JP2014098754A

JP2014098754A - レーザディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2014098754A
Application number: JP2012249360A
Authority: JP
Inventors: Jun Miyatsu; 純宮津; Kaneyuki Imai; 欽之今井; Tsutomu Shimura; 努志村; Kazuo Kuroda; 和男黒田; Takashi Fujimura; 隆史藤村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; University of Tokyo NUC
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; University of Tokyo NUC
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】可動部のないスペックルノイズ除去機構を備えたレーザディスプレイ装置を提供すること。
【解決手段】レーザ光を出力するレーザ光源１１と、該レーザ光源１１から出力されたレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とすることによりスペックルノイズを除去するスペックルノイズ除去機構と、前記拡散光をコリメートするコリメートレンズ１４と、前記コリメートされた光を選択的にスクリーンに投射することにより所望の画像をディスプレイ表示するディスプレイ表示手段とを備えたレーザディスプレイ装置において、前記スペックルノイズ除去機構は、２次元光偏向器１８と拡散板１３とを有し、２次元光偏向器１８で前記レーザ光源１１から出力されたレーザ光を２次元的に走査して前記拡散板１３の異なる位置に出力し、拡散板１３の位置に応じて異なる程度で拡散された拡散光を出力することによりレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とするレーザディスプレイ装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザディスプレイ装置に関し、より詳細には、スペックルノイズ除去機構を備えたレーザディスプレイ装置に関する。

レーザディスプレイは、低消費電力である、色再現性が原理的に優れている、プロジェクターの小型化が可能である、という特徴を備えているため、近年注目されている。一方で、レーザディスプレイでは、光源にレーザを用いているため、コヒーレントなレーザ光がスクリーンの微小凹凸の干渉によって生じる斑点状の画像ノイズである「スペックルノイズ」が発生し、画質を著しく劣化させるといった問題があることが知られている。

この「スペックルノイズ」を除去して画質の劣化を抑制するための構成として、図１に示すような、光偏向器と拡散板とを組み合わせてスペックルノイズ除去を行うレーザディスプレイ装置が提案されている。このレーザディスプレイ装置では、レーザ光源１１から出力されたレーザ光が拡散板１３によって拡散された後、レンズ１４により２次元空間変調素子１５に向けられる。２次元空間変調素子１５では、受け取った光のうちディスプレイ表示する光のみを選択的に透過させて投影レンズ１６に入力し、投影レンズ１６に入力された光がスクリーン１７に投影されることによりディスプレイ表示が行われる。

図１に示す２次元空間変調素子を用いるレーザディスプレイにおいては、振動手段１２によって拡散板１３を振動させることによりスペックルノイズの低減が試みられている。

黒田和男ほか編、「解説レーザディスプレイ」、オプトロニクス社、２０１０年

このように２次元空間変調素子を用いるレーザディスプレイにおいては、図１に示すように拡散板を振動させることによりスペックルノイズの低減が試みられているが、振動させるための可動部分を持つので、信頼性が損なわれ、また小型化が困難であるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動部のないスペックルノイズ除去機構を備えたレーザディスプレイ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施態様は、レーザ光を出力するレーザ光源と、該レーザ光源から出力されたレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とすることによりスペックルノイズを除去するスペックルノイズ除去機構と、前記拡散光をコリメートするコリメートレンズと、前記コリメートされた光を選択的にスクリーンに投射することにより所望の画像をディスプレイ表示するディスプレイ表示手段とを備えたレーザディスプレイ装置において、前記スペックルノイズ除去機構は、２次元光偏向器と拡散板とを有し、２次元光偏向器で前記レーザ光源から出力されたレーザ光を２次元的に走査して前記拡散板の異なる位置に出力し、拡散板の位置に応じて異なる程度で拡散された拡散光を出力することによりレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とすることを特徴とするレーザディスプレイ装置である。

本発明によれば、レーザ光源からの光を２次元光偏向器により拡散板内で２次元走査することで、拡散板を透過した照明光の空間的コヒーレンスを低下させ、スペックルノイズを低減することが可能となる。

従来のレーザディスプレイ装置を示す図である。本発明のレーザディスプレイ装置の一例を示す図である。本発明のレーザディスプレイ装置で用いられる２次元光偏向器の構成を示す図である。本発明のレーザディスプレイ装置の他の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図２に、本発明のレーザディスプレイ装置の概略構成を示す。レーザディスプレイ装置は、図２に示すように、レーザ光源１１と、２次元光偏向器１８と、拡散板１３と、コリメートレンズ１４と、２次元空間変調素子１５と、投影レンズ１６と、スクリーン１７とを備えて構成されている。

レーザ光源１１は、例えば赤色、緑色、青色等の半導体レーザから構成される。任意の種類のレーザを用いることができるが、緑色レーザとしては波長変換レーザを用いてもよい。

２次元光偏向器１８は、レーザ光源１１から出力された光を２次元に走査しながら拡散板１３に入射させる。２次元光偏向器１８としては、２次元偏向が可能な偏向素子を用いてもよいし、図３に示すように、１次元の光偏向素子を２つ組み合わせて構成してもよい。

図２に、広角・高速光走査が可能なＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光偏向素子により構成された２次元光偏向器を示した。２つのＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）結晶２１、２５のそれぞれに金属電極２２、２３、２６、２７で形成される金属電極の対が設けられている。この電極対２２、２３、２６、２７に電圧を印加することで、Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）結晶２１でｙ方向の光偏向が、Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）結晶２５でｘ方向の光偏向が得られる。広角な光偏向を引き起こすには、結晶に印加される電界と平行な偏光の光を入射する必要があるため、入射光の偏光方向はｙ方向とし、Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）結晶２１を通過後は半波長板２４により偏光方向はｘ方向としている。

拡散板１３は、入射された光を、入射された位置に応じて異なる程度で拡散する。拡散された拡散光はコリメートレンズ１４に入力するよう設定されている。拡散板１３としては、市販の拡散板を用いることができるが、ホログラムを用いることが好ましい。拡散板１３としてホログラムを用いると、レンズ１４との相対的な大きさや距離を自由に設定しても、レンズ１４からはずれる光をなくすことができるため、光量が無駄にならず、また光量の時間的揺らぎを抑制することが可能となる。ホログラムのパターンを設定することにより拡散の程度を制御することができるからである。拡散板１３としてホログラムを用いない場合は、拡散板１３はコリメートレンズ１４との相対的な大きさや距離を調整することにより拡散された拡散光はコリメートレンズ１４に入力するよう設定される。

コリメートレンズ１４に入力された光は、コリメートされて、２次元空間変調素子１５に入力される。２次元空間変調素子１５としては、たとえば透過型液晶のＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon）を用いることができる。２次元空間変調素子１５は、入力された光のうちディスプレイ表示する光のみを選択的に透過させて投影レンズ１６に入力する。ディスプレイ表示する光が、投影レンズ１６に入力されると、ディスプレイ１７に投影されることにより、所望の画像のディスプレイ表示が行われる。

図２に示す構成のレーザディスプレイ装置では、２次元光偏向器１８により２次元走査されたレーザ光は時間的に拡散板１３の違う場所にあたるため、拡散板１３を透過した照明光は空間的コヒーレンスが低下する。この構成によりスクリーンの微小凹凸の干渉が抑制でき、スペックルノイズを低減することが可能となる。具体的には、拡散板１３へ入射されるレーザ光のスポットの面積がＳ１であり、１フレーム中に光偏向器により走査できる拡散板１３内の面積がＳ２であるとすると、スペックルノイズコントラストＣは、Ｃ＝（Ｓ１／Ｓ２）^1/2に低減される。よって、スペックルノイズコントラストを低減するには、１フレーム中に走査できるスポットの数を増やせればよいことがわかる。つまり広角・高速光走査が可能な２次元光偏向器１８を用いることで、より効果的にスペックルノイズを低減することができる。

上記レーザディスプレイ装置では、２次元空間変調素子１５として透過型液晶のＨＴＰＳを用いる場合を例に挙げて説明したが、図４に示すように構成を変更することにより、２次元空間変調素子１９として反射型の空間変調素子である反射型液晶のＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）や、反射型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いることも可能である。

本発明のレーザディスプレイ装置の効果を例証するために、図２と同様の構成のレーザディスプレイ装置を作成した。レーザ光源は、赤色が波長６４０ｎｍ、緑色が波長５１５ｎｍ、青色が波長４５０ｎｍの半導体レーザとした。２次元光偏向器としては図２と同様の２つのＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光偏向素子を用いた。拡散板として、ホログラムを用いて光がコリメートレンズを外れないようにした。拡散板内のスポット点数は１００×１００点とした。２次元空間変調素子としては、透過型液晶のＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon）を用い、フレームレートは６０ｆｐｓとした。

上記構成のレーザディスプレイ装置により、１段目のＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光偏向素子２１を３０Ｈｚで走査し、２段目のＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光偏向素子２５を３ｋＨｚで走査してラスタースキャンを行い、１フレーム中に１００×１００点の走査を行った。その結果、スペックルノイズコントラストを１/１００に低減することができた。

１１レーザ光源
１８２次元光偏向器
１３拡散板
１４レンズ
１５、１９２次元空間変調素子
１６投影レンズ
１７スクリーン
２１、２５Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）結晶
２２、２３、２６，２７電極
２４半波長板

Claims

レーザ光を出力するレーザ光源と、
該レーザ光源から出力されたレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とすることによりスペックルノイズを除去するスペックルノイズ除去機構と、
前記拡散光をコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートされた光を選択的にスクリーンに投射することにより所望の画像をディスプレイ表示するディスプレイ表示手段とを備えたレーザディスプレイ装置において、
前記スペックルノイズ除去機構は、２次元光偏向器と拡散板とを有し、２次元光偏向器で前記レーザ光源から出力されたレーザ光を２次元的に走査して前記拡散板の異なる位置に出力し、拡散板の位置に応じて異なる程度で拡散された拡散光を出力することによりレーザ光を空間的コヒーレンスが低下した拡散光とすることを特徴とするレーザディスプレイ装置。
前記２次元光偏向器は、２つのＫ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１）光偏向素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザディスプレイ装置。
前記拡散板はホログラムであり、該ホログラムは、拡散した光が前記コリメートレンズに入力するようにパターンが設定されていることを特徴とする請求項２記載のレーザディスプレイ装置。