(57)【要約】  本発明は、レーザ光を出射可能なレーザ光源と、レーザ光を受けてその進行方向を偏向可能なビーム偏向素子と、ビーム偏向素子のする偏向の程度を制御可能なビーム偏向素子制御部と、偏向を受けたレーザ光を受け、導光し、その出射端面より出射する光インテグレータと、偏向を受けたレーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、擬似面光源化素子によって散乱されたレーザ光を受け、それを変調する変調素子と、を有するレーザ画像表示装置である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を受けてその進行方向を偏向させるビーム偏向素子と、
前記ビーム偏向素子による偏向の程度を制御可能なビーム偏向素子制御部と、
前記偏向を受けたレーザ光を受け、導光し、その出射端面より出射する光インテグレータと、
前記偏向を受けたレーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、
前記擬似面光源化素子によって散乱されたレーザ光を受け、それを変調する変調素子と、を有するレーザ画像表示装置。
【請求項２】
前記光インテグレータの出射端面の形状は、前記変調素子の有効面の形状と相似である請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項３】
前記擬似面光源化素子は、それに近接する前記光インテグレータの導光部に、前記レーザ光の光路に沿って、挟まれて配置される請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項４】
前記擬似面光源化素子は、前記レーザ光の光路に沿って、前記光インテグレータの出射端面と、前記変調素子との間に配置される請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項５】
前記ビーム偏向素子制御部は、前記ビーム偏向素子による偏向の程度を、時系列に沿って可変的に制御する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項６】
前記擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して、前記レーザ光に異なる位相を与える請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項７】
前記ビーム偏向素子は、その前記レーザ光に及ぼす偏向作用が、前記ビーム偏向素子が含まれる光学系の光軸と平行に入射するレーザ光の光路を、前記光軸に対し０度ないしθ１度の間の角度θを成す方向に変化させることができる素子であり、
前記擬似面光源化素子は、前記光軸に平行に入射するレーザ光に、半値散乱角φ１を有する散乱作用を及ぼすことができる素子であり、
前記θ１と前記φ１との間に、θ１＞φ１の関係が成立する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項８】
さらに、前記レーザ光の進行方向にそって、前記擬似面光源化素子と前記変調素子の間に配置され、受けた前記レーザ光を前記変調素子に入射させる投影光学系と、
前記レーザ光の進行方向にそって、前記変調素子の下流に配置され、前記変調を受けたレーザ光を拡大する投射光学系とを有し、
前記投影光学系の倍率をａとし、前記投射光学系のエフナンバーをＦとしたとき、次の関係式（１）
【数３】
2007013221.tif 000004
を満足する請求項７に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項９】
前記擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の偏光方向を実質的にランダムに変化させる請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１０】
前記擬似面光源化素子は、それが含まれる光学系の光軸と垂直な方向に関して非一様な厚み分布を示し、複屈折材料を含む請求項９に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１１】
前記変調素子は、前記レーザ光の進行方向上流側に、前記変調素子に含まれる画素に入射するレーザ光を偏向させるマイクロレンズを有する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、半導体レーザを有し、
前記変調素子は、その有効面が長方形形状であり、
前記半導体レーザの活性層の厚み方向と、前記長方形形状の長辺方向が平行である請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１３】
前記半導体レーザは、出射可能なレーザ光の波長の１０倍以上のストライプ幅を有する請求項１２に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、前記第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部を含み、
前記第１レーザ光の前記変調素子までの光路長は、前記第２レーザ光の前記変調素子までの光路長よりも短い請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１５】
レーザ光を導光する光インテグレータ上流部および光インテグレータ下流部と、
レーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、を有する光インテグレータであって、
前記擬似面光源化素子は、前記光インテグレータ上流部の導光部および光インテグレータ下流部の導光部に挟まれるように配された光インテグレータ。
【請求項１６】
前記光インテグレータ下流部の光軸が通り、前記導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、前記擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面の前記レーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比４：３の長方形形状である請求項１５に記載の光インテグレータ。
【請求項１７】
前記光インテグレータ下流部の光軸が通り、前記導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、前記擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面の前記レーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比１６：９の長方形形状である請求項１５に記載の光インテグレータ。
【請求項１８】
第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、
前記第１の波長よりも短波長である第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部と、を有するレーザ光源パッケージであって、
前記第１レーザ光源部は、第１ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、
前記第２レーザ光源部は、第２ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、
前記第１ストライプ幅は、前記第１の波長の１０倍以上の長さを有し、
前記第２ストライプ幅は、前記第２の波長の１０倍以上の長さを有するレーザ光源パッケージ。
【請求項１９】
前記第１ストライプ幅は、前記第２ストライプ幅よりも長い請求項１８に記載のレーザ光源パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に用いるレーザ光源パッケージ、および、光源からの光を導光する光インテグレータ、ならびに、テレビ受像機、映像プロジェクタといった画像表示装置に関する。本発明は、特に、複数波長のレーザ光を出射可能なレーザ光源パッケージ、および、レーザ光に適した光インテグレータおよびこれを用いたレーザ画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な方式の画像表示装置が普及している。それら種々の画像表示装置が採用する画像表示方式のひとつに、変調された光源光をスクリーン上に投影し、画像を表示するプロジェクションディスプレイ方式がある。従来、この方式を用いた画像表示装置に用いられる光源は、ランプ光源である。しかし、ランプ光源は、寿命の短さ、色再現領域の制限、および、光利用効率の低さ、といった問題を有する。【０００３】
これらランプ光源が有する問題を解決するために、近年、プロジェクションディスプレイの光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。本願においては、光源にレーザ光源を使用する画像表示装置をレーザ画像表示装置と称する。レーザ画像表示装置のレーザ光源は、ランプ光源に比べて寿命が長く、レーザ光の備える指向性の強さゆえに光利用効率の向上が容易である。さらに、レーザ光源の発するレーザ光は単色性に優れており、ランプ光源に較べて色再現領域を拡大することができ、色鮮やかな画像表示を可能にする。【０００４】
しかし、レーザ画像表示装置においては、スペックルノイズの問題が存在する。スペックルノイズは、画像表示に使用するレーザ光の高干渉性に起因するノイズである。このような問題は、ランプ光源を用いた画像表示装置においては存在しなかった問題である。高干渉性を有するレーザ光がスクリーン上で散乱され、鑑賞者に到達したとき、散乱されたレーザ光同士が干渉しあうことによって鑑賞者に微細なムラ状のノイズを認識させる。スペックルノイズは、鑑賞者の目のＦ値（エフナンバー）と、レーザ光源の波長とで決まる大きさを有する粒状のノイズがランダムに配列した状態で現われ、鑑賞者が画像表示スクリーンの画像を認識することを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。これまでに、スペックルノイズの低減のため、レーザ画像表示方法およびレーザ画像表示装置に関する様々な技術が提案されている。【０００５】
特許文献１（特開平６−２０８０８９号公報）は、回転運動する拡散素子を備えたディスプレイ装置を開示する。このディスプレイ装置においては、回転運動する拡散素子を通したレーザ光を変調素子の照明に用いる。回転運動する拡散素子は、実質的には、変調素子に対する照明光の入射角度を時間的に変化させる。したがって、画像表示スクリーンに対するレーザ光の入射角度も同様に時間的に変化し、よって、画像表示スクリーンで発生するスペックルパターンも時間的に変化する。この結果、鑑賞者は、多様に変化するスペックルパターンを時間的に平均化した画像を鑑賞することとなり、鑑賞者の認識するスペックルノイズは低減される。【０００６】
特許文献２（特開平１０−２９３２６８号公報）は、光偏向器とフライアイレンズアレイとを有するレーザディスプレイ装置を開示する。このレーザディスプレイ装置においては、光源を出射したレーザ光は、光偏向器を経てフライアイレンズに入射する。フライアイレンズアレイは、それを構成するエレメントと同数の２次光源を形成し、この２次光源列から出射するレーザ光が空間変調器に入射することにより、画像が形成され、スクリーンに画像が表示される。してみれば、このディスプレイ装置においては、空間変調器を照明する光源像は、略点光源列である。このような像を備えた光を光源として用いる限り、十分なスペックルノイズの除去は困難である。【０００７】
特許文献３（特開２００３−９８４７６号公報）は、拡散器とフライ・アイ（ハエの眼）インテグレータとを備えるレーザ投影型表示システムを開示し、さらに、可動式の拡散器、および、フライ・アイ・インテグレータに関し、その最適配置位置を提案する。【０００８】
特許文献４（特開２００４−１４４９３６号公報）は、拡散素子を、光源と被照明体との間に備える画像表示装置を開示する。この画像表示装置においては、拡散素子に接続した加振手段により拡散素子を振動させることによって、スペックルノイズの低減を図っている。また、本文献においては、拡散素子とは別に、さらなる拡散手段を備える提案もなされている。【０００９】
このように、拡散器、拡散板といった拡散素子を運動させることによって、照明光角度を変化させ、スペックルノイズを低減することは可能である。しかしながら、このような構成においては厳密な照明光角度の制御は事実上不可能であって、このような構成を有する装置は、変調素子から出射する光を画像表示スクリーンに投射する投射光学系の光利用効率に問題がある。【００１０】
また、半導体レーザのようなレーザ光源を用いる画像表示装置における、投射光学系まで含めた光利用効率の向上に関する提案は殆ど無い。【００１１】
レーザ光源を使用するディスプレイ（レーザ画像表示装置）の光学系に関する従来の提案においては、スペックルノイズの低減に主眼が置かれており、投射光学系を含む装置の光学系全体での光の利用効率を向上させるという観点を見出すことができない。十分なスペックルノイズ低減効果と高い光利用効率の確保の二点を高レベルで両立し得るような技術の提案は、未だない。
【特許文献１】特開平０６−２０８０８９号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３２６８号公報
【特許文献３】特開２００３−０９８４７６号公報
【特許文献４】特開２００４−１４４９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記従来の問題点を鑑み、本願にかかる本発明は、十分なスペックルノイズ低減効果と高い光利用効率の確保を両立可能な画像表示装置を提供することを課題とする。【００１３】
さらに、本発明は、画像表示スクリーンの周辺部まで均一な明るさで画像を表示可能な画像表示装置を提供することを課題とする。【００１４】
また、本願の課題を解決するため、レーザ画像表示装置において有利に使用可能な光インテグレータの提供も本発明の課題とする。【００１５】
また、本願の課題を解決するため、レーザ画像表示装置において有利に使用可能なレーザ光源パッケージの提供も本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、その一態様において、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を受けてその進行方向を偏向させるビーム偏向素子と、ビーム偏向素子による偏向の程度を制御可能なビーム偏向素子制御部と、偏向を受けたレーザ光を受け、導光し、その出射端面より出射する光インテグレータと、偏向を受けたレーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、擬似面光源化素子によって散乱されたレーザ光を受け、それを変調する変調素子と、を有するレーザ画像表示装置である。【００１７】
本発明の一態様においては、光インテグレータの出射端面の形状は、変調素子の有効面の形状と相似であることが好ましい。【００１８】
本発明の一態様においては、光インテグレータの出射端面の形状は、変調素子の有効面の形状と相似であることが好ましい。【００１９】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、レーザ光の光路に沿って、光インテグレータの出射端面と、変調素子との間に配置されることが好ましい。【００２０】
本発明の一態様においては、ビーム偏向素子制御部は、ビーム偏向素子による偏向の程度を、時系列に沿って可変的に制御することが好ましい。【００２１】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して、レーザ光に異なる位相を与えることが好ましい。【００２２】
本発明の一態様においては、ビーム偏向素子は、そのレーザ光に及ぼす偏向作用が、ビーム偏向素子が含まれる光学系の光軸と平行に入射するレーザ光の光路を、光軸に対し０度ないしθ１度の間の角度θを成す方向に変化させることができる素子であり、擬似面光源化素子は、光軸に平行に入射するレーザ光に、半値散乱角φ１を有する散乱作用を及ぼすことができる素子であり、θ１とφ１との間に、θ１＞φ１の関係が成立することが好ましい。【００２３】
本発明の一態様においては、さらに、レーザ光の進行方向にそって、擬似面光源化素子と変調素子の間に配置され、受けたレーザ光を変調素子に入射させる投影光学系と、レーザ光の進行方向にそって、変調素子の下流に配置され、変調を受けたレーザ光を拡大する投射光学系とを有し、投影光学系の倍率をａとし、投射光学系のエフナンバーをＦとしたとき、次の関係式（１）
【数１】
2007013221.tif 000002
を満足することが好ましい。【００２４】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の偏光方向を実質的にランダムに変化させることが好ましい。【００２５】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それが含まれる光学系の光軸と垂直な方向に関して非一様な厚み分布を示し、複屈折材料を含むことが好ましい。【００２６】
本発明の一態様においては、変調素子は、レーザ光の進行方向上流側に、変調素子に含まれる画素に入射するレーザ光を偏向させるマイクロレンズを有することが好ましい。【００２７】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、半導体レーザを有し、変調素子は、その有効面が長方形形状であり、半導体レーザの活性層の厚み方向と、長方形形状の長辺方向が平行であることが好ましい。【００２８】
本発明の一態様においては、半導体レーザは、出射可能なレーザ光の波長の１０倍以上のストライプ幅を有することが好ましい。【００２９】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部を含み、第１レーザ光の変調素子までの光路長は、第２レーザ光の変調素子までの光路長よりも短いことが好ましい。【００３０】
本発明は、別の一態様において、レーザ光を導光する光インテグレータ上流部および光インテグレータ下流部と、レーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、を有する光インテグレータであって、擬似面光源化素子は、光インテグレータ上流部の導光部および光インテグレータ下流部の導光部に挟まれるように配された光インテグレータである。【００３１】
本発明の別の一態様においては、光インテグレータ下流部の光軸が通り、導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面のレーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比４：３の長方形形状であることが好ましい。【００３２】
本発明の別の一態様においては、光インテグレータ下流部の光軸が通り、導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面のレーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比１６：９の長方形形状であることが好ましい。【００３３】
本発明は、さらに別の一態様において、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、第１の波長よりも短波長である第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部と、を有するレーザ光源パッケージであって、第１レーザ光源部は、第１ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、第２レーザ光源部は、第２ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、第１ストライプ幅は、第１の波長の１０倍以上の長さを有し、第２ストライプ幅は、第２の波長の１０倍以上の長さを有するレーザ光源パッケージである。【００３４】
本発明のさらに別の一態様においては、第１ストライプ幅は、第２ストライプ幅よりも長いことが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明にかかる画像表示装置は、高い光利用効率でスペックルノイズが除去された画像を表示することができる。【００３６】
さらに、本発明にかかる画像表示装置は、画像表示スクリーンの周辺部まで均一な明るさを有する画像を表示可能である。【００３７】
本発明にかかる光インテグレータは、高い光利用効率で、均一な明るさの照明光を変調素子に与えることができる。さらに、本発明にかかる光インテグレータを介して投影される画像においては、スペックルノイズが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明にかかる第１の実施形態によるレーザ画像表示装置の構成図
【図２Ａ】ビーム偏光素子部および光インテグレータの作用を示す図
【図２Ｂ】擬似面光源化素子の作用を示す図
【図２Ｃ】擬似面光源化素子の散乱角分布特性の図
【図３Ａ】ランダムな凹凸パターンをその表面に有する擬似面光源化素子の図
【図３Ｂ】マイクロレンズアレイを含む擬似面光源化素子の図
【図３Ｃ】基材と屈折率の異なる粒子を散在させて含む擬似面光源化素子の図
【図４Ａ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｂ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｃ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｄ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｅ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図５Ａ】光インテグレータの面を説明する図
【図５Ｂ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｃ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｄ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｅ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｆ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｇ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｈ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｉ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｊ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｋ】光インテグレータの入射端面の平面図
【図５Ｌ】光インテグレータの入射端面の平面図
【図５Ｍ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｎ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｏ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｐ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｑ】光インテグレータの側面の平面図
【図６】ビーム偏光素子部の斜視図
【図７】ビーム偏光素子部変形例の図
【図８】レーザ画像表示装置の画質評価の結果を示す図
【図９】照明光学系の変形例の構成概略図
【図１０Ａ】レンズアレイの側面図
【図１０Ｂ】レンズアレイの平面図
【図１０Ｃ】２つのレンチキュラーレンズを直交させてなるレンズアレイの図
【図１０Ｄ】ホログラム素子の図
【図１１】レーザ光源と変調素子の配置を示す図
【図１２】レーザ光源パッケージ構成例１
【図１３】レーザ光源パッケージ構成例２
【図１４】第２の実施形態による照明光学系を示す図
【図１５】第３の実施形態によるレーザ画像表示装置の構成図
【符号の説明】
【００３９】
１Ｒ・・赤色レーザ光源
１Ｇ・・緑色レーザ光源
１Ｂ・・青色レーザ光源
１Ｃ・・レーザ光源制御部
２・・・照明光学系
３・・・ビーム偏向素子部
３ａ・・レンチキュラーレンズアレイ
３ｂ・・レンチキュラーレンズアレイ
３ｃ・・レンチキュラーレンズ変形例
３Ｃ・・ビーム偏向素子制御部
３Ｍ・・振動ミラー
４・・・光インテグレータ
５・・・擬似面光源化素子
６・・・投影光学系
７・・・変調素子
７Ｃ・・変調素子制御部
８・・・投射光学系
１０・・・スクリーン
２１・・・ダイクロイックミラー
２２・・・レンズ
４１・・・透明接着剤
５５・・・光インテグレータ入射端面
５７・・・光インテグレータ出射端面
５９・・・光インテグレータ側面
７１・・・中空モータ
１００・・・レーザ画像表示装置
２００・・・レーザ画像表示装置
２０２・・・照明光学系
２０６・・・投影光学系
２０８・・・投射光学系
２０９・・・ダイクロイックプリズム
２１０・・・スクリーン
２６１・・・ミラー
２６２・・・フィールドレンズ
２７１・・・マイクロレンズアレイ付２次元光変調素子
１１０１・・・活性層
１１０３・・・ストライプ
１４０１・・・マルチロッドインテグレータ
１４０３・・・複屈折擬似面光源化素子
１４０５・・・マルチロッドインテグレータ１４０１に形成されたレンズアレイ
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。【００４１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、レーザ画像表示装置である。本レーザ画像表示装置は、プロジェクション・ディスプレイ（レーザ・ディスプレイ）である。図１に、第１の実施形態によるレーザ画像表示装置１００の構成概略図を示す。【００４２】
レーザ画像表示装置１００は、赤色（Ｒ）レーザ光源１Ｒ、緑色（Ｇ）レーザ光源１Ｇ、および、青色（Ｂ）レーザ光源１Ｂなる３色のレーザ光源、および、これらレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの駆動制御を行うレーザ光源制御部１Ｃと、レーザ光を反射または透過させるダイクロイックミラー２１と、レンズ２２（例えば、発散レンズ）と、レーザ光の進行方向を偏向させるビーム偏向素子部３、および、ビーム偏向素子部３を駆動制御するビーム偏向素子制御部３Ｃと、レーザ光を導光する光インテグレータ４と、好ましくは光インテグレータ４の内部に構成され、もしくは、光インテグレータ４の部分に挟まれるようにして配置される擬似面光源化素子５と、倍率ａを有し、レーザ光を変調素子７に投影するための投影光学系６と、レーザ光を変調し画像を形成する変調素子７、および、変調素子７を駆動制御する変調素子制御部７Ｃと、エフナンバー（Ｆ値）Ｆを有し、変調素子７より出射したレーザ光をスクリーン１０に投射する投射光学系８と、画像を表示するためのスクリーン１０と、を有する。なお、擬似面光源化素子５は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関して、光インテグレータ４から変調素子７に至る間に、光インテグレータ４と独立して配置されてもよい。【００４３】
レーザ画像表示装置１００においては、単一の変調素子７を、各色レーザ光の出射のタイミングと同期して時間分割して使用することで、各レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光を変調する。レーザ光源制御部１Ｃは、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂが、時系列に沿って、順次、レーザ光を出射させるようにレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂを駆動制御することができる。レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂが出射したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、および、Ｂ（青色）を含む３色のレーザ光は、それぞれ、１つ以上のダイクロイックミラー２１を介して、レンズ２２（発散レンズ）等に導かれる。ダイクロイックミラー２１は、上記３色のレーザ光を１つの変調素子７で変調するために、適切に上記３色のレーザ光を合波可能である。そして、上記３色のレーザ光は、レーザ画像表示装置１００の照明光学系２に含まれるビーム偏向素子部３に入射する。【００４４】
照明光学系２は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光を受け、そのレーザ光を、その断面における光強度分布がほぼ一様で、かつ、所定の断面形状を有するレーザ光に変化させ、当該レーザ光を出射する光学系である。レーザ画像表示装置１００の照明光学系２においては、この、所定の断面形状で一様な光強度分布を有するレーザ光は、投影光学系６から出射され、変調素子７を照明する。照明光学系２に含まれる構成要素、および、その作用・効果の詳細については、後で説明する。【００４５】
変調素子７で変調を受け反射された変調レーザ光は、投射光学系８によって、スクリーン１０へ拡大投射され、各色の変調レーザ光は、スクリーン１０上で時間平均的加法混色され、スクリーン１０にカラー画像を形成する。そして、鑑賞者は、形成された色鮮やかなカラー画像を鑑賞する。レーザ画像表示装置１００の変調素子７には、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）といった反射型２次元変調素子を用いることができる。しかし、本発明は、変調素子７を、上記反射型２次元変調素子に限定しない。本発明は、あらゆるタイプの変調素子を使用することができる。例えば、本発明は、変調素子７として透過型の変調素子を使用してもよい。また、本発明は、変調素子７として、１次元的な変調素子を使用することもできる。さらには、本発明は、使用する変調素子７が単一の素子からなることに限定せず、複数の変調素子を用いる構成とすることもできる。この場合、レーザ画像表示装置１００は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光毎に変調素子を備えることも可能である。また、本発明は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから、時間的に連続して出射されるレーザ光の使用を除外するものではない。【００４６】
＜照明光学系２＞
以下、レーザ画像表示装置１００の照明光学系２について、詳しく説明する。【００４７】
＜照明光学系２の構成＞
レーザ画像表示装置１００の照明光学系２は、ビーム偏向素子部３と、光インテグレータ４と、擬似面光源化素子５と、投影光学系６と、を含む。【００４８】
≪ビーム偏向素子部３≫
ビーム偏向素子部３は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関し、光インテグレータ４よりも上流に配置され、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから出射したレーザ光を受け、その進行方向を偏向させる機能を有する素子を含む。ビーム偏向素子制御部３Ｃは、ビーム偏向素子部３に入射するレーザ光の受ける偏向作用の程度（後述のビーム偏向角に相当）を、随時変更可能に制御する。ビーム偏向素子部３によって、進行方向を所定の方向へ偏向されたレーザ光は、その進行方向下流に配された光インテグレータ４へ入射する。【００４９】
≪光インテグレータ４≫
レーザ光源からのレーザ光は、ビーム偏向素子部３による偏向作用を受けた後、光インテグレータ４に入射する。光インテグレータ４は、所定形状の入射端面および所定形状の出射端面を有し、入射したレーザ光を、光インテグレータ４の内部境界面での内部反射を許しながら出射端面まで導光する。光インテグレータ４の入射端面の形状は、任意の形状でよいが、ビーム偏向素子部３から出射するレーザ光の取込が容易で、取込量を可能な限り大きくするように構成されることが好ましい。同様、光インテグレータ４の出射端面の形状は、任意の形状でよいが、好ましくは、矩形形状である。さらに好ましくは、光インテグレータ４の出射端面形状は、変調素子７において実際に画像形成のための変調に関与する素子が配置された領域の形状、すなわち、画像表示のためにレーザ光を照射すべき変調素子の領域の形状と相似の関係にある。或いは、実際にスクリーン１０に形成される画像の形状と相似の関係を有することが好ましい。光インテグレータ４の出射端面が当該相似の関係を備えることにより、変調素子７を照明するレーザ光のうち実際には画像形成に貢献しないレーザ光の光量を最小限に抑えることが可能となる。例えば、レーザ画像表示装置１００の変調素子７の上記領域が、縦横比４：３の長方形形状を有するならば、光インテグレータ４の出射端面形状も、縦横比４：３の長方形形状を有することが好ましい。或いは、レーザ画像表示装置１００が、縦横比４：３の長方形形状の画像を表示する設計ならば、光インテグレータ４の出射端面の形状は、縦横比４：３の長方形形状に設計されることが好ましい。また、変調素子７の上記領域と、それを照明するレーザ光とが一致するように、光学系を構成することが望ましい。光インテグレータ４の側面形状は、任意の形状でよいが、好ましくは、上記内部反射が適切に効率的に行われ、入射したレーザ光を高効率で出射端面まで導光可能な形状である。なお、変調素子７として液晶等、偏光制御を行う素子を使用する場合、上記内部反射を行う内部境界面（反射面）が、入射したレーザ光の偏光方向に対して垂直または平行になるように、側面形状を構成することが望まれる。また、光インテグレータ４の入射端面と出射端面の形状が相違する場合、側面形状は、照明光学系２の光軸に対して非平行な平面または曲面を有してもよい。さらには、光軸を光インテグレータ４内で屈曲させるような形状を有してもよい。【００５０】
≪擬似面光源化素子５≫
擬似面光源化素子５それ自体は、入射したレーザ光を散乱させ、出射する素子である。一般に、レーザ光は平行光である。擬似面光源化素子５は、その散乱作用により、それに入射した平行レーザ光を、略発散光にする。擬似面光源化素子５は、レーザ光の進行方向に関し、光インテグレータ４の一部分よりも下流に配置されればよい。そのような構成を採ることにより、レーザ画像表示装置１００において、擬似面光源化素子５は、光インテグレータ４の導光部を導光されたレーザ光に対し散乱効果を与えることが可能となる。擬似面光源化素子５より上流にある光インテグレータ４の一部分の導光部は、光軸に沿って所定の長さよりも長いことが好ましい。この所定の長さは、光インテグレータ４を導光されたレーザ光が、擬似面光源化素子５に一様に入射するようになるために必要な長さの最小値と実質的に一致する。【００５１】
擬似面光源化素子５は、レーザ光の進行方向に沿って、その上流側部および下流側部で光インテグレータ４の導光部と近接するように配置されることが好ましい。この、語「近接する」には、互いがその一部で接触している状態、接着剤等を介して接続されている状態、互いは乖離しているが十分に近い位置関係にある状態、を含む。このとき、擬似面光源化素子５は、近接する光インテグレータ４にその両側を挟まれるように配置される。この、語「挟まれる」には、光インテグレータ４の縁端部を含まないその一部分が、擬似面光源化素子５の機能を備える場合、および、光インテグレータ４の内部に擬似面光源化素子５が挿設される場合を含む。換言すれば、語「挟まれる」は、レーザ光の進行方向に沿って、光インテグレータ４の導光部、擬似面光源化素子５、光インテグレータ４の導光部が、順に、互いに近接して配置される状態を含む。レーザ光の光路に沿って擬似面光源化素子５よりも下流側に位置する光インテグレータ４後半部分の導光部の長さは、所定の長さ以上であればさらに好ましい。この長さは、照明光学系２の光軸に沿って測距して定めればよい。上記所定の長さは、擬似面光源化素子５の構成によって異なるが、光インテグレータ４の出射端面の像から素子５自身の像が消失するのに必要な長さの最小値と実質的に一致する。また、擬似面光源化素子５は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関して、光インテグレータ４から投影光学系６に至る間に、光インテグレータ４と独立して配置されてもよい。なお、光インテグレータ４が後述する中空型光インテグレータの場合、光インテグレータ４の導光部は、その中空部と実質的に一致する。【００５２】
≪投影光学系６≫
投影光学系６は、光インテグレータ４を出射したレーザ光を、変調素子７に投影するための光学系である。投影光学系６は、光インテグレータ４を出射したレーザ光が、変調素子７に適切に入射されるように、１つのレンズ、または、１つ以上のレンズ群で構成することができ、倍率ａを有する光学系である。また、投影光学系６をアナモフィック系として構成することもできる。このとき、投影光学系６は、光インテグレータ４の出射端面より出射されるレーザ光を歪曲させ、該歪曲されたレーザ光を変調素子７の有効面へ導く光学系である。その場合、光インテグレータ４の出射端面形状は、投影光学系６によるレーザ光の歪曲を考慮して設計する。【００５３】
＜照明光学系２の作用・効果＞
これより、照明光学系２の作用・効果について詳細に説明する。図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃは、光インテグレータ４および擬似面光源化素子５の作用を説明する図である。先ず、図２Ａは、光インテグレータ４に入射したレーザ光２１ｃ等が光インテグレータ４内を伝播する様子を示す図である。【００５４】
≪照明光学系２の作用≫
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００においては、ビーム偏向素子部３によりその進路について偏向作用を受けたレーザ光が、光インテグレータ４に入射する。【００５５】
当該入射レーザ光２１ｃは、光軸２１ａに対し角θを成して光インテグレータ４に入射する。ここで、光軸２１ａは、照明光学系２の光軸である。角θは、ビーム偏向素子３によるビーム偏向角である。ビーム偏向角θは、光軸２１ａに平行なレーザ光２１が、ビーム偏向素子部３より偏向作用を受けたときの、その光路と、光軸２１ａとが成す角である。ビーム偏向角θは、０≦｜θ｜≦θ１なる関係を満足する。θ１は、最大ビーム偏向角であり、光軸２１ａに平行なレーザ光２１が、ビーム偏向素子部３より偏向作用を受けて出射したときの、ビーム偏向角θの最大値である。また、ビーム偏向角θは、ビーム偏向素子制御部３Ｃを介し、０度からθ１度までの間でリアルタイム制御可能である。その制御の方法については、後でその例を挙げて説明する。【００５６】
よって、レーザ光は、様々なビーム偏向角θ（θ：０≦｜θ｜≦θ１）で光インテグレータ４に入射し、光インテグレータ４内においては、その内部境界面において反射を許しつつ、図面左方へ伝播する。伝播の間、入射レーザ光の一部は内部境界面で複数回の内部反射を繰り返し、そのビーム形状を拡大させ、やがて実質的に光インテグレータ４内の導光部の断面に一致するビーム形状となって光インテグレータ４を満たすようになる。【００５７】
このとき、光インテグレータ４内を導光されるレーザ光の光源像は、光インテグレータ４の導光部の断面において、光インテグレータ４内で生じたレーザ光の内部反射の回数と同数の、複数の点光源からなる像である。【００５８】
そして、光インテグレータ４の導光部を満たす形状を有するに至ったレーザ光、つまり、複数の点光源群からなる光源像を有するレーザ光が、擬似面光源化素子５に入射する。【００５９】
次に、擬似面光源化素子５の作用について図２Ｂおよび図２Ｃを参照し説明する。図２Ｂは、擬似面光源化素子５による入射レーザ光の散乱作用を示す図である。【００６０】
擬似面光源化素子５は、それに入射するレーザ光に対し散乱作用を及ぼし、入射レーザ光を、様々な散乱角で、散乱角に依存した所定の強度分布で出射する。擬似面光源化素子５に入射する光が平行光の場合、出射する光は、所定の強度分布を備えた発散光として出射する。【００６１】
擬似面光源化素子５に対し、上記の光インテグレータ４の導光部を満たす形状を有するに至ったレーザ光、つまり、複数の点光源群からなる光源像を有するレーザ光が入射した場合、このレーザ光は、実質的に一様な光強度分布を示す面光源からなる光源像を有する略発散レーザ光に変化する。そして、このレーザ光は、再び、光インテグレータ４内を、内部反射を許しながら、導光され、光インテグレータ４の出射端面の形状と実質的に同一の形状で一様な光強度分布を有するレーザ光として、光インテグレータ４より出射される。【００６２】
図２Ｃは、擬似面光源化素子５の擬似面光源化作用（散乱作用）の程度を定量的に示す、半値散乱角φ１の定義を示す図である。半値散乱角φ１は、光軸２１ａ（図２Ａ）に平行な平行レーザ光２１ｘ（図２Ｂ）が擬似面光源化素子５に入射したときに他端より出射される発散レーザ光の最大光強度の半値（Ｉ１／２）を有するレーザ光の伝播方向と、光軸２１ａ（平行レーザ光２１ｘの光路）の成す角として定義される。【００６３】
擬似面光源化素子５は、レーザ光が入射し透過する位置および入射する角度の少なくともいずれかに依存して異なる位相を入射レーザ光に与えて出射することができる素子を含むことが望ましい。擬似面光源化素子５が、レーザ光の入射する位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して異なる位相をレーザ光に与えることで、擬似面光源化素子５から出射するレーザ光束は、非平面的でかつ複雑な位相面を有するようになり、もって、当該レーザ光束のコヒーレンシーが低減される。このとき、レーザ光束が出射される擬似面光源化素子５の出射端面は、擬似面光源を構成し、当該断面の様々な位置から、様々な角度で、異なる位相を有するレーザ光が発散的に出射される。【００６４】
なお、擬似面光源化素子５を出射し、光インテグレータ４から出射されるレーザ光の光源像は、投影光学系６の射出瞳で観察することができる。【００６５】
この、一様な光強度を有し、コヒーレンシーが低減されている擬似面光源化レーザ光束は、投影光学系６より変調素子７へ向けて出射され、変調素子７において変調され、投射光学系８において、変調された当該レーザ光束は拡大されてスクリーン１０に達し、画像を形成する。【００６６】
≪照明光学系２の効果≫
レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから出射されたレーザ光の光源像は、先ず、ビーム偏向素子部３の作用の程度が時間的に変化する偏向作用、および、光インテグレータ４の上流部を導光される際の内部反射の作用により、その構成が時間的に変化する複数の点光源からなる光源像となる。そして、擬似面光源化素子５および光インテグレータ下流部の作用により、この複数の点光源からなる光源像は、擬似的に面光源化された光源像になる。このとき、擬似的に面光源化されたレーザ光束は、上記時間的に変化する複数の点光源像の変化と対応して時間的にその主たる進行方向を変化させる複数の略発散レーザ光から構成されている。【００６７】
そのため、変調素子７は、時間的に入射角が変化するレーザ光によって照明される。この、変調素子７を照明するレーザ光束を構成するレーザ光の入射角度の時間的変化により、スクリーン１０で生じるスペックルパターンが変化する。鑑賞者の視覚がスペックルパターンを認識するために必要な時間よりも十分に速く角度変化を生じさせるようにビーム偏向素子部３を駆動制御することで、鑑賞者の視覚においてスペックルノイズの平均化が生じ、鑑賞者の認識するスペックルノイズが低減される。そのため、鑑賞者は、スクリーン１０に表示された画像を、スペックルノイズの無い、鮮明な画像として認識する。【００６８】
さらに、擬似面光源化された光源像は、複数の点光源からなる光源像よりもはるかに光源像面積が拡大されている。レーザ画像表示装置１００において、画像表示にかかるレーザ光の光源像面積の拡大は、スクリーン１０上で画像を構成する各画素を表示する実効光源面積の拡大に対応する。一般に、各画素の表示にかかる光源の実効光源面積の拡大は、スペックルノイズのパターンのコントラストを低下させる。レーザ画像表示装置１００においては、先述の光源像の時間的変化によるスペックルノイズ低減効果との相乗効果により、鑑賞者が認識するスペックルノイズは、より一層低減される。【００６９】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、スペックルノイズのパターンの時間的平均化、および、実効光源面積の拡大化によるスペックルノイズのパターンのコントラストの低下、という２つの作用の相乗効果により、スペックルノイズを効率よく除去することができる。【００７０】
さらに、光インテグレータ４出射端面（光インテグレータ４下流部の出射端面）を、変調素子７の形状と相似の形状とすることで、光インテグレータ４出射端面から出射するレーザ光束の大部分を、画像表示に利用することが可能となり、もって、レーザ画像表示装置１００の光利用効率の向上という効果を奏する。【００７１】
＜構成例＞
擬似面光源化素子５は、光インテグレータ内に構成することが好ましい。または、変調素子７上流に具備することが好ましい。ここで、「変調素子７上流」とは、光インテグレータ４の出射端面から、レーザ光束を変調する変調素子７までの区間を指す。この区間内に擬似面光源化素子を配置することにより、変調素子７を照明するレーザ光束の光源像は、複数の点光源の集まりではなく、連続的に繋がった１つの像とすることができる。レーザ光束の断面形状が、変調素子７と相似な矩形形状、或いは、略発散レーザ光束になっている位置に擬似面光源化素子５を配置することで、照明用のレーザ光束の光源像をほぼ連続的に繋がった像とすることができる。ただし、変調素子７上流に擬似面光源化素子５を具配置する場合は、擬似面光源化素子５に起因した像が、変調素子７に結像しないよう、光インテグレータ出射端面から１ｍｍ以上離すことが好ましい。【００７２】
また、擬似面光源化素子５は、光インテグレータ４に入射したレーザ光が光インテグレータ４の導光部全体を満たすようになる位置よりも下流に配置することが好ましい。【００７３】
図３Ａ、図３Ｂ、および、図３Ｃは、擬似面光源化素子５構成例を示す図である。擬似面光源化素子としては、ランダムな凹凸パターンをその表面に有する擬似面光源化素子５ＩＲ（図３Ａ）、多種のレンズが形成されたマイクロレンズアレイを含む擬似面光源化素子５ＡＬ（図３Ｂ）、基材と屈折率の異なる粒子を散在させて含む擬似面光源化素子５ＰＡ（図３Ｃ）、等がある。また、擬似面光源化素子５は、ミラーなどに貼り付けて反射型の素子として使用することも可能である。【００７４】
さらに、擬似面光源化素子５は、それを透過するレーザ光の光量ロスを防ぐため、レーザ光の波長に対応した反射防止処理を施すことが好ましい。変調素子７上流に配置する場合などは、反射防止コートを施すことが好ましい。またさらに、擬似面光源化素子５は、半値散乱角φ１を制御するために、ホログラムパターンを有するホログラム・ディフューザを用いることが好ましい。なお、擬似面光源化素子５は、その、光軸に対し垂直な断面において、非一様な半値散乱角φ１を示すものであってもよい。【００７５】
擬似面光源化素子５は、図１に図示したように光インテグレータ４に挟まれるように配置すれば、擬似面光源化素子５による散乱作用で生じる変調素子７上の結像歪による光量ロスをなくすことができる。この、図１に示すような、好ましい形態について説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、および、図４Ｅは、光インテグレータ４に挟まれた擬似面光源化素子５の構成具体例を示す図である。【００７６】
具体例１：光インテグレータ上流部４ａ下流端面および光インテグレータ下流部４ｂ上流端面とほぼ同じ形状を有する反射防止コートを施した擬似面光源化素子５ＡＲを、２つの光インテグレータ断面に挟むように密着固定させる（図４Ａ）。【００７７】
具体例２：光インテグレータ上流部４ａ下流端面および光インテグレータ下流部４ｂ上流端面とほぼ同じ形状を有する擬似面光源化素子５を、２つの光インテグレータ４ａおよび４ｂ断面に透明接着剤４１で接着する（図４Ｂ）。【００７８】
具体例３：光インテグレータ下流部４ｂ（または、光インテグレータ上流部４ａ）の断面に凹凸形状を与えることで、擬似面光源化素子と同等の機能を有する部分４Ｓを光インテグレータ４ｂ（または４ａ）に与え、光インテグレータ上流部４ａ（または４ｂ）に透明接着剤４１で接着する（図４Ｃ）。【００７９】
具体例４：光インテグレータ下流部４ｂ（または、光インテグレータ上流部４ａ）の断面に凹凸形状を与え、当該凹凸形状に反射防止コートを施し、擬似面光源化素子と同等の機能を有する部分４ＳＡＲを光インテグレータ４ｂ（または４ａ）に与え、反射防止コートをした光インテグレータ上流部４ａ（または４ｂ）に密着固定する（図４Ｄ）。【００８０】
具体例５：中空型光インテグレータ４Ｈの内部に反射防止コートをした擬似面光源化素子５ＡＲを挿入する（図４Ｅ）。【００８１】
光インテグレータに挟まれるように擬似面光源化素子５を具備できるものであれば、その構成は、前記構成に限定されない。また、擬似面光源化素子５を光インテグレータに挟むようにして具備したとき、レンズ等からなる投影光学系６を省略し、直接、変調素子７に、光インテグレータ４の出射端面の像を形成するような構成としてもよい。この場合、光インテグレータ４と変調素子７を近接させ、インテグレータ４出射端面からの出射レーザ光で変調素子７を照明したり、フィールドレンズにより変調素子７を出射レーザ光で照明したりする構成としてよい。【００８２】
光インテグレータ４は、ロッド型のガラスからなるロッドインテグレータや、中空型インテグレータや、出射部が矩形となる光ファイバや中空ファイバを用いることができる。光インテグレータ４の入射端面および出射端面は、反射による光量ロスを防止するため、反射防止コートが施されるか、或いは、中空型であることが好ましい。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈ、図５Ｉ、図５Ｊ、図５Ｋ、図５Ｌ、図５Ｍ、図５Ｏ、図５Ｐ、および、図５Ｑは、光インテグレータ４の入射端面、出射端面、および、側面形状の例を説明する図である。【００８３】
図５Ａを参照すれば、光インテグレータ４は、入射端面５５においてレーザ光５１を入射し、出射端面５７よりレーザ光５３を出射する。ここで、入射端面５５および出射端面５７とは、光軸方向より平面視した形状を指し、側面形状５９とは、入射端面５５と出射端面５７とを接続する光インテグレータ４外側表面を、光軸と垂直な方向から平面視した形状を指す。【００８４】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、矩形、例えば、縦横比４：３の長方形（図５Ｂ）、縦横比１６：９の長方形（図５Ｃ）、および、適当な縦横比の長方形とすることができる。この縦横比には、１：１（正方形）を含む。光インテグレータ４にかかる製造コストを抑えるために、入射端面５５と出射端面５７とは、互いに合同、または、相似な形状であることが望ましい。また、端面５５および５７は、それぞれ、平行な辺を含む形状であることが望ましい。入射端面５５と出射端面５７の大小関係は任意であるが、入射端面５５を、出射端面５７よりも大きくすることで、レーザ光の損失を最小限に抑えることができる。【００８５】
また、入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、曲線を含んだ形状、例えば、半円を直線で接続した形状（図５Ｄ）としてよい。光インテグレータ４に入射するレーザ光のビーム形状（異なる光源からのレーザ光が合波されたときのビーム形状を含む）に対応した形状の端面を有することで、レーザ光を効率よく取り込むことができる。【００８６】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、台形形状（図５Ｅ）としてよい。【００８７】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、楕円（真円を含む）形状（図５Ｆ）としてよい。【００８８】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、５以上の頂点を有する多角形形状、例えば、８角形形状（図５Ｇ）としてよい。【００８９】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、１８０度を超える頂角を１つ以上備えた多角形形状、例えば、星形形状（図５Ｈ）としてよい。【００９０】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が極端に異なる、略一次元的な楕円形状（図５Ｉ）としてよい。【００９１】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が極端に異なる、略一次元的な長方形形状（図５Ｊ）としてよい。入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が、実質的に１：∞すなわち、実質的に線的な形態となった長方形形状を備えてもよい。【００９２】
また、入射端面５５は、２以上の（真円を含む）楕円を一次元的に連結した形状としてよい（図５Ｋ）。【００９３】
入射端面５５は、３以上の（真円を含む）楕円を二次元的に連結した形状としてよい（図５Ｌ）。【００９４】
さらに、入射端面５５の一部に反射コートを設けてよい。そうすることで、不要光の入射を防止したり、インテグレータ４内を逆行するレーザ光を、出射端面５７側へ反射させて利用したりすることができる。【００９５】
側面形状５９は、特に限定されないが、光インテグレータ４内でレーザ光が内部反射して出射端面側へ効率よく導光されるような形状を有することが望まれる。【００９６】
側面形状５９は、台形形状としてよい（図５Ｍ）。【００９７】
側面形状５９は、入射端面５５から光インテグレータ４中間部まで拡大し、それ以後、出射端面５７まで平行な形状としてよい（図５Ｎ）。【００９８】
側面形状５９は、入射端面５５から光インテグレータ４中間部まで、非線形的に拡大するような形状としてよい（図５Ｏ）。【００９９】
側面形状５９は、光インテグレータ４中間部の実質的一点において、その幅が急激に変化するような形状としてよい（図５Ｐ）。【０１００】
側面形状５９は、光インテグレータ４中間部において、光軸が屈曲するような形状としてよい。図５Ｑは、Ｌ字型形状の側面形状５９を示す。このとき、光軸は略垂直に屈曲する。なお、図５Ｍ、図５Ｎ、図５Ｏ、図５Ｐ、および、図５Ｑに示した光インテグレータ４は、入射端面５５と出射端面５７を入れ替えて使用することもできる。【０１０１】
次に、ビーム偏向素子部３の構成例を示す。図６は、ビーム偏向素子部３の構成を示す図である。【０１０２】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、照明用レーザ光の光源像を時間的に変化させることで、スペックルノイズのパターンの時間的変化を与える。そのため、ビーム偏向素子部３は、光インテグレータ４に入射するレーザ光の進行方向（ビーム偏向方向）を時間的に制御することが望まれる。レーザ画像表示装置１００では、光インテグレータ（ロッドインテグレータ）４に入射するレーザ光６１の進行方向の制御のために、レンチキュラーレンズアレイ３ａ、３ｂおよびビーム偏向素子制御部３Ｃを有する。レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂを回転させることにより、レーザ光の進行方向を時間的に変化させる。レンチキュラーレンズアレイ３ａは図６に示すロッドインテグレータ（光インテグレータ４）の長辺方向に関しレーザ光６１の進行方向を偏向させ、レンチキュラーレンズアレイ３ｂはロッドインテグレータ（光インテグレータ４）の短辺方向に関しレーザ光６１の進行方向を偏向させる。レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂは、半径方向に略一様な断面形状を有するレンズアレイである。レーザ光６１は、レンズの各々の凸形状（または、凹形状）で偏向され、ロッドインテグレータ（光インテグレータ４）に入射する。【０１０３】
図７は、ビーム偏向素子部７のレンチキュラーレンズの変形例である。レンチキュラーレンズ３ｃは、一方向に略一様な断面を有し、外周部が円形である円形レンチキュラーレンズである。円形レンチキュラーレンズ３ｃは、外周部において中空モータ７１に把持されており、ビーム偏向素子制御部３Ｃにより、中空モータ７１と共に回転可能である。スポット７３は、レーザ光源からのレーザ光が円形レンチキュラーレンズを透過する位置を例示する。レーザ光は、円形レンチキュラーレンズ３ｃの回転により、時々刻々と変化する方向に偏向される。このとき与えられるビーム偏向角θおよび最大ビーム偏向角θ１は、円形レンチキュラーレンズ３ｃの開口数（ＮＡ）で定めることができる。【０１０４】
≪最大ビーム偏向角θ１、半値散乱角φ１等間の望ましい関係≫
ビーム偏向制御素子部３により偏向されたレーザ光の光軸に対するビーム偏向角の最大値θ１、擬似面光源化素子５の平行レーザ光に対する平均散乱角をφ１は、θ１＞φ１であることが好ましい。擬似面光源化素子５の散乱角は、効果的な擬似面光源化作用を発揮させるためには、ガウス分布に近い散乱角分布を有することが好ましい。効果的にスペックルノイズを低減させるためには、変調素子７またはスクリーン１０に投射されるレーザ光の角度分布が均一なことが望まれ、また、投射光学系８のロスをなくすためには投射光学系８のエフナンバーＦまでの角度分布とすることが望まれる。前記２つを両立させるためには、変調素子７の照明するレーザ光の角度分布は、トップハット型に近い角度分布が望まれる。この望まれる角度分布とするには、厳密な角度分布制御が可能なビーム偏向制御素子部３による角度制御が、有効に照明用レーザ光に残ることが好ましい。そのためには、前記関係θ１＞φ１を満たすことが望まれる。角度制御をより厳密に行うには、θ１＞２×φ１であることがより望ましい。【０１０５】
本発明の画像表示装置１００の投射光学系８のエフナンバーＦと投影光学系６の倍率ａとビーム偏向制御素子３の最大ビーム偏向角θ１と擬似面光源化素子５の半値散乱角φ１の間には、
【数２】
2007013221.tif 000003
の関係が成り立つことが好ましい。関係式（１）を満たすとき、スクリーン１０に投影するとき、光量のロスが少なく、かつ、スペックルノイズを効率よく除去することができる。【０１０６】
＜画質評価の結果＞
画像表示装置１００を用い、画質評価を行った。評価対象は、スクリーン１０に到達する光量とスペックルノイズの多寡である。スクリーン到達光量はパワーメータで測定した。スペックルノイズは、スクリーン１０を、視覚カメラで撮影することにより評価した。スクリーン１０には、フロントプロジェクション用のマットスクリーンを用いた。視覚カメラは、瞳に対応するレンズと仮想網膜上のスペックルをＣＣＤに拡大するレンズとＣＣＤからなる。スペックルノイズ評価には、緑色レーザ光源１Ｇのみから緑色レーザ光を出射させ、一様画像をスクリーン１０に表示し、一様画像部のＣＣＤ受光量平均値Ｘとスペックルノイズによる強度ばらつきの標準偏差σの比、σ／Ｘを用いた。ビーム偏向角の制御には回転レンチキュラーレンズを用い、ＮＡの異なるレンチキュラーレンズを用いてビーム偏向角θ１（＝ｓｉｎ−１ＮＡ）を変化させた。擬似面光源化素子５は、ホログラムパターンのランダム凹凸パターンを有する素子に反射防止コートし、２本のロッドインテグレータ間に挟み固定させた。擬似面光源化素子５も、半値散乱角θ１が異なるものを複数用いた。投影光学系の倍率ａは２、投射光学系エフナンバーＦは２．５であった。【０１０７】
評価結果を図８に示す。比較のため、条件１０ではレンチキュラーレンズの回転を止め、照明に用いるレーザ光の光源像を時間的に静止した状態としている。また条件１１は、擬似面光源化素子５をロッドインテグレータ内に挿入していないときの結果であり、このときのスクリーン到達光量を１とし、光量（パワー）比較している。【０１０８】
条件１０、１１では、スペックルノイズが鑑賞者に目視できる、１０％以上のノイズによる強度揺らぎがあるのに対し、条件１〜１０はノイズが１０％未満に低減された。この結果比較より、照明用レーザ光が擬似面光源化されかつ光源像が時間的に変化することによりスペックルノイズが低減されることがわかる。【０１０９】
ビーム偏向制御素子部３による最大ビーム偏向角θ１を、面光源化手段の半値散乱角φ１以下とした場合（θ１≦φ１、条件７、８、９）、１割以上の光量（パワー）ロスが生じるが、同様の最大ビーム偏向角θ１であってもθ１＞φ１とした場合には、光学系全体のビーム角度制御が可能となって、条件１ないし４、および、６では光量（パワー）ロスが少なく、かつ、スペックルノイズが低減されていることがわかる。更に０．７×ｔａｎ−１（１／２Ｆ）＜［（θ１）２＋（φ１）２］１／２／ａを満足する関係としたとき（条件２ないし６）、スペックルノイズがほぼ鑑賞者が感じない、強度揺らぎ５％以下とすることができ、投射光学系８を含めた十分な照明光の角度変化制御ができていることがわかる。更に［（θ１）２＋（φ１）２］１／２／ａ＜１．２×ｔａｎ−１（１／２Ｆ）を満足する関係とすることで（条件２ないし４、および、６）、光量（パワー）ロスが少なく、投射光学系８まで含め高効率化されていることがわかる。【０１１０】
＜照明光学系２の変形例＞
図９は、照明光学系２の変形例の構成概略図である。【０１１１】
レーザ光源を出射した光は、レンズ２２、１次元振動ミラー３Ｍ、レンズアレイ３ＡＬを経て、矩形の出射端面をもつ中空型光インテグレータ４Ｈにより内部反射を繰り返して長方形のほぼ均一なビーム形状となった後、擬似面光源化素子５ＡＲに入射する。擬似面光源化素子５ＡＲは、中空型ロッドインテグレータ４Ｈ内に挿入されている。【０１１２】
本変形例は、振動ミラー３Ｍとレンズアレイ３ＡＬを組み合わせて使用することにより、時間的にレーザ光の光源像が変化するように、光インテグレータ４Ｈに入射するレーザ光のビーム偏向角制御を行う。本変形例では、特に、振動ミラー３Ｍを、１次元方向のみに振動させることでレーザ光に１次元的偏向角変化を与え、レンズアレイ３ＡＬにより、レーザ光に２次元的偏向角変化を与えている。【０１１３】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、および、図１０Ｄは、１次元的振動ミラー３Ｍを用いた場合に使用するレンズアレイ３ＡＬおよびレンズアレイ３ＡＬ代替例を示す図である。図１０Ａは、レンズアレイ３ＡＬを光軸に対し垂直な方向から見たときの図である。図１０Ｂは、このレンズアレイ３ＡＬを光軸方向から見たときの図である。１次元的振動ミラー３Ｍが振動することで、レンズアレイ３ＡＬにレーザ光が入射するスポット１０１は、矢印１０３の方向に移動する。レンズアレイ３ＡＬは、１次元的振動ミラー３Ｍによるスポットの移動で、図上下方向に異なる偏向角を与えることができるように、矢印１０３に対し、ジグザグ状に球面レンズが配される。このようなスポット１０１の移動により、レンズアレイ３ＡＬは、レーザ光に、時間的に変化する２次元的ビーム偏向角を与えることができる。【０１１４】
図１０Ｃは、レンズアレイ３ＡＬの代替例を示す図である。本代替例は、レンチキュラーレンズを直交して貼り合わされたレンズ形状を有するレンズアレイ３ＬＬである。レンズアレイ３ＬＬは、２つのレンチキュラーレンズアレイを図に対して垂直な方向に有する。第１のレンチキュラーレンズアレイは、スポット１０１の移動方向（矢印）１０３に対し、プラス４５度の角度を成し、第２のレンチキュラーレンズアレイは、矢印１０３に対し、マイナス４５度の角度を成す。この、平面視において直行する２つのレンチキュラーレンズアレイを備えたレンズアレイ３ＬＬにおいては、スポット１０１の振動ミラー３Ｍによる移動により、時間的に２次元的なビーム偏向角変化を与えることができる。【０１１５】
図Ｄは、さらなるレンズアレイ３ＡＬ代替例を示す図である。本代替例は、表面レリーフホログラム素子を備えるホログラム素子３ＳＲである。ホログラム素子３ＳＲは、この非周期的な表面凹凸パターンにより、２次元的な偏向角（発散性）を与える。この素子３ＳＲに対し、矢印１０３の方向に時間的に移動させながら光線を入射させることで、２次元的に位相が異なるように時間的に変化する光源像が出射される。【０１１６】
レンズアレイ３ＡＬおよび３ＬＬは、特に、レンズの開口数（ＮＡ）と振動ミラーの振り角によりビーム偏向角を厳密に制御できるため、好ましい。【０１１７】
またビーム偏向角を、２次元的に均一にするため、レンズアレイ３ＡＬ等の偏向角変化を、振動ミラーの振り角方向（矢印１０３の方向）に関して小さくし、レンズアレイ３ＡＬ等と振動ミラー３Ｍによりレーザ光に付与される合計ビーム偏向角を、矢印１０３方向および矢印１０３に垂直な方向で均等化することが好ましい。【０１１８】
レンズアレイ３ＡＬ、３ＬＬ、および、ホログラム素子３ＳＲ等は、光ロッドインテグレータ４の入射側に配置されればよく、入射端面に取り付けたり、中空ロッドインテグレータ４Ｈの場合は入射側内部に組み込んだ形状としてもよい。【０１１９】
また１次元的振動ミラー３Ｍを用いる場合、ビーム偏向角の２次元分布（矢印１０３と平行および垂直な方向）を均等化するため、光インテグレータ４内に挿入される擬似面光源化素子５ＡＲ（図９）を、２次元的異方性をもつ拡散角を与える素子を用いることが好ましい。具体的には、擬似面光源化素子５ＡＲの表面に表面レリーフホログラムを構成し、その表面レリーフパターンを、振動ミラー３Ｍの振動方向について、振動方向に垂直な方向よりも大きな凹凸周期とし、振動方向の拡散角を小さくすることが望ましい。【０１２０】
本変形例では、１次元的振動ミラー３Ｍを用いたが、２次元的な振動が可能な振動ミラーを用いてもよい。２次元的振動ミラーを用いた場合は単独で、２次元的に変化するビーム偏向角をレーザ光に与えても良いし、レンズアレイなどと組み合わせてレーザ光のビーム偏向角を制御してもよい。【０１２１】
＜レーザ光源構成例１＞
図１１は、レーザ光源の構成例を示す図である。図１１において、画像表示装置１００の赤色レーザ光源１Ｒは、半導体レーザであり、変調素子７は、長方形形状の有効面（画像表示に実際に使用される領域）を有する。本発明においては、有効面が長方形形状の変調素子７の有効面の長辺方向１１０９と、半導体レーザの活性層１１０５の厚み方向とが平行であることが好ましい。【０１２２】
変調素子７の有効面は、表示する画像の形状に対応して、長方形形状を有し、具体的には横：縦＝４：３および１６：９、といったアスペクト比を有する。レーザ画像表示装置１００においては、有効面を出射するレーザ光が、投射光学系により拡大され、スクリーン１０に投影される。ここで、半導体レーザ素子は、一般に、基板上に少なくともクラッド層／活性層１１０１／クラッド層が積層された層状構造を有し、活性層１１０１の端面よりレーザ光が出射される。半導体レーザ素子の活性層１１０１から出射されるレーザ光の広がり角は層の厚み方向１１０５と、層に平行な方向で異なり、層の厚み方向に関しより大きく広がる。このため、レーザ光をコリメートする場合であっても、出射レーザ光を余すことなく使用する場合、活性層の厚み方向１１０５に長い楕円形状のレーザ光を使用することになる。【０１２３】
画像表示においては、変調素子７の有効面をほぼ均一に照明する必要がある。有効面が長方形である変調素子７に、レーザ光源から出射したレーザ光を均一に照明するために、光インテグレータ４やホログラム素子を用いてビーム形状を長方形に整形して照明を行う。このとき変調素子７の長辺方向１１０９と半導体レーザの活性層厚み方向１１０５が平行になるように光学系を配置することにより、照明用レーザ光の強度の均一化およびレーザ光の有効利用率を高めて照明することができる。例えば、内部反射を利用するロッドインテグレータを光インテグレータ４として用いる場合、照明用レーザ光の均一化の程度は、内部反射の回数に依存する。このとき、光源から出射するレーザ光の広がり角が縦横で同じレーザ光を用いると、長辺方向のレーザ光の内部反射の回数が少なくなり、レーザ光強度の均一化が困難となる。そこで、ロッドインテグレータ４出射端面の長辺方向と変調素子７の長辺方向を平行に配置し、活性層の厚み方向１１０５を長辺方向と平行にすることで、長辺方向に広がり角が大きなレーザ光をロッドインテグレータ４に入射させることが容易となり、ロッドインテグレータ出射端面長辺方向においても内部反射の回数を出射端面短辺方向と同程度にすることが可能となり、容易に均一化された照明用レーザ光を得ることできるようになる。光インテグレータ４として、フライ・アイ・インテグレータやホログラム素子を用いた場合も、入射レーザ光を長方形にビーム整形するとき、同様に長辺方向への均一化が困難となるが、活性層の厚み方向を長辺方向と平行に配置することで、光インテグレータ４に照射するビームとして、光インテグレータ４の長辺方向に長い楕円レーザ光を用いることができるようになり、ロスなく照明用のレーザ光の強度を均一化することができる。【０１２４】
上記半導体レーザ光源は、出射波長に関係なく、層状構造を有する半導体レーザであればよい。半導体レーザ素子を複数用いたマルチチップアレイとした場合も同様に各チップの活性層厚み方向が変調素子の長辺方向と平行に配置することが望ましい。活性層内に発光スポットを複数有するマルチストライプ、複数の活性層を素子内に有するマルチスタック構造としても同様に、活性層厚み方向と変調素子の長辺方向とが平行な配置とすることが望ましい。【０１２５】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、半導体レーザのストライプ１１０３の幅１１０７が出力波長の１０倍以上であることを特徴としている。有効面が長方形である２次元変調素子を用いる場合、ほぼ均一に照明するためビーム形状をほぼ均一強度の長方形に整形するが、ストライプ１１０３の幅１１０７を出力波長の１０倍以上のとすることで、効率よいビーム整形を可能とする。【０１２６】
半導体レーザのストライプとは、活性層にかかる電流の広がりを限定するための構造であり、電極、絶縁層、活性層の形状により作成し、活性層のストライプ領域のみ電流注入により励起し、ストライプ領域に沿って光が導波し、その端面から光が出射する。ストライプ幅は電流注入される活性層の幅であり、本発明では特にレーザ光が出射する端面のストライプ幅に関するものである。本発明では、ストライプ幅を出力波長の１０倍以上とすることで出射レーザ光のニアフィールドパターンを横方向に非常に広がった形状にする。そうすることで、出射レーザ光の、活性層層に平行な方向に広がるレーザ光の半角を約１／１０（ｒａｄ）以下にすることができる。半導体レーザを出射したレーザ光は、ほぼ均一な長方形とするため光インテグレータやホログラム素子からなるビーム整形素子に入射されるが、レーザ出射光の一方向の広がり角を小さくすることで、レーザ光源からビーム整形素子までの光学設計を活性層の厚み方向のみの制御で行うことが可能となる。具体的には、光源からビーム整形素子までの距離は数〜数十ミリメートルのため広がり角が１／１０（ｒａｄ）以下のとき、広がり誤差が１ミリメートル以下となり、特別な制御素子などを必要とせずに光学設計を行うことができる。更に光学系の設計を簡易にするためには、ストライプ幅を出力波長の２０倍以上とすることがより好ましい。２０倍以上とすることで、出射するレーザ光を、レーザ素子の層に平行な方向に対し略平行光として設計することが可能となる。【０１２７】
また、レーザ画像表示装置１００のように（図１参照）、単一の変調素子７を用い、複数波長（色）のレーザ光源１Ｂ、１Ｇ、および、１Ｒの変調を行う場合、最も短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源が変調素子の最も近くに配置されていることが好ましい。画像表示装置１００は、青、緑、赤の波長のレーザ光源１Ｂ、１Ｇ、および、１Ｒを有し、最も波長の短い光の青色レーザ光源１Ｂが、変調素子７の最も近くに配置される。【０１２８】
複数波長のレーザ光を、単一の変調素子７に導光するような構成を有するレーザ画像表示装置の場合、光学部品によるレーザ光の吸収および反射によるロスは短波長のレーザ光で最も大きくなる。そのため、短波長のレーザ光に対する光学材料の選定およびコートの仕様などが最も困難である。最も短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源が、変調素子７に最も近くなるように（その光路が最も短くなるように）配置することにより、作用させる光学部品の点数を、より長波長のレーザ光が作用される光学部品点数よりも少なくし、短波長のレーザ光の光量ロスを低減する。特に、レーザ光源の出射するレーザ光の波長のうち最も短い波長が、４６０ナノメートル未満にピークを有する波長の場合、本発明の効果が顕著となる。【０１２９】
＜レーザ光源構成例２＞
レーザ画像表示装置１００のレーザ光源は、図１に示したように、各光源を個別的に配置してよいが、１つのレーザ光源パッケージを用いてよい。このレーザ光源パッケージは、複数の波長を出射するレーザ光源を実質的に１つの筐体に備える。図１２および図１３に、そのようなレーザ光源パッケージの構成例を示す。図１２および図１３においては、図の明瞭性のため、パッケージ筐体を省略して図示する。【０１３０】
図１２に示すパッケージ例１は、赤色半導体レーザ光源１Ｒ、緑色ＳＨＧレーザ光源１Ｇａ、青色半導体レーザ光源１Ｂを含むレーザ光源パッケージである。レーザ画像表示装置１００において、本パッケージは、各レーザ光源、１Ｒおよび１Ｂは、その活性層の厚み方向１１０５が、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行になるように配置される。図示しない半導体レーザ光源マウント部は、半導体レーザ光源の両側部に配され、ＳＨＧレーザ光源は、半導体レーザよりも、レーザ光出射方向に関し後方に配置することができる。３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇａ、および、１Ｂを、１つのパッケージとすることで、ダイクロイックミラー２１等、合波する光学系を省略し、光学系を簡素化することができ、さらに、半導体レーザ１Ｒおよび１Ｂに、上述したような、好ましい楕円形状を有するレーザ光を出射させて変調素子７に対する照明レーザ光の強度の均一化を容易にする。また、赤色レーザ光源１Ｒのストライプ幅ＲＷと、青色レーザ光源のストライプ幅ＢＷとの間に、ＲＷ＞ＢＷなる関係が成立することが好ましい。この関係を満足させることにより、赤色レーザ光の形状と、青色レーザ光の形状とを近づけることが可能となる。そのため、変調素子７の照明にかかるレーザ光の制御がより容易となる利点が生じる。【０１３１】
図１３に示すパッケージ例２は、緑色半導体レーザ光源１Ｇｂを用いたレーザ光源パッケージ例である。本パッケージ例においては、レーザ光源、１Ｒ、１Ｇｂ、および、１Ｂの活性層の厚みは全て同一方向を向き、その向きは、レーザ画像表示装置１００において、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行である。このとき、上記ＲＷ＞ＢＷなる関係に加え、緑色レーザ光源１Ｇｂのストライプ幅ＧＷについて、ＲＷ＞ＧＷなる関係を満たすことが好ましい。このようにパッケージを構成することで、赤色レーザ光の形状と、緑色レーザ光の形状を近づけることができ、制御が容易となる利点が生じる。さらには、３つの半導体レーザ光源のストライプの幅は、ＲＷ＞ＧＷ＞ＢＷなる関係を満足することが望ましい。【０１３２】
なお、図１２および図１３に図示した半導体レーザは、１チップについて１ストライプを有するシングルストライプ構造であるが、各半導体レーザの活性層の厚み方向１１０５が、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行であれば、活性層に複数のストライプを有するマルチストライプ構造、１チップに複数の活性層を有するマルチスタック構造、複数のチップで１光源を構成するマルチチップ構造を用いた半導体レーザを使用することもできる。【０１３３】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明にかかるレーザ画像表示装置における照明光学系の別例を示す概略図である。本例において、レーザ光源を出射したレーザ光は、レンズ２２、揺動的に振動可能な振動ミラー３Ｍを経て、矩形の出射端面を有するマルチロッドインテグレータ１４０１に入射する。マルチロッドインテグレータ１４０１は、複屈折擬似面光源化素子１４０３を挟み込んだ構造を有するとともに、入射端面にレンズアレイ１４０５を備える。【０１３４】
第２の実施形態の照明光学系は、振動ミラー３Ｍと、マルチロッドインテグレータ１４０１に形成されたレンズアレイ１４０５の協働的作用により、レーザ光の光源像が時間的に変化するようにマルチロッドインテグレータ１４０１（光インテグレータ）の入射レーザ光のビーム偏向角制御を行う。本照明光学系において、最大ビーム偏向角θ１は、振動ミラー３Ｍの振り角θ２と、レンズアレイを構成するレンズの開口数（ＮＡ）で与えられる。図１４の構成では、振動ミラー３Ｍとレンズアレイ１４０５の協働により、振動ミラー３Ｍの振り角θ２よりも大きな角度のビーム偏向が可能となる。そのため、振動ミラー３Ｍの振り角θ２を、所望の最大ビーム偏向角θ１よりも小さくすることができるため、制御が容易となる利点を有する。また、本例においては、レンズアレイ１４０５と、ロッドインテグレータ１４０１とは、一体構成である。そのため、光学部品の一体化による効率向上が可能となる点でも、好ましい構成である。【０１３５】
本発明にかかるレーザ画像表示装置は、照明光学系にレーザ光の偏光をランダム化させる手段である偏光解消手段を有することが好ましい。図１４の例では、複屈折擬似面光源化素子１４０３により偏光解消を行っている。偏光解消により、直線偏光であるレーザ光の偏光面は、ランダムに変化される。十分にランダム化されたレーザ光は、非偏光光となる。スペックルノイズはレーザ光の干渉によって生じるが、偏光方向が直交するレーザ光同士は干渉しないため、スペックルノイズが低減される。偏光解消手段としては、光軸に対し、非一様な厚み分布を持たせた複屈折材料からなる素子を用いることが好ましい。偏光解消手段は、光インテグレータ内に備えずとも、レンズおよびミラーなどと同様にレーザ光の光路上に挿設すればその効果を得ることができる。このような、偏光解消手段を照明光学系が備えるとき、変調素子７には、ＤＭＤなどのマイクロミラーデバイスを用いることが好ましい。【０１３６】
本発明において使用する擬似面光源化素子は、複屈折を有する材料からなるとともに光軸に略垂直な面内に厚み分布を有し、偏光解消手段も備えることが好ましい。複屈折擬似面光源化素子１４０３は、複屈折材料からなり、面内に厚み分布（一定の傾斜など）を有し、光が通過する位置における厚みの違いによって、異なる方向の偏光をレーザ光に生じさせ、偏光解消を行う。具体的には、擬似面光源化素子１４０３は、ポリカーボネートなど複屈折をもつ有機材料からなり、擬似面光源化のため表面に凹凸パターン加工されていたり、拡散粒子が混入されたりしている。擬似面光源化素子１４０３は、成形時に決まる光学軸がレーザ光の偏光方向に対し傾くように設置され、面内に厚み分布をもつことで偏光解消する。この複屈折擬似面光源化素子１４０３は、第１の実施形態と同様に光インテグレータ１４０１内に具備することが好ましい。光インテグレータ１４０１内にあれば、複屈折擬似面光源化素子１４０３の厚み分布による歪や、擬似面光源化作用を司る散乱作用によって生じる変調素子７を照明するレーザ光のロスを最小限に抑えることができる。具体的には、片側に傾斜を持つ複屈折擬似面光源化素子１４０３を、傾斜端面をもつロッドインテグレータと垂直端面をもつロッドインテグレータに挟み込んで固定することにより作製できる。また、凹凸パターンを有する複屈折材料を用いた場合でも、凹凸パターンによる厚み分布により偏光解消が可能である。【０１３７】
第２の実施形態のマルチロッドインテグレータ１４０１は、光の均一化、擬似面光源化、偏光解消、ビーム偏向、の機能を一体化し、光学部品点数を減らせることができる好ましい形態である。【０１３８】
なお従来、レーザ光源に対し、フライアイレンズによる照明の均一化および矩形化が提案されているが、フライアイレンズ照明光学系に擬似面光源化素子を挿入した場合、変調素子に結像できない光量ロスが多く発生する問題が生じるため、出射端面が矩形である内部反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ）を用いることがより好ましい。【０１３９】
本発明のレーザ画像表示装置で使用するビーム偏向素子部は、可動拡散板を用いてもよい。しかし、可動式のレンズアレイや振動ミラーを用いることがより好ましい。可動レンズアレイもしくは振動ミラーを用いることで、ビーム偏向角の角度分布を含めて厳密な制御が可能となる。このため可動レンズアレイもしくは振動ミラーを用いると、投射光学系８の投射可能角度までの角度変化の制御と一様な角度分布をもたらすことができ、好ましい。また光インテグレータ内における内部反射の回数の制御も容易となる。可動拡散板を用いた場合、ビーム偏向角が比較的小さい成分が強くなり、ビーム偏向角を大きくしようとすると、散乱ロスが大きくなってしまうという不利点がある。【０１４０】
（第３の実施形態）
図１５は本発明の第３の実施形態におけるレーザ画像表示装置２００の概略図である。図１５において図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。【０１４１】
ＲＧＢ３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂから出射したレーザ光は、マイクロレンズアレイ付き２次元変調素子２７１を照明するレーザ光を出射させるための光学系である照明光学系２０２に導かれる。照明光学系２０２は、ビーム偏向素子部を構成する回転レンチキュラーレンズアレイ３ａ、３ｂ、光インテグレータ４、擬似面光源化素子５、投影光学系２０６を含み、ほぼ矩形で一様な強度分布を有するレーザ光で、変調素子２７１を照明する。投影光学系２０６は、ミラー２６１やフィールドレンズ２６２を含む。マイクロレンズアレイ付き空間変調素子２７１は、各色レーザ光の変調を行い、ダイクロイックプリズム２０９で合波し、スクリーン２１０に投影し、空間的加法混色によってカラー画像を表示する。なお、擬似面光源化素子５は、ミラー２６１上などに配置してもよい。【０１４２】
変調素子２７１は、レーザ光を変調する画素のそれぞれに対し、１つのマイクロレンズが照明光学系２０２上流側に形成され、アレイ状に配置された構成を有する。本実施形態のレーザ画像表示装置２００は、変調素子２７１が、照明光学系２０２上流側に、各画素に対してマイクロレンズを有し、ビームの偏向を拡大させる手段となっている点である。回転レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂによって、ビーム偏向角は時間的に、常時制御されるが、変調素子２７１のマイクロレンズは、このビーム偏向角をさらに拡大する。例えば、回転レンチキュラーレンズでθｒのビーム偏向角を与え、投影光学系２０６の倍率がａ、マイクロレンズの開口数がＮＡｍとしたとき、本レーザ画像表示装置における最大ビーム偏向角θ１は、θ１＝θｒ＋ａ×ｓｉｎ−１（ＮＡｍ）というように、マイクロレンズアレイにより拡大される。このため、ビーム偏向素子部の、時間的に変化する部分（本実施形態では回転レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂ）によるビーム偏向角が比較的小さくとも、変調素子２７１の備えるマイクロレンズアレイが、ビーム偏向角を拡大することができる。そのため、レーザ画像表示装置２００は、比較的大きな最大ビーム偏向角を備えることができ、なおかつ、その制御が容易という、優位性を有する。【０１４３】
変調素子２７１は、具体的には、透過型液晶素子と偏光板の組み合わせからなり、マイクロレンズアレイは液晶素子上に形成されればよい。またマイクロレンズアレイは液晶素子を動作させる電極部に光が通過しないように集光させることで、素子の開口率をあげることができ、有利である。【０１４４】
なお本実施形態は、図示したような構成に限定されず、単色のレーザ光源を用いたレーザ画像表示装置に用いることもでき、また、３色以上のレーザ光源を用いたレーザ画像表示装置に用いることもできる。本発明の各色のレーザ光源は、ほぼ同じ波長を発光する複数のレーザ素子から構成されても、単一の素子から構成されていても構わない。【０１４５】
また、本発明にかかるレーザ画像表示装置は、散乱反射型スクリーンを用いた前面透過型ディスプレイにも、透過型スクリーンを用いる背面投射型ディスプレイにも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明にかかるレーザ画像表示装置は、画像をスクリーンに表示する形態を用いて説明したが、スクリーン以外に画像を表示する場合も適用可能である。例えば、半導体露光装置などにも利用可能である。
【図１】
2007013221.tif 000005
【図２Ａ】
2007013221.tif 000006
【図２Ｂ】
2007013221.tif 000007
【図２Ｃ】
2007013221.tif 000008
【図３Ａ】
2007013221.tif 000009
【図３Ｂ】
2007013221.tif 000010
【図３Ｃ】
2007013221.tif 000011
【図４Ａ】
2007013221.tif 000012
【図４Ｂ】
2007013221.tif 000013
【図４Ｃ】
2007013221.tif 000014
【図４Ｄ】
2007013221.tif 000015
【図４Ｅ】
2007013221.tif 000016
【図５Ａ】
2007013221.tif 000017
【図５Ｂ】
2007013221.tif 000018
【図５Ｃ】
2007013221.tif 000019
【図５Ｄ】
2007013221.tif 000020
【図５Ｅ】
2007013221.tif 000021
【図５Ｆ】
2007013221.tif 000022
【図５Ｇ】
2007013221.tif 000023
【図５Ｈ】
2007013221.tif 000024
【図５Ｉ】
2007013221.tif 000025
【図５Ｊ】
2007013221.tif 000026
【図５Ｋ】
2007013221.tif 000027
【図５Ｌ】
2007013221.tif 000028
【図５Ｍ】
2007013221.tif 000029
【図５Ｎ】
2007013221.tif 000030
【図５Ｏ】
2007013221.tif 000031
【図５Ｐ】
2007013221.tif 000032
【図５Ｑ】
2007013221.tif 000033
【図６】
2007013221.tif 000034
【図７】
2007013221.tif 000035
【図８】
2007013221.tif 000036
【図９】
2007013221.tif 000037
【図１０Ａ】
2007013221.tif 000038
【図１０Ｂ】
2007013221.tif 000039
【図１０Ｃ】
2007013221.tif 000040
【図１０Ｄ】
2007013221.tif 000041
【図１１】
2007013221.tif 000042
【図１２】
2007013221.tif 000043
【図１３】
2007013221.tif 000044
【図１４】
2007013221.tif 000045
【図１５】
2007013221.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月1日(2008.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を受けてその進行方向を偏向させるビーム偏向素子と、
前記ビーム偏向素子による偏向の程度を制御可能なビーム偏向素子制御部と、
前記偏向を受けたレーザ光を受け、導光し、その出射端面より出射する光インテグレータと、
前記偏向を受けたレーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、
前記擬似面光源化素子によって散乱されたレーザ光を受け、それを変調する変調素子と、を有するレーザ画像表示装置。
【請求項２】
前記光インテグレータの出射端面の形状は、前記変調素子の有効面の形状と相似である請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項３】
前記擬似面光源化素子は、前記光インテグレータの導光部に、前記レーザ光の光路に沿って、挟まれて配置される請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項４】
前記擬似面光源化素子は、前記レーザ光の光路に沿って、前記光インテグレータの出射端面と、前記変調素子との間に配置される請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項５】
前記ビーム偏向素子制御部は、前記ビーム偏向素子による偏向の程度を、時系列に沿って可変的に制御する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項６】
前記擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して、前記レーザ光に異なる位相を与える請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項７】
前記ビーム偏向素子は、その前記レーザ光に及ぼす偏向作用が、光軸に対し０度ないしθ１度の間の角度θを成す方向に変化させることができる素子であり、
前記擬似面光源化素子は、光軸に平行に入射するレーザ光に、半値散乱角φ１を有する散乱作用を及ぼすことができる素子であり、
前記θ１と前記φ１との間に、θ１＞φ１の関係が成立する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項８】
さらに、前記レーザ光の進行方向にそって、前記擬似面光源化素子と前記変調素子の間に配置され、受けた前記レーザ光を前記変調素子に入射させる投影光学系と、
前記レーザ光の進行方向にそって、前記変調素子の下流に配置され、前記変調を受けたレーザ光を拡大する投射光学系とを有し、
前記投影光学系の倍率をａとし、前記投射光学系のエフナンバーをＦとしたとき、次の関係式（１）
【数１】
2007013221.tif 000047
を満足する請求項７に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項９】
前記擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の偏光方向を実質的にランダムに変化させる請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１０】
前記擬似面光源化素子は、それが含まれる光学系の光軸と垂直な方向に関して非一様な厚み分布を示し、複屈折材料を含む請求項９に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１１】
前記変調素子は、前記レーザ光の進行方向上流側に、前記変調素子に含まれる画素に入射するレーザ光を偏向させるマイクロレンズを有する請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、半導体レーザを有し、
前記変調素子は、その有効面が長方形形状であり、
前記半導体レーザの活性層の厚み方向と、前記長方形形状の長辺方向が平行である請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１３】
前記半導体レーザは、出射可能なレーザ光の波長の１０倍以上のストライプ幅を有する請求項１２に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源は、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、前記第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部を含み、
前記第１レーザ光の前記変調素子までの光路長は、前記第２レーザ光の前記変調素子までの光路長よりも短い請求項１に記載のレーザ画像表示装置。
【請求項１５】
レーザ光を導光する光インテグレータ上流部および光インテグレータ下流部と、
レーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、を有する光インテグレータであって、
前記擬似面光源化素子は、前記光インテグレータ上流部の導光部および光インテグレータ下流部の導光部に挟まれるように配された光インテグレータ。
【請求項１６】
前記光インテグレータ下流部の光軸が通り、前記導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、前記擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面の前記レーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比４：３の長方形形状である請求項１５に記載の光インテグレータ。
【請求項１７】
前記光インテグレータ下流部の光軸が通り、前記導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、前記擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面の前記レーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比１６：９の長方形形状である請求項１５に記載の光インテグレータ。
【請求項１８】
第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、
前記第１の波長よりも短波長である第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部と、を有するレーザ光源パッケージであって、
前記第１レーザ光源部は、第１ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、
前記第２レーザ光源部は、第２ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、
前記第１ストライプ幅は、前記第１の波長の１０倍以上の長さを有し、
前記第２ストライプ幅は、前記第２の波長の１０倍以上の長さを有するレーザ光源パッケージ。
【請求項１９】
前記第１ストライプ幅は、前記第２ストライプ幅よりも長い請求項１８に記載のレーザ光源パッケージ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に用いるレーザ光源パッケージ、および、光源からの光を導光する光インテグレータ、ならびに、テレビ受像機、映像プロジェクタといった画像表示装置に関する。本発明は、特に、複数波長のレーザ光を出射可能なレーザ光源パッケージ、および、レーザ光に適した光インテグレータおよびこれを用いたレーザ画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な方式の画像表示装置が普及している。それら種々の画像表示装置が採用する画像表示方式のひとつに、変調された光源光をスクリーン上に投影し、画像を表示するプロジェクションディスプレイ方式がある。従来、この方式を用いた画像表示装置に用いられる光源は、ランプ光源である。しかし、ランプ光源は、寿命の短さ、色再現領域の制限、および、光利用効率の低さ、といった問題を有する。
【０００３】
これらランプ光源が有する問題を解決するために、近年、プロジェクションディスプレイの光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。本願においては、光源にレーザ光源を使用する画像表示装置をレーザ画像表示装置と称する。レーザ画像表示装置のレーザ光源は、ランプ光源に比べて寿命が長く、レーザ光の備える指向性の強さゆえに光利用効率の向上が容易である。さらに、レーザ光源の発するレーザ光は単色性に優れており、ランプ光源に較べて色再現領域を拡大することができ、色鮮やかな画像表示を可能にする。
【０００４】
しかし、レーザ画像表示装置においては、スペックルノイズの問題が存在する。スペックルノイズは、画像表示に使用するレーザ光の高干渉性に起因するノイズである。このような問題は、ランプ光源を用いた画像表示装置においては存在しなかった問題である。高干渉性を有するレーザ光がスクリーン上で散乱され、鑑賞者に到達したとき、散乱されたレーザ光同士が干渉しあうことによって鑑賞者に微細なムラ状のノイズを認識させる。スペックルノイズは、鑑賞者の目のＦ値（エフナンバー）と、レーザ光源の波長とで決まる大きさを有する粒状のノイズがランダムに配列した状態で現われ、鑑賞者が画像表示スクリーンの画像を認識することを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。これまでに、スペックルノイズの低減のため、レーザ画像表示方法およびレーザ画像表示装置に関する様々な技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１（特開平６−２０８０８９号公報）は、回転運動する拡散素子を備えたディスプレイ装置を開示する。このディスプレイ装置においては、回転運動する拡散素子を通したレーザ光を変調素子の照明に用いる。回転運動する拡散素子は、実質的には、変調素子に対する照明光の入射角度を時間的に変化させる。したがって、画像表示スクリーンに対するレーザ光の入射角度も同様に時間的に変化し、よって、画像表示スクリーンで発生するスペックルパターンも時間的に変化する。この結果、鑑賞者は、多様に変化するスペックルパターンを時間的に平均化した画像を鑑賞することとなり、鑑賞者の認識するスペックルノイズは低減される。
【０００６】
特許文献２（特開平１０−２９３２６８号公報）は、光偏向器とフライアイレンズアレイとを有するレーザディスプレイ装置を開示する。このレーザディスプレイ装置においては、光源を出射したレーザ光は、光偏向器を経てフライアイレンズに入射する。フライアイレンズアレイは、それを構成するエレメントと同数の２次光源を形成し、この２次光源列から出射するレーザ光が空間変調器に入射することにより、画像が形成され、スクリーンに画像が表示される。してみれば、このディスプレイ装置においては、空間変調器を照明する光源像は、略点光源列である。このような像を備えた光を光源として用いる限り、十分なスペックルノイズの除去は困難である。
【０００７】
特許文献３（特開２００３−９８４７６号公報）は、拡散器とフライ・アイ（ハエの眼）インテグレータとを備えるレーザ投影型表示システムを開示し、さらに、可動式の拡散器、および、フライ・アイ・インテグレータに関し、その最適配置位置を提案する。
【０００８】
特許文献４（特開２００４−１４４９３６号公報）は、拡散素子を、光源と被照明体との間に備える画像表示装置を開示する。この画像表示装置においては、拡散素子に接続した加振手段により拡散素子を振動させることによって、スペックルノイズの低減を図っている。また、本文献においては、拡散素子とは別に、さらなる拡散手段を備える提案もなされている。
【０００９】
このように、拡散器、拡散板といった拡散素子を運動させることによって、照明光角度を変化させ、スペックルノイズを低減することは可能である。しかしながら、このような構成においては厳密な照明光角度の制御は事実上不可能であって、このような構成を有する装置は、変調素子から出射する光を画像表示スクリーンに投射する投射光学系の光利用効率に問題がある。
【００１０】
また、半導体レーザのようなレーザ光源を用いる画像表示装置における、投射光学系まで含めた光利用効率の向上に関する提案は殆ど無い。
【００１１】
レーザ光源を使用するディスプレイ（レーザ画像表示装置）の光学系に関する従来の提案においては、スペックルノイズの低減に主眼が置かれており、投射光学系を含む装置の光学系全体での光の利用効率を向上させるという観点を見出すことができない。十分なスペックルノイズ低減効果と高い光利用効率の確保の二点を高レベルで両立し得るような技術の提案は、未だない。
【特許文献１】特開平０６−２０８０８９号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３２６８号公報
【特許文献３】特開２００３−０９８４７６号公報
【特許文献４】特開２００４−１４４９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記従来の問題点を鑑み、本願にかかる本発明は、十分なスペックルノイズ低減効果と高い光利用効率の確保を両立可能な画像表示装置を提供することを課題とする。
【００１３】
さらに、本発明は、画像表示スクリーンの周辺部まで均一な明るさで画像を表示可能な画像表示装置を提供することを課題とする。
【００１４】
また、本願の課題を解決するため、レーザ画像表示装置において有利に使用可能な光インテグレータの提供も本発明の課題とする。
【００１５】
また、本願の課題を解決するため、レーザ画像表示装置において有利に使用可能なレーザ光源パッケージの提供も本発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、その一態様において、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を受けてその進行方向を偏向させるビーム偏向素子と、ビーム偏向素子による偏向の程度を制御可能なビーム偏向素子制御部と、偏向を受けたレーザ光を受け、導光し、その出射端面より出射する光インテグレータと、偏向を受けたレーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、擬似面光源化素子によって散乱されたレーザ光を受け、それを変調する変調素子と、を有するレーザ画像表示装置である。
【００１７】
本発明の一態様においては、光インテグレータの出射端面の形状は、変調素子の有効面の形状と相似であることが好ましい。
【００１８】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、光インテグレータの導光部に、レーザ光の光路に沿って、挟まれて配置されることが好ましい。
【００１９】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、レーザ光の光路に沿って、光インテグレータの出射端面と、変調素子との間に配置されることが好ましい。
【００２０】
本発明の一態様においては、ビーム偏向素子制御部は、ビーム偏向素子による偏向の程度を、時系列に沿って可変的に制御することが好ましい。
【００２１】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して、レーザ光に異なる位相を与えることが好ましい。
【００２２】
本発明の一態様においては、ビーム偏向素子は、そのレーザ光に及ぼす偏向作用が、光軸に対し０度ないしθ１度の間の角度θを成す方向に変化させることができる素子であり、擬似面光源化素子は、光軸に平行に入射するレーザ光に、半値散乱角φ１を有する散乱作用を及ぼすことができる素子であり、θ１とφ１との間に、θ１＞φ１の関係が成立することが好ましい。
【００２３】
本発明の一態様においては、さらに、レーザ光の進行方向にそって、擬似面光源化素子と変調素子の間に配置され、受けたレーザ光を変調素子に入射させる投影光学系と、レーザ光の進行方向にそって、変調素子の下流に配置され、変調を受けたレーザ光を拡大する投射光学系とを有し、投影光学系の倍率をａとし、投射光学系のエフナンバーをＦとしたとき、次の関係式（１）
【数２】
2007013221.tif 000048
を満足することが好ましい。
【００２４】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それに入射するレーザ光の偏光方向を実質的にランダムに変化させることが好ましい。
【００２５】
本発明の一態様においては、擬似面光源化素子は、それが含まれる光学系の光軸と垂直な方向に関して非一様な厚み分布を示し、複屈折材料を含むことが好ましい。
【００２６】
本発明の一態様においては、変調素子は、レーザ光の進行方向上流側に、変調素子に含まれる画素に入射するレーザ光を偏向させるマイクロレンズを有することが好ましい。
【００２７】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、半導体レーザを有し、変調素子は、その有効面が長方形形状であり、半導体レーザの活性層の厚み方向と、長方形形状の長辺方向が平行であることが好ましい。
【００２８】
本発明の一態様においては、半導体レーザは、出射可能なレーザ光の波長の１０倍以上のストライプ幅を有することが好ましい。
【００２９】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、第１の波長よりも長い第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部を含み、第１レーザ光の変調素子までの光路長は、第２レーザ光の変調素子までの光路長よりも短いことが好ましい。
【００３０】
本発明は、別の一態様において、レーザ光を導光する光インテグレータ上流部および光インテグレータ下流部と、レーザ光を散乱させる擬似面光源化素子と、を有する光インテグレータであって、擬似面光源化素子は、光インテグレータ上流部の導光部および光インテグレータ下流部の導光部に挟まれるように配された光インテグレータである。
【００３１】
本発明の別の一態様においては、光インテグレータ下流部の光軸が通り、導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面のレーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比４：３の長方形形状であることが好ましい。
【００３２】
本発明の別の一態様においては、光インテグレータ下流部の光軸が通り、導光されたレーザ光を出射可能な端面であって、擬似面光源化素子に近接する端面と反対側の端面のレーザ光を出射可能な部分の形状は、実質的に縦横比１６：９の長方形形状であることが好ましい。
【００３３】
本発明は、さらに別の一態様において、第１の波長を有する第１レーザ光を出射可能な第１レーザ光源部と、第１の波長よりも短波長である第２の波長を有する第２レーザ光を出射可能な第２レーザ光源部と、を有するレーザ光源パッケージであって、第１レーザ光源部は、第１ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、第２レーザ光源部は、第２ストライプ幅を有する半導体レーザ光源であり、第１ストライプ幅は、第１の波長の１０倍以上の長さを有し、第２ストライプ幅は、第２の波長の１０倍以上の長さを有するレーザ光源パッケージである。
【００３４】
本発明のさらに別の一態様においては、第１ストライプ幅は、第２ストライプ幅よりも長いことが好ましい。
【発明の効果】
【００３５】
本発明にかかる画像表示装置は、高い光利用効率でスペックルノイズが除去された画像を表示することができる。
【００３６】
さらに、本発明にかかる画像表示装置は、画像表示スクリーンの周辺部まで均一な明るさを有する画像を表示可能である。
【００３７】
本発明にかかる光インテグレータは、高い光利用効率で、均一な明るさの照明光を変調素子に与えることができる。さらに、本発明にかかる光インテグレータを介して投影される画像においては、スペックルノイズが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、レーザ画像表示装置である。本レーザ画像表示装置は、プロジェクション・ディスプレイ（レーザ・ディスプレイ）である。図１に、第１の実施形態によるレーザ画像表示装置１００の構成概略図を示す。
【００４０】
レーザ画像表示装置１００は、赤色（Ｒ）レーザ光源１Ｒ、緑色（Ｇ）レーザ光源１Ｇ、および、青色（Ｂ）レーザ光源１Ｂなる３色のレーザ光源、および、これらレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの駆動制御を行うレーザ光源制御部１Ｃと、レーザ光を反射または透過させるダイクロイックミラー２１と、レンズ２２（例えば、発散レンズ）と、レーザ光の進行方向を偏向させるビーム偏向素子部３、および、ビーム偏向素子部３を駆動制御するビーム偏向素子制御部３Ｃと、レーザ光を導光する光インテグレータ４と、好ましくは光インテグレータ４の内部に構成され、もしくは、光インテグレータ４の部分に挟まれるようにして配置される擬似面光源化素子５と、倍率ａを有し、レーザ光を変調素子７に投影するための投影光学系６と、レーザ光を変調し画像を形成する変調素子７、および、変調素子７を駆動制御する変調素子制御部７Ｃと、エフナンバー（Ｆ値）Ｆを有し、変調素子７より出射したレーザ光をスクリーン１０に投射する投射光学系８と、画像を表示するためのスクリーン１０と、を有する。なお、擬似面光源化素子５は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関して、光インテグレータ４から変調素子７に至る間に、光インテグレータ４と独立して配置されてもよい。
【００４１】
レーザ画像表示装置１００においては、単一の変調素子７を、各色レーザ光の出射のタイミングと同期して時間分割して使用することで、各レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光を変調する。レーザ光源制御部１Ｃは、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂが、時系列に沿って、順次、レーザ光を出射させるようにレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂを駆動制御することができる。レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂが出射したＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、および、Ｂ（青色）を含む３色のレーザ光は、それぞれ、１つ以上のダイクロイックミラー２１を介して、レンズ２２（発散レンズ）等に導かれる。ダイクロイックミラー２１は、上記３色のレーザ光を１つの変調素子７で変調するために、適切に上記３色のレーザ光を合波可能である。そして、上記３色のレーザ光は、レーザ画像表示装置１００の照明光学系２に含まれるビーム偏向素子部３に入射する。
【００４２】
照明光学系２は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光を受け、そのレーザ光を、その断面における光強度分布がほぼ一様で、かつ、所定の断面形状を有するレーザ光に変化させ、当該レーザ光を出射する光学系である。レーザ画像表示装置１００の照明光学系２においては、この、所定の断面形状で一様な光強度分布を有するレーザ光は、投影光学系６から出射され、変調素子７を照明する。照明光学系２に含まれる構成要素、および、その作用・効果の詳細については、後で説明する。
【００４３】
変調素子７で変調を受け反射された変調レーザ光は、投射光学系８によって、スクリーン１０へ拡大投射され、各色の変調レーザ光は、スクリーン１０上で時間平均的加法混色され、スクリーン１０にカラー画像を形成する。そして、鑑賞者は、形成された色鮮やかなカラー画像を鑑賞する。レーザ画像表示装置１００の変調素子７には、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）といった反射型２次元変調素子を用いることができる。しかし、本発明は、変調素子７を、上記反射型２次元変調素子に限定しない。本発明は、あらゆるタイプの変調素子を使用することができる。例えば、本発明は、変調素子７として透過型の変調素子を使用してもよい。また、本発明は、変調素子７として、１次元的な変調素子を使用することもできる。さらには、本発明は、使用する変調素子７が単一の素子からなることに限定せず、複数の変調素子を用いる構成とすることもできる。この場合、レーザ画像表示装置１００は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光毎に変調素子を備えることも可能である。また、本発明は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから、時間的に連続して出射されるレーザ光の使用を除外するものではない。
【００４４】
＜照明光学系２＞
以下、レーザ画像表示装置１００の照明光学系２について、詳しく説明する。
【００４５】
＜照明光学系２の構成＞
レーザ画像表示装置１００の照明光学系２は、ビーム偏向素子部３と、光インテグレータ４と、擬似面光源化素子５と、投影光学系６と、を含む。
【００４６】
≪ビーム偏向素子部３≫
ビーム偏向素子部３は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関し、光インテグレータ４よりも上流に配置され、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから出射したレーザ光を受け、その進行方向を偏向させる機能を有する素子を含む。ビーム偏向素子制御部３Ｃは、ビーム偏向素子部３に入射するレーザ光の受ける偏向作用の程度（後述のビーム偏向角に相当）を、随時変更可能に制御する。ビーム偏向素子部３によって、進行方向を所定の方向へ偏向されたレーザ光は、その進行方向下流に配された光インテグレータ４へ入射する。
【００４７】
≪光インテグレータ４≫
レーザ光源からのレーザ光は、ビーム偏向素子部３による偏向作用を受けた後、光インテグレータ４に入射する。光インテグレータ４は、所定形状の入射端面および所定形状の出射端面を有し、入射したレーザ光を、光インテグレータ４の内部境界面での内部反射を許しながら出射端面まで導光する。光インテグレータ４の入射端面の形状は、任意の形状でよいが、ビーム偏向素子部３から出射するレーザ光の取込が容易で、取込量を可能な限り大きくするように構成されることが好ましい。同様、光インテグレータ４の出射端面の形状は、任意の形状でよいが、好ましくは、矩形形状である。さらに好ましくは、光インテグレータ４の出射端面形状は、変調素子７において実際に画像形成のための変調に関与する素子が配置された領域の形状、すなわち、画像表示のためにレーザ光を照射すべき変調素子の領域の形状と相似の関係にある。或いは、実際にスクリーン１０に形成される画像の形状と相似の関係を有することが好ましい。光インテグレータ４の出射端面が当該相似の関係を備えることにより、変調素子７を照明するレーザ光のうち実際には画像形成に貢献しないレーザ光の光量を最小限に抑えることが可能となる。例えば、レーザ画像表示装置１００の変調素子７の上記領域が、縦横比４：３の長方形形状を有するならば、光インテグレータ４の出射端面形状も、縦横比４：３の長方形形状を有することが好ましい。或いは、レーザ画像表示装置１００が、縦横比４：３の長方形形状の画像を表示する設計ならば、光インテグレータ４の出射端面の形状は、縦横比４：３の長方形形状に設計されることが好ましい。また、変調素子７の上記領域と、それを照明するレーザ光とが一致するように、光学系を構成することが望ましい。光インテグレータ４の側面形状は、任意の形状でよいが、好ましくは、上記内部反射が適切に効率的に行われ、入射したレーザ光を高効率で出射端面まで導光可能な形状である。なお、変調素子７として液晶等、偏光制御を行う素子を使用する場合、上記内部反射を行う内部境界面（反射面）が、入射したレーザ光の偏光方向に対して垂直または平行になるように、側面形状を構成することが望まれる。また、光インテグレータ４の入射端面と出射端面の形状が相違する場合、側面形状は、照明光学系２の光軸に対して非平行な平面または曲面を有してもよい。さらには、光軸を光インテグレータ４内で屈曲させるような形状を有してもよい。
【００４８】
≪擬似面光源化素子５≫
擬似面光源化素子５それ自体は、入射したレーザ光を散乱させ、出射する素子である。一般に、レーザ光は平行光である。擬似面光源化素子５は、その散乱作用により、それに入射した平行レーザ光を、略発散光にする。擬似面光源化素子５は、レーザ光の進行方向に関し、光インテグレータ４の一部分よりも下流に配置されればよい。そのような構成を採ることにより、レーザ画像表示装置１００において、擬似面光源化素子５は、光インテグレータ４の導光部を導光されたレーザ光に対し散乱効果を与えることが可能となる。擬似面光源化素子５より上流にある光インテグレータ４の一部分の導光部は、光軸に沿って所定の長さよりも長いことが好ましい。この所定の長さは、光インテグレータ４を導光されたレーザ光が、擬似面光源化素子５に一様に入射するようになるために必要な長さの最小値と実質的に一致する。
【００４９】
擬似面光源化素子５は、レーザ光の進行方向に沿って、その上流側部および下流側部で光インテグレータ４の導光部と近接するように配置されることが好ましい。この、語「近接する」には、互いがその一部で接触している状態、接着剤等を介して接続されている状態、互いは乖離しているが十分に近い位置関係にある状態、を含む。このとき、擬似面光源化素子５は、近接する光インテグレータ４にその両側を挟まれるように配置される。この、語「挟まれる」には、光インテグレータ４の縁端部を含まないその一部分が、擬似面光源化素子５の機能を備える場合、および、光インテグレータ４の内部に擬似面光源化素子５が挿設される場合を含む。換言すれば、語「挟まれる」は、レーザ光の進行方向に沿って、光インテグレータ４の導光部、擬似面光源化素子５、光インテグレータ４の導光部が、順に、互いに近接して配置される状態を含む。レーザ光の光路に沿って擬似面光源化素子５よりも下流側に位置する光インテグレータ４後半部分の導光部の長さは、所定の長さ以上であればさらに好ましい。この長さは、照明光学系２の光軸に沿って測距して定めればよい。上記所定の長さは、擬似面光源化素子５の構成によって異なるが、光インテグレータ４の出射端面の像から素子５自身の像が消失するのに必要な長さの最小値と実質的に一致する。また、擬似面光源化素子５は、レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂからのレーザ光の進行方向に関して、光インテグレータ４から投影光学系６に至る間に、光インテグレータ４と独立して配置されてもよい。なお、光インテグレータ４が後述する中空型光インテグレータの場合、光インテグレータ４の導光部は、その中空部と実質的に一致する。
【００５０】
≪投影光学系６≫
投影光学系６は、光インテグレータ４を出射したレーザ光を、変調素子７に投影するための光学系である。投影光学系６は、光インテグレータ４を出射したレーザ光が、変調素子７に適切に入射されるように、１つのレンズ、または、１つ以上のレンズ群で構成することができ、倍率ａを有する光学系である。また、投影光学系６をアナモフィック系として構成することもできる。このとき、投影光学系６は、光インテグレータ４の出射端面より出射されるレーザ光を歪曲させ、該歪曲されたレーザ光を変調素子７の有効面へ導く光学系である。その場合、光インテグレータ４の出射端面形状は、投影光学系６によるレーザ光の歪曲を考慮して設計する。
【００５１】
＜照明光学系２の作用・効果＞
これより、照明光学系２の作用・効果について詳細に説明する。図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃは、光インテグレータ４および擬似面光源化素子５の作用を説明する図である。先ず、図２Ａは、光インテグレータ４に入射したレーザ光２１ｃ等が光インテグレータ４内を伝播する様子を示す図である。
【００５２】
≪照明光学系２の作用≫
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００においては、ビーム偏向素子部３によりその進路について偏向作用を受けたレーザ光が、光インテグレータ４に入射する。
【００５３】
当該入射レーザ光２１ｃは、光軸２１ａに対し角θを成して光インテグレータ４に入射する。ここで、光軸２１ａは、照明光学系２の光軸である。角θは、ビーム偏向素子３によるビーム偏向角である。ビーム偏向角θは、光軸２１ａに平行なレーザ光２１が、ビーム偏向素子部３より偏向作用を受けたときの、その光路と、光軸２１ａとが成す角である。ビーム偏向角θは、０≦｜θ｜≦θ１なる関係を満足する。θ１は、最大ビーム偏向角であり、光軸２１ａに平行なレーザ光２１が、ビーム偏向素子部３より偏向作用を受けて出射したときの、ビーム偏向角θの最大値である。また、ビーム偏向角θは、ビーム偏向素子制御部３Ｃを介し、０度からθ１度までの間でリアルタイム制御可能である。その制御の方法については、後でその例を挙げて説明する。
【００５４】
よって、レーザ光は、様々なビーム偏向角θ（θ：０≦｜θ｜≦θ１）で光インテグレータ４に入射し、光インテグレータ４内においては、その内部境界面において反射を許しつつ、図面左方へ伝播する。伝播の間、入射レーザ光の一部は内部境界面で複数回の内部反射を繰り返し、そのビーム形状を拡大させ、やがて実質的に光インテグレータ４内の導光部の断面に一致するビーム形状となって光インテグレータ４を満たすようになる。
【００５５】
このとき、光インテグレータ４内を導光されるレーザ光の光源像は、光インテグレータ４の導光部の断面において、光インテグレータ４内で生じたレーザ光の内部反射の回数と同数の、複数の点光源からなる像である。
【００５６】
そして、光インテグレータ４の導光部を満たす形状を有するに至ったレーザ光、つまり、複数の点光源群からなる光源像を有するレーザ光が、擬似面光源化素子５に入射する。
【００５７】
次に、擬似面光源化素子５の作用について図２Ｂおよび図２Ｃを参照し説明する。図２Ｂは、擬似面光源化素子５による入射レーザ光の散乱作用を示す図である。
【００５８】
擬似面光源化素子５は、それに入射するレーザ光に対し散乱作用を及ぼし、入射レーザ光を、様々な散乱角で、散乱角に依存した所定の強度分布で出射する。擬似面光源化素子５に入射する光が平行光の場合、出射する光は、所定の強度分布を備えた発散光として出射する。
【００５９】
擬似面光源化素子５に対し、上記の光インテグレータ４の導光部を満たす形状を有するに至ったレーザ光、つまり、複数の点光源群からなる光源像を有するレーザ光が入射した場合、このレーザ光は、実質的に一様な光強度分布を示す面光源からなる光源像を有する略発散レーザ光に変化する。そして、このレーザ光は、再び、光インテグレータ４内を、内部反射を許しながら、導光され、光インテグレータ４の出射端面の形状と実質的に同一の形状で一様な光強度分布を有するレーザ光として、光インテグレータ４より出射される。
【００６０】
図２Ｃは、擬似面光源化素子５の擬似面光源化作用（散乱作用）の程度を定量的に示す、半値散乱角φ１の定義を示す図である。半値散乱角φ１は、光軸２１ａ（図２Ａ）に平行な平行レーザ光２１ｘ（図２Ｂ）が擬似面光源化素子５に入射したときに他端より出射される発散レーザ光の最大光強度の半値（Ｉ１／２）を有するレーザ光の伝播方向と、光軸２１ａ（平行レーザ光２１ｘの光路）の成す角として定義される。
【００６１】
擬似面光源化素子５は、レーザ光が入射し透過する位置および入射する角度の少なくともいずれかに依存して異なる位相を入射レーザ光に与えて出射することができる素子を含むことが望ましい。擬似面光源化素子５が、レーザ光の入射する位置および入射の角度の少なくともいずれかに依存して異なる位相をレーザ光に与えることで、擬似面光源化素子５から出射するレーザ光束は、非平面的でかつ複雑な位相面を有するようになり、もって、当該レーザ光束のコヒーレンシーが低減される。このとき、レーザ光束が出射される擬似面光源化素子５の出射端面は、擬似面光源を構成し、当該断面の様々な位置から、様々な角度で、異なる位相を有するレーザ光が発散的に出射される。
【００６２】
なお、擬似面光源化素子５を出射し、光インテグレータ４から出射されるレーザ光の光源像は、投影光学系６の射出瞳で観察することができる。
【００６３】
この、一様な光強度を有し、コヒーレンシーが低減されている擬似面光源化レーザ光束は、投影光学系６より変調素子７へ向けて出射され、変調素子７において変調され、投射光学系８において、変調された当該レーザ光束は拡大されてスクリーン１０に達し、画像を形成する。
【００６４】
≪照明光学系２の効果≫
レーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂの少なくともいずれか１つから出射されたレーザ光の光源像は、先ず、ビーム偏向素子部３の作用の程度が時間的に変化する偏向作用、および、光インテグレータ４の上流部を導光される際の内部反射の作用により、その構成が時間的に変化する複数の点光源からなる光源像となる。そして、擬似面光源化素子５および光インテグレータ下流部の作用により、この複数の点光源からなる光源像は、擬似的に面光源化された光源像になる。このとき、擬似的に面光源化されたレーザ光束は、上記時間的に変化する複数の点光源像の変化と対応して時間的にその主たる進行方向を変化させる複数の略発散レーザ光から構成されている。
【００６５】
そのため、変調素子７は、時間的に入射角が変化するレーザ光によって照明される。この、変調素子７を照明するレーザ光束を構成するレーザ光の入射角度の時間的変化により、スクリーン１０で生じるスペックルパターンが変化する。鑑賞者の視覚がスペックルパターンを認識するために必要な時間よりも十分に速く角度変化を生じさせるようにビーム偏向素子部３を駆動制御することで、鑑賞者の視覚においてスペックルノイズの平均化が生じ、鑑賞者の認識するスペックルノイズが低減される。そのため、鑑賞者は、スクリーン１０に表示された画像を、スペックルノイズの無い、鮮明な画像として認識する。
【００６６】
さらに、擬似面光源化された光源像は、複数の点光源からなる光源像よりもはるかに光源像面積が拡大されている。レーザ画像表示装置１００において、画像表示にかかるレーザ光の光源像面積の拡大は、スクリーン１０上で画像を構成する各画素を表示する実効光源面積の拡大に対応する。一般に、各画素の表示にかかる光源の実効光源面積の拡大は、スペックルノイズのパターンのコントラストを低下させる。レーザ画像表示装置１００においては、先述の光源像の時間的変化によるスペックルノイズ低減効果との相乗効果により、鑑賞者が認識するスペックルノイズは、より一層低減される。
【００６７】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、スペックルノイズのパターンの時間的平均化、および、実効光源面積の拡大化によるスペックルノイズのパターンのコントラストの低下、という２つの作用の相乗効果により、スペックルノイズを効率よく除去することができる。
【００６８】
さらに、光インテグレータ４出射端面（光インテグレータ４下流部の出射端面）を、変調素子７の形状と相似の形状とすることで、光インテグレータ４出射端面から出射するレーザ光束の大部分を、画像表示に利用することが可能となり、もって、レーザ画像表示装置１００の光利用効率の向上という効果を奏する。
【００６９】
＜構成例＞
擬似面光源化素子５は、光インテグレータ内に構成することが好ましい。または、変調素子７上流に具備することが好ましい。ここで、「変調素子７上流」とは、光インテグレータ４の出射端面から、レーザ光束を変調する変調素子７までの区間を指す。この区間内に擬似面光源化素子を配置することにより、変調素子７を照明するレーザ光束の光源像は、複数の点光源の集まりではなく、連続的に繋がった１つの像とすることができる。レーザ光束の断面形状が、変調素子７と相似な矩形形状、或いは、略発散レーザ光束になっている位置に擬似面光源化素子５を配置することで、照明用のレーザ光束の光源像をほぼ連続的に繋がった像とすることができる。ただし、変調素子７上流に擬似面光源化素子５を具配置する場合は、擬似面光源化素子５に起因した像が、変調素子７に結像しないよう、光インテグレータ出射端面から１ｍｍ以上離すことが好ましい。
【００７０】
また、擬似面光源化素子５は、光インテグレータ４に入射したレーザ光が光インテグレータ４の導光部全体を満たすようになる位置よりも下流に配置することが好ましい。
【００７１】
図３Ａ、図３Ｂ、および、図３Ｃは、擬似面光源化素子５構成例を示す図である。擬似面光源化素子としては、ランダムな凹凸パターンをその表面に有する擬似面光源化素子５ＩＲ（図３Ａ）、多種のレンズが形成されたマイクロレンズアレイを含む擬似面光源化素子５ＡＬ（図３Ｂ）、基材と屈折率の異なる粒子を散在させて含む擬似面光源化素子５ＰＡ（図３Ｃ）、等がある。また、擬似面光源化素子５は、ミラーなどに貼り付けて反射型の素子として使用することも可能である。
【００７２】
さらに、擬似面光源化素子５は、それを透過するレーザ光の光量ロスを防ぐため、レーザ光の波長に対応した反射防止処理を施すことが好ましい。変調素子７上流に配置する場合などは、反射防止コートを施すことが好ましい。またさらに、擬似面光源化素子５は、半値散乱角φ１を制御するために、ホログラムパターンを有するホログラム・ディフューザを用いることが好ましい。なお、擬似面光源化素子５は、その、光軸に対し垂直な断面において、非一様な半値散乱角φ１を示すものであってもよい。
【００７３】
擬似面光源化素子５は、図１に図示したように光インテグレータ４に挟まれるように配置すれば、擬似面光源化素子５による散乱作用で生じる変調素子７上の結像歪による光量ロスをなくすことができる。この、図１に示すような、好ましい形態について説明する。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、および、図４Ｅは、光インテグレータ４に挟まれた擬似面光源化素子５の構成具体例を示す図である。
【００７４】
具体例１：光インテグレータ上流部４ａ下流端面および光インテグレータ下流部４ｂ上流端面とほぼ同じ形状を有する反射防止コートを施した擬似面光源化素子５ＡＲを、２つの光インテグレータ断面に挟むように密着固定させる（図４Ａ）。
【００７５】
具体例２：光インテグレータ上流部４ａ下流端面および光インテグレータ下流部４ｂ上流端面とほぼ同じ形状を有する擬似面光源化素子５を、２つの光インテグレータ４ａおよび４ｂ断面に透明接着剤４１で接着する（図４Ｂ）。
【００７６】
具体例３：光インテグレータ下流部４ｂ（または、光インテグレータ上流部４ａ）の断面に凹凸形状を与えることで、擬似面光源化素子と同等の機能を有する部分４Ｓを光インテグレータ４ｂ（または４ａ）に与え、光インテグレータ上流部４ａ（または４ｂ）に透明接着剤４１で接着する（図４Ｃ）。
【００７７】
具体例４：光インテグレータ下流部４ｂ（または、光インテグレータ上流部４ａ）の断面に凹凸形状を与え、当該凹凸形状に反射防止コートを施し、擬似面光源化素子と同等の機能を有する部分４ＳＡＲを光インテグレータ４ｂ（または４ａ）に与え、反射防止コートをした光インテグレータ上流部４ａ（または４ｂ）に密着固定する（図４Ｄ）。
【００７８】
具体例５：中空型光インテグレータ４Ｈの内部に反射防止コートをした擬似面光源化素子５ＡＲを挿入する（図４Ｅ）。
【００７９】
光インテグレータに挟まれるように擬似面光源化素子５を具備できるものであれば、その構成は、前記構成に限定されない。また、擬似面光源化素子５を光インテグレータに挟むようにして具備したとき、レンズ等からなる投影光学系６を省略し、直接、変調素子７に、光インテグレータ４の出射端面の像を形成するような構成としてもよい。この場合、光インテグレータ４と変調素子７を近接させ、インテグレータ４出射端面からの出射レーザ光で変調素子７を照明したり、フィールドレンズにより変調素子７を出射レーザ光で照明したりする構成としてよい。
【００８０】
光インテグレータ４は、ロッド型のガラスからなるロッドインテグレータや、中空型インテグレータや、出射部が矩形となる光ファイバや中空ファイバを用いることができる。光インテグレータ４の入射端面および出射端面は、反射による光量ロスを防止するため、反射防止コートが施されるか、或いは、中空型であることが好ましい。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ、図５Ｅ、図５Ｆ、図５Ｇ、図５Ｈ、図５Ｉ、図５Ｊ、図５Ｋ、図５Ｌ、図５Ｍ、図５Ｏ、図５Ｐ、および、図５Ｑは、光インテグレータ４の入射端面、出射端面、および、側面形状の例を説明する図である。
【００８１】
図５Ａを参照すれば、光インテグレータ４は、入射端面５５においてレーザ光５１を入射し、出射端面５７よりレーザ光５３を出射する。ここで、入射端面５５および出射端面５７とは、光軸方向より平面視した形状を指し、側面形状５９とは、入射端面５５と出射端面５７とを接続する光インテグレータ４外側表面を、光軸と垂直な方向から平面視した形状を指す。
【００８２】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、矩形、例えば、縦横比４：３の長方形（図５Ｂ）、縦横比１６：９の長方形（図５Ｃ）、および、適当な縦横比の長方形とすることができる。この縦横比には、１：１（正方形）を含む。光インテグレータ４にかかる製造コストを抑えるために、入射端面５５と出射端面５７とは、互いに合同、または、相似な形状であることが望ましい。また、端面５５および５７は、それぞれ、平行な辺を含む形状であることが望ましい。入射端面５５と出射端面５７の大小関係は任意であるが、入射端面５５を、出射端面５７よりも大きくすることで、レーザ光の損失を最小限に抑えることができる。
【００８３】
また、入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、曲線を含んだ形状、例えば、半円を直線で接続した形状（図５Ｄ）としてよい。光インテグレータ４に入射するレーザ光のビーム形状（異なる光源からのレーザ光が合波されたときのビーム形状を含む）に対応した形状の端面を有することで、レーザ光を効率よく取り込むことができる。
【００８４】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、台形形状（図５Ｅ）としてよい。
【００８５】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、楕円（真円を含む）形状（図５Ｆ）としてよい。
【００８６】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、５以上の頂点を有する多角形形状、例えば、８角形形状（図５Ｇ）としてよい。
【００８７】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、１８０度を超える頂角を１つ以上備えた多角形形状、例えば、星形形状（図５Ｈ）としてよい。
【００８８】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が極端に異なる、略一次元的な楕円形状（図５Ｉ）としてよい。
【００８９】
入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が極端に異なる、略一次元的な長方形形状（図５Ｊ）としてよい。入射端面５５および出射端面５７の少なくともいずれかは、縦横比が、実質的に１：∞すなわち、実質的に線的な形態となった長方形形状を備えてもよい。
【００９０】
また、入射端面５５は、２以上の（真円を含む）楕円を一次元的に連結した形状としてよい（図５Ｋ）。
【００９１】
入射端面５５は、３以上の（真円を含む）楕円を二次元的に連結した形状としてよい（図５Ｌ）。
【００９２】
さらに、入射端面５５の一部に反射コートを設けてよい。そうすることで、不要光の入射を防止したり、インテグレータ４内を逆行するレーザ光を、出射端面５７側へ反射させて利用したりすることができる。
【００９３】
側面形状５９は、特に限定されないが、光インテグレータ４内でレーザ光が内部反射して出射端面側へ効率よく導光されるような形状を有することが望まれる。
【００９４】
側面形状５９は、台形形状としてよい（図５Ｍ）。
【００９５】
側面形状５９は、入射端面５５から光インテグレータ４中間部まで拡大し、それ以後、出射端面５７まで平行な形状としてよい（図５Ｎ）。
【００９６】
側面形状５９は、入射端面５５から光インテグレータ４中間部まで、非線形的に拡大するような形状としてよい（図５Ｏ）。
【００９７】
側面形状５９は、光インテグレータ４中間部の実質的一点において、その幅が急激に変化するような形状としてよい（図５Ｐ）。
【００９８】
側面形状５９は、光インテグレータ４中間部において、光軸が屈曲するような形状としてよい。図５Ｑは、Ｌ字型形状の側面形状５９を示す。このとき、光軸は略垂直に屈曲する。なお、図５Ｍ、図５Ｎ、図５Ｏ、図５Ｐ、および、図５Ｑに示した光インテグレータ４は、入射端面５５と出射端面５７を入れ替えて使用することもできる。
【００９９】
次に、ビーム偏向素子部３の構成例を示す。図６は、ビーム偏向素子部３の構成を示す図である。
【０１００】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、照明用レーザ光の光源像を時間的に変化させることで、スペックルノイズのパターンの時間的変化を与える。そのため、ビーム偏向素子部３は、光インテグレータ４に入射するレーザ光の進行方向（ビーム偏向方向）を時間的に制御することが望まれる。レーザ画像表示装置１００では、光インテグレータ（ロッドインテグレータ）４に入射するレーザ光６１の進行方向の制御のために、レンチキュラーレンズアレイ３ａ、３ｂおよびビーム偏向素子制御部３Ｃを有する。レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂを回転させることにより、レーザ光の進行方向を時間的に変化させる。レンチキュラーレンズアレイ３ａは図６に示すロッドインテグレータ（光インテグレータ４）の長辺方向に関しレーザ光６１の進行方向を偏向させ、レンチキュラーレンズアレイ３ｂはロッドインテグレータ（光インテグレータ４）の短辺方向に関しレーザ光６１の進行方向を偏向させる。レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂは、半径方向に略一様な断面形状を有するレンズアレイである。レーザ光６１は、レンズの各々の凸形状（または、凹形状）で偏向され、ロッドインテグレータ（光インテグレータ４）に入射する。
【０１０１】
図７は、ビーム偏向素子部７のレンチキュラーレンズの変形例である。レンチキュラーレンズ３ｃは、一方向に略一様な断面を有し、外周部が円形である円形レンチキュラーレンズである。円形レンチキュラーレンズ３ｃは、外周部において中空モータ７１に把持されており、ビーム偏向素子制御部３Ｃにより、中空モータ７１と共に回転可能である。スポット７３は、レーザ光源からのレーザ光が円形レンチキュラーレンズを透過する位置を例示する。レーザ光は、円形レンチキュラーレンズ３ｃの回転により、時々刻々と変化する方向に偏向される。このとき与えられるビーム偏向角θおよび最大ビーム偏向角θ１は、円形レンチキュラーレンズ３ｃの開口数（ＮＡ）で定めることができる。
【０１０２】
≪最大ビーム偏向角θ１、半値散乱角φ１等間の望ましい関係≫
ビーム偏向制御素子部３により偏向されたレーザ光の光軸に対するビーム偏向角の最大値θ１、擬似面光源化素子５の平行レーザ光に対する平均散乱角をφ１は、θ１＞φ１であることが好ましい。擬似面光源化素子５の散乱角は、効果的な擬似面光源化作用を発揮させるためには、ガウス分布に近い散乱角分布を有することが好ましい。効果的にスペックルノイズを低減させるためには、変調素子７またはスクリーン１０に投射されるレーザ光の角度分布が均一なことが望まれ、また、投射光学系８のロスをなくすためには投射光学系８のエフナンバーＦまでの角度分布とすることが望まれる。前記２つを両立させるためには、変調素子７の照明するレーザ光の角度分布は、トップハット型に近い角度分布が望まれる。この望まれる角度分布とするには、厳密な角度分布制御が可能なビーム偏向制御素子部３による角度制御が、有効に照明用レーザ光に残ることが好ましい。そのためには、前記関係θ１＞φ１を満たすことが望まれる。角度制御をより厳密に行うには、θ１＞２×φ１であることがより望ましい。
【０１０３】
本発明の画像表示装置１００の投射光学系８のエフナンバーＦと投影光学系６の倍率ａとビーム偏向制御素子３の最大ビーム偏向角θ１と擬似面光源化素子５の半値散乱角φ１の間には、
【数３】
2007013221.tif 000049
の関係が成り立つことが好ましい。関係式（１）を満たすとき、スクリーン１０に投影するとき、光量のロスが少なく、かつ、スペックルノイズを効率よく除去することができる。
【０１０４】
＜画質評価の結果＞
画像表示装置１００を用い、画質評価を行った。評価対象は、スクリーン１０に到達する光量とスペックルノイズの多寡である。スクリーン到達光量はパワーメータで測定した。スペックルノイズは、スクリーン１０を、視覚カメラで撮影することにより評価した。スクリーン１０には、フロントプロジェクション用のマットスクリーンを用いた。視覚カメラは、瞳に対応するレンズと仮想網膜上のスペックルをＣＣＤに拡大するレンズとＣＣＤからなる。スペックルノイズ評価には、緑色レーザ光源１Ｇのみから緑色レーザ光を出射させ、一様画像をスクリーン１０に表示し、一様画像部のＣＣＤ受光量平均値Ｘとスペックルノイズによる強度ばらつきの標準偏差σの比、σ／Ｘを用いた。ビーム偏向角の制御には回転レンチキュラーレンズを用い、ＮＡの異なるレンチキュラーレンズを用いてビーム偏向角θ１（＝ｓｉｎ−１ＮＡ）を変化させた。擬似面光源化素子５は、ホログラムパターンのランダム凹凸パターンを有する素子に反射防止コートし、２本のロッドインテグレータ間に挟み固定させた。擬似面光源化素子５も、半値散乱角θ１が異なるものを複数用いた。投影光学系の倍率ａは２、投射光学系エフナンバーＦは２．５であった。
【０１０５】
評価結果を図８に示す。比較のため、条件１０ではレンチキュラーレンズの回転を止め、照明に用いるレーザ光の光源像を時間的に静止した状態としている。また条件１１は、擬似面光源化素子５をロッドインテグレータ内に挿入していないときの結果であり、このときのスクリーン到達光量を１とし、光量（パワー）比較している。
【０１０６】
条件１０、１１では、スペックルノイズが鑑賞者に目視できる、１０％以上のノイズによる強度揺らぎがあるのに対し、条件１〜１０はノイズが１０％未満に低減された。この結果比較より、照明用レーザ光が擬似面光源化されかつ光源像が時間的に変化することによりスペックルノイズが低減されることがわかる。
【０１０７】
ビーム偏向制御素子部３による最大ビーム偏向角θ１を、面光源化手段の半値散乱角φ１以下とした場合（θ１≦φ１、条件７、８、９）、１割以上の光量（パワー）ロスが生じるが、同様の最大ビーム偏向角θ１であってもθ１＞φ１とした場合には、光学系全体のビーム角度制御が可能となって、条件１ないし４、および、６では光量（パワー）ロスが少なく、かつ、スペックルノイズが低減されていることがわかる。更に０．７×ｔａｎ−１（１／２Ｆ）＜［（θ１）２＋（φ１）２］１／２／ａを満足する関係としたとき（条件２ないし６）、スペックルノイズがほぼ鑑賞者が感じない、強度揺らぎ５％以下とすることができ、投射光学系８を含めた十分な照明光の角度変化制御ができていることがわかる。更に［（θ１）２＋（φ１）２］１／２／ａ＜１．２×ｔａｎ−１（１／２Ｆ）を満足する関係とすることで（条件２ないし４、および、６）、光量（パワー）ロスが少なく、投射光学系８まで含め高効率化されていることがわかる。
【０１０８】
＜照明光学系２の変形例＞
図９は、照明光学系２の変形例の構成概略図である。
【０１０９】
レーザ光源を出射した光は、レンズ２２、１次元振動ミラー３Ｍ、レンズアレイ３ＡＬを経て、矩形の出射端面をもつ中空型光インテグレータ４Ｈにより内部反射を繰り返して長方形のほぼ均一なビーム形状となった後、擬似面光源化素子５ＡＲに入射する。擬似面光源化素子５ＡＲは、中空型ロッドインテグレータ４Ｈ内に挿入されている。
【０１１０】
本変形例は、振動ミラー３Ｍとレンズアレイ３ＡＬを組み合わせて使用することにより、時間的にレーザ光の光源像が変化するように、光インテグレータ４Ｈに入射するレーザ光のビーム偏向角制御を行う。本変形例では、特に、振動ミラー３Ｍを、１次元方向のみに振動させることでレーザ光に１次元的偏向角変化を与え、レンズアレイ３ＡＬにより、レーザ光に２次元的偏向角変化を与えている。
【０１１１】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、および、図１０Ｄは、１次元的振動ミラー３Ｍを用いた場合に使用するレンズアレイ３ＡＬおよびレンズアレイ３ＡＬ代替例を示す図である。図１０Ａは、レンズアレイ３ＡＬを光軸に対し垂直な方向から見たときの図である。図１０Ｂは、このレンズアレイ３ＡＬを光軸方向から見たときの図である。１次元的振動ミラー３Ｍが振動することで、レンズアレイ３ＡＬにレーザ光が入射するスポット１０１は、矢印１０３の方向に移動する。レンズアレイ３ＡＬは、１次元的振動ミラー３Ｍによるスポットの移動で、図上下方向に異なる偏向角を与えることができるように、矢印１０３に対し、ジグザグ状に球面レンズが配される。このようなスポット１０１の移動により、レンズアレイ３ＡＬは、レーザ光に、時間的に変化する２次元的ビーム偏向角を与えることができる。
【０１１２】
図１０Ｃは、レンズアレイ３ＡＬの代替例を示す図である。本代替例は、レンチキュラーレンズを直交して貼り合わされたレンズ形状を有するレンズアレイ３ＬＬである。レンズアレイ３ＬＬは、２つのレンチキュラーレンズアレイを図に対して垂直な方向に有する。第１のレンチキュラーレンズアレイは、スポット１０１の移動方向（矢印）１０３に対し、プラス４５度の角度を成し、第２のレンチキュラーレンズアレイは、矢印１０３に対し、マイナス４５度の角度を成す。この、平面視において直行する２つのレンチキュラーレンズアレイを備えたレンズアレイ３ＬＬにおいては、スポット１０１の振動ミラー３Ｍによる移動により、時間的に２次元的なビーム偏向角変化を与えることができる。
【０１１３】
図Ｄは、さらなるレンズアレイ３ＡＬ代替例を示す図である。本代替例は、表面レリーフホログラム素子を備えるホログラム素子３ＳＲである。ホログラム素子３ＳＲは、この非周期的な表面凹凸パターンにより、２次元的な偏向角（発散性）を与える。この素子３ＳＲに対し、矢印１０３の方向に時間的に移動させながら光線を入射させることで、２次元的に位相が異なるように時間的に変化する光源像が出射される。
【０１１４】
レンズアレイ３ＡＬおよび３ＬＬは、特に、レンズの開口数（ＮＡ）と振動ミラーの振り角によりビーム偏向角を厳密に制御できるため、好ましい。
【０１１５】
またビーム偏向角を、２次元的に均一にするため、レンズアレイ３ＡＬ等の偏向角変化を、振動ミラーの振り角方向（矢印１０３の方向）に関して小さくし、レンズアレイ３ＡＬ等と振動ミラー３Ｍによりレーザ光に付与される合計ビーム偏向角を、矢印１０３方向および矢印１０３に垂直な方向で均等化することが好ましい。
【０１１６】
レンズアレイ３ＡＬ、３ＬＬ、および、ホログラム素子３ＳＲ等は、光ロッドインテグレータ４の入射側に配置されればよく、入射端面に取り付けたり、中空ロッドインテグレータ４Ｈの場合は入射側内部に組み込んだ形状としてもよい。
【０１１７】
また１次元的振動ミラー３Ｍを用いる場合、ビーム偏向角の２次元分布（矢印１０３と平行および垂直な方向）を均等化するため、光インテグレータ４内に挿入される擬似面光源化素子５ＡＲ（図９）を、２次元的異方性をもつ拡散角を与える素子を用いることが好ましい。具体的には、擬似面光源化素子５ＡＲの表面に表面レリーフホログラムを構成し、その表面レリーフパターンを、振動ミラー３Ｍの振動方向について、振動方向に垂直な方向よりも大きな凹凸周期とし、振動方向の拡散角を小さくすることが望ましい。
【０１１８】
本変形例では、１次元的振動ミラー３Ｍを用いたが、２次元的な振動が可能な振動ミラーを用いてもよい。２次元的振動ミラーを用いた場合は単独で、２次元的に変化するビーム偏向角をレーザ光に与えても良いし、レンズアレイなどと組み合わせてレーザ光のビーム偏向角を制御してもよい。
【０１１９】
＜レーザ光源構成例１＞
図１１は、レーザ光源の構成例を示す図である。図１１において、画像表示装置１００の赤色レーザ光源１Ｒは、半導体レーザであり、変調素子７は、長方形形状の有効面（画像表示に実際に使用される領域）を有する。本発明においては、有効面が長方形形状の変調素子７の有効面の長辺方向１１０９と、半導体レーザの活性層１１０５の厚み方向とが平行であることが好ましい。
【０１２０】
変調素子７の有効面は、表示する画像の形状に対応して、長方形形状を有し、具体的には横：縦＝４：３および１６：９、といったアスペクト比を有する。レーザ画像表示装置１００においては、有効面を出射するレーザ光が、投射光学系により拡大され、スクリーン１０に投影される。ここで、半導体レーザ素子は、一般に、基板上に少なくともクラッド層／活性層１１０１／クラッド層が積層された層状構造を有し、活性層１１０１の端面よりレーザ光が出射される。半導体レーザ素子の活性層１１０１から出射されるレーザ光の広がり角は層の厚み方向１１０５と、層に平行な方向で異なり、層の厚み方向に関しより大きく広がる。このため、レーザ光をコリメートする場合であっても、出射レーザ光を余すことなく使用する場合、活性層の厚み方向１１０５に長い楕円形状のレーザ光を使用することになる。
【０１２１】
画像表示においては、変調素子７の有効面をほぼ均一に照明する必要がある。有効面が長方形である変調素子７に、レーザ光源から出射したレーザ光を均一に照明するために、光インテグレータ４やホログラム素子を用いてビーム形状を長方形に整形して照明を行う。このとき変調素子７の長辺方向１１０９と半導体レーザの活性層厚み方向１１０５が平行になるように光学系を配置することにより、照明用レーザ光の強度の均一化およびレーザ光の有効利用率を高めて照明することができる。例えば、内部反射を利用するロッドインテグレータを光インテグレータ４として用いる場合、照明用レーザ光の均一化の程度は、内部反射の回数に依存する。このとき、光源から出射するレーザ光の広がり角が縦横で同じレーザ光を用いると、長辺方向のレーザ光の内部反射の回数が少なくなり、レーザ光強度の均一化が困難となる。そこで、ロッドインテグレータ４出射端面の長辺方向と変調素子７の長辺方向を平行に配置し、活性層の厚み方向１１０５を長辺方向と平行にすることで、長辺方向に広がり角が大きなレーザ光をロッドインテグレータ４に入射させることが容易となり、ロッドインテグレータ出射端面長辺方向においても内部反射の回数を出射端面短辺方向と同程度にすることが可能となり、容易に均一化された照明用レーザ光を得ることできるようになる。光インテグレータ４として、フライ・アイ・インテグレータやホログラム素子を用いた場合も、入射レーザ光を長方形にビーム整形するとき、同様に長辺方向への均一化が困難となるが、活性層の厚み方向を長辺方向と平行に配置することで、光インテグレータ４に照射するビームとして、光インテグレータ４の長辺方向に長い楕円レーザ光を用いることができるようになり、ロスなく照明用のレーザ光の強度を均一化することができる。
【０１２２】
上記半導体レーザ光源は、出射波長に関係なく、層状構造を有する半導体レーザであればよい。半導体レーザ素子を複数用いたマルチチップアレイとした場合も同様に各チップの活性層厚み方向が変調素子の長辺方向と平行に配置することが望ましい。活性層内に発光スポットを複数有するマルチストライプ、複数の活性層を素子内に有するマルチスタック構造としても同様に、活性層厚み方向と変調素子の長辺方向とが平行な配置とすることが望ましい。
【０１２３】
本発明にかかるレーザ画像表示装置１００は、半導体レーザのストライプ１１０３の幅１１０７が出力波長の１０倍以上であることを特徴としている。有効面が長方形である２次元変調素子を用いる場合、ほぼ均一に照明するためビーム形状をほぼ均一強度の長方形に整形するが、ストライプ１１０３の幅１１０７を出力波長の１０倍以上のとすることで、効率よいビーム整形を可能とする。
【０１２４】
半導体レーザのストライプとは、活性層にかかる電流の広がりを限定するための構造であり、電極、絶縁層、活性層の形状により作成し、活性層のストライプ領域のみ電流注入により励起し、ストライプ領域に沿って光が導波し、その端面から光が出射する。ストライプ幅は電流注入される活性層の幅であり、本発明では特にレーザ光が出射する端面のストライプ幅に関するものである。本発明では、ストライプ幅を出力波長の１０倍以上とすることで出射レーザ光のニアフィールドパターンを横方向に非常に広がった形状にする。そうすることで、出射レーザ光の、活性層層に平行な方向に広がるレーザ光の半角を約１／１０（ｒａｄ）以下にすることができる。半導体レーザを出射したレーザ光は、ほぼ均一な長方形とするため光インテグレータやホログラム素子からなるビーム整形素子に入射されるが、レーザ出射光の一方向の広がり角を小さくすることで、レーザ光源からビーム整形素子までの光学設計を活性層の厚み方向のみの制御で行うことが可能となる。具体的には、光源からビーム整形素子までの距離は数〜数十ミリメートルのため広がり角が１／１０（ｒａｄ）以下のとき、広がり誤差が１ミリメートル以下となり、特別な制御素子などを必要とせずに光学設計を行うことができる。更に光学系の設計を簡易にするためには、ストライプ幅を出力波長の２０倍以上とすることがより好ましい。２０倍以上とすることで、出射するレーザ光を、レーザ素子の層に平行な方向に対し略平行光として設計することが可能となる。
【０１２５】
また、レーザ画像表示装置１００のように（図１参照）、単一の変調素子７を用い、複数波長（色）のレーザ光源１Ｂ、１Ｇ、および、１Ｒの変調を行う場合、最も短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源が変調素子の最も近くに配置されていることが好ましい。画像表示装置１００は、青、緑、赤の波長のレーザ光源１Ｂ、１Ｇ、および、１Ｒを有し、最も波長の短い光の青色レーザ光源１Ｂが、変調素子７の最も近くに配置される。
【０１２６】
複数波長のレーザ光を、単一の変調素子７に導光するような構成を有するレーザ画像表示装置の場合、光学部品によるレーザ光の吸収および反射によるロスは短波長のレーザ光で最も大きくなる。そのため、短波長のレーザ光に対する光学材料の選定およびコートの仕様などが最も困難である。最も短い波長のレーザ光を出射するレーザ光源が、変調素子７に最も近くなるように（その光路が最も短くなるように）配置することにより、作用させる光学部品の点数を、より長波長のレーザ光が作用される光学部品点数よりも少なくし、短波長のレーザ光の光量ロスを低減する。特に、レーザ光源の出射するレーザ光の波長のうち最も短い波長が、４６０ナノメートル未満にピークを有する波長の場合、本発明の効果が顕著となる。
【０１２７】
＜レーザ光源構成例２＞
レーザ画像表示装置１００のレーザ光源は、図１に示したように、各光源を個別的に配置してよいが、１つのレーザ光源パッケージを用いてよい。このレーザ光源パッケージは、複数の波長を出射するレーザ光源を実質的に１つの筐体に備える。図１２および図１３に、そのようなレーザ光源パッケージの構成例を示す。図１２および図１３においては、図の明瞭性のため、パッケージ筐体を省略して図示する。
【０１２８】
図１２に示すパッケージ例１は、赤色半導体レーザ光源１Ｒ、緑色ＳＨＧレーザ光源１Ｇａ、青色半導体レーザ光源１Ｂを含むレーザ光源パッケージである。レーザ画像表示装置１００において、本パッケージは、各レーザ光源、１Ｒおよび１Ｂは、その活性層の厚み方向１１０５が、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行になるように配置される。図示しない半導体レーザ光源マウント部は、半導体レーザ光源の両側部に配され、ＳＨＧレーザ光源は、半導体レーザよりも、レーザ光出射方向に関し後方に配置することができる。３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇａ、および、１Ｂを、１つのパッケージとすることで、ダイクロイックミラー２１等、合波する光学系を省略し、光学系を簡素化することができ、さらに、半導体レーザ１Ｒおよび１Ｂに、上述したような、好ましい楕円形状を有するレーザ光を出射させて変調素子７に対する照明レーザ光の強度の均一化を容易にする。また、赤色レーザ光源１Ｒのストライプ幅ＲＷと、青色レーザ光源のストライプ幅ＢＷとの間に、ＲＷ＞ＢＷなる関係が成立することが好ましい。この関係を満足させることにより、赤色レーザ光の形状と、青色レーザ光の形状とを近づけることが可能となる。そのため、変調素子７の照明にかかるレーザ光の制御がより容易となる利点が生じる。
【０１２９】
図１３に示すパッケージ例２は、緑色半導体レーザ光源１Ｇｂを用いたレーザ光源パッケージ例である。本パッケージ例においては、レーザ光源、１Ｒ、１Ｇｂ、および、１Ｂの活性層の厚みは全て同一方向を向き、その向きは、レーザ画像表示装置１００において、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行である。このとき、上記ＲＷ＞ＢＷなる関係に加え、緑色レーザ光源１Ｇｂのストライプ幅ＧＷについて、ＲＷ＞ＧＷなる関係を満たすことが好ましい。このようにパッケージを構成することで、赤色レーザ光の形状と、緑色レーザ光の形状を近づけることができ、制御が容易となる利点が生じる。さらには、３つの半導体レーザ光源のストライプの幅は、ＲＷ＞ＧＷ＞ＢＷなる関係を満足することが望ましい。
【０１３０】
なお、図１２および図１３に図示した半導体レーザは、１チップについて１ストライプを有するシングルストライプ構造であるが、各半導体レーザの活性層の厚み方向１１０５が、変調素子７の長辺方向１１０９（図１１）と平行であれば、活性層に複数のストライプを有するマルチストライプ構造、１チップに複数の活性層を有するマルチスタック構造、複数のチップで１光源を構成するマルチチップ構造を用いた半導体レーザを使用することもできる。
【０１３１】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明にかかるレーザ画像表示装置における照明光学系の別例を示す概略図である。本例において、レーザ光源を出射したレーザ光は、レンズ２２、揺動的に振動可能な振動ミラー３Ｍを経て、矩形の出射端面を有するマルチロッドインテグレータ１４０１に入射する。マルチロッドインテグレータ１４０１は、複屈折擬似面光源化素子１４０３を挟み込んだ構造を有するとともに、入射端面にレンズアレイ１４０５を備える。
【０１３２】
第２の実施形態の照明光学系は、振動ミラー３Ｍと、マルチロッドインテグレータ１４０１に形成されたレンズアレイ１４０５の協働的作用により、レーザ光の光源像が時間的に変化するようにマルチロッドインテグレータ１４０１（光インテグレータ）の入射レーザ光のビーム偏向角制御を行う。本照明光学系において、最大ビーム偏向角θ１は、振動ミラー３Ｍの振り角θ２と、レンズアレイを構成するレンズの開口数（ＮＡ）で与えられる。図１４の構成では、振動ミラー３Ｍとレンズアレイ１４０５の協働により、振動ミラー３Ｍの振り角θ２よりも大きな角度のビーム偏向が可能となる。そのため、振動ミラー３Ｍの振り角θ２を、所望の最大ビーム偏向角θ１よりも小さくすることができるため、制御が容易となる利点を有する。また、本例においては、レンズアレイ１４０５と、ロッドインテグレータ１４０１とは、一体構成である。そのため、光学部品の一体化による効率向上が可能となる点でも、好ましい構成である。
【０１３３】
本発明にかかるレーザ画像表示装置は、照明光学系にレーザ光の偏光をランダム化させる手段である偏光解消手段を有することが好ましい。図１４の例では、複屈折擬似面光源化素子１４０３により偏光解消を行っている。偏光解消により、直線偏光であるレーザ光の偏光面は、ランダムに変化される。十分にランダム化されたレーザ光は、非偏光光となる。スペックルノイズはレーザ光の干渉によって生じるが、偏光方向が直交するレーザ光同士は干渉しないため、スペックルノイズが低減される。偏光解消手段としては、光軸に対し、非一様な厚み分布を持たせた複屈折材料からなる素子を用いることが好ましい。偏光解消手段は、光インテグレータ内に備えずとも、レンズおよびミラーなどと同様にレーザ光の光路上に挿設すればその効果を得ることができる。このような、偏光解消手段を照明光学系が備えるとき、変調素子７には、ＤＭＤなどのマイクロミラーデバイスを用いることが好ましい。
【０１３４】
本発明において使用する擬似面光源化素子は、複屈折を有する材料からなるとともに光軸に略垂直な面内に厚み分布を有し、偏光解消手段も備えることが好ましい。複屈折擬似面光源化素子１４０３は、複屈折材料からなり、面内に厚み分布（一定の傾斜など）を有し、光が通過する位置における厚みの違いによって、異なる方向の偏光をレーザ光に生じさせ、偏光解消を行う。具体的には、擬似面光源化素子１４０３は、ポリカーボネートなど複屈折をもつ有機材料からなり、擬似面光源化のため表面に凹凸パターン加工されていたり、拡散粒子が混入されたりしている。擬似面光源化素子１４０３は、成形時に決まる光学軸がレーザ光の偏光方向に対し傾くように設置され、面内に厚み分布をもつことで偏光解消する。この複屈折擬似面光源化素子１４０３は、第１の実施形態と同様に光インテグレータ１４０１内に具備することが好ましい。光インテグレータ１４０１内にあれば、複屈折擬似面光源化素子１４０３の厚み分布による歪や、擬似面光源化作用を司る散乱作用によって生じる変調素子７を照明するレーザ光のロスを最小限に抑えることができる。具体的には、片側に傾斜を持つ複屈折擬似面光源化素子１４０３を、傾斜端面をもつロッドインテグレータと垂直端面をもつロッドインテグレータに挟み込んで固定することにより作製できる。また、凹凸パターンを有する複屈折材料を用いた場合でも、凹凸パターンによる厚み分布により偏光解消が可能である。
【０１３５】
第２の実施形態のマルチロッドインテグレータ１４０１は、光の均一化、擬似面光源化、偏光解消、ビーム偏向、の機能を一体化し、光学部品点数を減らせることができる好ましい形態である。
【０１３６】
なお従来、レーザ光源に対し、フライアイレンズによる照明の均一化および矩形化が提案されているが、フライアイレンズ照明光学系に擬似面光源化素子を挿入した場合、変調素子に結像できない光量ロスが多く発生する問題が生じるため、出射端面が矩形である内部反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ）を用いることがより好ましい。
【０１３７】
本発明のレーザ画像表示装置で使用するビーム偏向素子部は、可動拡散板を用いてもよい。しかし、可動式のレンズアレイや振動ミラーを用いることがより好ましい。可動レンズアレイもしくは振動ミラーを用いることで、ビーム偏向角の角度分布を含めて厳密な制御が可能となる。このため可動レンズアレイもしくは振動ミラーを用いると、投射光学系８の投射可能角度までの角度変化の制御と一様な角度分布をもたらすことができ、好ましい。また光インテグレータ内における内部反射の回数の制御も容易となる。可動拡散板を用いた場合、ビーム偏向角が比較的小さい成分が強くなり、ビーム偏向角を大きくしようとすると、散乱ロスが大きくなってしまうという不利点がある。
【０１３８】
（第３の実施形態）
図１５は本発明の第３の実施形態におけるレーザ画像表示装置２００の概略図である。図１５において図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。
【０１３９】
ＲＧＢ３色のレーザ光源１Ｒ、１Ｇ、および、１Ｂから出射したレーザ光は、マイクロレンズアレイ付き２次元変調素子２７１を照明するレーザ光を出射させるための光学系である照明光学系２０２に導かれる。照明光学系２０２は、ビーム偏向素子部を構成する回転レンチキュラーレンズアレイ３ａ、３ｂ、光インテグレータ４、擬似面光源化素子５、投影光学系２０６を含み、ほぼ矩形で一様な強度分布を有するレーザ光で、変調素子２７１を照明する。投影光学系２０６は、ミラー２６１やフィールドレンズ２６２を含む。マイクロレンズアレイ付き空間変調素子２７１は、各色レーザ光の変調を行い、ダイクロイックプリズム２０９で合波し、スクリーン２１０に投影し、空間的加法混色によってカラー画像を表示する。なお、擬似面光源化素子５は、ミラー２６１上などに配置してもよい。
【０１４０】
変調素子２７１は、レーザ光を変調する画素のそれぞれに対し、１つのマイクロレンズが照明光学系２０２上流側に形成され、アレイ状に配置された構成を有する。本実施形態のレーザ画像表示装置２００は、変調素子２７１が、照明光学系２０２上流側に、各画素に対してマイクロレンズを有し、ビームの偏向を拡大させる手段となっている点である。回転レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂによって、ビーム偏向角は時間的に、常時制御されるが、変調素子２７１のマイクロレンズは、このビーム偏向角をさらに拡大する。例えば、回転レンチキュラーレンズでθｒのビーム偏向角を与え、投影光学系２０６の倍率がａ、マイクロレンズの開口数がＮＡｍとしたとき、本レーザ画像表示装置における最大ビーム偏向角θ１は、θ１＝θｒ＋ａ×ｓｉｎ−１（ＮＡｍ）というように、マイクロレンズアレイにより拡大される。このため、ビーム偏向素子部の、時間的に変化する部分（本実施形態では回転レンチキュラーレンズアレイ３ａおよび３ｂ）によるビーム偏向角が比較的小さくとも、変調素子２７１の備えるマイクロレンズアレイが、ビーム偏向角を拡大することができる。そのため、レーザ画像表示装置２００は、比較的大きな最大ビーム偏向角を備えることができ、なおかつ、その制御が容易という、優位性を有する。
【０１４１】
変調素子２７１は、具体的には、透過型液晶素子と偏光板の組み合わせからなり、マイクロレンズアレイは液晶素子上に形成されればよい。またマイクロレンズアレイは液晶素子を動作させる電極部に光が通過しないように集光させることで、素子の開口率をあげることができ、有利である。
【０１４２】
なお本実施形態は、図示したような構成に限定されず、単色のレーザ光源を用いたレーザ画像表示装置に用いることもでき、また、３色以上のレーザ光源を用いたレーザ画像表示装置に用いることもできる。本発明の各色のレーザ光源は、ほぼ同じ波長を発光する複数のレーザ素子から構成されても、単一の素子から構成されていても構わない。
【０１４３】
また、本発明にかかるレーザ画像表示装置は、散乱反射型スクリーンを用いた前面透過型ディスプレイにも、透過型スクリーンを用いる背面投射型ディスプレイにも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明にかかるレーザ画像表示装置は、画像をスクリーンに表示する形態を用いて説明したが、スクリーン以外に画像を表示する場合も適用可能である。例えば、半導体露光装置などにも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明にかかる第１の実施形態によるレーザ画像表示装置の構成図
【図２Ａ】ビーム偏光素子部および光インテグレータの作用を示す図
【図２Ｂ】擬似面光源化素子の作用を示す図
【図２Ｃ】擬似面光源化素子の散乱角分布特性の図
【図３Ａ】ランダムな凹凸パターンをその表面に有する擬似面光源化素子の図
【図３Ｂ】マイクロレンズアレイを含む擬似面光源化素子の図
【図３Ｃ】基材と屈折率の異なる粒子を散在させて含む擬似面光源化素子の図
【図４Ａ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｂ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｃ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｄ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図４Ｅ】擬似面光源化素子を挟んで構成される光インテグレータ具体例図
【図５Ａ】光インテグレータの面を説明する図
【図５Ｂ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｃ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｄ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｅ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｆ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｇ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｈ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｉ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｊ】光インテグレータの入射端面または出射端面の平面図
【図５Ｋ】光インテグレータの入射端面の平面図
【図５Ｌ】光インテグレータの入射端面の平面図
【図５Ｍ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｎ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｏ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｐ】光インテグレータの側面の平面図
【図５Ｑ】光インテグレータの側面の平面図
【図６】ビーム偏光素子部の斜視図
【図７】ビーム偏光素子部変形例の図
【図８】レーザ画像表示装置の画質評価の結果を示す図
【図９】照明光学系の変形例の構成概略図
【図１０Ａ】レンズアレイの側面図
【図１０Ｂ】レンズアレイの平面図
【図１０Ｃ】２つのレンチキュラーレンズを直交させてなるレンズアレイの図
【図１０Ｄ】ホログラム素子の図
【図１１】レーザ光源と変調素子の配置を示す図
【図１２】レーザ光源パッケージ構成例１
【図１３】レーザ光源パッケージ構成例２
【図１４】第２の実施形態による照明光学系を示す図
【図１５】第３の実施形態によるレーザ画像表示装置の構成図
【符号の説明】
【０１４６】
１Ｒ・・赤色レーザ光源
１Ｇ・・緑色レーザ光源
１Ｂ・・青色レーザ光源
１Ｃ・・レーザ光源制御部
２・・・照明光学系
３・・・ビーム偏向素子部
３ａ・・レンチキュラーレンズアレイ
３ｂ・・レンチキュラーレンズアレイ
３ｃ・・レンチキュラーレンズ変形例
３Ｃ・・ビーム偏向素子制御部
３Ｍ・・振動ミラー
４・・・光インテグレータ
５・・・擬似面光源化素子
６・・・投影光学系
７・・・変調素子
７Ｃ・・変調素子制御部
８・・・投射光学系
１０・・・スクリーン
２１・・・ダイクロイックミラー
２２・・・レンズ
４１・・・透明接着剤
５５・・・光インテグレータ入射端面
５７・・・光インテグレータ出射端面
５９・・・光インテグレータ側面
７１・・・中空モータ
１００・・・レーザ画像表示装置
２００・・・レーザ画像表示装置
２０２・・・照明光学系
２０６・・・投影光学系
２０８・・・投射光学系
２０９・・・ダイクロイックプリズム
２１０・・・スクリーン
２６１・・・ミラー
２６２・・・フィールドレンズ
２７１・・・マイクロレンズアレイ付２次元光変調素子
１１０１・・・活性層
１１０３・・・ストライプ
１４０１・・・マルチロッドインテグレータ
１４０３・・・複屈折擬似面光源化素子
１４０５・・・マルチロッドインテグレータ１４０１に形成されたレンズアレイ
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【図５Ｊ】
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【図５Ｋ】
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【図５Ｌ】
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【図５Ｍ】
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【図５Ｎ】
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【図５Ｏ】
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【図５Ｐ】
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【図５Ｑ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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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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【図１５】
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【国際調査報告】
2007013221.tif 000092
2007013221.tif 000093
2007013221.tif 000094
2007013221.tif 000095