JP2008122823A

JP2008122823A - プロジェクタ

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Publication number: JP2008122823A
Application number: JP2006308725A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ariga; 進有賀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: JP4997931B2

Abstract

【課題】いずれのスクリーン等を用いる場合であってもスペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することが可能なプロジェクタを提供すること。
【解決手段】コヒーレント光を供給する光源部１１Ｒと、光源部１１Ｒからのコヒーレント光を画像信号に応じて変調し、出射部２２から出射させる空間光変調装置１４Ｒと、透過により出射部２２からの光を拡散させる拡散部１５と、を有し、拡散部１５は、出射部２２に近接する位置に設けられ、かつ可動である。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタ、特に、コヒーレント光であるレーザ光を用いて画像を表示するプロジェクタの技術に関する。

コヒーレント光であるレーザ光を拡散面に照射させると、明点及び暗点がランダムに分布するスペックルノイズと呼ばれる干渉模様が現れることがある。スペックルノイズは、拡散面の各点で拡散した光同士がランダムに干渉し合うことにより発生する。画像を表示する際にスペックルノイズが認識されると、ぎらぎらとするちらつき感を観察者へ与えるため、画像観賞へ悪影響を及ぼすこととなる。スペックルノイズを低減させる技術として、例えば特許文献１には、スクリーンを振動させる技術が提案されている。スクリーンの振動により生じる複数のスペックルパターンを重畳させることで、特定のスペックルパターンの認識をさせにくくすることが可能となる。

特開２００５−１０７１５０号公報

スクリーンで反射させた光を観賞するいわゆるフロント投写型のプロジェクタは、さまざまなスクリーンとの組み合せで画像を観賞できる利点がある。しかし、スクリーンの構成を用いてスペックルノイズの低減を図ることとすると、専用のスクリーンとの組合せによる他はスペックルノイズが認識されることとなる。このように、従来の技術によると、いずれのスクリーン等を用いる場合であってもスペックルノイズを低減可能とすることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、いずれのスクリーン等を用いる場合であってもスペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、コヒーレント光を供給する光源部と、光源部からのコヒーレント光を画像信号に応じて変調し、出射部から出射させる空間光変調装置と、透過により出射部からの光を拡散させる拡散部と、を有し、拡散部は、出射部に近接する位置に設けられ、かつ可動であることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。

物点である空間光変調装置に近接する位置にて拡散部を動かすことにより、画素を構成する光の光線角度を所定の角度範囲内において変化させることができる。物点に近接する位置で拡散部を動かすことで、スクリーン等における結像位置のぶれを生じさせず、光線角度のみを変化させることが可能となる。光線角度の変化によりスペックルパターンを変化させることで、特定のスペックルパターンの認識をさせにくくすることができる。従って、解像度の低下を低減でき、スペックルノイズが少ない高品質な画像を表示できる。また、プロジェクタ内の構成を用いてスペックルを低減可能とすることで、スペックルを低減するための構成を持たない通常のスクリーン等を組み合わせる場合であってもスペックルノイズの低減が可能となる。これにより、いずれのスクリーン等を用いる場合であってもスペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することが可能なプロジェクタを得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、拡散部は、光軸に略平行な回転軸を中心として回転可能であることが望ましい。これにより、光軸に略垂直な面内において容易かつ十分に拡散部を変位させることを可能とし、スペックルパターンを効果的に変化させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、拡散部は、光軸に略垂直な面内において振動可能であることが望ましい。これにより、簡易な構成を用いてランダムに拡散部を変位させることを可能とし、スペックルパターンを効果的に変化させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、拡散部を振動させる振動発生部を有することが望ましい。振動発生部を用いることで、簡易な構成を用いてランダムに拡散部を変位させることが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、振動発生部は、圧電素子を有することが望ましい。これにより、拡散部を高速に変位させる高い応答性、及び高い静粛性を実現できる。

また、本発明の好ましい態様としては、空間光変調装置は、コヒーレント光を透過させることが望ましい。これにより、画像信号に応じて変調され出射部から出射された光を拡散部へ入射させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、空間光変調装置は、コヒーレント光を反射させることが望ましい。これにより、画像信号に応じて変調され出射部から出射された光を拡散部へ入射させることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン２０に光を供給し、スクリーン２０で反射する光を観察することで画像を観賞する、いわゆるフロント投写型のプロジェクタである。赤色（Ｒ）光用光源部１１Ｒ、緑色（Ｇ）光用光源部１１Ｇ、青色（Ｂ）光用光源部１１Ｂは、いずれもコヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部である。

Ｒ光用光源部１１Ｒは、レーザ光であるＲ光を供給する半導体レーザである。拡散レンズ１２は、Ｒ光用光源部１１Ｒからのレーザ光を拡散させる。フィールドレンズ１３は、拡散レンズ１２により拡散されたレーザ光を平行化してＲ光用空間光変調装置１４Ｒへ入射させる。Ｒ光用空間光変調装置１４Ｒは、Ｒ光用光源部１１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、Ｒ光を透過させる透過型液晶表示装置である。透過型液晶表示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。Ｒ光用空間光変調装置１４Ｒで変調されたＲ光は、拡散部１５を透過した後、クロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

Ｇ光用光源部１１Ｇは、レーザ光であるＧ光を供給する半導体レーザである。拡散レンズ１２は、Ｇ光用光源部１１Ｇからのレーザ光を拡散させる。フィールドレンズ１３は、拡散レンズ１２により拡散されたレーザ光を平行化してＧ光用空間光変調装置１４Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置１４Ｇは、Ｇ光用光源部１１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、Ｇ光を透過させる透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１４Ｇで変調されたＧ光は、拡散部１５を透過した後、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

Ｂ光用光源部１１Ｂは、レーザ光であるＢ光を供給する半導体レーザである。拡散レンズ１２は、Ｂ光用光源部１１Ｂからのレーザ光を拡散させる。フィールドレンズ１３は、拡散レンズ１２により拡散されたレーザ光を平行化してＢ光用空間光変調装置１４Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置１４Ｂは、Ｂ光用光源部１１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、Ｂ光を透過させる透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１４Ｂで変調されたＢ光は、拡散部１５を透過した後、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム１６は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜１７、１８を有する。第１ダイクロイック膜１７は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１８は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１６は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１９は、クロスダイクロイックプリズム１６で合成された各色光をスクリーン２０へ投写させる。

光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、複数の半導体レーザを用いる構成としても良い。光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second-Harmonic Generation、ＳＨＧ）素子を用いる構成としても良い。光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂとしては、半導体レーザに代えて、半導体レーザ励起固体（Diode Pumped Solid State、ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。

また、プロジェクタ１０は、光束の強度分布を均一化させる均一化光学系、例えば、ロッドインテグレータやフライアイレンズ、重畳レンズ等を用いる構成としても良い。さらに、プロジェクタ１０は、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）素子等の回折光学素子を用いることで、空間光変調装置１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが備える矩形の照明領域上における光束の強度分布を均一化させることとしても良い。

図２は、プロジェクタ１０の光学系における光の振舞い、及び拡散部１５の作用について説明するものである。ここでは、Ｒ光の光路中の各部を代表例として示している。また、クロスダイクロイックプリズム１６における光路の折り曲げについての図示を省略している。拡散部１５は、Ｒ光用空間光変調装置１４Ｒの出射部２２に近接させて配置されている。拡散部１５は、透過により出射部２２からの光を拡散させる。

拡散部１５は、円形状の平行平板である。拡散部１５は、例えば、透明部材であるガラス等に拡散材を分散させる構成とすることができる。拡散材は、光を拡散させる部材であって、周囲の透明部材とは異なる屈折率を持つ透明部材を用いることができる。かかる構成により、拡散部１５へ入射した光は、拡散材の界面にて屈折作用を受ける。拡散部１５は、このようにして光を拡散させることができる。この他、拡散部１５は、光を拡散させる微小な凹凸を施した拡散面を備える構成としても良い。

回転軸２１は、拡散部１５の中心に設けられている。回転軸２１は、光軸ＡＸに略平行に設けられている。拡散部１５は、回転軸２１を中心として回転可能である。拡散部１５は、モータ等により回転軸２１に動力を与えることにより回転する。このように、拡散部１５は、出射部２２に近接する位置に設けられ、かつ可動である。出射部２２上以外の位置に回転軸２１を設けることで、出射部２２からのＲ光が回転軸２１で遮られることを防ぐことができる。

物点であるＲ光用空間光変調装置１４Ｒに近接する位置にて拡散部１５を回転させることにより、画素を構成する光の光線角度を所定の角度範囲内において変化させることができる。物点に近接する位置で拡散部１５を回転させることで、スクリーン２０における結像位置のぶれを生じさせず、光線角度のみを変化させることが可能となる。光線角度を変化させることにより、スペックルパターンを変化させることができる。拡散部１５を回転可能とすることで、光軸ＡＸに略垂直な面内において容易かつ十分に拡散部１５を変位させることを可能とし、スペックルパターンを効果的に変化させることができる。

ここで、画像の解像度の低下をできるだけ低減させるために、拡散部１５は、出射部２２にできるだけ近い位置で回転させることが望ましい。例えば、スペーサを介して拡散部１５を回転させる構成とすることで、出射部２２と拡散部１５とを一体とし、かつ拡散部１５と出射部２２との摩擦を低減可能にできる。出射部２２と拡散部１５とを別体とする場合、出射部２２と拡散部１５との間隙ができるだけ小さくなるような配置が望ましい。さらに、拡散部１５は、できるだけ薄く構成されることが望ましい。これにより、体積散乱による解像度の低下を低減することができる。Ｇ光用、Ｂ光用の拡散部１５も、以上説明したＲ光用の拡散部１５と同様の構成を備える。

拡散部１５は、順次変化させる各スペックルパターンが観察者に認識されない程度の速度で回転させることが望ましい。これにより、複数のスペックルパターンを重畳させ、効果的にスペックルノイズを低減できる。投写レンズ１９は、拡散部１５による拡散を行わない場合と比較して、拡散部１５で拡散された光を十分に取り込める程度にＦナンバーを小さくすることが望ましい。これにより、拡散部１５で拡散された光を十分に取り込むことが可能となる。拡散部１５で拡散された光を十分に取り込むことで、画像の明るさの低下を防ぐことができる。

このようにしてスペックルパターンを変化させることで、特定のスペックルパターンの認識をさせにくくすることができる。従って、解像度の低下を低減でき、かつスペックルノイズが少ない高品質な画像を表示できる。また、プロジェクタ１０内の構成を用いてスペックルを低減可能とすることで、スペックルを低減するための構成を持たない通常のスクリーン等を組み合わせる場合であってもスペックルノイズの低減が可能となる。これにより、いずれのスクリーン等を用いる場合であってもスペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することができるという効果を奏する。

図３は、本実施例の変形例１に係る構成を説明するものである。本変形例は、振動可能である拡散部３２を有する。拡散部３２は、出射部２２に近接させて配置されている。拡散部３２は、透過により出射部２２からの光を拡散させる。拡散部３２は、図２に示す拡散部１５と同様の構成を有する。振動発生部３１は、拡散部３２の外周部に当接させて設けられている。拡散部３２は、光軸ＡＸに略垂直な面内において振動可能に設けられている。

振動発生部３１は、拡散部３２を振動させる。振動発生部３１は、圧電素子の伸縮により振動を発生させる圧電アクチュエータである。圧電素子は、電圧を印加することにより伸縮する。圧電素子としては、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックスを用いることができる。振動発生部３１は、拡散部３２を一方向について往復変位させる他、光軸ＡＸに垂直な面内において円運動やランダムに変位させることとしても良い。また、拡散部３２を効果的に変位させるために、弾性体を用いて拡散部３２を支持する構成としても良い。振動発生部３１を用いることで、簡易な構成を用いてランダムに拡散部３２を変位させることを可能とし、スペックルパターンを効果的に変化させることができる。

振動発生部３１に圧電素子を用いる構成とすることで、拡散部３２を高速に変位させる高い応答性、及び高い静粛性を実現できる。出射部２２上以外の位置に振動発生部３１を設けることで、出射部２２からのＲ光が振動発生部３１で遮られることを防ぐことができる。本変形例の場合も、スペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することができる。振動発生部３１は、振動を発生させるものであれば良く、圧電素子を用いる構成に限られない。振動発生部３１は、例えば電磁アクチュエータ等であっても良い。

図４は、本実施例の変形例２に係る構成を説明するものである。本変形例は、レーザ光を反射させる空間光変調装置４１を備えることを特徴とする。Ｒ光用光源部１１Ｒは、特定の振動方向の直線偏光、例えばｓ偏光を供給する。Ｒ光用光源部１１Ｒからのｓ偏光は、拡散レンズ１２及びフィールドレンズ１３を経た後、偏光ビームスプリッタ４０へ入射する。偏光ビームスプリッタ４０は、ｓ偏光を反射させ、ｐ偏光を透過させる。偏光ビームスプリッタ４０へ入射したｓ偏光は、拡散部１５の方向へ反射する。

偏光ビームスプリッタ４０からのｓ偏光は、空間光変調装置４１の入射面４２へ近接させて配置された拡散部１５を透過した後、空間光変調装置４１の入射面４２へ入射する。空間光変調装置４１は、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）である。空間光変調装置４１は、液晶パネルでの変換によりｓ偏光をｐ偏光へ変化させ、入射面４２から出射させる。入射面４２は、画像信号に応じて変調された光を出射させる出射部でもある。空間光変調装置４１で変調された光は、入射面４２へ近接させて配置された拡散部１５を透過した後、再び偏光ビームスプリッタ４０へ入射する。

偏光ビームスプリッタ４０へ入射したｐ偏光は、偏光ビームスプリッタ４０を透過した後、投写レンズ１９へ入射する。本変形例において、拡散部１５は、入射面４２に近接する位置において可動に設けられている。Ｇ光、Ｂ光についても、以上説明したＲ光用の構成と同様の構成を備える。本変形例の場合、各色光について設けられた偏光ビームスプリッタ４０からの光をクロスダイクロイックプリズム１６（図１参照）により合成させる構成とすることができる。

本変形例の場合も、物点である空間光変調装置４１に近接する位置にて拡散部１５を動かすことにより、光線角度を変化させることができる。本変形例の場合も、スペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することができる。本変形例の場合、空間光変調装置４１への入射前及び入射後の２回において拡散部１５へ光を透過させることとなるため、効率良くスペックルを低減可能とすることができる。

本変形例では、回転可能な拡散部１５を空間光変調装置４１の入射面４２に近接させて配置する構成となっているが、回転可能な拡散部１５に代えて、上記変形例１に係る振動可能な拡散部３２を、空間光変調装置４１の入射面４２に近接させて配置する構成としても良い。

空間光変調装置４１は、画像信号に応じてｐ偏光をｓ偏光に変換させるものであっても良い。この場合、Ｒ光用光源部１１Ｒは、ｐ偏光を供給するものとする。偏光ビームスプリッタ４０は、ｐ偏光を反射させ、かつｓ偏光を透過させるものとする。プロジェクタ１０は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ１０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つの色光を変調する構成としても良い。この場合も空間光変調装置ごとに拡散部を設ける構成とすることで、スペックルノイズを低減でき、高品質な画像を表示することができる。本発明は、フロント投写型のプロジェクタ１０に限られず、スクリーンの一方の面に光を投写し、スクリーンの他方の面から出射する光を観察するリアプロジェクタであっても良い。

以上のように、本発明に係るプロジェクタは、レーザ光を用いて画像を表示する場合に有用である。

本発明の実施例に係るプロジェクタの概略構成を示す図。プロジェクタの光学系における光の振舞い等について説明する図。実施例の変形例１に係る構成を説明する図。実施例の変形例２に係る構成を説明する図。

符号の説明

１０プロジェクタ、１１ＲＲ光用光源部、１１ＧＧ光用光源部、１１ＢＢ光用光源部、１２拡散レンズ、１３フィールドレンズ、１４ＲＲ光用空間光変調装置、１４ＧＧ光用空間光変調装置、１４ＢＢ光用空間光変調装置、１５拡散部、１６クロスダイクロイックプリズム、１７第１ダイクロイック膜、１８第２ダイクロイック膜、１９投写レンズ、２０スクリーン、２１回転軸、２２出射部、ＡＸ光軸、３１振動発生部、３２拡散部、４０偏光ビームスプリッタ、４１空間光変調装置、４２入射面

Claims

コヒーレント光を供給する光源部と、
前記光源部からの前記コヒーレント光を画像信号に応じて変調し、出射部から出射させる空間光変調装置と、
透過により前記出射部からの光を拡散させる拡散部と、を有し、
前記拡散部は、前記出射部に近接する位置に設けられ、かつ可動であることを特徴とするプロジェクタ。
前記拡散部は、光軸に略平行な回転軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記拡散部は、光軸に略垂直な面内において振動可能であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記拡散部を振動させる振動発生部を有することを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
前記振動発生部は、圧電素子を有することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
前記空間光変調装置は、前記コヒーレント光を透過させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
前記空間光変調装置は、前記コヒーレント光を反射させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。