(57)【要約】２次元ビーム走査部（２）は、赤色レーザ光源（１ａ）、緑色レーザ光源（１ｂ）及び青色レーザ光源（１ｃ）からの各出射ビームを反射して２次元方向に走査し、各拡散板（３ａ，３ｂ，３ｃ）は、２次元方向に走査される各光ビームを拡散させて各空間光変調素子（５ａ，５ｂ，５ｃ）へ導き、各空間光変調素子（５ａ，５ｂ，５ｃ）は、各色の映像信号に応じて各光を変調し、ダイクロイックプリズム（６）は、変調後の３つの色の光を合波して投射レンズ（７）へ導き、スクリーン（８）上にカラー画像が表示される。ビーム走査部から出射される２次元状の光が拡散されて空間光変調素子上を照射するので、光拡散部材から出射されて空間光変調素子を照射するビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、
前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、
前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備えることを特徴とする２次元画像表示装置。
【請求項２】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する２次元走査部を含み、
前記２次元走査部は、前記第１の方向の走査周波数と前記第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、前記光拡散部材へ入射される光ビームを周期的に走査することを特徴とする請求項１に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する１次元ビーム分割部と、
前記１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項４】
前記１次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有することを特徴とする請求項３記載の２次元画像表示装置。
【請求項５】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部と、
前記２次元マルチビームを微小に走査する微小走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項６】
前記２次元ビーム分割部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する第１の１次元ビーム分割部と、
前記第１の１次元ビーム分割部によって作成された１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して２次元マルチビームを作成する第２の１次元ビーム分割部と含むことを特徴とする請求項５記載の２次元画像表示装置。
【請求項７】
前記２次元ビーム分割部は、各格子面が傾斜している２次元回折格子を含むことを特徴とする請求項５記載の２次元画像表示装置。
【請求項８】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを分割して第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部を振動させる振動部を含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項９】
前記ビーム走査部と前記光拡散部材との間の光路を囲い、前記ビーム走査部からの光ビームを複数回折り返して前記光拡散部材へ導く反射ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１０】
前記反射ミラーは、さらに、前記光拡散部材と前記空間光変調素子の間の光路を囲うことを特徴とする請求項９記載の２次元画像表示装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源は、赤色発生用、緑色発生用及び青色発生用の３つのレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１２】
前記光拡散部材及び前記空間光変調素子は、前記３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつ設けられることを特徴とする請求項１１に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１３】
前記３つのレーザ光源からの出射ビームは、互いに異なる角度で前記ビーム走査部へ入射されることを特徴とする請求項１２に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１４】
前記光拡散部材は、擬似ランダム拡散板を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１５】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部と、
前記線状ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１６】
前記１次元走査部と前光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、
前記レーザ光源、前記ビーム拡大部、前記１次元走査部、前記フィールドレンズ部、前記光拡散部材、前記空間光変調素子は、この順に配置され、
前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことを特徴とする請求項１５記載の２次元画像表示装置。
【請求項１７】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に走査する１次元走査部と、
前記１次元走査部により走査される光ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部とを含み、
前記ビーム拡大部と前記光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、
前記レーザ光源、前記１次元走査部、前記ビーム拡大部、前記フィールドレンズ部、前記空間光変調素子は、この順に配置され、
前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１８】
前記レーザ光源は、複数のレーザ光源を含み、
前記複数のレーザ光源からの線状ビームは、前記空間光変調素子上の異なる位置を照明することを特徴とした請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１９】
前記空間光変調素子は、前記複数のレーザ光源からの各線状ビームが照射する画像表示領域毎に各線状ビームに対応した異なる映像が表示されるように、各線状ビームを変調することを特徴とする請求項１８に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２０】
前記空間光変調素子上の互いに隣接する画像表示領域間に、前記線状ビームを透過させない黒色表示領域が設定されることを特徴とする請求項１９に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２１】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷに対して、ＢＷ＜ＳＷ／１０の関係を満たすことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２２】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷ及び前記複数のレーザ光源の数ｎに対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２３】
前記複数のレーザ光源は、
赤色光を発する第１のレーザ光源と、
緑色光を発する第２のレーザ光源と、
青色光を発する第３のレーザ光源とを含み、
前記空間光変調素子は、前記第１のレーザ光源からの線状ビームが照射される赤色画像表示領域に赤色用映像が、前記第２のレーザ光源からの線状ビームが照射される緑色画像表示領域に緑色用映像が、前記第３のレーザ光源からの線状ビームが照射される青色画像表示領域に青色用映像が、それぞれ表示されるように、各線状ビームを変調することを特徴とする請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２４】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、５．５ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２５】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２６】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２７】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２８】
前記空間光変調素子は、強誘電性液晶からなることを特徴とした請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２９】
前記空間光変調素子は、２次元配列された複数のＭＥＭＳミラーからなることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３０】
前記空間光変調素子上における前記複数のレーザ光源からの光の走査方向は、前記空間光変調素子の表示範囲の長辺に平行であることを特徴とする請求項１８〜２９のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３１】
前記光拡散部材は、２次元的に矩形のセルが配置され、各セルが自身を通過する光に位相変位を与え、互いに隣接するセル同士の位相変位量の差がπ／２である擬似ランダム拡散板を含むことを特徴とする請求項１５〜３０のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３２】
前記光拡散部材上の光ビーム径Ｓは、前記光拡散部材の拡散角θ、前記光拡散部材と前記空間光変調素子との間の距離Ｌ、及び前記光拡散部材上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３１のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３３】
前記レーザ光源からの出射ビームは、前記空間光変調素子上で略集光されることを特徴とする請求項１〜３２のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３４】
前記空間変調素子で変調された光を空間上の面に投影する投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３５】
前記ビーム走査部は、分極反転素子を含むことを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３６】
少なくとも一つのレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、
前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備えることを特徴とする照明光源。
【請求項３７】
請求項３６記載の照明光源を備え、
前記レーザ光源は、紫外線レーザを含むことを特徴とする露光照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、２次元画像表示装置、照明光源及び露光照明装置に関し、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、レーザ光源を用いたレーザディスプレイ装置が注目を集めている。従来からの陰極線管を用いたテレビ受像機では、蛍光材料の発色のスペクトルが広く、単色を表示するときにも、くすんだ発色しか得られないのに対して、レーザ光源を用いたレーザディスプレイ装置では、それぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、きわめて鮮やかな画像の表示が可能となる。【０００３】  図２９に従来のレーザディスプレイ装置の概略構成を示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからの光は、入力映像信号に応じて光変調器１０６ａ〜１０６ｃで強度変調され、ミラー１０３、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂを用いて合波される。合波後の光は、集光レンズ１０７を通過し、さらにポリゴンスキャナ１０４によってｘ方向に、ガルバノスキャナ１０５によってｙ方向に走査され、スクリーン１０８上に２次元の画像が表示される。この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。【０００４】  一方、上記のレーザディスプレイ装置では、光源に干渉性の高いレーザ光源を用いているために生じる、いわゆるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズは、レーザ光がスクリーン１０８で散乱される際、スクリーン１０８上の各部分からの散乱光同士が干渉することによって生じる微細なムラ状のノイズである。上記のレーザディスプレイ装置では、このスペックルノイズを、スクリーン１０８を振動させることで除去していた。【０００５】  図３０に従来の他のレーザディスプレイ装置の概略構成を示す。赤色、緑色、青色それぞれのレーザ光源１００ａ〜１００ｃからの光は、ビームエキスパンダ１０２によってそのビーム径が拡大され、光インテグレータ１０３に入射する。光インテグレータ１０３は、空間光変調素子１０７上の矩形開口を一様な照明強度で照明するための光学系であって、矩形形状の単位レンズが２次元格子状に配列された蠅の目レンズを２枚直列に配置した構造を有している。ここでは、光インテグレータ１０３による照明一様化の詳説を省略する。【０００６】  光インテグレータ１０３を通過した光は、集光レンズ１１２を通過した後（赤色及び青色の光はさらにミラー１１５によって反射された後）、フィールドレンズ１０８及び拡散板１０６を通じて空間光変調素子１０７を照明する。空間光変調素子１０７で変調された各色の光は、ダイクロイックプリズム１０９で合波され、投写レンズ１１０によりスクリーン１１１上にフルカラーの画像が結像される。【０００７】  ここで、拡散板１０６は、磨りガラス状の透明基板から構成され、上記のスペックルノイズを低減するために、入射した光の波面にランダムな位相分布を与える。この拡散板１０６が拡散板揺動機構１１３により揺動されると、拡散板１０６の移動に従って、スクリーン１１１上に投影された光の位相分布が変動し、スペックルノイズの微細なパターンも時間的に変化する。スペックルノイズのパターン変化が観察者の残像時間より速くなるように拡散板１０６が揺動されると、スペックルノイズは観察者の眼で時間平均されて、ノイズのない高画質の画像が感知される。このスペックル低減の様子は、例えば非特許文献１に詳しい。【０００８】  しかしながら、前者のレーザディスプレイ装置では、スペックルノイズを抑制するために、スクリーンを振動させる必要があり、固定された壁面などをスクリーンとして用いることができず、スクリーンを振動させることなく、光学系でスペックルノイズを抑制することができない。また、後者のレーザディスプレイ装置では、光学系でスペックルノイズを抑制することはできるが、均一な照明を得るために、ビームエキスパンダ１０２及び光インテグレータ１０３等が必要になり、光学系が複雑になる。
【特許文献１】特開２００３−９８６０１号公報
【非特許文献１】ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジックス、第４３巻、８Ｂ号、２００４年
【発明の開示】
【０００９】  本発明の目的は、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる２次元画像表示装置、照明光源及び露光照明装置を提供することである。
【００１０】  本発明の一局面に従う２次元画像表示装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備える。
【００１１】  この２次元画像表示装置においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されながら、２次元状の光に変換されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部と空間光変調素子との間に光拡散部材が設置され、ビーム走査部から出射される２次元状の光が拡散されて空間光変調素子上を照射するので、光拡散部材から出射されて空間光変調素子を照射するビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【００１２】  本発明の他の局面に従う照明光源は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備える。
【００１３】  この照明光源においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部により走査された出射ビームが拡散されるので、光拡散部材から出射されるビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。
【図３】図１に示す２次元画像表示装置における照明ビームの走査方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図５】図１に示す拡散板上の光ビーム径の好適な範囲を説明するための模式図である。
【図６】図５に示すホログラフィック光学素子の０次回折光による光強度分布ムラを説明するための模式図である。
【図７】図１に示すレーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図８】図７に示す第１の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図９】図７に示す第２の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１１】図１０に示す２次元微小角ビーム走査部として使用される、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子の一例を示す図である。
【図１２】図１０に示す２次元ビーム分割グレーティングとして使用可能な２枚の１次元ビーム分割グレーティングの一例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態による２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４に示すブレーズドグレーティングの回折光の光強度分布を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態による２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１９】図１８に示すＭＥＭＳミラーの構成を示す概略図である。
【図２０】図１８に示す２次元画像表示装置における線状ビームの走査方法を説明するための模式図である。
【図２１】図１８に示す空間光変調素子上の表示領域の構成の一例を示す模式図である。
【図２２】図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２３】図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２４】図１８に示す２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す模式図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２６】本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２７】本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２９】従来のレーザディスプレイ装置の構成を示す概略図である。
【図３０】従来の他のレーザディスプレイ装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。【００１６】  （第１の実施の形態）
図１に本発明の第１の実施の形態による２次元画像表示装置の概略構成図を示す。赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ及び青色レーザ光源１ｃから出射した各レーザ光は、集光レンズ９ａ、９ｂ、９ｃによって略集光され、２次元ビーム走査部２によって反射及び２次元的に走査される。【００１７】  レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系の半導体レーザ、固体レーザを基本波とするＳＨＧレーザなどを用いることができる。２次元ビーム走査部２としては、半導体プロセスを用いたマイクロマシン可動ミラー、ガルバノミラー及びポリゴンミラーの組合せ、などを用いることができる。なお、２次元ビーム走査部２は、図１に示す反射型の２次元ビーム走査部に特に限定されず、透過型の２次元ビーム走査部を用いてもよい。【００１８】  ２次元ビーム走査部２により反射された赤色及び青色のレーザ光は、ミラー１１ａ、１１ｃによって反射され、緑色のレーザ光は、凹レンズ１０によって発散された後、拡散板３ａ、拡散板３ｂ及び拡散板３ｃ上で２次元的に走査される。このとき、各レーザ光は、集光レンズ９ａ、９ｂ、９ｃによって略集光されているので、拡散板３ａ、３ｂ、３ｃ上に微小スポットを形成する。【００１９】  拡散板３ａ、３ｂ、３ｃで拡散されたレーザ光は、フィールドレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにより略集光された状態で空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃを照明する。フィールドレンズ４ａ、４ｂ、４ｃは、投影レンズ７の開口内に効率よく光を通過させるように、空間光変調素子５ａ〜５ｃを通過した光を収束ビームに変換する。空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃは、例えば、液晶パネルなどで構成され、各色に対応する映像信号に応じて各色の光を空間的に変調し、各色の２次元画像を形成する。空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃを通過した光は、ダイクロイックプリズム６によって合波され、投射レンズ７によってスクリーン８に投影される。【００２０】  次に、図１に示す２次元画像表示装置の動作について、図２を用いて空間光変調素子の照明方法を詳説し、スペックルノイズの抑圧の様子を説明する。図２は、図１に示す２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、図２において、簡単のために、フィールドレンズ及びダイクロイックプリズム等の図示を省略し、また、２次元ビーム走査部２を透過型の２次元ビーム走査部として図示している。【００２１】  拡散板３と空間光変調素子５とは、一定の間隔Ｌを置いて略平行に設置される。２次元ビーム走査部２を通過した光ビームは、拡散板３上でほぼ集光されて光スポットＬＳを形成する。拡散板３で拡散された光は、空間光変調素子５上の、図中円で示した照射領域ＩＲを照射する。瞬時瞬時においては、空間光変調素子５の照射領域ＩＲの部分のみが、投射レンズ７によってスクリーン８上に投射されるが、光スポットＬＳが２次元ビーム走査部２によって拡散板３上を走査されるに従い、照射領域ＩＲが移動してくまなく空間光変調素子５上を走査する。この結果、スクリーン８上に２次元画像全体が表示される。このとき、１画面全体を走査する時間が人間の目の残像時間より短ければ��視聴者は、画面上での照明の走査を意識することなく、２次元画像全体を観察することができる。また、動画を表示する際には、１フレームの表示時間以内に画面全体を走査することにより、滑らかな動画の表示が可能となる。【００２２】  さて、ある時刻に投影されるスクリーン８上の画像には、従来の技術の項で述べたごとくのスペックルノイズが存在するが、光スポットＬＳが拡散板３上で走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。例えば、拡散板３と空間光変調素子４との距離Ｌを５ｍｍ、拡散板３の拡散角度（半値全角）を１０度とすると、空間光変調素子４上の照射範囲の大きさ（照射領域ＩＲの直径）Ｄは、５ｍｍ×ｔａｎ（１０度）＝約８８０マイクロメートルとなる。逆に、空間光変調素子４上の特定の１点は、拡散板３上で光スポットＬＳが８８０マイクロメートル移動する間だけ照射され続けることになる。【００２３】  ここで、拡散板３上での光スポットＬＳの大きさを５０マイクロメートルとすると、特定の１点を照射する間に、８８０マイクロメートル÷５０マイクロメートル＝１７通り以上の異なるスペックルパターンが生じることとなる。この結果、投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されるので、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を観察することができる。このとき、拡散板３上でのスポットサイズがより小さい程、スペックルパターンがより高速に変化して時間平均されるので、目で感じるスペックルノイズがより抑圧される。【００２４】  また、光スポットＬＳの拡散板３上での軌跡の間隔ｄは、表示画像の強度の一様性に寄与する重要な要因となる。一様な強度分布を実現するためには、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離Ｌと、拡散板３による拡散角度（平行ビームを拡散板に入射したときの出射光の散乱角の半値全角）θとに対して、間隔ｄは、ｄ≦２×Ｌ×ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすことが好ましい。【００２５】  また、拡散板３の拡散角度θは、投射レンズ７のｆ値によって制限される。すなわち、投射レンズ７のｆ値に対して１／ｆラジアンを越える拡散角度の光線は、投射レンズ７で遮光される。したがって、光の利用効率を十分に確保するためには、拡散板３の拡散角度θを２×ｔａｎ−１（１／２ｆ）程度以下とするのがよい。逆に、例えば、拡散角度１０度の拡散板３を用いる際には、投射レンズ７のｆ値は、（２×ｔａｎ（１０度／２））−１＝５．７以下であることが好ましく、例えば、投射レンズ７のｆ値は、約５であることが好ましい。【００２６】  上記のようにして、本実施の形態では、各色の光のスペックルノイズを抑制することができるとともに、各光の利用効率を十分に確保しながら、表示画像の強度を一様にすることができるので、スクリーン８上に良好なフルカラー映像を表示することができる。【００２７】  また、図１に示す２次元画像表示装置の特徴は、各レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームの光軸が２次元ビーム走査部２に対して互いに異なっている、すなわち、各レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームが互いに異なる角度で２次元ビーム走査部２へ入射されることである。図２９に示した従来のレーザディスプレイ装置では、３色のレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからの出射光の光軸を合わせるためにダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂを用いて合波していたのに対し、本実施の形態では、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームの光軸を異なる方向に設置することができるので、合波のためのダイクロイックミラーが不要となり、簡易な光学系で２次元画像表示装置を実現することができる。【００２８】  さらに、図１に示す２次元画像表示装置の他の特徴は、２次元ビーム走査部２から拡散板３までの間に光インテグレータのような複雑な光学部品を用いることなく、一様な照明を得られることである。例えば、現在市販されている、放電管等を光源に用いたプロジェクタでは、２枚のレンズアレイによる光インテグレータを用いて照明の均一化が図られているが、本実施の形態では大きな光学部品を用いることなく、かつ光源からの出射ビームの強度分布によることなく、一様な照明を実現することができる。【００２９】  なお、図２においては、２次元ビーム走査部２にて、横方向に高速に、縦方向に低速に走査するような走査方法を図示しているが、図３のように格子状に走査することで走査速度を抑えることが可能である。図３は、縦方向と横方向との走査周波数比が１５：１９の三角波で走査したときの拡散板３上での光スポットＬＳの軌跡の一例を表す図である。このように、縦方向の走査周波数と横方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームを走査することにより、横方向及び縦方向の走査速度差を小さくすることができるので、２次元ビーム走査部２の構成を簡略化することができるとともに、拡散板３を一様に照明することができる。【００３０】  （第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概略構成図である。なお、第２の実施の形態による２次元画像表示装置において、図４に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【００３１】  第２の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図４に示されているように、１次元ビーム分割グレーティング１２と、１次元ビーム走査部１５とが用いられる。例えば、１次元ビーム分割グレーティング１２としては、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）等を用いることができ、１次元ビーム走査部１５としては、ガルバノミラー等を用いることができる。【００３２】  上記の構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、１次元ビーム走査部１５で１次元方向に走査された後、１次元ビーム分割グレーティング１２に入射する。１次元ビーム分割グレーティング１２は、例えば、ガラス等の透明基板上に１次元の凹凸パターンが形成された回折格子であり、格子の断面形状を最適化することにより、入射した光ビームを多数の等パワーの光ビームに分割できる。【００３３】  １次元ビーム分割グレーティング１２によって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向に一列に配列された１次元マルチビーム列である光スポット列ＬＬとなる。このとき、レーザ光源１からの光ビームが１次元ビーム走査部１５によって横方向に走査されているので、光スポット列ＬＬが光の回折方向に垂直な方向に走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。【００３４】  このようにして、本実施の形態でも、拡散板３上を２次元的に走査した時と同様の効果すなわち第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部１５の小型化、低消費電力化及び低コスト化が図られる。【００３５】  また、拡散板３上の光ビーム径Ｓは、拡散板３の拡散角θ、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離Ｌ、及び拡散板３上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことが好ましい。図５は、図４に示す拡散板３上の光ビーム径Ｓの好適な範囲を説明するための模式図である。なお、図５では、説明を容易にするために、複数の回折ビームのうち互いに隣接する２本の光ビームのみを図示している。【００３６】  図５に示すように、１次元ビーム分割グレーティング１２としてホログラフィック光学素子１２ａを用いる場合、ホログラフィック光学素子１２ａは、光ビームＢ０を複数の光ビームに分割して拡散板３へ入射させる。複数の光ビームのうち最も離れた角度で出射される光ビームをＢ１、Ｂ２で描いている。ここで、拡散板３上の光ビームＢ１、Ｂ２の直径をＳ、その間隔をｄ、拡散板３の拡散角をθ、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離Ｌと��ると、光ビームＢ１は、空間光変調素子５上の領域Ｒ１を照明し、光ビームＢ２は、空間光変調素子５上の領域Ｒ２を照明し、領域Ｒ３において両光ビームＢ１、Ｂ２が重なり合う。したがって、拡散板３上の光ビーム径Ｓが、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすとき、空間光変調素子５上の任意の点が複数の光ビームからの拡散光によって照明されるので、スペックルノイズをより低減することができる。【００３７】  また、１次元ビーム分割グレーティング１２として、レーザ光源１からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子を用いることが好ましい。図６は、図５に示すホログラフィック光学素子１２ａの０次光による光強度分布ムラを説明するための模式図である。図６に示すように、ホログラフィック光学素子１２ａを用いた場合、拡散板３上の光強度分布ＬＤは、０次回折光Ｌ０によるピークを有し、空間光変調素子５上の光強度分布ＬＩにピーク部Ｐ０が現れるため、空間光変調素子５上の光強度分布ＬＩにムラが生じる。【００３８】  図７は、図１に示すレーザ光源１からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図であり、図８は、図７に示す第１の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図であり、図９は、図７に示す第２の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。【００３９】  図７に示すように、ホログラフィック光学素子１２ｂは、レーザ光源１からの出射ビームを第１のピッチで分割する第１の分割面Ｆ１と、レーザ光源１からの出射ビームを第１のピッチより広い第２のピッチで分割する第１の分割面Ｆ２とを有している。図８に示す第１の分割面Ｆ１のみを有するホログラフィック光学素子１２ｃを用いる場合、０次回折光Ｌ０が図示のような光強度分布のムラとなる。また、図９に示す第２の分割面Ｆ２のみを有するホログラフィック光学素子１２ｄを用いる場合も、図示のような０次回折光Ｌ０が光強度分布のムラとなる。【００４０】  しかしながら、図７に示すホログラフィック光学素子１２ｂでは、第１の分割面Ｆ１と第２の分割面Ｆ２とを同時に使用するため、両者の光強度分布が合成される。この結果、ホログラフィック光学素子１２ｂにより分割された光ビームの拡散板３上の光強度分布は、図７に示す光強度分布ＬＤとなり、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。なお、第１及び第２の分割面は、上記のように、ホログラフィック光学素子１２ｂの前面及び背面に設けられる例に特に限定されず、図８及び図９に示すホログラフィック光学素子１２ｃ、１２ｄを２枚併設したり、３枚以上を併設したりしてもよい。これらの点については、後述する他の実施の形態も同様である。【００４１】  なお、光ビームを１次元的に拡大する方法は、上記の例に特に限定されず、図４の１次元ビーム分割グレーティング１２の代わりに、後述する円柱レンズを用いることもできる。この場合には、光スポット列ＬＬの代わりに、線状の光ビームが拡散板３を照射する。【００４２】  （第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第３の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１０に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【００４３】  第３の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図１０に示されているように、２次元ビーム分割グレーティング１７と、２次元微小角ビーム走査部１６とが用いられる。この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、２次元微小角ビーム走査部１６で２次元方向に微小走査され、その後、２次元ビーム分割グレーティング１７に入射する。２次元ビーム分割グレーティング１７は、第２の実施の形態の１次元ビーム分割グレーティング１２と同様に、ガラス等の透明基板上に２次元の凹凸パターンが形成された回折格子である。１次元ビーム分割グレーティング１２は、１次元の短冊状の凹凸形状を有するのに対し、２次元ビーム分割グレーティング１７の表面形状は、２次元分布を有し、格子の断面形状を最適化することにより、入射した光ビームを多数の等パワーの光ビームに分割できる。【００４４】  なお、２次元ビーム分割グレーティング１７には、従来から回折型光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）又はホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）として知られた公知技術を用いることができ、その設計方法及び作成方法は、例えば、Ｄｏｎａｌｄ  Ｃ  Ｏ’Ｓｈｅａ他、“Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔ”、ＳＰＩＥ  ＰＲＥＳＳ（２００４）ＩＳＢＮ：０−８１９４−５１７１−１等に詳しい。【００４５】  ２次元ビーム分割グレーティング１７によって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームＳＭとなる。このとき、レーザ光源１からの光ビームが２次元微小角ビーム走査部１６によって縦方向及び横方向に微小走査されているので、２次元マルチビームＳＭも縦方向及び横方向に微小走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。【００４６】  このようにして、本実施の形態でも、拡散板３上を２次元的に走査した時と同様の効果すなわち第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、２次元ビーム分割グレーティング１７によって拡散板３のほぼ全面にビームが分割されており、２次元微小角ビーム走査部１６によって走査する範囲は、隣接する光スポット同士の間隔程度の微小範囲でよい。この構成では、ビーム走査角度が著しく小さくなるため、２次元微小角ビーム走査部１６の小型化、低コスト化、低消費電力化及び低騒音化が図られる。【００４７】  また、２次元微小角ビーム走査部１６として、走査角度の大きくない音響光学デバイスや、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子な���が使用可能となる。図１１は、図１０に示す２次元微小角ビーム走査部１６として使用される、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子の一例を示す図である。【００４８】  図１１に示す電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂは、分極反転素子であり、所定の交流電圧を印加することにより、電気光学結晶基板２０ａは、光ビームを横方向に走査し、電気光学結晶基板２０ｂは、横方向に走査されている光ビームをさらに縦方向に走査する。【００４９】  電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂとしては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いることができる。電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂは、その光学軸に垂直に切り出されており、基板面内の三角形の領域の分極が反転され、分極反転領域２１ａ、２１ｂが形成されている。分極反転領域２１ａ、２１ｂでは、光学軸が反転しているために周辺の領域とは逆の符号の電気光学効果を示す。【００５０】  また、電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂの表面及び裏面には、表面電極２２ａ、２２ｂ及び裏面電極２３ａ、２３ｂが形成され、交流電源２４ａ、２４ｂによって光学軸方向（基板に垂直な方向）に電界が印可される。このとき、先にのべたように、電気光学効果によって分極反転領域２１ａ、２１ｂと周辺部分とで屈折率変化が生じ、いわばプリズムと同様に働き、基板内を通過する光を偏向することができる。また、電界の印可方向を逆にすることで逆方向に偏向することができる。【００５１】  電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂの特長は、可動部分がなく、信頼性、静粛性及び高速性に優れることにある。一方、欠点は、偏向角を大きくとるためには高電圧が必要なことであるが、図１０の２次元画像表示装置に必要な偏向角は１度以下であるため、この範囲では、実用的な駆動電圧で電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂにより光ビームを横方向及び縦方向に偏向することができる。【００５２】  また、２次元ビーム分割グレーティング１７は、上記の例に特に限定されず、ホログラフィック光学素子から構成される１次元ビーム分割グレーティングを２枚用いるようにしてもよい。図１２は、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７として使用可能な２枚の１次元ビーム分割グレーティングの一例を示す斜視図である。図１２に示すように、１次元ビーム分割グレーティング１７ａは、入射した光ビームを水平方向に配列される複数の等パワーの光ビームに分割し、１次元ビーム分割グレーティング１７ｂは、水平方向に分割された複数の光ビームの各々を垂直方向に配列される複数の等パワーの光ビームに分割する。この結果、２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームを作成することができる。この結果、２次元ビーム分割グレーティング１７と同様の効果を得ることができるとともに、上記の図７に示すホログラフィック光学素子１２ｂと同様に、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。【００５３】  （第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１３は、本発明の第４の実施の形態による２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す図である。なお、第４の実施の形態による２次元画像表示装置は、拡散板３として図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａを用いる点以外は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【００５４】  図２に示す拡散板３は、通常ガラスや樹脂等からなる透明基板の表面をランダムに荒らすことによって作製されるのに対し、図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａは、透明基板の表面に格子状の凹凸を形成することで作製される。擬似ランダム拡散板３ａの表面は、２次元の格子状セルＣＥに分割され、それぞれのセルＣＥを通過する光の位相がランダムに変移するように、凹凸の深さがランダムに設定されている。最大の深さは、λ／（ｎ−１）とすればよい。【００５５】  図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａを用いる利点は、擬似ランダム拡散板３ａを通過する光の拡散角度がセルＣＥの大きさによって厳密にコントロールできることである。すなわち、格子状セルＣＥのセルピッチｄｃ及び角度θに対して、Ｉ（θ）＝｛ｓｉｎ（α）／α｝２（α＝θ×ｄｃ／（π・λ））なる強度分布をもって光が拡散される。例えば、半値全角が１０度となる拡散板を作製するには、上式でＩ（θ）＝１／２を代入して、波長λに対するセルピッチｄｃが得られる。例えば、青、緑、赤の波長をそれぞれλ＝０．４７３、０．５３２、０．６４０マイクロメートルとする光源を用いた場合には、セルピッチｄｃはそれぞれ、２．４、２．７、３．２マイクロメートルで作製すれば良い。【００５６】  一方、通常の拡散板では、表面形状がランダムであるため、（１）場所によって局所的な拡散角度が異なり、光利用効率が低下する、（２）場所によって透過率が変化し、画像に強度分布ムラが生じる、（３）拡散角度が一定になるよう安定に作製することが困難であるなどの課題がある。また、通常の拡散板では、散乱角を大きく取った際には、偏向方向が乱れる課題がある。図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａでは、これらの課題が解決可能である。【００５７】  また、図１３の擬似ランダム拡散板３ａは、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー法とエッチング法とによってガラス板上に凹凸パターンを形成することにより作製できる。このとき、図１３のように位相変移を、例えば、０、π／２、π、３π／２のように選んでおくと、π／２、πの位相変移に相当する２回のエッチングにより容易に作製することができる。【００５８】  （第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１４は、本発明の第５の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第５の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１４に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【００５９】  第５の実施の形態では、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７に代えて、図１４に示されているように、ブレーズドグレーティング１７ｃ及び遮光板１８が用いられる。【００６０】  この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、２次元微小角ビーム走査部１６で２次元方向に微小走査され、その後、ブレーズドグレーティング１７ｃに入射する。ブレーズドグレーティング１７ｃは、第３の実施の形態の２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、各格子面（出射面）が入射面に対して傾斜するように、ガラス等の透明基板上に２次元のウエッジ形状パターンが形成された２次元回折格子である。したがって、ブレーズドグレーティング１７ｃから出射される光ビームのうち０次回折光のみが、入射面に対して垂直な方向（ブレーズドグレーティング１９の中心軸方向）へ導かれて遮光板１８に入射される。一方、残りの回折光は、右方向に所定角度だけ（図１４では右側へ）偏向され、ブレーズドグレーティング１７ｃの中心軸から右方向に所定距離だけずれた位置に設置されている拡散板３へ入射される。拡散板３以降の動作は、第３の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。【００６１】  図１５は、図１４に示すブレーズドグレーティング１７ｃの回折光の光強度分布を説明するための模式図である。図１５に示すように、ブレーズドグレーティング１７ｃは、ランダムに高さの異なる複数の格子面Ｆ２を有し、各格子面Ｆ２と入射面Ｆ１とのなす角度が所定角度θ（例えば、３０度）に設定される。このように構成されたブレーズドグレーティング１７ｃに光ビームが入射されると、各格子面のエッジ部ＥＧから出射される０次回折光Ｌ０は、遮光板１８を照射し、０次回折光以外の回折光Ｌ１は、図示のように均一な光強度分布で拡散板３を照射する。【００６２】  このように、本実施の形態では、第３実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、０次回折光が拡散板３及び空間光変調素子５を照射しないため、空間光変調素子５上の光強度分布をより均一にすることができる。【００６３】  （第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１６は、本発明の第６の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第６の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１６に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【００６４】  第６の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図１６に示されているように、２次元ビーム分割グレーティング１９ａを振動させるビーム振動部１９が用いられる。この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、ビーム振動部１９の２次元ビーム分割グレーティング１９ａにより反射されて拡散板３へ導かれる。【００６５】  ビーム振動部１９は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等の振動ミラーから構成され、ミラー面に形成された２次元ビーム分割グレーティング１９ａが支持体１９ｂに１次元的又は２次元的に微小振動可能に支持され、後述するＭＥＭＳミラーと同様に２次元ビーム分割グレーティング１９ａが１次元的又は２次元的に微小振動される。２次元ビーム分割グレーティング１９ａは、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、ミラー面上に２次元の凹凸パターンが形成された回折格子であり、入射した光ビームを反射して多数の等パワーの光ビームに分割する。【００６６】  ２次元ビーム分割グレーティング１９ａによって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームＳＭとなる。このとき、２次元ビーム分割グレーティング１９ａがビーム振動部１９によって微小振動されているので、２次元マルチビームＳＭも縦方向及び／又は横方向に微小走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。【００６７】  このようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、２次元ビーム分割グレーティング１９ａがビーム振動部１９に一体に構成されているので、部品点数を削減することができるとともに、装置をより小型化することができる。【００６８】  （第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１７は、本発明の第７の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第７の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１７に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略し、また、図示を容易にするために、２次元走査部としてポリゴンスキャナのみを図示している。【００６９】  第７の実施の形態では、２次元ビーム走査部２としてポリゴンスキャナ２１及びガルバノミラー（又は、ポリゴンスキャナ等、図示省略）を用い、ポリゴンスキャナ２１と拡散板３との間の光路と、拡散板３と空間光変調素子５との間の光路とを囲う反射ミラー２２がさらに付加される。【００７０】  この構成では、第１の実施の形態と同様に、レーザ光源１からの光ビームは、ガルバノミラーにより反射されて走査され、さらに、ポリゴンスキャナ２１により反射されて走査される。ポリゴンスキャナ２１により反射された光ビームは、反射ミラー２２内で複数回折り返され、最終的に、フィールドレンズ４、拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。この結果、本実施の形態でも、第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。【００７１】  ここで、ポリゴンスキャナ２１のように反射面の数が少ない、例えば、８面のポリゴンミラーの場合、光ビームの走査角が大きくなるため、ポリゴンスキャナ２１と空間光変調素子５との間に十分な距離を確保することができず、光学系の設計が難しくなる。一方、本実施の形態では、反射ミラー２２により光ビームを折り返しているので、ポリゴンスキャナ２１と空間光変調素子５との間に十分な距離を確保することができ、光学系の設計が容易となる。また、一般に、反射面の数が少ないポリゴンスキャナの方が、その製造が容易であり、低コスト化を図ることができる。【００７２】  さらに、ポリゴンスキャナ２１は、一方向への回転運動を行う回転機構であるため、往復運動を行う振動機構に比して、光ビームの走査速度をその始端から終端まで等速化することができ、空間光変調素子５上の光強度分布をより均一化することができる。また、ポリゴンスキャナ２１と拡散板３との間の光路と、拡散板３と空間光変調素子５との間の光路とが反射ミラー２２により覆われているので、この部分での光ビームの損失を防止することができ、空間光変調素子５上の光強度を向上することができる。【００７３】  以上は、２次元ビーム走査部と反射ミラー２２とを用いる例を示したが、１次元ビーム走査部及び１次元ビーム分割部等と、反射ミラーとを用いても同様の効果を得ることができる。【００７４】  （第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１８は、本発明の第８の実施の形態による２次元画像表示装置の概略構成図である。赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光は、凹レンズ８によって水平方向に拡大され、ＭＥＭＳミラー９を照射する。ＭＥＭＳミラー９は、上下方向の角度が互いに独立に可変な３つのミラー部９１を持ち、それぞれに赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光が入射する。ミラー部９１によって反射された光は、空間光変調素子５の手前に近接して設置された拡散板３を通過し、空間光変調素子５を線状のビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして照明する。空間光変調素子５によって変調された光は、投写レンズ６によってスクリーン７に投写され、画像が形成される。【００７５】  図１９は、図１８に示すＭＥＭＳミラー９の概略構成図である。ＭＥＭＳミラー９は、支持部９７と一体に形成されたミラー部９１を、その凹部に絶縁膜９３を介して上側電極９４、下側電極９５及びボンディングパッド９６が形成されたシリコン基板９０に貼り合わせることにより作成される。このような構造を有するミラー部９１及びシリコン基板９０は、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて作製することができる。【００７６】  ミラー部９１は、支持部９７を介してシリコン基板９０に接続される構造を有している。ミラー部９１の下側にはシリコン基板９０上に絶縁膜９３を介して上側電極９４と下側電極９５とが形成されている。それぞれの電極は、ボンディングパッド９６と導通しているが、それらの間の配線は簡単のため図示していない。ミラー部９１上には、反射率を高めるための反射膜９２が装荷される。【００７７】  シリコン基板９０としては、導電性材料が用いられ、シリコン基板９０と上側電極９４との間に電圧を印可すると両者が接近する方向に静電気力が働き、ミラー部９１が上を向くように傾く。逆に、シリコン基板９０と下側電極９５との間に電圧を印可すると両者が接近する方向に静電気力が働き、ミラー部９１が下を向くように傾く。上側電極９４とシリコン基板９０との間の電圧と、下側電極９５とシリコン基板９０との間の電圧との差によって、ミラー部９１を回転する方向の力のモーメントが決定される。【００７８】  ミラー部９１が傾いた時には、支持部９７がねじれ、傾きを小さくする方向に力のモーメントが働く。上側電極９４と下側電極９５とに直流電圧を印可したときは、静電気力とねじれのモーメントが釣り合うように、ミラー部９１の角度が決まる。本実施の形態の２次元画像表示装置のように、動的にミラー部９１の角度を制御するためには、静電気力や支持部９７のねじれ応力に加えて、ミラー部９１の慣性モーメントやミラー部９１の空気抵抗を考慮して、印可電圧の時間波形が決定されることになる。【００７９】  幅８００ミクロン、長さ３ｍｍのミラー部９１を形成したＭＥＭＳミラー９を作成した。この場合の１次共振周波数は２５ｋＨｚであった。時間に対して線形な走査が高速になされるように、駆動電圧には走査開始位置付近と走査終了位置付近とで互いに逆方向のパルス電圧を印可した。印可パルスのタイミングは光検出��１７からの信号をもとに制御を行った。この結果、良好な走査特性のＭＥＭＳミラー９を作成することができた。【００８０】  なお、上側電極９４と下側電極９５とは、上記のように駆動電圧を印可するだけでなく、各電極９４、９５とミラー部９１との間の静電容量を検出することで、回転角の検出器としても用いることができる。例えば、それぞれの電極に高周波電圧を印可しておき、電流値を検出してミラー部９１の回転角を知ることができる。このように、ＭＥＭＳミラー９を、ミラー回転角検出にも用いることで、上述のような光検出器１７を用いることなく、簡単な構成で２次元画像表示装置を実現するようにしてもよい。【００８１】  また、本実施の形態では、静電気力を駆動力として用いるＭＥＭＳミラー９の例を説明したが、光ビームを走査できるものであればいかなる構造のものでも利用可能である。例えば、磁気コイルのローレンツ力を用いたビーム走査機構を利用してもよい。この場合には、コイルの逆起電圧を検出してミラー部９１の回転速度を検出し、検出結果をミラー部９１の角度制御に用いることができる。また、圧電膜を用いた電歪効果を利用するビーム走査機構などを利用してもよい。この場合には、圧電膜の圧電効果を利用してミラー部９１の回転角を検出し、検出結果をミラー部９１の角度制御に用いることができる。【００８２】  本実施の形態の特徴は、以下のような方法で１枚の空間光変調素子５を用いて赤色光、緑色光及び青色光の画像をスクリーンに投写し、フルカラーの画像が得られることにある。【００８３】  ＭＥＭＳミラー９に設けられた３つのミラー部９１の回転角は上下方向に可変であり、それぞれ独立にその角度がタイミング制御装置１５によって制御される。それぞれのミラー部９１に入射した赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光はそれぞれ、空間光変調素子５上の異なる縦方向位置に、線状の形状で投影される。画像処理装置１５は、外部から入力される映像信号を赤色用映像信号、緑色用映像信号及び青色用映像信号に分離し、空間光変調素子５の縦方向の異なる領域に異なる映像信号を供給する。すなわち、それぞれのレーザ光が照射される領域には、映像信号のうち、それぞれの色の画像に対応した信号が供給される。【００８４】  空間光変調素子５上の線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、ＭＥＭＳミラー９のミラー部９１が駆動されるに従って、空間光変調素子５上で上下に移動する。このとき、タイミング制御装置１６は、常に、赤色線状ビーム１３ａが照射される空間光変調素子５の領域には赤色用画像１４ａが、緑色線状ビーム１３ｂが照射される空間光変調素子５の領域には緑色用画像１４ｂが、青色線状ビーム１３ｃが照射される空間光変調素子５の領域には青色用画像１４ｃが表示されるように、画像処理装置１５とＭＥＭＳミラー９とを制御する。【００８５】  このときの線状ビーム１３ａ〜１３ｃが走査される様子の概念図を図２０に示す。図中の１点鎖線、実線、破線の折れ線で示す各軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、それぞれ赤色線状ビーム１３ａ、緑色線状ビーム１３ｂ、青色線状ビーム１３ｃの軌跡を表し、赤色線状ビーム１３ａ、緑色線状ビーム１３ｂ、青色線状ビーム１３ｃは、それぞれ空間光変調素子５上で三角��状に駆動される。理想的には鋸歯状波形で駆動されるのが望ましいが、ＭＥＭＳミラー９のミラー部９１の回転モーメントがあるために瞬時に移動することができず、実際には図のように非対称な三角波状波形で駆動され、対応してそれぞれの線状ビーム１３ａ〜１３ｃの位置も非対称な三角波状に変化する。なお、図２０は概略図であり、実際にはミラー部９１の慣性モーメントのため、折り返し位置でオーバーシュートが現れるなど、ビームの動作が乱れるが、この点の図示を省略し、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの軌跡として三角波状の軌跡を描いている。【００８６】  図２０の例では、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが、空間光変調素子５上で左側（図１８及び図２０の下側）から右側（図１８及び図２０の上側）へ移動しながら、空間光変調素子５を走査照明する。各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５の最右部に到達すると、タイミング制御装置１６は、それぞれのビームを発光するレーザ光源１ａ〜１ｃを消灯するとともに、ＭＥＭＳミラー９によって各線状ビーム１３ａ〜１３ｃを高速に空間光変調素子５の最右部へ移動させる。【００８７】  すなわち、タイミング制御装置１６は、それぞれの軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが右上がりの時それぞれのビームを発するレーザ光源を発光させ、それぞれの軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが右下がりの時それぞれのビームを発するレーザ光源を発光させない。上記のような制御によって、図２０に示すように、赤色レーザ光源１ａが発光している期間Ｌａ、緑色レーザ光源１ｂが発光している期間Ｌｂ、青色レーザ光源１ｃが発光している期間Ｌｃにおいて順次点灯し、各軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの右上がりの部分が互いに交差することなく、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、常に空間光変調素子５上の異なる位置を照射する。【００８８】  このとき、タイミング制御装置１６は、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが照射されている空間光変調素子５上の位置にあるスイッチング素子を、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの色に対応する映像信号に応じてオン／オフさせ、スクリーン７上に画像を表示する。このため、瞬時瞬時には、スクリーン７上には赤色、緑色、青色の明るいラインが表示されるが、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃを高速に走査することで、残像効果により、赤色、緑色及び青色の画像を同時にスクリーン７上に投射し、フルカラーの画像を表示できる。【００８９】  また、本実施の形態の他の特徴は、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが点灯している期間Ｌａ〜Ｌｃが消灯している期間より十分に長く、明るい画像表示が可能なことである。例えば、赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を空間光変調素子５の全面に順次表示し、赤色光源、緑色光源、青色光源を表示画像に同期して空間光変調素子５の全面に順次照射する方法では、それぞれの光源を点灯している時間が全体の１／３以下になり、それぞれの光源の平均出力は、それぞれの光源の最大出力の１／３以下になる。それに対して、本実施の形態では、図２０から分かるように、各レーザ光源１ａ〜１ｃは、ビームが走査終了位置から走査開始位置に高速に移動する時間を除いて、ほとんどの期間点灯されているため、各レーザ光源１ａ〜１ｃに対して、各レーザ光源１ａ〜１ｃの最大出力とほぼ等しい平均出力が得られる。【００９０】  また、線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、図２０のように、すべて等しく安定な振幅で走査されるのが望ましい。このため、本実施の形態は、空間光変調素子５の近傍で、空間光変調素子５の表示範囲から外れた位置に、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを検出する光検出器１７（図１８参照）を設けている。タイミング制御装置１６が光検出器１７の検出信号を基にＭＥＭＳミラー９を制御することにより、各光ビームの走査範囲や走査速度を正確に制御することが可能になる。この結果、色バランスが正確に制御されるとともに、過剰に走査されることがないために光利用効率が高まって明るい画像表示が可能になり、また、環境温度の変化などで走査角度や走査速度が変動することを防止することができる。【００９１】  なお、光検出器１７は、空間光変調素子５の近傍でなくとも、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６との間のいずれかの場所に設定するようにしてもよい。また、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６との間のいずれかの場所にビーム分割部材を設け、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６の間の位置と異なる位置に設置してもよい。【００９２】  図２１は、図１８に示す空間光変調素子５上の表示領域の構成の一例を示す模式図である。上記のように各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５上を走査するとき、図２１に示すように、空間光変調素子５上の領域は、赤色用画像１４ａの表示に用いられる赤色画像表示領域Ｒａ、緑色用画像１４ｂの表示に用いられる緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色用画像１４ｃの表示に用いられる青色画像表示領域Ｒｃに区分される。赤色画像表示領域Ｒａの中心位置に赤色線状ビーム１３ａが位置し、緑色画像表示領域Ｒｂの中心位置に緑色線状ビーム１３ｂが位置し、青色画像表示領域Ｒｃの中心位置に青色線状ビーム１３ｃが位置する。【００９３】  ここで、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃの各領域の間には、画像表示に使用しない黒色表示領域Ｒｄが設定されることが好ましい。各線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、空間光変調素子５上でほぼ線状形状を有するが、拡散板３における乱反射等によってわずかな迷光が線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅（短手方向の幅）ＢＷの方向に広がり、一部は、各画像表示領域Ｒａ〜Ｒｃを超えて隣接する他の色の画像表示領域に達する。この迷光によって異なる色が混じるため、純粋な色を表示できなくなる。【００９４】  このため、本実施の形態では、図２１に示すように、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃの各領域の間に黒色表示領域Ｒｄが設けられている。空間光変調素子５は、黒色表示領域Ｒｄに位置するスイッチング素子をオフすることにより、線幅方向に広がった迷光は、黒色表示領域Ｒｄによって遮断されるため、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。また、図２１に示す両端部領域Ｒｅも、黒色表示領域として用いてもよい。【００９５】  また、本実施の形態の別の特徴は、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷ（図２１参照）が、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向の走査範囲ＳＷ（図２０参照）の１／１０以下になっていることである。線状ビーム１３ａ〜１３ｃが有限の幅を持つとき、空間光変調素子５上の照度分布を一様にするためには、空間光変調素子５の広さより大きな範囲で線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査する必要がある。走査範囲ＳＷが空間光変調素子５の幅（長手方向の幅）ＭＷ（図２１参照）より狭い場合には、走査開始位置と走査終了位置となる空間光変調素子５の端部の照度が暗くなる。この端部での照度低下を防ぐには、空間光変調素子５の幅ＭＷより広い範囲で線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査させればよい。【００９６】  より具体的には、空間光変調素子５の幅ＭＷと線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷの和（ＭＷ＋ＢＷ）で表される距離分だけ、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査させればよい。このとき、線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５より広い部分を照射するため、光の利用効率が低下するが、本実施の形態のように、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷが、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向の走査範囲ＳＷの１／１０以下になっているとき、このような空間光変調素子５領域外を照射することによる光の利用効率の低下は、１０％以下となり、効率低下による明るさの低減を防ぐことができる。【００９７】  また、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅ＢＷは、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査幅ＳＷ及びレーザ光源の数ｎ（例えば、本実施の形態では、３）に対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことが好ましい。この場合、互いに隣接する線状ビーム１３ａ〜１３ｃの間隔は、ＳＷ／ｎとなっており、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅ＢＷは、その２分の１より小さくなる。このように、線幅ＢＷの細い線状ビーム１３ａ〜１３ｃを用いることにより、拡散板３での乱反射などによる迷光が隣接する色の画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができるので、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。【００９８】  また、図２１に示すように、空間光変調素子５上における線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向は、空間光変調素子５の表示範囲の長辺（長さＭＷの辺）に平行であることが好ましい。この場合、空間光変調素子５上における各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの間隔を広く取ることができるので、拡散板３での乱反射などによる迷光が隣接する色の画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができ、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。【００９９】  また、本実施の形態の別の特徴は、光源にレーザ光源１ａ〜１ｃを用いていることである。近年、超高圧水銀灯やメタルハライドランプの小型高効率化が著しいが、これらの光源は、発光点サイズが放電アーク長で決まり、約１ｍｍの大きさを持つ。そのため、ランプ光源を用いた２次元画像表示装置では、３色の光ビームを１枚の空間光変調素子上に効率よく分割して照射することができず、光利用効率が低くなる課題があった。これに対して、本実施の形態では、レーザ光源１ａ〜１���として、指向性の高いレーザ光源を用いているために、各レーザ光源１ａ〜１ｃからの光を細い線状ビーム１３ａ〜１３ｃに変換して同一の空間光変調素子５上を照射することができる。【０１００】  図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を図２２及び図２３に示す。図２２及び図２３に示すように、レーザ光源１からの発散光を集光するため、集光レンズ２を用いている。集光レンズ２で略収束ビームとなった光は、図２２に示すように、水平方向では凹レンズ５にて発散ビームに変換される。凹レンズ５は、円柱レンズから構成され、垂直方向にはレンズパワーを持たず、図２３に示すように、収束ビームがそのまま凹レンズ８を通過する。凹レンズ８で発散ビームに変換された光ビームは、ＭＥＭＳミラー９により反射された後、フィールドレンズ４で平行ビームあるいはわずかに収束するビームとなり、投写レンズ６の開口に向かうため、投写レンズ６でのけられがなくなり、光利用効率が向上する。なお、図１８では簡単のため、上記の集光レンズ２及びフィールドレンズ４の図示を省略している。【０１０１】  また、本実施の形態の特徴は、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査することで、スペックルノイズが効果的に抑圧されることである。空間光変調素子５の手前には近接して拡散板３が設置されている。拡散板３は、例えば透明なガラス基板や樹脂基板の表面に凹凸を設けた磨りガラス状の基板であり、入射した光の波面にランダムな位相分布を与えるとともに、入射光線を発散ビームに変換する。【０１０２】  ここで、光ビームがＭＥＭＳミラー９で走査されるに従って、線状ビーム１３ａ〜１３ｃが拡散板３上で移動する。このとき、空間光変調素子５に入射する光の入射角が変化し、ひいてはスクリーン７に入射する光の入射角が変化し、スペックルノイズのパターンが変化する。高速で線状ビーム１３ａ〜１３ｃが走査されることで、観察者の感じるスペックルノイズのパターンが高速に変化し、時間平均されてスペックルノイズのない高画質の画像が観察される。【０１０３】  また、拡散板３の拡散角に対応するｆ値は、投写レンズ６の入射側のｆ値以上であることが望ましい。具体的には、通常のプロジェクタでは、投写レンズ６の入射側ｆ値は、１．４〜２．５程度の値である。このとき、拡散板３の拡散角は半値全角で、それぞれ４２度〜２３度以下にするのが望ましい。これを超えると、拡散板３で拡散された光のうち、大きな角度で拡散された光は、投射レンズ６の開口を通過できず、光の利用効率が低下するからである。【０１０４】  以上の説明は、レーザ光源１ａ〜１ｃからの出射光を１次元方向に拡大する１次元ビーム拡大部材として、凹レンズ形状の円柱レンズ８を用いたが、上記の第２の実施の形態のように、グレーティングを用いたビーム分割部材を用いることもできる。このときには空間光変調素子５上での線状ビームは、１次元のスポット列となる。また、断面形状で決まる位相分布を適当に設計したホログラム素子（一般にＣＧＨ（コンピュータージェネレイテッドホログラム）と呼ばれる）であっても、同様に入射ビームを１次元のスポット列に変換する１次元ビーム拡大部材として利用可能である。また、同様にレンチキュラーレンズを用いてもよい。また、本実施の形態では、図１８及び図２２に示す光透過型の素子である凹レンズ８を用いているが、上記の円柱レンズや、グレーティング部材や、ＣＧＨ等の１次元ビーム拡大部材として、それぞれ凹面鏡など、反射型の素子でも構わない。【０１０５】  また、本実施の形態の特徴は、各素子のスイッチング速度が５．５ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いていることである。通常のビデオ動画信号のフレーム繰り返し周波数は、毎秒３０フレームであり、３色のレーザ光源１ａ〜１ｃを用いてフルカラーの動画表示を行うときには、空間光変調素子５の各素子が表示すべき映像は、少なくとも毎秒９０回切り替わる。すなわち１１ミリ秒ごとに映像が切り替わる。空間光変調素子５のスイッチング速度が遅い時には、各色の映像信号間のクロストークとなって現れ、色ずれ、色褪せの原因となる。一方、本実施の形態では、この切り替え時間の半分の５．５ミリ秒以下のスイッチング時間の空間光変調素子５を用いることで、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了し、色ずれ、色褪せのない所望のカラー動画像を表示することができるようになる。【０１０６】  また、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることがより好ましい。毎秒３０枚表示されるカラー画像のうち、それぞれの色の画像は、同時に表示されるのが望ましい。しかしながら、各色のビームを空間光変調素子５上の異なる位置を走査しながら各色の画像を表示する本実施の形態では、各色の画像を表示するタイミングがわずかにずれる。そのため、激しい動きのある動画像を表示した際には、動きのある輪郭部分に色ずれの見える現象が現れやすい。これに対して、同一の画像を複数回繰り返して表示することで、輪郭の色ずれを防ぐことができる。実際には、同一画像を３回以上繰り返し表示したとき、すなわち、毎秒９０フレームの表示を３色の画像に対して行ったとき、輪郭の色ずれがなくなった。各素子のスイッチング速度が１．８ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いることで、この表示方法が実現でき、輪郭に色ずれのない動画像表示が可能になる。【０１０７】  また、インターレースカラー動画像を表示する場合、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることが好ましい。毎秒３０フレームのビデオ動画信号をインターレース表示するときには、毎秒６０回画像を切り替える。３色のレーザ光源１ａ〜１ｃを用いてフルカラーの動画表示を行うときには、空間光変調素子５の各素子が表示すべき映像は、少なくとも毎秒１８０回切り替わる。すなわち、５．５ミリ秒ごとに映像が切り替わる。空間光変調素子５のスイッチング速度が遅い時には、各色の映像信号の間のクロストークとなって現れ、色ずれ、色褪せの原因となる。一方、この切り替え時間の半分の２．７ミリ秒のスイッチング時間の空間光変調素子５を用いることで、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了し、色ずれ、色褪せのない所望のインターレースカラー動画像を表示することができるようになる。【０１０８】  また、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることがより好ましい。各素子のス���ッチング速度が０．９ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いる場合、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのないインターレース動画像表示が可能になる。【０１０９】  上記のような高速なスイッチング速度を有する空間光変調素子としては、強誘電性液晶を用いた液晶素子を使用することが好ましい。なお、本実施の形態では、透過型の空間光変調素子５を用いているが、シリコン基板上に反射膜を施し、さらに液晶素子を装荷した構造のいわゆるＬＣＯＳデバイスや、ＭＥＭＳミラー等から構成される微小ミラーを振動して反射光の方向を制御して光スイッチ列を構成するいわゆるＤＬＰデバイスや、他の任意の構造の光スイッチ列であれば同様に用いることができる。【０１１０】  また、本実施の形態に用いる拡散板としては、上記の例に特に限定されず、以下に説明する擬似ランダム拡散板を用いてもよい。図２４は、図１８に示す２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す模式図である。【０１１１】  図１８に示す拡散板３は、通常ガラスや樹脂等からなる透明基板の表面をランダムに荒らすことによって作製されるのに対し、図２４に示す擬似ランダム拡散板３ｂは、透明基板の表面に格子状の凹凸を形成することで作製される。擬似ランダム拡散板３ｂの表面は、２次元の格子状セルＣＥに分割され、それぞれのセルＣＥを通過する光の位相がランダムに変移するよう、凹凸の深さがランダムに設定されている。最大の深さはλ／（ｎ−１）とすればよい。【０１１２】  図２４の擬似ランダム拡散板３ｂを用いる利点は、擬似ランダム拡散板３ｂを通過する光の拡散角度がセルの大きさによって厳密にコントロールできることである。すなわち、格子状セルのセルピッチｄｃ及び角度θに対して、Ｉ（θ）＝｛ｓｉｎ（α）／α｝２（α＝θ×ｄｃ／（π・λ））なる強度分布をもって拡散される。例えば、半値全角が１０度となる拡散板を作製するには、上式でＩ（θ）＝１／２を代入して、波長λに対するセルピッチｄｃが得られる。青、緑、赤の波長をそれぞれλ＝０．４７３，０．５３２，０．６４０マイクロメートルとする光源を用いた場合には、セルピッチｄｃはそれぞれ、２．４、２．７、３．２マイクロメートルで作製すれば良い。【０１１３】  一方、通常の拡散板では、表面形状がランダムであるため、（１）場所によって局所的な拡散角度が異なり、光利用効率が低下する、（２）場所によって透過率が変化し、画像に強度分布ムラが生じる、（３）拡散角度が一定になるよう安定に作製することが困難であるなどの課題がある。また、通常の拡散板では、散乱角を大きく取った際には、偏向方向が乱れる課題がある。図２４の擬似ランダム拡散板３ｂでは、これらの課題が解決可能である。【０１１４】  また、図２４の擬似ランダム拡散板３ｂは、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー法とエッチング法とによってガラス板上に凹凸パターンを形成することにより作製できる。このとき、図２４のように位相変移を、例えば、０、π／２、π、３π／２のように選んでおくと、π／２、πの位相変移に相当する２回のエッチングにより容易に作製することができる。【０１１５】  （第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図２５及び図２６は、本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を示す模式図である。なお、第９の実施の形態による２次元画像表示装置は、図２２及び図２３に示すフィールドレンズ４に代えて、図２５及び図２６に示す第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂを用いる点以外は、第８の実施の形態の２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【０１１６】  図２５及び図２６に示すように、本実施の形態では、レーザ光源１、集光レンズ２、凹レンズ８、ＭＥＭＳミラー９、第１のフィールドレンズ４ａ、第２のフィールドレンズ４ｂ、拡散板３、空間光変調素子５、投写レンズ６がこの順に配置され、図２５に示すように、凹レンズ８は、集光レンズ２で略収束ビームとなった光を水平方向において発散ビームに変換する。【０１１７】  ここで、第１のフィールドレンズ４ａは、垂直方向に凸部を有する円柱レンズから構成され、第２のフィールドレンズ４ｂは、凸レンズから構成される。したがって、図２５に示すように、水平方向（拡大方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを持たず、凹レンズ８により拡大された光ビームは、そのまま第１のフィールドレンズ４ａを通過し、第２のフィールドレンズ４ｂにより適度に集光されて拡散板５及び空間光変調素子６へ導かれる。一方、図２６に示すように、垂直方向（拡大方向と直交する方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを有し、凹レンズ８をそのまま通過した光ビームは、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂにより十分に集光されて拡散板５及び空間光変調素子６へ導かれる。このように、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂにより構成されるフィールドレンズ部の拡大方向のレンズパワーは、拡大方向と直交する方向のレンズパワーより小さくなるように構成されている。なお、フィールドレンズ部を構成するレンズの枚数は、上記の例に特に限定されず、１枚又は３枚以上のレンズを用いてもよい。【０１１８】  したがって、本実施の形態では、第８の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、レーザ光源１、凹レンズ８、ＭＥＭＳミラー９、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂ、拡散板３、空間光変調素子５がこの順に配置され、凹レンズ８による光ビームの拡大角度が小さい場合に、拡大方向のレンズパワーが小さい第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂを用いて、小さな拡大角度で拡大された光ビームを適度に集光することができ、空間光変調素子５上に適切に光ビームを照射することができる。【０１１９】  （第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。図２７及び図２８は、本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を示す模式図である。なお、第１０の実施の形態による２次元画像表示装置は、図２２及び図２３に示すフィールドレンズ４に代えて、図２７及び図２８に示す第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄを用い、凹レンズ８がＭＥＭＳミラー９と第１のフィールドレンズ４ｃとの間に配置される点以外は、第８の実施の形態の２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。【０１２０】  図２７及び図２８に示すように、本実施の形態では、レーザ光源１、集光レンズ２、ＭＥＭＳミラー９、凹レンズ８、第１のフィールドレンズ４ｃ、第２のフィールドレンズ４ｄ、拡散板３、空間光変調素子５、投写レンズ６がこの順に配置され、図２７に示すように、凹レンズ８は、集光レンズ２で略収束ビームとなり、ＭＥＭＳミラー９により走査された光を水平方向において発散ビームに変換する。【０１２１】  ここで、第１のフィールドレンズ４ｃは、水平方向に凸部を有する円柱レンズから構成され、第２のフィールドレンズ４ｂは、凸レンズから構成される。したがって、図２７に示すように、水平方向（拡大方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを有し、ＭＥＭＳミラー９により走査された光ビームは、凹レンズ８により拡大された後、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂにより十分に集光されて拡散板５及び空間光変調素子６へ導かれる。一方、図２８に示すように、垂直方向（拡大方向と直交する方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを持たず、凹レンズ８をそのまま通過した光ビームは、そのまま第１のフィールドレンズ４ａを通過し、第２のフィールドレンズ４ｂにより適度に集光されて拡散板５及び空間光変調素子６へ導かれる。このように、第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄにより構成されるフィールドレンズ部の拡大方向のレンズパワーは、拡大方向と直交する方向のレンズパワーより大きくなるように構成されている。なお、フィールドレンズ部を構成するレンズの枚数は、上記の例に特に限定されず、１枚又は３枚以上のレンズを用いてもよい。【０１２２】  したがって、本実施の形態では、第８の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、レーザ光源１、ＭＥＭＳミラー９、凹レンズ８、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂ、拡散板３、空間光変調素子５がこの順に配置され、凹レンズ８による光ビームの拡大角度が大きい場合に、拡大方向のレンズパワーが大きい第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄを用いて、大きな拡大角度で拡大された光ビームを十分に集光することができ、空間光変調素子５上に適切に光ビームを照射することができる。【０１２３】  以上、投影光学系とスクリーンとが別体になった投写型ディスプレイの例を用いて説明したが、投影光学系と透過型スクリーンとを組み合わせた背面投写型２次元画像表示装置や、背面よりレーザで照明された空間光変調素子を直接観察するタイプの２次元画像表示装置（例えば現在実用化されている液晶テレビ）にも、本発���を適用可能である。【０１２４】  このように、上記の各２次元画像表示装置は、レーザ光源を用いながら、簡単な構成と少ない部品とでスペックルノイズの少ない高画質なフルカラー映像を表現することができ、プロジェクションシステム、或いは背面投写型ディスプレイとして利用できる。【０１２５】  また、カラー画像の表示装置を例に説明したが、本発明は、単色レーザの画像投影装置、たとえば半導体プロセスに用いる露光照明装置又はその光源装置などにも利用可能である。露光照明装置では、レーザ光源として、紫外線レーザを用い、空間光変調素子として、例えばガラス基板上に金属膜をパターニングしたフォトマスク等を用い、半導体基板をスクリーンとしてそこにマスクパターン像を形成することになる。【０１２６】  上記のように、本発明の一態様に係る２次元画像表示装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備える。【０１２７】  この２次元画像表示装置においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されながら、２次元状の光に変換されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部と空間光変調素子との間に光拡散部材が設置され、ビーム走査部から出射される２次元状の光が拡散されて空間光変調素子上を照射するので、光拡散部材から出射されて空間光変調素子を照射するビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。【０１２８】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する２次元走査部を含み、前記２次元走査部は、前記第１の方向の走査周波数と前記第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、前記光拡散部材へ入射される光ビームを周期的に走査することが好ましい。【０１２９】  この場合、レーザ光源からの出射ビームを互いに直交する第１及び第２の方向に走査する際、第１の方向の走査周波数と第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、光拡散部材へ入射されるビームが周期的に走査されるので、第１の方向と第２の方向との走査速度差を小さくすることができ、２次元ビーム走査部の構成を簡略化することができるとともに、光拡散部材を一様に照明することができる。【０１３０】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する１次元ビーム分割部と、前記１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことが好ましい。【０１３��】  この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができる。【０１３２】  前記１次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有することが好ましい。【０１３３】  この場合、異なるピッチで分割された１次元マルチビーム列の光強度分布が合成されるので、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。【０１３４】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部と、前記２次元マルチビームを微小に走査する微小走査部とを含むことが好ましい。【０１３５】  この場合、２次元マルチビームの走査角度を小さくできるため、微小走査部の小型化、低コスト化、低消費電力化及び低騒音化を図ることができる。【０１３６】  前記２次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する第１の１次元ビーム分割部と、前記第１の１次元ビーム分割部によって作成された１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して２次元マルチビームを作成する第２の１次元ビーム分割部と含むことが好ましい。【０１３７】  この場合、互いに直交する第１及び第２の方向に配列されたマトリックス状の２次元マルチビームが作成されるので、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。【０１３８】  前記２次元ビーム分割部は、各格子面が傾斜している２次元回折格子を含むことが好ましい。【０１３９】  この場合、０次回折光と、０次回折光以外の回折光とを分離して、０次回折光以外の回折光が光拡散部材及び空間光変調素子を照射し、０次回折光が光拡散部材及び空間光変調素子を照射しないようにすることができるので、空間光変調素子上の光強度分布をより均一にすることができる。【０１４０】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを分割して第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部を振動させる振動部を含むことが好ましい。【０１４１】  この場合、２次元ビーム分割部が振動部に一体に構成されているので、部品点数を削減することができるとともに、装置をより小型化することができる。【０１４２】  前記ビーム走査部と前記光拡散部材との間の光路を囲い、前記ビーム走査部からの光ビームを複数回折り返して前記光拡散部材へ導く反射ミラーをさらに備えることが好ましい。【０１４３】  この場合、ビーム走査部と光拡散部材との間の光路が反射ミラーにより覆われているので、この部分での光ビームの損失を防止することができ、空間光変調素子上の光強度を向上することができる。【０１４４】  前記反射ミラーは、さらに、前記光拡散部材と前記空間光変調素子の間の光路を囲うことが好ましい。【０１４５】  この場合、さらに、光拡散部材と空間光変調素子との間の光路が��射ミラーにより覆われているので、この部分での光ビームの損失をも防止することができ、空間光変調素子上の光強度をより向上することができる。【０１４６】  前記レーザ光源は、赤色発生用、緑色発生用及び青色発生用の３つのレーザ光源を含むことが好ましい。【０１４７】  この場合、赤色、緑色及び青色の光を用いて、色純度が高く、鮮やかな画像を表示することができるとともに、合波のためのダイクロイックミラー等が不要となり、光学系を簡略化することができる。【０１４８】  前記光拡散部材及び前記空間光変調素子は、前記３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつ設けられることが好ましい。【０１４９】  この場合、３つのレーザ光源の色毎に光を拡散し、空間光変調素子を個別に制御することができるので、各色の波長に適した光拡散部材及び空間光変調素子を用いて、より色純度が高く、より鮮やかな画像を表示することができる。【０１５０】  前記３つのレーザ光源からの出射ビームは、互いに異なる角度で前記ビーム走査部へ入射されることが好ましい。【０１５１】  この場合、合波のためのダイクロイックミラーが不要となり、簡易な光学系で２次元画像表示装置を実現することができる。【０１５２】  前記光拡散部材は、擬似ランダム拡散板を含むことが好ましい。【０１５３】  この場合、光を拡散するための凹凸を規則的に形成することができるので、より均一に光を拡散させ、光の利用効率を向上することができるともに、光強度分布のムラを抑制することができ、さらに、拡散角度が一定になるよう安定に作製することができるともに、散乱角を大きく取る場合でも、偏向方向を正確に制御することができる。【０１５４】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部と、前記線状ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことが好ましい。【０１５５】  この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができる。【０１５６】  前記１次元走査部と前光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、前記レーザ光源、前記ビーム拡大部、前記１次元走査部、前記フィールドレンズ部、前記光拡散部材、前記空間光変調素子は、この順に配置され、前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことが好ましい。【０１５７】  この場合、小さな拡大角度で拡大された光ビームを適度に集光することができるので、空間光変調素子上に適切に光ビームを照射することができる。【０１５８】  前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に走査する１次元走査部と、前記１次元走査部により走査される光ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部とを含み、前記ビーム拡大部と前記光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、前記レーザ光源、前記１次元走査部、前記ビーム拡大部、前記フィールドレンズ部、前記空間光変調素子は、この順に配置され、前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことが好ましい。【０１５９】  この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるので、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができるとともに、大きな拡大角度で拡大された光ビームを十分に集光することができるので、空間光変調素子上に適切に光ビームを照射することができる。【０１６０】  前記レーザ光源は、複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源からの線状ビームは、前記空間光変調素子上の異なる位置を照明することが好ましい。【０１６１】  この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、複数の色を合成することができるとともに、合波のためのダイクロイックミラー等が不要となり、光学系を簡略化することができる。【０１６２】  前記空間光変調素子は、前記複数のレーザ光源からの各線状ビームが照射する画像表示領域毎に各線状ビームに対応した異なる映像が表示されるように、各線状ビームを変調することが好ましい。【０１６３】  この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、複数の色の画像を合成する。【０１６４】  前記空間光変調素子上の互いに隣接する画像表示領域間に、前記線状ビームを透過させない黒色表示領域が設定されることが好ましい。【０１６５】  この場合、黒色表示領域によって線状ビームの線幅方向に広がった迷光を遮断することができるので、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。【０１６６】  前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷに対して、ＢＷ＜ＳＷ／１０の関係を満たすことが好ましい。【０１６７】  この場合、空間光変調素子の領域外を照射することによる光の利用効率の低下を抑制しながら、走査開始位置と走査終了位置となる空間光変調素子の端部における照度の低下を防止することができる。【０１６８】  前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷ及び前記複数のレーザ光源の数ｎに対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことが好ましい。【０１６９】  この場合、光拡散部材での乱反射などによる迷光が隣接する画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができるので、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。【０１７０】  前記複数のレーザ光源は、赤色光を発する第１のレーザ光源と、緑色光を発する第２のレーザ光源と、青色光を発する第３のレーザ光源とを含み、前記空間光変調素子は、前記第１のレーザ光源からの線状ビームが照射される赤色画像表示領域に赤色用映像が、前記第２のレーザ光源からの線状ビームが照射される緑色画像表示領域に緑色用映像が、前記第３のレーザ光源からの線状ビームが照射される青色画像表示領域に青色用映像が、それぞれ表示されるように、各線状ビームを変調することが好ましい。【０１７１】  この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、フルカラーの映像を表示することができる。【０１７２】  前記空間光変調素子のスイッチング速度は、５．５ミリ秒以��であることが好ましい。【０１７３】  この場合、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了することができるので、色ずれ、色褪せのない所望のカラー動画像を表示することができる。【０１７４】  前記空間光変調素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることが好ましい。【０１７５】  この場合、インターレースカラー動画像を表示する際に、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了することができるので、色ずれ、色褪せのない所望のインターレースカラー動画像を表示することができる。【０１７６】  前記空間光変調素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることが好ましい。【０１７７】  この場合、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのない動画像を表示することができる。【０１７８】  前記空間光変調素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることが好ましい。【０１７９】  この場合、インターレースカラー動画像を表示する際に、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのないインターレース動画像を表示することができる。【０１８０】  前記空間光変調素子は、強誘電性液晶からなることが好ましい。【０１８１】  この場合、スイッチング速度を高く設定することができるので、上記のような動画像を良好な状態で表示することができる。【０１８２】  前記空間光変調素子は、２次元配列された複数のＭＥＭＳミラーからなることが好ましい。【０１８３】  この場合も、スイッチング速度を高く設定することができるので、上記のような動画像を良好な状態で表示することができる。【０１８４】  前記空間光変調素子上における前記複数のレーザ光源からの光の走査方向は、前記空間光変調素子の表示範囲の長辺に平行であることが好ましい。【０１８５】  この場合、空間光変調素子上における各レーザ光源からの光の間隔を広く取ることができるので、光拡散部材での乱反射などによる迷光が隣接する画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができ、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。【０１８６】  前記光拡散部材は、２次元的に矩形のセルが配置され、各セルが自身を通過する光に位相変位を与え、互いに隣接するセル同士の位相変位量の差がπ／２である擬似ランダム拡散板を含むことが好ましい。【０１８７】  この場合、光を拡散するための凹凸を規則的に形成することができるので、より均一に光を拡散させ、光の利用効率を向上することができるともに、光強度分布のムラを抑制することができる。また、拡散角度が一定になるよう安定に作製することができるともに、散乱角を大きく取る場合でも、偏向方向を正確に制御することができる。さらに、エッチング回数を削減して容易に作製することができる。【０１８８】  前記光拡散部材上の光ビーム径Ｓは、前記光拡散部材の拡散角θ、前記光拡散部材と前記空間光変調素子との間の距離Ｌ、及び前記光拡散部材上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことが好ましい。【０１８９】  この場合、空間光変調素子上の任意の点が複数の光ビームからの拡散光によって照明さ���るので、スペックルノイズをより低減することができる。【０１９０】  前記レーザ光源からの出射ビームは、前記空間光変調素子上で略集光されることが好ましい。【０１９１】  この場合、空間光変調素子上に光ビームを効率よく照射することができるので、光の利用効率を向上することができる。【０１９２】  前記空間変調素子で変調された光を空間上の面に投影する投影光学系をさらに備えることが好ましい。【０１９３】  この場合、スクリーン等の空間上の面にスペックルノイズを効果的に抑制した良好な映像を表示することができる。【０１９４】  前記ビーム走査部は、分極反転素子を含むことが好ましい。【０１９５】  この場合、ビーム走査部に可動部分がなくなるので、信頼性、静粛性及び高速性に優れた２次元画像表示装置を提供することができる。【０１９６】  本発明の他の態様に係る照明光源は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備える。【０１９７】  本発明のさらに他の態様に係る露光照明装置は、上記の照明光源を備え、前記レーザ光源は、紫外線レーザを含む。【０１９８】  上記の各構成により、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部により走査された出射ビームが拡散されるので、光拡散部材から出射されるビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】  本発明に係る２次元画像表示装置等は、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができるので、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置等に好適に用いることができる。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月29日(2007.3.29)
【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】
少なくとも一つのレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、
前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、
前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備えることを特徴とする２次元画像表示装置。
【請求項２】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する２次元走査部を含み、
前記２次元走査部は、前記第１の方向の走査周波数と前記第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、前記光拡散部材へ入射される光ビームを周期的に走査することを特徴とする請求項１に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する１次元ビーム分割部と、
前記１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項４】
前記１次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有することを特徴とする請求項３記載の２次元画像表示装置。
【請求項５】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部と、
前記２次元マルチビームを微小に走査する微小走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項６】
前記２次元ビーム分割部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する第１の１次元ビーム分割部と、
前記第１の１次元ビーム分割部によって作成された１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して２次元マルチビームを作成する第２の１次元ビーム分割部とを含むことを特徴とする請求項５記載の２次元画像表示装置。
【請求項７】
前記２次元ビーム分割部は、各格子面が傾斜している２次元回折格子を含むことを特徴とする請求項５記載の２次元画像表示装置。
【請求項８】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部を振動させる振動部を含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項９】
前記ビーム走査部と前記光拡散部材との間の光路を囲い、前記ビーム走査部からの光ビームを複数回折り返して前記光拡散部材へ導く反射ミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１０】
前記反射ミラーは、さらに、前記光拡散部材と前記空間光変調素子の間の光路を囲うことを特徴とする請求項９記載の２次元画像表示装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源は、赤色発生用、緑色発生用及び青色発生用の３つのレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１２】
前記光拡散部材及び前記空間光変調素子は、前記３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつ設けられることを特徴とする請求項１１に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１３】
前記３つのレーザ光源からの出射ビームは、互いに異なる角度で前記ビーム走査部へ入射されることを特徴とする請求項１２に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１４】
前記光拡散部材は、擬似ランダム拡散板を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１５】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部と、
前記線状ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１６】
前記１次元走査部と前光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、
前記レーザ光源、前記ビーム拡大部、前記１次元走査部、前記フィールドレンズ部、前記光拡散部材、前記空間光変調素子は、この順に配置され、
前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことを特徴とする請求項１５記載の２次元画像表示装置。
【請求項１７】
前記ビーム走査部は、
前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に走査する１次元走査部と、
前記１次元走査部により走査される光ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部とを含み、
前記ビーム拡大部と前記光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、
前記レーザ光源、前記１次元走査部、前記ビーム拡大部、前記フィールドレンズ部、前記空間光変調素子は、この順に配置され、
前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことを特徴とする請求項１記載の２次元画像表示装置。
【請求項１８】
前記レーザ光源は、複数のレーザ光源を含み、
前記複数のレーザ光源からの線状ビームは、前記空間光変調素子上の異なる位置を照明することを特徴とした請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項１９】
前記空間光変調素子は、前記複数のレーザ光源からの各線状ビームが照射する画像表示領域毎に各線状ビームに対応した異なる映像が表示されるように、各線状ビームを変調することを特徴とする請求項１８に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２０】
前記空間光変調素子上の互いに隣接する画像表示領域間に、前記線状ビームを透過させない黒色表示領域が設定されることを特徴とする請求項１９に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２１】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷに対して、ＢＷ＜ＳＷ／１０の関係を満たすことを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２２】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷ及び前記複数のレーザ光源の数ｎに対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２３】
前記複数のレーザ光源は、
赤色光を発する第１のレーザ光源と、
緑色光を発する第２のレーザ光源と、
青色光を発する第３のレーザ光源とを含み、
前記空間光変調素子は、前記第１のレーザ光源からの線状ビームが照射される赤色画像表示領域に赤色用映像が、前記第２のレーザ光源からの線状ビームが照射される緑色画像表示領域に緑色用映像が、前記第３のレーザ光源からの線状ビームが照射される青色画像表示領域に青色用映像が、それぞれ表示されるように、各線状ビームを変調することを特徴とする請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２４】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、５．５ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２５】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２６】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２７】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることを特徴とする請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２８】
前記空間光変調素子は、強誘電性液晶からなることを特徴とした請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項２９】
前記空間光変調素子は、２次元配列された複数のＭＥＭＳミラーからなることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３０】
前記空間光変調素子上における前記複数のレーザ光源からの光の走査方向は、前記空間光変調素子の表示範囲の長辺に平行であることを特徴とする請求項１８〜２９のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３１】
前記光拡散部材は、２次元的に矩形のセルが配置され、各セルが自身を通過する光に位相変位を与え、互いに隣接するセル同士の位相変位量の差がπ／２である擬似ランダム拡散板を含むことを特徴とする請求項１５〜３０のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３２】
前記光拡散部材上の光ビーム径Ｓは、前記光拡散部材の拡散角θ、前記光拡散部材と前記空間光変調素子との間の距離Ｌ、及び前記光拡散部材上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３１のいずれか一項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３３】
前記レーザ光源からの出射ビームは、前記空間光変調素子上で略集光されることを特徴とする請求項１〜３２のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３４】
前記空間変調素子で変調された光を空間上の面に投影する投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３３のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３５】
前記ビーム走査部は、分極反転素子を含むことを特徴とする請求項１〜３４のいずれか１項に記載の２次元画像表示装置。
【請求項３６】
少なくとも一つのレーザ光源と、
前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、
前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備えることを特徴とする照明光源。
【請求項３７】
請求項３６記載の照明光源を備え、
前記レーザ光源は、紫外線レーザを含むことを特徴とする露光照明装置。
【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、２次元画像表示装置、照明光源及び露光照明装置に関し、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光源を用いたレーザディスプレイ装置が注目を集めている。従来からの陰極線管を用いたテレビ受像機では、蛍光材料の発色のスペクトルが広く、単色を表示するときにも、くすんだ発色しか得られないのに対して、レーザ光源を用いたレーザディスプレイ装置では、それぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、きわめて鮮やかな画像の表示が可能となる。
【０００３】
図２９に従来のレーザディスプレイ装置の概略構成を示す。ＲＧＢ３色のレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからの光は、入力映像信号に応じて光変調器１０６ａ〜１０６ｃで強度変調され、ミラー１０３、ダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂを用いて合波される。合波後の光は、集光レンズ１０７を通過し、さらにポリゴンスキャナ１０４によってｘ方向に、ガルバノスキャナ１０５によってｙ方向に走査され、スクリーン１０８上に２次元の画像が表示される。この構成のディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの光源の光が単色光であるため、適当な波長のレーザ光源を用いることで、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能となる。
【０００４】
一方、上記のレーザディスプレイ装置では、光源に干渉性の高いレーザ光源を用いているために生じる、いわゆるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズは、レーザ光がスクリーン１０８で散乱される際、スクリーン１０８上の各部分からの散乱光同士が干渉することによって生じる微細なムラ状のノイズである。上記のレーザディスプレイ装置では、このスペックルノイズを、スクリーン１０８を振動させることで除去していた。
【０００５】
図３０に従来の他のレーザディスプレイ装置の概略構成を示す。赤色、緑色、青色それぞれのレーザ光源１００ａ〜１００ｃからの光は、ビームエキスパンダ１０２によってそのビーム径が拡大され、光インテグレータ１０３に入射する。光インテグレータ１０３は、空間光変調素子１０７上の矩形開口を一様な照明強度で照明するための光学系であって、矩形形状の単位レンズが２次元格子状に配列された蠅の目レンズを２枚直列に配置した構造を有している。ここでは、光インテグレータ１０３による照明一様化の詳説を省略する。
【０００６】
光インテグレータ１０３を通過した光は、集光レンズ１１２を通過した後（赤色及び青色の光はさらにミラー１１５によって反射された後）、フィールドレンズ１０８及び拡散板１０６を通じて空間光変調素子１０７を照明する。空間光変調素子１０７で変調された各色の光は、ダイクロイックプリズム１０９で合波され、投写レンズ１１０によりスクリーン１１１上にフルカラーの画像が結像される。
【０００７】
ここで、拡散板１０６は、磨りガラス状の透明基板から構成され、上記のスペックルノイズを低減するために、入射した光の波面にランダムな位相分布を与える。この拡散板１０６が拡散板揺動機構１１３により揺動されると、拡散板１０６の移動に従って、スクリーン１１１上に投影された光の位相分布が変動し、スペックルノイズの微細なパターンも時間的に変化する。スペックルノイズのパターン変化が観察者の残像時間より速くなるように拡散板１０６が揺動されると、スペックルノイズは観察者の眼で時間平均されて、ノイズのない高画質の画像が感知される。このスペックル低減の様子は、例えば非特許文献１に詳しい。
【特許文献１】特開２００３−９８６０１号公報
【非特許文献１】ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジックス、第４３巻、８Ｂ号、２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前者のレーザディスプレイ装置では、スペックルノイズを抑制するために、スクリーンを振動させる必要があり、固定された壁面などをスクリーンとして用いることができず、スクリーンを振動させることなく、光学系でスペックルノイズを抑制することができない。また、後者のレーザディスプレイ装置では、光学系でスペックルノイズを抑制することはできるが、均一な照明を得るために、ビームエキスパンダ１０２及び光インテグレータ１０３等が必要になり、光学系が複雑になる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる２次元画像表示装置、照明光源及び露光照明装置を提供することである。
【００１０】
本発明の一局面に従う２次元画像表示装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備える。
【００１１】
この２次元画像表示装置においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されながら、２次元状の光に変換されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部と空間光変調素子との間に光拡散部材が設置され、ビーム走査部から出射される２次元状の光が拡散されて空間光変調素子上を照射するので、光拡散部材から出射されて空間光変調素子を照射するビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の他の局面に従う照明光源は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備える。
【００１３】
この照明光源においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部により走査された出射ビームが拡散されるので、光拡散部材から出射されるビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１に本発明の第１の実施の形態による２次元画像表示装置の概略構成図を示す。赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ及び青色レーザ光源１ｃから出射した各レーザ光は、集光レンズ９ａ、９ｂ、９ｃによって略集光され、２次元ビーム走査部２によって反射及び２次元的に走査される。
【００１７】
レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、Ａｒレーザなどの気体レーザ、ＡｌＧａＩｎＰ系やＧａＮ系の半導体レーザ、固体レーザを基本波とするＳＨＧレーザなどを用いることができる。２次元ビーム走査部２としては、半導体プロセスを用いたマイクロマシン可動ミラー、ガルバノミラー及びポリゴンミラーの組合せ、などを用いることができる。なお、２次元ビーム走査部２は、図１に示す反射型の２次元ビーム走査部に特に限定されず、透過型の２次元ビーム走査部を用いてもよい。
【００１８】
２次元ビーム走査部２により反射された赤色及び青色のレーザ光は、ミラー１１ａ、１１ｃによって反射され、緑色のレーザ光は、凹レンズ１０によって発散された後、拡散板３ａ、拡散板３ｂ及び拡散板３ｃ上で２次元的に走査される。このとき、各レーザ光は、集光レンズ９ａ、９ｂ、９ｃによって略集光されているので、拡散板３ａ、３ｂ、３ｃ上に微小スポットを形成する。
【００１９】
拡散板３ａ、３ｂ、３ｃで拡散されたレーザ光は、フィールドレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにより略集光された状態で空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃを照明する。フィールドレンズ４ａ、４ｂ、４ｃは、投影レンズ７の開口内に効率よく光を通過させるように、空間光変調素子５ａ〜５ｃを通過した光を収束ビームに変換する。空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃは、例えば、液晶パネルなどで構成され、各色に対応する映像信号に応じて各色の光を空間的に変調し、各色の２次元画像を形成する。空間光変調素子５ａ、５ｂ、５ｃを通過した光は、ダイクロイックプリズム６によって合波され、投射レンズ７によってスクリーン８に投影される。
【００２０】
次に、図１に示す２次元画像表示装置の動作について、図２を用いて空間光変調素子の照明方法を詳説し、スペックルノイズの抑圧の様子を説明する。図２は、図１に示す２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、図２において、簡単のために、フィールドレンズ及びダイクロイックプリズム等の図示を省略し、また、２次元ビーム走査部２を透過型の２次元ビーム走査部として図示している。
【００２１】
拡散板３と空間光変調素子５とは、一定の間隔Ｌを置いて略平行に設置される。２次元ビーム走査部２を通過した光ビームは、拡散板３上でほぼ集光されて光スポットＬＳを形成する。拡散板３で拡散された光は、空間光変調素子５上の、図中円で示した照射領域ＩＲを照射する。瞬時瞬時においては、空間光変調素子５の照射領域ＩＲの部分のみが、投射レンズ７によってスクリーン８上に投射されるが、光スポットＬＳが２次元ビーム走査部２によって拡散板３上を走査されるに従い、照射領域ＩＲが移動してくまなく空間光変調素子５上を走査する。この結果、スクリーン８上に２次元画像全体が表示される。このとき、１画面全体を走査する時間が人間の目の残像時間より短ければ、視聴者は、画面上での照明の走査を意識することなく、２次元画像全体を観察することができる。また、動画を表示する際には、１フレームの表示時間以内に画面全体を走査することにより、滑らかな動画の表示が可能となる。
【００２２】
さて、ある時刻に投影されるスクリーン８上の画像には、従来の技術の項で述べたごとくのスペックルノイズが存在するが、光スポットＬＳが拡散板３上で走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。例えば、拡散板３と空間光変調素子５との距離Ｌを５ｍｍ、拡散板３の拡散角度（半値全角）を１０度とすると、空間光変調素子５上の照射範囲の大きさ（照射領域ＩＲの直径）Ｄは、５ｍｍ×ｔａｎ（１０度）＝約８８０マイクロメートルとなる。逆に、空間光変調素子５上の特定の１点は、拡散板３上で光スポットＬＳが８８０マイクロメートル移動する間だけ照射され続けることになる。
【００２３】
ここで、拡散板３上での光スポットＬＳの大きさを５０マイクロメートルとすると、特定の１点を照射する間に、８８０マイクロメートル÷５０マイクロメートル＝１７通り以上の異なるスペックルパターンが生じることとなる。この結果、投影像を観察する際には、これらのスペックルパターンが時間平均されるので、スペックルノイズが抑圧された２次元画像を観察することができる。このとき、拡散板３上でのスポットサイズがより小さい程、スペックルパターンがより高速に変化して時間平均されるので、目で感じるスペックルノイズがより抑圧される。
【００２４】
また、光スポットＬＳの拡散板３上での軌跡の間隔ｄは、表示画像の強度の一様性に寄与する重要な要因となる。一様な強度分布を実現するためには、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離Ｌと、拡散板３による拡散角度（平行ビームを拡散板に入射したときの出射光の散乱角の半値全角）θとに対して、間隔ｄは、ｄ≦２×Ｌ×ｔａｎ（θ／２）の関係を満たすことが好ましい。
【００２５】
また、拡散板３の拡散角度θは、投射レンズ７のｆ値によって制限される。すなわち、投射レンズ７のｆ値に対して１／ｆラジアンを越える拡散角度の光線は、投射レンズ７で遮光される。したがって、光の利用効率を十分に確保するためには、拡散板３の拡散角度θを２×ｔａｎ―１（１／２ｆ）程度以下とするのがよい。逆に、例えば、拡散角度１０度の拡散板３を用いる際には、投射レンズ７のｆ値は、（２×ｔａｎ（１０度／２））―１＝５．７以下であることが好ましく、例えば、投射レンズ７のｆ値は、約５であることが好ましい。
【００２６】
上記のようにして、本実施の形態では、各色の光のスペックルノイズを抑制することができるとともに、各光の利用効率を十分に確保しながら、表示画像の強度を一様にすることができるので、スクリーン８上に良好なフルカラー映像を表示することができる。
【００２７】
また、図１に示す２次元画像表示装置の特徴は、各レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームの光軸が２次元ビーム走査部２に対して互いに異なっている、すなわち、各レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームが互いに異なる角度で２次元ビーム走査部２へ入射されることである。図２９に示した従来のレーザディスプレイ装置では、３色のレーザ光源１０１ａ〜１０１ｃからの出射光の光軸を合わせるためにダイクロイックミラー１０２ａ、１０２ｂを用いて合波していたのに対し、本実施の形態では、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームの光軸を異なる方向に設置することができるので、合波のためのダイクロイックミラーが不要となり、簡易な光学系で２次元画像表示装置を実現することができる。
【００２８】
さらに、図１に示す２次元画像表示装置の他の特徴は、２次元ビーム走査部２から拡散板３までの間に光インテグレータのような複雑な光学部品を用いることなく、一様な照明を得られることである。例えば、現在市販されている、放電管等を光源に用いたプロジェクタでは、２枚のレンズアレイによる光インテグレータを用いて照明の均一化が図られているが、本実施の形態では大きな光学部品を用いることなく、かつ光源からの出射ビームの強度分布によることなく、一様な照明を実現することができる。
【００２９】
なお、図２においては、２次元ビーム走査部２にて、横方向に高速に、縦方向に低速に走査するような走査方法を図示しているが、図３のように格子状に走査することで走査速度を抑えることが可能である。図３は、縦方向と横方向との走査周波数比が１５：１９の三角波で走査したときの拡散板３上での光スポットＬＳの軌跡の一例を表す図である。このように、縦方向の走査周波数と横方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃからの出射ビームを走査することにより、横方向及び縦方向の走査速度差を小さくすることができるので、２次元ビーム走査部２の構成を簡略化することができるとともに、拡散板３を一様に照明することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概略構成図である。なお、第２の実施の形態による２次元画像表示装置において、図４に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【００３１】
第２の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図４に示されているように、１次元ビーム分割グレーティング１２と、１次元ビーム走査部１５とが用いられる。例えば、１次元ビーム分割グレーティング１２としては、ホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）等を用いることができ、１次元ビーム走査部１５としては、ガルバノミラー等を用いることができる。
【００３２】
上記の構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、１次元ビーム走査部１５で１次元方向に走査された後、１次元ビーム分割グレーティング１２に入射する。１次元ビーム分割グレーティング１２は、例えば、ガラス等の透明基板上に１次元の凹凸パターンが形成された回折格子であり、格子の断面形状を最適化することにより、入射した光ビームを多数の等パワーの光ビームに分割できる。
【００３３】
１次元ビーム分割グレーティング１２によって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向に一列に配列された１次元マルチビーム列である光スポット列ＬＬとなる。このとき、レーザ光源１からの光ビームが１次元ビーム走査部１５によって横方向に走査されているので、光スポット列ＬＬが光の回折方向に垂直な方向に走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。
【００３４】
このようにして、本実施の形態でも、拡散板３上を２次元的に走査した時と同様の効果すなわち第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部１５の小型化、低消費電力化及び低コスト化が図られる。
【００３５】
また、拡散板３上の光ビーム径Ｓは、拡散板３の拡散角θ、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離Ｌ、及び拡散板３上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことことが好ましい。図５は、図１に示す拡散板３上の光ビーム径Ｓの好適な範囲を説明するための模式図である。なお、図５では、説明を容易にするために、複数の回折ビームのうち互いに隣接する２本の光ビームのみを図示している。
【００３６】
図５に示すように、１次元ビーム分割グレーティング１２としてホログラフィック光学素子１２ａを用いる場合、ホログラフィック光学素子１２ａは、光ビームＢ０を複数の光ビームに分割して拡散板３へ入射させる。複数の光ビームのうち最も離れた角度で出射される光ビームをＢ１、Ｂ２で描いている。ここで、拡散板３上の光ビームＢ１、Ｂ２の直径をＳ、その間隔をｄ、拡散板３の拡散角をθ、拡散板３と空間光変調素子５との間の距離をＬとすると、光ビームＢ１は、空間光変調素子５上の領域Ｒ１を照明し、光ビームＢ２は、空間光変調素子５上の領域Ｒ２を照明し、領域Ｒ３において両光ビームＢ１、Ｂ２が重なり合う。したがって、拡散板３上の光ビーム径Ｓが、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすとき、空間光変調素子５上の任意の点が複数の光ビームからの拡散光によって照明されるので、スペックルノイズをより低減することができる。
【００３７】
また、１次元ビーム分割グレーティング１２として、レーザ光源１からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子を用いることが好ましい。図６は、図５に示すホログラフィック光学素子１２ａの０次光による光強度分布ムラを説明するための模式図である。図６に示すように、ホログラフィック光学素子１２ａを用いた場合、拡散板３上の光強度分布ＬＤは、０次回折光Ｌ０によるピークを有し、空間光変調素子５上の光強度分布ＬＩにピーク部Ｐ０が現れるため、空間光変調素子５上の光強度分布ＬＩにムラが生じる。
【００３８】
図７は、図１に示すレーザ光源１からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図であり、図８は、図７に示す第１の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図であり、図９は、図７に示す第２の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【００３９】
図７に示すように、ホログラフィック光学素子１２ｂは、レーザ光源１からの出射ビームを第１のピッチで分割する第１の分割面Ｆ１と、レーザ光源１からの出射ビームを第１のピッチより広い第２のピッチで分割する第２の分割面Ｆ２とを有している。図８に示す第１の分割面Ｆ１のみを有するホログラフィック光学素子１２ｃを用いる場合、０次回折光Ｌ０が図示のような光強度分布のムラとなる。また、図９に示す第２の分割面Ｆ２のみを有するホログラフィック光学素子１２ｄを用いる場合も、図示のような０次回折光Ｌ０が光強度分布のムラとなる。
【００４０】
しかしながら、図７に示すホログラフィック光学素子１２ｂでは、第１の分割面Ｆ１と第２の分割面Ｆ２とを同時に使用するため、両者の光強度分布が合成される。この結果、ホログラフィック光学素子１２ｂにより分割された光ビームの拡散板３上の光強度分布は、図７に示す光強度分布ＬＤとなり、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。なお、第１及び第２の分割面は、上記のように、ホログラフィック光学素子１２ｂの前面及び背面に設けられる例に特に限定されず、図８及び図９に示すホログラフィック光学素子１２ｃ、１２ｄを２枚併設したり、３枚以上を併設したりしてもよい。これらの点については、後述する他の実施の形態も同様である。
【００４１】
なお、光ビームを１次元的に拡大する方法は、上記の例に特に限定されず、図４の１次元ビーム分割グレーティング１２の代わりに、後述する円柱レンズを用いることもできる。この場合には、光スポット列ＬＬの代わりに、線状の光ビームが拡散板３を照射する。
【００４２】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１０は、本発明の第３の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第３の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１０に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【００４３】
第３の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図１０に示されているように、２次元ビーム分割グレーティング１７と、２次元微小角ビーム走査部１６とが用いられる。この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、２次元微小角ビーム走査部１６で２次元方向に微小走査され、その後、２次元ビーム分割グレーティング１７に入射する。２次元ビーム分割グレーティング１７は、第２の実施の形態の１次元ビーム分割グレーティング１２と同様に、ガラス等の透明基板上に２次元の凹凸パターンが形成された回折格子である。１次元ビーム分割グレーティング１２は、１次元の短冊状の凹凸形状を有するのに対し、２次元ビーム分割グレーティング１７の表面形状は、２次元分布を有し、格子の断面形状を最適化することにより、入射した光ビームを多数の等パワーの光ビームに分割できる。
【００４４】
なお、２次元ビーム分割グレーティング１７には、従来から回折型光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）又はホログラフィック光学素子（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）として知られた公知技術を用いることができ、その設計方法及び作成方法は、例えば、Ｄｏｎａｌｄ  Ｃ  Ｏ’Ｓｈｅａ他、“Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｄｅｓｉｇｎ，Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔ”、ＳＰＩＥ  ＰＲＥＳＳ（２００４）ＩＳＢＮ：０−８１９４−５１７１−１等に詳しい。
【００４５】
２次元ビーム分割グレーティング１７によって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームＳＭとなる。このとき、レーザ光源１からの光ビームが２次元微小角ビーム走査部１６によって縦方向及び横方向に微小走査されているので、２次元マルチビームＳＭも縦方向及び横方向に微小走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。
【００４６】
このようにして、本実施の形態でも、拡散板３上を２次元的に走査した時と同様の効果すなわち第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、２次元ビーム分割グレーティング１７によって拡散板３のほぼ全面にビームが分割されており、２次元微小角ビーム走査部１６によって走査する範囲は、隣接する光スポット同士の間隔程度の微小範囲でよい。この構成では、ビーム走査角度が著しく小さくなるため、２次元微小角ビーム走査部１６の小型化、低コスト化、低消費電力化及び低騒音化が図られる。
【００４７】
また、２次元微小角ビーム走査部１６として、走査角度の大きくない音響光学デバイスや、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子などが使用可能となる。図１１は、図１０に示す２次元微小角ビーム走査部１６として使用される、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子の一例を示す図である。
【００４８】
図１１に示す電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂは、分極反転素子であり、所定の交流電圧を印加することにより、電気光学結晶基板２０ａは、光ビームを横方向に走査し、電気光学結晶基板２０ｂは、横方向に走査されている光ビームをさらに縦方向に走査する。
【００４９】
電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂとしては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムを用いることができる。電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂは、その光学軸に垂直に切り出されており、基板面内の三角形の領域の分極が反転され、分極反転領域２１ａ、２１ｂが形成されている。分極反転領域２１ａ、２１ｂでは、光学軸が反転しているために周辺の領域とは逆の符号の電気光学効果を示す。
【００５０】
また、電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂの表面及び裏面には、表面電極２２ａ、２２ｂ及び裏面電極２３ａ、２３ｂが形成され、交流電源２４ａ、２４ｂによって光学軸方向（基板に垂直な方向）に電界が印可される。このとき、先にのべたように、電気光学効果によって分極反転領域２１ａ、２１ｂと周辺部分とで屈折率変化が生じ、いわばプリズムと同様に働き、基板内を通過する光を偏向することができる。また、電界の印可方向を逆にすることで逆方向に偏向することができる。
【００５１】
電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂの特長は、可動部分がなく、信頼性、静粛性及び高速性に優れることにある。一方、欠点は、偏向角を大きくとるためには高電圧が必要なことであるが、図１０の２次元画像表示装置に必要な偏向角は１度以下であるため、この範囲では、実用的な駆動電圧で電気光学結晶基板２０ａ、２０ｂにより光ビームを横方向及び縦方向に偏向することができる。
【００５２】
また、２次元ビーム分割グレーティング１７は、上記の例に特に限定されず、ホログラフィック光学素子から構成される１次元ビーム分割グレーティングを２枚用いるようにしてもよい。図１２は、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７として使用可能な２枚の１次元ビーム分割グレーティングの一例を示す斜視図である。図１２に示すように、１次元ビーム分割グレーティング１７ａは、入射した光ビームを水平方向に配列される複数の等パワーの光ビームに分割し、１次元ビーム分割グレーティング１７ｂは、水平方向に分割された複数の光ビームの各々を垂直方向に配列される複数の等パワーの光ビームに分割する。この結果、２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームを作成することができる。この結果、２次元ビーム分割グレーティング１７と同様の効果を得ることができるとともに、上記の図７に示すホログラフィック光学素子１２ｂと同様に、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。
【００５３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１３は、本発明の第４の実施の形態による２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す図である。なお、第４の実施の形態による２次元画像表示装置は、拡散板３として図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａを用いる点以外は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【００５４】
図２に示す拡散板３は、通常ガラスや樹脂等からなる透明基板の表面をランダムに荒らすことによって作製されるのに対し、図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａは、透明基板の表面に格子状の凹凸を形成することで作製される。擬似ランダム拡散板３ａの表面は、２次元の格子状セルＣＥに分割され、それぞれのセルＣＥを通過する光の位相がランダムに変移するように、凹凸の深さがランダムに設定されている。最大の深さは、λ／（ｎ−１）とすればよい。
【００５５】
図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａを用いる利点は、擬似ランダム拡散板３ａを通過する光の拡散角度がセルＣＥの大きさによって厳密にコントロールできることである。すなわち、格子状セルＣＥのセルピッチｄｃ及び角度θに対して、Ｉ（θ）＝｛ｓｉｎ（α）／α｝２  （α＝θ×ｄｃ／（π・λ））なる強度分布をもって光が拡散される。例えば、半値全角が１０度となる拡散板を作製するには、上式でＩ（θ）＝１／２を代入して、波長λに対するセルピッチｄｃが得られる。例えば、青、緑、赤の波長をそれぞれλ＝０．４７３、０．５３２、０．６４０マイクロメートルとする光源を用いた場合には、セルピッチｄｃはそれぞれ、２．４、２．７、３．２マイクロメートルで作製すれば良い。
【００５６】
一方、通常の拡散板では、表面形状がランダムであるため、（１）場所によって局所的な拡散角度が異なり、光利用効率が低下する、（２）場所によって透過率が変化し、画像に強度分布ムラが生じる、（３）拡散角度が一定になるよう安定に作製することが困難であるなどの課題がある。また、通常の拡散板では、散乱角を大きく取った際には、偏向方向が乱れる課題がある。図１３に示す擬似ランダム拡散板３ａでは、これらの課題が解決可能である。
【００５７】
また、図１３の擬似ランダム拡散板３ａは、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー法とエッチング法とによってガラス板上に凹凸パターンを形成することにより作製できる。このとき、図１３のように位相変移を、例えば、０、π／２、π、３π／２のように選んでおくと、π／２、πの位相変移に相当する２回のエッチングにより容易に作製することができる。
【００５８】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１４は、本発明の第５の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第５の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１４に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【００５９】
第５の実施の形態では、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７に代えて、図１４に示されているように、ブレーズドグレーティング１７ｃ及び遮光板１８が用いられる。
【００６０】
この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、２次元微小角ビーム走査部１６で２次元方向に微小走査され、その後、ブレーズドグレーティング１７ｃに入射する。ブレーズドグレーティング１７ｃは、第３の実施の形態の２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、各格子面（出射面）が入射面に対して傾斜するように、ガラス等の透明基板上に２次元のウエッジ形状パターンが形成された２次元回折格子である。したがって、ブレーズドグレーティング１７ｃから出射される光ビームのうち０次回折光のみが、入射面に対して垂直な方向（ブレーズドグレーティング１７ｃの中心軸方向）へ導かれて遮光板１８に入射される。一方、残りの回折光は、右方向に所定角度だけ（図１４では右側へ）偏向され、ブレーズドグレーティング１７ｃの中心軸から右方向に所定距離だけずれた位置に設置されている拡散板３へ入射される。拡散板３以降の動作は、第３の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００６１】
図１５は、図１４に示すブレーズドグレーティング１７ｃの回折光の光強度分布を説明するための模式図である。図１５に示すように、ブレーズドグレーティング１７ｃは、ランダムに高さの異なる複数の格子面Ｆ２を有し、各格子面Ｆ２と入射面Ｆ１とのなす角度が所定角度θ（例えば、３０度）に設定される。このように構成されたブレーズドグレーティング１７ｃに光ビームが入射されると、各格子面のエッジ部ＥＧから出射される０次回折光Ｌ０は、遮光板１８を照射し、０次回折光以外の回折光Ｌ１は、図示のように均一な光強度分布で拡散板３を照射する。
【００６２】
このように、本実施の形態では、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、０次回折光が拡散板３及び空間光変調素子５を照射しないため、空間光変調素子５上の光強度分布をより均一にすることができる。
【００６３】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１６は、本発明の第６の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第６の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１６に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【００６４】
第６の実施の形態では、図２に示す２次元ビーム走査部２に代えて、図１６に示されているように、２次元ビーム分割グレーティング１９ａを振動させるビーム振動部１９が用いられる。この構成では、レーザ光源１からの光ビームは、集光レンズ９を通過した後、ビーム振動部１９の２次元ビーム分割グレーティング１９ａにより反射されて拡散板３へ導かれる。
【００６５】
ビーム振動部１９は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等の振動ミラーから構成され、ミラー面に形成された２次元ビーム分割グレーティング１９ａが支持体１９ｂに１次元的又は２次元的に微小振動可能に支持され、後述するＭＥＭＳミラーと同様に２次元ビーム分割グレーティング１９ａが１次元的又は２次元的に微小振動される。２次元ビーム分割グレーティング１９ａは、図１０に示す２次元ビーム分割グレーティング１７と同様に、ミラー面上に２次元の凹凸パターンが形成された回折格子であり、入射した光ビームを反射して多数の等パワーの光ビームに分割する。
【００６６】
２次元ビーム分割グレーティング１９ａによって分割された複数の光ビームは、拡散板３上において複数の光ビームが縦方向及び横方向に配列された２次元マルチビームＳＭとなる。このとき、２次元ビーム分割グレーティング１９ａがビーム振動部１９によって微小振動されているので、２次元マルチビームＳＭも縦方向及び／又は横方向に微小走査され、空間光変調素子５上の照射領域ＩＲの位置がわずかに変化した時には、拡散板３上の位相パターンが変化し、スクリーン８上に生じるスペックルパターンも変化する。
【００６７】
このようにして、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、２次元ビーム分割グレーティング１９ａがビーム振動部１９に一体に構成されているので、部品点数を削減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【００６８】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１７は、本発明の第７の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。なお、第７の実施の形態による２次元画像表示装置において、図１７に示す構成以外の構成は、図１に示す２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略し、また、図示を容易にするために、２次元走査部としてポリゴンスキャナのみを図示している。
【００６９】
第７の実施の形態では、２次元ビーム走査部２としてポリゴンスキャナ２１及びガルバノミラー（又は、ポリゴンスキャナ等、図示省略）を用い、ポリゴンスキャナ２１と拡散板３との間の光路と、拡散板３と空間光変調素子５との間の光路とを囲う反射ミラー２２がさらに付加される。
【００７０】
この構成では、第１の実施の形態と同様に、レーザ光源１からの光ビームは、ガルバノミラーにより反射されて走査され、さらに、ポリゴンスキャナ２１により反射されて走査される。ポリゴンスキャナ２１により反射された光ビームは、反射ミラー２２内で複数回折り返され、最終的に、フィールドレンズ４、拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。この結果、本実施の形態でも、第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
ここで、ポリゴンスキャナ２１のように反射面の数が少ない、例えば、８面のポリゴンミラーの場合、光ビームの走査角が大きくなるため、ポリゴンスキャナ２１と空間光変調素子５との間に十分な距離を確保することができず、光学系の設計が難しくなる。一方、本実施の形態では、反射ミラー２２により光ビームを折り返しているので、ポリゴンスキャナ２１と空間光変調素子５との間に十分な距離を確保することができ、光学系の設計が容易となる。また、一般に、反射面の数が少ないポリゴンスキャナの方が、その製造が容易であり、低コスト化を図ることができる。
【００７２】
さらに、ポリゴンスキャナ２１は、一方向への回転運動を行う回転機構であるため、往復運動を行う振動機構に比して、光ビームの走査速度をその始端から終端まで等速化することができ、空間光変調素子５上の光強度分布をより均一化することができる。また、ポリゴンスキャナ２１と拡散板３との間の光路と、拡散板３と空間光変調素子５との間の光路とが反射ミラー２２により覆われているので、この部分での光ビームの損失を防止することができ、空間光変調素子５上の光強度を向上することができる。
【００７３】
以上は、２次元ビーム走査部と反射ミラー２２とを用いる例を示したが、１次元ビーム走査部及び１次元ビーム分割部等と、反射ミラーとを用いても同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（第８の実施の形態）
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１８は、本発明の第８の実施の形態による２次元画像表示装置の概略構成図である。赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光は、凹レンズ８によって水平方向に拡大され、ＭＥＭＳミラー９を照射する。ＭＥＭＳミラー９は、上下方向の角度が互いに独立に可変な３つのミラー部９１を持ち、それぞれに赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃから出射した光が入射する。ミラー部９１によって反射された光は、空間光変調素子５の手前に近接して設置された拡散板３を通過し、空間光変調素子５を線状のビーム１３ａ、１３ｂ、１３ｃとして照明する。空間光変調素子５によって変調された光は、投写レンズ６によってスクリーン７に投写され、画像が形成される。
【００７５】
図１９は、図１８に示すＭＥＭＳミラー９の概略構成図である。ＭＥＭＳミラー９は、支持部９７と一体に形成されたミラー部９１を、その凹部に絶縁膜９３を介して上側電極９４、下側電極９５及びボンディングパッド９６が形成されたシリコン基板９０に貼り合わせることにより作成される。このような構造を有するミラー部９１及びシリコン基板９０は、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて作製することができる。
【００７６】
ミラー部９１は、支持部９７を介してシリコン基板９０に接続される構造を有している。ミラー部９１の下側にはシリコン基板９０上に絶縁膜９３を介して上側電極９４と下側電極９５とが形成されている。それぞれの電極は、ボンディングパッド９６と導通しているが、それらの間の配線は簡単のため図示していない。ミラー部９１上には、反射率を高めるための反射膜９２が装荷される。
【００７７】
シリコン基板９０としては、導電性材料が用いられ、シリコン基板９０と上側電極９４との間に電圧を印可すると両者が接近する方向に静電気力が働き、ミラー部９１が上を向くように傾く。逆に、シリコン基板９０と下側電極９５との間に電圧を印可すると両者が接近する方向に静電気力が働き、ミラー部９１が下を向くように傾く。上側電極９４とシリコン基板９０との間の電圧と、下側電極９５とシリコン基板９０との間の電圧との差によって、ミラー部９１を回転する方向の力のモーメントが決定される。
【００７８】
ミラー部９１が傾いた時には、支持部９７がねじれ、傾きを小さくする方向に力のモーメントが働く。上側電極９４と下側電極９５とに直流電圧を印可したときは、静電気力とねじれのモーメントが釣り合うように、ミラー部９１の角度が決まる。本実施の形態の２次元画像表示装置のように、動的にミラー部９１の角度を制御するためには、静電気力や支持部９７のねじれ応力に加えて、ミラー部９１の慣性モーメントやミラー部９１の空気抵抗を考慮して、印可電圧の時間波形が決定されることになる。
【００７９】
幅８００ミクロン、長さ３ｍｍのミラー部９１を形成したＭＥＭＳミラー９を作成した。この場合の１次共振周波数は２５ｋＨｚであった。時間に対して線形な走査が高速になされるように、駆動電圧には走査開始位置付近と走査終了位置付近とで互いに逆方向のパルス電圧を印可した。印可パルスのタイミングは光検出器１７からの信号をもとに制御を行った。この結果、良好な走査特性のＭＥＭＳミラー９を作成することができた。
【００８０】
なお、上側電極９４と下側電極９５とは、上記のように駆動電圧を印可するだけでなく、各電極９４、９５とミラー部９１との間の静電容量を検出することで、回転角の検出器としても用いることができる。例えば、それぞれの電極に高周波電圧を印可しておき、電流値を検出してミラー部９１の回転角を知ることができる。このように、ＭＥＭＳミラー９を、ミラー回転角検出にも用いることで、上述のような光検出器１７を用いることなく、簡単な構成で２次元画像表示装置を実現するようにしてもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では、静電気力を駆動力として用いるＭＥＭＳミラー９の例を説明したが、光ビームを走査できるものであればいかなる構造のものでも利用可能である。例えば、磁気コイルのローレンツ力を用いたビーム走査機構を利用してもよい。この場合には、コイルの逆起電圧を検出してミラー部９１の回転速度を検出し、検出結果をミラー部９１の角度制御に用いることができる。また、圧電膜を用いた電歪効果を利用するビーム走査機構などを利用してもよい。この場合には、圧電膜の圧電効果を利用してミラー部９１の回転角を検出し、検出結果をミラー部９１の角度制御に用いることができる。
【００８２】
本実施の形態の特徴は、以下のような方法で１枚の空間光変調素子５を用いて赤色光、緑色光及び青色光の画像をスクリーンに投写し、フルカラーの画像が得られることにある。
【００８３】
ＭＥＭＳミラー９に設けられた３つのミラー部９１の回転角は上下方向に可変であり、それぞれ独立にその角度がタイミング制御装置１６によって制御される。それぞれのミラー部９１に入射した赤色レーザ光、緑色レーザ光、青色レーザ光はそれぞれ、空間光変調素子５上の異なる縦方向位置に、線状の形状で投影される。画像処理装置１５は、外部から入力される映像信号を赤色用映像信号、緑色用映像信号及び青色用映像信号に分離し、空間光変調素子５の縦方向の異なる領域に異なる映像信号を供給する。すなわち、それぞれのレーザ光が照射される領域には、映像信号のうち、それぞれの色の画像に対応した信号が供給される。
【００８４】
空間光変調素子５上の線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、ＭＥＭＳミラー９のミラー部９１が駆動されるに従って、空間光変調素子５上で上下に移動する。このとき、タイミング制御装置１６は、常に、赤色線状ビーム１３ａが照射される空間光変調素子５の領域には赤色用画像１４ａが、緑色線状ビーム１３ｂが照射される空間光変調素子５の領域には緑色用画像１４ｂが、青色線状ビーム１３ｃが照射される空間光変調素子５の領域には青色用画像１４ｃが表示されるように、画像処理装置１５とＭＥＭＳミラー９とを制御する。
【００８５】
このときの線状ビーム１３ａ〜１３ｃが走査される様子の概念図を図２０に示す。図中の１点鎖線、実線、破線の折れ線で示す各軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、それぞれ赤色線状ビーム１３ａ、緑色線状ビーム１３ｂ、青色線状ビーム１３ｃの軌跡を表し、赤色線状ビーム１３ａ、緑色線状ビーム１３ｂ、青色線状ビーム１３ｃは、それぞれ空間光変調素子５上で三角波状に駆動される。理想的には鋸歯状波形で駆動されるのが望ましいが、ＭＥＭＳミラー９のミラー部９１の回転モーメントがあるために瞬時に移動することができず、実際には図のように非対称な三角波状波形で駆動され、対応してそれぞれの線状ビーム１３ａ〜１３ｃの位置も非対称な三角波状に変化する。なお、図２０は概略図であり、実際にはミラー部９１の慣性モーメントのため、折り返し位置でオーバーシュートが現れるなど、ビームの動作が乱れるが、この点の図示を省略し、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの軌跡として三角波状の軌跡を描いている。
【００８６】
図２０の例では、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが、空間光変調素子５上で左側（図１８及び図２０の下側）から右側（図１８及び図２０の上側）へ移動しながら、空間光変調素子５を走査照明する。各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５の最右部に到達すると、タイミング制御装置１６は、それぞれのビームを発光するレーザ光源１ａ〜１ｃを消灯するとともに、ＭＥＭＳミラー９によって各線状ビーム１３ａ〜１３ｃを高速に空間光変調素子５の最右部へ移動させる。
【００８７】
すなわち、タイミング制御装置１６は、それぞれの軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが右上がりの時それぞれのビームを発するレーザ光源を発光させ、それぞれの軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが右下がりの時それぞれのビームを発するレーザ光源を発光させない。上記のような制御によって、図２０に示すように、赤色レーザ光源１ａが発光している期間Ｌａ、緑色レーザ光源１ｂが発光している期間Ｌｂ、青色レーザ光源１ｃが発光している期間Ｌｃにおいて順次点灯し、各軌跡Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの右上がりの部分が互いに交差することなく、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、常に空間光変調素子５上の異なる位置を照射する。
【００８８】
このとき、タイミング制御装置１６は、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが照射されている空間光変調素子５上の位置にあるスイッチング素子を、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの色に対応する映像信号に応じてオン／オフさせ、スクリーン７上に画像を表示する。このため、瞬時瞬時には、スクリーン７上には赤色、緑色、青色の明るいラインが表示されるが、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃを高速に走査することで、残像効果により、赤色、緑色及び青色の画像を同時にスクリーン７上に投射し、フルカラーの画像を表示できる。
【００８９】
また、本実施の形態の他の特徴は、各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが点灯している期間Ｌａ〜Ｌｃが消灯している期間より十分に長く、明るい画像表示が可能なことである。例えば、赤色用画像、緑色用画像、青色用画像を空間光変調素子５の全面に順次表示し、赤色光源、緑色光源、青色光源を表示画像に同期して空間光変調素子５の全面に順次照射する方法では、それぞれの光源を点灯している時間が全体の１／３以下になり、それぞれの光源の平均出力は、それぞれの光源の最大出力の１／３以下になる。それに対して、本実施の形態では、図２０から分かるように、各レーザ光源１ａ〜１ｃは、ビームが走査終了位置から走査開始位置に高速に移動する時間を除いて、ほとんどの期間点灯されているため、各レーザ光源１ａ〜１ｃに対して、各レーザ光源１ａ〜１ｃの最大出力とほぼ等しい平均出力が得られる。
【００９０】
また、線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、図２０のように、すべて等しく安定な振幅で走査されるのが望ましい。このため、本実施の形態は、空間光変調素子５の近傍で、空間光変調素子５の表示範囲から外れた位置に、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを検出する光検出器１７（図１８参照）を設けている。タイミング制御装置１６が光検出器１７の検出信号を基にＭＥＭＳミラー９を制御することにより、各光ビームの走査範囲や走査速度を正確に制御することが可能になる。この結果、色バランスが正確に制御されるとともに、過剰に走査されることがないために光利用効率が高まって明るい画像表示が可能になり、また、環境温度の変化などで走査角度や走査速度が変動することを防止することができる。
【００９１】
なお、光検出器１７は、空間光変調素子５の近傍でなくとも、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６との間のいずれかの場所に設定するようにしてもよい。また、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６との間のいずれかの場所にビーム分割部材を設け、ＭＥＭＳミラー９と投射レンズ６の間の位置と異なる位置に設置してもよい。
【００９２】
図２１は、図１８に示す空間光変調素子５上の表示領域の構成の一例を示す模式図である。上記のように各線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５上を走査するとき、図２１に示すように、空間光変調素子５上の領域は、赤色用画像１４ａの表示に用いられる赤色画像表示領域Ｒａ、緑色用画像１４ｂの表示に用いられる緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色用画像１４ｃの表示に用いられる青色画像表示領域Ｒｃに区分される。赤色画像表示領域Ｒａの中心位置に赤色線状ビーム１３ａが位置し、緑色画像表示領域Ｒｂの中心位置に緑色線状ビーム１３ｂが位置し、青色画像表示領域Ｒｃの中心位置に青色線状ビーム１３ｃが位置する。
【００９３】
ここで、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃの各領域の間には、画像表示に使用しない黒色表示領域Ｒｄが設定されることが好ましい。各線状ビーム１３ａ〜１３ｃは、空間光変調素子５上でほぼ線状形状を有するが、拡散板３における乱反射等によってわずかな迷光が線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅（短手方向の幅）ＢＷの方向に広がり、一部は、各画像表示領域Ｒａ〜Ｒｃを超えて隣接する他の色の画像表示領域に達する。この迷光によって異なる色が混じるため、純粋な色を表示できなくなる。
【００９４】
このため、本実施の形態では、図２１に示すように、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃの各領域の間に黒色表示領域Ｒｄが設けられている。空間光変調素子５は、黒色表示領域Ｒｄに位置するスイッチング素子をオフすることにより、線幅方向に広がった迷光は、黒色表示領域Ｒｄによって遮断されるため、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。また、図２１に示す両端部領域Ｒｅも、黒色表示領域として用いてもよい。
【００９５】
また、本実施の形態の別の特徴は、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷ（図２１参照）が、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向の走査範囲ＳＷ（図２０参照）の１／１０以下になっていることである。線状ビーム１３ａ〜１３ｃが有限の幅を持つとき、空間光変調素子５上の照度分布を一様にするためには、空間光変調素子５の広さより大きな範囲で線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査する必要がある。走査範囲ＳＷが空間光変調素子５の幅（長手方向の幅）ＭＷ（図２１参照）より狭い場合には、走査開始位置と走査終了位置となる空間光変調素子５の端部の照度が暗くなる。この端部での照度低下を防ぐには、空間光変調素子５の幅ＭＷより広い範囲で線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査させればよい。
【００９６】
より具体的には、空間光変調素子５の幅ＭＷと線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷの和（ＭＷ＋ＢＷ）で表される距離分だけ、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査させればよい。このとき、線状ビーム１３ａ〜１３ｃが空間光変調素子５より広い部分を照射するため、光の利用効率が低下するが、本実施の形態のように、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの幅ＢＷが、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向の走査範囲ＳＷの１／１０以下になっているとき、このような空間光変調素子５領域外を照射することによる光の利用効率の低下は、１０％以下となり、効率低下による明るさの低減を防ぐことができる。
【００９７】
また、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅ＢＷは、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査幅ＳＷ及びレーザ光源の数ｎ（例えば、本実施の形態では、３）に対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことが好ましい。この場合、互いに隣接する線状ビーム１３ａ〜１３ｃの間隔は、ＳＷ／ｎとなっており、線状ビーム１３ａ〜１３ｃの線幅ＢＷは、その２分の１より小さくなる。このように、線幅ＢＷの細い線状ビーム１３ａ〜１３ｃを用いることにより、拡散板３での乱反射などによる迷光が隣接する色の画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができるので、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。
【００９８】
また、図２１に示すように、空間光変調素子５上における線状ビーム１３ａ〜１３ｃの走査方向は、空間光変調素子５の表示範囲の長辺（長さＭＷの辺）に平行であることが好ましい。この場合、空間光変調素子５上における各線状ビーム１３ａ〜１３ｃの間隔を広く取ることができるので、拡散板３での乱反射などによる迷光が隣接する色の画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができ、赤色画像表示領域Ｒａ、緑色画像表示領域Ｒｂ及び青色画像表示領域Ｒｃにおいて各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。
【００９９】
また、本実施の形態の別の特徴は、光源にレーザ光源１ａ〜１ｃを用いていることである。近年、超高圧水銀灯やメタルハライドランプの小型高効率化が著しいが、これらの光源は、発光点サイズが放電アーク長で決まり、約１ｍｍの大きさを持つ。そのため、ランプ光源を用いた２次元画像表示装置では、３色の光ビームを１枚の空間光変調素子上に効率よく分割して照射することができず、光利用効率が低くなる課題があった。これに対して、本実施の形態では、レーザ光源１ａ〜１ｃとして、指向性の高いレーザ光源を用いているために、各レーザ光源１ａ〜１ｃからの光を細い線状ビーム１３ａ〜１３ｃに変換して同一の空間光変調素子５上を照射することができる。
【０１００】
図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を図２２及び図２３に示す。図２２及び図２３に示すように、レーザ光源１からの発散光を集光するため、集光レンズ２を用いている。集光レンズ２で略収束ビームとなった光は、図２２に示すように、水平方向では凹レンズ８にて発散ビームに変換される。凹レンズ８は、円柱レンズから構成され、垂直方向にはレンズパワーを持たず、図２３に示すように、収束ビームがそのまま凹レンズ８を通過する。凹レンズ８で発散ビームに変換された光ビームは、ＭＥＭＳミラー９により反射された後、フィールドレンズ４で平行ビームあるいはわずかに収束するビームとなり、投写レンズ６の開口に向かうため、投写レンズ６でのけられがなくなり、光利用効率が向上する。なお、図１８では簡単のため、上記の集光レンズ２及びフィールドレンズ４の図示を省略している。
【０１０１】
また、本実施の形態の特徴は、線状ビーム１３ａ〜１３ｃを走査することで、スペックルノイズが効果的に抑圧されることである。空間光変調素子５の手前には近接して拡散板３が設置されている。拡散板３は、例えば透明なガラス基板や樹脂基板の表面に凹凸を設けた磨りガラス状の基板であり、入射した光の波面にランダムな位相分布を与えるとともに、入射光線を発散ビームに変換する。
【０１０２】
ここで、光ビームがＭＥＭＳミラー９で走査されるに従って、線状ビーム１３ａ〜１３ｃが拡散板３上で移動する。このとき、空間光変調素子５に入射する光の入射角が変化し、ひいてはスクリーン７に入射する光の入射角が変化し、スペックルノイズのパターンが変化する。高速で線状ビーム１３ａ〜１３ｃが走査されることで、観察者の感じるスペックルノイズのパターンが高速に変化し、時間平均されてスペックルノイズのない高画質の画像が観察される。
【０１０３】
また、拡散板３の拡散角に対応するｆ値は、投写レンズ６の入射側のｆ値以上であることが望ましい。具体的には、通常のプロジェクタでは、投写レンズ６の入射側ｆ値は、１．４〜２．５程度の値である。このとき、拡散板３の拡散角は半値全角で、それぞれ４２度〜２３度以下にするのが望ましい。これを超えると、拡散板３で拡散された光のうち、大きな角度で拡散された光は、投射レンズ６の開口を通過できず、光の利用効率が低下するからである。
【０１０４】
以上の説明は、レーザ光源１ａ〜１ｃからの出射光を１次元方向に拡大する１次元ビーム拡大部材として、凹レンズ形状の円柱レンズ８を用いたが、上記の第２の実施の形態のように、グレーティングを用いたビーム分割部材を用いることもできる。このときには空間光変調素子５上での線状ビームは、１次元のスポット列となる。また、断面形状で決まる位相分布を適当に設計したホログラム素子（一般にＣＧＨ（コンピュータージェネレイテッドホログラム）と呼ばれる）であっても、同様に入射ビームを１次元のスポット列に変換する１次元ビーム拡大部材として利用可能である。また、同様にレンチキュラーレンズを用いてもよい。また、本実施の形態では、図１８及び図２２に示す光透過型の素子である凹レンズ８を用いているが、上記の円柱レンズや、グレーティング部材や、ＣＧＨ等の１次元ビーム拡大部材として、それぞれ凹面鏡など、反射型の素子でも構わない。
【０１０５】
また、本実施の形態の特徴は、各素子のスイッチング速度が５．５ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いていることである。通常のビデオ動画信号のフレーム繰り返し周波数は、毎秒３０フレームであり、３色のレーザ光源１ａ〜１ｃを用いてフルカラーの動画表示を行うときには、空間光変調素子５の各素子が表示すべき映像は、少なくとも毎秒９０回切り替わる。すなわち１１ミリ秒ごとに映像が切り替わる。空間光変調素子５のスイッチング速度が遅い時には、各色の映像信号間のクロストークとなって現れ、色ずれ、色褪せの原因となる。一方、本実施の形態では、この切り替え時間の半分の５．５ミリ秒以下のスイッチング時間の空間光変調素子５を用いることで、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了し、色ずれ、色褪せのない所望のカラー動画像を表示することができるようになる。
【０１０６】
また、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることがより好ましい。毎秒３０枚表示されるカラー画像のうち、それぞれの色の画像は、同時に表示されるのが望ましい。しかしながら、各色のビームを空間光変調素子５上の異なる位置を走査しながら各色の画像を表示する本実施の形態では、各色の画像を表示するタイミングがわずかにずれる。そのため、激しい動きのある動画像を表示した際には、動きのある輪郭部分に色ずれの見える現象が現れやすい。これに対して、同一の画像を複数回繰り返して表示することで、輪郭の色ずれを防ぐことができる。実際には、同一画像を３回以上繰り返し表示したとき、すなわち、毎秒９０フレームの表示を３色の画像に対して行ったとき、輪郭の色ずれがなくなった。各素子のスイッチング速度が１．８ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いることで、この表示方法が実現でき、輪郭に色ずれのない動画像表示が可能になる。
【０１０７】
また、インターレースカラー動画像を表示する場合、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることが好ましい。毎秒３０フレームのビデオ動画信号をインターレース表示するときには、毎秒６０回画像を切り替える。３色のレーザ光源１ａ〜１ｃを用いてフルカラーの動画表示を行うときには、空間光変調素子５の各素子が表示すべき映像は、少なくとも毎秒１８０回切り替わる。すなわち、５．５ミリ秒ごとに映像が切り替わる。空間光変調素子５のスイッチング速度が遅い時には、各色の映像信号の間のクロストークとなって現れ、色ずれ、色褪せの原因となる。一方、この切り替え時間の半分の２．７ミリ秒のスイッチング時間の空間光変調素子５を用いることで、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了し、色ずれ、色褪せのない所望のインターレースカラー動画像を表示することができるようになる。
【０１０８】
また、空間光変調素子５の各素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることがより好ましい。各素子のスイッチング速度が０．９ミリ秒以下の空間光変調素子５を用いる場合、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのないインターレース動画像表示が可能になる。
【０１０９】
上記のような高速なスイッチング速度を有する空間光変調素子としては、強誘電性液晶を用いた液晶素子を使用することが好ましい。なお、本実施の形態では、透過型の空間光変調素子５を用いているが、シリコン基板上に反射膜を施し、さらに液晶素子を装荷した構造のいわゆるＬＣＯＳデバイスや、ＭＥＭＳミラー等から構成される微小ミラーを振動して反射光の方向を制御して光スイッチ列を構成するいわゆるＤＬＰデバイスや、他の任意の構造の光スイッチ列であれば同様に用いることができる。
【０１１０】
また、本実施の形態に用いる拡散板としては、上記の例に特に限定されず、以下に説明する擬似ランダム拡散板を用いてもよい。図２４は、図１８に示す２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す模式図である。
【０１１１】
図１８に示す拡散板３は、通常ガラスや樹脂等からなる透明基板の表面をランダムに荒らすことによって作製されるのに対し、図２４に示す擬似ランダム拡散板３ｂは、透明基板の表面に格子状の凹凸を形成することで作製される。擬似ランダム拡散板３ｂの表面は、２次元の格子状セルＣＥに分割され、それぞれのセルＣＥを通過する光の位相がランダムに変移するよう、凹凸の深さがランダムに設定されている。最大の深さはλ／（ｎ−１）とすればよい。
【０１１２】
図２４の擬似ランダム拡散板３ｂを用いる利点は、擬似ランダム拡散板３ｂを通過する光の拡散角度がセルの大きさによって厳密にコントロールできることである。すなわち、格子状セルのセルピッチｄｃ及び角度θに対して、Ｉ（θ）＝｛ｓｉｎ（α）／α｝２  （α＝θ×ｄｃ／（π・λ））なる強度分布をもって拡散される。例えば、半値全角が１０度となる拡散板を作製するには、上式でＩ（θ）＝１／２を代入して、波長λに対するセルピッチｄｃが得られる。青、緑、赤の波長をそれぞれλ＝０．４７３，０．５３２，０．６４０マイクロメートルとする光源を用いた場合には、セルピッチｄｃはそれぞれ、２．４、２．７、３．２マイクロメートルで作製すれば良い。
【０１１３】
一方、通常の拡散板では、表面形状がランダムであるため、（１）場所によって局所的な拡散角度が異なり、光利用効率が低下する、（２）場所によって透過率が変化し、画像に強度分布ムラが生じる、（３）拡散角度が一定になるよう安定に作製することが困難であるなどの課題がある。また、通常の拡散板では、散乱角を大きく取った際には、偏向方向が乱れる課題がある。図２４の擬似ランダム拡散板３ｂでは、これらの課題が解決可能である。
【０１１４】
また、図２４の擬似ランダム拡散板３ｂは、通常の半導体プロセスで用いられるフォトリソグラフィー法とエッチング法とによってガラス板上に凹凸パターンを形成することにより作製できる。このとき、図２４のように位相変移を、例えば、０、π／２、π、３π／２のように選んでおくと、π／２、πの位相変移に相当する２回のエッチングにより容易に作製することができる。
【０１１５】
（第９の実施の形態）
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図２５及び図２６は、本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を示す模式図である。なお、第９の実施の形態による２次元画像表示装置は、図２２及び図２３に示すフィールドレンズ４に代えて、図２５及び図２６に示す第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂを用いる点以外は、第８の実施の形態の２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【０１１６】
図２５及び図２６に示すように、本実施の形態では、レーザ光源１、集光レンズ２、凹レンズ８、ＭＥＭＳミラー９、第１のフィールドレンズ４ａ、第２のフィールドレンズ４ｂ、拡散板３、空間光変調素子５、投写レンズ６がこの順に配置され、図２５に示すように、凹レンズ８は、集光レンズ２で略収束ビームとなった光を水平方向において発散ビームに変換する。
【０１１７】
ここで、第１のフィールドレンズ４ａは、垂直方向に凸部を有する円柱レンズから構成され、第２のフィールドレンズ４ｂは、凸レンズから構成される。したがって、図２５に示すように、水平方向（拡大方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを持たず、凹レンズ８により拡大された光ビームは、そのまま第１のフィールドレンズ４ａを通過し、第２のフィールドレンズ４ｂにより適度に集光されて拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。一方、図２６に示すように、垂直方向（拡大方向と直交する方向）において、第１のフィールドレンズ４ａは、レンズパワーを有し、凹レンズ８をそのまま通過した光ビームは、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂにより十分に集光されて拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。このように、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂにより構成されるフィールドレンズ部の拡大方向のレンズパワーは、拡大方向と直交する方向のレンズパワーより小さくなるように構成されている。なお、フィールドレンズ部を構成するレンズの枚数は、上記の例に特に限定されず、１枚又は３枚以上のレンズを用いてもよい。
【０１１８】
したがって、本実施の形態では、第８の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、レーザ光源１、凹レンズ８、ＭＥＭＳミラー９、第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂ、拡散板３、空間光変調素子５がこの順に配置され、凹レンズ８による光ビームの拡大角度が小さい場合に、拡大方向のレンズパワーが小さい第１及び第２のフィールドレンズ４ａ、４ｂを用いて、小さな拡大角度で拡大された光ビームを適度に集光することができ、空間光変調素子５上に適切に光ビームを照射することができる。
【０１１９】
（第１０の実施の形態）
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。図２７及び図２８は、本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向及び垂直方向の概略構成を示す模式図である。なお、第１０の実施の形態による２次元画像表示装置は、図２２及び図２３に示すフィールドレンズ４に代えて、図２７及び図２８に示す第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄを用い、凹レンズ８がＭＥＭＳミラー９と第１のフィールドレンズ４ｃとの間に配置される点以外は、第８の実施の形態の２次元画像表示装置と同様であるので、同一部分の図示及び詳細な説明を省略する。
【０１２０】
図２７及び図２８に示すように、本実施の形態では、レーザ光源１、集光レンズ２、ＭＥＭＳミラー９、凹レンズ８、第１のフィールドレンズ４ｃ、第２のフィールドレンズ４ｄ、拡散板３、空間光変調素子５、投写レンズ６がこの順に配置され、図２７に示すように、凹レンズ８は、集光レンズ２で略収束ビームとなり、ＭＥＭＳミラー９により走査された光を水平方向において発散ビームに変換する。
【０１２１】
ここで、第１のフィールドレンズ４ｃは、水平方向に凸部を有する円柱レンズから構成され、第２のフィールドレンズ４ｄは、凸レンズから構成される。したがって、図２７に示すように、水平方向（拡大方向）において、第１のフィールドレンズ４ｃは、レンズパワーを有し、ＭＥＭＳミラー９により走査された光ビームは、凹レンズ８により拡大された後、第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄにより十分に集光されて拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。一方、図２８に示すように、垂直方向（拡大方向と直交する方向）において、第１のフィールドレンズ４ｃは、レンズパワーを持たず、凹レンズ８をそのまま通過した光ビームは、そのまま第１のフィールドレンズ４ｃを通過し、第２のフィールドレンズ４ｄにより適度に集光されて拡散板３及び空間光変調素子５へ導かれる。このように、第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄにより構成されるフィールドレンズ部の拡大方向のレンズパワーは、拡大方向と直交する方向のレンズパワーより大きくなるように構成されている。なお、フィールドレンズ部を構成するレンズの枚数は、上記の例に特に限定されず、１枚又は３枚以上のレンズを用いてもよい。
【０１２２】
したがって、本実施の形態では、第８の実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、レーザ光源１、ＭＥＭＳミラー９、凹レンズ８、第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄ、拡散板３、空間光変調素子５がこの順に配置され、凹レンズ８による光ビームの拡大角度が大きい場合に、拡大方向のレンズパワーが大きい第１及び第２のフィールドレンズ４ｃ、４ｄを用いて、大きな拡大角度で拡大された光ビームを十分に集光することができ、空間光変調素子５上に適切に光ビームを照射することができる。
【０１２３】
以上、投影光学系とスクリーンとが別体になった投写型ディスプレイの例を用いて説明したが、投影光学系と透過型スクリーンとを組み合わせた背面投写型２次元画像表示装置や、背面よりレーザで照明された空間光変調素子を直接観察するタイプの２次元画像表示装置（例えば現在実用化されている液晶テレビ）にも、本発明を適用可能である。
【０１２４】
このように、上記の各２次元画像表示装置は、レーザ光源を用いながら、簡単な構成と少ない部品とでスペックルノイズの少ない高画質なフルカラー映像を表現することができ、プロジェクションシステム、或いは背面投写型ディスプレイとして利用できる。
【０１２５】
また、カラー画像の表示装置を例に説明したが、本発明は、単色レーザの画像投影装置、たとえば半導体プロセスに用いる露光照明装置又はその光源装置などにも利用可能である。露光照明装置では、レーザ光源として、紫外線レーザを用い、空間光変調素子として、例えばガラス基板上に金属膜をパターニングしたフォトマスク等を用い、半導体基板をスクリーンとしてそこにマスクパターン像を形成することになる。
【０１２６】
上記のように、本発明の一態様に係る２次元画像表示装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査しながら、前記レーザ光源からの出射ビームを２次元状の光に変換するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査される光を空間的に変調する空間光変調素子と、前記ビーム走査部と前記空間光変調素子との間に設置され、前記ビーム走査部から出射される２次元状の光を拡散させる光拡散部材とを備える。
【０１２７】
この２次元画像表示装置においては、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されながら、２次元状の光に変換されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部と空間光変調素子との間に光拡散部材が設置され、ビーム走査部から出射される２次元状の光が拡散されて空間光変調素子上を照射するので、光拡散部材から出射されて空間光変調素子を照射するビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【０１２８】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する２次元走査部を含み、前記２次元走査部は、前記第１の方向の走査周波数と前記第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、前記光拡散部材へ入射される光ビームを周期的に走査することが好ましい。
【０１２９】
この場合、レーザ光源からの出射ビームを互いに直交する第１及び第２の方向に走査する際、第１の方向の走査周波数と第２の方向の走査周波数とが互いに素な整数比となる周波数で、光拡散部材へ入射されるビームが周期的に走査されるので、第１の方向と第２の方向との走査速度差を小さくすることができ、２次元ビーム走査部の構成を簡略化することができるとともに、光拡散部材を一様に照明することができる。
【０１３０】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する１次元ビーム分割部と、前記１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことが好ましい。
【０１３１】
この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができる。
【０１３２】
前記１次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有することが好ましい。
【０１３３】
この場合、異なるピッチで分割された１次元マルチビーム列の光強度分布が合成されるので、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。
【０１３４】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部と、前記２次元マルチビームを微小に走査する微小走査部とを含むことが好ましい。
【０１３５】
この場合、２次元マルチビームの走査角度を小さくできるため、微小走査部の小型化、低コスト化、低消費電力化及び低騒音化を図ることができる。
【０１３６】
前記２次元ビーム分割部は、前記レーザ光源からの出射ビームを分割して複数のビームが第１の方向に配列された１次元マルチビーム列を作成する第１の１次元ビーム分割部と、前記第１の１次元ビーム分割部によって作成された１次元マルチビーム列を前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して２次元マルチビームを作成する第２の１次元ビーム分割部とを含むことが好ましい。
【０１３７】
この場合、互いに直交する第１及び第２の方向に配列されたマトリックス状の２次元マルチビームが作成されるので、０次回折光による光強度分布のムラを小さくすることができる。
【０１３８】
前記２次元ビーム分割部は、各格子面が傾斜している２次元回折格子を含むことが好ましい。
【０１３９】
この場合、０次回折光と、０次回折光以外の回折光とを分離して、０次回折光以外の回折光が光拡散部材及び空間光変調素子を照射し、０次回折光が光拡散部材及び空間光変調素子を照射しないようにすることができるので、空間光変調素子上の光強度分布をより均一にすることができる。
【０１４０】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向に分割して複数のビームが２次元上に配列された２次元マルチビームを作成する２次元ビーム分割部を振動させる振動部を含むことが好ましい。
【０１４１】
この場合、２次元ビーム分割部が振動部に一体に構成されているので、部品点数を削減することができるとともに、装置をより小型化することができる。
【０１４２】
前記ビーム走査部と前記光拡散部材との間の光路を囲い、前記ビーム走査部からの光ビームを複数回折り返して前記光拡散部材へ導く反射ミラーをさらに備えることが好ましい。
【０１４３】
この場合、ビーム走査部と光拡散部材との間の光路が反射ミラーにより覆われているので、この部分での光ビームの損失を防止することができ、空間光変調素子上の光強度を向上することができる。
【０１４４】
前記反射ミラーは、さらに、前記光拡散部材と前記空間光変調素子の間の光路を囲うことが好ましい。
【０１４５】
この場合、さらに、光拡散部材と空間光変調素子との間の光路が反射ミラーにより覆われているので、この部分での光ビームの損失をも防止することができ、空間光変調素子上の光強度をより向上することができる。
【０１４６】
前記レーザ光源は、赤色発生用、緑色発生用及び青色発生用の３つのレーザ光源を含むことが好ましい。
【０１４７】
この場合、赤色、緑色及び青色の光を用いて、色純度が高く、鮮やかな画像を表示することができるとともに、合波のためのダイクロイックミラー等が不要となり、光学系を簡略化することができる。
【０１４８】
前記光拡散部材及び前記空間光変調素子は、前記３つのレーザ光源のそれぞれに対して１つずつ設けられることが好ましい。
【０１４９】
この場合、３つのレーザ光源の色毎に光を拡散し、空間光変調素子を個別に制御することができるので、各色の波長に適した光拡散部材及び空間光変調素子を用いて、より色純度が高く、より鮮やかな画像を表示することができる。
【０１５０】
前記３つのレーザ光源からの出射ビームは、互いに異なる角度で前記ビーム走査部へ入射されることが好ましい。
【０１５１】
この場合、合波のためのダイクロイックミラーが不要となり、簡易な光学系で２次元画像表示装置を実現することができる。
【０１５２】
前記光拡散部材は、擬似ランダム拡散板を含むことが好ましい。
【０１５３】
この場合、光を拡散するための凹凸を規則的に形成することができるので、より均一に光を拡散させ、光の利用効率を向上することができるとともに、光強度分布のムラを抑制することができ、さらに、拡散角度が一定になるよう安定に作製することができるとともに、散乱角を大きく取る場合でも、偏向方向を正確に制御することができる。
【０１５４】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部と、前記線状ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する１次元走査部とを含むことが好ましい。
【０１５５】
この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるため、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができる。
【０１５６】
前記１次元走査部と前光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、前記レーザ光源、前記ビーム拡大部、前記１次元走査部、前記フィールドレンズ部、前記光拡散部材、前記空間光変調素子は、この順に配置され、前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことが好ましい。
【０１５７】
この場合、小さな拡大角度で拡大された光ビームを適度に集光することができるので、空間光変調素子上に適切に光ビームを照射することができる。
【０１５８】
前記ビーム走査部は、前記レーザ光源からの出射ビームを第１の方向に走査する１次元走査部と、前記１次元走査部により走査される光ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に拡大して線状ビームを作成するビーム拡大部とを含み、前記ビーム拡大部と前記光拡散部材との間に配置されるフィールドレンズ部をさらに備え、前記レーザ光源、前記１次元走査部、前記ビーム拡大部、前記フィールドレンズ部、前記空間光変調素子は、この順に配置され、前記フィールドレンズ部の前記第１の方向のレンズパワーは、前記第２の方向のレンズパワーより小さいことが好ましい。
【０１５９】
この場合、走査方向が１次元になるとともに、その走査周波数が小さくなるので、１次元ビーム走査部の小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができるとともに、大きな拡大角度で拡大された光ビームを十分に集光することができるので、空間光変調素子上に適切に光ビームを照射することができる。
【０１６０】
前記レーザ光源は、複数のレーザ光源を含み、前記複数のレーザ光源からの線状ビームは、前記空間光変調素子上の異なる位置を照明することが好ましい。
【０１６１】
この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、複数の色を合成することができるとともに、合波のためのダイクロイックミラー等が不要となり、光学系を簡略化することができる。
【０１６２】
前記空間光変調素子は、前記複数のレーザ光源からの各線状ビームが照射する画像表示領域毎に各線状ビームに対応した異なる映像が表示されるように、各線状ビームを変調することが好ましい。
【０１６３】
この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、複数の色の画像を合成する。
【０１６４】
前記空間光変調素子上の互いに隣接する画像表示領域間に、前記線状ビームを透過させない黒色表示領域が設定されることが好ましい。
【０１６５】
この場合、黒色表示領域によって線状ビームの線幅方向に広がった迷光を遮断することができるので、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。
【０１６６】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷに対して、ＢＷ＜ＳＷ／１０の関係を満たすことが好ましい。
【０１６７】
この場合、空間光変調素子の領域外を照射することによる光の利用効率の低下を抑制しながら、走査開始位置と走査終了位置となる空間光変調素子の端部における照度の低下を防止することができる。
【０１６８】
前記空間光変調素子上において、前記線状ビームの短手方向の幅ＢＷは、前記線状ビームの走査幅ＳＷ及び前記複数のレーザ光源の数ｎに対して、ＢＷ＜ＳＷ／（２ｎ）の関係を満たすことが好ましい。
【０１６９】
この場合、光拡散部材での乱反射などによる迷光が隣接する画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができるので、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。
【０１７０】
前記複数のレーザ光源は、赤色光を発する第１のレーザ光源と、緑色光を発する第２のレーザ光源と、青色光を発する第３のレーザ光源とを含み、前記空間光変調素子は、前記第１のレーザ光源からの線状ビームが照射される赤色画像表示領域に赤色用映像が、前記第２のレーザ光源からの線状ビームが照射される緑色画像表示領域に緑色用映像が、前記第３のレーザ光源からの線状ビームが照射される青色画像表示領域に青色用映像が、それぞれ表示されるように、各線状ビームを変調することが好ましい。
【０１７１】
この場合、１枚の空間光変調素子を用いて、フルカラーの映像を表示することができる。
【０１７２】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、５．５ミリ秒以下であることが好ましい。
【０１７３】
この場合、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了することができるので、色ずれ、色褪せのない所望のカラー動画像を表示することができる。
【０１７４】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、２．７ミリ秒以下であることが好ましい。
【０１７５】
この場合、インターレースカラー動画像を表示する際に、各色のレーザ光が照射されるときにスイッチングが完了することができるので、色ずれ、色褪せのない所望のインターレースカラー動画像を表示することができる。
【０１７６】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、１．８ミリ秒以下であることが好ましい。
【０１７７】
この場合、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのない動画像を表示することができる。
【０１７８】
前記空間光変調素子のスイッチング速度は、０．９ミリ秒以下であることが好ましい。
【０１７９】
この場合、インターレースカラー動画像を表示する際に、同一画像を３回以上繰り返して表示することができるので、輪郭に色ずれのないインターレース動画像を表示することができる。
【０１８０】
前記空間光変調素子は、強誘電性液晶からなることが好ましい。
【０１８１】
この場合、スイッチング速度を高く設定することができるので、上記のような動画像を良好な状態で表示することができる。
【０１８２】
前記空間光変調素子は、２次元配列された複数のＭＥＭＳミラーからなることが好ましい。
【０１８３】
この場合も、スイッチング速度を高く設定することができるので、上記のような動画像を良好な状態で表示することができる。
【０１８４】
前記空間光変調素子上における前記複数のレーザ光源からの光の走査方向は、前記空間光変調素子の表示範囲の長辺に平行であることが好ましい。
【０１８５】
この場合、空間光変調素子上における各レーザ光源からの光の間隔を広く取ることができるので、光拡散部材での乱反射などによる迷光が隣接する画像表示領域に混入する割合を小さく抑えることができ、各色の画像表示領域において各色の純粋な色を表示することができるとともに、各色の彩度を向上することができる。
【０１８６】
前記光拡散部材は、２次元的に矩形のセルが配置され、各セルが自身を通過する光に位相変位を与え、互いに隣接するセル同士の位相変位量の差がπ／２である擬似ランダム拡散板を含むことが好ましい。
【０１８７】
この場合、光を拡散するための凹凸を規則的に形成することができるので、より均一に光を拡散させ、光の利用効率を向上することができるとともに、光強度分布のムラを抑制することができる。また、拡散角度が一定になるよう安定に作製することができるとともに、散乱角を大きく取る場合でも、偏向方向を正確に制御することができる。さらに、エッチング回数を削減して容易に作製することができる。
【０１８８】
前記光拡散部材上の光ビーム径Ｓは、前記光拡散部材の拡散角θ、前記光拡散部材と前記空間光変調素子との間の距離Ｌ、及び前記光拡散部材上の隣接する光ビームの間隔ｄに対して、Ｓ＞Ｌ・θ−ｄの関係を満たすことが好ましい。
【０１８９】
この場合、空間光変調素子上の任意の点が複数の光ビームからの拡散光によって照明されるので、スペックルノイズをより低減することができる。
【０１９０】
前記レーザ光源からの出射ビームは、前記空間光変調素子上で略集光されることが好ましい。
【０１９１】
この場合、空間光変調素子上に光ビームを効率よく照射することができるので、光の利用効率を向上することができる。
【０１９２】
前記空間変調素子で変調された光を空間上の面に投影する投影光学系をさらに備えることが好ましい。
【０１９３】
この場合、スクリーン等の空間上の面にスペックルノイズを効果的に抑制した良好な映像を表示することができる。
【０１９４】
前記ビーム走査部は、分極反転素子を含むことが好ましい。
【０１９５】
この場合、ビーム走査部に可動部分がなくなるので、信頼性、静粛性及び高速性に優れた２次元画像表示装置を提供することができる。
【０１９６】
本発明の他の態様に係る照明光源は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源からの出射ビームを少なくとも１次元方向に走査するビーム走査部と、前記ビーム走査部により走査された出射ビームを拡散させる光拡散部材とを備える。
【０１９７】
本発明のさらに他の態様に係る露光照明装置は、上記の照明光源を備え、前記レーザ光源は、紫外線レーザを含む。
【０１９８】
上記の各構成により、レーザ光源からの出射ビームが少なくとも１次元方向に走査されるので、均一な照明を得ることができる。また、ビーム走査部により走査された出射ビームが拡散されるので、光拡散部材から出射されるビームの光軸を時々刻々変化させることができ、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。この結果、均一照明のためのビームエキスパンダ及び光インテグレータ等が不要となり、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明に係る２次元画像表示装置等は、簡易な光学系を用いて、均一な照明を得ることができるとともに、スペックルノイズを効果的に抑制することができるので、映像プロジェクタ、テレビ受像機、液晶パネルなどの映像表示装置等に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１の実施の形態による２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す２次元画像表示装置の１色分の光学系を抽出した概念図である。
【図３】図１に示す２次元画像表示装置における照明ビームの走査方法を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図５】図１に示す拡散板上の光ビーム径の好適な範囲を説明するための模式図である。
【図６】図５に示すホログラフィック光学素子の０次回折光による光強度分布ムラを説明するための模式図である。
【図７】図１に示すレーザ光源からの出射ビームを互いに異なるピッチで分割する第１及び第２の分割面を有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図８】図７に示す第１の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図９】図７に示す第２の分割面のみを有するホログラフィック光学素子の光強度分布を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１１】図１０に示す２次元微小角ビーム走査部として使用される、分極反転素子を用いた電気光学偏向素子の一例を示す図である。
【図１２】図１０に示す２次元ビーム分割グレーティングとして使用可能な２枚の１次元ビーム分割グレーティングの一例を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態による２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１５】図１４に示すブレーズドグレーティングの回折光の光強度分布を説明するための模式図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態による２次元画像表示装置の１色分の光学系の構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第８の実施の形態による２次元画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１９】図１８に示すＭＥＭＳミラーの構成を示す概略図である。
【図２０】図１８に示す２次元画像表示装置における線状ビームの走査方法を説明するための模式図である。
【図２１】図１８に示す空間光変調素子上の表示領域の構成の一例を示す模式図である。
【図２２】図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２３】図１８に示す２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２４】図１８に示す２次元画像表示装置に用いられる擬似ランダム拡散板の一例を示す模式図である。
【図２５】本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２６】本発明の第９の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２７】本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の水平方向の構成を示す概略図である。
【図２８】本発明の第１０の実施の形態による２次元画像表示装置の光学系の垂直方向の構成を示す概略図である。
【図２９】従来のレーザディスプレイ装置の構成を示す概略図である。
【図３０】従来の他のレーザディスプレイ装置の構成を示す概略図である。
【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】
2006137326.tif 000041
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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