JP2002062582A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2002062582A
JP2002062582A JP2000250375A JP2000250375A JP2002062582A JP 2002062582 A JP2002062582 A JP 2002062582A JP 2000250375 A JP2000250375 A JP 2000250375A JP 2000250375 A JP2000250375 A JP 2000250375A JP 2002062582 A JP2002062582 A JP 2002062582A
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spatial
spatial modulator
polarization
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JP2000250375A
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Hiroshi Suganuma
洋 菅沼
Michio Oka
美智雄 岡
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペックルノイズを大幅に低減して、高品位
な画像の表示を可能にする。 【解決手段】 空間変調器2の隣接する画素に入射され
る光の偏光方向が互いに直交するように、レーザ光源4
から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布を偏光分布
変換手段5により変換した上で、この空間的な偏光分布
が変換されたレーザ光を空間変調器2に入射させ、この
空間変調器2により変調されたレーザ光をスクリーン3
に照射させて、スクリーン3に画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空間変調器にて変
調された光により画像を表示する画像表示装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、画像表示装置の一形態として、液
晶パネル等の空間変調器にて変調された光をスクリーン
に照射させて、スクリーン上に画像を映し出すようにし
たプロジェクションディスプレイが提案されている。こ
のようなプロジェクションディスプレイにおいては、こ
れまで、メタルハライド、ハロゲン、あるいはキセノン
といったランプが光源として用いられていた。
【0003】しかしながら、このようなランプを光源と
した場合には、光源の寿命が短く、メンテナンスが煩雑
となるといった問題がある。また、ランプからの白色光
から光の三原色を切り出すため光学系が複雑となり、更
に、色再現領域が制限されて光利用効率も低下するとい
った問題がある。
【0004】これらの問題点を解決するために、半導体
レーザ等のレーザ光源をプロジェクションディスプレイ
の光源に用いる試みがなされている。レーザ光源は、ラ
ンプに比べて寿命が長く、また、優れた指向性により放
射される光を効率よく利用することができるので、エネ
ルギー利用効率が高い。また、レーザ光源は、その単色
性により、色再現領域を大きく取ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たプロジェクションディスプレイ等の画像表示装置の光
源としてレーザ光源を用いた場合、スペックルノイズが
生じて画質が劣化するという問題があった。
【0006】スペックルノイズは、レーザ光源からの位
相が揃ったコヒーレント光がランダムな位相面(物体
面)によって散乱されることにより、物体面の隣接する
領域からの乱れた波面が観察面上で干渉することで生じ
る現象であり、粒状の強度分布として観察面上に現れ
る。
【0007】レーザ光源を用いたプロジェクションディ
スプレイにおいては、このようなスペックルノイズが、
物体面であるスクリーンと、観察面である観察者の目
(網膜)との間で生じると、観察者が画像の劣化を認識
することになる。したがって、このようなスペックルノ
イズを如何に低減するかが、レーザ光源を用いたプロジ
ェクションディスプレイ等の画像表示装置を実現する上
で重要な課題とされている。
【0008】本発明は、以上のような実情に鑑みて創案
されたものであって、スペックルノイズを大幅に低減し
て、高品位な画像を表示することができる画像表示装置
を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る画像表示装
置は、光源から出射され、空間変調器にて変調された光
により画像を表示する画像表示装置において、上記空間
変調器の隣接する画素に入射される光の偏光方向が互い
に直交するように、上記光源から出射された光の空間的
な偏光分布を変換する偏光分布変換手段を備えることを
特徴としている。
【0010】この画像表示装置によれば、光源から出射
された光は、空間変調器の隣接する画素に入射される光
の偏光方向が互いに直交するように、その空間的な偏光
分布が偏光分布変換手段により変換された状態で、空間
変調器に入射される。そして、空間変調器によって変調
された光が、例えば、スクリーン等の表示部に照射され
ることで、表示部に画像が表示されることになる。
【0011】このとき、直交する偏光同士は干渉しない
ため、表示部に表示された画像の中で、空間変調器の隣
接する画素に対応した領域同士の干渉によるスペックル
ノイズは生じない。さらにその隣の画素に対応した領域
との間隔が十分に離れていれば、その領域との干渉は無
視することができる。したがって、干渉が問題となるの
は、空間変調器の1つの画素に対応した領域内だけであ
る。
【0012】ここで、空間変調器の1つの画素は、通
常、観察者により視認できる限界に近い大きさとされて
いる。したがって、空間変調器の1つの画素に対応した
領域内の干渉によって生じるスペックルノイズは、観察
者には殆ど認識されない程度の微細なものである。
【0013】以上のように、本発明に係る画像表示装置
においては、スペックルノイズが大幅に低減されるの
で、高品位な画像を表示することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
【0015】先ず、本発明を適用した画像表示装置の具
体的な説明に先立ち、本発明の原理について簡単に説明
する。本発明に係る画像表示装置は、空間変調器の隣接
する画素に入射される光の偏光方向が互いに直交するよ
うに、光源から出射された光の空間的な偏光分布を偏光
分布変換手段により変換した上で、この光を空間変調器
に入射させることで、スペックルノイズの大幅な低減を
図るようにしたものである。
【0016】光源から出射された光がp偏光であると仮
定すると、図1に示すように、この光を微小な二分の一
波長板と一波長板とが交互に配列されてなるマイクロ波
長板アレイに入射させると、このマイクロ波長板アレイ
が、光源から出射された光の空間的な偏光分布を変換す
る偏光分布変換手段として機能し、p偏光とs偏光とが
交互に並ぶ空間的な偏光分布を有する出射光を得ること
ができる。ここで、マイクロ波長板アレイの各二分の一
波長板は、入射したp偏光をこれと直交するs偏光に変
換して出射するように構成されている。
【0017】以上のように、p偏光とs偏光とが交互に
並ぶ空間的な偏光分布を有するマイクロ波長板アレイか
らの出射光を、表示すべき画像データに応じて駆動され
る空間変調器に入射させる。このとき、空間変調器の隣
り合う画素には、互いに偏光方向が直交する光、すなわ
ちp偏光とs偏光とが交互に入射されるようにする。そ
して、空間変調器により変調された光をスクリーン等の
表示部に照射させることにより、画像データに応じた画
像が表示部に表示されることになる。
【0018】この表示部に表示された画像の中で、空間
変調器の隣接する画素に対応した領域に照射される光
は、その偏光方向が互いに直交している。偏光方向が直
交する光の間では干渉が生じないので、表示部に表示さ
れた画像には、空間変調器の隣接する画素に対応した領
域間での干渉に起因するスペックルノイズが生じること
がない。
【0019】表示部に表示された画像の中で、空間変調
器の1つおきの画素に対応した領域同士では、照射され
る光の偏光方向が一致することになるが、これらの領域
が空間的に十分に離れていれば、これらの領域間での干
渉は無視することができる。したがって、表示部に表示
された画像の劣化の原因となるスペックルノイズは、空
間変調器の1つの画素に対応した領域内における干渉に
より生じるものだけである。
【0020】ここで、空間変調器の1つの画素は、通
常、観察者により視認できる限界に近い大きさとされて
おり、空間変調器の1つの画素に対応した領域内の干渉
によって生じるスペックルノイズは、観察者には殆ど認
識されない程度の微細なものである。したがって、以上
のように、光源から出射された光をマイクロ波長板アレ
イ等の偏光分布変換手段に入射させて、その空間的な偏
光分布を変換し、空間変調器の隣接する画素に入射され
る光の偏光方向が互いに直交するようにして、この空間
変調器によって変調された光を表示部に照射させるよう
にすれば、スペックルノイズの発生を大幅に抑制して、
高品位な画像を表示部に表示することが可能となる。
【0021】本発明を適用した画像表示装置の一構成例
を図2に示す。この図2に示す画像表示装置1は、空間
変調器2からの一次元の像をスクリーン3上に投影し、
この一次元の像をスクリーン3上で走査させることによ
って、スクリーン3上に二次元の画像を表示させるよう
にしたものである。この画像表示装置1は、単色で指向
性が高いコヒーレント光であるレーザ光を出射するレー
ザ光源4を備えており、このレーザ光源4から出射され
るレーザ光の光路上に、偏光分布変換手段5や空間変調
器2等の各光学素子が配設された構成となっている。
【0022】この画像表示装置1において、レーザ光源
4から出射されたレーザ光は、レンズ6を介して偏光分
布変換手段5に入射する。そして、偏光分布変換手段5
により空間的な偏光分布が変換されたレーザ光が、結像
レンズ7を介して、表示すべき画像データに応じて駆動
される空間変調器2に入射する。これにより、レーザ光
源4で照明された偏光分布変換手段5の像が、空間変調
器2に投影されることになる。
【0023】ここで、空間変調器2に入射するレーザ光
は、偏光分布変換手段5によりその空間的な偏光分布が
変換され、空間変調器2の隣接する画素に入射される光
の偏光方向が互いに直交するようになっている。すなわ
ち、空間変調器2の隣接する画素には、偏光方向が互い
に直交する光が入射することになる。
【0024】なお、空間変調器2としては、例えば、液
晶セルを用いた液晶パネルや、デジタルマイクロミラー
デバイス(DMD:Digital Micromirror Device)を用
いた表示器等、あらゆるものが適用可能である。また、
近年では、マイクロマシンによるアクティブ駆動のグレ
ーティングを用いたグレーティングライトバルブ(GL
V)と呼ばれる表示器が開発されており、このGLVを
空間変調器2として用いるようにしてもよい。GLV
は、継ぎ目なく鮮明で明るい画像を表示できると共に高
速動作が可能であり、また、マイクロマシン技術を用い
て安価に製造できるといった長所を有しており、空間変
調器2として好適である。
【0025】空間変調器2に入射したレーザ光は、この
空間変調器2により、表示すべき画像データに応じて変
調された上で、この空間変調器2から出射されることに
なる。空間変調器2から出射されたレーザ光は、リレー
レンズ8を介して、ガルバノミラー9に照射される。そ
して、ガルバノミラー9により反射されたレーザ光が、
投影レンズ10を介してスクリーン3に照射される。
【0026】これにより、空間変調器2からの一次元の
像がリレー結像され、スクリーン3上に投影されること
になる。そして、ガルバノミラー9が空間変調器2と同
期して駆動され、ガルバノミラー9により反射されたレ
ーザ光の進行方向が変化することで、空間変調器2から
の一次元の像がスクリーン3上で走査され、スクリーン
3に二次元の画像が表示されることになる。
【0027】このスクリーン3に表示された画像は、空
間変調器2の各画素に対応した複数の領域の集合で1つ
の画像として構成されている。そして、この画像を構成
する複数の領域のうち、空間変調器2の隣接する画素に
対応した領域には、偏光方向が互いに直交する光が照射
されているので、これらの領域同士が相互に干渉するこ
とはなく、これらの領域間の干渉に起因するスペックル
ノイズは発生しない。したがって、この画像表示装置1
によれば、スペックルノイズの発生が大幅に抑制された
高品位な画像を表示することが可能となる。
【0028】ここで、空間変調器2の隣接する画素に入
射される光の偏光方向が互いに直交するように、レーザ
光源4から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布を変
換する偏光分布変換手段5の具体的な構成例について説
明する。
【0029】偏光分布変換手段5は、例えば、図3に示
すような液晶セル20を用いることで実現できる。この
図3に示す液晶セル20は、光配向と液晶を用いて入射
光の偏光方向を空間的に制御するようにしたものであ
り、透明電極(ITO)21a,21bと配向膜22
a,22bとがそれぞれ形成された一対のガラス基板2
3a,23bが、互いの配向膜22a,22bが相対向
するように、スペーサ24を介して突き合わされ、これ
ら一対のガラス基板23a,23bの間の間隙に液晶2
5が充填されて、シーリング部材26により封止された
構造を有している。
【0030】この液晶セル20の配向膜22a,22b
は、図4に示すように、空間変調器2の各画素に対応し
た複数の配向領域を有しており、互いに隣接する領域A
と領域Bとではその配向方向が異なるように形成されて
いる。このような配向膜22a,22bは、直線偏光の
紫外線を用いた露光を行う光配向法によって容易に作製
することができる。直線偏光の紫外線を配向膜22a,
22bに照射させると、配向膜22a,22b表面の高
分子が紫外線の偏光方向とは垂直方向に配向する。した
がって、紫外線の偏光方向を制御しながら、領域Aと領
域Bとに異なる偏光方向の紫外線を照射させるようにす
れば、領域Aと領域Bとで配向方向が異なる配向膜22
a,22bを容易に作製することができる。
【0031】なお、このような配向膜22a,22bを
有する液晶セル20を組み立てる際には、一対のガラス
基板23a,23bの相対的な位置合わせを正確に行う
ことが要求されるが、これら一対のガラス基板23a,
23bの周辺部に例えば十字型のマーカ等を形成してお
き、このマーカを基準として位置合わせを行うようにす
れば、これら一対のガラス基板23a,23bの正確な
位置合わせを適切且つ簡便に行うことができる。
【0032】このような配向膜22a,22bを有する
液晶セル20では、電界が印加されない状態において
は、配向膜22a,22b間の液晶25の分子が、これ
ら配向膜22a,22bの配向方向に沿って配列する。
すなわち、配向膜22a,22bの領域A間に位置する
液晶分子と、配向膜22a,22bの領域B間に位置す
る液晶分子は、互いに異なった方向に配列することにな
る。ここで、配向膜22a,22bの各配向領域は、上
述したように空間変調器2の1つの画素に対応している
ので、配向膜22a,22b間の液晶5の分子は、空間
変調器2の隣接する画素に対応した部分毎に、互いに異
なる方向に配列することになる。
【0033】そして、この液晶セル20では、透明電極
21a,21b間に電界が印加されると、液晶25の分
子の配向方向が連続的に且つ徐々に電界が印加される方
向と平行な方向へと変化していくことになる。したがっ
て、透明電極21a,21b間に適切な電界を印加すれ
ば、液晶25の分子の配向方向を配向膜22a,22b
の各領域に対応した部分毎に適切に制御して、液晶25
による複屈折量を調整し、入射光の空間的な偏光分布を
変換することができる。
【0034】具体的には、配向膜22a,22bの領域
A間に位置する液晶25が二分の一波長板として機能
し、配向膜22a,22bの領域B間に位置する液晶2
5が一波長板として機能するように、又は、配向膜22
a,22bの領域A間に位置する液晶25が一波長板と
して機能し、配向膜22a,22bの領域B間に位置す
る液晶25が二分の一波長板として機能するように、透
明電極21a,21b間に適切な電界を印加するように
すれば、この液晶セル20を上述した偏光分布変換手段
5として機能させ、空間変調器2の隣接する画素に入射
される光の偏光方向が互いに直交するように、レーザ光
源4から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布を変換
することができる。そして、このような液晶セル20を
用いて上述した画像表示装置1を構成すれば、スペック
ルノイズの発生が大幅に抑制された高品位な画像を表示
することができる。
【0035】なお、空間変調器2として液晶パネルを用
いる場合には、この液晶パネルを上述した液晶セル20
と同様の構成とすることにより、空間変調器2自体に偏
光分布変換手段5としての機能を持たせることも可能で
ある。なお、以上のような液晶セル20の基本的な構成
及びその原理は、特開2000−122062号公報に
て開示されている。
【0036】また、偏光分布変換手段5は、例えば、図
5に示すように、マイクロレンズアレイ31,32を用
いてビーム径を変換するビームエキスパンダアレイ30
と、複屈折性光学結晶33とを用いて実現することもで
きる。
【0037】ビームエキスパンダアレイ30は、焦点距
離が2sである第1のマイクロレンズアレイ31と、焦
点距離がsである第2のマイクロレンズアレイ32とが
組み合わされてなるものであり、第1のマイクロレンズ
アレイ31に入射した光を、ビーム径を約1/2に変換
した上で第2のマイクロレンズアレイ32から出射させ
る。
【0038】このビームエキスパンダアレイ30により
ビーム径が変換された光の光路上に複屈折性光学結晶3
3を配設し、このビーム径が変換された光を複屈折性光
学結晶33内に入射させると、この複屈折性光学結晶3
3の複屈折によって、入射した光の互いに直交する偏光
成分が空間的に分離されることになる。そして、複屈折
性光学結晶33を透過した光は、偏光方向が直交する光
が互いに隣接した状態で、複屈折性光学結晶33から出
射されることになる。すなわち、ビームエキスパンダア
レイ30と複屈折性光学結晶33とを順次透過した光
は、隣接した領域の偏光方向が互いに直交するような空
間的な偏光分布を有することになる。
【0039】したがって、ビームエキスパンダアレイ3
0を構成する第1のマイクロレンズアレイ31と第2の
マイクロレンズアレイ32や、複屈折性光学結晶33の
光学設計を適切に行い、複屈折性光学結晶33から出射
される光の1つ1つの領域が空間変調器2の各画素にそ
れぞれ対応するようにすれば、これらビームエキスパン
ダアレイ30と複屈折性光学結晶33とを上述した偏光
分布変換手段5として機能させ、空間変調器2の隣接す
る画素に入射される光の偏光方向が互いに直交するよう
に、レーザ光源4から出射されたレーザ光の空間的な偏
光分布を変換することができる。そして、このようなビ
ームエキスパンダアレイ30と複屈折性光学結晶33を
用いて上述した画像表示装置1を構成すれば、スペック
ルノイズの発生が大幅に抑制された高品位な画像を表示
することができる。
【0040】以上詳細に説明したように、本発明を適用
した画像表示装置1は、空間変調器2の隣接する画素に
入射される光の偏光方向が互いに直交するように、レー
ザ光源4から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布を
偏光分布変換手段5により変換した上で、この空間的な
偏光分布が変換されたレーザ光を空間変調器2に入射さ
せ、この空間変調器2により変調されたレーザ光をスク
リーン3に照射させて、スクリーン3に画像を表示する
ようにしているので、スペックルノイズの発生を大幅に
抑制して、高品位な画像をスクリーン3に表示すること
ができる。
【0041】なお、以上は、本発明の特徴を分かり易く
説明するために、1つのレーザ光源4を用いた光学系の
みを図示して説明したが、R,G,Bの各色に対応した
レーザ光源をそれぞれ用い、これら各レーザ光源からの
レーザ光の空間的な偏光分布を偏光分布変換手段により
それぞれ変換した上で、空間的な偏光分布が変換された
各レーザ光をそれぞれ空間変調器にて変調してスクリー
ンに照射させれば、高品位なカラー画像をスクリーンに
表示することが可能となる。
【0042】また、以上は、空間変調器2からの一次元
の像をスクリーン3上に投影し、この一次元の像をスク
リーン3上で走査させることによって、スクリーン3上
に二次元の画像を表示させるようにした画像表示装置1
を例示して説明したが、空間変調器からの二次元の像を
スクリーン上に投影することで、スクリーンに二次元の
画像を表示させるようにしてもよい。この場合、レーザ
光源から出射されたレーザ光の空間的な偏光分布は、偏
光分布変換手段によって、互いに直交する偏光成分が縦
方向及び横方向に交互に並び、全体として市松模様とな
るような分布に変換されることになる。
【0043】また、以上は、直線偏光(p偏光、s偏
光)の空間的な偏光分布を変換する場合を例に挙げて説
明したが、本発明は、円偏光の空間的な偏光分布を変換
することでも同様の効果を奏することができる。この場
合、光源から出射された光は、偏光分布変換手段によっ
て、右回りの円偏光と左回りの円偏光とが交互に並ぶよ
うに、その空間的な偏光分布が変換されることになる。
【0044】また、以上は、空間変調器2により変調さ
れた光をスクリーン3上に投影することで、スクリーン
3に画像を表示する画像表示装置1を例示して説明した
が、本発明は、以上の例に限定されるものではなく、空
間変調器を用いて画像を表示するあらゆる画像表示装置
に有効に適用可能である。また、例えば、レーザ光源を
用いたプロジェクションディスプレイのように画像表示
を主目的とした装置のみならず、レーザプリンタや、映
画フィルム等の記録媒体にデータを記録する記録装置の
ように、表示した画像の記録を主目的とした装置に対し
ても、本発明は有効に適用可能である。
【0045】また、以上は、光源としてレーザ光を出射
するレーザ光源4を用いた画像表示装置1を例示して説
明したが、本発明は、以上の例に限定されるものではな
く、コヒーレントな光を出射する光源を備えたあらゆる
画像表示装置に有効に適用可能である。
【0046】
【発明の効果】本発明に係る画像表示装置は、空間変調
器の隣接する画素に入射される光の偏光方向が互いに直
交するように、光源から出射された光の空間的な偏光分
布を偏光分布変換手段により変換した上で、この光を空
間変調器に入射させ、この空間変調器により変調された
光を用いて画像を表示するようにしているので、スペッ
クルノイズの発生を大幅に抑制して、高品位な画像を表
示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する模式図である。
【図2】本発明を適用した画像表示装置の光学系の一構
成例を示す模式図である。
【図3】偏光分布変換手段として用いられる液晶セルの
断面図である。
【図4】上記液晶セルが備える配向膜の平面図である。
【図5】ビームエキスパンダアレイと複屈折性光学結晶
とを偏光分布変換手段として機能させた様子を示す模式
図である。
【符号の説明】
1 画像表示装置、 2 空間変調器、 3 スクリー
ン、 4 レーザ光源、 5 偏光分布変換手段、 2
0 液晶セル、 21a,21b 透明電極、22a,
22b 配向板、 23a,23b ガラス基板、 2
5 液晶、30 ビームエキスパンダアレイ、 33
複屈折性光学結晶
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/74 G02F 1/1335 530 Fターム(参考) 2H049 BA05 BA42 BA46 BB05 BC22 2H091 FA10Z FA29Z FA46Z LA16 LA30 MA07 5C058 AA06 BA23 BA33 EA05 EA12 EA26 5G435 BB12 BB17 FF05 FF11 GG23 GG28 LL15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源から出射され、空間変調器にて変調
    された光により画像を表示する画像表示装置において、 上記空間変調器の隣接する画素に入射される光の偏光方
    向が互いに直交するように、上記光源から出射された光
    の空間的な偏光分布を変換する偏光分布変換手段を備え
    ることを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】 上記偏光分布変換手段は、上記空間変調
    器の各画素に対応した複数の配向領域を有する一対の配
    向膜と一対の透明電極とにより液晶が挟み込まれてなる
    液晶セルよりなり、 上記一対の配向膜の隣接する配向領域の配向方向が互い
    に異なる方向とされていると共に、上記一対の透明電極
    間に所定の電界が印加されることにより、上記空間変調
    器の隣接する画素に入射される光の偏光方向が互いに直
    交するように、上記光源から出射された光の空間的な偏
    光分布を変換することを特徴とする請求項1記載の画像
    表示装置。
  3. 【請求項3】 上記偏光分布変換手段は、マイクロレン
    ズアレイを用いてビーム径を変換するビームエキスパン
    ダアレイと、複屈折性光学結晶とを備え、 上記ビームエキスパンダアレイによりビーム径が約半分
    とされた複数のビームを上記複屈折性光学結晶内に入射
    させ、この複屈折性光学結晶の複屈折によって入射した
    各ビームの互いに直交する偏光成分を分離することで、
    上記空間変調器の隣接する画素に入射される光の偏光方
    向が互いに直交するように、上記光源から出射された光
    の空間的な偏光分布を変換することを特徴とする請求項
    1記載の画像表示装置。
  4. 【請求項4】 上記光源がレーザ光を出射することを特
    徴とする請求項1記載の画像表示装置。
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