投射型画像表示装置およびその制御方法
【課題】表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルノイズの低減率を向上させることができないという問題を解決する投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームを投射する。光路長調整部１３は、光ビームの光路長を調整する。制御部１４は、光源１１から出射された光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。
【解決手段】光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームを投射する。光路長調整部１３は、光ビームの光路長を調整する。制御部１４は、光源１１から出射された光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型画像表示装置に関し、特には、光ビームを走査してスクリーンに画像を表示する投射型画像表示装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源などの光ビームを出射する光源を有し、その光源からの光ビームを走査することで、スクリーン上に画像を投射する走査型の画像表示装置が提案されている。走査型の画像表示装置では、光ビームのコヒーレンス性に起因する斑点状のノイズが表示画像に生じるため、画質が低いという問題があった。この斑点状のノイズは、スペックルノイズと呼ばれている。
【０００３】
スペックルノイズは、光ビームを複数の光束に分割し、各光束に光路差を与えてから、各光束を重ね合わせる遅延光学系を用いることで低減することが可能になる。これは、光路差を有する光束が重ね合わさることにより、コヒーレンス性が低減するためである。
【０００４】
上記の遅延光学系に関する技術としては、特許文献１に記載の光学系、特許文献２に記載のスペックル消去光学装置、特許文献３に記載のスペックル低減装置、および、特許文献４に記載の蛍光内視鏡システムがある。
【０００５】
特許文献１に記載の光学系は、入射光を反射および透過するハーフミラーと、ハーフミラーからの反射光を再入射光としてハーフミラーに入射するミラーとを有する。ミラーは、再入射光を元の入射光の入射位置と異なる位置に入射する。これにより、ハーフミラーからの透過光は、光路差を有する複数の光束となる。
【０００６】
複数の光束は、集光レンズによって、ライトパイプまたはマルチモードファイバからなるホモジナイザの入射面に集光される。このため、ホモジナイザからの出射光は、光路差を有する複数の光束が重なり合った光となり、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【０００７】
また、特許文献２に記載のスペックル消去光学装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを反射および透過するハーフミラーと、ハーフミラーからの透過光を再入射光として再びハーフミラーに入射する光転向手段とを有する。
【０００８】
光転向手段は、再入射光のハーフミラーによる透過光の光軸と、元の光ビームのハーフミラーによる反射光の光軸とが一致するように、再入射光をハーフミラーに入射する。
【０００９】
これにより、再入射光の透過光と元の光ビームの反射光とが重なり合い、また、これらの透過光および反射光は光路差を有するので、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【００１０】
また、特許文献３に記載のスペックル低減装置は、長さの異なる複数のファイバ素線からなる光ファイバ群を有する。光ファイバ群の一方の端面が入射面とされ、他方の端面が出射面とされる。
【００１１】
光源から光ファイバ群の入射面に入射された光束は、各ファイバ素線によって分割される。各ファイバ素線によって分割された各光束は、光ファイバ群の出射面で重なり合って出射される。
【００１２】
これにより、各ファイバ素線の長さが異なるため、各ファイバ素線によって分割された各光束は、光路差を有することになる。したがって、光路差を有する複数の光束が重なり合うため、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【００１３】
また、特許文献４に記載の蛍光内視鏡システムでは、特許文献３に記載のスペックル低減装置と同様な構成を有するノイズ低減装置が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許５２２４２００号明細書
【特許文献２】特公平７−１０４５００号公報
【特許文献３】特開２００７−１９３１０８号公報
【特許文献４】特開２００８−４３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
走査型の画像表示装置において、画像を表示するためには、投射される光がビームである必要がある。ここで、ビームとは、例えば、レーザ光線のように、空間的な広がりが非常に小さく、光強度分布の変化も非常に小さい光をさす。複数のモードを有するマルチモード光でも、上記の特性を有する光は、ビームに含まれる。
【００１６】
このため、スペックルノイズを低減するための遅延光学系を走査型の画像表示装置に適用する場合、遅延光学系から出射される光もビームである必要がある。
【００１７】
特許文献１に記載の光学系では、複数の光束が集光レンズによってホモジナイザの入射面に集光されるため、ホモジナイザ内を伝搬する光は、光軸が異なる複数の光束からなる光になる。したがって、ホモジナイザからの出射光は、ビームにならない。
【００１８】
また、特許文献３および４に記載の技術では、各ファイバ素線から出射された複数の光束の光軸は一致しないので、光ファイバ群から出射される光はビームにならない。
【００１９】
したがって、特許文献１、３および４に記載の技術を、走査型の画像表示装置に適用することは困難である。
【００２０】
特許文献２に記載のスペックル消去光学装置では、再入射光の透過光の光軸と、元の光ビームの反射光の光軸とが一致するので、その透過光および反射光が重なり合った多重光はビームとなる。
【００２１】
しかしながら、スペックル消去光学装置では、多重光に含まれる透過光および反射光の光路長は互いに異なっているものの、多重光に含まれる透過光および反射光のそれぞれの光路長は一定である。光ビームの波面形状は、その光ビームの光路長に応じて決定されるので、その透過光および反射光のそれぞれのスクリーン上の波面形状は、一定になる。このため、透過光および反射光が重ね合わさった多重光のスクリーン上の波面形状も一定となる。
【００２２】
スペックルパターンは、光ビームのスクリーン上の波面形状に応じて変化するので、その波面形状が一定であると、スペックルパターンも一定となる。したがって、スペックル消去光学装置では、スペックルパターンが時間的に積分されることになり、スペックルノイズが強調される。このため、スペックルノイズの低減率が低くなるという問題があった。
【００２３】
なお、多重光に含まれる透過光および反射光の光軸をずらすことでスペックルノイズの低減率を向上させることができる。しかしながら、光軸をずらすと、多重光の口径が増大することになり、表示画像の画質が大幅に劣化する。
【００２４】
本発明の目的は、上記の課題である、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルの低減率を向上させることができないという問題を解決する投射型画像表示装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による投射型画像表示装置は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御手段と、を有する。
【００２６】
本発明による投射型画像表示装置の制御方法は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、を有する投射型画像表示装置の制御方法であって、前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御ステップを有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルの低減率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による第一の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図２】光ビームのビームウェスト付近の形状を示した説明図である。
【図３】遠視野像である光強度分布を示したグラフである。
【図４】本発明による第二の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図５】本発明による第三の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明による第四の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図７】回転ミラーの一例を模式的に示した外観図である。
【図８】本発明による第五の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図９】本発明による第六の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】制御部の構成の一例を示したブロック図である。
【図１１】投射型画像表示装置の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】投射型画像表示装置の動作の他の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】切替速度の一例を説明するための説明図である。
【図１４】切替速度の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００３０】
図１は、本発明による第一の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図１において、投射型画像表示装置１は、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４とを含む。
【００３１】
光源１１は、例えば、レーザダイオードである。なお、光源１１は、レーザダイオードに限らず適宜変更可能である。
【００３２】
光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを、光路長調整部１３を経由して投射部１２に向けて出射する。光ビームは、例えば、レーザ光であり、空間的な広がりが非常に小さい光であれば、シングルモード光でもよいしマルチモード光でもよい。
【００３３】
投射部１２は、投射手段の一例である。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームをスクリーン１００に投射する。これにより、映像信号に応じた画像がスクリーン１００に表示されることになる。
【００３４】
光路長調整部１３は、調整手段の一例である。光路長調整部１３は、光源１１および投射部１２の間に設けられる。光路長調整部１３は、光源１１から投射部１２までの光路長を調整する。
【００３５】
制御部１４は、制御手段の一例である。制御部１４は、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。具体的には、制御部１４は、光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【００３６】
例えば、制御部１４は、光ビームが二つの調整ビームが一つずつ順番に生成され、各調整ビームが各画素位置に対して交互に投射されるように光路長を変更する。
【００３７】
次に光ビームの波面形状について説明する。
【００３８】
図２は、光ビームのビームウェスト付近の形状を示した説明図である。なお、図２では、光ビームは、シングルモードのガウスビームであるとする。ガウスビームとは、断面の光強度分布がほぼガウス分布となっている光ビームである。
【００３９】
光ビームがシングルモードのガウスビームの場合、光ビームの遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern)は、数１で表わされる。遠視野像は、光源１１から十分に離れた位置における光ビームの波面形状を表す光強度分布である。通常、スクリーン１００の位置は光源１１から十分に離れているとみなせるため、数１で表わされる遠視野像が、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を表す。
【００４０】
【数１】
【００４１】
数１において、θは、ビームウェストの位置を基準とした光ビームの放射角を示す。具体的には、放射角θは、光ビームの光軸と、光ビームのビームウェストの中央とスクリーン１００上の点を結んだ線との成す角である。θ0は、光強度が１／ｅ2となる放射角θである発散半角を示す。なお、遠視野像である光強度分布のピーク値は、１に規格化されている。
【００４２】
遠視野像は、光源１１から十分に離れた位置における光ビームの波面形状を表す光強度分布である。通常、スクリーン１００の位置は光源１１から十分に離れていると見なせるため、数１で表わされる遠視野像が、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を表す。なお、遠視野像は、図３で示したグラフで表すことができる。図３において、横軸は、放射角θを示し、縦軸は、光強度Ｉを示す。
【００４３】
発散半角θ0は、光ビームのビームウェストの位置から十分離れた領域では、ほぼ一定となり、数２で表わされる光ビームの１／ｅ2径と同じになる。なお、１／ｅ2径は、光強度が１／ｅ2となる光ビームの幅である。
【００４４】
【数２】
【００４５】
数２において、ω0は、光ビームのビームウェストの幅を示し、λは、光ビームの波長、ｚは、光ビームの光軸方向におけるビームウェストの位置からの距離を示す。
【００４６】
これに対し、図２に示したように、ビームウェストの位置の近傍では、発散角度θは、一定でなく、ビームウェストの位置に近づくにしたがい急激に小さくなる。
【００４７】
また、光ビームの波面形状は、ビームの進行方向に対して垂直となる。このため、ビームウェストの位置の近傍以外では、光ビームの進行方向が光軸に対して０°からθ0まで変化するので、光ビームの波面形状が曲線を描き、光ビームは球面波となる。これに対して、ビームウェストの位置では、光ビームの進行方向が光軸に対して０°となる（つまり、光軸に対して平行となる）ため、光ビームの波面形状が光軸に対して垂直となり、光ビームは平面波になる。さらに、ビームウェストの位置の近傍では、光ビームは、ビームウェストの位置から離れるに従い、平面波から球面波に連続的に変化する。なお、ビームウェストの前後のそれぞれの波面形状は、ビームウェストの位置を通り光軸に垂直な線を対象軸とした線対象となる。
【００４８】
したがって、もしスクリーン１００の位置がビームウェスト近傍であった場合、制御部１４が光ビームの光路長を変更することで、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を変化させることができる。
【００４９】
また、光ビームのビームウェストの位置である焦点位置がスクリーン１００上にあるときに、ビーム径が最も小さいため表示画像の画質が最もよくなる。しかしながら、焦点位置がスクリーン１００から少しずれても、図２に示したようにビーム径は殆ど変化しないため、表示画像の画質は殆ど変わらない。
【００５０】
さらに、光ビームの波面形状は、特に焦点位置の前後で大きく変わる。このため、リアプロジェクションテレビのように光源１１からスクリーン１００までの距離が予め定められている場合、制御部１４は、焦点位置がスクリーン１００の前後で切り替わるように、光ビームの光路長を変更することが望ましい。
【００５１】
なお、光ビームが複数のガウスビームからなるマルチモードビームの場合、光ビームの遠視野像は、数１で表わされた遠視野像の重ね合わせで表すことができる。
【００５２】
本実施形態によれば、光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームを投射する。光路長調整部１３は、光ビームの光路長を調整する。制御部１４は、光源１１から出射された光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。
【００５３】
この場合、表示画像の各画素位置に対して、波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが時分割されて投射される。なお、スペックルパターンは、波面形状に応じて異なる。
【００５４】
このため、表示画像の各画素位置に複数のスペックルパターンを生じさせることが可能になる。よって、複数のスペックルパターンが時間的に平均化されたスペックルを観察者に観察させることが可能になる。したがって、スペックルノイズを軽減することが可能になる。また、光ビームの径を大きくする必要がないため、表示画像の画質の劣化を抑制することができる。つまり、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルノイズの低減率を向上させることが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態では、光源１１からスクリーン１００まで光路長に比べて微小な光路長が変更されるだけなので、既存の投射型画像表示装置の光学部品および光学設計にほとんど影響を与えずにスペックルの低減率を向上させることができる。
【００５６】
次に第二の実施形態について説明する。
【００５７】
本実施形態では、投射型画像表示装置１のより詳細な構成を説明する。
【００５８】
図４は、第二の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図４において、投射型画像表示装置１は、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【００５９】
コリメータレンズ１５は、光源１１から出射された光ビームを平行光にする。
【００６０】
光路長調整部１３は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームの光路長を調整する。
【００６１】
光路長調整部１３は、ハーフミラー２１と、ミラー２２および２３とハーフミラー２４とを含む第一光学系と、シャッター２５および２６とを有する。
【００６２】
ハーフミラー２１は、分割手段の一例である。ハーフミラー２１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを複数の分割ビームに分割する。
【００６３】
より具体的には、ハーフミラー２１は、光ビームを透過および反射して透過光および反射光に分割する。この透過光および反射光が分割ビームとなる。以下、ハーフミラー２１による反射光を第一分割ビームと称し、ハーフミラー２１による透過光を第二分割ビームと称する。
【００６４】
第一光学系は、光学手段の一例である。第一光学系は、ハーフミラー２１にて分割された第一分割ビームおよび第二分割ビームに光路差を与える。
【００６５】
具体的には、ミラー２２は、第一分割ビームを反射してミラー２３に入射する。ミラー２３は、ミラー２２から入射された第一分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。また、第二分割ビームは、ミラー２２および２３を経由せずに、直接、ハーフミラー２４に入射される。
【００６６】
ハーフミラー２４は、ミラー２３から入射された第一分割ビームを反射して、調整ビームとして生成し出射する。また、ハーフミラー２４は、ハーフミラー２１から入射された第二分割ビームを透過して調整ビームを生成し出射する。
【００６７】
これにより、第一分割ビームの光路長は、ミラー２２および２３を経由している分、第二分割ビームの光路長よりも長くなる。したがって、第一分割ビームおよび第二分割ビームに光路差が与えられることになる。
【００６８】
また、ハーフミラー２４は、調整ビームの光軸が一定になるように配置される。つまり、ハーフミラー２４は、調整ビームとして出射される、第一分割ビームがハーフミラー２４で反射されたビームの光軸と、調整ビームとして出射される、第二分割ビームがハーフミラー２４を透過したビームの光軸とが一致するように配置される。
【００６９】
シャッター２５および２６は、シャッター手段の一例である。シャッター２５および２２６は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光路上に設けられる。シャッター２５および２６は、開閉可能であり、開放されると、その光路上の分割ビームを透過する透過状態になり、閉鎖されると、その光路長の分割ビームを遮蔽する遮蔽状態になる。
【００７０】
本実施形態では、シャッター２５は、ミラー２２および２３の間に設けられ、第一分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター２６は、ハーフミラー２１および２４の間に設けられ、第二分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。なお、シャッター２５は、ハーフミラー２１およびミラー２２の間に設けられてもよいし、ミラー２３およびハーフミラー２４の間に設けられてもよい。
【００７１】
これにより、シャッター２５が開放されると、第一分割ビームが調整ビームとして生成され、シャッター２６が開放されると、第二分割ビームが調整ビームとして生成されることになる。
【００７２】
投射部１２は、光路長調整部１３から出射された調整ビームをスクリーン１００に投射して、映像信号に応じた表示画像を表示する。本実施形態では、投射部１２は、調整ビームを２次元走査してスクリーン１００に投射するスキャナである。
【００７３】
制御部１４は、シャッター２５および２６の開閉を切り替えることで、光ビームの光路長を変更し、第一分割ビームおよび第二分割ビームを一つずつ順番に調整ビームとして出射する。このとき、制御部１４は、表示画像の各画素位置に対して第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして時分割されて投射されるように、シャッター２５および２６の開閉を変更する。
【００７４】
例えば、制御部１４は、シャッター２５および２６を交互に開放して、表示画像の各画素位置に対して、第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして交互に投射されるようにする。
【００７５】
また、制御部１４は、映像信号に応じて光源１１から出射される出射光を変調する。これにより、光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射することになる。さらに、制御部１４は、映像信号に基づいて投射部１２であるスキャナを駆動させる。これにより、映像信号に応じた表示画像がスクリーン１００に表示されることになる。
【００７６】
次に動作を説明する。
【００７７】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３のハーフミラー２１に入射される。ハーフミラー２１は、その光ビームを反射および透過して、第一分割ビームおよび第二分割ビームに分割する。
【００７８】
第一分割ビームは、ミラー２２を経由してシャッター２５に入射される。シャッター２５が開放されていると、第一分割ビームは、シャッター２５を透過し、ミラー２３を経由してハーフミラー２４に入射される。一方、シャッター２５が閉鎖されていると、第一分割ビームは、遮蔽される。
【００７９】
ハーフミラー２４は、第一分割ビームが入射されると、その第一分割ビームを、反射することで調整ビームにして投射部１２に向けて出射する。
【００８０】
また、第二分割ビームは、シャッター２６に入射される。シャッター２６が開放されていると、第二分割ビームは、シャッター２６を透過し、ハーフミラー２４に入射される。一方、シャッター２６が閉鎖されていると、第二分割ビームは、遮蔽される。
【００８１】
ハーフミラー２４は、第二分割ビームが入射されると、その第二分割ビームを、透過することで調整ビームにして投射部１２に向けて出射する。
【００８２】
投射部１２は、ハーフミラー２４から出射された調整ビームを２次元走査してスクリーン１００に投射し、映像信号に応じた画像をスクリーン１００上に表示する。
【００８３】
制御部１４は、投射部１２にて表示された表示画像の各画素位置に、第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして交互に投射されるように、シャッター２５および２６を交互に開放する。
【００８４】
本実施形態によれば、ハーフミラー２１は、光ビームを複数の分割ビームに分割する。第一光学系は、ハーフミラー２１にて分割された分割ビームに光路差を与える。シャッター２５および２６は、分割ビームのそれぞれの光路上に設けられる。制御部１４は、シャッター２５および２６の開閉を切り替えて、光ビームの光路長を変更する。
【００８５】
この場合、シャッター２５および２６の開閉が切り替えられるだけで、光ビームの光路長が変更される。したがって、容易に光路長を変更することが可能になる。
【００８６】
次に第三の実施形態について説明する。
【００８７】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【００８８】
図５は、第三の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図５において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、光路長調整部１３と、投射部１２と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【００８９】
光路長調整部１３は、光スイッチ３１と、ミラー３２および光スイッチ３３とを有する第二光学系とを有する。
【００９０】
光スイッチ３１は、スイッチ手段の一例である。光スイッチ３１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを、予め定められた複数の出力方向のいずれかに出力する。
【００９１】
本実施形態では、光スイッチ３１は、光ビームを第一の出力方向と第二の出力方向の２つの出力方向のいずれかに出力する。また、第一の出力方向に出力された光ビームを第一方向ビームと称し、第二の出力方向に出力された光ビームを第二方向ビームと称する。
【００９２】
第二光学系は、光学手段の一例である。第二光学系は、光スイッチ３１から複数の出力方向のそれぞれに出力された第一方向ビームおよび第二方向ビームに光路差を与え、その第一方向ビームおよび第二方向ビームを特定の方向に出射する。なお、特定の方向は、投射部１２に向かう方向である。
【００９３】
具体的には、ミラー３２は、光スイッチ３１から出力された第一方向ビームを反射して、光スイッチ３３に入射する。なお、光スイッチ３１から出力された第二方向ビームは、ミラー３２を経由せずに、直接、光スイッチ３３に入射される。
【００９４】
光スイッチ３３は、ミラー３２から入射された第一方向ビームと、光スイッチ３１から直接入射された第二方向ビームとを、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【００９５】
これにより、第一方向ビームの光路長は、ミラー３２を経由している分、第二方向ビームの光路長よりも長くなる。したがって、第一方向ビームおよび第二方向ビームに光路差が与えられることになる。
【００９６】
また、光スイッチ３３は、調整ビームの光軸が一定になるように配置される。つまり、光スイッチ３３は、調整ビームとして出射された第一方向ビームの光軸と、調整ビームとして出射された第二方向ビームの光軸とが一致するように配置される。
【００９７】
光スイッチ３１および３３は、例えば、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（メムス：Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子である。なお、光スイッチ３１および３３は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子に限らず適宜変更可能である。
【００９８】
制御部１４は、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向を切り替えることで、光ビームの光路長を変更し、第一方向ビームおよび第二方向ビームを一つずつ順番に調整ビームとして出射する。
【００９９】
例えば、制御部１４は、第一出力方向および第二出力方向を交互に、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向にして、表示画像の各画素位置に対して、第一方向ビームおよび第二方向ビームが調整ビームとして交互に投射されるようにする。
【０１００】
また、制御部１４が光ビームの出力方向を切り替えると、光スイッチ３３に入射される光ビームが第一方向ビームおよび第二方向ビームの中で切り替わる。このとき、制御部１４は、光スイッチ３３に第一方向ビームが入射されても、第二方向ビームが入射されても、調整ビームの光軸が変化しないように、光スイッチ３３に対して切替処理を行う。例えば、制御部１４は、光スイッチ３１による光ビームの出力方向を切り替えるとともに、光ビームの出力方向ごとに異なる電圧を光スイッチ３３に印加することで、調整ビームの光軸が変化しないようにする。
【０１０１】
次に動作を説明する。
【０１０２】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３の光スイッチ３１に入射される。光スイッチ３１は、その光ビームを第一出力方向および第二出力方向のいずれかに出力する。
【０１０３】
光スイッチ３１が光ビームを第一出力方向に出力した場合、その出力された光ビームである第一方向ビームは、ミラー３２を経由して光スイッチ３３に入射する。光スイッチ３３は、その第一方向ビームを調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１０４】
一方、光スイッチ３１が光ビームを第二出力方向に出力した場合、その出力された光ビームである第二方向ビームは、直接、光スイッチ３３に入射する。光スイッチ３３は、第二方向ビームが入射されると、その第二方向ビームを調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１０５】
制御部１４は、投射部１２にて表示された画像の各画素位置に、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれが調整ビームとして時分割されて投射されるように、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向を切り替えるとともに、その出力方向に応じた電圧を光スイッチ３３に印加する。
【０１０６】
本実施形態によれば、光スイッチ３１は、光ビームを複数の出力方向のいずれかに出力する。第二光学系は、その複数の出力方向のそれぞれに出力される光ビームに光路差を与え、その光ビームを特定の方向に出射する。制御部１４は、光スイッチ３１による出力方向を切り替えて、光路長調整部１３にて調整される光路長を変更する。
【０１０７】
この場合、複数の出力方向のそれぞれに出力される光ビームに光路差が与えられる。また、その出力方向が切り替えられて、光ビームの光路長が変更される。
【０１０８】
このため、光ビームが分割された分割ビームを調整ビームとして用いなくてもよくなる。よって、光源１１から出射される元の光ビームの光量を小さくしても、表示画像を十分な明るさにすることが可能になる。したがって、消費電力を軽減することが可能になる。
【０１０９】
次に第四の実施形態について説明する。
【０１１０】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【０１１１】
図６は、第四の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図６において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【０１１２】
光路長調整部１３は、回転ミラー４１と、ミラー４２〜４６を有する第三光学系とを有する。
【０１１３】
回転ミラー４１は、スイッチ手段の一例である。回転ミラー４１は、ミラー部４１Ａと、回転駆動部４１Ｂとを有する。ミラー部４１Ａは、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とを有する。回転駆動部４１Ｂは、所定の軸を中心としてミラー部４１Ａを回転させる。
【０１１４】
図７は、回転ミラー４１の一例を模式的に示した外観図である。
【０１１５】
図７では、回転ミラー４１のミラー部４１Ａは、円盤状の部材にて形成される。円盤状の部材の表面は、合同な４つの扇型の領域に分割されている。その扇型の領域のうち２つの領域が透過領域５２であり、残りの領域が反射領域５１である。また、透過領域５２および反射領域５１が交互に配置されている。
【０１１６】
透過領域５２は、例えば、ガラスなどの光透過部材で形成される。
【０１１７】
反射領域５１は、ミラーなどの光を反射する光反射部材で形成される。本実施形態では、反射領域５１の裏面も、光反射部材で形成された反射領域である。また、反射領域５１の裏面の反射領域がミラー４６となっている。
【０１１８】
回転駆動部４１Ｂは、例えば、モーターであり、ミラー部４１Ａである円盤状の部材の下面に取り付けられている。回転駆動部４１Ｂは、ミラー部４１Ａの中心を通りミラー部４１Ａの表面に垂直な軸を中心としてミラー部４１Ａを回転させる。なお、ミラー部４１Ａの中心を通りミラー部４１Ａの表面に垂直な軸が所定の軸となる。
【０１１９】
また、回転ミラー４１は、コリメータレンズ１５で平行光にされた光ビームがミラー部４１Ａに入射されるように配置される。図７では、ミラー部４１Ａにおける、光ビームの入射位置５３が示されている。
【０１２０】
回転駆動部４１Ｂによってミラー部４１Ｂが回転されると、光ビームは、透過領域５２および反射領域５１に交互に入射されることになる。したがって、回転ミラー４１は、光ビームの反射および透過を交互に行う。
【０１２１】
回転ミラー４１による反射光および透過光それぞれは、互いに異なる方向に出力されるので、回転ミラー４１は、光ビームを、複数の出力方向のいずれかに出力することになる。以下、回転ミラー４１における反射光を、第三方向ビームと称し、回転ミラー４１における透過光を第四方向ビームと称する。
【０１２２】
図６に戻る。第三光学系は、光学手段の一例である。第三光学系は、回転ミラー４１から複数の出力方向のそれぞれに出力された第三方向ビームおよび第四方向ビームに光路差を与え、その第三方向ビームおよび第四方向ビームを特定の方向に出射する。
【０１２３】
具体的には、ミラー４２は、回転ミラー４１にて反射された第三方向ビームを反射してミラー４３に入射する。ミラー４３は、ミラー４２から入射された第三方向ビームを反射してミラー４４に入射する。ミラー４４は、ミラー４３から入射された第三方向ビームを反射してミラー４５に入射する。ミラー４５は、ミラー４４から入射された第三方向ビームを反射してミラー４６に入射する。ミラー４６は、ミラーから４５から入射された第三方向ビームを反射して、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１２４】
また、回転ミラー４１を透過した第四方向ビームは、ミラー４２〜４６を経由せずに、直接、調整ビームとして投射部１２に向けて出射される。
【０１２５】
第三方向ビームの光路長は、ミラー３２〜４６を経由している分、第四方向ビームの光路長よりも長くなる。したがって、回転ミラー４１から複数の出力方向のそれぞれに出力された光ビームに光路差が与えられることになる。
【０１２６】
制御部１４は、表示画像の各画素位置に対して、第三方向ビームおよび第四方向ビームが調整ビームとして時分割されて投射されるように、回転ミラー４１の回転速度を調節する。
【０１２７】
次に動作を説明する。
【０１２８】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３内の回転ミラー４１のミラー部４１Ａに入射される。
【０１２９】
光ビームがミラー部４１Ａの反射領域５１に入射された場合、光ビームは反射領域５１で反射され第三方向ビームとして出射される。第三方向ビームは、ミラー４２〜４５を経由してミラー４６に入射される。ミラー４６は、第三方向ビームを反射することで、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１３０】
また、光ビームがミラー部４１Ａの透過領域５２に入射された場合、光ビームは、第四方向ビームとして透過領域５２を透過する。その後、第四方向ビームは、調整ビームとして投射部１２に向けて出射される。
【０１３１】
制御部１４は、投射部１２にて表示された画像の各画素位置に、第三方向ビームおよび第四方向ビームのそれぞれが調整ビームとして時分割されて投射されるように、回転ミラー４１の回転速度を調節して、回転ミラー４１からの光ビームの出力方向を切り替える。
【０１３２】
本実施形態によれば、透過領域および反射領域を有し、所定の回転軸を中心として回転する回転ミラー４１がスイッチ手段として用いられる。制御部１４は、回転ミラーの回転速度を調節して、回転ミラー４１から出力される光ビームの出力方向を切り替える。
【０１３３】
この場合、光ビームが分割された分割ビームを調整ビームとして用いなくてもよくなる。よって、光源１１から出射される元の光ビームの光量を小さくしても、表示画像を十分な明るさにすることが可能になる。したがって、消費電力を軽減することが可能になる。
【０１３４】
次に第五の実施形態について説明する。
【０１３５】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【０１３６】
図８は、第五の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図８において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、光路長調整部１３と、投射部１２と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【０１３７】
光路長調整部１３は、屈折率可変素子６１を有する。
【０１３８】
屈折率可変素子６１は、透過素子の一例である。屈折率可変素子６１は、例えば、電気光学素子または音響光学素子であり、屈折率が可変な光透過部材で形成される。屈折率可変素子６１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを透過して調整ビームを生成し出射する。なお、光路長は、光ビームが実際に走る距離に、光ビームが走る媒質の屈折率を乗算したものであるため、その屈折率が変化すると、光路長も変化する。
【０１３９】
制御部１４は、光ビームから波面形状が異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが表示画像の各画素位置に時分割されて投射されるように、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０１４０】
本実施形態によれば、屈折率可変素子６１は、光ビームを透過する。制御部１４は、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０１４１】
この場合、光ビームを分割したり、光ビームの出力方向を切り替えたりする必要がないため、屈折率可変素子６１の他に、複数の光ビームに光路差を与えるミラーなどの光学部品を用いる必要がなくなる。したがって、光路長調整部１３および投射型画像表示装置１の構成を単純化することが可能になる。
【０１４２】
次に第六の実施形態について説明する。
【０１４３】
図９は、光路数が３つある光路長調整部１３の構成例を示した模式図である。図９において、光路長調整部１３は、ハーフミラー２１および７１を有する分割部と、ミラー２３、７２〜７４とハーフミラー２４とを有する第四光学系と、シャッター２５、２６および７５とを有する。
【０１４４】
ハーフミラー２１は、光源１１からの光ビームを反射および透過して、反射光である第一分割ビームと、透過光である第二分割ビームとに分割する。
【０１４５】
ハーフミラー７１は、ハーフミラー２１からの第一分割ビームを反射および透過して、反射光である第三分割ビームと、透過光である第四分割ビームとに分割する。
【０１４６】
これにより、分割部は、光源からの光ビームを、第二分割ビーム〜第四分割ビームの３つの分割ビームに分割することになる。
【０１４７】
第二分割ビームは、直接、ハーフミラー２４に入射される。
【０１４８】
第三分割ビームは、ミラー７２に入射される。ミラー７２は、その入射された第三分割ビームを反射してミラー７３に入射する。ミラー７３は、その入射された第三分割ビームを反射してミラー７４に入射する。ミラー７４は、その入射された第三分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。
【０１４９】
第四分割ビームは、ミラー２３に入射される。ミラー２３は、その入射された第四分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。
【０１５０】
ハーフミラー２４は、ハーフミラー２１から入射された第二分割ビームを透過して調整ビームとして出射する。また、ハーフミラー２４は、ミラー７４および２３から入射された第三分割ビームおよび第四分割ビームのそれぞれを反射して調整ビームとして生成し出射する。
【０１５１】
これにより、第四光学系は第二分割ビーム〜第四分割ビームに光路差を与えることになる。
【０１５２】
シャッター２５は、第四分割ビームの光路上であるハーフミラー７１およびミラー２３の間に設けられ、第一分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター２６は、第二分割ビームの光路上であるハーフミラー２１および２４間に設けられ、第二分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター７５は、第三分割ビームの光路上であるミラー７２および７３の間に設けられ、第三分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。
【０１５３】
これにより、シャッター２５を透過した第四分割ビームは、ハーフミラー２４から出射され、シャッター２６を透過した第二分割ビームは、ハーフミラー２４から出射され、シャッター７５を透過した第三分割ビームは、ハーフミラー２４から出射されることになる。
【０１５４】
以上により、光路長がそれぞれ異なる３つの調整ビームを出射することが可能になる。同様に、分割部に含まれるハーフミラーの数を増やすことで、調整ビームの数を４以上にすることもできる。
【０１５５】
なお、本実施形態では、第二の実施形態のように光ビームを分割する構成としたが、第三および第四の実施形態のように光ビームの出力方向を切り替える構成であってよい。この場合、光スイッチや回転ミラーの数を増やしたり、光スイッチによる光ビームの出力方向の数を増やすことで、調整ビームの数を３以上にすることができる。
【０１５６】
また、第五の実施形態のように光路長調整部１３に屈折率可変素子を用いた場合、制御部１４が屈折率可変素子の屈折率を段階的に切り替えることで、調整ビームの数を３以上にすることができる。
【０１５７】
また、光源１１からスクリーン１００までの距離が予め定められており、かつ、調整ビームの数が３以上の場合、制御部１４は、光ビームの焦点位置がスクリーン１００の前、スクリーン１００上、および、スクリーン１００の後の中で切り替わるように、光路長を変更することが望ましい。
【０１５８】
本実施形態によれば、調整ビームの数を増やすことが可能になるので、より多くのスペックルパターンを生じさせることが可能になり、スペックルノイズの低減率をさらに向上させることが可能になる。
【０１５９】
次に第七の実施形態について説明する。
【０１６０】
本実施形態の投射型画像表示装置は、図４で示した第二の実施形態の投射型画像表示装置の同じ構成を有する。
【０１６１】
本実施形態では、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にする。
【０１６２】
例えば、制御部１４は、先ず、シャッター２５を開放し、シャッター２６を閉鎖する。続いて、制御部１４は、シャッター２５を閉鎖し、シャッター２６を開放する。そして、制御部１４は、シャッター２５および２６の両方を開放する。制御部１４は、この順序でシャッター２５および２６の開閉を切り替える。
【０１６３】
この場合、調整ビームとして、第一分割ビーム、第二分割ビーム、および、第一分割ビームと第二分割ビームとの合成ビームが生成される。
【０１６４】
合成ビームの波面形状は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの波面形状の和になる。このため、合成ビームの波面形状は、第一分割ビームの波面形状とも、第二分割ビームの波面形状とも異なる。したがって、波面形状がそれぞれ異なる３つの調整ビームを投射することが可能になる。
【０１６５】
また、合成ビームの光量は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光量の和になるので、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光量よりも大きくなる。
【０１６６】
このため、制御部１４は、シャッター２５および２６を同時に開放する場合、光源１１から出射される光ビームの光量を、シャッター２５および２６の一方を開放する場合に比べて半分にして、複数の調整ビームのそれぞれの光量を等しくすることが望ましい。
【０１６７】
また、光路長調整部１３が図９で示した構成の場合でも、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にしてもよい。この場合、制御部１４は、同時に開かれるシャッターの数に応じて、光源１１から出射される光ビームの光量を調整する。
【０１６８】
具体的には、同時に開放されるシャッターの数がＭの場合、制御部１４は、光ビームの光量を、同時に開放されるシャッターの数が１の場合における光ビームの光量の１／Ｍ倍にする。なお、Ｍは、１以上の整数である。
【０１６９】
本実施形態によれば、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にする。この場合、波面形状が異なる調整ビームの数を増やすことが可能になるので、スペックルノイズの低減率をより向上させることが可能になる。また、調整ビームの数を増やすために新たにミラーなどの光学部品を追加する必要がないので、光路長調整部１３が大きくなることを抑制することが可能になる。したがって、光路長調整部１３を大きくすることなく、スペックルノイズの低減率をより向上させることが可能になる。
【０１７０】
次に第八の実施形態を説明する。
【０１７１】
本実施形態では、制御部１４のより詳細な説明を行う。
【０１７２】
図１０は、制御部１４の構成例を示したブロック図である。図１０において、制御部１４は、信号処理部８１と、タイミング抽出部８２と、駆動部８３とを有する。
【０１７３】
信号処理部８１には、映像信号が入力される。信号処理部８１は、その映像信号に対して信号処理を行う。なお、信号処理は、例えば、γ補正などである。
【０１７４】
タイミング抽出部８２は、信号処理部８１にて信号処理が行われた映像信号から、表示画像が切り替わる速度を示すフレームレートを抽出する。
【０１７５】
駆動部８３は、タイミング抽出部８２が抽出したフレームレートに応じた切替速度で、光路長調整部１３が調整する光路長を変更する。例えば、駆動部８３は、フレームレートと同じ速度で光路長を切り替える。
【０１７６】
タイミング抽出部８２および駆動部８３の動作は、光路長調整部１３の構成に応じて異なる。このため、タイミング抽出部８２および駆動部８３は、光路長調整部１３の構成に応じて設計される。
【０１７７】
以下、光路長調整部１３の構成ごとに、制御部１４の動作を説明する。なお、切替速度は、フレームレートと同じ速度であるとする。
【０１７８】
図１１は、光路長調整部１３が図４で示した構成を有する場合における、制御部１４の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。なお、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２の３つのフレームが連続して表示されているものとする。
【０１７９】
先ず、信号処理部８１に映像信号が入力される。信号処理部８１は、その映像信号に対してγ補正などの信号処理を行い、その信号処理を行った映像信号をタイミング抽出部８２に出力する。
【０１８０】
続いて、タイミング抽出部８２は、映像信号を受け付けると、その映像信号からフレームレートを抽出する。タイミング抽出部８２は、そのフレームレートと同じ切替速度で、光路長の変更を示す駆動信号を駆動部８３に出力する。このとき、タイミング抽出部８２は、表示画像のフレームが切り替わるタイミングに合わせて駆動信号を出力することが望ましい。
【０１８１】
駆動部８３は、駆動信号を受け付けるたびに、シャッター２５および２６の一方に開放を示す開放信号を出力し、他方に閉鎖を示す閉鎖信号を出力する。このとき、駆動部８３は、駆動信号を受け付けるたびに、開放信号および閉鎖信号の出力先となるシャッターを入れ替える。開放信号を受け付けたシャッターは開放され、閉鎖信号を受け付けたシャッターは閉鎖される。
【０１８２】
また、光路長調整部１３が図５で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、光路長調整部１３が図２で示した構成を有する場合と同様に、フレームレートと同じ切替速度で駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０１８３】
駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、出力方向を切り替えるための方向切替信号を光スイッチ３１に出力するとともに、光スイッチ３１に対して切替処理を行う。
【０１８４】
光スイッチ３１は、方向切替信号を受け付けるたびに、光ビームの出力方向を切り替える。また、光スイッチ３３は、方向切替信号を受け付けるたびに、第一光ビームが入射されても、第二光ビームが入射されても、それらの光ビームの光軸が一致して出射されるように切り替える。
【０１８５】
図１２は、光路長調整部１３が図６および図７で示した構成を有する場合における、制御部１４の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１２では、映像信号のフレーム番号Ｎ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが表示されているときの、光ビームの回転ミラー上の入射位置が示されている。
【０１８６】
タイミング抽出部８２は、映像信号からフレームレートを抽出すると、そのフレームレートの１／４の回転速度を示す駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０１８７】
駆動部８３は、駆動信号が入力されると、その駆動信号が示す回転速度でミラー部４１Ａが回転するように回転駆動部４１Ｂに電力を供給する。これにより、ミラー部４１Ａにおける光ビームの入射位置５３がフレームごとに透過領域５２および反射領域５１の中で切り替わる。
【０１８８】
また、光路長調整部１３が図８で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、光路長調整部１３が図４で示した構成を有する場合と同様に、フレームレートと同じ速度で駆動信号を駆動部８３に入力する。駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、屈折率可変素子６１の屈折率を変更する。
【０１８９】
以上のように制御部１４が動作すると、表示画像のフレームごとに光路長が異なる調整ビームがスクリーン１００に投射されることになるので、表示画像の各画素位置に光路長がそれぞれ異なる複数の調整ビームが時分割して投射されることになる。
【０１９０】
切替速度は、上記の例では、フレームレートと一致していたが、実際には、フレームレートと一致していなくてもよい。切替速度は、例えば、フレームレートの、調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍であればよい。
【０１９１】
図１３は、調整ビームの数が２の場合における切替速度を説明するための説明図である。図１３では、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが示されている。２つの調整ビームのそれぞれを調整ビームＡおよびＢとする。
【０１９２】
切替速度がフレームレート３倍の場合、各画素位置には、フレームごとに調整ビームＡおよびＢが交互に投射されることになる。一方、切替速度がフレームレートの４倍であると、各画素位置には、フレームが切り替わっても同じ光路長の調整ビームが投射されることになる。
【０１９３】
図１４は、調整ビームの数が３の場合における切替速度を説明するための説明図である。図１４では、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが示されている。３つの調整ビームのそれぞれを調整ビームＣ、ＤおよびＥとする。
【０１９４】
切替速度がフレームレートの２倍および４倍の場合、各画素位置には、フレームごとに調整ビームＣ、ＤおよびＥが順番に投射されることになる。一方、切替速度がフレームレートの４倍であると、各画素には、フレームが切り替わっても同じ光路長の調整ビームが投射されることになる。
【０１９５】
本実施形態によれば、映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、光ビームの光路長を変更する。
【０１９６】
この場合、表示画像の各画素位置に複数の調整ビームを適切に時分割して投射することが可能になる。また、切替速度を比較的小さくすることが可能になる。
【０１９７】
次に第九の実施形態について説明する。
【０１９８】
本実施形態では、制御部１４は、各画素が描写される描写時間内に、調整ビームが時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【０１９９】
より具体的には、制御部１４のタイミング抽出部８２は、映像信号に基づいて描写時間を算出する。例えば、タイミング抽出部８２は、映像信号からフレームレートおよび画素数を抽出し、そのフレームレートを画素数で除算することで描写時間を算出する。
【０２００】
駆動部８３は、タイミング抽出部８２が算出した描写時間内に、調整ビームの数だけ光路長が切り替わるように、光路長調整部１３を用いて光ビームの光路長を変更する。
【０２０１】
光路長調整部１３が図４、図５、図８または図９で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、その描写時間を調整ビームの数で除算した切替時間ごとに駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０２０２】
駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、シャッター２５、２６および７５の開閉、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向、または、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０２０３】
また、光路長調整部１３が図６および図７で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、その描写時間を調整ビームの数で除算した値の１／２の回転速度を示す駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０２０４】
駆動部８３は、駆動信号が入力されると、その駆動信号が示す回転速度でミラー部４１Ａが回転するように回転駆動部４１Ｂに電力を供給する。
【０２０５】
本実施形態によれば、制御部１４は、各画素が描写される描写時間内に、調整ビームが時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【０２０６】
この場合、表示画像の各画素位置に複数の調整ビームを適切に時分割して投射することが可能になる。
【０２０７】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０２０８】
１ 投射型画像表示装置
１１ 光源
１２ 投射部
１３ 光路長調整部
１４ 制御部
２１、２４、７１ ハーフミラー
２２、２３、３２、４２〜４６、７２〜７４ ミラー
２５、２６、７５ シャッター
３１、３３ 光スイッチ
４１ 回転ミラー
４１Ａ ミラー部
４１Ｂ 回転駆動部
５１ 反射領域
５２ 透過領域
６１ 屈折率可変素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型画像表示装置に関し、特には、光ビームを走査してスクリーンに画像を表示する投射型画像表示装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源などの光ビームを出射する光源を有し、その光源からの光ビームを走査することで、スクリーン上に画像を投射する走査型の画像表示装置が提案されている。走査型の画像表示装置では、光ビームのコヒーレンス性に起因する斑点状のノイズが表示画像に生じるため、画質が低いという問題があった。この斑点状のノイズは、スペックルノイズと呼ばれている。
【０００３】
スペックルノイズは、光ビームを複数の光束に分割し、各光束に光路差を与えてから、各光束を重ね合わせる遅延光学系を用いることで低減することが可能になる。これは、光路差を有する光束が重ね合わさることにより、コヒーレンス性が低減するためである。
【０００４】
上記の遅延光学系に関する技術としては、特許文献１に記載の光学系、特許文献２に記載のスペックル消去光学装置、特許文献３に記載のスペックル低減装置、および、特許文献４に記載の蛍光内視鏡システムがある。
【０００５】
特許文献１に記載の光学系は、入射光を反射および透過するハーフミラーと、ハーフミラーからの反射光を再入射光としてハーフミラーに入射するミラーとを有する。ミラーは、再入射光を元の入射光の入射位置と異なる位置に入射する。これにより、ハーフミラーからの透過光は、光路差を有する複数の光束となる。
【０００６】
複数の光束は、集光レンズによって、ライトパイプまたはマルチモードファイバからなるホモジナイザの入射面に集光される。このため、ホモジナイザからの出射光は、光路差を有する複数の光束が重なり合った光となり、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【０００７】
また、特許文献２に記載のスペックル消去光学装置は、レーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを反射および透過するハーフミラーと、ハーフミラーからの透過光を再入射光として再びハーフミラーに入射する光転向手段とを有する。
【０００８】
光転向手段は、再入射光のハーフミラーによる透過光の光軸と、元の光ビームのハーフミラーによる反射光の光軸とが一致するように、再入射光をハーフミラーに入射する。
【０００９】
これにより、再入射光の透過光と元の光ビームの反射光とが重なり合い、また、これらの透過光および反射光は光路差を有するので、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【００１０】
また、特許文献３に記載のスペックル低減装置は、長さの異なる複数のファイバ素線からなる光ファイバ群を有する。光ファイバ群の一方の端面が入射面とされ、他方の端面が出射面とされる。
【００１１】
光源から光ファイバ群の入射面に入射された光束は、各ファイバ素線によって分割される。各ファイバ素線によって分割された各光束は、光ファイバ群の出射面で重なり合って出射される。
【００１２】
これにより、各ファイバ素線の長さが異なるため、各ファイバ素線によって分割された各光束は、光路差を有することになる。したがって、光路差を有する複数の光束が重なり合うため、スペックルノイズを低減することが可能になる。
【００１３】
また、特許文献４に記載の蛍光内視鏡システムでは、特許文献３に記載のスペックル低減装置と同様な構成を有するノイズ低減装置が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許５２２４２００号明細書
【特許文献２】特公平７−１０４５００号公報
【特許文献３】特開２００７−１９３１０８号公報
【特許文献４】特開２００８−４３４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
走査型の画像表示装置において、画像を表示するためには、投射される光がビームである必要がある。ここで、ビームとは、例えば、レーザ光線のように、空間的な広がりが非常に小さく、光強度分布の変化も非常に小さい光をさす。複数のモードを有するマルチモード光でも、上記の特性を有する光は、ビームに含まれる。
【００１６】
このため、スペックルノイズを低減するための遅延光学系を走査型の画像表示装置に適用する場合、遅延光学系から出射される光もビームである必要がある。
【００１７】
特許文献１に記載の光学系では、複数の光束が集光レンズによってホモジナイザの入射面に集光されるため、ホモジナイザ内を伝搬する光は、光軸が異なる複数の光束からなる光になる。したがって、ホモジナイザからの出射光は、ビームにならない。
【００１８】
また、特許文献３および４に記載の技術では、各ファイバ素線から出射された複数の光束の光軸は一致しないので、光ファイバ群から出射される光はビームにならない。
【００１９】
したがって、特許文献１、３および４に記載の技術を、走査型の画像表示装置に適用することは困難である。
【００２０】
特許文献２に記載のスペックル消去光学装置では、再入射光の透過光の光軸と、元の光ビームの反射光の光軸とが一致するので、その透過光および反射光が重なり合った多重光はビームとなる。
【００２１】
しかしながら、スペックル消去光学装置では、多重光に含まれる透過光および反射光の光路長は互いに異なっているものの、多重光に含まれる透過光および反射光のそれぞれの光路長は一定である。光ビームの波面形状は、その光ビームの光路長に応じて決定されるので、その透過光および反射光のそれぞれのスクリーン上の波面形状は、一定になる。このため、透過光および反射光が重ね合わさった多重光のスクリーン上の波面形状も一定となる。
【００２２】
スペックルパターンは、光ビームのスクリーン上の波面形状に応じて変化するので、その波面形状が一定であると、スペックルパターンも一定となる。したがって、スペックル消去光学装置では、スペックルパターンが時間的に積分されることになり、スペックルノイズが強調される。このため、スペックルノイズの低減率が低くなるという問題があった。
【００２３】
なお、多重光に含まれる透過光および反射光の光軸をずらすことでスペックルノイズの低減率を向上させることができる。しかしながら、光軸をずらすと、多重光の口径が増大することになり、表示画像の画質が大幅に劣化する。
【００２４】
本発明の目的は、上記の課題である、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルの低減率を向上させることができないという問題を解決する投射型画像表示装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による投射型画像表示装置は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御手段と、を有する。
【００２６】
本発明による投射型画像表示装置の制御方法は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、を有する投射型画像表示装置の制御方法であって、前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御ステップを有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルの低減率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による第一の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図２】光ビームのビームウェスト付近の形状を示した説明図である。
【図３】遠視野像である光強度分布を示したグラフである。
【図４】本発明による第二の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図５】本発明による第三の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明による第四の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図７】回転ミラーの一例を模式的に示した外観図である。
【図８】本発明による第五の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図９】本発明による第六の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】制御部の構成の一例を示したブロック図である。
【図１１】投射型画像表示装置の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１２】投射型画像表示装置の動作の他の例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】切替速度の一例を説明するための説明図である。
【図１４】切替速度の他の例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有する構成には同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００３０】
図１は、本発明による第一の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図１において、投射型画像表示装置１は、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４とを含む。
【００３１】
光源１１は、例えば、レーザダイオードである。なお、光源１１は、レーザダイオードに限らず適宜変更可能である。
【００３２】
光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを、光路長調整部１３を経由して投射部１２に向けて出射する。光ビームは、例えば、レーザ光であり、空間的な広がりが非常に小さい光であれば、シングルモード光でもよいしマルチモード光でもよい。
【００３３】
投射部１２は、投射手段の一例である。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームをスクリーン１００に投射する。これにより、映像信号に応じた画像がスクリーン１００に表示されることになる。
【００３４】
光路長調整部１３は、調整手段の一例である。光路長調整部１３は、光源１１および投射部１２の間に設けられる。光路長調整部１３は、光源１１から投射部１２までの光路長を調整する。
【００３５】
制御部１４は、制御手段の一例である。制御部１４は、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。具体的には、制御部１４は、光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【００３６】
例えば、制御部１４は、光ビームが二つの調整ビームが一つずつ順番に生成され、各調整ビームが各画素位置に対して交互に投射されるように光路長を変更する。
【００３７】
次に光ビームの波面形状について説明する。
【００３８】
図２は、光ビームのビームウェスト付近の形状を示した説明図である。なお、図２では、光ビームは、シングルモードのガウスビームであるとする。ガウスビームとは、断面の光強度分布がほぼガウス分布となっている光ビームである。
【００３９】
光ビームがシングルモードのガウスビームの場合、光ビームの遠視野像（ＦＦＰ：Far Field Pattern)は、数１で表わされる。遠視野像は、光源１１から十分に離れた位置における光ビームの波面形状を表す光強度分布である。通常、スクリーン１００の位置は光源１１から十分に離れているとみなせるため、数１で表わされる遠視野像が、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を表す。
【００４０】
【数１】
【００４１】
数１において、θは、ビームウェストの位置を基準とした光ビームの放射角を示す。具体的には、放射角θは、光ビームの光軸と、光ビームのビームウェストの中央とスクリーン１００上の点を結んだ線との成す角である。θ0は、光強度が１／ｅ2となる放射角θである発散半角を示す。なお、遠視野像である光強度分布のピーク値は、１に規格化されている。
【００４２】
遠視野像は、光源１１から十分に離れた位置における光ビームの波面形状を表す光強度分布である。通常、スクリーン１００の位置は光源１１から十分に離れていると見なせるため、数１で表わされる遠視野像が、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を表す。なお、遠視野像は、図３で示したグラフで表すことができる。図３において、横軸は、放射角θを示し、縦軸は、光強度Ｉを示す。
【００４３】
発散半角θ0は、光ビームのビームウェストの位置から十分離れた領域では、ほぼ一定となり、数２で表わされる光ビームの１／ｅ2径と同じになる。なお、１／ｅ2径は、光強度が１／ｅ2となる光ビームの幅である。
【００４４】
【数２】
【００４５】
数２において、ω0は、光ビームのビームウェストの幅を示し、λは、光ビームの波長、ｚは、光ビームの光軸方向におけるビームウェストの位置からの距離を示す。
【００４６】
これに対し、図２に示したように、ビームウェストの位置の近傍では、発散角度θは、一定でなく、ビームウェストの位置に近づくにしたがい急激に小さくなる。
【００４７】
また、光ビームの波面形状は、ビームの進行方向に対して垂直となる。このため、ビームウェストの位置の近傍以外では、光ビームの進行方向が光軸に対して０°からθ0まで変化するので、光ビームの波面形状が曲線を描き、光ビームは球面波となる。これに対して、ビームウェストの位置では、光ビームの進行方向が光軸に対して０°となる（つまり、光軸に対して平行となる）ため、光ビームの波面形状が光軸に対して垂直となり、光ビームは平面波になる。さらに、ビームウェストの位置の近傍では、光ビームは、ビームウェストの位置から離れるに従い、平面波から球面波に連続的に変化する。なお、ビームウェストの前後のそれぞれの波面形状は、ビームウェストの位置を通り光軸に垂直な線を対象軸とした線対象となる。
【００４８】
したがって、もしスクリーン１００の位置がビームウェスト近傍であった場合、制御部１４が光ビームの光路長を変更することで、スクリーン１００上の光ビームの波面形状を変化させることができる。
【００４９】
また、光ビームのビームウェストの位置である焦点位置がスクリーン１００上にあるときに、ビーム径が最も小さいため表示画像の画質が最もよくなる。しかしながら、焦点位置がスクリーン１００から少しずれても、図２に示したようにビーム径は殆ど変化しないため、表示画像の画質は殆ど変わらない。
【００５０】
さらに、光ビームの波面形状は、特に焦点位置の前後で大きく変わる。このため、リアプロジェクションテレビのように光源１１からスクリーン１００までの距離が予め定められている場合、制御部１４は、焦点位置がスクリーン１００の前後で切り替わるように、光ビームの光路長を変更することが望ましい。
【００５１】
なお、光ビームが複数のガウスビームからなるマルチモードビームの場合、光ビームの遠視野像は、数１で表わされた遠視野像の重ね合わせで表すことができる。
【００５２】
本実施形態によれば、光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射する。投射部１２は、光源１１から出射された光ビームを投射する。光路長調整部１３は、光ビームの光路長を調整する。制御部１４は、光源１１から出射された光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが映像信号に応じた表示画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、映像信号に基づいて、光路長調整部１３を制御して、光源１１から出射された光ビームの光路長を変更する。
【００５３】
この場合、表示画像の各画素位置に対して、波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが時分割されて投射される。なお、スペックルパターンは、波面形状に応じて異なる。
【００５４】
このため、表示画像の各画素位置に複数のスペックルパターンを生じさせることが可能になる。よって、複数のスペックルパターンが時間的に平均化されたスペックルを観察者に観察させることが可能になる。したがって、スペックルノイズを軽減することが可能になる。また、光ビームの径を大きくする必要がないため、表示画像の画質の劣化を抑制することができる。つまり、表示画像の画質の劣化を抑制しながら、スペックルノイズの低減率を向上させることが可能になる。
【００５５】
また、本実施形態では、光源１１からスクリーン１００まで光路長に比べて微小な光路長が変更されるだけなので、既存の投射型画像表示装置の光学部品および光学設計にほとんど影響を与えずにスペックルの低減率を向上させることができる。
【００５６】
次に第二の実施形態について説明する。
【００５７】
本実施形態では、投射型画像表示装置１のより詳細な構成を説明する。
【００５８】
図４は、第二の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図４において、投射型画像表示装置１は、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【００５９】
コリメータレンズ１５は、光源１１から出射された光ビームを平行光にする。
【００６０】
光路長調整部１３は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームの光路長を調整する。
【００６１】
光路長調整部１３は、ハーフミラー２１と、ミラー２２および２３とハーフミラー２４とを含む第一光学系と、シャッター２５および２６とを有する。
【００６２】
ハーフミラー２１は、分割手段の一例である。ハーフミラー２１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを複数の分割ビームに分割する。
【００６３】
より具体的には、ハーフミラー２１は、光ビームを透過および反射して透過光および反射光に分割する。この透過光および反射光が分割ビームとなる。以下、ハーフミラー２１による反射光を第一分割ビームと称し、ハーフミラー２１による透過光を第二分割ビームと称する。
【００６４】
第一光学系は、光学手段の一例である。第一光学系は、ハーフミラー２１にて分割された第一分割ビームおよび第二分割ビームに光路差を与える。
【００６５】
具体的には、ミラー２２は、第一分割ビームを反射してミラー２３に入射する。ミラー２３は、ミラー２２から入射された第一分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。また、第二分割ビームは、ミラー２２および２３を経由せずに、直接、ハーフミラー２４に入射される。
【００６６】
ハーフミラー２４は、ミラー２３から入射された第一分割ビームを反射して、調整ビームとして生成し出射する。また、ハーフミラー２４は、ハーフミラー２１から入射された第二分割ビームを透過して調整ビームを生成し出射する。
【００６７】
これにより、第一分割ビームの光路長は、ミラー２２および２３を経由している分、第二分割ビームの光路長よりも長くなる。したがって、第一分割ビームおよび第二分割ビームに光路差が与えられることになる。
【００６８】
また、ハーフミラー２４は、調整ビームの光軸が一定になるように配置される。つまり、ハーフミラー２４は、調整ビームとして出射される、第一分割ビームがハーフミラー２４で反射されたビームの光軸と、調整ビームとして出射される、第二分割ビームがハーフミラー２４を透過したビームの光軸とが一致するように配置される。
【００６９】
シャッター２５および２６は、シャッター手段の一例である。シャッター２５および２２６は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光路上に設けられる。シャッター２５および２６は、開閉可能であり、開放されると、その光路上の分割ビームを透過する透過状態になり、閉鎖されると、その光路長の分割ビームを遮蔽する遮蔽状態になる。
【００７０】
本実施形態では、シャッター２５は、ミラー２２および２３の間に設けられ、第一分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター２６は、ハーフミラー２１および２４の間に設けられ、第二分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。なお、シャッター２５は、ハーフミラー２１およびミラー２２の間に設けられてもよいし、ミラー２３およびハーフミラー２４の間に設けられてもよい。
【００７１】
これにより、シャッター２５が開放されると、第一分割ビームが調整ビームとして生成され、シャッター２６が開放されると、第二分割ビームが調整ビームとして生成されることになる。
【００７２】
投射部１２は、光路長調整部１３から出射された調整ビームをスクリーン１００に投射して、映像信号に応じた表示画像を表示する。本実施形態では、投射部１２は、調整ビームを２次元走査してスクリーン１００に投射するスキャナである。
【００７３】
制御部１４は、シャッター２５および２６の開閉を切り替えることで、光ビームの光路長を変更し、第一分割ビームおよび第二分割ビームを一つずつ順番に調整ビームとして出射する。このとき、制御部１４は、表示画像の各画素位置に対して第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして時分割されて投射されるように、シャッター２５および２６の開閉を変更する。
【００７４】
例えば、制御部１４は、シャッター２５および２６を交互に開放して、表示画像の各画素位置に対して、第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして交互に投射されるようにする。
【００７５】
また、制御部１４は、映像信号に応じて光源１１から出射される出射光を変調する。これにより、光源１１は、映像信号に応じて変調された光ビームを出射することになる。さらに、制御部１４は、映像信号に基づいて投射部１２であるスキャナを駆動させる。これにより、映像信号に応じた表示画像がスクリーン１００に表示されることになる。
【００７６】
次に動作を説明する。
【００７７】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３のハーフミラー２１に入射される。ハーフミラー２１は、その光ビームを反射および透過して、第一分割ビームおよび第二分割ビームに分割する。
【００７８】
第一分割ビームは、ミラー２２を経由してシャッター２５に入射される。シャッター２５が開放されていると、第一分割ビームは、シャッター２５を透過し、ミラー２３を経由してハーフミラー２４に入射される。一方、シャッター２５が閉鎖されていると、第一分割ビームは、遮蔽される。
【００７９】
ハーフミラー２４は、第一分割ビームが入射されると、その第一分割ビームを、反射することで調整ビームにして投射部１２に向けて出射する。
【００８０】
また、第二分割ビームは、シャッター２６に入射される。シャッター２６が開放されていると、第二分割ビームは、シャッター２６を透過し、ハーフミラー２４に入射される。一方、シャッター２６が閉鎖されていると、第二分割ビームは、遮蔽される。
【００８１】
ハーフミラー２４は、第二分割ビームが入射されると、その第二分割ビームを、透過することで調整ビームにして投射部１２に向けて出射する。
【００８２】
投射部１２は、ハーフミラー２４から出射された調整ビームを２次元走査してスクリーン１００に投射し、映像信号に応じた画像をスクリーン１００上に表示する。
【００８３】
制御部１４は、投射部１２にて表示された表示画像の各画素位置に、第一分割ビームおよび第二分割ビームが調整ビームとして交互に投射されるように、シャッター２５および２６を交互に開放する。
【００８４】
本実施形態によれば、ハーフミラー２１は、光ビームを複数の分割ビームに分割する。第一光学系は、ハーフミラー２１にて分割された分割ビームに光路差を与える。シャッター２５および２６は、分割ビームのそれぞれの光路上に設けられる。制御部１４は、シャッター２５および２６の開閉を切り替えて、光ビームの光路長を変更する。
【００８５】
この場合、シャッター２５および２６の開閉が切り替えられるだけで、光ビームの光路長が変更される。したがって、容易に光路長を変更することが可能になる。
【００８６】
次に第三の実施形態について説明する。
【００８７】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【００８８】
図５は、第三の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図５において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、光路長調整部１３と、投射部１２と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【００８９】
光路長調整部１３は、光スイッチ３１と、ミラー３２および光スイッチ３３とを有する第二光学系とを有する。
【００９０】
光スイッチ３１は、スイッチ手段の一例である。光スイッチ３１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを、予め定められた複数の出力方向のいずれかに出力する。
【００９１】
本実施形態では、光スイッチ３１は、光ビームを第一の出力方向と第二の出力方向の２つの出力方向のいずれかに出力する。また、第一の出力方向に出力された光ビームを第一方向ビームと称し、第二の出力方向に出力された光ビームを第二方向ビームと称する。
【００９２】
第二光学系は、光学手段の一例である。第二光学系は、光スイッチ３１から複数の出力方向のそれぞれに出力された第一方向ビームおよび第二方向ビームに光路差を与え、その第一方向ビームおよび第二方向ビームを特定の方向に出射する。なお、特定の方向は、投射部１２に向かう方向である。
【００９３】
具体的には、ミラー３２は、光スイッチ３１から出力された第一方向ビームを反射して、光スイッチ３３に入射する。なお、光スイッチ３１から出力された第二方向ビームは、ミラー３２を経由せずに、直接、光スイッチ３３に入射される。
【００９４】
光スイッチ３３は、ミラー３２から入射された第一方向ビームと、光スイッチ３１から直接入射された第二方向ビームとを、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【００９５】
これにより、第一方向ビームの光路長は、ミラー３２を経由している分、第二方向ビームの光路長よりも長くなる。したがって、第一方向ビームおよび第二方向ビームに光路差が与えられることになる。
【００９６】
また、光スイッチ３３は、調整ビームの光軸が一定になるように配置される。つまり、光スイッチ３３は、調整ビームとして出射された第一方向ビームの光軸と、調整ビームとして出射された第二方向ビームの光軸とが一致するように配置される。
【００９７】
光スイッチ３１および３３は、例えば、ガルバノミラー、ＭＥＭＳ（メムス：Micro Electro Mechanical Systems）ミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子である。なお、光スイッチ３１および３３は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子に限らず適宜変更可能である。
【００９８】
制御部１４は、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向を切り替えることで、光ビームの光路長を変更し、第一方向ビームおよび第二方向ビームを一つずつ順番に調整ビームとして出射する。
【００９９】
例えば、制御部１４は、第一出力方向および第二出力方向を交互に、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向にして、表示画像の各画素位置に対して、第一方向ビームおよび第二方向ビームが調整ビームとして交互に投射されるようにする。
【０１００】
また、制御部１４が光ビームの出力方向を切り替えると、光スイッチ３３に入射される光ビームが第一方向ビームおよび第二方向ビームの中で切り替わる。このとき、制御部１４は、光スイッチ３３に第一方向ビームが入射されても、第二方向ビームが入射されても、調整ビームの光軸が変化しないように、光スイッチ３３に対して切替処理を行う。例えば、制御部１４は、光スイッチ３１による光ビームの出力方向を切り替えるとともに、光ビームの出力方向ごとに異なる電圧を光スイッチ３３に印加することで、調整ビームの光軸が変化しないようにする。
【０１０１】
次に動作を説明する。
【０１０２】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３の光スイッチ３１に入射される。光スイッチ３１は、その光ビームを第一出力方向および第二出力方向のいずれかに出力する。
【０１０３】
光スイッチ３１が光ビームを第一出力方向に出力した場合、その出力された光ビームである第一方向ビームは、ミラー３２を経由して光スイッチ３３に入射する。光スイッチ３３は、その第一方向ビームを調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１０４】
一方、光スイッチ３１が光ビームを第二出力方向に出力した場合、その出力された光ビームである第二方向ビームは、直接、光スイッチ３３に入射する。光スイッチ３３は、第二方向ビームが入射されると、その第二方向ビームを調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１０５】
制御部１４は、投射部１２にて表示された画像の各画素位置に、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれが調整ビームとして時分割されて投射されるように、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向を切り替えるとともに、その出力方向に応じた電圧を光スイッチ３３に印加する。
【０１０６】
本実施形態によれば、光スイッチ３１は、光ビームを複数の出力方向のいずれかに出力する。第二光学系は、その複数の出力方向のそれぞれに出力される光ビームに光路差を与え、その光ビームを特定の方向に出射する。制御部１４は、光スイッチ３１による出力方向を切り替えて、光路長調整部１３にて調整される光路長を変更する。
【０１０７】
この場合、複数の出力方向のそれぞれに出力される光ビームに光路差が与えられる。また、その出力方向が切り替えられて、光ビームの光路長が変更される。
【０１０８】
このため、光ビームが分割された分割ビームを調整ビームとして用いなくてもよくなる。よって、光源１１から出射される元の光ビームの光量を小さくしても、表示画像を十分な明るさにすることが可能になる。したがって、消費電力を軽減することが可能になる。
【０１０９】
次に第四の実施形態について説明する。
【０１１０】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【０１１１】
図６は、第四の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図６において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、投射部１２と、光路長調整部１３と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【０１１２】
光路長調整部１３は、回転ミラー４１と、ミラー４２〜４６を有する第三光学系とを有する。
【０１１３】
回転ミラー４１は、スイッチ手段の一例である。回転ミラー４１は、ミラー部４１Ａと、回転駆動部４１Ｂとを有する。ミラー部４１Ａは、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とを有する。回転駆動部４１Ｂは、所定の軸を中心としてミラー部４１Ａを回転させる。
【０１１４】
図７は、回転ミラー４１の一例を模式的に示した外観図である。
【０１１５】
図７では、回転ミラー４１のミラー部４１Ａは、円盤状の部材にて形成される。円盤状の部材の表面は、合同な４つの扇型の領域に分割されている。その扇型の領域のうち２つの領域が透過領域５２であり、残りの領域が反射領域５１である。また、透過領域５２および反射領域５１が交互に配置されている。
【０１１６】
透過領域５２は、例えば、ガラスなどの光透過部材で形成される。
【０１１７】
反射領域５１は、ミラーなどの光を反射する光反射部材で形成される。本実施形態では、反射領域５１の裏面も、光反射部材で形成された反射領域である。また、反射領域５１の裏面の反射領域がミラー４６となっている。
【０１１８】
回転駆動部４１Ｂは、例えば、モーターであり、ミラー部４１Ａである円盤状の部材の下面に取り付けられている。回転駆動部４１Ｂは、ミラー部４１Ａの中心を通りミラー部４１Ａの表面に垂直な軸を中心としてミラー部４１Ａを回転させる。なお、ミラー部４１Ａの中心を通りミラー部４１Ａの表面に垂直な軸が所定の軸となる。
【０１１９】
また、回転ミラー４１は、コリメータレンズ１５で平行光にされた光ビームがミラー部４１Ａに入射されるように配置される。図７では、ミラー部４１Ａにおける、光ビームの入射位置５３が示されている。
【０１２０】
回転駆動部４１Ｂによってミラー部４１Ｂが回転されると、光ビームは、透過領域５２および反射領域５１に交互に入射されることになる。したがって、回転ミラー４１は、光ビームの反射および透過を交互に行う。
【０１２１】
回転ミラー４１による反射光および透過光それぞれは、互いに異なる方向に出力されるので、回転ミラー４１は、光ビームを、複数の出力方向のいずれかに出力することになる。以下、回転ミラー４１における反射光を、第三方向ビームと称し、回転ミラー４１における透過光を第四方向ビームと称する。
【０１２２】
図６に戻る。第三光学系は、光学手段の一例である。第三光学系は、回転ミラー４１から複数の出力方向のそれぞれに出力された第三方向ビームおよび第四方向ビームに光路差を与え、その第三方向ビームおよび第四方向ビームを特定の方向に出射する。
【０１２３】
具体的には、ミラー４２は、回転ミラー４１にて反射された第三方向ビームを反射してミラー４３に入射する。ミラー４３は、ミラー４２から入射された第三方向ビームを反射してミラー４４に入射する。ミラー４４は、ミラー４３から入射された第三方向ビームを反射してミラー４５に入射する。ミラー４５は、ミラー４４から入射された第三方向ビームを反射してミラー４６に入射する。ミラー４６は、ミラーから４５から入射された第三方向ビームを反射して、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１２４】
また、回転ミラー４１を透過した第四方向ビームは、ミラー４２〜４６を経由せずに、直接、調整ビームとして投射部１２に向けて出射される。
【０１２５】
第三方向ビームの光路長は、ミラー３２〜４６を経由している分、第四方向ビームの光路長よりも長くなる。したがって、回転ミラー４１から複数の出力方向のそれぞれに出力された光ビームに光路差が与えられることになる。
【０１２６】
制御部１４は、表示画像の各画素位置に対して、第三方向ビームおよび第四方向ビームが調整ビームとして時分割されて投射されるように、回転ミラー４１の回転速度を調節する。
【０１２７】
次に動作を説明する。
【０１２８】
光源１１から出射された光ビームは、光路長調整部１３内の回転ミラー４１のミラー部４１Ａに入射される。
【０１２９】
光ビームがミラー部４１Ａの反射領域５１に入射された場合、光ビームは反射領域５１で反射され第三方向ビームとして出射される。第三方向ビームは、ミラー４２〜４５を経由してミラー４６に入射される。ミラー４６は、第三方向ビームを反射することで、調整ビームとして投射部１２に向けて出射する。
【０１３０】
また、光ビームがミラー部４１Ａの透過領域５２に入射された場合、光ビームは、第四方向ビームとして透過領域５２を透過する。その後、第四方向ビームは、調整ビームとして投射部１２に向けて出射される。
【０１３１】
制御部１４は、投射部１２にて表示された画像の各画素位置に、第三方向ビームおよび第四方向ビームのそれぞれが調整ビームとして時分割されて投射されるように、回転ミラー４１の回転速度を調節して、回転ミラー４１からの光ビームの出力方向を切り替える。
【０１３２】
本実施形態によれば、透過領域および反射領域を有し、所定の回転軸を中心として回転する回転ミラー４１がスイッチ手段として用いられる。制御部１４は、回転ミラーの回転速度を調節して、回転ミラー４１から出力される光ビームの出力方向を切り替える。
【０１３３】
この場合、光ビームが分割された分割ビームを調整ビームとして用いなくてもよくなる。よって、光源１１から出射される元の光ビームの光量を小さくしても、表示画像を十分な明るさにすることが可能になる。したがって、消費電力を軽減することが可能になる。
【０１３４】
次に第五の実施形態について説明する。
【０１３５】
本実施形態では、光路長調整部１３の別の構成例について説明する。
【０１３６】
図８は、第五の実施形態の投射型画像表示装置の構成を示したブロック図である。図８において、投射型画像表示装置１は、図４で示した構成と同様に、光源１１と、光路長調整部１３と、投射部１２と、制御部１４と、コリメータレンズ１５とを含む。
【０１３７】
光路長調整部１３は、屈折率可変素子６１を有する。
【０１３８】
屈折率可変素子６１は、透過素子の一例である。屈折率可変素子６１は、例えば、電気光学素子または音響光学素子であり、屈折率が可変な光透過部材で形成される。屈折率可変素子６１は、コリメータレンズ１５にて平行光にされた光ビームを透過して調整ビームを生成し出射する。なお、光路長は、光ビームが実際に走る距離に、光ビームが走る媒質の屈折率を乗算したものであるため、その屈折率が変化すると、光路長も変化する。
【０１３９】
制御部１４は、光ビームから波面形状が異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが表示画像の各画素位置に時分割されて投射されるように、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０１４０】
本実施形態によれば、屈折率可変素子６１は、光ビームを透過する。制御部１４は、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０１４１】
この場合、光ビームを分割したり、光ビームの出力方向を切り替えたりする必要がないため、屈折率可変素子６１の他に、複数の光ビームに光路差を与えるミラーなどの光学部品を用いる必要がなくなる。したがって、光路長調整部１３および投射型画像表示装置１の構成を単純化することが可能になる。
【０１４２】
次に第六の実施形態について説明する。
【０１４３】
図９は、光路数が３つある光路長調整部１３の構成例を示した模式図である。図９において、光路長調整部１３は、ハーフミラー２１および７１を有する分割部と、ミラー２３、７２〜７４とハーフミラー２４とを有する第四光学系と、シャッター２５、２６および７５とを有する。
【０１４４】
ハーフミラー２１は、光源１１からの光ビームを反射および透過して、反射光である第一分割ビームと、透過光である第二分割ビームとに分割する。
【０１４５】
ハーフミラー７１は、ハーフミラー２１からの第一分割ビームを反射および透過して、反射光である第三分割ビームと、透過光である第四分割ビームとに分割する。
【０１４６】
これにより、分割部は、光源からの光ビームを、第二分割ビーム〜第四分割ビームの３つの分割ビームに分割することになる。
【０１４７】
第二分割ビームは、直接、ハーフミラー２４に入射される。
【０１４８】
第三分割ビームは、ミラー７２に入射される。ミラー７２は、その入射された第三分割ビームを反射してミラー７３に入射する。ミラー７３は、その入射された第三分割ビームを反射してミラー７４に入射する。ミラー７４は、その入射された第三分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。
【０１４９】
第四分割ビームは、ミラー２３に入射される。ミラー２３は、その入射された第四分割ビームを反射してハーフミラー２４に入射する。
【０１５０】
ハーフミラー２４は、ハーフミラー２１から入射された第二分割ビームを透過して調整ビームとして出射する。また、ハーフミラー２４は、ミラー７４および２３から入射された第三分割ビームおよび第四分割ビームのそれぞれを反射して調整ビームとして生成し出射する。
【０１５１】
これにより、第四光学系は第二分割ビーム〜第四分割ビームに光路差を与えることになる。
【０１５２】
シャッター２５は、第四分割ビームの光路上であるハーフミラー７１およびミラー２３の間に設けられ、第一分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター２６は、第二分割ビームの光路上であるハーフミラー２１および２４間に設けられ、第二分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。シャッター７５は、第三分割ビームの光路上であるミラー７２および７３の間に設けられ、第三分割ビームの透過および遮蔽を切り替える。
【０１５３】
これにより、シャッター２５を透過した第四分割ビームは、ハーフミラー２４から出射され、シャッター２６を透過した第二分割ビームは、ハーフミラー２４から出射され、シャッター７５を透過した第三分割ビームは、ハーフミラー２４から出射されることになる。
【０１５４】
以上により、光路長がそれぞれ異なる３つの調整ビームを出射することが可能になる。同様に、分割部に含まれるハーフミラーの数を増やすことで、調整ビームの数を４以上にすることもできる。
【０１５５】
なお、本実施形態では、第二の実施形態のように光ビームを分割する構成としたが、第三および第四の実施形態のように光ビームの出力方向を切り替える構成であってよい。この場合、光スイッチや回転ミラーの数を増やしたり、光スイッチによる光ビームの出力方向の数を増やすことで、調整ビームの数を３以上にすることができる。
【０１５６】
また、第五の実施形態のように光路長調整部１３に屈折率可変素子を用いた場合、制御部１４が屈折率可変素子の屈折率を段階的に切り替えることで、調整ビームの数を３以上にすることができる。
【０１５７】
また、光源１１からスクリーン１００までの距離が予め定められており、かつ、調整ビームの数が３以上の場合、制御部１４は、光ビームの焦点位置がスクリーン１００の前、スクリーン１００上、および、スクリーン１００の後の中で切り替わるように、光路長を変更することが望ましい。
【０１５８】
本実施形態によれば、調整ビームの数を増やすことが可能になるので、より多くのスペックルパターンを生じさせることが可能になり、スペックルノイズの低減率をさらに向上させることが可能になる。
【０１５９】
次に第七の実施形態について説明する。
【０１６０】
本実施形態の投射型画像表示装置は、図４で示した第二の実施形態の投射型画像表示装置の同じ構成を有する。
【０１６１】
本実施形態では、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にする。
【０１６２】
例えば、制御部１４は、先ず、シャッター２５を開放し、シャッター２６を閉鎖する。続いて、制御部１４は、シャッター２５を閉鎖し、シャッター２６を開放する。そして、制御部１４は、シャッター２５および２６の両方を開放する。制御部１４は、この順序でシャッター２５および２６の開閉を切り替える。
【０１６３】
この場合、調整ビームとして、第一分割ビーム、第二分割ビーム、および、第一分割ビームと第二分割ビームとの合成ビームが生成される。
【０１６４】
合成ビームの波面形状は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの波面形状の和になる。このため、合成ビームの波面形状は、第一分割ビームの波面形状とも、第二分割ビームの波面形状とも異なる。したがって、波面形状がそれぞれ異なる３つの調整ビームを投射することが可能になる。
【０１６５】
また、合成ビームの光量は、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光量の和になるので、第一分割ビームおよび第二分割ビームのそれぞれの光量よりも大きくなる。
【０１６６】
このため、制御部１４は、シャッター２５および２６を同時に開放する場合、光源１１から出射される光ビームの光量を、シャッター２５および２６の一方を開放する場合に比べて半分にして、複数の調整ビームのそれぞれの光量を等しくすることが望ましい。
【０１６７】
また、光路長調整部１３が図９で示した構成の場合でも、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にしてもよい。この場合、制御部１４は、同時に開かれるシャッターの数に応じて、光源１１から出射される光ビームの光量を調整する。
【０１６８】
具体的には、同時に開放されるシャッターの数がＭの場合、制御部１４は、光ビームの光量を、同時に開放されるシャッターの数が１の場合における光ビームの光量の１／Ｍ倍にする。なお、Ｍは、１以上の整数である。
【０１６９】
本実施形態によれば、制御部１４は、同時に開放するシャッターの数を１以上にする。この場合、波面形状が異なる調整ビームの数を増やすことが可能になるので、スペックルノイズの低減率をより向上させることが可能になる。また、調整ビームの数を増やすために新たにミラーなどの光学部品を追加する必要がないので、光路長調整部１３が大きくなることを抑制することが可能になる。したがって、光路長調整部１３を大きくすることなく、スペックルノイズの低減率をより向上させることが可能になる。
【０１７０】
次に第八の実施形態を説明する。
【０１７１】
本実施形態では、制御部１４のより詳細な説明を行う。
【０１７２】
図１０は、制御部１４の構成例を示したブロック図である。図１０において、制御部１４は、信号処理部８１と、タイミング抽出部８２と、駆動部８３とを有する。
【０１７３】
信号処理部８１には、映像信号が入力される。信号処理部８１は、その映像信号に対して信号処理を行う。なお、信号処理は、例えば、γ補正などである。
【０１７４】
タイミング抽出部８２は、信号処理部８１にて信号処理が行われた映像信号から、表示画像が切り替わる速度を示すフレームレートを抽出する。
【０１７５】
駆動部８３は、タイミング抽出部８２が抽出したフレームレートに応じた切替速度で、光路長調整部１３が調整する光路長を変更する。例えば、駆動部８３は、フレームレートと同じ速度で光路長を切り替える。
【０１７６】
タイミング抽出部８２および駆動部８３の動作は、光路長調整部１３の構成に応じて異なる。このため、タイミング抽出部８２および駆動部８３は、光路長調整部１３の構成に応じて設計される。
【０１７７】
以下、光路長調整部１３の構成ごとに、制御部１４の動作を説明する。なお、切替速度は、フレームレートと同じ速度であるとする。
【０１７８】
図１１は、光路長調整部１３が図４で示した構成を有する場合における、制御部１４の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。なお、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２の３つのフレームが連続して表示されているものとする。
【０１７９】
先ず、信号処理部８１に映像信号が入力される。信号処理部８１は、その映像信号に対してγ補正などの信号処理を行い、その信号処理を行った映像信号をタイミング抽出部８２に出力する。
【０１８０】
続いて、タイミング抽出部８２は、映像信号を受け付けると、その映像信号からフレームレートを抽出する。タイミング抽出部８２は、そのフレームレートと同じ切替速度で、光路長の変更を示す駆動信号を駆動部８３に出力する。このとき、タイミング抽出部８２は、表示画像のフレームが切り替わるタイミングに合わせて駆動信号を出力することが望ましい。
【０１８１】
駆動部８３は、駆動信号を受け付けるたびに、シャッター２５および２６の一方に開放を示す開放信号を出力し、他方に閉鎖を示す閉鎖信号を出力する。このとき、駆動部８３は、駆動信号を受け付けるたびに、開放信号および閉鎖信号の出力先となるシャッターを入れ替える。開放信号を受け付けたシャッターは開放され、閉鎖信号を受け付けたシャッターは閉鎖される。
【０１８２】
また、光路長調整部１３が図５で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、光路長調整部１３が図２で示した構成を有する場合と同様に、フレームレートと同じ切替速度で駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０１８３】
駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、出力方向を切り替えるための方向切替信号を光スイッチ３１に出力するとともに、光スイッチ３１に対して切替処理を行う。
【０１８４】
光スイッチ３１は、方向切替信号を受け付けるたびに、光ビームの出力方向を切り替える。また、光スイッチ３３は、方向切替信号を受け付けるたびに、第一光ビームが入射されても、第二光ビームが入射されても、それらの光ビームの光軸が一致して出射されるように切り替える。
【０１８５】
図１２は、光路長調整部１３が図６および図７で示した構成を有する場合における、制御部１４の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１２では、映像信号のフレーム番号Ｎ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが表示されているときの、光ビームの回転ミラー上の入射位置が示されている。
【０１８６】
タイミング抽出部８２は、映像信号からフレームレートを抽出すると、そのフレームレートの１／４の回転速度を示す駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０１８７】
駆動部８３は、駆動信号が入力されると、その駆動信号が示す回転速度でミラー部４１Ａが回転するように回転駆動部４１Ｂに電力を供給する。これにより、ミラー部４１Ａにおける光ビームの入射位置５３がフレームごとに透過領域５２および反射領域５１の中で切り替わる。
【０１８８】
また、光路長調整部１３が図８で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、光路長調整部１３が図４で示した構成を有する場合と同様に、フレームレートと同じ速度で駆動信号を駆動部８３に入力する。駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、屈折率可変素子６１の屈折率を変更する。
【０１８９】
以上のように制御部１４が動作すると、表示画像のフレームごとに光路長が異なる調整ビームがスクリーン１００に投射されることになるので、表示画像の各画素位置に光路長がそれぞれ異なる複数の調整ビームが時分割して投射されることになる。
【０１９０】
切替速度は、上記の例では、フレームレートと一致していたが、実際には、フレームレートと一致していなくてもよい。切替速度は、例えば、フレームレートの、調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍であればよい。
【０１９１】
図１３は、調整ビームの数が２の場合における切替速度を説明するための説明図である。図１３では、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが示されている。２つの調整ビームのそれぞれを調整ビームＡおよびＢとする。
【０１９２】
切替速度がフレームレート３倍の場合、各画素位置には、フレームごとに調整ビームＡおよびＢが交互に投射されることになる。一方、切替速度がフレームレートの４倍であると、各画素位置には、フレームが切り替わっても同じ光路長の調整ビームが投射されることになる。
【０１９３】
図１４は、調整ビームの数が３の場合における切替速度を説明するための説明図である。図１４では、フレーム番号がＮ、Ｎ＋１およびＮ＋２のフレームが示されている。３つの調整ビームのそれぞれを調整ビームＣ、ＤおよびＥとする。
【０１９４】
切替速度がフレームレートの２倍および４倍の場合、各画素位置には、フレームごとに調整ビームＣ、ＤおよびＥが順番に投射されることになる。一方、切替速度がフレームレートの４倍であると、各画素には、フレームが切り替わっても同じ光路長の調整ビームが投射されることになる。
【０１９５】
本実施形態によれば、映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、光ビームの光路長を変更する。
【０１９６】
この場合、表示画像の各画素位置に複数の調整ビームを適切に時分割して投射することが可能になる。また、切替速度を比較的小さくすることが可能になる。
【０１９７】
次に第九の実施形態について説明する。
【０１９８】
本実施形態では、制御部１４は、各画素が描写される描写時間内に、調整ビームが時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【０１９９】
より具体的には、制御部１４のタイミング抽出部８２は、映像信号に基づいて描写時間を算出する。例えば、タイミング抽出部８２は、映像信号からフレームレートおよび画素数を抽出し、そのフレームレートを画素数で除算することで描写時間を算出する。
【０２００】
駆動部８３は、タイミング抽出部８２が算出した描写時間内に、調整ビームの数だけ光路長が切り替わるように、光路長調整部１３を用いて光ビームの光路長を変更する。
【０２０１】
光路長調整部１３が図４、図５、図８または図９で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、その描写時間を調整ビームの数で除算した切替時間ごとに駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０２０２】
駆動部８３は、駆動信号が入力されるたびに、シャッター２５、２６および７５の開閉、光スイッチ３１から出力される光ビームの出力方向、または、屈折率可変素子６１の屈折率を変更することで、光ビームの光路長を変更する。
【０２０３】
また、光路長調整部１３が図６および図７で示した構成を有する場合、タイミング抽出部８２は、その描写時間を調整ビームの数で除算した値の１／２の回転速度を示す駆動信号を駆動部８３に入力する。
【０２０４】
駆動部８３は、駆動信号が入力されると、その駆動信号が示す回転速度でミラー部４１Ａが回転するように回転駆動部４１Ｂに電力を供給する。
【０２０５】
本実施形態によれば、制御部１４は、各画素が描写される描写時間内に、調整ビームが時分割されて投射されるように、光ビームの光路長を変更する。
【０２０６】
この場合、表示画像の各画素位置に複数の調整ビームを適切に時分割して投射することが可能になる。
【０２０７】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０２０８】
１ 投射型画像表示装置
１１ 光源
１２ 投射部
１３ 光路長調整部
１４ 制御部
２１、２４、７１ ハーフミラー
２２、２３、３２、４２〜４６、７２〜７４ ミラー
２５、２６、７５ シャッター
３１、３３ 光スイッチ
４１ 回転ミラー
４１Ａ ミラー部
４１Ｂ 回転駆動部
５１ 反射領域
５２ 透過領域
６１ 屈折率可変素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、
前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、
前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御手段と、を有する投射型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、
前記光ビームを複数の分割ビームに分割する分割手段と、
前記複数の分割ビームに光路差を与える光学手段と、
前記複数の分割ビームのそれぞれの光路上に設けられた開閉可能な複数のシャッター手段と、を含み、
前記制御手段は、前記複数のシャッター手段の開閉を切り替えて、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記複数のシャッター手段のうち、同時に開放するシャッター手段の数を１以上にする、投射型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、
前記光ビームを複数の出力方向のいずれかに出力するスイッチ手段と、
前記複数の出力方向のそれぞれに出力された光ビームに光路差を与え、前記スイッチ手段が出力した光ビームを特定の方向に出射する光学手段と、を有し、
前記制御手段は、前記スイッチ手段による出力方向を切り替えて、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の投射型画像表示装置において、
前記スイッチ手段は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子である、投射型画像表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の投射型画像表示装置において、
前記スイッチ手段は、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とを有し、所定の軸を中心として回転する回転ミラーであり、
前記制御手段は、前記回転ミラーの回転速度を調整して、前記出力方向を切り替える、投射型画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、前記光ビームを透過する透過素子を有し、
前記制御手段は、前記透過素子の屈折率を変更することで、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記画像の各画素を描写する描写時間内に前記複数の調整ビームが時分割されて投射されるように、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記投射手段は、前記光ビームを走査することで投射するスキャナである、投射型画像表示装置。
【請求項１１】
映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、を有する投射型画像表示装置の制御方法であって、
前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御ステップを有する、投射型画像表示装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１項に記載の投射型画像表示装置の制御方法において、
前記制御ステップでは、前記画像の各画素を描写する描写時間内に前記複数の調整ビームが時分割されて投射されるように、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項１１項に記載の投射型画像表示装置の制御方法において、
前記制御ステップでは、前記映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置の制御方法。
【請求項１】
映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、
前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、
前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、
前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御手段と、を有する投射型画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、
前記光ビームを複数の分割ビームに分割する分割手段と、
前記複数の分割ビームに光路差を与える光学手段と、
前記複数の分割ビームのそれぞれの光路上に設けられた開閉可能な複数のシャッター手段と、を含み、
前記制御手段は、前記複数のシャッター手段の開閉を切り替えて、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記複数のシャッター手段のうち、同時に開放するシャッター手段の数を１以上にする、投射型画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、
前記光ビームを複数の出力方向のいずれかに出力するスイッチ手段と、
前記複数の出力方向のそれぞれに出力された光ビームに光路差を与え、前記スイッチ手段が出力した光ビームを特定の方向に出射する光学手段と、を有し、
前記制御手段は、前記スイッチ手段による出力方向を切り替えて、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の投射型画像表示装置において、
前記スイッチ手段は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、電気光学変調素子または音響光学変調素子である、投射型画像表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の投射型画像表示装置において、
前記スイッチ手段は、光を透過する透過領域と、光を反射する反射領域とを有し、所定の軸を中心として回転する回転ミラーであり、
前記制御手段は、前記回転ミラーの回転速度を調整して、前記出力方向を切り替える、投射型画像表示装置。
【請求項７】
請求項１に記載の投射型画像表示装置において、
前記調整手段は、前記光ビームを透過する透過素子を有し、
前記制御手段は、前記透過素子の屈折率を変更することで、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記画像の各画素を描写する描写時間内に前記複数の調整ビームが時分割されて投射されるように、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記制御手段は、前記映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置において、
前記投射手段は、前記光ビームを走査することで投射するスキャナである、投射型画像表示装置。
【請求項１１】
映像信号に応じて変調された光ビームを出射する光源と、前記光源から出射された光ビームを投射する投射手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、前記光ビームの光路長を調整する調整手段と、を有する投射型画像表示装置の制御方法であって、
前記光ビームから波面形状がそれぞれ異なる複数の調整ビームが生成され、かつ、各調整ビームが前記映像信号に応じた画像の各画素位置に対して時分割されて投射されるように、前記映像信号に基づいて、前記調整手段を制御して前記光ビームの光路長を変更する制御ステップを有する、投射型画像表示装置の制御方法。
【請求項１２】
請求項１１項に記載の投射型画像表示装置の制御方法において、
前記制御ステップでは、前記画像の各画素を描写する描写時間内に前記複数の調整ビームが時分割されて投射されるように、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項１１項に記載の投射型画像表示装置の制御方法において、
前記制御ステップでは、前記映像信号のフレームレートの、前記調整ビームの数の倍数を除く１以上の整数倍の速度で、前記光路長を変更する、投射型画像表示装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−６５０２１（Ｐ２０１１−６５０２１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６９０５（Ｐ２００９−２１６９０５）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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