(57)【要約】【課題】各波長帯域の光の利用効率を低下することなくスペックルの低減化を図る。【解決手段】波長の異なる光を出力する光源と１次元光変調装置を有する画像投射装置において、光変調装置による光の1次元中間像形成位置に光散乱素子20を配置する。この光散乱素子20を光源の各波長に対応する回折格子20R,20G,20Bを備え、各波長に対応する１次元中間像の結像位置を、走査光学系の走査方向と対応する矢印ｘで示す方向にずらして配置する。波長毎の回折角度を均一化し、光の利用効率低下を回避する。【選択図】図１０
2008008977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる光を出力するコヒーレント光源と１次元型の光変調装置を有する光源部と、該光源部からの光を受けて１次元中間像を形成する光学系と、該１次元中間像の形成位置に配置された光散乱部と、該光散乱部の後段に配置された走査光学系及び投射光学系を備えた画像投射装置において、
上記光散乱部は、上記コヒーレント光源の各波長に対応する回折格子を備えると共に、上記各波長に対応する１次元中間像の結像位置が、上記走査光学系の走査方向と対応する方向にずらして配置される構成とされた
ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
上記各波長に対応した上記回折格子が、上記光学系の光軸に沿って位置的にずらして配置されていることを特徴とする請求項1記載の画像投射装置。
【請求項３】
上記光散乱部の各波長に対応する回折素子が、光透過性部材上に一体に形成されて成ることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【請求項４】
上記光散乱部において上記走査光学系の走査方向と対応する方向に１次元中間像の結像位置がずらして配置される上記各波長の光は、画像生成面において走査方向に所定の間隔をもって投射されると共に、上記画像生成面上の結像位置に対応して画像情報が上記光変調装置によりそれぞれ変調され、
上記画像生成面における１次元画像は、上記走査方向に別々に投射される上記各波長の１次元画像が時間差をもって合成して生成されることを特徴とする請求項１記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光源を用いた画像投射装置に関わるものであり、特に１次元型の光変調装置を備えて成る画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源等のコヒーレント光源を用いた画像投射装置いわゆるプロジェクタ等においては、例えば、１次元空間変調型の光変調装置に対して線状ビームを照射するとともに、この光変調装置を用いて光を変調して得られる１次元画像を、ガルバノメータ等の光走査手段で１次元方向とは直交する方向に沿って走査しながら投射レンズ系を介してスクリーン上に投影することにより、２次元画像を形成することができる。
レーザを光源とする画像投射装置においては、高い可干渉性に起因するスペックルが問題視される。つまり、粒子状のノイズ（スペックルノイズ）が画面上に発生し、これが画質を劣化させる原因となる。
【０００３】
レーザ光を用いたディスプレイ装置において、スペックル低減方法としては例えば以下の方法が提案されている。
（Ａ）１次元中間像位置にディフューザ（光散乱用の光学素子）を設置し、このディフューザを振動させることによって時間的に異なるスペックルパターンを発生させ、視覚的な平均化の効果によってノイズが目立たないようにする方法。
（Ｂ）１次元型の光変調素子を用いた構成形態において、光変調素子による１次元中間像位置にディフューザを設置することにより、その後に光走査（スキャン）されてスクリーン上に投影される２次元画像のスペックルを低減させる方法（例えば特許文献１参照）。
この（Ｂ）による場合は、ディフューザによる回折散乱角度を大きくして、投射レンズの入射瞳に入る光束を広げることで、スペックルの低減効果を高めることができる。
【特許文献１】米国特許第６３２３９８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の（Ａ）及び（Ｂ）に示すスペックル低減方法による場合、複数の異なる波長、例えば、３原色（ＲＧＢ）に対して共通のディフューザを使用するため以下の問題が生じる。回折散乱角度は光源の波長に比例して大きくなるため、例えば、投射レンズの瞳径内に緑色（スペックル視感度が最も高い波長）の光束を拡げようとすると、波長の長い赤の光束が拡がり過ぎてケラレが生じてしまい、効率の大幅な低下を余儀なくされるといった問題が生じる。
【０００５】
以上の問題に鑑みて、本発明は、１次元型の光変調装置を用いて画像を生成する際に、各波長帯域の光の利用効率を低下することなくスペックルの低減化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、波長の異なる光を出力するコヒーレント光源と１次元型の光変調装置を有する光源部と、光源部からの光を受けて１次元中間像を形成する光学系と、１次元中間像の形成位置に配置された光散乱部と、光散乱部の後段に配置された走査光学系及び投射光学系を備えた画像投射装置において、光散乱部は、コヒーレント光源の各波長に対応する回折格子を備えると共に、各波長に対応する１次元中間像の結像位置が、走査光学系の走査方向と対応する方向にずらして配置される構成とすることを特徴とする。
【０００７】
従って、本発明の画像投射装置によれば、１次元中間像の形成位置に配置される光散乱部において、例えば３原色（ＲＧＢ）の各波長に対応する回折格子を用いることによって、光源の波長毎に回折散乱角と回折格子面を独立に選定することができる。つまり、光束の拡がり角や回折面の位置を波長に応じて選定して投射光学系に入射させることが可能である。
そして更に、本発明においては、波長毎に１次元中間像の結像位置を走査光学系による走査方向と対応する方向、例えば横方向にずらして配置することから、形成周期の異なる回折格子を有する光散乱部を１次元中間像の形成位置に配置してスペックルを低減させるとともに、光利用効率の著しい低下を伴わずに各波長の光束を投射光学系の瞳径に対して充分に拡げることが可能となる。したがって、各波長帯域の光の利用効率を低下することなくスペックルの低減効果を高めることが可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光利用効率の低下を伴わずにスペックルの低減化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明は、波長の異なる複数のコヒーレント光源及び例えば回折格子型の１次元型光変調装置を用いて画像表示や画像出力等を行う画像投射装置において、スペックル低減効果を高めるとともに、光利用効率の低下を抑制ないしは回避するものである。
図１は、本発明に係る画像投射装置１を、前面投射型の画像投射装置に適用した場合の基本構成について概要を例示した概略構成図である。
本実施形態例において、コヒーレント光源２から出力される光は、照明光学系３を経て光変調部４に到達し、ここで変調された光が色合成部５、空間フィルタを含む光学系６、光散乱部７を経て、投射及び走査光学系８に到達する。
コヒーレント光源２には、複数の光源が用いられる。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の波長毎に半導体レーザや固体レーザ等を用いたレーザ光源２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが設けられており、図示しない電源部からの電力供給を受けて各色に応じた波長のレーザビームをそれぞれ出力する。
照明光学系３は、レーザビームを光変調部４に対して所定の光強度プロファイルをもって照射するために設けられている。本例では、各レーザ光源から出力されるビームを１次元の線状ビームに変換する役目を有し、ビーム拡大光学系やラインジェネレータ等を用いて構成される。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に応じた光学系３Ｒ、３Ｇ、３Ｂがそれぞれに用いられる。
【００１０】
光変調部４には、例えば、１次元型の光変調装置が使用される。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した１次元型の光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを用いて構成され、上述の光学系３Ｒ、３Ｇ、３Ｂにより均一化された強度分布いわゆるトップハット分布の線状ビームとされて、各光変調装置４Ｒ、４Ｇ及び４Ｂに照射される。
なお、１次元光変調装置としては、例えば後述するＧＬＶ（グレーティング・ライト・バルブ）型構成の光変調装置を使用することができる。
ＧＬＶ型構成の光変調装置を使用する形態では、高速な動作制御が可能であることや、広い帯域幅で高い解像度の画像表示を行う場合に低い動作電圧でもって駆動可能なこと等の特長が得られる。なお、光源２、照明光学系３、光変調部４を含む光源部に限らず、光源部に自己発光型デバイスを用いた構成形態への適用が可能である。
図１において、１次元型の光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂに照射された照明光は、画像等の情報に対応して反射光や回折光に変調されて出力され、色合成部５では、変調された各色光が合成された後、光学系６に到達する。
【００１１】
光学系６には、光学素子や空間フィルタが含まれ、光源部からの光を受けて所定位置に１次元中間像を形成する。空間フィルタは、特定次数の回折光成分を選別する役目をもち、例えば、光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを用いて変調された光のうち、±１次回折光をとり出し、画像表示に用いない０次光を遮光する用途でシュリーレンフィルタが用いられる。
光学系６による１次元中間像の形成位置には、光散乱部７が配置される。光散乱部７としては、後述するように各レーザ光源の波長に対応して複数の異なる周期を持つ回折格子を有する光散乱部いわゆるディフューザが用いられる。
【００１２】
光散乱部７の後段には、投射及び走査光学系８が配置され、１次元中間像をスクリーン１５等の画像生成面１５Ｓに投影する機能と、１次元中間像を走査することにより２次元画像化を行う機能を有する。投射及び走査光学系８としては、例えば下記に示す構成形態が挙げられる。
（ａ）投射光学系の後段に走査光学系を配置する構成。
（ｂ）走査光学系の後段に投射光学系を配置する構成。
（ｃ）投射光学系内に走査光学系が包含されるようにした一体的構成。
【００１３】
走査光学系には、例えばガルバノメータやポリゴンミラーが用いられ、１次元像の入射光を受けて１次元像を形成する。即ち、１次元像の形成方向を第１の方向とするとき、この第１の方向は１次元型の光変調素子の長軸方向に対応しており、第１の方向に対して直交する第２の方向に沿って光走査を行うことにより２次元像が形成される。
走査光学系の走査によって得られる２次元像は、投射光学系の作用によってスクリーン１５等の画像生成面１５Ｓ上に拡大投影され、映像表示が行われる。
【００１４】
光変調装置４の駆動制御は、映像信号Ｓｖに応じて駆動制御部９により行われる。例えば、映像信号は色差信号からＲＧＢの色信号に変換される。そして、γ（ガンマ）特性等の非線形特性が付与されている場合には、逆補正を行うことで線形特性への変換が行われた後、照明光源の色再現範囲への対応のための色空間変換処理等が行われる。駆動制御部９の出力信号は、１次元型の光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂの駆動回路を介して、光変調装置の１画素を構成する各光変調素子にそれぞれ供給され、これにより、色毎にレーザ光の変調制御が行われる。
光走査制御部１０は、投射及び走査光学系８を構成する光学素子の駆動制御、例えばガルバノミラーの回転制御を行う。つまり、光変調装置４Ｒ、４Ｇ、４Ｂにより変調されて得られる１次元像を走査して２次元化するための制御を行うものであり、同期信号Ｓｓに従って制御信号を投射及び走査光学系８に送出し、回転機構部等の動作を制御する。
【００１５】
次に、ＧＬＶ型の光変調装置の一例について説明する。
図２は、回折格子型の光変調素子１１を複数並置配列して構成した回折格子型の光変調装置５０の要部の概略平面構成図である。この光変調素子１１は、基板１２上に形成した下部電極３３と、この下部電極３３をブリッジ状に跨ぐように配置したリボン状の第１及び第２の電極３１及び３２とを有して構成される。第１及び第２の電極３１及び３２は例えば交互に配置され、これら第１及び第２の電極３１及び３２と下部電極３３とは、その間の空間によって電気的に絶縁されている。また、第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばその両端が屈曲されて支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂとされ、この支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂを介して基板１２に支持されて構成される。
【００１６】
ここで基板１２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁性材料より成る下地膜と、その上面に形成され、導電性を有する材料から成る上部電極とから構成される。この場合上部電極３８としては、例えば高い反射率を有するＡｌやＡｌＣｕ合金等より成り、少なくともその上面中央部が反射領域として構成される。
【００１７】
そして図２に示すように、第１の電極３１は一様に固定電位に接続するバイアス電極へ接続され、第２の電極３２は、回折格子型の光変調素子１１毎にそれぞれ異なる制御電極へ接続される。バイアス電極は、複数の光変調素子１１において共通とされており、図示しないバイアス電極端子部を介して接地されている。下部電極３３も、複数の光変調素子１１において共通とされており、図示しない下部電極端子部を介して接地される。図２において、各電極３１及び３２の延長する方向を矢印Ｘ、並置配列される幅方向を矢印Ｙでそれぞれ示す。なお、第１の電極３１は接地電位に限定されることなく、例えば所定の電位としてもよい。
この場合、第１及び第２の電極３１及び３２は３本ずつ６本で一組の光変調素子１１が構成され、この光変調素子１１が基体（図示せず）上に例えば１０８０組、合計６４８０本の第１及び第２の電極３１及び３２の矢印Ｙで示す幅方向に並置配列して形成され、回折格子型の光変調装置５０が構成される。
【００１８】
図２の矢印Ｂ−Ｂに沿った第１の電極３１の概略断面図を図３に示し、図２の矢印Ａ−Ａに沿った第２の電極３２の非駆動状態及び駆動状態における概略断面図をそれぞれ図４及び図５に示す。また、図２の矢印Ｃ−Ｃに沿った隣接する２つの光変調素子１１の一部概略断面図を図６に示す。また図６においては、隣接する光変調素子１１の左側が非駆動状態（いわゆるピクセルオフ状態）、右側が駆動状態（ピクセルオン状態）の場合を示す。図３〜図５に示す例においては、各電極の支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂが柱状とされ、かつその内部に空隙を有する構造とする例を示すが、支持部の形状はその他種々の構造とし得る。
【００１９】
接続端子部、制御電極を介して第２の電極３２へ電圧を印加したピクセルオン状態では、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生する。この静電気力によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が下方に変位して、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。
ここで、図６に示すように、隣接する第１の電極３１の間の距離をｄとし、また第１及び第２の電極３１及び３２に入射する光（入射角：θｉ）の波長をλ、回折角をθｍとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θｍ）］＝ｍ×λ
で表すことができる。ここで、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、ピクセルオン状態における第１及び第２の電極３１及び３２の頂面の高さの差Δｈが（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。すなわち、第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第１及び第２の電極３１及び３２の頂面の高さの差Δｈを変化させ、その結果、回折光の強度を変化させて階調制御を行うことができる。
【００２０】
この光変調装置５０は、図７に概略断面構成図を示すように、基体１２上に光変調装置５０の周囲をガラス等より成る光透過部材１３に覆われて構成される。なお、図７において、回折格子型の光変調素子の図示は省略している。基体１２と光透過部材１３とは、低融点金属材料層１４によって接合されている。
【００２１】
図８及び図９は、本例の画像投射装置の主要部について光学的構成の一例を示したものであり、図８は、１次元型の光変調装置の長軸方向（画素配列方向）に沿う方向から見た概略平面構成図を示し、図９は、この長軸方向とは直交する方向から見た光変調装置４Ｒ（又は４Ｂ又は４Ｇ）、光学系６、光散乱部７、投射及び走査光学系８の概略側面構成図を示す。なお、これらの図には、レーザ光源、照明光学系、光変調装置に関して、便宜上、３原色のうち、ある波長だけを例示しているが、実際の光学系では、上記のように波長毎に光源部が設けられて、各色光が色合成部において合成される。図８及び図９においては、光散乱部７の通過前後の光軸方向を矢印ｚ、これと直交し、１次元中間像の長手方向を矢印ｙ、矢印ｙ及びｚと直交する方向を矢印ｘでそれぞれ示す。
【００２２】
図８において、レーザ光源２Ｒ（又は２Ｇ又は２Ｂ）から出射されたビームは、照明光学系３において、例えば発散レンズ３ａ、コリメートレンズ３ｂ、シリンドリカルレンズ３ｃを透過して１次元型の光変調装置４Ｒ（又は４Ｇ又は４Ｂ）に照射される。シリンドリカルレンズ３ｃは図８の紙面に平行な面内でパワーをもち、紙面に直交する面内ではパワーをもたない構成とする。
光変調装置４Ｒ（又は４Ｇ又は４Ｂ）が例えば上述した反射型回折格子が用いられるＧＬＶ型光変調装置とされる場合は、その回折格子の配列方向が図８及び図９の紙面に垂直な矢印ｙで示す方向とされる。１次元型の光変調装置４Ｒ（又は４Ｇ又は４Ｂ）における反射光や回折光は、例えばリレー光学系とされる光学系６にて、第１リレーレンズ６ａ、シュリーレン絞り６ｂ、第２リレーレンズ６ｃの順に透過する。例えば、シュリーレン絞り６ｂにおいて０次光が遮光され、±１次回折光が選択的に通過して後段の光散乱部７に到達する。なお、本発明の画像投射装置においては、図示のようなレンズを用いたリレー光学系に限らず、例えば、主鏡及び副鏡を用いて、副鏡にシュリーレン絞りを設置したオフナーリレー光学系等を用いても良く、要は、光源部からの光を受けて１次元中間像を形成する各種光学系の適用が可能である。
【００２３】
光学系６を通った後に形成される１次元中間像の像面には光散乱部７いわゆるディフューザが設置され、この光散乱部７を用いて波長毎に回折により散乱された光は、投射及び走査光学系８を介してスクリーン等の画像生成面１５Ｓ上に投影される。投射及び走査光学系８において、前段には投射レンズ等の投射光学系７ａが配置され、光散乱部７によって拡散された光束が入射される。投射光学系７ａの後段には、走査光学系８Ｓが配置される。図８に示す例においては、紙面に垂直な矢印ａで示す方向を回転軸として矢印Ｒで示すように回転する回転反射鏡、例えばガルバノミラー８ａを示す。画像信号と同期した光走査によって１次元像が２次元化されてスクリーン等の画像生成面１５Ｓ上に投影される。
【００２４】
そして本発明においては、上述したように、１次元中間像形成位置に光散乱部７を配置すると共に、光源毎の波長に対して例えば比例する周期の回折格子が各波長の光の１次元中間像位置に形成される。この場合、例えばフォトリソグラフィ技術により、波長毎に一定の繰り返し周期すなわち回折格子のピッチをもって、合成石英やガラス等の基板上に格子パターンを形成して構成する。例えば±３次等の比較的高次の回折光の回折角度が等しくなるように回折格子の周期を設計することにより、各波長の光の回折角度を略等しくし、したがって、画像生成面１５Ｓ上での入射角度を波長によらずに略等しくすることができる。
【００２５】
図１０Ａは、光散乱部の一例の概略断面構成図である。この場合、３波長に対応する回折格子２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂが光透過性部材２１上に一体に形成されて成る光散乱素子２０とした例を示す。このように１つの光学素子より光散乱部を構成することによって、装置構成、組み立て作業の簡易化を図ることができる。図１０Ａにおいては、図８及び図９と対応する方向を矢印ｘ、ｙ及びｚとして示す。例えば赤色光に対応する回折格子２０Ｒと、緑色光に対応する回折格子２０Ｇと、青色光に対応する回折格子２０Ｂとが、所定の間隔、例えば１００μｍ程度の間隔をもって１次元中間像の長手方向と直交する横方向に位置的にずらした状態で形成されている。赤、緑及び青色光の波長λＲ、λＧ及びλＢはそれぞれ例えばλＲ=６４０ｎｍ程度、λＧ＝５３０ｎｍ程度、λＢ＝４５０ｎｍ程度とすることができるが、各レーザ光源の発振光の中心波長帯域はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
図１０Ｂは、ある特定波長の入射光に対する回折の様子を示す概念的な説明図であり、回折格子２０Ｒ（又は２０Ｇ又は２０Ｂ）に各波長の光が入射した状態を表す。
光散乱部への入射角θinについては、例えば、±１０°程度が許容範囲とされる。つまり、高次回折光の回折角度に対応して小さい角度であることが求められる。
±３次回折光の回折角θ3については、０次光を基準として、例えば、±９°程度とされる。許容範囲を広げすぎると、投射レンズの開口数（ＮＡ）を大きくする必要が生じ、投射レンズのコスト上昇等を招く原因となる。
４次以上の回折光比率については、効率等を考慮して、例えば、１０％未満にすることが好ましい。＋３次〜−３次の回折光量のバラツキに関しては、各次数の光量平均値を基準として±５０％以下にすることが好ましい。これは、投射レンズの射出瞳上で光量分布が集中すると輝度バラつきが生じる恐れがあり、好ましくないことによる。
【００２７】
回折効率は、格子高さや格子形状によって変化させることができる。回折格子の繰り返し周期が回折散乱角に対応し、回折散乱角が波長に比例することから、波長に応じて繰り返し周期を選定すれば、回折散乱角度を波長によらない一定値又は一定範囲内にすることができる。つまり、回折散乱角Δθは波長λと回折格子の繰り返し周期ｐに対して
Δθ∝λ／ｐ
の関係にあるので、波長λに比例して繰り返し周期ｐを選定すればよい。
図１１にこのように回折格子の繰り返し周期ｐを選定した場合の光散乱素子２０に対して各波長の光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢが入射した状態を模式的に示す。図１１において、図１０Ａと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。回折格子の繰り返し周期を波長に略比例して選定することにより、各回折格子２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂにおける３次回折光の回折角度θ３Ｒ、θ３Ｇ、θ３Ｂを略等しくすることができる。
【００２８】
また、本発明においては、図１０Ａ及び図１１に示すように、３原色の波長に対応する各回折格子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、光学系の光軸（矢印ｚで示す方向）に沿って位置的にずらして配置される例を示す。すなわち本発明においては、波長に対応して設ける回折格子の光軸に沿う方向の間隔を光学的に適切な配置とするものである。
例えば、回折格子２０Ｒ及び２０Ｇの面間隔をｄ１とし、回折格子２０Ｇ及び２０Ｂの面間隔をｄ２とすると、ｄ１＝ｄ２とする必要はなく、ｄ１又はｄ２を、許容範囲内で任意に選定することが可能であり、設計上の自由度を高めることができる。回折格子の面間隔の適切な選定により、画像生成面上に投射するにあたって波長毎の軸上色収差の問題を解決することができる。
【００２９】
すなわち、本発明の画像投射装置に用いる光散乱部として用いる光散乱素子の回折格子の設計にあたっては、下記に示す事項が独立して行われる。
（Ａ）波長毎に回折格子間隔（ピッチ）を変更すること。
（Ｂ）波長毎の回折面を光軸方向にずらすこと。
【００３０】
上記（Ａ）に示すように、３原色等の波長毎に回折格子の繰り返し周期、すなわち格子周期を選定することで、回折散乱角度を波長毎に設定可能である。例えば、上述したように、波長に略比例した格子周期にして回折散乱角が波長に依存しないように設計することができ、緑色光でも赤色光と同じか又はほぼ同程度の回折角を得ることができる。これにより、実質的に実効瞳径の拡大が可能となる。つまり、投射レンズの瞳径内に緑色光束を、赤色光束と同程度に拡げることができ、赤色光束のケラレの問題がなく、効率低下を伴うことがなくなる。また、光束を拡げることで、画像生成面上の単位面積当たりの光強度が抑えられるので、安全上有利となる。
また、上記（Ｂ）に示すように、光軸上において回折格子面の間隔を適切に選定する設計上の自由度が得られると共に、この回折格子の面間隔の適切な選定により、軸上色収差の問題を解決することができ、光学的性能の向上に寄与する。
更に、このように波長毎に独立して設計した回折格子面を、各波長の光の１次元中間像面位置に配置することは、スペックル低減に有効であると共に、解像度維持のためにも必要とされる。つまり、波長毎に異なった位置に１次元中間像面が存在する場合であっても、波長に応じた回折格子面を最も適切な位置に配置することによって、解像度の劣化を抑制ないしは回避することができることとなる。
【００３１】
なお、図１０及び図１１に示す例においては、光散乱素子２０の各波長に対応する回折格子２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂの間の側面を光軸に沿う面とした例であるが、この側面における高次回折光の反射によるいわゆるケラレを抑制するために、例えば図１２に示すように、側面２０Ｓ１及び２０Ｓ２を斜面とすることも可能である。また、図示しないが、これの側面の一部を斜面又は曲面等としてもよい。このような構成とすることにより、高次の回折光Ｌｈの側面における反射を抑制し、投射される画像光への影響を抑制することが可能である。図１２において、図１１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３２】
上述したように、本発明の画像投射装置においては、各波長例えば３原色に対応する光が、光軸と直交する走査方向にその１次元中間像の結像位置をずらして配置される。したがって、画像生成面においては走査方向に所定の間隔をもって投射されるので、この画像生成面上の結像位置に対応して画像情報が上記光変調装置によりそれぞれ変調されることが望ましい。つまり、画像生成面において、走査方向に例えば赤色光、緑色光及び青色光が別々に投射走査され、画像生成面上におけるフルカラーの１次元画像は、走査方向に所定の間隔をもって投射される各色１次元画像が時間差をもって合成して生成される。これについて図１３を参照して説明する。
図１３においては、画像生成面例えばスクリーン面上での１次元画像（すなわち縦方向の１画素分のライン状画像）毎に投射される赤色光、緑色光及び青色光を、時系列（ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・）に対応してそれぞれ順次（Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１・・）、（Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２・・）、（Ｒ３，Ｇ３，Ｂ３・・）が走査方向に矢印Ｓで示すように移動して照射される様子を模式的に示したものである。例えば画像生成面上の位置Ｓ１では時刻ｔ１においては赤色光Ｒ１のみ、位置Ｓ２では時刻ｔ１に緑色光Ｇ１及び時刻ｔ２に赤色光Ｒ２、位置Ｓ３では時刻ｔ１に青色光Ｂ１及び時刻ｔ２に緑色光Ｇ２及び赤色光Ｒ３、位置Ｓ４では時刻ｔ２に青色光Ｂ２及び時刻ｔ３に緑色光Ｇ３及び時刻ｔ４に赤色光Ｒ４、・・・というように、ある特定の位置において時間差をもって赤色光、緑色光及び青色光が順次表示されることとなる。つまり、位置Ｓ３においてはＢ１＋Ｇ２＋Ｒ３の合成により表示すべき画像情報が投射されるように、図１に示す画像投射装置１の駆動制御部９において光変調装置４に出力する駆動信号を調整しておけばよい。
【００３３】
なお、光散乱部に設ける各波長に対応する回折素子の位置ずれ量によっては、画像生成面上での各色光の間隔を１画素分以上とすることも可能である。例えばスクリーン等の画像生成面上において、図１４に示すように、時刻ｔ１において投射される赤色光Ｒ１及び緑色光Ｇ１及び青色光Ｂ１の間隔を１画素幅の整数倍とすることも可能である。図１４において図１３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、同時に投射される各色光の間隔を（ｎ−１）画素分（ｎは整数）とした例を示し、例えば位置Ｓ２ｎにおいて、時刻ｔ１に青色光Ｂ１及び時刻ｔｎに緑色光Ｇｎ、更に時刻ｔ２ｎに赤色光Ｒ２ｎが投射され、これらの光が合計ｔ２ｎの時間差をもって合成され、位置Ｓ２ｎに表示されるべきフルカラーの１次元像が画像生成面上で生成されることとなる。
このように、同時刻に表示される赤色光、緑色光及び青色光の間隔をとることによって、同時に一箇所に投射される光量は３分の１となる。したがって、同じ安全基準を満たす画像投射装置とした場合に、輝度を３倍程度向上させることも可能である。なお、各色光の表示される位置間隔（すなわち時間間隔）は等間隔である必要はない。
【００３４】
以上説明したように、本発明の画像投射装置においては、光散乱部が異なる波長の光に対応する特性を有する複数の回折格子を備える構成とするものであり、コヒーレント光源の各波長に対して１次元中間像結像位置にそれぞれ対応する回折格子を配置することで、波長に対応して光を散乱させる構成とすることができる。これにより、比較的長い波長の光（例えば、赤色）の利用効率を低下させることなく、各色の光束を投射光学系の入射瞳径まで最大限に拡げることができ、開口を有効に活用することができて、例えば、下記に示す利点が得られる。
【００３５】
（１）スペックル低減効果を高めることができるため、Ｓ／Ｎ比の向上に寄与する。しかも、そのために光利用効率の低下や、構成の複雑化や著しいコスト上昇等を伴わないという利点を有する。したがって高画質化、高性能化に適した構成が実現され、また、小型化やコスト削減等に有用である。
（２）レーザ光を用いた装置の安全性を充分に保証することができ、しかも、そのためにレーザ光出力等を低下させる必要がない。
（３）１次元中間像面の位置を波長毎に自由に設定できることにより、投射光学系やリレー光学系の軸上色収差について光学部品に対して厳しい精度を求める必要がなく、すなわち軸上色収差に対する許容範囲を広げることができる。
（４）光学的な設計自由度が高くなり、投射光学系の解像度性能の向上、画像歪の低下等に関して設計マージンが大きくなることや、光学素子に特殊な硝材を用いる必要がなくなり、投射光学系の低コスト化が可能になる。
【００３６】
なお、本発明による画像投射装置は、上述の各実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、例えば赤、緑及び青色以外の波長帯域のコヒーレント光源を用いる場合など、また、スクリーンとして円筒面を用いる場合など、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る画像投射装置に用いる光変調装置の一例の概略平面構成図である。
【図３】図２の矢印Ａ−Ａに沿った第１の電極の概略断面構成図である。
【図４】図２の矢印Ｂ−Ｂに沿った第２の電極の非駆動状態の概略断面構成図である。
【図５】図２の矢印Ｂ−Ｂに沿った第２の電極の駆動状態の概略断面構成図である。
【図６】図２の矢印Ｃ−Ｃに沿った第１及び第２の電極の概略断面構成図である。
【図７】本発明の実施形態例に係る画像投射装置に用いる光変調装置の一例の概略断面構成図である。
【図８】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の要部の概略平面構成図である。
【図９】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の一例の要部の概略側面構成図である。
【図１０】Ａ及びＢは本発明の実施形態例に係る画像投射装置の光散乱部の一例の概略断面構成図及びその回折態様の模式的説明図である。
【図１１】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の光散乱部の一例の回折態様を示す概略断面構成図である。
【図１２】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の光散乱部の一例の回折態様を示す概略断面構成図である。
【図１３】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の画像生成面における各色光の投射位置の時系列変化を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施形態例に係る画像投射装置の画像生成面における各色光の投射位置の時系列変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１．画像生成装置、２．コヒーレント光源、２Ｒ．レーザ光源、２Ｇ．レーザ光源、２Ｂ．レーザ光源、４Ｒ．光変調装置、４Ｇ．光変調装置、４Ｂ．光変調装置、６．光学系、７．光散乱部、８．投射及び走査光学系、９．駆動制御部、１０．光走査制御部、１５．スクリーン、１５Ｓ．画像生成面、１７．投射光学系、２０．光散乱素子、２０Ｒ．回折格子、２０Ｇ．回折格子、２０Ｂ．回折格子、２１．光透過性部材
【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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【図１４】
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