(57)【要約】【課題】スペックルを低減させるレーザーおよびそれを有するレーザーディスプレイ装置を提供する。【解決手段】活性層から放射される光を共振させることによって第１側面１３０ａからレーザー光Ｌを放射する半導体部１３０と、第１側面と対向する第２側面１３０ｂに対向して配置され、第２側面に対し垂直方向に振動し、レーザー光を反射させるミラー１１１を有する振動ミラー部１１０と、を有し、レーザー光は、半導体部の第１側面とミラーとの間の共振により発生し、レーザー光の共振のモードは、ミラーの振動によって変動することを特徴とするスペックル低減レーザー。【選択図】図１
2008187175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層から放射される光を共振させることによって第１側面からレーザー光を放射する半導体部と、
前記第１側面と対向する第２側面に対向して配置され、前記第２側面に対し垂直方向に振動し、前記レーザー光を反射させるミラーを有する振動ミラー部と、を有し、
前記レーザー光は、前記第１側面と前記ミラーとの間の共振により発生し、前記レーザー光の共振のモードは、前記ミラーの振動によって変動することを特徴とするスペックル低減レーザー。
【請求項２】
前記半導体部の前記第２側面に設けられた、前記レーザー光の反射を抑制する反射防止部材をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のスペックル低減レーザー。
【請求項３】
前記半導体部の前記第１側面には、ハーフミラーが設けられ、前記ハーフミラーを通してレーザー光が出力されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のスペックル低減レーザー。
【請求項４】
前記レーザー光の共振のモードの周波数スペクトルの変動幅は、前記変動前の前記共振のモードにおける周波数スペクトル間の間隔と同じであるか、またはそれより狭いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスペックル低減レーザー。
【請求項５】
前記半導体部は、前記活性層の上部のリッジ構造により共振領域が制限されていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれかに記載のスペックル低減レーザー。
【請求項６】
前記振動ミラー部は、前記ミラーが付着されることにより前記ミラーを振動させる、振動器を備えることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれかに記載のスペックル低減レーザー。
【請求項７】
スクリーンにレーザー光を走査して画像を表示するレーザーディスプレイ装置であって、
活性層から放射される光を共振させることによって第１側面からレーザー光を放射する半導体部と、前記第１側面と対向する第２側面に対向して配置され、前記第２側面に対し垂直方向に振動して前記レーザー光を反射させるミラーを有する振動ミラー部と、を有し、前記レーザー光は、前記第１側面と前記ミラーとの間の共振により発生し、前記レーザー光の共振のモードは、前記ミラーの振動によって変動するスペックル低減レーザーを有するレーザー照明系を備えることを特徴とするレーザーディスプレイ装置。
【請求項８】
前記スペックル低減レーザーは、前記半導体部の前記第２側面に設けられた、前記レーザー光の反射を抑制する反射防止部材をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項９】
前記スペックル低減レーザーは、前記半導体部の第１側面にハーフミラーが設けられ、前記ハーフミラーを通してレーザー光が出力されることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記レーザー光の共振のモードの周波数スペクトルの変動幅は、前記変動前の前記共振のモードにおける周波数スペクトル間の間隔と同じであるか、またはそれより狭いことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記半導体部は、前記活性層の上部のリッジ構造により共振領域が制限されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記振動ミラー部は、前記ミラーが付着されることにより前記ミラーを振動させる、振動器を備えることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記振動ミラー部の振動周波数は、前記レーザーディスプレイ装置により表示される画像の画素周波数より大きいか、または同じであることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記レーザー照明系から放射されるレーザー光から入力された画像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射光学系と、
をさらに有することを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記レーザー照明系から照射されるレーザー光を前記スクリーンに走査して画像を形成する走査システムをさらに備えることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記走査システムは、前記レーザー照明系からのビームを水平及び垂直方向に走査する２次元光スキャナーを備えることを特徴とする請求項１５に記載のレーザーディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記走査システムは、
前記レーザー照明系から照射された光の断面形状が線状となるように入射光を整形するビーム整形器と、
前記ビーム整形器で整形された光を画像信号によって変調するラインパネルと、
前記レーザー照明系からの光を前記ラインパネルの長手方向と垂直な方向に画像信号に変調して走査する１次元光スキャナーと、
を有することを特徴とする請求項１５に記載のレーザーディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペックル低減レーザー及びそれを採用したレーザーディスプレイ装置に関し、より詳細には、レーザーの共振のモードに変動を与えることによりスペックルを低減させたスペックル低減レーザーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディア社会の急進展とともに、表示画面の大型化及び高画質化が要求されている。最近は、高い解像度に加えて、より自然なカラーの具現が重要視されている。
【０００３】
より自然なカラーの具現のためには、レーザーのような色純度の高い光源の利用が必要である。しかし、レーザーを光源として利用して画面を具現する場合、レーザー光の可干渉性に起因したスペックルが発生して画質を低下させるという問題点がある。ここで、スペックルとは、任意の干渉パターンをいう。すなわち、レーザー光がスクリーンの表面で反射されるとき、スクリーンの表面の粗さにより散乱される光によるノイズをいう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、振動するミラーを利用してレーザーの共振のモードに変動を与えることによってスペックルを低減させたスペックル低減レーザーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的を達成するために、本発明に係るスペックル低減レーザーは、活性層から放射される光を共振させることによって第１側面からレーザー光を放射する半導体部と、第１側面と対向する第２側面に対向して配置され、第２側面に対し垂直方向に振動し、レーザー光を反射させるミラーを有する振動ミラー部と、を有し、レーザー光は、半導体部の第１側面とミラーとの間の共振により発生し、レーザー光の共振のモードは、ミラーの振動によって変動することを特徴とする。
【０００６】
半導体部の第２側面に設けられた、レーザー光の反射を抑制する反射防止部材をさらに備えることが望ましい。
【０００７】
さらに、半導体部の第１側面には、ハーフミラーが設けられ、ハーフミラーを通してレーザー光が出力されることがさらに望ましい。
【０００８】
ここで、レーザー光の共振のモードの周波数スペクトルの変動幅は、変動前の共振のモードにおける周波数スペクトル間の間隔と同じであるか、またはそれより狭いことが望ましい。
【０００９】
また、本発明に係るレーザーディスプレイ装置は、スクリーンにレーザー光を走査して画像を表示するものであって、スペックル低減レーザーを有するレーザー照明系を有することを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記振動ミラー部の振動周波数は、レーザーディスプレイ装置により表示される画像の画素周波数より大きいか、または同じであることが望ましい。
【００１１】
レーザーディスプレイ装置は、レーザー照明系から放射されるレーザー光から入力された画像信号に対応する画像を形成する画像形成素子と、画像形成素子で形成された画像をスクリーンに拡大投射させる投射光学系と、をさらに備える面投射方式でありうる。
【００１２】
または、レーザーディスプレイ装置は、レーザー照明系から放射されるレーザー光をスクリーンに走査して画像を形成する走査システムをさらに有する線投射または点投射方式でありうる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るスペックル低減レーザーは、共振経路上に振動するミラーを設置し、レーザーの共振のモードを変動させることによってスペックルを低減できる。かかる振動するミラーは、周知の共振器などを利用して実現可能である。さらに、かかるスペックル低減レーザーを採用したレーザーディスプレイ装置は、スペックルの低減のためのモード変動条件を容易に達成できるので、面投射方式や線投射方式または点投射方式の多様な方式に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態に係るスペックル低減レーザーおよびそれを採用したレーザーディスプレイ装置について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るスペックル低減レーザーの概略的な断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係るスペックル低減レーザーは、マウント１０１上にレーザー光を放出する半導体部１３０と、レーザー光の共振のモード（以下、「共振モード」と称する）を変化させる振動ミラー部１１０とを備える。本実施形態に係る半導体部１３０は、第１側面１３０ａからレーザー光を放射する側面発光型のレーザー共振構造を有する。半導体部１３０の第２側面１３０ｂには、反射防止部材１２０が設けられ、半導体部１３０でのレーザー共振が振動ミラー部１１０側まで拡張されて起きる。
【００１７】
図２に示すように、ｎ型基板１３２の上面にｎ型クラッド／導波層１３３、活性層１３４、ストライプ状のリッジ部１３５ａを有するｐ型クラッド／導波層１３５、ｐ型コンタクト層１３８及びｐ型電極１３７が順次に積層されており、ｎ型基板１３２の底面には、ｎ型電極１３１が設けられている。１３６は、ｐ型クラッド／導波層１３５のリッジ部１３５ａの側面に設けられた絶縁層を表す。
【００１８】
ｎ型電極１３１とｐ型電極１３７に電源を印加すれば、電子と電孔は、活性層１３４で結合して光を発生させる。発生した光は、ｎ型クラッド／導波層１３３及びｐ型クラッド／導波層１３５の間で所定のモードを形成し、側面を通じて放射される。ｐ型クラッド／導波層１３５のリッジ部１３５ａにより横モードの共振領域が制限されることによって、半導体部１３０から光が放出される領域は、リッジ部１３５ａの近辺のＡ領域に制限される。図２に示したＡは、活性層１３０から光が放射される領域を表す。半導体層１３０の側面には、反射防止部材１２０が設けられ、縦モードの共振が半導体層１３０の外部に拡張される。
【００１９】
図２を参照して説明した半導体部１３０の構成は一例であり、これに限定されない。例えば、リッジ構造は、本発明における必須の構成要素ではなく、ｎ型とｐ型とは互いに逆にしうる。また、ｎ型基板１３２の代わりに、サファイア基板のような絶縁基板が採用されうる。この場合、基板とｎ型クラッド／導波層との間には、ｎ型コンタクト層が置かれ、ｎ型コンタクト層の一部が遮断され、その遮断された部分にｎ型電極が設けられる。
【００２０】
再び図１を参照すると、半導体部１３０の振動ミラー部１１０と対向する第２側面１３０ｂには、反射防止部材１２０が設けられている。この反射防止部材１２０は、少なくとも一つの誘電体層からなり、屈折率と厚さとを適切に調節して、半導体部１３０の空気との界面となる第２側面１３０ｂにおける光損失を最小化する。すなわち、光が半導体部１３０から振動ミラー部１１０側に放出されるか、または逆に振動ミラー部１１０から反射されて半導体部１３０に再び入射するとき、半導体部１３０の第２側面１３０ｂでの反射を抑制して、光を半導体部１３０の第１側面１３０ａと振動ミラー部１１０のミラー１１１との間で共振させる。かかる反射防止のためのコーティング膜に該当する反射防止部材１２０については周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００２１】
一方、半導体部１３０の反射防止部材１２０が設けられた第２側面１３０ｂに対向する第１側面１３０ａには、ハーフミラー１６０が設けられている。このハーフミラー１６０は、光が半導体部１３０の第１側面１３０ａと振動ミラー部１１０のミラー１１１との間における共振をさらに効率的に行わせる。しかし、かかるハーフミラー１６０は、本発明の必須的な構成要素ではない。ハーフミラー１６０が設けられていなくても、半導体層１３０と外部空気との屈折率差により、半導体層１３０の内部から放射された光の一部は、半導体層１３０の空気との界面をなす第１側面１３０ａで反射されて共振され、共振された光の一部は、第１側面１３０ａで透過されてレーザー光として放出される。
【００２２】
振動ミラー部１１０は、半導体部１３０のレーザー光が放射される第１側面１３０ａに対向する第２側面１３０ｂ側に所定距離だけ離隔されて配置される。このとき、振動ミラー部１１０は、ミラー１１１の振動幅を考慮し、半導体部１３０の第２側面１３０ｂに可能な限り近く配置される。
【００２３】
半導体部１３０と振動ミラー部１１０とが設置されるマウント１０１は、放熱部材やヒートシンクの構造を有することが望ましい。かかる構造により、半導体部１３０の発熱による振動ミラー部１１０の変形などを抑制できる。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るスペックル低減レーザーの振動ミラー部１１０を概略的に示す図面である。図３に示すように、振動ミラー部１１０は、ミラー１１１が付着された振動器と、振動器を駆動する駆動部と、から構成される。１１２は、ミラー１１１が付着される振動膜を表す。かかる振動ミラー部１１０は、外部の駆動信号により振動膜１１２が振動し、これによってミラー１１１が振動する。ミラー１１１は、半導体部（図１の１３０）からミラー１１１側に放出された光が再反射されて再び半導体部１３０に入射されるように、ミラー面が放出された光の進行方向に直角となるように配置される。
【００２５】
振動ミラー部１１０の振動器としては、例えば静電駆動型共振器や圧電型共振器のような共振器が採用される。図４は、静電駆動型共振器の一例を示し、図５は、圧電型共振器の一例を示す。
【００２６】
図４に示すように、静電駆動型共振器２１０は、ミラー２１１が付着された振動板２１３が基板２１５上で支持部２１４により支持されており、振動板２１３と基板２１５との対向する面が電極２１６、２１７からなる構成を有する。二つの電極２１６、２１７は、所定距離だけ離隔されており、駆動部３００により異なる極性の電荷で帯電されることによって、静電力が作用する。振動板２１３は、静電力により二つの電極２１６、２１７に周期的な力が作用することによって、上下に振動する。静電駆動型共振器２１０は、数十ＭＨｚの振動周波数および数百ｎｍ以上の振動幅で振動できる構成を容易に実現できるので、後述するようにスペックルを効果的に低減させるための振動条件を満足する。かかる静電駆動型共振器２１０の構成は、当該技術分野に周知であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２７】
図５に示すように、圧電型共振器３１０は、圧電物質層３１２および圧電物質層３１２の両面に置かれる電極３１３、３１４を備える。駆動部３００により圧電物質層３１２に電圧が印加されるとき、変形力が圧電物質層３１２に作用して振動する。圧電物質層３１２の結晶方向によって、圧電物質層３１２の振動方向が変わりうる。本実施形態は、圧電物質層３１２が電極３１３、３１４の方向に振動する場合であって、この場合、いずれか一つの電極３１３、３１４にミラー３１１が付着される。電極３１４自体がミラー面となることもある。かかる圧電型共振器３１０も、数十ＭＨｚの振動周波数および数百ｎｍ以上の振動幅で振動できる構成を容易に実現できるので、後述するようにスペックルを効果的に低減させるための振動条件を満足する。圧電型共振器３１０の構成は、当該技術分野に周知であるので、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００２８】
前述した振動器の例は、本発明のスペックル低減レーザーで採用される振動器の構造を限定するものではない。振動ミラー部１１０の振動器は、光が放出される半導体部（図１の１３０）の外部に位置するので、後述するように振動条件を満足するものであれば、その構造に限定されない。
【００２９】
以下、本実施形態の動作について、図６および図７を参照して説明する。
【００３０】
図６に示すように、半導体部１３０から放射された光は、振動ミラー部１１０側に放出されてミラー１１１により反射された後、再び半導体部１３０の第２側面１３０ｂに入射される。半導体部１３０に入射された光は、ハーフミラー１６０で反射されて再び振動ミラー部１１０側に進む。このように、振動ミラー部１１０のミラー１１１とハーフミラー１６０との間で光が閉じ込められることによって、レーザー光の共振モードを形成する。振動ミラー部１１０のミラー１１１とハーフミラー１６０との間で共振される光は、ハーフミラー１６０で反射されるたびに一部がハーフミラー１６０を透過して外部に放出されることによって、レーザー光として出力される。このとき、振動ミラー部１１０のミラー１１１が縦方向に（図６の紙面に水平に）振動することによって、共振距離が変動され、後述するように共振モードが変わる。図６において、ｌは、縦方向の共振距離を意味し、ｌ０は、半導体部１３０の縦方向長を意味し、Δｌは、振動ミラー部１１０のミラー１１１の振動幅であって、共振距離の変動量を意味する。
【００３１】
次いで、かかる振動ミラー部１１０の振動幅Δｌによる共振モードの変動量を説明する。数式では、計算の便宜のために、半導体部１３０とミラー１１１とのギャップは無視する。かかる近似は、半導体部１３０の縦方向長に比べて、半導体部１３０とミラー１１１とのギャップが無視しうる程度に小さい場合に可能である。縦方向の光学的共振距離ｌｏｐｔは、半導体部１３０の外部で見るとき、下記の数式１で与えられる。
【００３２】
【数１】
2008187175.tif 000003
【００３３】
ここで、ｎｃは、半導体部１３０の屈折率を意味する。数式１を参照すれば、縦方向の光学的共振距離は、近似的に半導体部１３０の縦方向の光学的共振距離にミラー１１１の変位Δｌを加えた値である。
【００３４】
一方、共振モードの変動量を周波数スペクトルで見るときに、これをΔνｍと表示すれば、共振モードの変動量Δνｍは、下記の数式２で与えられる。
【００３５】
【数２】
2008187175.tif 000004
【００３６】
ここで、ｃは、光速であり、λ０は、出力されたレーザー光の中心発振波長であり、Δλ０は、共振距離の変動による中心発振波長の変動量である。空気の屈折率は、１にした。数式２の３番目の等式は、光学的共振距離の変動量と発振波長の変動量とが互いに比例することを利用した。数式２は、共振距離が変動するにつれて、共振モードが変動することを意味する。かかる共振モードの変動は、図７に示されている。図７に示すように、実線で表示された共振モードは、ミラー１１１が振動するにつれて点線で表示された共振モードに変動する。
【００３７】
振動ミラー部１１０のミラー１１１が振動するにつれて、共振モードは変動する。かかる共振モードの変動は、スペックルパターンの変動をもたらす。観察者により感知されるスペックルは、時平均されたものである。短時間内に行われるスペックルパターンの変動は、スペックルパターンの残像を互いに重ねて平準化させることによって、スペックルコントラストを低下させる。
【００３８】
一方、共振モードの間隔νｍは、周波数スペクトル上で下記の数式３で表すことができる。
【００３９】
【数３】
2008187175.tif 000005
【００４０】
ここで、ｎは、任意の自然数であり、（λ）ｎは、ｎモードの波長を意味する。共振モードの変動量Δνｍが共振モードの間隔νｍと同じになれば、共振モードの変動が共振モードの全域にわたって行われることを意味するので、それ以上に共振モードを変動させることは不要である。したがって、共振モードの変動量Δνｍは、共振モードの間隔νｍと同じであるか、またはそれより小さいことが望ましい。したがって、振動ミラー部１１０の最大振動幅Δｌｍａｘは、数式２の共振モードの間隔νｍと数式３の共振モードの間隔νｍとが同じ条件から求められ、その結果は、下記の数式４で表す。
【００４１】
【数４】
2008187175.tif 000006
【００４２】
例えば、半導体部１３０の内部の屈折率ｎｃを約２．５とし、半導体部１３０の縦方向長ｌ０を１ｍｍとするとき、各カラー別の振動ミラー部１１０の最大振動幅Δｌｍａｘは、下記の表１のように与えられる。
【００４３】
【表１】
2008187175.tif 000007
【００４４】
表１を参照すれば、本実施形態の振動ミラー部１１０の最大振動幅Δｌｍａｘが約４００ｎｍとなれば、共振モードの変動が十分に行われるということが分かる。１μｍ以下の振動幅を有する振動器は、静電駆動型共振器や圧電型共振器などの多様な形態の共振器として実現可能であるので、本実施形態のスペックル低減レーザーは容易に実現可能である。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示したものである。本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は、いわゆる面投射方式で画像を具現するディスプレイ装置である。
【００４６】
図８に示すように、レーザーディスプレイ装置は、レーザー光Ｌを照明するレーザー照明系５００と、レーザー照明系５００から出射されたレーザー光Ｌを所定形状に整形するビーム整形器５５０と、ビーム整形器５５０で整形されたレーザー光Ｌを画像信号によって変調する平板パネル５６０と、平板パネル５６０で形成された画像を拡大投射する投射光学系５７０と、画像が表示されるスクリーンＳとを備える。
【００４７】
レーザー照明系５００は、例えば図９に示したように、カラー画像を表示できるように、それぞれ赤色、緑色および青色レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂを出力する赤色、緑色および青色レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂと、このレーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂから出力される異なる波長のレーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂの光路を結合するための色光結合器と、を備える構成を有する。各レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂの出力端には、コリメーティングレンズ５３０Ｒ、５３０Ｇ、５３０Ｂが配置される。
【００４８】
レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂとして、図１〜図７を参照して説明したスペックル低減レーザーを採用する。このようにスペックル低減レーザーを採用することによって、後述するようにスペックルを低減または除去できる。
【００４９】
色光結合器は、例えば第１〜第３ミラー５４１、５４２、５４３で構成される。第２ミラー５４２および第３ミラー５４３は、ダイクロイックミラーである。第１ミラー５４１は、赤色レーザー光源５１０Ｒの出力端側に配置され、赤色レーザー光Ｒを反射する。第２ミラー５４２は、緑色レーザー光源５１０Ｇの出力端側に配置され、緑色レーザー光Ｇを反射させ、赤色レーザー光Ｒを透過させる。第３ミラー５４３は、青色レーザー光源５１０Ｂの出力端側に配置され、青色レーザー光Ｂを反射させ、赤色レーザー光Ｒおよび緑色レーザー光Ｇは透過させる。かかる構成により、赤色、緑色および青色レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂから放射される赤色、緑色および青色レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂは、その光路が結合して同時に進行するか、または順次に点滅されて時分割方式でＲＧＢカラー画像を具現できる。本実施形態の場合、順次に点滅されて各赤色、緑色および青色レーザー光Ｒ，Ｇ，Ｂが結合して同時に進行するものではないが、後述する点走査方式の場合、各赤色、緑色及び青色レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂが結合して同時に進行する。
【００５０】
再び図８を参照すると、ビーム整形器５５０は、レーザー照明系５００から入射されるレーザー光を、平板パネル５６０の形状に適するように断面が所定の幅を有する方形であるレーザー光に整形する。レーザー照明系５００から放出されたレーザー光は、その断面が円形であり、平板パネル５６０は、通常は４：３または１６：９などの縦横比を有する方形であるので、光効率のためにレーザー照明系５００から放射されたビームの形状を平板パネル４５の形状にすることが望ましい。
【００５１】
平板パネル５６０は、画像形成素子であって、例えば透過型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）およびＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）のうちいずれか一つとなりうる。
【００５２】
平板パネル５６０で形成された画像は、投射光学系５７０を経てスクリーンＳに入射される。
【００５３】
かかる面投射方式は、図１０に示したように、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色画像フレームＦを面単位で形成する方式である。このとき、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色画像フレームＦは、順次に表示され、観察者は、照明される瞬間の活性像のフレームと共に残像のフレームが重なってカラー画像として認識する。
【００５４】
本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は、一つの単色画像フレームＦがスクリーンに投射される間に、レーザー照明系５００から照明されるレーザー光がモード変動を起こして、異なるスペックルパターンを有する画像が重なって一つの単色画像を形成する。すなわち、活性像が持続される間に、レーザー照明系５００から照明されるレーザー光がモード変動を起こさねばならない。この場合、同一画素に対して単色レーザー光源が照明されるデューティータイムの間に、共振モードが変動されることによって、異なるスペックルパターンが重なってスペックルコントラストが平準化され、これにより全体的なスペックルが低減される。
【００５５】
例えば、６０Ｈｚのフレームレートで画像を表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ単色の活性像画素は、それぞれ１／１８０ｓの時間に表示される。すなわち、活性像画素のデューティータイムは、５．６ｍｓであり、デューティータイムの逆数で与えられる画素周波数は、１８０Ｈｚである。したがって、本実施形態のレーザー照明系５００は、５．６ｍｓ内にモード変動が行われることが望ましい。すなわち、レーザー光源（図９の５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂ）の振動ミラー部の振動周波数は、１８０Ｈｚより大きいか、または同じであればよい。通常的な静電駆動型共振器や圧電型共振器の場合、５．６ｍｓよりはるかに短い時間内に振動が行われるので、前述したスペックル低減レーザーを利用して効果的に本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は容易に実現される。
【００５６】
図１１は、本発明の他の実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示す。本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は、いわゆる線投射方式で画像を具現するディスプレイ装置である。
【００５７】
図１１に示すように、レーザーディスプレイ装置は、レーザー光Ｌを照明するレーザー照明系６００と、レーザー照明系６００から放射されたレーザー光Ｌを走査する走査システムと、画像が表示されるスクリーンＳとを備える。本実施形態の走査システムは、レーザー照明系６００から放射されたレーザー光Ｌをその断面が線形であるビームに整形するビーム整形器６３０と、ビーム整形器６３０で整形されたレーザー光Ｌを画像信号によって変調するラインパネル６４０と、ラインパネル６４０で変調されたレーザー光Ｌを走査する１次元光スキャナー６６０と、を備える。
【００５８】
レーザー照明系６００は、スペックルを低減させるために共振モードが経時的に変動するレーザー光Ｌを放射するものであって、図９を参照して説明したレーザー照明系と実質的に同じであるので、反復した説明を避けるために説明を省略する。
【００５９】
ビーム整形器６３０は、レーザー照明系６００側から入射される光をラインパネル６４０に適するように所定の幅を有する線形ビームに整形する。ビーム整形器６３０としては、例えば回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＯＥ）を採用する。
【００６０】
ラインパネル６４０は、１次元光変調部を有するライン方式の光変調器であって、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）、ＳＯＭ（ＳａｍｓｕｎｇＯｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、ＧＥＭｓ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）などが知られている。例えば、ＧＬＶは、光の反射回折効果を利用して光の方向を制御するものであって、光を反射させるリボン型ミラーアレイがライン形態に設けられている。ミラーアレイは、交互に配列された固定ミラーと可動ミラーとを備える。このとき、ミラーアレイは、各ピクセル単位内に少なくとも一つの固定ミラーと少なくとも一つの可動ミラーとを備える。電気信号により可動ミラーを固定ミラーに比べて後方にλ／４ほど移動させることによって、回折により光の反射方向を変化させる。各ピクセル単位で固定ミラーと可動ミラーとが同じ平面に位置すれば、入射光はいずれも反射されてスクリーンＳに明るい画素が表示される。可動ミラーが駆動されて固定ミラーと異なる平面に整列されれば、ほとんどの反射光は、±１次に回折されて、入射光とは異なる角度で進めてスクリーンＳには達せず、これによってスクリーンＳに暗い画素が表示される。
【００６１】
１次元光スキャナー６６０は、ラインパネル６４０で変調された線形ビームをラインパネル６４０の長手方向と垂直な方向、例えば水平走査方向に走査する。１次元光スキャナー６６０としては、例えばミラーの微小回動によりレーザー光Ｌを偏向させる１軸駆動マイクロスキャナーが採用される。この１軸駆動マイクロスキャナーは、くし状のコーム電極構造による静電効果を利用して、シーソー運動が可能に懸架されたミラーを回動させた構造を有している。ミラーの回動軸６６０ａは、ラインパネル６４０の長手方向と平行に配置される。１次元光スキャナーの一例として、その他にガルバノミラーおよび電磁気方式のスキャナーなどが利用される。かかる１次元光スキャナーの構造は、当該技術分野で周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は、ラインパネル６４０により変調された線形ビームをスクリーンＳに拡大投射するための投射レンズユニット６５０をさらに備えることが望ましい。１次元光スキャナー６６０の小型化や付加的な光学部品の必要性を最小化するように、１次元光スキャナー６６０は、投射レンズユニット６５０の焦点位置に位置することが望ましい。
【００６３】
前述した本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置において、レーザー照明系６００から放射されたレーザー光Ｌは、所定幅を有する線形ビームに整形された後、ラインパネル６４０に入射される。画像信号によってラインパネル６４０により変調された一つのラインの画像情報を含む線形のレーザー光は、投射レンズユニット６５０により集束され、その焦点位置に位置した１次元光スキャナー６６０によりラインパネル６４０の長手方向と垂直な方向、例えば水平スキャン方向にスクリーンＳ上に走査される。
【００６４】
このような構成のレーザーディスプレイ装置は、ラインパネル６４０および１次元光スキャナー６６０の組み合わせによりスクリーンＳ上に２次元画像を形成する。
【００６５】
かかるラインパネル６６０を利用して画像を表示する方式は、いわゆる「線投射方式」であって、図１２に示したように線形ビームを走査してＲ、Ｇ、Ｂの単色画像フレームＦを形成する方式である。観察者は、照明される瞬間の活性像と共に残像が重なってカラー画像として認識する。
【００６６】
このとき、スペックルを効果的に低減させるために、活性像が持続される間に、異なるスペックルパターンを有する画素が重なって一つの活性像を形成せねばならない。すなわち、活性像が持続される間に、レーザー照明系６００から照明されるレーザー光がモード変動を起こさねばならない。この場合、同一画素に対して、単色レーザー光源が照明されるデューティータイムの間に共振モードが変動することによって、異なるスペックルパターンが重なってスペックルコントラストが平準化され、これにより、全体的なスペックルが低減される。
【００６７】
例えば、６０ＨｚのフレームレートでＶＧＡ解像度の画像を表示する場合、線形に配列された活性像それぞれは、１／（１８０×６４０）ｓの時間の間に表示される。すなわち、各活性像画素のデューティータイムは８．７μｓであり、画素周波数は１１５ｋＨｚである。したがって、本実施形態のレーザー照明系５００は、ＶＧＡ解像度の画像を表示する場合、８．７μｓ内にモード変動がなされることが望ましい。下記表２は、本実施形態のような線投射方式のレーザーディスプレイ装置の解像度別、活性像画素のデューティータイムとレーザー光源の振動ミラー部の必要振動周波数を整理したものである。
【００６８】
【表２】
2008187175.tif 000008
【００６９】
表２に示すように、レーザー光源の振動ミラー部の必要振動周波数は、ＨＤ級である場合、少なくとも２３０ｋＨｚとならねばならない。通常的な静電駆動型共振器や圧電型共振器の場合、この程度の振動周波数は容易に達成できるので、線投射方式のレーザーディスプレイ装置でも効果的にスペックルを低減させる。
【００７０】
図１３は、本発明のさらに他の実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示したものである。本実施形態のレーザーディスプレイ装置は、いわゆるラスター走査方式、すなわち点投射方式で画像を具現するディスプレイ装置である。
【００７１】
図１３に示すように、レーザーディスプレイ装置は、レーザー光Ｌを照明するレーザー照明系７００と、レーザー照明系７００から放射されたレーザー光Ｌを走査する２次元光スキャナー７６０と、画像が表示されるスクリーンＳとを備える。
【００７２】
本実施形態において、レーザー照明系７００は、画像信号によって変調された赤色、緑色および青色レーザー光を放射する。本実施形態のレーザー照明系７００は、赤色、緑色および青色レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂが変調された状態で照明されるという点を除いては、図９を参照して説明されたレーザー照明系と実質的に同一であるので、反復した説明を避けるために重複する説明を省略する。本実施形態のレーザー照明系７００の場合、図９を参照してみるとき、赤色、緑色および青色レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂは、レーザー光の出力自体を変調する直接変調方式により変調される。しかし、本実施形態の変調方式は直接変調方式に限定されるものではない。例えば、各レーザー光源５１０Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂから放射された赤色、緑色および青色レーザー光Ｒ、Ｇ、Ｂが別途の外部変調器（図示せず）により変調された後、第１ないし第３ミラー（図９の５４１、５４２、５４３）を通じて合わせられることもある。２次元光スキャナー７６０は、照明系７００から出射されたレーザー光Ｌが水平方向および垂直方向に方向を変えてスクリーンＳに照射されるように走査する。２次元光スキャナー７６０の例として、ミラーの微小回動によりレーザー光Ｌを偏向させる２軸駆動マイクロスキャナーがある。かかる２軸駆動マイクロスキャナーは、当該技術分野で周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００７３】
本実施形態に係るレーザーディスプレイ装置は、レーザー照明系７００から放射されたレーザー光Ｌを、２次元光スキャナー７６０を利用してスクリーンＳに走査することによって、図１４に示したように一つ一つの画素を順次に表示する。かかるカラー具現方式は、当該技術分野で周知であるので、詳細な説明は省略する。
【００７４】
例えば、６０ＨｚのフレームレートでＶＧＡ解像度の画像を表示する場合、活性像が持続される時間は、１／（６０×６４０×４８０）ｓの時間の間に表示される。すなわち、各活性像画素のデューティータイムは５４．３ｎｓであり、画素周波数は１８ＭＨｚである。したがって、本実施形態のレーザー照明系７００は、ＶＧＡ解像度の画像を表示する場合、５４．３ｎｓ内にモード変動がなされることが望ましい。下記表３は、本実施形態のような点投射方式のレーザーディスプレイ装置の解像度別、活性像画素のデューティータイムとレーザー光源の振動ミラー部の必要振動周波数を整理したものである。
【００７５】
【表３】
2008187175.tif 000009
【００７６】
表３に示すように、レーザー光源の振動ミラー部の必要振動周波数は、ＨＤ級である場合、少なくとも５５ＭＨｚとならねばならない。通常的な静電駆動型共振器や圧電型共振器の場合、この程度の振動周波数は容易に達成できるので、点投射方式のレーザーディスプレイ装置でも効果的にスペックルを低減させる。このように、本発明は、面投射方式や線投射方式だけでなく、点投射方式のレーザーディスプレイ装置にも適用してスペックルを除去または低減させる。
【００７７】
前述した説明においては、レーザーディスプレイ装置は、スクリーンＳを備えているが、スクリーンＳは、本発明のレーザーディスプレイ装置の必須的な構成要素ではない。
【００７８】
例えば、本発明のレーザーディスプレイ装置は、プロジェクタのように外部のスクリーンに画像を投影するものでありうる。
【００７９】
本願発明に係るスペックル低減レーザーおよびそれを採用したレーザーディスプレイ装置は、理解を助けるために図面に示した実施形態を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形および均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、レーザーディスプレイ装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスペックル低減レーザーの概略的な断面図である。
【図２】図１のスペックル低減レーザーの光が発振される半導体部の概略的な斜視図である。
【図３】図１のスペックル低減レーザーの振動ミラー部の概略的な斜視図である。
【図４】図１の振動ミラー部の一実施形態の概略的な断面図である。
【図５】図１の振動ミラー部の他の実施形態の概略的な斜視図である。
【図６】図１のスペックル低減レーザーの動作を説明する図面である。
【図７】図１のスペックル低減レーザーの共振モードの変動を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示す図面である。
【図９】図８のレーザー照明系の一例を示す図面である。
【図１０】図８のレーザーディスプレイ装置の画像表示方式を示す図面である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示す図面である。
【図１２】図１１のレーザーディスプレイ装置の画像表示方式を示す図面である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係るレーザーディスプレイ装置を概略的に示す図面である。
【図１４】図１３のレーザーディスプレイ装置の画像表示方式を示す図面である。
【符号の説明】
【００８２】
１０１    マウント、
１１０    振動ミラー部、
１１１    ミラー、
１２０    反射防止部材、
１３０    半導体部、
１３０ａ    第１側面、
１３０ｂ    第２側面、
１６０    ハーフミラー。
【図１】
2008187175.tif 000010
【図２】
2008187175.tif 000011
【図３】
2008187175.tif 000012
【図４】
2008187175.tif 000013
【図５】
2008187175.tif 000014
【図６】
2008187175.tif 000015
【図７】
2008187175.tif 000016
【図８】
2008187175.tif 000017
【図９】
2008187175.tif 000018
【図１０】
2008187175.tif 000019
【図１１】
2008187175.tif 000020
【図１２】
2008187175.tif 000021
【図１３】
2008187175.tif 000022
【図１４】
2008187175.tif 000023