(57)【要約】【課題】低コヒーレンスであるランダムレーザーを用いることにより、簡易かつ小型な構成でスペックルノイズを低減させることが可能な自発光型の画像形成装置を提供する。【解決手段】複数のドット領域１１に分割され、各々のドット領域１１内に、励起光Ｌ１が照射されることにより誘導放出を生じるレーザー媒質１２と、レーザー媒質１２中に分散し励起光Ｌ１を散乱させる粒子状の光散乱部材１３と、を有する画像形成部１０Ａと、レーザー媒質１２に励起光Ｌ１を照射する光源と、励起光Ｌ１を画像形成部１０Ａ上で走査する走査手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のドット領域に分割され、各々の前記ドット領域内に、励起光が照射されることにより誘導放出を生じるレーザー媒質と、前記レーザー媒質中に分散し前記励起光を散乱させる粒子状の光散乱部材と、を有する画像形成部と、
前記レーザー媒質に励起光を照射する光源と、
前記励起光を前記画像形成部上で走査する走査手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
複数の前記ドット領域の各々に含まれる前記光散乱部材は、粒子径が異なることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
隣り合う前記ドット領域において、前記粒子径が異なることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記光源は、前記走査手段によって前記画像形成部上を一度走査する間に、前記励起光のエネルギーを時間的に変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
隣り合う前記ドット領域において、照射される前記励起光のエネルギーが異なることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
複数の前記ドット領域のうち一部と重なって、前記光を吸収し熱に変換する光熱変換層が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
複数の前記光熱変換層を有し、該複数の光熱変換層は、隣り合う前記ドット領域において、一方には設けられ他方には設けられていないように配置されることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成部における前記レーザー媒質からの出力光の射出側に、コリメート光学系が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記画像形成部における前記出力光の射出側の面に、前記ドット領域の各々と重なるコリメートレンズが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記画像形成部における前記励起光の入射側の面に、前記励起光を透過し前記レーザー媒質からの出力光を反射する波長選択層が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像形成部における前記励起光の入射側とは反対側の面に、前記レーザー媒質からの出力光を反射させる反射部材が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記反射部材は、前記励起光を透過し前記出力光を反射する波長選択層であることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
隣り合う前記ドット領域は、遮光性を有する隔壁によって間を分割されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記ドット領域毎に、出力光の波長が異なるレーザー媒質を配置することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置およびプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターにおいては、光源として超高圧水銀ランプなどの放電ランプが用いられるのが一般的であった。ところが、この種の放電ランプは、寿命が比較的短い、瞬時点灯が難しい、色再現性範囲が狭い、ランプから放射される紫外線が液晶ライトバルブを劣化させる、等の課題がある。そこで、放電ランプに代わる高出力の光源として、単色光を照射するレーザー光源を用いた投射型画像表示装置が提案されている。
【０００３】
高出力のレーザー光を得られるレーザー光源装置としては、外部共振器構造を持つレーザー光源装置が挙げられる。このようなレーザー光源装置では、外部共振器の使用により特定の波長の光が強められ高出力のレーザー光が得られる。
【０００４】
しかし、このようなレーザー光源をプロジェクターの光源として適応する場合、光源の高出力化が解決できる反面、スクリーン等の散乱体でレーザー光の干渉が生じることによって明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆるスペックルと呼ばれる現象が発生する場合がある。そこで、レーザー光源を用いて鮮明な画像を表示させるプロジェクターを実現するためには、スペックルノイズの対策が必要となる。
【０００５】
スペックルノイズは、レーザー光の可干渉性に起因して生じる現象である。よって、スペックルノイズを低減するには、レーザー光の可干渉性を低下させる対策が有効である。可干渉性はレーザー光の出力スペクトル幅に概ね反比例しており、出力スペクトル幅が広がると可干渉性が低下するため、スペクトル幅を広くすることによってスペックルノイズを低減することができる。または、異なる波長を有するレーザー光同士では発生するスペックルノイズパターンが異なるため、空間的に重ね合わせることによってもスペックルノイズを低減することができる。
【０００６】
このようなレーザー光を射出するレーザー光源装置として、具体的には、複数の発光素子を２次元に配列したアレイ状光源において、各発光素子の出力波長をずらすことで全体のスペクトル幅を広げ、複数の発光素子から射出されるレーザー光同士の可干渉性を低下させることでスペックルノイズの発生を抑制する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし特許文献１に示される方法では、光学系の複雑化や光源コストの上昇という課題を有している。
【０００７】
また、上記のような光源数を増やす方法によって低コヒーレンスを実現する構成とは異なり、出力される光そのものが低コヒーレンスであるレーザー光として、ランダムレーザーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。通常のレーザー光源は、上述のように２枚の共振ミラーにより光を増幅させレーザー光を出力するため、特定のモードを持つコヒーレンス長の長い光がレーザー光として得られるのに対し、ランダムレーザーは共振器を持たない。
【０００８】
特許文献２に示すように、ランダムレーザーは、微粒子を散乱させたレーザー媒質に励起光を照射することにより得ることができる。ランダムレーザーの発振機構は、媒質内の入射光が微粒子により多重散乱を繰り返すことにより特定波長が選択的に増幅される「非共鳴型」と、特定の微粒子でリング状の共振器が形成され入射光が共振する「共鳴型」があると考えられているが、いずれも、出力されるレーザー光は時間的、空間的に低コヒーレンスであることが分かっている。
【０００９】
得られる光の発振スペクトル幅は、「通常のレーザー」＜「ランダムレーザー」＜「ＬＥＤから射出される光」の関係が成り立つと言われている。すなわち、ランダムレーザーは通常のレーザー光よりは幅広いスペクトル幅を有するものの、ＬＥＤから射出される光ほどの幅広い発振スペクトル幅は有さず、単色光源として使用可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００４−５０３９２３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来は、偏光方向が揃ったレーザー光を射出するレーザー光源を用い、スペックルを低減するための応用開発が進められてきたことから、現在用いられている技術は、ほとんどが偏光方向の揃った通常のレーザー光を用いることを前提としている。したがって、ランダムレーザーのような、低コヒーレンスで且つ高出力を有するレーザー光の利用は開発が進んでおらず、従来のレーザー光にはない特長を活かした応用が期待されている。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低コヒーレンスであるランダムレーザーを用いることにより、簡易かつ小型な構成でスペックルノイズを低減させることが可能な自発光型の画像形成装置を提供することを目的とする。また、このような画像形成装置を備えたプロジェクターを提供することをあわせて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明の画像形成装置は、複数のドット領域に分割され、各々の前記ドット領域内に、励起光が照射されることにより誘導放出を生じるレーザー媒質と、前記レーザー媒質中に分散し前記励起光を散乱させる粒子状の光散乱部材と、を有する画像形成部と、前記レーザー媒質に励起光を照射する光源と、前記励起光を前記画像形成部上で走査する走査手段と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、画像形成部に励起光が照射されると、レーザー媒質中に分散した光散乱部材によって励起光が不規則に散乱し、散乱の過程においてレーザー媒質によって増幅され、ランダムレーザーが発生する。このようなランダムレーザーは、共振ミラーを有する通常の共振器構造を備えたレーザー光源から射出されるレーザー光と比べ、スペクトル幅が広く低コヒーレンスである。そのため、画像形成部に励起光を走査して得られる画像光は、低コヒーレンスであるためスペックルを生じにくく、高出力のレーザー光でありながらスペックルの発生を抑制した画像を形成することが可能な画像形成装置とすることができる。
【００１４】
本発明においては、複数の前記ドット領域の各々に含まれる前記光散乱部材は、粒子径が異なることが望ましい。
ランダムレーザーは、レーザー媒質内の光散乱部材の粒子径に応じて発振波長が変化することが知られている（例えば、S. Gottarodo, et al., Nature Photonics, 2, 429 (2008) 参照）。そのため、ドット領域毎に光散乱部材の粒子径を異ならせることにより、ドット領域毎に射出される出力光の発振波長を異ならせることが可能となり、このような発振波長が異なる波長の光を用いて画像を形成することにより、更にスペックルの発生を抑制した画像を形成することが可能な画像形成装置とすることができる。
【００１５】
ここで、通常用いる光散乱部材の粒子形状は、不規則な形状をしているため、球や立方体のように定量的に粒子径を表現できるものではない。そのため、本発明において「粒子径」とは、種々の測定方法（理論）に基づいて測定した光散乱部材の粒子径の値を指すものとしている。例えば、レーザー回折散乱法を用いて光散乱部材の「粒子径」を測定する場合には、同じ回折パターンを示すものとして算出される球状の粒子の直径（有効径）を粒子径としている。このようにして得られる粒子径がドット領域毎に異なることによって、上述の効果が得られる。
【００１６】
本発明においては、隣り合う前記ドット領域において、前記粒子径が異なることが望ましい。
この構成によれば、隣り合うドット領域から発せられる発振波長が異なるため、隣り合うドット領域から発せられる波長に依存する異なるスペックルパターンを重ね合わせることにより、確実にスペックル発生を抑制することができる。
【００１７】
本発明においては、前記光源は、前記走査手段によって前記画像形成部上を一度走査する間に、前記励起光のエネルギーを時間的に変化させることが望ましい。
ランダムレーザーは、励起光のエネルギーに応じて発振スペクトル幅が異なることが知られている（例えば、H. Cao, et al., Phys. Rev. Lett., 82, 2278 (1999)参照）。そのため、時間的に励起光のエネルギーを異ならせることによって、時間的に出力光の発振スペクトル幅を変化させる事が可能となる。
【００１８】
これを利用して、走査手段によって画像形成部上の一度走査し、１画面分の画像を形成する間に、励起光のエネルギーを時間的に変化させると、励起光のエネルギーの変化に応じて生じるスペクトル幅が異なる光を用いて１画面分の画像を形成することとなり、更にスペックルの発生を抑制した画像を形成することが可能な画像形成装置とすることができる。
【００１９】
本発明においては、隣り合う前記ドット領域において、照射される前記励起光のエネルギーが異なることが望ましい。
この構成によれば、隣り合うドット領域から発せられる発振スペクトル幅が異なるため、隣り合うドット領域から発せられる異なるスペックルパターンを重ね合わせることにより、確実にスペックル発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明においては、複数の前記ドット領域の一部と重なって、前記光を吸収し熱に変換する光熱変換層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、光熱変換層が設けられたドット領域では、例えば励起光を吸収することにより光熱変換層が発熱し、レーザー媒質が加熱される。すると、レーザー媒質の屈折率が変化するためレーザー媒質内の光路長が変化し、共振器長が変化する。その結果、共振器内で共振可能な波長が変化するため、出力光の発振波長がシフトする。このような発振波長が異なる波長の光を用いて画像を形成することにより、更にスペックルの発生を抑制した画像を形成することが可能な画像形成装置とすることができる。
【００２１】
本発明においては、複数の前記光熱変換層を有し、該複数の光熱変換層は、隣り合う前記ドット領域において、一方には設けられ他方には設けられていないように配置されることが望ましい。
この構成によれば、隣り合うドット領域のレーザー媒質温度が異なるため、発せられる光の発振波長が異なる。そのため、隣り合うドット領域から発せられる波長に依存する異なるスペックルパターンを重ね合わせることにより、確実にスペックル発生を抑制することができる。
【００２２】
本発明においては、前記画像形成部における前記レーザー媒質からの出力光の射出側に、コリメート光学系が配置されていることが望ましい。
ランダムレーザー（出力光）は、光散乱部材によって励起光が散乱することをきっかけとして発生するため、等方的な射出方向を有して射出される。そのため、射出側に設けられたコリメート光学系に出力光を透過させることにより、出力光の射出方向を一方向に揃えることができ、スペックル発生を抑制し且つ高画質な画像形成が可能となる。
【００２３】
本発明においては、前記画像形成部における前記出力光の射出側の面に、前記ドット領域の各々と重なるコリメートレンズが設けられていることが望ましい。
この構成によれば、各ドット領域から射出される出力光を効率的に受光し、画像形成に有効利用することが可能となるため、スペックル発生を抑制し且つ高画質な画像形成が可能な画像形成装置とすることができる。
【００２４】
本発明の画像形成装置を、画像形成部の一方の面から励起光を入射し、他方の面から出力光を射出する透過型の画像形成装置とする場合においては、前記画像形成部における前記励起光の入射側の面に、前記励起光を透過し前記レーザー媒質からの出力光を反射する波長選択層が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、波長選択層は励起光を透過させるため、確実にレーザー媒質に励起光を照射しランダムレーザーを生じさせることができる。また、等方的に射出される出力光のうち、画像形成部の一方の面側に射出される光を、画像形成部の他方の面側に反射させるため、発生する出力光の全てを良好に他方の面から射出させることができる。そのため、光の利用効率が高くスペックル発生を抑制した透過型の画像形成装置とすることができる。
【００２５】
また本発明の画像形成装置を、画像形成部の一方の面から励起光を入射し、同じく一方の面から出力光を射出する反射型の画像形成装置とする場合においては、前記画像形成部における前記励起光の入射側とは反対側の面に、前記レーザー媒質からの出力光を反射させる反射部材が設けられていることが望ましい。
この構成によれば、等方的に射出される出力光のうち、画像形成部の他方の面側に射出される光を、画像形成部の一方の面側に反射させるため、発生する出力光の全てを良好に一方の面から射出させることができ、光の利用効率が高くスペックル発生を抑制した反射型の画像形成装置とすることができる。
【００２６】
本発明においては、前記反射部材は、前記励起光を透過し前記出力光を反射する波長選択層であることが望ましい。
この構成によれば、出力光を発生させた後に不用となる励起光が反射し、一方の面から射出される、または無用のランダムレーザーの誘導放出を行う、といった不具合を抑制することができる。
【００２７】
本発明においては、隣り合う前記ドット領域は、遮光性を有する隔壁によって間を分割されていることが望ましい。
この構成によれば、等方的に射出される出力光が隣接するドット領域に入射し、無用のランダムレーザーの誘導放出を行う、といった不具合を抑制することができる。遮光性は、光の吸収または反射のいずれで達成することとしても良い。
【００２８】
本発明においては、前記ドット領域毎に、出力光の波長が異なるレーザー媒質を配置することが望ましい。
この構成によれば、レーザー媒質の種類および配置を適宜選択し、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長の光を射出するドット領域を配列することにより、フルカラー表示が可能な画像形成装置とすることができる。
【００２９】
また、本発明のプロジェクターは、上述の画像形成装置と、前記画像形成装置によって形成された光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、上述の光源装置を備えたことにより、高出力で且つスペックル発生を抑制したプロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態の画像形成装置が備える画像形成部の部分断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図４】第２実施形態の画像形成装置が備える画像形成部の部分断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図６】第３実施形態の画像形成装置が備える画像形成部の部分断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図９】第５実施形態の画像形成装置が備える画像形成部の部分断面図である。
【図１０】第５実施形態の画像形成装置の変形例を示す概略斜視図である。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る画像形成装置を示す概略斜視図である。
【図１２】第６実施形態の画像形成装置の変形例を示す概略斜視図である。
【図１３】本発明に係るプロジェクターを示す説明図である。
【図１４】本発明に係るプロジェクターを示す説明図である。
【図１５】本発明に係るプロジェクターを示す説明図である。
【図１６】本発明に係るプロジェクターを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［第１実施形態］
以下、図１〜図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
【００３２】
図１は、本実施形態の画像形成装置１を示す概略斜視図である。図に示すように画像形成装置１は、画像形成部１０、レーザー光である励起光Ｌ１を射出するレーザー光源２０、画像形成部１０上にレーザー光線を走査し画像を描画する走査光学系（走査手段）３０を有している。
【００３３】
画像形成部１０Ａは、マトリクス状に形成された複数のドット領域１１を有し、励起光Ｌ１が照射され各ドット領域１１内に保持されたレーザー媒質が誘導放出を行うことによりランダムレーザーＬ２を射出する構成となっている。画像形成部１０Ａの構成については、後に詳述する。
【００３４】
レーザー光源２０は、その詳細な構造を図示しないが、励起光Ｌ１を射出する半導体レーザー素子を有するレーザー光源２０である。レーザー光源２０としては、例えば通常しられたＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザーなどを用いることができる。励起光Ｌ１は可干渉性の高いコヒーレンス光であり、ほぼ完全な平面波として射出されている。
【００３５】
走査光学系３０は、励起光Ｌ１の光軸を、画像形成部１０Ａの表面において副走査方向に変化させる第１偏向ミラー３０ａと、同じく励起光Ｌ１の光軸を画像形成部１０Ａの表面において主走査方向に変化させる第２偏向ミラー３０ｂとを含んでいる。例えば、主走査方向は画像形成部１０における水平方向であり、副走査方向は画像形成部１０において水平方向と直交する垂直方向である。
【００３６】
走査光学系３０としては、第１偏向ミラー３０ａにはＭＥＭＳ技術等により形成されるマイクロメカニカルミラーを用い、第２偏向ミラー３０ｂにはガルバノミラー等を用いる構成を例示することができる。また、図では２つのミラーにより走査光学系３０が構成されている様子を示したが、例えば、１つのミラーに対して２つの駆動軸が設定され、１個で２次元の走査が可能なＭＥＭＳミラーを用いることとしても構わない。走査光学系３０は、励起光Ｌ１を主走査方向及び副走査方向に走査し、表示画像を形成する。
【００３７】
また、レーザー光源２０から走査光学系３０までの光路上には、必要に応じてコリメート光学系やリレー光学系を配置することとしても良い。このコリメート光学系およびリレー光学系は、１つのレンズで構成しても良く、複数のレンズから構成することとしても構わない。
【００３８】
図２は、画像形成部１０Ａの説明図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における部分断面図である。図に示す様に、画像形成部１０Ａは、隔壁１９によって分割された複数のドット領域１１を有し、各ドット領域には、一対の基板１４に挟持されたレーザー媒質１２と、レーザー媒質１２中に分散した光散乱部材１３と、を含んでいる。また、励起光Ｌ１の入射側の基板１４の表面には波長選択層１５が設けられている。
【００３９】
レーザー媒質１２は、レーザー光を誘導放出する通常知られた増幅媒質を用いることができる。使用可能なレーザー媒質は、例えば半導体高分子のような固体であっても、レーザー色素の溶液のような液体であっても良い。
【００４０】
光散乱部材１３は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）の微粒子、またはガラスビーズなどを用いることができる。光散乱部材１３の粒子径としては、数ｎｍから数μｍ程度のものを好適に用いることができる。
【００４１】
ここで、通常は光散乱部材の粒子形状は不規則な形状をしているため、定量的に粒子径を表現できるものではない。そのため、本発明において「粒子径」とは、例えば、レーザー回折散乱法を用いて測定する場合、測定する光散乱部材と同じ回折パターンを示すものとして算出される球状粒子の直径（有効径）の平均値（平均粒子径）を粒子径とする。図では、光散乱部材１３が球状粒子であることとして円形で図示し、直径の大きい光散乱部材を符号１３Ａ、直径の小さい光散乱部材を符号１３Ｂで示している。
【００４２】
粒子径の測定方法としては、他にも、動的光散乱法、遠心沈降法などの公知の方法を例示することができる。粒子径の大きさを比較する場合には、同じ測定法（測定理論）で求めた粒子径を用いて比較するものとする。
【００４３】
このような光散乱部材１３が分散するレーザー媒質１２は、厚く形成しすぎると励起光Ｌ１が深部にまで到達しにくくなるため、塗布法などを用い数十から数百μｍ厚に形成されている。
【００４４】
なお図においては、ドット領域内部に含まれる光散乱部材１３の平均粒子径の違い（光散乱部材１３Ａ，１３Ｂの比率の違いによって図示）によって複数のドット領域１１を区別し、それぞれドット領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとしている。
【００４５】
基板１４は、光透過性を有する形成材料によって設けられ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などを形成材料とするフィルムなど、光透過性と柔軟性とを有する材料によって形成されている。
【００４６】
波長選択層１５は、励起光Ｌ１を透過すると共に、レーザー媒質１２から射出される出力光Ｌ２を反射させる波長選択性を備えている。そのため、レーザー媒質１２内において等方的に射出される出力光Ｌ２のうち、励起光Ｌ１の入射側に戻る光を反射し、励起光Ｌ１の入射側とは反対側に射出することができる。
【００４７】
このような波長選択層１５は、例えば、誘電体多層膜を用いて形成し、多層膜の積層数、各層の厚み、各層の形成材料の屈折率などを適宜選択することによって、所望の波長選択性を備える層として形成することが可能である。
【００４８】
隔壁１９は、励起光Ｌ１及び生じた出力光Ｌ２が隣接するドット領域に入射することを妨げ、解像度を上げる機能を有している。また、レーザー媒質１２が液体の場合、光散乱部材１３が画像形成部１０Ａの面全体で均一化に分布するようにして、各ドット領域１１内に留めることを目的としている。
【００４９】
隔壁１９の形成材料としては、例えば光を吸収するフィラーとバインダー樹脂とからなる黒色の光吸収材を用いることができる。フィラーは、励起光または出力光を吸収するものであって、カーボンブラック等の顔料や黒色色素粒子等を例示することができる。バインダー樹脂としては、例えば光硬化性樹脂を用いることができる。このような形成材料を用い、通常知られたフォトリソグラフィ法によって、各ドット領域１１間を分割する隔壁１９を形成することができる。本実施形態では、隔壁１９の間隔（すなわちドット領域１１の幅）を数μｍ間隔としている。
【００５０】
このような構成の画像形成部１０Ａを有する画像形成装置１の動作について、図１，２を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、レーザー光源２０から射出される励起光Ｌ１は、走査光学系３０によって走査され、画像形成部１０Ａの特定のドット領域１１に入射する。ドット領域１１に入射した励起光Ｌ１は、レーザー媒質１２中に分散した光散乱部材１３によって不規則に散乱し、散乱の過程においてレーザー媒質１２によって増幅され、ランダムレーザー（出力光）を発振する。
【００５２】
発生するランダムレーザーのスペクトル幅は、レーザー媒質１２、光散乱部材１３の材料や粒子径に依存するが、媒質内の励起光が複数の光散乱部材により多重散乱を繰り返すことにより特定波長が選択的に増幅される「非共鳴型」の場合は３〜４ｎｍ幅、特定の光散乱部材でリング状の共振器が形成され励起光が共振する「共鳴型」の場合は０．２ｎｍ幅程度である。このようなスペクトル幅のランダムレーザーが、全体で数ｎｍ程度の近接した波長帯域の中で複数生じる。なお、このようなランダムレーザーは、通常の共振ミラーから構成されるレーザーよりもスペクトル幅が広く低コヒーレンスである。  
【００５３】
更に、ランダムレーザーは、レーザー媒質内の光散乱部材１３の粒子径に応じて発振波長が変化することが知られている（例えば、S. Gottarodo, et al., Nature Photonics, 2, 429 (2008) 参照）。そのため、ドット領域毎（例えば、ドット領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）に、光散乱部材１３の粒子径を異ならせることにより、ドット領域毎に異なる発振波長の出力光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃを射出する。図は、断面図であるため、一方向（縦方向）に配列するドット領域１１について光散乱部材１３の粒子径が異なることとしているが、断面図で示されていない横方向においても、隣り合うドット領域毎に光散乱部材１３の粒子径を異ならせることとする。
【００５４】
通常、スペックルは、主としてコヒーレントな光が凹凸のある被照射面に照射されるような場面で生じる。コヒーレントな光であるレーザー光がスクリーンに照射される場面を想定すると、スクリーンに到達したレーザー光は、スクリーン表面の凹凸で散乱して、観察者の網膜に達することとなる。
【００５５】
この際、スクリーンの凹凸は、レーザー光の波長に対して十分に大きな振幅を有しており、レーザー光内に−πからπまでのランダムな位相変調を与えることとなる。これらの光が網膜上で結像するが、ランダムな位相変調を受けた各レーザー光同士が干渉し、非常に高いコントラストの干渉縞を生じる。この干渉縞が、スペックルと呼ばれて観察される不具合である。
【００５６】
対して、上述の出力光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃは、それぞれがレーザー光でありながらスペクトル幅が広く低コヒーレンスであり、更に、隣り合うドット領域から射出される出力光の発振波長が、互いに異なっているため互いに異なっているため波長に依存する異なるスペックルパターンを重ね合わせることによりスペックルを低減することができる。したがって、形成される画像のスペックルが低減することとなる。
【００５７】
以上のような構成の画像形成装置１によれば、スペックル抑制を実現し高品質な画像形成が可能となる。
【００５８】
なお、本実施形態においては、光散乱部材１３の粒子径が異なる３種のドット領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを示したが、隣り合うドット領域の光散乱部材１３の粒子径が異なるならばこれに限らない。例えば、図１に示すように、ドット領域１１がマトリクス状に形成されている場合、粒子径が異なる２種のドット領域１１Ａ，１１Ｂが、市松状に配置することにより、隣り合うドット領域１１から異なる発振波長の出力光を射出させることができるため、隣り合うドット領域から射出される波長に依存する異なるスペックルパターンを重ね合わせることにより、スペックルを低減させることができる。
【００５９】
また、光散乱部材１３の粒子径が異ならず、単一の粒子径の光散乱部材１３を用いることとしても、低コヒーレンスであるランダムレーザーの性質により、スペックルを低減させることが可能である。
【００６０】
また、本実施形態においては、波長選択層１５を形成することとしたが、波長選択層１５を設けないこととしても、光の利用効率は低下するもののスペックルを抑制した画像形成を行うことが可能である。
【００６１】
また、本実施形態においては、隔壁１９は光を吸収する黒色の形成材料で形成することとしたがこれに限らず、例えば、隔壁１９の壁面においてドット領域１１内で生じる出力光を反射する構成であってもよい。また、遮光性を備えない隔壁１９であっても構わない。
【００６２】
［第２実施形態］
図３、４は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置２の説明図である。本実施形態の画像形成装置２は、第１実施形態の画像形成装置１と一部共通している。異なるのは、画像形成部の一方の面から励起光を入射し、同じく一方の面から出力光を射出する反射型の画像形成装置であることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図３は、第２実施形態の画像形成装置２を示す概略斜視図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。画像形成装置２が備える画像形成部１０Ｂは、励起光Ｌ１の入射側の面とは反対側に反射部材１６が設けられており、ドット領域１１から射出される出力光Ｌ２は、励起光Ｌ１の入射側の面と同じ面から射出され、画像を形成する。
【００６４】
図４は、画像形成部１０Ｂの説明図であって図３の線分Ｂ−Ｂ’における部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。図に示すように、画像形成部１０Ｂは、励起光Ｌ１の入射側とは反対側の基板１４の表面に、反射部材１６が設けられている。
【００６５】
反射部材１６は、励起光Ｌ１を透過すると共に、レーザー媒質１２から射出される出力光Ｌ２を反射させる波長選択性を備えた波長選択層である。このような波長選択層は、第１実施形態の波長選択層と同様に形成することができる。
【００６６】
このような構成の画像形成部１０Ｂを有する画像形成装置２の動作について、図３，４を参照しながら説明する。まず、画像形成装置２では、励起光Ｌ１がドット領域１１に入射することにより、レーザー媒質１２内において生じる出力光Ｌ２が等方的に射出される。このうち、励起光Ｌ１の入射側とは反対側に射出される光は、反射部材１６によって反射され、励起光Ｌ１の入射側に射出される。
【００６７】
ここで、画像形成装置２では、不図示の制御装置によってレーザー光源２０の出力を制御し、励起光Ｌ１のエネルギーを時間的に変化させることにより、ドット領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃにそれぞれ異なるエネルギーの励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを入射させることとしている。
【００６８】
ランダムレーザーは、励起光のエネルギーに応じて発振スペクトル幅が異なることが知られている（例えば、H. Cao, et al., Phys. Rev. Lett., 82, 2278 (1999)参照）。そのため、時間的に励起光Ｌ１のエネルギーを異ならせ、ドット領域毎（例えば、ドット領域１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）に異なるエネルギーの励起光を入射することにより、ドット領域毎に異なる発振スペクトル幅の出力光Ｌ２ｄ，Ｌ２ｅ，Ｌ２ｆを射出する。図は、断面図であるため、一方向（縦方向）に配列するドット領域１１について励起光Ｌ１のエネルギーが異なることとしているが、断面図で示されていない横方向においても、隣り合うドット領域毎に励起光Ｌ１のエネルギーを異ならせることとする。
【００６９】
このように制御することにより、隣り合うドット領域から射出される上述の出力光Ｌ２ｄ，Ｌ２ｅ，Ｌ２ｆは、それぞれがレーザー光でありながらスペクトル幅が広く、更に、該スペクトル幅が異なるため低コヒーレンスである。そのため、スペックルパターンが形成されにくい。したがって、形成される画像のスペックルが低減することとなる。
【００７０】
以上のような構成の画像形成装置２によれば、スペックル抑制を実現し高品質な画像形成が可能となる。
【００７１】
なお、本実施形態においては、励起光Ｌ１としてエネルギーのことなる励起光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃを示したがこれに限らず、例えば、レーザー光源２０から２種のエネルギーの励起光を交互に射出することとし、２種の励起光の切り替えを走査速度と対応させることにより、２種の励起光を交互にドット領域に入射することとしても良い。
【００７２】
また、本実施形態においては、反射部材１６が波長選択層であることとしたが、アルミニウムなどを原料とする光反射性を備えた金属膜であっても構わない。
【００７３】
［第３実施形態］
図５、６は、本発明の第３実施形態に係る画像形成装置３の説明図である。本実施形態の画像形成装置３は、第１実施形態の画像形成装置１と一部共通している。異なるのは、画像形成部の出力光を射出する側の面に、出力光の一部を吸収し熱に変換する光熱変換層が設けられていることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７４】
図５は、第３実施形態の画像形成装置３を示す概略斜視図であり、第１実施形態の図１に対応する図である。画像形成装置３が備える画像形成部１０Ｃは、ドット領域１１と重なって後述する光熱変換層が設けられている。図では、光熱変換層が設けられているドット領域を符号１７で示し、光熱変換層が設けられていないドット領域１１と区別して示している。ドット領域１７は、ランダムに配置されている。
【００７５】
図６は、画像形成部１０Ｃの説明図であって図５の線分Ｃ−Ｃ’における部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。図に示すように、画像形成部１０Ｃは、出力光Ｌ２の射出側の基板１４の表面に、光熱変換層１８が設けられている。
【００７６】
光熱変換層１８は、画像形成部１０Ｃの面内において温度分布を形成することを目的として設けられている。すなわち、光熱変換層１８によって励起光Ｌ１および出力光Ｌ２の一部が吸収され熱に変換されると、光熱変換層１８が設けられたドット領域１７のレーザー媒質１２が加熱される。すると、レーザー媒質１２の屈折率が変化するためレーザー媒質１２内の光路長が変化し、出力光の発振波長がシフトして、異なる発振波長の出力光Ｌ２ｇ，Ｌ２ｈ，Ｌ２ｉを射出する。
【００７７】
以上のような構成の画像形成装置３によれば、発振波長が異なる波長の出力光を用いて画像を形成することにより、スペックルの発生を抑制した画像を形成することが可能な画像形成装置とすることができる。
【００７８】
なお、本実施形態においては、光熱変換層１８をドット領域に対応させて設けることとしたが、画像形成部１０Ｃの面内において温度分布を形成することができるならばこれに限らない。例えば、光熱変換層１８を複数のドット領域にまたがって設けることとしても良く、また一つのドット領域のなかで光熱変換層１８が形成されている部分と形成されていない部分とを両有することとしても良い。
【００７９】
また、本実施形態においては、ドット領域１７がランダムに配置されていることとしたが、例えば、ドット領域がマトリクス状に形成されている場合に、各ドット領域に対応して市松状に光熱変換層１８を設け、ドット領域１１とドット領域１７とが市松状に配置されることとしても良い。このようにすると、隣接するドット領域では必ずレーザー媒質の温度が異なり、発振波長の異なる出力光が射出されるため、スペックルを低減させる事が容易となる。
【００８０】
また、本実施形態においては、光熱変換層１８を出力光Ｌ２の射出側に配置することとしたが、励起光Ｌ１の入射側の面に配置することとしても構わない。その場合には、励起光Ｌ１の一部を吸収し熱に変換する光熱変換層を用いることができる。
【００８１】
［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係る画像形成装置４の説明図である。画像形成装置４は、第１実施形態の画像形成装置１と一部共通している。異なるのは画像形成部１０Ｄのドット領域毎に、赤色（Ｒ）のレーザー光を発するレーザー媒質、緑色（Ｇ）のレーザー光を発するレーザー媒質、青色（Ｂ）のレーザー光を発するレーザー媒質、を適宜選択し配置していることである。
【００８２】
図では、マトリクス状に離間して形成されたドット領域において、赤色のレーザー光を射出するドット領域１１ｒ、緑色のレーザー光を射出するドット領域１１ｇ、青色のレーザー光を射出するドット領域１１ｂが、水平方向に繰り返し配列している。また、赤色、緑色、青色の順で垂直方向には同一色が配列しており、いわゆるストライプ配置を構成している。
【００８３】
このような構成の画像形成装置４によれば、レーザー媒質の種類および配置を適宜選択し、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長の光を射出するドット領域を配列することにより、フルカラー表示が可能な画像形成装置とすることができる。
【００８４】
［第５実施形態］
図８から１０は、本発明の第５実施形態に係る画像形成装置５の説明図である。図８に示すように、画像形成装置５は、第１実施形態の画像形成装置１に加え、画像形成部の出力光Ｌ２の射出面に、ドット領域１１に重なる複数のコリメートレンズ４０が設けられている。
【００８５】
図９は、画像形成部１０Ｅの説明図であって図８の線分Ｅ−Ｅ’における部分断面図であり、第１実施形態の図２に対応する図である。図に示すように、画像形成部１０Ｅは、出力光Ｌ２の射出側の基板１４上に複数のコリメートレンズ４０を備えている。
【００８６】
ランダムレーザー（出力光）は、光散乱部材１３によって励起光Ｌ１が散乱することをきっかけとして発生するため、等方的な射出方向を有して射出される。そのため、射出側に設けられたコリメートレンズ４０に出力光Ｌ２を透過させることにより、出力光Ｌ２の射出方向を一方向に揃えることができる。コリメートレンズ４０は、例えば光透過性を有する光硬化性樹脂を用い、型押しによってレンズ形状を転写した状態で光照射をして硬化することにより形成することができる。
【００８７】
以上のような構成の画像形成装置５によれば、スペックル発生を抑制し且つ光の利用効率を高め高画質な画像形成が可能となる。
【００８８】
なお、本実施形態においては、ドット領域の各々と重なる複数のコリメートレンズ４０を設けることとしたが、これに限らず、空間的に離間した位置にコリメート光学系を設けることとしても良い。射出される出力光を受光できるならば、コリメート光学系は単数でも複数の光学部材で形成されていても良く、また、ドット領域の各々に対応して設けられていても、複数のドット領域からの出力光を一手に受光する大きなコリメート光学系であっても構わない。
【００８９】
また、本実施形態においては、画像形成装置５として透過型の画像形成装置を示して説明したが、図１０に示すように、第２実施形態の画像形成装置２に加え、画像形成部の出力光Ｌ２の射出面に、ドット領域１１に重なる複数のコリメートレンズ４０が設けられた画像形成部１０Ｆを有する反射型の画像形成装置６とすることもできる。
【００９０】
この構成によれば、励起光Ｌ１がコリメートレンズ４０を介してドット領域１１に入射することとなるが、ドット領域１１に対する入射角の違いによって、発生する出力光に差は生じない。すなわち、ドット領域１１において光散乱部材が分散するレーザー媒質に励起光が入射しさえすれば、内部で散乱しながらランダムレーザーを射出するため、コリメートレンズ４０を介するとしても、ドット領域１１に励起光Ｌ１が入射しさえすれば良く、スペックル発生を抑制し且つ高画質な画像形成が可能な画像形成装置とすることができる。
【００９１】
［第６実施形態］
図１１、１２は、本発明の第６実施形態に係る画像形成装置の説明図である。図１１に示すように、画像形成装置７は、図８に示す第５実施形態の画像形成装置５と一部共通している。画像形成装置７は、ドット領域一行分の幅を有する画像形成部１０Ｇと走査光学系３０との両方を異なる方向に揺動させることにより画像を形成する、一次元の画像形成装置である。
【００９２】
画像形成装置７では、画像形成部１０Ｇがドット領域１１の一行分の幅を有する構成であると共に、ドット領域１１の配列方向に延在する駆動軸周りを揺動可能となっており、出力光Ｌ２の光軸を副走査方向に変化させることとしている。また、走査光学系３０は、画像形成部１０Ｇの揺動軸と直交する方向に駆動軸を有し、励起光Ｌ１の光軸を主走査方向に変化させることとしている。
【００９３】
以上のような構成の画像形成装置７によれば、画像形成部１０Ｇがドット領域１１の一行分の幅を有する大きさとなるため、スペックル発生を抑制し且つ小型化された画像形成装置とすることができる。
【００９４】
なお第５実施形態と同様に、本実施形態においても透過型の画像形成装置７に対し、図１２に示すように、画像形成部の励起光Ｌ１の入射面に、ドット領域１１に重なる複数のコリメートレンズ４０が設けられた画像形成部１０Ｈを有する反射型の画像形成装置８とすることもできる。
【００９５】
また、本実施形態の画像形成装置においても、一行分のドット領域において、赤色、緑色、青色のレーザー光を射出するドット領域を繰り返し配列させることにより、フルカラー表示が可能である。
【００９６】
［プロジェクター］
次に、本発明のプロジェクターの実施形態について説明する。図１３から１６は、上述の画像形成装置を有するプロジェクターの説明図である。
【００９７】
図１３に示すプロジェクター１０１は、赤色、緑色、青色のレーザー光を発するレーザー媒質を備えることにより、それぞれ赤、緑、青色の画像を形成する第１実施形態の画像形成装置１Ｒ，１Ｇ，１Ｂと、各画像形成装置で形成された画像を合成するダイクロイックプリズム５０と、合成された画像をスクリーン７０に拡大投写する投写レンズ６０（投写光学系）と、を備えている。
【００９８】
図１４に示すプロジェクター１０２は、フルカラー表示が可能な第４実施形態の画像形成装置４と、投写レンズ６０と、を備えている。
【００９９】
図１５に示すプロジェクター１０３は、赤色、緑色、青色のレーザー光を発するレーザー媒質を備えることにより、それぞれ赤、緑、青色の画像を形成する第６実施形態の一次元の画像形成装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂと、ダイクロイックプリズム５０と、投写レンズ６０と、を備えている。
【０１００】
図１６に示すプロジェクター１０４は、フルカラー表示が可能な第６実施形態の画像形成装置８と、投写レンズ６０と、を備えている。
【０１０１】
これらのプロジェクターは、いずれにおいても、上述の光源装置を有しているため、低コヒーレンスであるランダムレーザーによって画像が形成されている。したがって、高出力で且つスペックル発生を抑制したプロジェクターとすることができる。
【０１０２】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【０１０３】
例えば、上述の実施形態においては、透過型の画像形成装置または反射型の画像形成装置として説明したが、これらは、波長選択層１５または反射部材１６を適宜設けることにより、相互に入れ替え可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１〜８…画像形成装置、１０、１０Ａ〜１０Ｈ…画像形成部、１１，１７…ドット領域、１２…レーザー媒質、１３，１３Ａ，１３Ｂ…光散乱部材、１５…波長選択層、１６…反射部材、１８…光熱変換層、１９…隔壁、２０…光源、３０…走査光学系（走査手段）、４０…コリメートレンズ（コリメート光学系）、６０…投写レンズ（投写光学系）、１０１〜０１４…プロジェクター、Ｌ１，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ…励起光、Ｌ２，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｉ…出力光、
【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】
2011040537.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011040537.tif 000015
【図１４】
2011040537.tif 000016
【図１５】
2011040537.tif 000017
【図１６】
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