JP5191730B2 - Two-dimensional image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光源としてコヒーレント光源を使用する二次元画像形成装置に関するものである。より詳細には、ディスプレイ内に現れるスペックルノイズを低減するための手段を有する二次元画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a two-dimensional image forming apparatus using a coherent light source as a light source. More specifically, the present invention relates to a two-dimensional image forming apparatus having means for reducing speckle noise appearing in a display.
図16に従来のレーザディスプレイの概略構成を示す。RGB3色のレーザ光源101a〜101cからの各光ビームは、ビームエキスパンダ102によって拡大され、光インテグレータ103によって二次元空間光変調素子107を照射する。この光インテグレータ103は、長方形の単位レンズが二次元に配置された蠅の目レンズになっており、略ガウス分布をしている光強度分布は、二次元空間光変調素子107上ではほぼ一様な長方形となり、二次元空間光変調素子107を一様な強度で照射する。二次元空間光変調素子107の手前には拡散板105が配置され、拡散板揺動部112によってその面内で回転している。二次元空間光変調素子107を通過した各光は、ダイクロイックプリズム110によって合波され、投射レンズ109によってスクリーン108上にフルカラーの映像として投射される。
FIG. 16 shows a schematic configuration of a conventional laser display. The light beams from the RGB three-color
このようなレーザディスプレイの特徴は、光源に単色性の強いレーザ光源を用いていることである。ランプを用いたプロジェクタでは、ランプ光源の連続なスペクトルを持つ光をRGB3色に分解するため、RGBそれぞれの光も連続的なスペクトル分布をもち、純粋な単色を表示することができない。それに対してレーザディスプレイでは、単色光源を用いているため、色純度が高く、鮮やかな画像の表示が可能である。 A feature of such a laser display is that a laser light source with strong monochromaticity is used as the light source. In a projector using a lamp, light having a continuous spectrum of a lamp light source is decomposed into RGB three colors, so that each RGB light also has a continuous spectral distribution and cannot display a pure single color. On the other hand, since the laser display uses a monochromatic light source, the color purity is high and a vivid image can be displayed.
ところで、このようなディスプレイでは、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。このスペックルノイズを抑圧するために、従来提案されているレーザディスプレイでは、図16で説明したように、拡散板105を揺動する構成をとる。
By the way, in such a display, what is called speckle noise, which is caused by using a laser light source having high coherence as a light source, becomes a problem. Speckle noise is fine uneven noise generated when the scattered light from each part on the
すなわち、拡散板105は、表面を磨りガラス状に加工したもので、入射した光にランダムな位相変調を与える。拡散板105に入射した平行ビームは、一定の角度内にランダムに拡散された発散光となる。拡散板105を通過した光は、二次元空間光変調素子107上にランダムなスペックルノイズを生じる。拡散板105をその面内で揺動することにより、二次元空間光変調素子107上のスペックルノイズは、高速に変化し、同様にスクリーン108上に投射された画像のスペックルノイズも高速に変化する。これを目で観察したときには高速で変化するスペックルノイズが時間平均され、ノイズのない滑らかな画像として認識される。
しかしながら、上記の構成における課題は、拡散板105で散乱された光の一部がロスとなることである。以下にその様子を詳説する。
However, the problem in the above configuration is that a part of the light scattered by the
スペックルノイズをより効果的に抑圧するには、拡散板105での光の拡散角を大きくすればよい。このとき、二次元空間光変調素子107を照射する光の入射角が大きくなり、ひいてはスクリーン108を照射する光のスクリーン108への入射角も大きくなる。瞬時瞬時に生じているスペックルパターンは、スクリーン108への入射角に依存するため、より大きな角度で入射することで、より多くのスペックルパターンが生じ、より効果的に平均化される。
In order to suppress speckle noise more effectively, the diffusion angle of light at the
上記のように拡散角を大きくしたときには、二次元空間光変調素子107の画像枠外を照射する光と、投射レンズ109の瞳でけられる光とが増加して光のロスとなる。二次元空間光変調素子107と拡散板105との距離を小さくすることにより、二次元空間光変調素子107の画像枠外を照射する光を少なくすることができるが、反面、拡散板105の粒子パターンがスクリーン108上に結像され、スペックルノイズ以外のノイズとなる。このため、二次元空間光変調素子107と拡散板105との間の距離は一定間隔をあける必要があり、二次元空間光変調素子107の画像枠外にはずれる光をなくすことはできない。
When the diffusion angle is increased as described above, the light irradiating the outside of the image frame of the two-dimensional
一方、拡散板105での拡散角を投射レンズ109の明るさ(F値)以下にすると投射レンズ109でのけられによる光のロスを防ぐことができるが、通常、拡散板105の拡散特性は、拡散角に対して出射光強度分布がガウス関数状の分布を示し、拡散角を大きく取るに従い、投射レンズ109でのけられが増加することになる。
On the other hand, if the diffusion angle at the
また、上記のレーザディスプレイでは、光インテグレータ103を用いてビームの光強度を均一化しているため、光インテグレータ103にある程度の光路長が必要となり、光インテグレータ103の長さが長くなる。また、光インテグレータ103に入射されるビームがビームエキスパンダ102によって拡大されているため、ビーム径も大きくなり、ビームエキスパンダ102及び光インテグレータ103に大径のものを用いる必要がある。この結果、ビームエキスパンダ102及び光インテグレータ103が大型化して光学系が大きくなり、レーザディスプレイを小型化することが困難である。
Further, in the laser display described above, since the light intensity of the beam is made uniform using the
本発明の目的は、スペックルノイズを低減することができるとともに、光のロスを小さくすることができ、さらに、光学系を小型化することができる二次元画像形成装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a two-dimensional image forming apparatus capable of reducing speckle noise, reducing light loss, and further reducing the size of an optical system.
本発明の一の局面に従う二次元画像形成装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、前記ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるために前記ビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、前記ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータから出射される光ビームを投影する第1の投影光学系と、前記第1の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、前記二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第2の投影光学系とを備えるものである。 A two-dimensional image forming apparatus according to one aspect of the present invention includes at least one laser light source, beam deflecting means for changing a traveling direction of a light beam emitted from the laser light source, and light emitted from the beam deflecting means. A driving means for driving the beam deflecting means to change the traveling direction of the beam with time, a rod integrator for guiding the light beam deflected by the beam deflecting means to the exit end while internally reflecting, and from the rod integrator A first projection optical system that projects the emitted light beam, a two-dimensional spatial light modulator that modulates the light beam emitted from the first projection optical system, and the two-dimensional spatial light modulator And a second projection optical system that projects light onto a predetermined surface.
この二次元画像形成装置においては、スペックルノイズを低減することができるとともに、光のロスを小さくすることができ、さらに、光学系を小型化することができる。 In this two-dimensional image forming apparatus, speckle noise can be reduced, light loss can be reduced, and the optical system can be downsized.
以下、本発明の各実施の形態による二次元画像形成装置について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a two-dimensional image forming apparatus according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。図1に示す二次元画像形成装置は、レーザ光源1、プリズムアレイ2、駆動部3、ロッドインテグレータ4、投影光学系5、フィールドレンズ6、二次元空間光変調素子7、投射レンズ8を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. The two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. 1 includes a laser light source 1, a
コヒーレント光源であるレーザ光源1から出射した光ビームは、プリズムアレイ2を通過し、ロッドインテグレータ4に入射する。ロッドインテグレータ4内において内部反射を繰り返して出射端に達した光ビームは、投影光学系5によって透過型の二次元空間光変調素子7上にフィールドレンズ6を介して投射される。二次元空間光変調素子7は、液晶シャッター等から構成され、信号処理回路(図示省略)から出力される画像データに応じて各シャッターの開閉動作を制御することにより、投影光学系5から出射されるビームを、表示すべき画像に応じて変調して投射レンズ8へ導く。投射レンズ8は、二次元空間光変調素子7から出射される光をスクリーン(図示省略)上に投影する。
The light beam emitted from the laser light source 1 that is a coherent light source passes through the
投影光学系5によって二次元空間光変調素子7上に投影される光ビームは、図1に示すように略発散ビームとなっているため、フィールドレンズ6が略発散ビームを収束ビームに変換し、二次元空間光変調素子7を通過した光が、効率よく投射レンズ8に入射されるようにしている。
Since the light beam projected onto the two-dimensional
図2は、図1に示すプリズムアレイの構成を主に説明するための模式的斜視図である。図2に示すように、プリズムアレイ2は、微小なプリズムが二次元状に配置され、例えば、微小な単位プリズム2aが円周上に並べられた円板から構成され、モーター等から構成される駆動部3によって回転され、光ビームは、連続的に異なる単位プリズム2aによって偏向させられる。それぞれの単位プリズム2aは、その表面が異なる方向を向いており、光ビームは、異なる単位プリズム2aによって異なる方向に偏向させられる。
FIG. 2 is a schematic perspective view for mainly explaining the configuration of the prism array shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
このように、光ビームは、プリズムアレイ2の回転によって単位時間あたり多数の単位プリズム2aを通過し、種々の方向に偏向させられるため、ロッドインテグレータ4の出力端面では、高速にビーム位置が変化し、時間あたりの平均光照射パワーは、出力端面内で一様となる。より一様性を高めるには、それぞれの単位プリズム2aの表面を凹レンズ形状とし、偏向された光ビームがわずかに発散ビームとなり、ロッドインテグレータ4の出力端面における光ビームが一定以上の大きさとなるようにすればよい。
As described above, the light beam passes through a large number of
このとき、二次元空間光変調素子7を照射する光ビームの入射角が時々刻々変化し、結果として、スクリーンを照射する光ビームのスクリーンへの入射角が変化するため、効率よくスペックルノイズが抑圧される。
At this time, the incident angle of the light beam that irradiates the two-dimensional spatial
本実施の形態の光学系のポイントは、光ビームの偏向にプリズムアレイ2を用いているため、光ビームの偏向角を正確に設計できることである。例えば、投影光学系5の拡大倍率が2倍、投射レンズ8の明るさが2.5のとき、ロッドインテグレータ4から出射する光のF値を1.25以下になるようにすれば、光ビームはすべて投射レンズ8の瞳の内側を通過し、けられによる光ロスのない光学系が実現される。
The point of the optical system of the present embodiment is that the
ここで、ロッドインテグレータ4は、直方体の光学プリズムであり、内部反射により入射端から出射端に光が伝搬する際に光の倒れ角が保存されるため、ロッドインテグレータ4に入射する光ビームの倒れ角もF値1.25相当の角度以下になるように、プリズムアレイ2における偏向角を設計すればよい。
Here, the
また、ロッドインテグレータ4とプリズムアレイ2との距離を十分に近接させ、単位プリズム2aでの偏向によるロッドインテグレータ4の入射端面におけるビーム位置ずれをロッドインテグレータ4の入射端面のサイズより小さくしておけば、プリズムアレイ2によって偏向された光ビームはすべて、ロッドインテグレータ4に入射し、二次元空間光変調素子7を照射する。このため、従来例で生じたような、二次元空間光変調素子7の画像枠外を照射してロスとなる光が発生せず、光のロスの非常に小さな光学系が実現される。
Also, if the distance between the
上記のように、本実施の形態では、投射レンズ8の瞳でけられる光や二次元空間光変調素子7の画像枠外を照射してロスとなる光が発生しないため、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, light that is lost at the pupil of the
また、本実施の形態では、レーザ光源1から出射される光ビームを拡大することなく、小型のロッドインテグレータ4を用いて光ビームの強度分布を一定にしているので、大型のビームエキスパンダ及び光インテグレータを用いる必要がなくなり、光学系を小型化することができ、二次元画像形成装置を小型化することができる。
In the present embodiment, the light beam emitted from the laser light source 1 is not expanded, and the light rod intensity distribution is made constant by using the
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。図3に示す二次元画像形成装置と図1に示す二次元画像形成装置とで異なる点は、偏光ビームスプリッタ9が付加されるとともに、透過型の二次元空間光変調素子7が反射型の二次元空間光変調素子7aに変更され、投射レンズ8が偏光ビームスプリッタ9の上部に配置される点であり、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to the second embodiment of the present invention. A difference between the two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. 3 and the two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. 1 is that a
反射型の二次元空間光変調素子7aは、例えば、強誘電性液晶をシリコン基板上に配したいわゆるLCOS(Liquid Crystal On Silicon)デバイスと呼ばれる二次元空間光変調素子から構成される。LCOS二次元空間光変調素子では、光スイッチが二次元に配列され、入力信号によってその反射光の偏光方向が回転される。したがって、偏光ビームスプリッタ9によって反射された入射光のうち、ON状態の光スイッチに入射された光は、その偏光方向が回転されて反射され、偏光ビームスプリッタ9を通過して投射レンズ8に入射する。
The reflection type two-dimensional spatial
この光学系において、従来例のように拡散板を反射型の二次元空間光変調素子7aの直近に配置してスペックルノイズを防止する方法を適用する場合には、図3の破線の長方形で表した位置に拡散板を配置することになる。なんとなれば、反射型の二次元空間光変調素子7aと投射レンズ8との間に拡散板を配置すると、スクリーンに投射される画像がぼけてしまうために、反射型の二次元空間光変調素子7aからの反射光が通過する光路中に拡散板を配置することができないことによる。
In this optical system, when a method of preventing speckle noise by applying a diffuser plate in the immediate vicinity of the reflective two-dimensional spatial
このため、拡散板と反射型の二次元空間光変調素子7aとの間に偏光ビームスプリッタ9が存在し、その光路が長くなるため、拡散板で拡散された光の多くが反射型の二次元空間光変調素子7aの画像枠外にはずれる。このように、反射型の二次元空間光変調素子7aと拡散板とを組み合わせて使用する場合に、特に光のロスが大きくなる。これに対して、本実施の形態では、第1の実施の形態の効果に加え、反射型の二次元空間光変調素子7aの手前に拡散板をおく必要がないため、光量低下を防ぐことができ、本発明は、反射型二次元空間光変調素子を用いたときに特に有効である。
For this reason, the
(第3の実施の形態)
図4は、本発明の第3の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図であり、図5は、図4に示すレンチキュラーレンズの構成を主に説明するための模式的斜視図である。本実施の形態では、レーザ光源1からロッドインテグレータ4までの間に、2個の駆動部3a,3bによって回転される2枚のレンチキュラーレンズ10a,10bを配して光ビームを偏向している。その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a schematic perspective view for mainly explaining the configuration of the lenticular lens shown in FIG. is there. In the present embodiment, between the laser light source 1 and the
本実施の形態に用いるレンチキュラーレンズ10a,10bは、円盤状の基板に波板状の滑らかな凹凸形状を円環領域上に形成することによりレンチキュラーレンズを形成したものであり、凹凸形状の方向が円盤基板の半径方向に向くように凹凸形状が配置されている。したがって、レンチキュラーレンズ10a,10bは、その断面が波板状の滑らかな凹凸形状を有しており、入射した光ビームを凹凸形状に直角な方向に偏向させる。
The
レンチキュラーレンズ10a,10bは、円盤基板の中心を回転中心として面内で、モーター等から構成される駆動部3a,3bによってそれぞれ回転される。入射した光ビームがレンチキュラーレンズ10a,10bの凹凸形状を横断するたびに、光ビームは凹凸形状に垂直な方向に繰り返し偏向される。このとき、レンチキュラーレンズ10a,10bを2枚用いて、一方のレンチキュラーレンズ10aは入射光を水平方向に偏向し、他方のレンチキュラーレンズ10bは入射光を鉛直方向に偏向するように、レンチキュラーレンズ10a,10bが図示のように配置される。各レンチキュラーレンズ10a,10bの凹凸形状の深さや周期は、その傾斜角が投射レンズ8でけられが生じないように設計される。
The
本実施の形態の二次元画像形成装置の特長は、レンチキュラーレンズ10a,10bの表面が連続な面から構成され、不連続点がないことから、光の散乱によるロスがないことである。例えば、第1の実施の形態に用いられるプリズムアレイ2では、プリズムとプリズムとが隣接する境界線でその表面形状が不連続となり、光ビームがこの不連続線上を照射する際にわずかではあるが光が散乱されてロスとなる。これに対してレンチキュラーレンズ10a,10bでは表面形状が滑らかであり、境界線による光の散乱がないことからロスの少ない光学系が実現される。
The feature of the two-dimensional image forming apparatus of the present embodiment is that there is no loss due to light scattering because the surfaces of the
また、本実施の形態の二次元画像形成装置の別の特長は、レンチキュラーレンズ10a,10bを通過する光の偏光方向が変わらないことである。例えば、二次元空間光変調素子7に液晶二次元空間光変調素子を用いた場合には、二次元空間光変調素子7への入射前後に、光ビームは偏光分離素子を通過する。
Another feature of the two-dimensional image forming apparatus of the present embodiment is that the polarization direction of light passing through the
例えば、図3の構成では、反射型の二次元空間光変調素子7aに隣接して偏光ビームスプリッタ9が設置されている。一方向の偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ9で反射されて反射型二次元空間光変調素子7aに入射し、入力信号に応じて、その偏光方向が変化する。偏光方向が変化した光は、偏光ビームスプリッタ9を透過して投射レンズ8からスクリーンに投射される。ここで、ロッドインテグレータ4から偏光ビームスプリッタ9に入射する光が直線偏光でなく、不要な偏光成分が含まれるときには、不要偏光成分は、図3に点線で表したごとく偏光ビームスプリッタ9を通過して反射型二次元空間光変調素子7aに入射せず、光のロスとなる。
For example, in the configuration of FIG. 3, a
また、図4のように透過型の二次元空間光変調素子7を用いた場合にも、液晶二次元空間光変調素子を用いている場合には、液晶二次元空間光変調素子の入射側と出射側に偏光子(図示省略)が配置されるため、不要偏光成分は入射側の偏光子で吸収され、反射型の液晶二次元空間光変調素子7aを用いた場合と同様に不要偏光成分が光のロスとなる。これに対して、レーザ光源1からの光は、例えば、水平方向の直線偏光であり、前記二つのレンチキュラーレンズ10a,10bの表面の傾斜方向が鉛直方向および水平方向であるため、レンチキュラーレンズ10a,10bで偏向される時に偏光方向が変化せず、二次元空間光変調素子7に直線偏光の光が入射し、ロスのない光学系が実現される。図16に示した従来例の光学系においては、拡散板105を通過した光はその偏光方向がわずかに乱され、不要偏光成分が生じるため、光のロスとなる。
Further, even when the transmission type two-dimensional spatial
(第4の実施の形態)
図6は、本発明の第4の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図であり、図7は、図6に示す二次元画像形成装置におけるレンチキュラーレンズの凹凸形状の配置を表す図である。なお、図7に示す裏面は、レンチキュラーレンズ10cの表面すなわちロッドインテグレータ4側から見た状態を示している。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of the concavo-convex shape of the lenticular lens in the two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. It is. The back surface shown in FIG. 7 shows a state viewed from the front surface of the
本実施の形態では、レンチキュラーレンズ10cは、円盤状の基板の表面(ロッドインテグレータ4側の面)と裏面(レーザ光源1側の面)とに波板状の滑らかな凹凸形状を円環領域上に形成することにより2つのレンチキュラーレンズを形成したものであり、その光軸方向は図7に示したごとく互いに直交して配置される。また、レンチキュラーレンズ10cの表面及び裏面の凹凸形状の方向がそれぞれレンチキュラーレンズ10cの半径方向(図7に示す破線方向)に対して45度傾斜(ロッドインテグレータ4側から見て、表面の凹凸形状の方向は時計回りに45度傾斜、裏面の凹凸形状の方向は反時計回りに45度傾斜)して配置される。レンチキュラーレンズ10cは、円盤状の基板の中心を回転中心(回転軸RA)として面内で、モーター等から構成される駆動部3cによって回転される。その他の点は図4及び図5に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
In the present embodiment, the
このような構成では、光ビームは、レンチキュラーレンズ10cの表面のレンチキュラーレンズで水平方向に偏向され、裏面のレンチキュラーレンズで鉛直方向に偏向され、その結果、レンチキュラーレンズ10cからの出射光は、二次元的にその出射方向が偏向される。
In such a configuration, the light beam is deflected in the horizontal direction by the lenticular lens on the front surface of the
上記の構成により、本実施の形態の二次元画像形成装置は、レンチキュラーレンズ10cが1枚の基板で構成されるため、部品点数を削減することができるとともに、レンチキュラーレンズ10cを回転する回転軸RAが一つに統一されるため、回転機構である駆動部3cを簡素化することができる。
With the above configuration, in the two-dimensional image forming apparatus of the present embodiment, since the
また、本実施の形態では、レンチキュラーレンズ10cの回転軸RAと、レンチキュラーレンズ10c上の光ビームが入射する点BIとを結んだ方向(図6に示す破線方向)は、ロッドインテグレータ4に対して45度方向に配置される。また、入射する光ビームは、その偏向方向が水平方向あるいは鉛直方向の直線偏光をなすように配置される。このような構成によって、レンチキュラーレンズ10cで偏向された光ビームの偏光方向が変化せず、二次元空間光変調素子7に入射する不要偏光成分が生じない、ロスの少ない光学系が実現される。
Further, in the present embodiment, the direction connecting the rotation axis RA of the
(第5の実施の形態)
図8は、本発明の第5の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態では、レンチキュラーレンズの代わりに通常の回転対称のレンズ11を用いており、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a normal rotationally symmetric lens 11 is used in place of the lenticular lens, and the other points are the same as those of the two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. Therefore, detailed description is omitted.
回転対称のレンズ11を用いた場合には、レンチキュラーレンズを用いた場合と異なり、レンズ11を二次元方向(図中の矢印方向)に揺動する必要があり、ステッピングモータ等を駆動源とするXYステージ等から構成される駆動部3dにより、レンズ11を二次元方向に揺動する。この場合にも、レンズ11を透過した光が、レンズ11を移動させた方向に偏向され、レンチキュラーレンズを回転させたときと同様に二次元空間光変調素子7に入射する光の角度を変化させてスペックルノイズを抑圧する効果を発揮する。また、本実施の形態の二次元画像形成装置は、レンチキュラーレンズより小型のレンズ11を用いることができ、小型の光学系が実現できるという効果を持つ。
When the rotationally symmetric lens 11 is used, unlike the case where a lenticular lens is used, it is necessary to swing the lens 11 in a two-dimensional direction (the arrow direction in the figure), and a stepping motor or the like is used as a drive source. The lens 11 is swung in a two-dimensional direction by a driving unit 3d including an XY stage. Also in this case, the light transmitted through the lens 11 is deflected in the direction in which the lens 11 is moved, and the angle of the light incident on the two-dimensional spatial
(第6の実施の形態)
図9は、本発明の第6の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態では、レンチキュラーレンズの代わりに拡散板12を用いており、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a diffusing
レーザ光源1からの光ビームは、ロッドインテグレータ4の入射端付近に設けられた拡散板12を照射する。拡散板12は、ランダムな表面形状をもち、透過する光を拡散させる作用を持つ。さまざまな角度方向に拡散された光は、ロッドインテグレータ4中で全反射を繰り返してロッドインテグレータ4の出射端に到達し、投影光学系5を通じて二次元空間光変調素子7を照射する。この光学系においても、レンチキュラーレンズのようなビーム偏向手段を用いた光学系と同様に、二次元空間光変調素子7を照射する光は、様々な角度をもって入射し、スペックルノイズを抑圧する効果を持つ。すなわち、駆動部3eにより拡散板12を揺動することで、発生するスペックルノイズのパターンを高速に変化させ、観察したときにそれら高速に変化するスペックルノイズパターンが時間的に平均化されてノイズのない画像として認識される。
The light beam from the laser light source 1 irradiates a
また、拡散板12の拡散表面をロッドインテグレータ4の入射端に接近させることで、拡散板12からの出射光をロスなくロッドインテグレータ4に入射させることができ、光ロスの少ない光学系を実現できる。また、拡散板12の凹凸の深さや粒状性の大きさなど、表面形状を制御することで、光の拡散角を制御できる。こうして、二次元空間光変調素子7に入射する光の入射角を制御し、投射レンズ8でのけられによる光ロスの少ない光学系が実現される。
Further, by making the diffusing surface of the diffusing
また、本実施の形態では、ビーム偏向手段として拡散板12を用いているため、拡散板12の揺動速度を小さくすることができる。通常、レンチキュラーレンズの大きさは0.5から5ミリメートル程度であるのに対して、拡散板12は5マイクロメートルから50マイクロメートルの粒状の表面形状を持つ。このため、スクリーンで発生するスペックルノイズが観察されたときに時間平均されるように、スペックルノイズを十分高速に変化させるために必要な拡散板12の揺動速度は、レンチキュラーレンズの揺動速度に対して10分の1程度でよい。実験によると拡散板12を毎秒5mmで揺動したときに、スペックルノイズが十分に抑圧されたノイズのない画像が観察された。
In this embodiment, since the
なお、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、図10に示すような擬似ランダム拡散板12aを用いてもよく、この場合、光のロスをより低減させる効果がある。拡散板は通常ガラスや樹脂等の透明基板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10に示す擬似ランダム拡散板12a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12aの表面は、二次元の格子状セル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、凹凸の深さが設定される。最大の深さはλ/(n−1)とすればよい。
The diffusion plate used in the present embodiment is not particularly limited to the above example, and a
図10の擬似ランダム拡散板12aを用いる利点は、擬似ランダム拡散板12a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のセルピッチをd、角度をθとすると、
I(θ)={sin(α)/α}2 ( α=θ×d/(π・λ) )
となる強度分布をもって光が拡散される。例えば、拡散角の半値全角が10度となる拡散板を作製するには、上式でI(θ)=1/2として、波長λに対するセルピッチdを得られる。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d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よい。
The advantage of using the
I (θ) = {sin (α) / α} 2 (α = θ × d / (π · λ))
The light is diffused with an intensity distribution as follows. For example, in order to fabricate a diffuser plate with a full angle at half maximum of the diffusion angle of 10 degrees, the cell pitch d with respect to the wavelength λ can be obtained by setting I (θ) = 1/2 in the above equation. When light sources having wavelengths of blue, green, and red are set to λ = 0.473, 0.532, and 0.640 micrometers, respectively, the cell pitch d is 2.4, 2.7, 3,. What is necessary is just to produce by 2 micrometers.
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10の擬似ランダム拡散板12aでは、これらの課題が解決可能である。
Since the surface shape of a normal diffuser plate is random, (1) the local diffusion angle differs depending on the location and the light utilization efficiency decreases, (2) the transmittance varies depending on the location, and the intensity distribution unevenness in the image And (3) it is difficult to stably produce the diffusion angle to be constant. In addition, with a normal diffuser plate, there is a problem that the deflection direction is disturbed when the scattering angle is increased. These problems can be solved with the
また、図10の擬似ランダム拡散板12a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で作製できる。このとき、図10のように位相変移を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。
Further, the
(第7の実施の形態)
図11は、本発明の第7の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。上記の各実施の形態では、ビーム偏向手段として、プリズムアレイ2、レンチキュラーレンズ10a〜10c、レンズ11、拡散板12など、光の屈折を用いたデバイスを用いた構成を説明したが、ビーム偏向手段となるミラーと、ミラーを駆動する駆動手段となる駆動部とからなる可動ミラーを用いて同様の動作をさせることもできる。本実施の形態では、レンチキュラーレンズの代わりに可動ミラーの例として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー13を用いており、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In each of the above-described embodiments, the configuration using the device using light refraction such as the
2次元MEMSミラー13は、10ミクロン程度の厚みのシリコン結晶からなる可動ミラーであり、エッチング技術により底面基板から浮上した位置に中央ミラー部13aが保持されている。中央ミラー部13aは、上下方向から梁によってミラー保持部13bに接続されている。また、ミラー保持部13bは、左右方向から梁によって支持されている。
The two-
中央ミラー部13aの下側の底面基板には、左右に分割された電極(図示省略)が形成され、中央ミラー部13aと底面基板上の電極との間に電圧を印加することで、その静電気力により中央ミラー部13aが梁にねじりを生じる方向すなわち上下回転軸を中心にして左右方向に傾斜する。ミラー保持部13bに対応する底面基板には、上下に分割された電極(図示省略)が形成され、ミラー保持部13bと底面基板上の電極との間に電圧を印加することで、その静電気力によりミラー保持部13bが梁にねじりを生じる方向すなわち左右回転軸を中心にして上下方向に傾斜する。この両軸方向の傾斜を同時に制御することで、中央ミラー部13aの傾きを2次元方向に自由に設定できる。
Below the bottom board of the
中央ミラー部13aの大きさは、約1mm角と小さく、その回転モーメントも小さいため、梁部の厚みや幅の設計によってねじれ方向の1次共振周波数を高くすることができ、左右方向の回転軸中心には容易に高い1次共振周波数を得ることができる。中央ミラー部13aを1mm角、梁の幅を50ミクロン、梁の長さを200ミクロンとしたとき、1次共振周波数は約15kHz、Y方向の共振周波数は約4kHzとなり、十分に高い周波数で光ビームを偏向することができた。
Since the size of the
上記の構成により、本実施の形態では、MEMSミラー13により光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、投射レンズ8の瞳でけられる光や二次元空間光変調素子7の画像枠外を照射してロスとなる光が発生せず、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。
With the above configuration, in the present embodiment, the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the
(第8の実施の形態)
図12は、本発明の第8の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。上記実施の形態では、可動ミラーとして、MEMSミラー13を用いたが、ポリゴンミラーやガルバノミラーを用いて同様の動作をさせることもできる。本実施の形態では、レンチキュラーレンズの代わりに可動ミラーの例としてポリゴンミラー14及びガルバノミラー15を用いており、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Eighth embodiment)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. In the above embodiment, the
ポリゴンミラー14は、レーザ光源1から出射される光ビームを反射してX方向に偏向させ、ガルバノミラー15は、ポリゴンミラー14により反射された光ビームをさらに反射してY方向(X方向と直交する方向)に偏向させ、2次元のビーム偏向を行う。 The polygon mirror 14 reflects the light beam emitted from the laser light source 1 and deflects it in the X direction, and the galvano mirror 15 further reflects the light beam reflected by the polygon mirror 14 and reflects it in the Y direction (perpendicular to the X direction). 2 direction beam deflection.
上記の構成により、本実施の形態でも、ポリゴンミラー14及びガルバノミラー15により光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、投射レンズ8の瞳でけられる光や二次元空間光変調素子7の画像枠外を照射してロスとなる光が発生しないため、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。
With the above-described configuration, the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the polygon mirror 14 and the galvanometer mirror 15 in the present embodiment as well, so that the light emitted from the pupil of the
(第9の実施の形態)
図13は、本発明の第9の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。上記実施の形態では、可動ミラーとして、ポリゴンミラー14及びガルバノミラー15を用いたが、2個のガルバノミラーを用いて同様の動作をさせることもできる。本実施の形態では、レンチキュラーレンズの代わりに可動ミラーの例として2個のガルバノミラー15,16を用いており、その他の点は図1に示す二次元画像形成装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
(Ninth embodiment)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. In the above embodiment, the polygon mirror 14 and the galvanometer mirror 15 are used as the movable mirrors, but the same operation can be performed using two galvanometer mirrors. In this embodiment, two galvanometer mirrors 15 and 16 are used as an example of a movable mirror instead of a lenticular lens, and the other points are the same as those of the two-dimensional image forming apparatus shown in FIG. Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
ガルバノミラー16は、レーザ光源1から出射される光ビームを反射してX方向に偏向させ、ガルバノミラー15は、ガルバノミラー16により反射された光ビームをさらに反射してY方向に偏向させ、2次元のビーム偏向を行う。 The galvanometer mirror 16 reflects the light beam emitted from the laser light source 1 and deflects it in the X direction. The galvanometer mirror 15 further reflects the light beam reflected by the galvanometer mirror 16 and deflects it in the Y direction. Dimensional beam deflection.
上記の構成により、本実施の形態でも、ガルバノミラー15,16により光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、投射レンズ8の瞳でけられる光や二次元空間光変調素子7の画像枠外を照射してロスとなる光が発生しないため、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。なお、本実施の形態では、2個のガルバノミラーを用いたが、2個のポリゴンミラーを用いても、同様の効果を得ることができる。
With the above configuration, in this embodiment, the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the galvanometer mirrors 15 and 16, so that the light emitted from the pupil of the
(第10の実施の形態)
図14は、本発明の第10の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。上記の各実施の形態では、一つのレーザ光源を用いたが、赤、緑、青の各レーザ光源を用いてフルカラーの画像を形成する場合にも、本発明を適用することができる。本実施の形態では、赤色レーザ光源1aと、緑色レーザ光源1bと、青色レーザ光源1cとを用いて、カラー画像を表示する。
(Tenth embodiment)
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. In each of the above embodiments, one laser light source is used. However, the present invention can also be applied to a case where a full color image is formed using each of the red, green, and blue laser light sources. In the present embodiment, a color image is displayed using the red laser
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から出射された各光ビームは、それぞれ、プリズムアレイ2a〜2cとロッドインテグレータ4a〜4cとを通過してロッドインテグレータ4a〜4cの出射端面で一様な強度分布を持つビームとなる。なお、各プリズムアレイ2a〜2cには、第1の実施の形態と同様に、各プリズムアレイ2a〜2cを回転させる駆動部が設けられているが、図示を容易にするために、図14では省略している。
The light beams emitted from the red laser
ロッドインテグレータ4aを出射した光ビームは、投影光学系5aを通じてミラー17aにより反射され、フィールドレンズ6aを介して二次元空間光変調素子7aを照明し、ロッドインテグレータ4bを出射した光ビームは、投影光学系5bを通じてフィールドレンズ6bへ導かれ、二次元空間光変調素子7bを照明し、ロッドインテグレータ4cを出射した光ビームは、投影光学系5cを通じてミラー17cにより反射され、フィールドレンズ6cを介して二次元空間光変調素子7cを照明する。
The light beam emitted from the rod integrator 4a is reflected by the
ダイクロイックプリズム18は、図面上側から入射した赤色の光を左方向に反射し、図面下側から入射した青色の光を図面左方向に反射し、図面右側から入射した緑色の光を透過させる機能を持つ。3枚の二次元空間光変調素子7a〜7c上の画像は、すべて投射レンズ8によりスクリーン19上に重ねて投影される。このとき、3枚の二次元空間光変調素子7a〜7cにはそれぞれ赤色、緑色、青色に対応した映像信号が入力されており、スクリーン19上にはフルカラーの映像が表示される。
The dichroic prism 18 has a function of reflecting red light incident from the upper side of the drawing in the left direction, reflecting blue light incident from the lower side of the drawing in the left direction of the drawing, and transmitting green light incident from the right side of the drawing. Have. All the images on the three two-dimensional spatial
上記の構成により、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を奏するとともに、フルカラーの映像を表示することができ、さらに、投射レンズ8を各色の光に共用しているので、部品点数を削減することもできる。なお、本実施の形態では、ビーム偏向手段としてプリズムアレイを用いたが、レンチキュラーレンズ、拡散板、回転対称のレンズ、ガルバノミラー、ポリゴンミラー、その他のビーム偏向手段を用いてもよい。
With the above configuration, the present embodiment has the same effects as the first embodiment, can display a full-color image, and further uses the
(第11の実施の形態)
図15は、本発明の第11の実施の形態による二次元画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態では、プリズムアレイ2の入射側の前にダイクロイックプリズム20を設置し、赤色レーザ光源1aと、緑色レーザ光源1bと、青色レーザ光源1cとを用いて、カラー画像を表示する。
(Eleventh embodiment)
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a two-dimensional image forming apparatus according to an eleventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, a
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から出射された各光ビームは、プリズムアレイ2及びロッドインテグレータ4に入射する前にダイクロイックプリズム20により合波され、すべての色の光ビームがともに同じ光路をたどり、プリズムアレイ2へ入射されて偏向される。なお、プリズムアレイ2には、第1の実施の形態と同様に、プリズムアレイ2を回転させる駆動部が設けられているが、図示を容易にするために、図15では省略している。
The light beams emitted from the red laser
その後、プリズムアレイ2により偏向された光ビームは、ロッドインテグレータ4により一様な強度分布を持つ光ビームに変換され、スクリーン8に到達するまでのそれぞれの光ビームの振る舞いは、第1の実施の形態と同様である。本実施の形態が第1の実施の形態と異なるのは、以下に述べるような、いわゆる順次点灯と呼ばれる制御方式をとることである。
Thereafter, the light beam deflected by the
二次元空間光変調素子7上には赤色用、緑色用、青色用の映像信号が順次切り替えて入力され、各映像信号に同期して、赤色レーザ光源1a、緑色レーザ光源1b、青色レーザ光源1cを順次点灯させる。この結果、スクリーン19にはそれぞれの色の映像が順次投影される。このように、映像信号の1フレーム毎に赤色、緑色、青色がそれぞれ数回ずつ点灯するよう高速に切り替えることで、それぞれの色の映像が重なって観察され、フルカラーの映像が感知される。
Red, green, and blue video signals are sequentially switched and input on the two-dimensional spatial
本実施の形態は、第10の実施の形態と同様の効果を奏することができるとともに、プリズムアレイ2、駆動部、ロッドインテグレータ4、投射レンズ5、フィールドレンズ6、二次元空間光変調素子7がすべて、赤色用、緑色用、青色用に共通に使用されるため、光学部品点数がより少なくなり、小型の構成でフルカラーの映像表示が可能であるという効果を持つ。
The present embodiment can achieve the same effects as the tenth embodiment, and the
なお、上記の各実施の形態では、投影光学系5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、本発明は、投影光学系5と透過型スクリーンとを組み合わせた背面投写型二次元画像形成装置にも適用可能である。また、カラー画像の投影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、たとえば半導体露光装置などにも利用可能である。
In each of the above embodiments, the projection
上記のように、本発明に係る二次元画像形成装置は、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、前記ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるために前記ビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、前記ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータから出射される光ビームを投影する第1の投影光学系と、前記第1の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、前記二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第2の投影光学系とを備えることを特徴とする。 As described above, the two-dimensional image forming apparatus according to the present invention includes at least one laser light source, a beam deflecting unit that changes a traveling direction of a light beam emitted from the laser light source, and the beam deflecting unit. Driving means for driving the beam deflecting means to change the traveling direction of the light beam to be temporally, a rod integrator for guiding the light beam deflected by the beam deflecting means to the exit end while internally reflecting, and the rod From the first projection optical system that projects the light beam emitted from the integrator, the two-dimensional spatial light modulation element that modulates the light beam emitted from the first projection optical system, and the two-dimensional spatial light modulation element And a second projection optical system that projects the emitted light onto a predetermined surface.
この二次元画像形成装置においては、レーザ光源から出射される光ビームがビーム偏向手段及び駆動手段により時間的に異なる角度で偏向され、偏向された光ビームがロッドインテグレータにより内部反射されつつ出射端に導かれ、ロッドインテグレータから出射される光ビームが第1の投影光学系により二次元空間光変調素子上に投影され、二次元空間光変調素子から出射される光が第2の投影光学系により所定の面上に投影される。このとき、二次元空間光変調素子の直前に拡散板を配置することなく、レーザ光源とロッドインテグレータとの間に配置されたビーム偏向手段により光ビームを時間的に異なる角度で偏向することができるので、二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの非常に小さな光学系にてスペックルノイズの低減が実現される。また、レーザ光源から出射される光ビームを拡大することなく、小型のロッドインテグレータを用いて光ビームの強度分布を一定にしているので、大型のビームエキスパンダ及び光インテグレータを用いる必要がなくなり、光学系を小型化することができる。この結果、スペックルノイズを低減することができるとともに、光のロスを小さくすることができ、さらに、光学系を小型化することができる。 In this two-dimensional image forming apparatus, the light beam emitted from the laser light source is deflected at different angles by the beam deflecting means and the driving means, and the deflected light beam is internally reflected by the rod integrator while being reflected at the exit end. The light beam guided and emitted from the rod integrator is projected onto the two-dimensional spatial light modulation element by the first projection optical system, and the light emitted from the two-dimensional spatial light modulation element is predetermined by the second projection optical system. Projected onto the surface of At this time, the light beam can be deflected at different angles in time by the beam deflecting means disposed between the laser light source and the rod integrator without disposing a diffusion plate immediately before the two-dimensional spatial light modulator. Therefore, it is possible to reduce the loss of light by irradiating the outside of the image frame of the two-dimensional spatial light modulation element, and it is possible to reduce speckle noise with an optical system having a very small light loss. Also, since the light beam intensity distribution is made constant by using a small rod integrator without expanding the light beam emitted from the laser light source, there is no need to use a large beam expander and light integrator. The system can be miniaturized. As a result, speckle noise can be reduced, light loss can be reduced, and the optical system can be downsized.
前記ビーム偏向手段は、微小なプリズムが二次元状に配置されたプリズムアレイを含むことが好ましい。この場合、プリズムアレイにより光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、第2の投影光学系のレンズの瞳でけられる光や二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。 The beam deflecting unit preferably includes a prism array in which minute prisms are two-dimensionally arranged. In this case, since the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the prism array, the loss caused by irradiating the light from the lens pupil of the second projection optical system or the image frame of the two-dimensional spatial light modulator is lost. Can be reduced, and an optical system with very little light loss can be realized.
前記ビーム偏向手段は、互いに光軸が略直角に配置されたレンチキュラーレンズを含むことが好ましい。この場合、レンチキュラーレンズにより光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、第2の投影光学系のレンズの瞳でけられる光や二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。また、レンチキュラーレンズの表面形状が滑らかであるため、プリズムのように境界線による光の散乱がないことから、よりロスの少ない光学系を実現することができる。 The beam deflecting unit preferably includes a lenticular lens having optical axes arranged substantially at right angles to each other. In this case, since the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the lenticular lens, light lost from the pupil of the lens of the second projection optical system or the outside of the image frame of the two-dimensional spatial light modulator is lost. Can be reduced, and an optical system with very little light loss can be realized. Further, since the surface shape of the lenticular lens is smooth, there is no light scattering due to the boundary line as in the prism, so that an optical system with less loss can be realized.
前記レンチキュラーレンズは、前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを水平方向に偏向する第1のレンチキュラーレンズが形成された第1の基板と、前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを垂直方向に偏向する第2のレンチキュラーレンズが形成された第2の基板とを含むことが好ましい。この場合、第1及び第2のレンチキュラーレンズを通過する光の偏光方向が変わらないため、不要偏光成分の発生を抑制して直線偏光の光を少ないロスで二次元空間光変調素子に入射させることができ、よりロスの少ない光学系を実現することができる。 The lenticular lens includes a first substrate on which a first lenticular lens that horizontally deflects a light beam emitted from the beam deflecting unit is formed, and a light beam emitted from the beam deflecting unit in a vertical direction. And a second substrate on which a second lenticular lens to be deflected is formed. In this case, since the polarization direction of the light passing through the first and second lenticular lenses does not change, generation of unnecessary polarization components is suppressed, and linearly polarized light is incident on the two-dimensional spatial light modulator with a small loss. And an optical system with less loss can be realized.
前記レンチキュラーレンズは、一方の面に前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを水平方向に偏向する第1のレンチキュラーレンズが形成されるとともに、他方の面に前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを垂直方向に偏向する第2のレンチキュラーレンズが形成された基板を含むようにしてもよい。この場合、レンチキュラーレンズを通過する光の偏光方向が変わらないため、不要偏光成分の発生を抑制して直線偏光の光を少ないロスで二次元空間光変調素子に入射させることができ、よりロスの少ない光学系を実現することができるとともに、レンチキュラーレンズを1枚の基板から構成することができるため、部品点数を削減することができるとともに、駆動手段の構成を簡素化することができる。 In the lenticular lens, a first lenticular lens that horizontally deflects the light beam emitted from the beam deflection unit is formed on one surface, and the light beam emitted from the beam deflection unit on the other surface. It is also possible to include a substrate on which a second lenticular lens that vertically deflects is formed. In this case, since the polarization direction of the light passing through the lenticular lens does not change, generation of unnecessary polarization components can be suppressed, and linearly polarized light can be incident on the two-dimensional spatial light modulator with a small loss. A small number of optical systems can be realized, and since the lenticular lens can be formed from a single substrate, the number of components can be reduced and the configuration of the driving means can be simplified.
前記ビーム偏向手段は、拡散板を含むことが好ましい。この場合、二次元空間光変調素子の直前に拡散板を配置することなく、レーザ光源とロッドインテグレータとの間に拡散板を配置して光ビームを時間的に異なる角度で偏向することができるので、二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの小さな光学系を実現することができる。 The beam deflecting unit preferably includes a diffusion plate. In this case, the light beam can be deflected at different angles in time by disposing a diffuser plate between the laser light source and the rod integrator without disposing a diffuser plate immediately before the two-dimensional spatial light modulator. Further, it is possible to reduce light that is lost by irradiating the outside of the image frame of the two-dimensional spatial light modulation element, and it is possible to realize an optical system with small light loss.
前記拡散板は、擬似ランダム拡散板からなることが好ましい。この場合、二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができるとともに、第2の投影光学系のレンズの瞳でけられる光を軽減することができるため、より光のロスの小さな光学系を実現することができる。 The diffusion plate is preferably a pseudo random diffusion plate. In this case, it is possible to reduce the light that is lost by irradiating the outside of the image frame of the two-dimensional spatial light modulator, and to reduce the light emitted from the lens pupil of the second projection optical system. An optical system with smaller light loss can be realized.
前記ビーム偏向手段は、レンズを含むことが好ましい。この場合、レンズを2次元的に駆動することにより光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、第2の投影光学系のレンズの瞳でけられる光や二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。また、レンチキュラーレンズより小型のレンズを用いているので、より小型の光学系を実現することができる。 The beam deflecting unit preferably includes a lens. In this case, since the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by driving the lens two-dimensionally, the light emitted from the lens pupil of the second projection optical system and the two-dimensional spatial light modulation element Light that is lost by irradiating outside the image frame can be reduced, and an optical system with very little light loss can be realized. Further, Runode not use a smaller lens from the lenticular lens, it is possible to realize a more compact optical system.
前記ビーム偏向手段及び駆動手段は、ミラーを2次元的に駆動する可動ミラーを含むことが好ましい。この場合、ミラーを2次元的に駆動する可動ミラーにより光ビームの偏向角を正確に制御することができるので、第2の投影光学系のレンズの瞳でけられる光や二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光を低減することができ、光のロスの非常に小さな光学系を実現することができる。また、可動ミラーとしてMEMSミラーを用いた場合、MEMSミラーはレンチキュラーレンズより非常に小型であるので、さらに小型の光学系を実現することができる。 The beam deflecting unit and the driving unit preferably include a movable mirror that drives the mirror two-dimensionally. In this case, since the deflection angle of the light beam can be accurately controlled by the movable mirror that drives the mirror two-dimensionally, the light emitted from the pupil of the lens of the second projection optical system and the two-dimensional spatial light modulator It is possible to reduce the loss of light by irradiating the outside of the image frame, and it is possible to realize an optical system with very little light loss. Further, when a MEMS mirror is used as the movable mirror, the MEMS mirror is much smaller than the lenticular lens, so that a further compact optical system can be realized.
前記二次元空間光変調素子は、反射型の二次元空間光変調素子であることが好ましい。この場合、反射型の二次元空間光変調素子の手前に拡散板をおく必要がないため、光量の低下を防ぐことができる。 The two-dimensional spatial light modulator is preferably a reflective two-dimensional spatial light modulator. In this case, since it is not necessary to place a diffusion plate in front of the reflective two-dimensional spatial light modulator, it is possible to prevent a decrease in the amount of light.
前記レーザ光源は、それぞれ青色光、緑色光、赤色光を発生する3つのレーザ光源を含み、前記ビーム偏向手段と、前記ロッドインテグレータと、前記第1の投影光学系と、前記二次元空間光変調素子とは、前記3つのレーザ光源の各々に対して個別に配置されることが好ましい。この場合、フルカラーの映像を表示することができるとともに、第2の投影光学系を各色の光に共用することができるので、部品点数を削減することができる。 The laser light source includes three laser light sources that respectively generate blue light, green light, and red light. The beam deflecting unit, the rod integrator, the first projection optical system, and the two-dimensional spatial light modulation. The elements are preferably arranged individually for each of the three laser light sources. In this case, a full-color image can be displayed and the second projection optical system can be shared by the light of each color, so that the number of parts can be reduced.
前記レーザ光源は、それぞれ青色光、緑色光、赤色光を発生する3つのレーザ光源を含み、前記3つのレーザ光源からの光を合成する光合成手段をさらに備え、前記光合成手段により合成された光は、前記ビーム偏向手段に入射されるようにしてもよい。この場合、フルカラーの映像を表示することができるとともに、ビーム偏向手段、駆動手段、ロッドインテグレータ、第1の投影光学系と、二次元空間光変調素子及び第2の投影光学系を各色の光に共用することができるので、部品点数をより削減することができる。 The laser light source includes three laser light sources that respectively generate blue light, green light, and red light, and further includes a light combining unit that combines light from the three laser light sources, and the light combined by the light combining unit is The light beam may be incident on the beam deflecting means. In this case, a full-color image can be displayed, and the beam deflecting unit, the driving unit, the rod integrator, the first projection optical system, the two-dimensional spatial light modulation element, and the second projection optical system are changed to light of each color. Since they can be shared, the number of parts can be further reduced.
本発明に係る二次元画像形成装置は、二次元空間光変調素子の画像枠外を照射してロスとなる光が発生せず、光のロスの非常に小さな光学系にてスペックルノイズの低減が実現できるという効果を有し、光源としてコヒーレント光源を使用する二次元画像形成装置等として有用である。 The two-dimensional image forming apparatus according to the present invention does not generate loss light by irradiating the outside of the image frame of the two-dimensional spatial light modulator, and the speckle noise can be reduced by an optical system with very little light loss. This is effective as a two-dimensional image forming apparatus that uses a coherent light source as a light source.
Claims (11)
前記レーザ光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、
前記ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるために前記ビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータから出射される光ビームを投影する第1の投影光学系と、
前記第1の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、
前記二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第2の投影光学系とを備え、
前記ビーム偏向手段は、微小なプリズムが二次元状に配置されたプリズムアレイを含むことを特徴とした二次元画像形成装置。At least one laser light source;
Beam deflecting means for changing a traveling direction of a light beam emitted from the laser light source;
Driving means for driving the beam deflecting means to temporally change the traveling direction of the light beam emitted from the beam deflecting means;
A rod integrator for guiding the light beam deflected by the beam deflecting means to the exit end while internally reflecting;
A first projection optical system that projects a light beam emitted from the rod integrator;
A two-dimensional spatial light modulator for modulating a light beam emitted from the first projection optical system;
And a second projection optical system for projecting light emitted from the two-dimensional spatial light modulation element onto a predetermined surface,
2. The two-dimensional image forming apparatus according to claim 1, wherein the beam deflecting unit includes a prism array in which minute prisms are two-dimensionally arranged .
前記レーザ光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、
前記ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるために前記ビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータから出射される光ビームを投影する第1の投影光学系と、
前記第1の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、
前記二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第2の投影光学系とを備え、
前記ビーム偏向手段は、互いに光軸が略直角に配置されたレンチキュラーレンズを含むことを特徴とした二次元画像形成装置。 At least one laser light source;
Beam deflecting means for changing a traveling direction of a light beam emitted from the laser light source;
Driving means for driving the beam deflecting means to temporally change the traveling direction of the light beam emitted from the beam deflecting means;
A rod integrator for guiding the light beam deflected by the beam deflecting means to the exit end while internally reflecting;
A first projection optical system that projects a light beam emitted from the rod integrator;
A two-dimensional spatial light modulator for modulating a light beam emitted from the first projection optical system;
A second projection optical system that projects light emitted from the two-dimensional spatial light modulation element onto a predetermined surface;
2. The two- dimensional image forming apparatus according to claim 1, wherein the beam deflection means includes a lenticular lens having optical axes arranged substantially perpendicular to each other.
前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを水平方向に偏向する第1のレンチキュラーレンズが形成された第1の基板と、
前記ビーム偏向手段から出射される光ビームを垂直方向に偏向する第2のレンチキュラーレンズが形成された第2の基板とを含むことを特徴とした請求項2記載の二次元画像形成装置。The lenticular lens is
A first substrate on which a first lenticular lens for deflecting a light beam emitted from the beam deflecting means in a horizontal direction is formed;
3. The two-dimensional image forming apparatus according to claim 2 , further comprising: a second substrate on which a second lenticular lens that deflects the light beam emitted from the beam deflecting unit in the vertical direction is formed.
画像形成装置。The two-dimensional image forming apparatus according to claim 5 , wherein the diffusion plate is a pseudo random diffusion plate.
前記レーザ光源から出射される光ビームの進行方向を変化させるビーム偏向手段と、
前記ビーム偏向手段から出射される光ビームの進行方向を時間的に変化させるために前記ビーム偏向手段を駆動する駆動手段と、
前記ビーム偏向手段により偏向された光ビームを内部反射させつつ出射端に導くロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータから出射される光ビームを投影する第1の投影光学系と、
前記第1の投影光学系から出射される光ビームを変調する二次元空間光変調素子と、
前記二次元空間光変調素子から出射される光を所定の面上に投影する第2の投影光学系とを備え、
前記ビーム偏向手段及び駆動手段は、ミラーを2次元的に駆動する可動ミラーを含むことを特徴とした二次元画像形成装置。 At least one laser light source;
Beam deflecting means for changing a traveling direction of a light beam emitted from the laser light source;
Driving means for driving the beam deflecting means to temporally change the traveling direction of the light beam emitted from the beam deflecting means;
A rod integrator for guiding the light beam deflected by the beam deflecting means to the exit end while internally reflecting;
A first projection optical system that projects a light beam emitted from the rod integrator;
A two-dimensional spatial light modulator for modulating a light beam emitted from the first projection optical system;
A second projection optical system that projects light emitted from the two-dimensional spatial light modulation element onto a predetermined surface;
The two- dimensional image forming apparatus, wherein the beam deflecting unit and the driving unit include a movable mirror for driving the mirror two- dimensionally.
前記ビーム偏向手段と、前記ロッドインテグレータと、前記第1の投影光学系と、前記二次元空間光変調素子とは、前記3つのレーザ光源の各々に対して個別に配置されることを特徴とした請求項1〜9のいずれか1項に記載の二次元画像形成装置。The laser light source includes three laser light sources that generate blue light, green light, and red light, respectively.
The beam deflecting means, the rod integrator, the first projection optical system, and the two-dimensional spatial light modulation element are individually arranged for each of the three laser light sources. The two-dimensional image forming apparatus according to any one of claims 1 to 9 .
前記3つのレーザ光源からの光を合成する光合成手段をさらに備え、
前記光合成手段により合成された光は、前記ビーム偏向手段に入射されることを特徴とした請求項1〜9のいずれか1項に記載の二次元画像形成装置。The laser light source includes three laser light sources that generate blue light, green light, and red light, respectively.
A light combining means for combining the light from the three laser light sources;
The light combined by the combining means, the two-dimensional image forming apparatus according to any one of the beam deflecting means according to claim was characterized in that it is incident on the 1-9.
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