーザビームの偏光方向に対して傾いていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スペックルノイズを低減することができる走査型表示装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１の走査型表示装置の構成の要部概略図である。図１において、１０１はレーザ光源（光源手段）であり、所定の方向に偏光成分を持つレーザ光を放射している。
【００１３】
レーザ光源１０１は、光源駆動回路１２０と電気的に接続されており、レーザ出力が駆動制御されている。１０４は走査手段であり、走査手段制御回路１２２と電気的に接続されており、走査が駆動制御されている。光源駆動回路１２０と走査手段制御回路１２２は機器制御回路１２１に接続され、不図示の映像信号入力手段により所望の画像に対応する映像信号入力に対して、レーザ光源１０１と走査手段１０４を同期制御することにより所望の画像を被走査面（スクリーン）５上に走査し、表示している。
【００１４】
レーザ光源１０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ１０２により平行光束又は略平行光束に変換される。コリメーターレンズ１０２から射出した平行光束（以下、レーザビームという）は、集光光学系（光学系）１０３に入射する。集光光学系１０３から射出したレーザビームは、走査手段１０４に入射する。
【００１５】
走査手段１０４は、水平走査ミラー１０４Ｈと垂直走査ミラー１０４Ｖとを有し、入射したレーザビームを２次元方向に走査している。なお、本実施例では、水平走査ミラー１０４Ｈは、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角である。また、垂直走査ミラー１０４Ｖは、ガルバノミラー（振動型ミラー）を用いている。
【００１６】
１００は複屈折板であり、その光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線との両者に対して平行な面（光学軸を含む面）に対してレーザビームの偏光面が傾くように配置している。
【００１７】
即ち走査手段１０４とスクリーン１０５との間に複屈折板１００を複屈折板１００のその光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線との両者に対して平行な面に対して、水平、垂直の両方の偏光成分を持つようにレーザビームを入射させている。
【００１８】
走査手段１０４によって走査されたレーザビームは、複屈折板１００を介し、例えば、壁面などのスクリーン（投射面）１０５面上を走査する。コリメーターレンズ１０２および集光光学系１０３によってレーザ光源１０１からのレーザビームがスクリーン１０５上にスポットとして結像する。そして、走査手段１０４によって、スクリーン１０５上に形成されるスポットは、２次元方向に光走査する。
【００１９】
図１において、矢印１１０は、水平走査ミラー１０４Ｈの揺動方向を、矢印１１１は垂直走査ミラー１０４Ｖの回転方向を示している。水平走査ミラー１０４Ｈの振動により、スクリーン１０５上に水平走査線１０６，１０７が形成される。又垂直走査ミラー１０４Ｖが矢印１１１の方向に振動することにより、スクリーン１０５上に形成されるレーザビームのスポットは、矢印１０９の方向に走査される。したがって、スクリーン１０５上には、水平方向に往復する走査線１０６，１０７がスクリーン１０５の上端から下端に向かって形成されていく。これにより、人間の眼の残像効果により、スクリーン１０５上に１フレームの画像が表示される。
【００２０】
垂直走査ミラー１０４Ｖは、スクリーン１０５上の下端に走査線１０６を形成すると、次にスクリーン１０５の上端に走査線１０６を形成し、次のフレームの画像を形成していく。以下、この動作を繰り返す。例えば、水平方向８００画素、垂直方向６００画素のＳＶＧＡの画像を形成する場合、垂直方向の走査を６０Ｈｚで繰り返す場合、水平走査線は往路と復路とでそれぞれ３００本ずつ必要となるので、水平走査ミラー１０４Ｈには１８ｋＨｚ（６０Ｈｚ×３００本）の共振周波数が必要になる。なお、図１では、実際の走査線を間引いた形で示している。
【００２１】
スクリーン１０５上の領域１１２は、実際に画像が表示されるエリア（有効領域）である。水平走査ミラー１０４Ｈは、共振動作をすることから、振幅の最大のところに近づくと速度が遅くなり、画像を表示するのに適さないので、水平走査ミラー１０４Ｈの最大振幅に対応した領域よりも内側の領域１１２内でのみ画像を表示するようにしている。
【００２２】
本実施例では、光源手段１０１から画像情報に基づいて光変調され、放射した、レーザビームを走査手段１０４で走査してスクリーン１０５上に２次元画像を表示するとき、走査手段１０４とスクリーン１０５との間に１以上の複屈折板１００が、レーザビームの偏光成分に対して、複屈折板１００のその光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線との両者に対して平行な面が傾くように配置して、これによりスペックルパターンを減少させている。
【００２３】
次に、本実施例において、スクリーン１０５に生ずるスペックルノイズ低減の原理について説明する。スペックルは、スクリーン１０５で反射したレーザビームの散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合うことで発現する。
【００２４】
通常のスクリーンは、表面粗さがレーザ光の波長より十分大きく、表面粗さの相関長（例えば、後述する相関係数を略０にする表面凹凸の周期）がレーザビームの照射スポット径より十分小さい。このため、スクリーン上の各点で散乱したレーザ光の位相は、スクリーン面の微視的な凹凸形状に対応してランダムになり、（−π、π）間で一様な分布をとる。このため、スクリーンからのレーザ光の散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合い、網膜上に不規則な粒状の干渉パターン（スペックルパターン）即ちスペックルノイズが発現する。
【００２５】
このときのスペックルノイズを低減する手法の１つに、互いに相関の少ない複数のスペックルパターンを重ね合わせて、スペックル強度を平滑化する方法がある。互いに相関のないＮ枚のスペックルパターンを重ね合わせると、スペックルコントラストＣは
【００２６】
【数１】
2006284749.tif 000003
【００２７】
に低減する。
【００２８】
スペックルコントラストＣは、スペックル強度Ｉの標準偏差σＩと平均値＜Ｉ＞の比として定義される（Ｃ＝σＩ/＜Ｉ＞）。この手法を用いてスペックルノイズを低減するためには、互いに相関の少ない複数のスペックルパターンを発生させる必要がある。
【００２９】
本実施例では、互いに相関の少ない複数のスペックルパターンをスクリーン１０５上に発生させて、スペックル強度を重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減する方法を用いている。
【００３０】
ここで、スクリーン１０５に入射するレーザビームの偏光方向と表示画像のスペックルパターンとの関係について、実験結果をもとに説明する。図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に、レーザビームの偏光方向がスクリーン１０５の水平方向に対して０°、３０°、４５°、９０°の場合におけるスペックル強度の等高線図を示す。
【００３１】
図２の横方向と縦方向は、スクリーン１０５の水平方向と垂直方向に対応しており、スクリーン１０５でのスペックル強度が高い部分を黒色で表している。
【００３２】
図２に示すように、表示画像のスペックルパターンは、スクリーン１０５に入射するレーザビームの偏光方向に依存して異なるパターンになった。さらに、スクリーン１０５の水平方向に振動面を持つ直線偏光によって生じるスペックルパターンと、水平方向に対して角度θをなす直線偏光によって生じるスペックルパターンの相関をみると、θが大きくなるにつれてスペックルパターンの相関は小さくなり、偏光方向が水平方向と直交した場合（θ＝９０°）には、互いに相関のない独立したパターンになった。
【００３３】
図３に、各スペックルパターンの相関係数を計算した結果を示す。
【００３４】
各スペックルパターンのスペックル強度Ｘ１、Ｘ２の相関係数ｒは、スペックル強度の平均値＜Ｘ１＞、＜Ｘ２＞を用いて下式のように定義される。
【００３５】
【数２】
2006284749.tif 000004
【００３６】
次に、本実施例で用いるスペックル低減手段について説明する。本実施例では、スペックル低減手段として、走査手段１０４とスクリーン１０５の間に複屈折板１００を配置している。複屈折板１００は、複屈折の効果によってレーザビームを互いに偏光方向が直交した２本の平行なレーザビームに分離することができる。
【００３７】
偏光方向が直交した２光束を走査してスクリーン１０５上に画像を表示することにより、各光束の偏光方向に対応した２つの独立したスペックルパターンを同時に発生させる。この２つのスペックルパターンを網膜上で重ね合わせることによって、スペックルコントラストＣを
【００３８】
【数３】
2006284749.tif 000005
【００３９】
に低減している。
【００４０】
本実施例における複屈折板１００の光学軸１００ａの方向とレーザビームの偏光方向の関係について、図４を用いて説明する。
【００４１】
図４は、複屈折板１００の光学軸１００ａを含む断面を概略的に示している。複屈折板１００に入射したレーザビームは、複屈折の効果によって、複屈折板１００の光学軸１００ａを含む面に垂直な方向（紙面に垂直方向）に偏光方向をもつレーザビームＬ１と、水平な方向（紙面内）に偏光方向をもつレーザビームＬ２に分離する。ここで、複屈折板１００の光学軸１００ａと２本の分離したレーザビームを含む面を複屈折板の光束分離面と呼ぶ。ここでは、複屈折板に入射するレーザビームの偏光方向がこの光束分離面に対して傾いている。言い換えると、この実施例１の走査型表示装置において、被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の複屈折板に入射する直前の偏光方向が、レーザビームが入射する複屈折板（後述するように複数でも構わない）の光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線（或いは複屈折板の入射面に対する法線）との両者に対して平行な面（これが前述の光束分離面）に対して、傾いている。別の言い方をすると、レーザビームの偏光方向と、レーザビームの進行方向との両者に平行な偏波面が、前記複屈折板の光学軸に対して傾いている。
【００４２】
また、光束分離面に対して平行な偏光方向を持つ光束をＰ偏光、垂直な偏光方向を持つ光束をＳ偏光と呼ぶ。
【００４３】
本実施例では、直線偏光を発するレーザ光源１０１を用いている。複屈折板１００に入射するレーザビームの偏光方向と複屈折板１００のその光学軸と、前記被走査面上に表示される画像の画角中心に入射する光束の主光線との両者に対して平行な面とのなす角が４５度又は略４５度±５°（紙面垂直方向に略４５度）になるように複屈折板１００の配置方向を決め、走査手段１０４とスクリーン１０５の間に配置する。複屈折板１００に入射したレーザビームは、図４に示すように、複屈折板１００の複屈折の効果によって、レーザビームＬ１（Ｓ偏光）と、レーザビームＬ２（Ｐ偏光）に分離する。このときレーザビームＬ１とＬ２の強度は、ほぼ等しくなる。
【００４４】
複屈折板１００を射出したレーザビームＬ１とＬ２は、スクリーン１０５上でＳ偏光、Ｐ偏光のスポットとして結像され、走査手段１０４によって２次元に同時に走査される。
【００４５】
本実施例では、レーザ光源１０１に波長５３２ｎｍの緑色レーザを用い、複屈折板１００に方解石を用いて、スクリーン１０５上に静止画像を表示している。
【００４６】
本実施例では、走査手段１０４とスクリーン１０５の間に、複屈折板１００を配置し、レーザビームを互いに偏光方向が直交した２本の平行なレーザビームに分離したので、スペックルコントラストＣを評価した結果Ｃ＝０.２２になった。
【００４７】
一方、複屈折板１００を入れない場合では、スペックルコントラストＣ＝０.３０である。したがって、複屈折板１００を配置することによりスペックルコントラストＣを０.７３倍に低減できた。
【００４８】
次に、スクリーン１０５でのスポットの分離方向について説明する。スクリーン１０５上で走査されるスポットは、入射するレーザ光源１０１からのレーザビームの偏光方向と複屈折板１００の光学軸１００ａとで決定される方向に分離される。このために、走査画像の解像度を低下させないためには、図１で示す水平走査線１０６、１０７とは垂直な方向にスポットを分離したほうがよい。
【００４９】
即ち複屈折板は、複屈折板を出射したレーザビームの分離方向が、スクリーン面上に形成される走査線に対して垂直又は略垂直な方向となるように配置されている。
【００５０】
本実施例におけるスペックルパターンの低減の効果は、異なる２つの偏光の入射に対するスペックルパターンの重ね合わせの効果であるため、スポットの分離距離は効果に関係ない。形成される走査画像の解像度の低下を考慮すると、分離距離は小さく設定したほうがよい。
【００５１】
本実施例では、波長５３２ｎｍの緑色レーザを光源として用いた例について説明したが、青色レーザや赤色レーザを放射する光源として単色画像を表示した場合でも、又はこれらを用いてカラー画像を形成する場合でも緑色レーザを用いた場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【実施例２】
【００５２】
図５は、本発明の実施例２の走査型表示装置の構成の要部概略図である。本実施例と実施例１との相違点は、走査手段１０４とスクリーン１０５の間に配置する複屈折板を複数枚としたことである。
【００５３】
本実施例では複屈折板を、複数有し、隣り合う複屈折板は、光学軸が互いに異なるように配置されている。
【００５４】
図５では２枚の複屈折板Ａ１，Ａ２を配置した場合を示している。以下この２枚の複屈折板のユニットをスペックル低減手段２００と呼ぶ。
【００５５】
実施例１と同様に、レーザ光源１０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ１０２によって平行光束に変換され、集光光学系１０３を介して走査手段１０４に入射する。走査手段１０４によって走査されたレーザビームは、スペックル低減手段２００を透過し、スクリーン１０５上で２次元走査され、スクリーン１０５上に画像を形成する。
【００５６】
図６は、本実施例におけるスペックル低減手段２００の構成の概略図である。スペックル低減手段２００は、複屈折板Ａ１、Ａ２によって構成されている。レーザビームが複屈折板Ａ１に入射すると、複屈折板Ａ１の光束分離面内で２本のビームＬ１（Ｓ偏光）、Ｌ２（Ｐ偏光）に分離する。
【００５７】
複屈折板Ａ２の光束分離面が、複屈折板Ａ１の光束分離面に対して４５度の角度をなすように、複屈折板Ａ２を配置している。これにより複屈折板Ａ１を出射したレーザビームＬ１、Ｌ２の偏光方向は、複屈折板Ａ２の光束分離面に対して４５度又は４５度±５°の角度の傾きを持たせることができる。
【００５８】
その結果、複屈折板Ａ２に入射したレーザビームＬ１、Ｌ２は、共に複屈折板Ａ２の光束分離面に垂直、平行な方向の偏光をもつ２本のビームに分離し、計４本の分離したレーザビームＬ１１（Ｓ偏光）、Ｌ１２（Ｐ偏光）、Ｌ２１（Ｓ偏光）、Ｌ２２（Ｐ偏光）として複屈折板Ａ２を出射する。
【００５９】
このように、スペックル低減手段２００は、走査されるレーザビームを互いに平行な４本のレーザビームに分離する機能を有している。４本の分離したレーザビームは、スクリーン１０５上でスポットとして結像する。図７に、スクリーン１０５上での４本の分離したレーザビームＬ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２のスポットの配置と偏光方向を示す。図７では、Ｐ偏光のスポットを破線、Ｓ偏光のスポットを実線で示している。
【００６０】
本実施例では、レーザ光源１０１に波長５３２ｎｍの緑色レーザを用い、スペックル低減手段２００を構成する複屈折板Ａ１、Ａ２に方解石を用いて、スクリーン１０５上に静止画像を表示した。
【００６１】
スペックル低減手段２００によって、走査されるレーザビームを４本の平行なレーザビームに分離したので、スペックルコントラストＣを評価した結果スペックルコントラストＣ＝０.１９になった。
【００６２】
一方、スペックル低減手段２００を入れない場合では、スペックルコントラストＣ＝０.３０である。
【００６３】
したがって、スペックル低減手段２００を配置することによりスペックルコントラストＣを０.６１倍に低減することできた。
【００６４】
これは、実施例１で示したスペックルコントラストＣの低減率（０.７３倍）よりも大きいスペックル低減の効果が得られる。
【００６５】
次に本実施例のスペックル低減手段２００におけるスペックル低減の原理について説明する。レーザビームを４本の平行なレーザビームに分離することで、スクリーン１０５上で４つのスポットで同時に光走査して画像を表示している。各スポットは、スクリーン１０５上で異なる位置に照射され、スクリーン１０５の表面粗さはスポットの位置によってそれぞれ異なるので、各分離したビームに対応した複数の異なるスペックルパターンが発生する。これらのスペックルパターンの強度を重ね合わせることでスペックルノイズを低減している。
【００６６】
本実施例で示したレーザビームの分離によるスペックル低減効果を極端に大きく発生させるには、１つの複屈折板によるレーザビームの分離距離ｄとレーザビームのスクリーン１０５上でのスポット径ｗは、以下の関係式を満たすことが良い。
【００６７】
ｄ＞ｗ
本実施例では、スポット径ｗが３５０μｍ、分離距離ｄが５００μｍの条件（ｄ＞ｗ）で実験を行い、スペックルコントラストＣを０.６１倍（Ｃ＝０．３０からＣ＝０．１９）に低減できることを確認した。
【００６８】
本実施例では、ｄ＞ｗの条件で行ったが、ｄ＜ｗの場合でも、スペックル低減の効果を得ることができる。
【００６９】
次に本実施例で、ｄ＞ｗの条件を満たすために必要な複屈折板の厚み（光路長）ｔの条件について説明する。１つの複屈折板によるレーザビームの分離距離ｄは、複屈折板の常光線の屈折率ｎ0、異常光線ｎeの屈折率、複屈折板の光学軸とレーザビームとのなす角θ、１つの複屈折板の厚み（光路長）ｔを用いて下式のように計算できる。
【００７０】
【数４】
2006284749.tif 000006
【００７１】
また、レーザビームのスポット径ｗは、トランケーション定数k（円形開口の場合k＝1.64）、光学系（集光光学系１０３）の像側のＦナンバーFno、レーザビームの波長λを用いて下式のように計算できる。
【００７２】
ｗ＝ｋ×Fno×λ
したがって、ｄ＞ｗの条件を満たすための、複屈折板の厚み（光路長）ｔの条件は下式のようになる。
【００７３】
【数５】
2006284749.tif 000007
【００７４】
本実施例では、スポット径ｗ（＝ｋ×Fno×λ）が３５０μｍ、複屈折板の光学軸とレーザビームのなす角θは４５度、波長５３２ｎｍでの方解石の常光線の屈折率ｎ0は１.６６２９、異常光線の屈折率ｎeは１.４８８５の条件で実験を行った。
【００７５】
本条件の場合には、複屈折板の厚み（光路長）ｔは、上式５より、ｔを３.１７ｍｍ以上に設定すれば、ビーム分離によるスペックル低減の効果を極端に大きくすることができる。
【００７６】
本実施例で示したレーザビームの分離によるスペックル低減の効果は、レーザビームの分離距離ｄをスポット径ｗより長く設定すれば極端に大きく発現することを確認したが、分離距離ｄを投射画像の画素サイズよりも大きく設定すると解像度が低下する問題が発生する。解像度の低下を防ぐには、分離したレーザビームのスポット径ｗが小さくなるように、光学系（集光光学系）３の像側のＦナンバーを明るく設定すればよい。
【００７７】
スポット径ｗを画素サイズに対して十分小さくすることで、１画素の範囲内で分離したレーザビームの４つのスポットが重ならない状態で配置できる。その結果、走査画像の解像度を低下させずに、スペックルノイズを低減することができる。
【００７８】
本実施例では、波長５３２ｎｍの緑色レーザを光源として用いた実験例について説明したが、青色レーザや赤色レーザを放射する光源として単色画像を表示した場合でも、又は、これらを用いてカラー画像を形成する場合でも緑色レーザを用いた場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【実施例３】
【００７９】
図８は、本発明の実施例３の走査型表示装置の構成の要部概略図である。本実施例と実施例１との相違点は、走査手段１０４とスクリーン１０５の間に３枚の複屈折板Ａ１，Ａ２，Ａ３を配置した点である。以下、この計３枚の複屈折板のユニットをスペックル低減手段３００と呼ぶ。
【００８０】
実施例１と同様に、レーザ光源１０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ１０２によって平行光束に変換され、集光光学系１０３を介して走査手段１０４に入射する。走査手段１０４によって走査されたレーザビームは、スペックル低減手段３００を透過し、スクリーン１０５上で２次元光走査され、スクリーン１０５上に画像を形成する。
【００８１】
図９は、本実施例におけるスペックル低減手段３００の構成の概略図である。スペックル低減手段３００は、複屈折板Ａ１、Ａ２、Ａ３によって構成されている。レーザビームが複屈折板Ａ１に入射すると、複屈折板Ａ１の光束分離面内で２本のビームＬ１、Ｌ２に分離する。複屈折板Ａ２の光束分離面が、複屈折板Ａ１の光束分離面に対して４５度の角度をなすように、複屈折板Ａ２を配置すると、複屈折板Ａ１を出射したレーザビームＬ１、Ｌ２の偏光方向は、複屈折板Ａ２の光束分離面に対して４５度又は４５度±５°の角度の傾きを持たせることができる。
【００８２】
その結果、複屈折板Ａ２に入射したレーザビームＬ１、Ｌ２は、共に２本のビームに分離し、計４本の分離したレーザビームＬ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２として複屈折板Ａ２を出射する。複屈折板Ａ３は、複屈折板Ａ２の光束分離面に対して−４５度の角度をなす方向（複屈折板Ａ１の光束分離面と平行な方向）に配置する。複屈折板Ａ２を出射した４本の分離したレーザビームＬ１１、Ｌ１２、Ｌ２１、Ｌ２２は、複屈折板Ａ３に入射後、共に２本のビームに分離し、計８本の分離したレーザビームとして複屈折板Ａ３を出射する。
【００８３】
８本の分離したレーザビームＬ１１１、Ｌ１１２、Ｌ１２１、Ｌ１２２、Ｌ２１１、Ｌ２１２、Ｌ２２１、Ｌ２２２は、スクリーン１０５上でスポットとして結像する。
【００８４】
図１０に、スクリーン１０５上での８本の分離したレーザビームのスポットの配置と偏光方向を示す。図１０では、Ｐ偏光のスポットを破線、Ｓ偏光のスポットを実線で示している。
【００８５】
本実施例では、レーザ光源１０１に波長５３２ｎｍの緑色レーザを用い、スペックル低減手段３００を構成する複屈折板Ａ１、Ａ２、Ａ３に方解石を用いて、スクリーン１０５上に静止画像を表示した。
【００８６】
スペックル低減手段３００によって、走査ビームを８本の平行なレーザビームに分離したので、スペックルコントラストＣを評価した結果Ｃ＝０.１５になった。一方、スペックル低減手段８００を入れない場合では、スペックルコントラストＣ＝０.３０である。したがって、スペックル低減手段２００を配置することによりスペックルコントラストＣを０.５倍に低減することできた。
【００８７】
これは、実施例２で示したビーム分離（分離数：４）によるスペックルコントラストＣの低減率（０.６１倍）よりも大きいスペックル低減の効果である。このように、ビームの分離数を増やすことで、スペックルの低減の効果を増大することができる。
【００８８】
本実施例でも、実施例２の場合と同様に、レーザビームの分離距離ｄとレーザビームのスポット径ｗが、ｄ＞ｗの関係式を満たす場合にスペックル低減の効果を極端に大きく得ることができる。
【００８９】
本実施例の検討では、スポット径ｗが３５０μｍ、分離距離ｄが５００μｍの条件（ｄ＞ｗ）の条件で行った。本実施例では、ｄ＞ｗの条件で行ったが、ｄ＜ｗの場合でも、スペックル低減の効果を得ることができる。
【００９０】
本実施例は、３枚の複屈折板Ａ１，Ａ２，Ａ３を用いてスペックル低減手段３００を構成したが、さらに複屈折板Ａ４を１枚加えると、ビームの分離数が倍になり計１６本の平行ビームが得られるので、前述の効果（分離数：８）よりも大きなスペックル低減の効果を得ることができる。このように、スペックル低減手段３００を構成する複屈折板の個数をＮ枚にすると、計２Ｎ本の分離したレーザビームを発生させることができ、枚数Ｎを大きくすればするほど、スペックル低減の効果を更に大きくすることができる。
【００９１】
図１１、図１２を用いて、スポットの分離方向に特徴をつけた例について説明する。図１１は、４枚の複屈折板Ａ１〜Ａ４を用いたスペックル低減手段の構成を示したものである。また、図１２は、スクリーン１０５上での１６本の分離したレーザビームのスポットの配置と偏光方向を示したものである。
【００９２】
複屈折板Ａ４は、複屈折板Ａ３の光束分離面に対し−４５度の方向（複屈折板Ａ２の光束分離面に直交する方向）になるように配置した。このような方向に配置すると、スクリーン１０５上での分離したレーザビームのスポットの配置は図１２のようになる。図１２では、Ｐ偏光のスポットを破線、Ｓ偏光のスポットを実線で示している。このような円形に近い対称的な配置で分離したレーザビームのスポットを配置することにより、スポット径ｗを小さくすることで、１画素の範囲内でスポットが重ならない状態を容易に作成できる。したがって、走査画像の解像度を低下させずに、スペックルノイズを効果的に低減することができる。
【００９３】
また、本実施例では、波長５３２ｎｍの緑色レーザを光源として用いた実験例について説明したが、実施例１，２と同様に青色レーザや赤色レーザを放射する光源として単色画像を表示した場合でも、又は、これらを用いてカラー画像を形成する場合でも緑色レーザを用いた場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【実施例４】
【００９４】
図１３は、本発明の実施例４の走査型表示装置の構成の要部概略図である。本実施例と実施例３との相違点は、光源手段として赤色、緑色、青色の３色を放射する３つのレーザ光源４０１ｒ，４０１ｇ，４０１ｂを使用し、スクリーン１０５上にカラー画像を形成した点である。赤色、青色を放射するレーザ光源は、半導体レーザを用いている。また、緑色を放射するレーザ光源は、赤外の半導体レーザを波長変換したレーザ光源を用いている。
【００９５】
図１３において、４０１ｒは赤色の半導体レーザ、４０１ｂは青色の半導体レーザ、４０１ｇは赤外の半導体レーザである。レーザ光源４０１ｒ、４０１ｂ、４０１ｇは、実施例１と同様に光源駆動回路１２０と電気的に接続されている。
【００９６】
また走査手段１０４は走査手段制御回路１２２と電気的に接続されている。光源駆動回路１２０と走査手段制御回路１２２は機器制御回路１２１に接続され、不図示の映像信号入力手段により所望の画像に対応する映像信号入力に対して、レーザ光源４０１ｒ、４０１ｂ、４０１ｇと走査手段１０４を同期制御することにより所望の画像をスクリーン１０５上に表示している。
【００９７】
赤色の半導体レーザ４０１ｒと青色の半導体レーザ４０１ｂから発せられた発散光束はコリメーターレンズ４０２ｒ、４０２ｂによって平行光束に変換される。
【００９８】
赤外の半導体レーザ４０１ｂから発せられた発散光束は、集光レンズ４０２ｇを通じて分極反転分布を付けたＬＮ結晶４０３ｇに入射し、第２次高調波である緑色のレーザ光に波長変換される。分極反転分布を付けたＬＮ結晶４０３ｇから出射した緑色レーザ光は、コリメーターレンズ４０４ｇによって平行光束に変換される。
【００９９】
コリメーターレンズ４０２ｒ、４０２ｂ、４０４ｇから出射した赤色、青色、緑色の平行光束はクロスダイクロイックプリズム４０５に到達し、クロスダイクロイックプリズム４０５によって１つの合成光束となる。
【０１００】
クロスダイクロイックプリズム４０５を出射した光束は、集光光学系１０３を介して走査手段１０４に入射する。走査手段１０４によって走査されたレーザビームは、１以上の複屈折板より成るスペックル低減手段４００を透過し、スクリーン１０５上を光走査する。
【０１０１】
本実施例のようなスクリーン１０５上にカラー画像を表示する走査型表示装置の場合でも、スペックル低減手段４００によって、実施例１〜３と同様なスペックル低減効果が得られる。
【０１０２】
本実施例では、緑色の光源には、赤外の半導体レーザを波長変換したレーザ光（ＳＨＧ光）を用いている。緑色レーザ（ＳＨＧ光）は、単一のモードで発振し、波長幅が非常に狭いため、半導体レーザに比べてコヒーレンスが高く、スペックルパターンが発生しやすい。
【０１０３】
緑色レーザのスペックルパターンを大きく低減するには、実施例２で説明したように、緑色レーザのレーザビームの分離距離ｄｇとスクリーン１０５上でのスポット径ｗｇが、以下の関係式を満たすことが良い。
【０１０４】
ｄｇ＞ｗｇ
さらに、実施例３で示したように、レーザビームの分離数を増やすことで、スペックルパターンの低減の効果を増大することができる。
【０１０５】
以上の実施例１〜４は、レーザビームをスペックル低減手段（複屈折板）を透過させることによって、複屈折の効果により、走査するレーザビームを複数のレーザビームに分離する構成である。
【０１０６】
従来の位相ホログラムを用いる場合は、高次の回折光が発生し光量ロスが問題であった。
【０１０７】
一方、本発明の各実施例の構成では、回折光が発生しないので光量ロスが発生しない。また、スペックル低減手段を出射した複数のレーザビームは平行なので、従来の位相ホログラムを用いる場合のようなビームの広がりはなく、投射距離を任意に設定することが可能になる。
【０１０８】
また、各実施例の走査型表示装置におけるレーザビームの出口（レーザの出射部）には出射窓が設けられている。出射窓はガラスに代表される透明な部材でできており、装置内にゴミが混入するのを防いでいる。
【０１０９】
各実施例におけるスペックル低減手段は、レーザビームを２次元走査する全領域をみたす大きさがあるので、走査型表示装置の出射窓として兼用することができる。したがって、部品点数を削減することができ、コンパクトで低コストな光学系の構成で、投射画像のスペックルノイズを低減することができる。
【０１１０】
また、各実施例では、走査手段１０４として、一次元走査タイプのＭＥＭＳミラーデバイスとガルバノミラーの例を示したが、１つのミラーを二次元方向に振動させることができるＭＥＭＳミラーデバイスのような他の走査手段を用いても良い。
【０１１１】
また、各実施例では、スペックル低減手段を構成する複屈折板として、方解石を用いた例について説明したが、水晶、ルチルのような複屈折板を用いた場合でも、方解石を用いた場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【０１１２】
以上のように各実施例によれば、レーザビームを２次元走査してスクリーン上に画像を表示する走査型表示装置において、コンパクトで光量ロスのない光学系でありながら、投射画像のスペックルノイズを効果的に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、走査されるレーザビームの広がりが少なく、投射距離を任意に設定することができる。
【０１１３】
本実施例によれば、光学系がコンパクトでしかも光量ロスが少なく、解像度の低下を小さく抑えつつスペックルノイズを低減することができ、又投射距離を任意に設定することが可能な小型の走査型表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の実施例１の走査型表示装置の概略構成図。
【図２】実施例１におけるスペックルパターンの変化の様子（実験例）を示す説明図。
【図３】実施例１におけるスペックルパターンの相関係数（実験例）を示す表図。
【図４】実施例１における複屈折板の光学軸を含む断面の光路を示す説明図。
【図５】本発明の実施例２の走査型表示装置の概略構成図。
【図６】実施例２におけるスペックル低減手段の構成を示す説明図。
【図７】実施例２におけるスクリーン上での４本の分離したレーザビームのスポットの配置と偏光方向を示す説明図。
【図８】本発明の実施例３の走査型表示装置の概略構成図。
【図９】実施例３におけるスペックル低減手段の構成を示す説明図。
【図１０】実施例３におけるスクリーン上での８本の分離したレーザビームのスポットの配置と偏光方向を示す説明図。
【図１１】実施例３における４枚の複屈折板を用いたスペックル低減手段の構成を示す説明図。
【図１２】実施例３におけるスクリーン上での１６本の分離したレーザビームのスポットの配置と偏光方向を示す説明図。
【図１３】本発明の実施例４の走査型表示装置の概略構成図。
【符号の説明】
【０１１５】
１００  複屈折板
１０１  レーザ光源
１０２  コリメーターレンズ
１０３  集光レンズ
１０４  走査手段
１０４Ｈ  水平走査手段  １０４Ｖ  垂直走査手段
１０５  スクリーン
１０６  往路走査線
１０７  復路走査線
１０８  走査帰線
１０９  垂直走査方向
１１０  水平走査手段の揺動向き
１１１  垂直走査手段の揺動向き
１１２  被走査面有効部
１２０  光源変調回路
１２１  画像信号供給装置
２００，３００，４００  スペックル低減手段
４０１−ｒ  赤色の半導体レーザ
４０１−ｇ  赤外の半導体レーザ
４０１−ｂ  青色の半導体レーザ
４０２−ｒ、４０２−ｂ、４０４−ｇ  コリメーターレンズ
４０２−ｇ  集光レンズ
４０３−ｇ  ＬＮ結晶
４０５  クロスダイクロイックプリズム
【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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【図１２】
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【図１３】
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