JP2002072360A - 画像表示装置 - Google Patents

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と共に、簡素な構成で多色の
画像を表示するを可能にする。 【解決手段】 例えば２枚のシリンドリカルレンズ６，
７よりなるビーム形状変換手段により線状のビーム形状
に変換された３原色のレーザ光を、空間変調器２の空間
的に離れた位置にそれぞれ照射させて、この空間変調器
２の空間的に離れた位置の線状領域を同時に照明する。
そして、ガルバノミラー等よりなる光偏向手段を動作さ
せることで、空間変調器２に照射される各レーザ光の照
射位置を同時に移動させて空間変調器２の全面を走査さ
せることで、多色の二次元画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間変調器を用い
て画像の表示を行う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の像をスクリーンに投影して、
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】また、このようなプロジェクションディス
クプレイにおいて、カラー画像のように多色の表示を行
う場合には、これまで、各色に対応した複数の空間変調
器を設けて、これら複数の空間変調器の像をスクリーン
上で結合させ、スクリーン上に多色の画像を表示するよ
うにしたものが一般的であった。

【０００９】しかしながら、複数の空間変調器の像をス
クリーン上で結合させて多色の画像を表示する場合、各
空間変調器間の相対位置が僅かにでもずれると、スクリ
ーンに投影された各色の像が適切に合致せずに、表示さ
れる画像の画質が大幅に劣化することになる。このた
め、各空間変調器の位置調整を極めて高精度に行う必要
があり、このことが、装置の組み立てコストの上昇を招
き、結果的に装置全体のコストアップにつながってい
た。

【００１０】また、複数の空間変調器が必要であること
自体、装置全体のコストアップを招く一因となってお
り、また、装置の小型化を図る上での障害となってい
た。

【００１１】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と共に、簡素
な構成で多色の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。

【００１２】

【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、二次元の画像を表示する空間変調器と、互いに異
なる波長の光を出射する複数の光源と、上記複数の光源
から出射された光のビーム形状をそれぞれ変換し、これ
らビーム形状が変換された複数の光を上記空間変調器の
空間的に離れた位置にそれぞれ照射させて、この空間変
調器の空間的に離れた位置の線状の領域を同時に照明す
ると共に、上記空間変調器に照射される複数の光の照射
位置を同時に移動させて、上記空間変調器の全面を走査
させる走査照明手段とを備えることを特徴としている。

【００１３】この画像表示装置においては、複数の光源
から互いに異なる波長の光が出射される。これらの光
は、走査照明手段によって、ビーム形状が変換された状
態で、空間変調器の空間的に離れた位置にそれぞれ照射
される。これにより、空間変調器の空間的に離れた位置
の線状領域が同時に照明されることになる。そして、空
間変調器に照射される複数の光の照射位置が、走査照明
手段によって同時に移動されて、空間変調器の全面が走
査されることにより、空間変調器に二次元の画像が表示
されることになる。

【００１４】この画像表示装置によれば、光源からの光
により照明される空間変調器の照明領域が一次元の線状
領域であるので、この線状領域の線幅方向における光の
干渉が十分に抑制されることになる。したがって、レー
ザ光のようにコヒーレント光を出射するものを光源とし
て用いた場合であっても、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。

【００１５】また、この画像表示装置によれば、互いに
異なる波長の光を空間変調器の空間的に離れた位置にそ
れぞれ照射させて空間変調器を照明するようにしている
ので、単一の空間変調器で多色の画像を表示することが
可能である。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明を適用した画像表示装置の一構成例
を図１に示す。この図１に示す画像表示装置１は、空間
変調器２からの像をスクリーン３に投影して、スクリー
ン３上に多色の二次元画像を表示させるようにしたもの
であり、空間変調器２を照明するための光源として、Ｒ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色のレーザ光を各々
出射する３つのレーザ光源１１，１２，１３を備えてい
る。

【００１８】この画像表示装置１において、これら３つ
のレーザ光源１１，１２，１３から出射された３原色の
レーザ光は、それぞれレンズ４を介して、例えばガルバ
ノミラー５等よりなる光偏向器に照射され、進行方向が
制御される。

【００１９】光偏向器は、３つのレーザ光源１１，１
２，１３から出射された３原色のレーザ光の進行方向を
制御して、これら３原色のレーザ光を空間変調器２上で
走査させるためのものである。例えば、光偏向器として
ガルバノミラー５を用いた場合には、このガルバノミラ
ー５の反射面の傾斜角を、図１中矢印Ａで示す方向に変
化させることによって、この反射面にて反射された３原
色のレーザ光を空間変調器２上にて、図１中矢印Ｂで示
す方向に走査させることができる。なお、光偏向器とし
ては、ガルバノミラー５の他にポリゴンミラー等を用い
るようにしてもよい。また、ガルバノミラー５やポリゴ
ンミラー等のような反射型のものに限らず、透過型、屈
折型、回折型等、あらゆるタイプの光偏向器が適用可能
であり、例えば、音響光学偏向器（ＡＯＤ：Acoustoopt
ic Deflector）や電気光学偏向器（ＥＯＤ：Electroopt
ic Deflector）等を光偏向器として用いるようにしても
よいし、また、これらを組み合わせて用いるようにして
もよい。

【００２０】光偏向器５により進行方向が制御された３
原色のレーザ光は、例えば２枚のシリンドリカルレンズ
６，７等よりなるビーム形状変換手段を通過する。ビー
ム形状変換手段は、これら３原色のレーザ光のビーム形
状を、それぞれ線状のビーム形状に変換するものであ
る。そして、ビーム形状変換手段により線状のビーム形
状に変換された３原色のレーザ光が、空間変調器２にそ
れぞれ照射されることで、図２に示すように、空間変調
器２の空間的に離れた位置の線状の領域が同時に照明さ
れることになる。

【００２１】なお、ビーム形状変換手段としては、２枚
のシリンドリカルレンズ６，７に限らず、線状のビーム
形状が得られるものであれば、いかなるものを用いるよ
うにしてもよい。例えば、プリズムや屈折型レンズ、回
折型光学素子等をビーム形状変換手段として適宜用い
て、線状のビーム形状を得るようにしてもよい。また、
ビーム形状の最適化や光量の最適化を図るために、アパ
ーチャ若しくは絞りを用いることも有効である。これら
は比較的自由な設計が可能であるので、これらを用いて
ビーム形状変換手段を構成すれば、３原色のレーザ光の
ビーム形状を、例えば空間変調器２の形状等に応じて最
適な形状に変換することができる。特に、これら３原色
のレーザ光により照明される空間変調器２の線状照明領
域の線幅が狭いほど、後述するように、スペックルノイ
ズの発生が抑えられ、また、時間積分による効果が大き
くなるので、ビーム形状変換手段にアパーチャや絞りを
用いて、ビーム形状の最適化を図ることは非常に有効で
ある。

【００２２】この画像表示装置１においては、以上のよ
うに、３つのレーザ光源１１，１２，１３から出射され
た３原色のレーザ光が、ガルバノミラー５等よりなる光
偏向器により進行方向が制御され、２枚のシリンドリカ
ルレンズ６，７等よりなるビーム形状変換手段により線
状のビーム形状に変換された上で、空間変調器２の空間
的に離れた位置に同時に照射されることで、空間変調器
２の空間的に離れた位置の線状の領域（線状照明領域）
が同時に照明されることになる。そして、ガルバノミラ
ー５等よりなる光偏向器が空間変調器２と同期して駆動
され、３原色のレーザ光の進行方向がそれぞれ変化する
ことで、空間変調器２に照射される３原色のレーザ光の
照射位置が同時に移動し、空間変調器２の全面が走査さ
れることになる。

【００２３】すなわち、この画像表示装置１において
は、ガルバノミラー５等よりなる光偏向器と、２枚のシ
リンドリカルレンズ６，７等よりなるビーム形状変換手
段とが、３つのレーザ光源１１，１２，１３から出射さ
れた３原色のレーザ光のビーム形状をそれぞれ変換し、
これらビーム形状が変換された３原色のレーザ光を空間
変調器２の空間的に離れた位置にそれぞれ照射させて、
この空間変調器２の空間的に離れた位置の線状の領域を
同時に照明すると共に、空間変調器２に照射される３原
色のレーザ光の照射位置を同時に移動させて、空間変調
器２の全面を走査させる走査照明手段として機能するこ
とになる。

【００２４】空間変調器２は、表示すべき画像のデータ
に応じて駆動されることによって二次元の画像を表示さ
せるものである。本発明を適用した画像表示装置１にお
いては、単一の空間変調器２を用いて多色の画像を表示
するようにしているので、空間変調器２としては、高速
変調が可能なもの、具体的には、例えば通常のビデオレ
ートの３倍くらいの変調速度を有するものが用いられ
る。

【００２５】このような空間変調器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 Devic
e）を用いた表示器等で高速変調可能に構成されたもの
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（ＧＬＶ）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変調が可能であり、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。

【００２６】なお、空間変調器２としては、これら透過
型のものに限らず、反射型、屈折型、回折型等、あらゆ
るタイプのものが適用可能である。また、固定パターン
の像を表示させる場合には、空間変調器２として、マス
クやホログラム等を用いるようにしてもよい。

【００２７】線状のビーム形状に変換された３原色のレ
ーザ光によって照明される空間変調器２の像は、投影レ
ンズ８等よりなる投影手段によってスクリーン３に投影
される。したがって、線状のビーム形状に変換された３
原色のレーザ光が空間変調器２の全面を走査することで
空間変調器２に表示されることになる多色の二次元画像
は、投影レンズ８等よりなる投影手段によりスクリーン
３に投影されることになる。これにより、スクリーン３
上に多色の二次元画像が表示されることになる。

【００２８】なお、ここでは、空間変調器２の像をスク
リーン３に投影する投影手段を１枚の投影レンズ８によ
り構成した例について示したが、投影手段は、空間変調
器２の像をスクリーン３に投影できるものであればいか
なる構成とされていてもよい。また、投影手段として
は、投影レンズ８のような透過型のものに限らず、反射
型のものや、透過型と反射型とを組み合わせたものであ
ってもよい。特に、空間変調器２を照明するための光と
して、使用波長における適当な光学材料が限定される赤
外光や紫外光等を用いる場合や、空間変調器２を照明す
るための光を出射する光源の波長幅が広い場合には、色
収差が発生しない反射光学系を組み合わせて投影手段を
構成することが非常に有効である。

【００２９】ここで、本発明を適用した画像表示装置１
において、線状のビーム形状に成形された３原色のレー
ザ光を用いて単一の空間変調器２を照明することで、ス
クリーン３に多色の二次元画像を表示する原理につい
て、図３を参照して説明する。なお、ここでは、本発明
の原理を分かり易く説明するために、６行分の空間変調
器２を図示して説明するが、この原理を任意のスケール
に拡張することが可能であることは勿論である。

【００３０】３つのレーザ光源１１，１２，１３から出
射された３原色のレーザ光は、上述したように、ガルバ
ノミラー５等よりなる光偏向器により進行方向が制御さ
れ、２つのシリンドリカルレンズ６，７等よりなるビー
ム形状変換手段により線状のビーム形状に変換される。
そして、例えば、これらのうち、線状のビーム形状に変
換された赤色レーザ光が光変調器２の第１行目に照射さ
れ、この第１行目が赤色レーザ光により照明される。ま
た、線状のビーム形状に変換された緑色レーザ光が光変
調器２の第３行目に照射され、この第３行目が緑色レー
ザ光により照明される。更に、線状のビーム形状に変換
された青色レーザ光が光変調器２の第５行目に照射さ
れ、この第５行目が青色レーザ光により照明される。こ
のとき、光変調器２が表示すべき画像のデータに応じて
駆動されることで、第１行目の各画素が、表示すべき画
像の赤色成分を表示し、第３行目の各画素が、表示すべ
き画像の緑色成分を表示し、第５行目の各画素が、表示
すべき画像の青色成分を表示することになる。空間変調
器２の第１行目、第３行目、第５行目に表示された各色
の成分は、投影レンズ８等よりなる投影手段によりスク
リーン３に投影される。

【００３１】そして、ガルバノミラー５等よりなる光偏
向器が空間変調器２に同期して駆動されることで、３原
色のレーザ光の進行方向がそれぞれ変化し、線状のビー
ム形状に変換された３原色のレーザ光の空間変調器２に
対する照射位置が、図３中矢印Ｃで示す方向に同時に移
動する。そして、線状のビーム形状に変換された赤色レ
ーザ光により空間変調器２の第２行目が照明され、線状
のビーム形状に変換された緑色レーザ光により第４行目
が照明され、線状のビーム形状に変換された青色レーザ
光により第６行目が照明されることで、空間変調器２の
第２行目の画素が表示すべき画像の赤色成分を、第４行
目の画素が表示すべき画像の緑色成分を、第６行目の画
素が表示すべき画像の青色成分をそれぞれ表示すること
になる。そして、空間変調器２の第２行目、第４行目、
第６行目に表示された各色の成分が、投影レンズ８等よ
りなる投影手段によりスクリーン３に投影されることに
なる。

【００３２】更に、時間の経過に伴って、線状のビーム
形状に変換された３原色のレーザ光の空間変調器２に対
する照射位置が、図３中矢印Ｃで示す方向へと徐々に移
動していき、空間変調器２の各行に表示すべき画像の各
色の成分が次々に表示される。以上の動作を繰り返し
て、線状のビーム形状に成形された各色のレーザ光を、
それぞれ空間変調器２の全ての行に亘って走査させるこ
とで、最終的に、空間変調器２に多色の二次元画像が表
示され、この空間変調器２の多色の二次元画像がスクリ
ーン３に投影されて、スクリーン３上に多色の二次元画
像が表示されることになる。

【００３３】以上のように、本発明を適用した画像表示
装置１は、空間変調器２の空間的に離れた位置に３原色
のレーザ光をそれぞれ照射させ、これら３原色のレーザ
光の照射位置を同時に移動させて空間変調器２の全面を
走査させることで、単一の空間変調器２に多色の二次元
画像を表示し、この空間変調器２の像をスクリーン３に
投影することで、スクリーン３上に多色の二次元画像を
表示するようにしている。したがって、この画像表示装
置１においては、各色に対応した複数の空間変調器を設
けて、これら複数の空間変調器の像をスクリーン上で結
合させることで、スクリーン上に多色の二次元画像を表
示するようにした画像表示装置に比べて、部品点数を削
減して、装置全体の小型化や低コスト化を図ることが可
能となると共に、複数の空間変調器間の位置合わせが不
要となるので、装置の組立コストを削減して、更なる低
コスト化を図ることが可能となる。

【００３４】また、本発明を適用した画像表示装置１に
おいては、線状のビーム形状に変換されたレーザ光を空
間変調器２に照射させて、空間変調器２の一次元の線状
領域を照明し、このレーザ光の照射位置を移動させて空
間変調器２の全面を走査することで、スクリーン３に二
次元の画像を表示させ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。すなわち、この画像表示装置１にお
いては、レーザ光によって照明される空間変調器２の照
明領域が一次元の線状領域であり、この一次元の線状領
域の像がスクリーン３に投影され、空間変調器２の全面
をレーザ光が走査することで、スクリーン３に二次元の
画像が表示される。したがって、線状領域の線幅を十分
に絞り込むようにすれば、線幅方向におけるレーザ光の
干渉が十分に抑制され、スペックルノイズの発生に寄与
するのは、線状領域の長手方向におけるレーザ光の干渉
だけとなり、スペックルノイズの発生が大幅に抑制され
ることになる。

【００３５】また、この画像表示装置１においては、線
状のビーム形状に変換されたレーザ光を走査することで
二次元の画像が表示されるので、表示される二次元の画
像が時間積分による効果を受けることになる。したがっ
て、この画像表示装置１では、均一な照明状態を容易に
得ることができ、更に高品位な画像を表示することが可
能となる。

【００３６】なお、以上は、本発明を適用した画像表示
装置の一例であって、本発明は以上の例に限定されるも
のではなく、目的に応じて種々の変更が可能である。例
えば、以上の例では、３つのレーザ光源１１，１２，１
３から出射された３原色のレーザ光の進行方向を、それ
ぞれ共通の光偏向器を用いて制御するようにしている
が、３原色のレーザ光の進行方向を、それぞれ個別の光
偏向器を用いて制御するようにしてもよい。この場合、
各色のレーザ光に対応した光偏向器間で電気的な同期信
号を発生させ、これら複数の光偏向器を同期させながら
駆動することにより、３原色のレーザ光を同時に走査さ
せることが可能となる。

【００３７】また、以上の例では、３つのレーザ光源１
１，１２，１３から出射された３原色のレーザ光により
空間変調器２を照明するようにしているが、更に多色の
レーザ光で空間変調器を照明するようにしてもよい。こ
れにより、表示画像の更なる高精細化を容易に実現する
ことが可能となる。

【００３８】また、以上の例では、空間変調器２を照明
するための光源としてレーザ光源１１，１２，１３を用
いるようにしているが、ランプや発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）等を光源として用いるようにしてもよい。ランプを
光源として用いる場合には、プリズムや回折格子、ホロ
グラム等の分光光学素子を用いてランプからの光のスペ
クトラムを空間的に分解した上で、上述した方法で各ス
ペクトラムの形状を線状に変換して、空間変調器上で走
査させるようにすればよい。但し、ランプを光源とした
場合には、光源の寿命が短くなり、メンテナンスが煩雑
となると共に、光学系の構成が複雑となる。また、ラン
プを光源として用いた場合も、発光ダイオードを光源と
した場合も、色再現領域が制限され、また、十分な光の
利用効率が得られない。これに対して、レーザ光源は、
比較的寿命が長く、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ので、空間変
調器２を照明するための光源として最適である。

【００３９】また、以上は、空間変調器２の像をスクリ
ーン３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、本発明は、画像の表示を主目的とした装
置のみならず、例えば、レーザプリンタのように表示し
た画像の記録を主目的とした装置等に対しても有効に適
用可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係る画像表示装置は、光源から
の光により空間変調器の一次元の線状領域を照明するよ
うにしているので、この線状領域の線幅方向における光
の干渉が十分に抑制され、レーザ光のようにコヒーレン
ト光を出射するものを光源として用いた場合であって
も、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。

【００４１】また、本発明に係る画像表示装置は、互い
に異なる波長の光を空間変調器の空間的に離れた位置に
それぞれ照射させて空間変調器を照明し、これらの光の
照射位置を同時に移動させて空間変調器の全面を走査さ
せることで画像の表示を行うようにしているので、単一
の空間変調器を用いて多色の画像を表示することが可能
となる。したがって、この画像表示装置は、多色の画像
を表示するために各色に対応した複数の空間変調器を用
いる画像表示装置に比べて、部品点数を削減して、装置
全体の小型化や低コスト化を図ることが可能となると共
に、複数の空間変調器間の位置合わせが不要となるの
で、装置の組立コストを削減して、更なる低コスト化を
図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した画像表示装置の一構成例を示
す模式図である。

【図２】上記画像表示装置の要部を拡大して示す斜視図
である。

【図３】上記画像表示装置により多色の二次元画像を表
示する原理について説明するための図である。

【符号の説明】

１ 画像表示装置、 ２ 空間変調器、 ３ スクリー
ン、 ５ ガルバノミラー、 ６，７ シリンドリカル
レンズ、 ８ 投影レンズ、 １１，１２，１３ レー
ザ光源

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元の画像を表示する空間変調器と、 互いに異なる波長の光を出射する複数の光源と、 上記複数の光源から出射された光のビーム形状をそれぞ
   れ変換し、これらビーム形状が変換された複数の光を上
   記空間変調器の空間的に離れた位置にそれぞれ照射させ
   て、この空間変調器の空間的に離れた位置の線状の領域
   を同時に照明すると共に、上記空間変調器に照射される
   複数の光の照射位置を同時に移動させて、上記空間変調
   器の全面を走査させる走査照明手段とを備えることを特
   徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 上記空間変調器の像を投影する投影手段
   を備え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】 上記複数の光源が互いに異なる波長のレ
   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。