JP2010008545A - Laser projection device - Google Patents

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Kenji Konno
賢治 金野
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Konica Minolta Opto Inc
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Konica Minolta Opto Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser projection device for reducing speckles of a projection image on an optional screen without significantly affecting the resolution of an image. <P>SOLUTION: The laser projection device includes: a laser beam source unit including laser elements LB, LR and LG; a scanning device MS for two-dimensionally scanning with the laser beam from the laser beam source unit; and an imaging optical system L4 or the like. An optical element LS including a large transparent medium which is divided into a plurality of areas having different optical path lengths and has an optical path length difference between the areas larger than a coherence distance of a laser beam is provided between the laser beam source unit and the scanning device MS. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、ポケットプロジェクタ、データプロジェクタ、リアプロジェクションテレビ等の画像投影装置などに適用可能であって、レーザ光を用いてスクリーン上に画像を投射するレーザ投射装置に関し、さらに詳しくは、レーザ光によって発生する投射画像のスペックルを低減する手法に関するものである。   The present invention is applicable to, for example, an image projection apparatus such as a pocket projector, a data projector, a rear projection television, and the like, and relates to a laser projection apparatus that projects an image on a screen using a laser beam. The present invention relates to a technique for reducing speckles in a projected image generated by light.

特許文献1は、リアプロジェクション方式のレーザTVにおいて、スクリーンを画面と平行に回転運動させることでスペックルやシンチレーションを低減している。特許文献2は、スクリーンではなく光学系を光軸と垂直に駆動させて低減している。特許文献3は、走査型レーザ投射装置の走査手段とスクリーンの間に複屈折板を配置し、光学軸とレーザの偏光方向が傾いている。   In Patent Document 1, in a rear projection type laser TV, speckles and scintillation are reduced by rotating the screen in parallel with the screen. In Patent Document 2, the optical system, not the screen, is driven perpendicularly to the optical axis for reduction. In Patent Document 3, a birefringent plate is disposed between a scanning unit of a scanning laser projector and a screen, and the optical axis and the polarization direction of the laser are inclined.

特開2006−343663号公報JP 2006-343663 A 特開2003−21806号公報JP 2003-21806 A 特開2006−284749号公報JP 2006-284749 A 特表2004−529375号公報JP-T-2004-529375 特開2004−45684号公報JP 2004-45684 A

特許文献1は、スペックル低減にはある程度効果があるが、大きなスクリーンを動かす必要があるため、駆動構成が必然的に大型化してしまう。さらに、使用可能なスクリーンが限られてしまうため、例えば、不特定のスクリーンを対象とした携帯型プロジェクタには不向きである。   Although Patent Document 1 is effective to some extent in reducing speckles, it is necessary to move a large screen, which inevitably increases the drive configuration. Furthermore, since usable screens are limited, for example, it is not suitable for portable projectors targeting unspecified screens.

特許文献2は、投射レンズを光軸と垂直な方向に微小振動させているため、画素サイズが振動方向に実質的に大きくなってしまい、解像度の劣化をもたらす。   In Patent Document 2, since the projection lens is minutely vibrated in the direction perpendicular to the optical axis, the pixel size is substantially increased in the vibration direction, resulting in resolution degradation.

特許文献3は、偏光を重ね合わせてスペックルを低減させる狙いであるが、偏光は直交する2方向しかないので、重ね合わせで得られる低減効果は50%しかない。   Patent Document 3 aims to reduce speckle by superimposing polarized light, but since polarization has only two directions orthogonal to each other, the reduction effect obtained by superposition is only 50%.

特許文献4は、位相変調を発生する波面変調素子を光路に配置して、スペックル低減を狙っている。しかし、異なる位相状態のスペックルの重ね合わせによる低減効果であり、行イメージを走査することでスペックル低減が行われるため、点像走査の場合には波面変調素子による回折の影響により、走査手段に入射する光量が小さくなり、結果として、スクリーン上の画像が暗くなるので好ましくない。   Patent Document 4 aims to reduce speckles by arranging a wavefront modulation element that generates phase modulation in an optical path. However, this is a reduction effect due to the superposition of speckles in different phase states, and the speckle reduction is performed by scanning the row image. Therefore, in the case of point image scanning, due to the influence of diffraction by the wavefront modulation element, the scanning means The amount of light incident on the screen becomes small, and as a result, the image on the screen becomes dark.

特許文献5は、レーザ光のコヒーレンシーを低下させるために、光路長を可干渉距離以上異なる複数の光源にして1次元空間変調素子を照明している。しかし、1次元的に光路長を大幅に変化させているが、2次元でのスペックル低減ではないので、本発明のような2次元走査プロジェクタに適用する場合は、1次元方向の解像力が大きく低下する。   In Patent Document 5, in order to reduce the coherency of laser light, the one-dimensional spatial modulation element is illuminated with a plurality of light sources having optical path lengths different from each other by a coherent distance or more. However, although the optical path length is greatly changed one-dimensionally, it is not a two-dimensional speckle reduction. Therefore, when applied to a two-dimensional scanning projector such as the present invention, the resolving power in the one-dimensional direction is large. descend.

本発明の目的は、画像の解像度に大きな影響を与えずに、任意のスクリーンでの投射画像のスペックルを低減できるレーザ投射装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a laser projection apparatus that can reduce speckle of a projected image on an arbitrary screen without greatly affecting the resolution of the image.

上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ投射装置は、
レーザ光源と、
レーザ光源からのレーザ光を2次元的に走査するための走査装置とを備え、
レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laser projection apparatus according to the present invention comprises:
A laser light source;
A scanning device for two-dimensionally scanning laser light from a laser light source,
An optical element provided between a laser light source and a scanning device, divided into a plurality of regions having different optical path lengths, and including a transparent medium in which the optical path length difference between the regions is larger than the coherence distance of the laser light It is characterized by.

本発明において、領域間の光路長差Tは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、
T>λ/Δλ
を満足することが好ましい。
In the present invention, the optical path length difference T between the regions is defined as λ as the wavelength of the laser beam and Δλ as the spread width of the wavelength.
T> λ 2 / Δλ
Is preferably satisfied.

本発明において、透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置されることが好ましい。   In the present invention, each divided region of the transparent medium is preferably arranged in a concentric ring shape with the optical axis as the center.

本発明において、透明媒体に入射する物体距離をL、透明媒体の外径をDとして、
|L/D|>50
を満足することが好ましい。
In the present invention, the object distance incident on the transparent medium is L, the outer diameter of the transparent medium is D,
| L / D |> 50
Is preferably satisfied.

本発明において、レーザ光源は、青色レーザ素子、赤色レーザ素子および緑色レーザ素子を含み、
各レーザ素子からレーザ光を合成するための色合成素子をさらに備え、
前記光学素子は、該色合成素子の後方に配置されることが好ましい。
In the present invention, the laser light source includes a blue laser element, a red laser element, and a green laser element,
A color synthesizing element for synthesizing laser light from each laser element;
The optical element is preferably disposed behind the color synthesizing element.

本発明において、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することが好ましい。   In the present invention, each divided region of the transparent medium preferably has a phase modulation structure in which the optical path length is changed in the wavelength order of the laser beam.

本発明において、透明媒体の各分割領域の光入射面及び/又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び/又は異なる方向で設けられることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that a birefringent material or a birefringent structure is provided in different thicknesses and / or different directions on the light incident surface and / or the light emitting surface of each divided region of the transparent medium.

本発明において、レーザ光源は、半導体レーザ素子を含むことが好ましい。   In the present invention, the laser light source preferably includes a semiconductor laser element.

本発明において、走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光するための結像光学系をさらに備えることが好ましい。   In the present invention, it is preferable to further include an imaging optical system for condensing the scanned laser light on the fixed screen.

本発明によれば、画像の解像度に大きな影響を与えずに、任意のスクリーンでの投射画像のスペックルを低減できる。   According to the present invention, speckles of a projected image on an arbitrary screen can be reduced without greatly affecting the resolution of the image.

本発明に係るレーザ投射装置は、レーザ光源と、レーザ光源からのレーザ光を2次元的に走査するための走査装置と、レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子などで構成される。   The laser projection device according to the present invention is provided between a laser light source, a scanning device for two-dimensionally scanning laser light from the laser light source, and the laser light source and the scanning device, and a plurality of optical path lengths different from each other. And an optical element including a transparent medium in which the optical path length difference between the regions is larger than the coherence distance of the laser light.

近年、レーザ光源を用いたプロジェクタが提案されており、従来の放電ランプ光源を用いたものと比較すると色再現範囲が大きく取れることから、次世代の高品質映像表示装置として注目されている。しかし、レーザのように可干渉な光源を用いた場合、スペックルの発生により投影画像が浮いたように見えるため、映像品質が低下してしまう。しかしながら、スペックル発生はレーザを使うこと自体に起因しているので、完全に除去することは原理的に難しい。従って、スペックルを除去するより、目立たない程度にまで低減する方法が望まれている。   In recent years, a projector using a laser light source has been proposed, and since a color reproduction range can be increased as compared with a projector using a conventional discharge lamp light source, it is attracting attention as a next-generation high-quality video display device. However, when a coherent light source such as a laser is used, the projected image appears to float due to the generation of speckles, so the video quality is degraded. However, since speckle generation is caused by using the laser itself, it is theoretically difficult to completely remove it. Therefore, there is a demand for a method of reducing speckles to an inconspicuous level rather than removing speckles.

スペックルを低減する方法には大きく分けて2つある。第1の方法は、発生したスペックルを時間的に変化させて、相互に重ね合わせることで低減するものである。偏光や波長の一様性を保ったままスペックルを低減する方法としては、人間の眼に感知できないように時間的な積算を行う。特許文献1もその原理を用いたものである。しかし、特許文献1の方式では時間的に変化を発生させるために、スクリーンや光学素子を振動や回転駆動させる必要がある。その結果、駆動装置が必要であり、駆動装置の電力や駆動による騒音、駆動装置の信頼性等の問題があり結果としてコスト高となったり、副作用が発生したりする。   There are two main methods for reducing speckle. The first method is to reduce the generated speckle by temporally changing and overlapping each other. As a method for reducing speckle while maintaining the uniformity of polarization and wavelength, temporal integration is performed so that it cannot be perceived by human eyes. Patent document 1 also uses the principle. However, in the method of Patent Document 1, it is necessary to vibrate and rotate the screen and the optical element in order to generate a change with time. As a result, a drive device is necessary, and there are problems such as power of the drive device, noise caused by the drive, and reliability of the drive device, resulting in high costs and side effects.

第2の方法は、光源の見かけの可干渉性を低減させるものである。具体的には、複数の偏光状態の重ね合わせ、複数の波長の重ね合わせ、複数の位相状態の重ね合わせを利用する方法、さらに光源を複数に分割して重ね合わせるといったように光源側に工夫を加える方法である。   The second method is to reduce the apparent coherence of the light source. Specifically, the light source side is devised such as superimposing a plurality of polarization states, a superposition of a plurality of wavelengths, a superposition of a plurality of phase states, and further dividing the light source into a plurality of superpositions. How to add.

偏光状態の重ね合わせは、偏光は直交する2つの方向に分解できることから、2つの状態を重ね合わせることに過ぎないので、低減効果としては最大でも50%しかない。   Since the polarization state can be decomposed into two directions orthogonal to each other, the polarization state can only be superimposed, so that the reduction effect is only 50% at the maximum.

複数の波長の重ね合わせは、光源の状態そのものを変化させる必要があり、低コヒーレンスの光源を用いることそのものと同義であるので、一般のレーザ光源を用いた方法では利用できない。   The superposition of a plurality of wavelengths needs to change the state of the light source itself, and is synonymous with the use of a low-coherence light source itself, so it cannot be used in a method using a general laser light source.

特許文献4のような複数の位相状態を重ねる方法は、位相変調を発生する波面変調素子を光路に配置して、スペックル低減を狙っているが、異なる位相状態のスペックルの重ね合わせによる低減効果であり、行イメージを走査することでスペックル低減が行われるため、点像走査の場合には波面変調素子による回折の影響により、走査手段に入射する光量が小さくなり結果として暗くなるので好ましくない。   The method of superimposing a plurality of phase states as in Patent Document 4 aims at speckle reduction by arranging a wavefront modulation element that generates phase modulation in the optical path, but reduction by superimposing speckles of different phase states. Since speckle reduction is performed by scanning the row image, it is preferable in the case of point image scanning because the amount of light incident on the scanning means becomes small due to the influence of diffraction by the wavefront modulation element, resulting in darkness. Absent.

複数の光源を重ねる方法として一般的に用いられている方法は、拡散板で擬似的に多くの微小光源を作成し、それぞれの光源が干渉しないということによる低減方法がある。しかしながら、レーザ光が拡散板を透過すると、拡散するため、レーザ光の本来の直進性を失ってしまうために、システム全体の光量が損失してしまう。   A method generally used as a method of overlapping a plurality of light sources includes a reduction method in which a large number of minute light sources are created in a pseudo manner using a diffusion plate, and the respective light sources do not interfere with each other. However, if the laser light passes through the diffusion plate, it diffuses, and the original straightness of the laser light is lost, so that the light amount of the entire system is lost.

そこで、本発明は、透明媒体を複数の領域に分割して、各分割領域の光路長(=厚み×屈折率)を可干渉距離以上にすることにより、各分割領域からの出射光を独立の光源として扱うことによる低減方法を提案する。   Therefore, the present invention divides the transparent medium into a plurality of regions, and makes the light path length (= thickness × refractive index) of each divided region equal to or greater than the coherence distance, so that the emitted light from each divided region is independent. We propose a reduction method by treating it as a light source.

近年、注目されている超小型プロジェクタとして、レーザ走査式プロジェクタがある。具体的な構成としては、レーザ光源と、レーザー光を2次元に走査する走査手段とを有し、変調されたレーザ光を走査手段で走査して画像投影するレーザー投射装置である。液晶パネルやDMD(Digital Micromirror Device)といった2次元の空間変調素子を照明し、変調された画像を投影レンズで投影する方式と比較して、投影レンズが不要であるために小型化が図られ、レーザ光源の直接変調により、例えば、黒い画面の時はレーザの発光がなく、低消費電力が図られる。   In recent years, there is a laser scanning projector as an ultra-compact projector attracting attention. As a specific configuration, there is a laser projection apparatus that has a laser light source and scanning means for two-dimensionally scanning the laser light, and projects the image by scanning the modulated laser light with the scanning means. Compared with a method of illuminating a two-dimensional spatial modulation element such as a liquid crystal panel or DMD (Digital Micromirror Device) and projecting a modulated image with a projection lens, a projection lens is not required, so the size can be reduced. By direct modulation of the laser light source, for example, when the screen is black, the laser does not emit light and low power consumption is achieved.

上記レーザ走査式プロジェクタは、光源から走査手段までの光束は非常に小さく、走査手段の後方ではある程度広がり角をもつ。そこで、光源と走査手段の間にスペックルを低減する効果のある光学素子、具体的には、レーザ光束を複数の領域に分割し異なる光路長を有する透明媒体からなる光学素子を配置することが好ましい。   In the laser scanning projector, the light flux from the light source to the scanning means is very small, and has a certain divergence angle behind the scanning means. Therefore, an optical element having an effect of reducing speckles between the light source and the scanning means, specifically, an optical element made of a transparent medium having different optical path lengths by dividing the laser beam into a plurality of regions may be disposed. preferable.

異なる光路長とは、具体的には、レーザ光の可干渉距離以上異なる光路長を有することが必要である。これにより、異なる分割領域間の干渉性が失われるため、各分割領域からの出射光を独立の光源とみなすことが可能である。分割領域の数だけ異なる光源が存在することにより、スペックルが重畳され、その結果、目立たない程度にまで低減される。   Specifically, the different optical path lengths need to have optical path lengths different from each other by a coherent distance of the laser light. Thereby, since the coherence between different divided areas is lost, it is possible to regard the emitted light from each divided area as an independent light source. The presence of light sources that differ by the number of divided regions causes speckles to be superimposed, resulting in a reduction to an inconspicuous level.

具体的には、分割領域間の光路長差Tは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、T>λ/Δλを満足することが好ましい。この式は、各分割領域からの出射光が干渉しないことを規定するための条件式である。 Specifically, the optical path length difference T between the divided regions preferably satisfies T> λ 2 / Δλ, where λ is the wavelength of the laser light and Δλ is the wavelength spread. This expression is a conditional expression for defining that the light emitted from each divided region does not interfere.

しかし、可干渉距離とは、干渉の影響が一定量以下になる距離であり、実際のスペックルの影響度合いから、十分に干渉が低減される程度以上に光路長差を設定することが好ましい。   However, the coherent distance is a distance at which the influence of the interference becomes a certain amount or less, and it is preferable that the optical path length difference is set to be more than the extent that the interference is sufficiently reduced from the degree of the influence of the actual speckle.

また、透明媒体の寸法に関して、透明媒体に入射する物体距離をL、透明媒体の外径をDとして、|L/D|>50を満足することが好ましい。この式は、透明媒体の分割領域によって発生する1次回折光の回折角度(Sinθ≒θ(=D/L))を規定している。   Regarding the dimensions of the transparent medium, it is preferable that | L / D |> 50 is satisfied, where L is the object distance incident on the transparent medium and D is the outer diameter of the transparent medium. This expression defines the diffraction angle (Sinθ≈θ (= D / L)) of the first-order diffracted light generated by the divided regions of the transparent medium.

また、透明媒体の分割領域の数は、3つ以上であることが好ましい。従来技術である偏光素子を用いて干渉性を無くす方法の場合は、偏光は直交している2つの成分に分解されるので、スペックル低減効果はせいぜい50%である。これに対して本発明方式による利点は、分割領域の数だけ、レーザ光束を分割することができるため、その分、スペックル低減効果が向上することである。従来の偏光方式よりも効果を出すためには、少なくとも3つの分割領域が存在することが望ましい。さらに望ましくは、4分割以上であると、スペックル量は25%(偏光方式の半分)に低減されるため、効果がより顕著になる。   Further, the number of the divided areas of the transparent medium is preferably 3 or more. In the case of the method of eliminating the coherence using the polarization element which is the prior art, since the polarized light is decomposed into two orthogonal components, the speckle reduction effect is at most 50%. On the other hand, the advantage of the method of the present invention is that the laser beam can be divided by the number of divided regions, and the speckle reduction effect is improved accordingly. In order to obtain an effect over the conventional polarization method, it is desirable that at least three divided regions exist. More desirably, when the number is four or more, the speckle amount is reduced to 25% (half of the polarization method), and thus the effect becomes more remarkable.

透明媒体の各分割領域は、長さの異なる円筒を、光軸を中心として同心輪帯状に配置した形態(第1実施形態)や、長さの異なる四角柱を、光軸に垂直な面内でマトリクス状に配置した形態(第2実施形態)などが考えられる。   Each divided area of the transparent medium has a configuration in which cylinders with different lengths are arranged in a concentric ring shape with the optical axis as the center (first embodiment), or rectangular columns with different lengths in a plane perpendicular to the optical axis. The form (2nd Embodiment) etc. which are arrange | positioned by the matrix form can be considered.

本発明方式は、レーザ光の干渉性を低減するために、各々の分割領域を個別の光源として使用している。複数の四角柱をマトリクス状に配置した場合、個別光源は、四角柱の端面に相当する大きさを有することになる。これは、本来の光学系の有効径が分割することで小さくなってしまうことを意味する。これにより、どの分割領域からの光も同程度に投影面上で大きくなるため、スクリーン上の光スポットが大きくなって、解像度が低下する可能性がある。そのため、レーザ走査光学系の設計において配慮が必要になる。   The method of the present invention uses each divided region as an individual light source in order to reduce the coherence of the laser light. When a plurality of square pillars are arranged in a matrix, the individual light source has a size corresponding to the end face of the square pillar. This means that the effective diameter of the original optical system is reduced by dividing. As a result, the light from any of the divided regions becomes as large on the projection plane as the light, so that the light spot on the screen becomes large and the resolution may be lowered. Therefore, consideration must be given to the design of the laser scanning optical system.

一方、複数の円筒を同心輪帯状に配置した場合、個別光源は、円筒の端面に相当する大きさを有することになる。最も内側の円筒は、上述と同様に、有効径が小さくなり、スクリーン上の光スポットが大きくなる。しかし、より外側の円筒ほど、有効径が大きくなるため、スクリーン上の光スポットは小さくなる。従って、複数の円筒からなる個別光源を組み合わせた場合、図3のグラフに示すように、光スポットは、中心のコア部分が明瞭に残りつつ、すそが広がったような像となる。このことは、解像度の劣化はほとんどなく、スペックル低減が可能であることを意味している。光スポットのすそが広がると、低い空間周波数におけるコントラストが低下するが、中心のコア部分によって解像度の低下を抑制できるため、2次元走査方式のプロジェクタにとって好適な手法である。   On the other hand, when a plurality of cylinders are arranged in a concentric ring shape, the individual light source has a size corresponding to the end face of the cylinder. As described above, the innermost cylinder has a smaller effective diameter and a larger light spot on the screen. However, the outer diameter cylinder has a larger effective diameter and therefore a smaller light spot on the screen. Therefore, when individual light sources composed of a plurality of cylinders are combined, as shown in the graph of FIG. 3, the light spot becomes an image in which the core portion at the center remains clearly and the skirt spreads. This means that there is almost no resolution degradation and speckle reduction is possible. When the bottom of the light spot is widened, the contrast at a low spatial frequency is lowered, but since the reduction in resolution can be suppressed by the central core portion, this is a method suitable for a two-dimensional scanning projector.

透明媒体にはほぼ平行の光線を入射することが好ましい。透明媒体に集光状態や発散状態の光束を入射させると、ケラレが発生してしまい、光学系の効率が低下する。実用上問題にならない程度のケラレ量にするためには、透明媒体に入射する物体距離をL、透明媒体の外径(円筒の場合は直径、角柱の場合は一辺の長さ)をDとして、|L/D|>50を満足することが好ましい。この式は、周辺での最大入射角度を規定しており、約1度(正確には1.145度)である。   It is preferable that substantially parallel light rays are incident on the transparent medium. If a light beam in a condensed state or a divergent state is incident on a transparent medium, vignetting occurs and the efficiency of the optical system is reduced. In order to make the amount of vignetting not practically problematic, the object distance incident on the transparent medium is L, the outer diameter of the transparent medium (diameter in the case of a cylinder, the length of one side in the case of a prism) is D, It is preferable that | L / D |> 50 is satisfied. This formula defines the maximum incident angle at the periphery and is about 1 degree (exactly 1.145 degrees).

各レーザからの光線はコリメートされている。従って、コリメート透過後の物体距離は∞であるので、素子に入射する物体距離L=∞である。従って、条件式の値、|L/D|は無限大となり、条件式を満足する。コリメートしているので、有限のスクリーンで結像されるために素子を透過した後に、(実施形態では)焦点距離400mmのレンズを用いて、400mm先のスクリーンで結像するようにしている。コリメートレンズを完全コリメートでなくて、若干収束気味にしてLを無限ではなく有限にしてもよい。例えば、物体距離L=400mmと設定することで、上記の結像レンズを省くことができる。そのためには、条件式を満足することが重要である。実施形態1の場合、条件式を満足するには、D=1.49なので、Lは75以上であることが好ましく、L=400の設定は効率の点で好ましい。   The beam from each laser is collimated. Accordingly, since the object distance after collimated transmission is ∞, the object distance L incident on the element is L = ∞. Therefore, the value of the conditional expression, | L / D |, is infinite and satisfies the conditional expression. Since it is collimated, it passes through the element to form an image on a finite screen, and then (in the embodiment) a lens with a focal length of 400 mm is used to form an image on a screen 400 mm ahead. The collimating lens may not be completely collimated, but may be slightly convergent and L may be finite rather than infinite. For example, the imaging lens can be omitted by setting the object distance L = 400 mm. For that purpose, it is important to satisfy the conditional expression. In the case of the first embodiment, in order to satisfy the conditional expression, since D = 1.49, L is preferably 75 or more, and setting L = 400 is preferable from the viewpoint of efficiency.

また、走査式プロジェクタの光源は、通常、多色(例えば、青、赤、緑)の光源を用いることが多い。スペックル低減の光学素子の配置は、各光源ごとに配置する方法と、色合成素子を通過した後に配置する方法の2通り考えられるが、光学素子の部品点数を削減するには、色合成素子の後方に配置することが好ましい。   Further, the light source of the scanning projector is usually a multicolor (for example, blue, red, green) light source in many cases. There are two speckle-reducing optical element arrangements: a method for arranging each light source and a method for arranging the optical elements after passing through the color synthesizing elements. It is preferable to arrange it behind.

本発明に係るスペックル低減手法は、光の可干渉距離以上異なる光路長を有する領域に分割することであり、他のスペックル低減手法との組み合わせも可能である。具体的には、偏光を用いたスペックル低減手法(例えば、特許文献3)や、位相の重ね合わせを用いたスペックル低減手法(例えば、特許文献4)との併用が可能であり、実質的には重ね合わせるスペックル状態を増やして、スペックル低減効果をより大きくすることが可能である。   The speckle reduction method according to the present invention is to divide into regions having optical path lengths different from each other by a coherence distance of light, and can be combined with other speckle reduction methods. Specifically, it can be used in combination with a speckle reduction method using polarized light (for example, Patent Document 3) and a speckle reduction method using phase superposition (for example, Patent Document 4). It is possible to increase the speckle reduction effect by increasing the number of speckle states to be superimposed.

他のスペックル低減手法として、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することが好ましい。領域内で位相変調構造が存在することにより、異なる位相状態の重ね合わせが可能になり、スペックルをより低減できる。   As another speckle reduction method, each divided region of the transparent medium preferably has a phase modulation structure in which the optical path length is changed in the wavelength order of the laser beam. Due to the presence of the phase modulation structure in the region, it is possible to superimpose different phase states, and speckle can be further reduced.

また、他のスペックル低減手法として、透明媒体の各分割領域の光入射面及び/又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び/又は異なる方向で貼り付けられていることが好ましい。この場合も、領域の偏光状態を部分的に変化させることにより、異なる位相状態の重ね合わせが可能になり、スペックルをより低減できる。   As another speckle reduction method, a birefringent material or a birefringent structure is attached in different thicknesses and / or different directions on the light incident surface and / or the light emitting surface of each divided region of the transparent medium. Preferably it is. Also in this case, by partially changing the polarization state of the region, it is possible to superimpose different phase states, and speckle can be further reduced.

光源には、半導体レーザ素子を用いることが好ましい。半導体レーザ素子は、小型で効率のよい光源として知られており、小型プロジェクタの光源としてより好ましい。また、ガスレーザ等は、レーザ光の品質は非常によいが、共振器長が長く、構成が非常に大きい点と、可干渉距離が長くなりすぎて(例えば1m以上等)、干渉しない状態にするための光学素子の厚みの差を非常に大きくしないといけないので、現実的でない。   A semiconductor laser element is preferably used as the light source. The semiconductor laser element is known as a small and efficient light source, and is more preferable as a light source for a small projector. In addition, although the quality of laser light is very good, gas lasers and the like have a long resonator length and a very large configuration, and a coherence distance becomes too long (for example, 1 m or more, etc.) so that they do not interfere with each other. For this reason, the difference in thickness of the optical element must be very large, which is not realistic.

そこで、領域間の光路長差Tは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、T>λ/Δλを満足することが好ましい。具体的には、レーザ光の可干渉距離は5mm以下であることが好ましく、例えば、λ=532nmの場合、T=5mmとして、Δλは0.05nm以上であることが好ましい。多くの半導体レーザ素子は、0.05nm以上の波長幅を有することから、本発明に係るスペックル低減手法にとって好ましい光源である。具体的には、Δλ=0.5nmやΔλ=2nmという半導体レーザ素子は多く市販されており、そういうものを用いることで、光学素子の小型化が図られる。 Therefore, the optical path length difference T between the regions preferably satisfies T> λ 2 / Δλ, where λ is the wavelength of the laser beam and Δλ is the wavelength spread. Specifically, the coherence distance of the laser light is preferably 5 mm or less. For example, when λ = 532 nm, T = 5 mm and Δλ is preferably 0.05 nm or more. Many semiconductor laser elements have a wavelength width of 0.05 nm or more, and thus are preferable light sources for the speckle reduction method according to the present invention. Specifically, many semiconductor laser elements having Δλ = 0.5 nm and Δλ = 2 nm are commercially available, and the use of such semiconductor devices enables downsizing of the optical element.

次に、本発明の具体的な構成について説明する。   Next, a specific configuration of the present invention will be described.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態を示す構成図である。レーザ投射装置は、レーザ光源ユニットと、レーザ光源ユニットからのレーザ光を、固定されたスクリーンSCに投射するための投射光学系などで構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. The laser projection device includes a laser light source unit and a projection optical system for projecting laser light from the laser light source unit onto a fixed screen SC.

レーザ光源ユニットは、B(青色)光を発生するレーザ素子LBと、R(赤色)光を発生するレーザ素子LRと、G(緑色)光を発生するレーザ素子LGとを備える。レーザ素子LBは、例えば、波長445nmの光を発生する半導体レーザで構成される。レーザ素子LRは、例えば、波長630nmの光を発生する半導体レーザで構成される。レーザ素子LGは、例えば、PPLN導波路による第2高調波発生を用いて、波長532nmの光を発生する半導体励起の固体レーザで構成される。   The laser light source unit includes a laser element LB that generates B (blue) light, a laser element LR that generates R (red) light, and a laser element LG that generates G (green) light. The laser element LB is composed of, for example, a semiconductor laser that generates light having a wavelength of 445 nm. The laser element LR is constituted by, for example, a semiconductor laser that generates light having a wavelength of 630 nm. The laser element LG is composed of, for example, a semiconductor-pumped solid-state laser that generates light having a wavelength of 532 nm using second harmonic generation by a PPLN waveguide.

レーザ素子LR,LBは、レーザチップへの注入電流を直接変調してもよく、あるいはAO(音響光学)素子等の光変調器を別途設けても構わない。レーザ素子LGは、励起用レーザチップへの注入電流を直接変調してもよく、あるいはAO素子等の光変調器を別途設けても構わない。   The laser elements LR and LB may directly modulate the current injected into the laser chip, or an optical modulator such as an AO (acousto-optic) element may be provided separately. The laser element LG may directly modulate the current injected into the excitation laser chip, or an optical modulator such as an AO element may be separately provided.

投射光学系は、入射光学系と、走査装置MSと、結像光学系とで構成される。   The projection optical system includes an incident optical system, a scanning device MS, and an imaging optical system.

入射光学系は、レーザ光源ユニットからのレーザ光を走査装置MSへ伝送する機能を有する。例えば、図1において、入射光学系は、各レーザ素子LB,LR,LGからのレーザ光を独立に集光するレンズL1,L2,L3と、レンズL1,L2,L3からの各レーザ光を同軸に合成するための色合成ミラーM1,M2,M3などで構成される。   The incident optical system has a function of transmitting the laser light from the laser light source unit to the scanning device MS. For example, in FIG. 1, the incident optical system has lenses L1, L2, and L3 for condensing laser beams from the laser elements LB, LR, and LG, and coaxially the laser beams from the lenses L1, L2, and L3. Are composed of color combining mirrors M1, M2, M3 and the like.

走査装置MSは、レーザ光を2次元的に走査する機能を有する。走査装置MSは、主走査ミラーと副走査ミラーを別個に設けた構成でもよく、単一ミラーに主走査駆動機構および副走査駆動機構を設けた構成でもよい。例えば、走査装置MSは、圧電素子によって水平方向および垂直方向に振動する走査ミラーを備えたMEMSミラー機構によって構成してもよい。   The scanning device MS has a function of scanning a laser beam two-dimensionally. The scanning device MS may have a configuration in which a main scanning mirror and a sub scanning mirror are separately provided, or may have a configuration in which a main scanning drive mechanism and a sub scanning drive mechanism are provided in a single mirror. For example, the scanning device MS may be configured by a MEMS mirror mechanism including a scanning mirror that vibrates in a horizontal direction and a vertical direction by a piezoelectric element.

結像光学系は、走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光する機能を有する。例えば、図1において、結像光学系として、光学素子LSの出射側にレンズL4(例えば、f=400mm)を配置している。   The imaging optical system has a function of condensing the scanned laser light on a fixed screen. For example, in FIG. 1, as an imaging optical system, a lens L4 (for example, f = 400 mm) is disposed on the exit side of the optical element LS.

こうして外部から供給される画像信号に応じて、各レーザ素子LB,LR,LGからのレーザ光を強度変調するとともに、走査装置MSが所定のフレーム周波数で垂直走査を行い、所定の水平走査周波数で水平走査を行うことによって、スクリーンSCに二次元画像を投射することができる。   Thus, in accordance with the image signal supplied from the outside, the laser light from each of the laser elements LB, LR, LG is intensity-modulated, and the scanning device MS performs vertical scanning at a predetermined frame frequency, and at a predetermined horizontal scanning frequency. By performing horizontal scanning, a two-dimensional image can be projected onto the screen SC.

スクリーンSCが透過型の場合、背面投射型ディスプレイとして構成可能であり、一方、スクリーンSCが反射型の場合、前面投射型ディスプレイとして構成可能である。   When the screen SC is a transmissive type, it can be configured as a rear projection display. On the other hand, when the screen SC is a reflection type, it can be configured as a front projection type display.

本実施形態では、レーザ光源ユニットと走査装置MSとの間に、スペックルを低減させるための光学素子LSを設けている。光学素子LSは、上述したように、光路長(=厚み×屈折率)が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む。   In the present embodiment, an optical element LS for reducing speckles is provided between the laser light source unit and the scanning device MS. As described above, the optical element LS includes a transparent medium that is divided into a plurality of regions having different optical path lengths (= thickness × refractive index) and in which the optical path length difference between the regions is larger than the coherence distance of the laser light.

図2は、光学素子LSの一例を示し、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図である。透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置される。透明媒体は、例えば、BK−7等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の円柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。   FIG. 2 shows an example of the optical element LS, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is a side view. Each divided area of the transparent medium is arranged in a concentric ring shape around the optical axis. The transparent medium is formed of, for example, a glass material such as BK-7 or a resin material such as acrylic resin, and as a manufacturing method, individual cylinders may be bonded, or a plastic injection mold or glass mold using a mold. It is also possible to integrally mold by the method.

具体的な寸法例として、各輪帯の幅を3mmとして、下記(表1)に示すように、直径0.6mm,0.849mm,1.039mm,1.200mm,1.342mm,1.470mmの計6個の円柱体を接合したような形状である。   As specific dimension examples, the width of each ring zone is 3 mm, and the diameter is 0.6 mm, 0.849 mm, 1.039 mm, 1.200 mm, 1.342 mm, 1.470 mm as shown in the following (Table 1). The shape is such that a total of 6 cylindrical bodies are joined.

従って、透明媒体の各分割領域は、1)直径0.6mm、厚み18mmの円柱部分、2)直径0.6mm〜0.849mm、厚み15mmの円筒部分、3)直径0.849mm〜1.039mm、厚み12mmの円筒部分、4)直径1.039mm〜1.200mm、厚み9mmの円筒部分、5)直径1.200〜1.342mm、厚み6mmの円筒部分、6)直径1.342mm〜1.470mm、厚み3mmの円筒部分、となる。   Therefore, each divided area of the transparent medium is 1) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm and a thickness of 18 mm, 2) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm to 0.849 mm and a thickness of 15 mm, and 3) a diameter of 0.849 mm to 1.039 mm. A cylindrical portion having a thickness of 12 mm, 4) a cylindrical portion having a diameter of 1.039 mm to 1.200 mm, and a thickness of 9 mm, 5) a cylindrical portion having a diameter of 1.200 to 1.342 mm, and a thickness of 6 mm, 6) a diameter of 1.342 mm to 1. A cylindrical portion having a thickness of 470 mm and a thickness of 3 mm is obtained.

ここで、各分割領域の直径を等間隔に変化させると、より外側の分割領域ほど光出射端面の面積が大きくなるため、光出射端面の面積が互いに等しくなるように各分割領域の直径を設定することが好ましい。   Here, if the diameter of each divided region is changed at equal intervals, the area of the light emitting end surface increases as the outer divided region becomes larger, so the diameter of each divided region is set so that the areas of the light emitting end surfaces are equal to each other. It is preferable to do.

例えば、レーザ光源の波長λ=532nm、波長幅Δλ=0.2nmとすると、λ/Δλ=1.4mmと計算される。一方、透明媒体の屈折率を1.5、空気の屈折率を1として、分割領域の光路長差Tは、1.5×3mm−1×3mm=1.5mmと計算される。従って、図2の光学素子LSは、上述の式 T>λ/Δλ を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。 For example, when the wavelength λ of the laser light source is 532 nm and the wavelength width Δλ is 0.2 nm, λ 2 /Δλ=1.4 mm is calculated. On the other hand, assuming that the refractive index of the transparent medium is 1.5 and the refractive index of air is 1, the optical path length difference T between the divided regions is calculated as 1.5 × 3 mm−1 × 3 mm = 1.5 mm. Therefore, the optical element LS in FIG. 2 satisfies the above-described formula T> λ 2 / Δλ, and this reduces the coherence of the laser light, thereby reducing speckle.

なお、ここでは、レーザ光が光学素子LSの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子LSの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。   Here, the case where the laser beam is incident on the left side of the optical element LS and is emitted from the right side is illustrated, but the laser beam is configured to be incident on the right side of the optical element LS and emitted from the left side due to the reversibility of the light. May be.

(第2実施形態)
図4は、光学素子LSの他の例を示し、図4(a)は平面図、図4(b)は側面図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図1と同様であるが、光学素子LSとして、長さの異なる四角柱を、光軸に垂直な面内でマトリクス状に配置したものを使用している。透明媒体は、例えば、BK−7等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の四角柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows another example of the optical element LS. FIG. 4 (a) is a plan view and FIG. 4 (b) is a side view. The overall configuration of the laser projection apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1, but as the optical element LS, rectangular columns having different lengths are arranged in a matrix in a plane perpendicular to the optical axis. is doing. The transparent medium is formed of, for example, a glass material such as BK-7 or a resin material such as acrylic resin, and as a manufacturing method, individual square pillars may be bonded, or a plastic injection mold or glass using a mold. It is also possible to integrally form by a molding method.

具体的な寸法例として、0.4mm×0.4mmの正方形断面を有し、長さ3mm,6mm,9mm,12mmの四角柱をランダムに4×4マトリクス配置で接合した形状である。従って、透明媒体の各分割領域は、1)0.4mm×0.4mm×3mmの四角柱、2)0.4mm×0.4mm×6mmの四角柱、3)0.4mm×0.4mm×9mmの四角柱、4)0.4mm×0.4mm×12mmの四角柱、となる。   As a specific dimension example, it is a shape having a square cross section of 0.4 mm × 0.4 mm, and rectangular columns having lengths of 3 mm, 6 mm, 9 mm, and 12 mm are randomly joined in a 4 × 4 matrix arrangement. Therefore, each divided area of the transparent medium is 1) a quadrangular column of 0.4 mm × 0.4 mm × 3 mm, 2) a quadrangular column of 0.4 mm × 0.4 mm × 6 mm, 3) 0.4 mm × 0.4 mm × 9 mm square column, 4) 0.4 mm × 0.4 mm × 12 mm square column.

この場合、例えば、レーザ光源の波長λ=532nm、波長幅Δλ=0.2nmとすると、λ/Δλ=1.4mmと計算される。一方、透明媒体の屈折率を1.5、空気の屈折率を1として、分割領域の光路長差Tは、1.5×3mm−1×3mm=1.5mmと計算される。従って、図4の光学素子LSは、上述の式 T>λ/Δλ を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。 In this case, for example, when the wavelength λ of the laser light source is 532 nm and the wavelength width Δλ is 0.2 nm, λ 2 /Δλ=1.4 mm is calculated. On the other hand, assuming that the refractive index of the transparent medium is 1.5 and the refractive index of air is 1, the optical path length difference T between the divided regions is calculated as 1.5 × 3 mm−1 × 3 mm = 1.5 mm. Therefore, the optical element LS of FIG. 4 satisfies the above-described formula T> λ 2 / Δλ, and this reduces the coherence of the laser light, thereby reducing speckle.

なお、ここでは、レーザ光が光学素子LSの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子LSの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。   Here, the case where the laser beam is incident on the left side of the optical element LS and is emitted from the right side is illustrated, but the laser beam is configured to be incident on the right side of the optical element LS and emitted from the left side due to the reversibility of the light. May be.

(第3実施形態)
図5は、光学素子LSのさらに他の例を示し、図5(a)は断面図、図5(b)は側面図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図1と同様であるが、光学素子LSとして、図2の形状で透明媒体と空気を反転したような形状のものを使用している。透明媒体は、例えば、BK−7等のガラス材料やアクリル樹脂等の樹脂材料で形成され、製法としては、個々の四角柱を接着してもよく、あるいは金型を用いたプラスチックインジェクションモールドやガラスモールド法で一体成形することも可能である。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows still another example of the optical element LS. FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a side view. The overall configuration of the laser projection apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG. 1, but the optical element LS has a shape in which the transparent medium and air are reversed in the shape shown in FIG. 2. The transparent medium is formed of, for example, a glass material such as BK-7 or a resin material such as acrylic resin, and as a manufacturing method, individual square pillars may be bonded, or a plastic injection mold or glass using a mold. It is also possible to integrally form by a molding method.

透明媒体の各分割領域は、1)直径0.6mm〜0.849mm、厚み5mmの円筒部分、2)直径0.849mm〜1.039mm、厚み10mmの円筒部分、3)直径1.039mm〜1.200mm、厚み15mmの円筒部分、4)直径1.200〜1.342mm、厚み20mmの円筒部分、5)直径1.342mm〜1.470mm、厚み3mmの円筒部分となり、中央の円柱部分(直径0.6mm、厚み5mm)は空気である。   Each divided region of the transparent medium has 1) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm to 0.849 mm and a thickness of 5 mm, 2) a cylindrical portion having a diameter of 0.849 mm to 1.039 mm and a thickness of 10 mm, and 3) a diameter of 1.039 mm to 1 Cylindrical portion of 200 mm and thickness of 15 mm, 4) Cylindrical portion of diameter of 1.200 to 1.342 mm, thickness of 20 mm, 5) Cylindrical portion of diameter of 1.342 mm to 1.470 mm, thickness of 3 mm, and central cylindrical portion (diameter 0.6 mm, thickness 5 mm) is air.

この場合、例えば、レーザ光源の波長λ=532nm、波長幅Δλ=0.2nmとすると、λ/Δλ=1.4mmと計算される。一方、透明媒体の屈折率を1.5、空気の屈折率を1として、分割領域の光路長差Tは、1.5×5mm−1×5mm=2.5mmと計算される。従って、図5の光学素子LSは、上述の式 T>λ/Δλ を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。 In this case, for example, when the wavelength λ of the laser light source is 532 nm and the wavelength width Δλ is 0.2 nm, λ 2 /Δλ=1.4 mm is calculated. On the other hand, assuming that the refractive index of the transparent medium is 1.5 and the refractive index of air is 1, the optical path length difference T between the divided regions is calculated as 1.5 × 5 mm−1 × 5 mm = 2.5 mm. Therefore, the optical element LS of FIG. 5 satisfies the above-described formula T> λ 2 / Δλ, and this reduces the coherence of the laser light, thereby reducing speckle.

なお、ここでは、レーザ光が光学素子LSの左側に入射し、右側から出射する場合を例示したが、光の可逆性により、光学素子LSの右側に入射し、左側から出射するように構成してもよい。   Here, the case where the laser beam is incident on the left side of the optical element LS and is emitted from the right side is illustrated, but the laser beam is configured to be incident on the right side of the optical element LS and emitted from the left side due to the reversibility of the light. May be.

(第4実施形態)
図6は、光学素子LSのさらに他の例を示し、図6(a)は側面図、図6(b)はその部分拡大図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図1と同様であるが、光学素子LSとして、透明媒体の各分割領域の光入射面及び/又は光出射面に、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び/又は異なる方向で貼り付けられたものを使用している。
(Fourth embodiment)
6 shows still another example of the optical element LS. FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a partially enlarged view thereof. The overall configuration of the laser projection apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1, but the optical element LS has a birefringent material or birefringence on the light incident surface and / or light emitting surface of each divided region of the transparent medium. The structure is affixed in different thicknesses and / or different directions.

透明媒体は、図2に示したような形状であり、各輪帯の幅は5mmとしている。従って、各分割領域は、1)直径0.6mm、厚み30mmの円柱部分、2)直径0.6mm〜0.849mm、厚み25mmの円筒部分、3)直径0.849mm〜1.039mm、厚み20mmの円筒部分、4)直径1.039mm〜1.200mm、厚み15mmの円筒部分、5)直径1.200〜1.342mm、厚み10mmの円筒部分、6)直径1.342mm〜1.470mm、厚み5mmの円筒部分、となる。   The transparent medium has a shape as shown in FIG. 2, and the width of each annular zone is 5 mm. Therefore, each divided region has 1) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm and a thickness of 30 mm, 2) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm to 0.849 mm and a thickness of 25 mm, and 3) a diameter of 0.849 mm to 1.039 mm and a thickness of 20 mm. 4) Cylindrical portion having a diameter of 1.039 mm to 1.200 mm and a thickness of 15 mm 5) Cylindrical portion having a diameter of 1.200 to 1.342 mm and a thickness of 10 mm, 6) A diameter of 1.342 mm to 1.470 mm, a thickness 5 mm cylindrical part.

この場合、例えば、レーザ光源の波長λ=532nm、波長幅Δλ=0.2nmとすると、λ/Δλ=1.4mmと計算される。一方、透明媒体の屈折率を1.5、空気の屈折率を1として、分割領域の光路長差Tは、1.5×5mm−1×5mm=2.5mmと計算される。従って、図6の光学素子LSは、上述の式 T>λ/Δλ を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。 In this case, for example, when the wavelength λ of the laser light source is 532 nm and the wavelength width Δλ is 0.2 nm, λ 2 /Δλ=1.4 mm is calculated. On the other hand, assuming that the refractive index of the transparent medium is 1.5 and the refractive index of air is 1, the optical path length difference T between the divided regions is calculated as 1.5 × 5 mm−1 × 5 mm = 2.5 mm. Therefore, the optical element LS of FIG. 6 satisfies the above-described formula T> λ 2 / Δλ, and this reduces the coherence of the laser beam, thereby reducing speckle.

さらに、図6(b)に示すように、各分割領域の端面に、例えば、偏光子、波長板、複屈折材料などの偏光素子を設置することにより、少なくとも2つの偏光領域P1,P2を設けている。各偏光領域P1,P2での偏光素子の厚み及び/又は方向を変化させることにより、第1の偏光領域P1の透過軸と第2の偏光領域P2の透過軸とが互いに直交するようにしている。従って、レーザ光が同じ分割領域に入射した場合、偏光領域P1を通過した光と偏光領域P2を通過した光は、偏光方向が直交しているため、レーザ光の干渉性がさらに低下する。その結果、より効果的なスペックル低減が図られる。   Further, as shown in FIG. 6B, at least two polarizing regions P1 and P2 are provided by installing polarizing elements such as a polarizer, a wave plate, and a birefringent material on the end face of each divided region. ing. By changing the thickness and / or direction of the polarizing element in each of the polarizing regions P1 and P2, the transmission axis of the first polarizing region P1 and the transmission axis of the second polarizing region P2 are made to be orthogonal to each other. . Therefore, when the laser light is incident on the same divided region, the light passing through the polarization region P1 and the light passing through the polarization region P2 are perpendicular to each other in polarization direction, so that the coherence of the laser light further decreases. As a result, more effective speckle reduction is achieved.

(第5実施形態)
図7は、光学素子LSのさらに他の例を示し、図7(a)は側面図、図7(b)はその部分拡大図である。本実施形態に係るレーザ投射装置の全体構成は、図1と同様であるが、光学素子LSとして、透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有するものを使用している。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows still another example of the optical element LS. FIG. 7A is a side view and FIG. 7B is a partially enlarged view thereof. The overall configuration of the laser projection apparatus according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. 1, but as the optical element LS, each divided region of the transparent medium has a phase modulation structure in which the optical path length is changed in the wavelength order of the laser light. I am using something.

透明媒体は、図2に示したような形状であり、各輪帯の幅は3mmとしている。従って、各分割領域は、1)直径0.6mm、厚み18mmの円柱部分、2)直径0.6mm〜0.849mm、厚み15mmの円筒部分、3)直径0.849mm〜1.039mm、厚み12mmの円筒部分、4)直径1.039mm〜1.200mm、厚み9mmの円筒部分、5)直径1.200〜1.342mm、厚み6mmの円筒部分、6)直径1.342mm〜1.470mm、厚み3mmの円筒部分、となる。   The transparent medium has a shape as shown in FIG. 2, and the width of each annular zone is 3 mm. Accordingly, each divided region has 1) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm and a thickness of 18 mm, 2) a cylindrical portion having a diameter of 0.6 mm to 0.849 mm and a thickness of 15 mm, and 3) a diameter of 0.849 mm to 1.039 mm and a thickness of 12 mm. 4) Cylindrical portion having a diameter of 1.039 mm to 1.200 mm and a thickness of 9 mm, 5) Cylindrical portion having a diameter of 1.200 to 1.342 mm, a thickness of 6 mm, and 6) A diameter of 1.342 mm to 1.470 mm, a thickness. 3mm cylindrical part.

この場合、例えば、レーザ光源の波長λ=532nm、波長幅Δλ=0.2nmとすると、λ/Δλ=1.4mmと計算される。一方、透明媒体の屈折率を1.5、空気の屈折率を1として、分割領域の光路長差Tは、1.5×3mm−1×3mm=1.5mmと計算される。従って、図7の光学素子LSは、上述の式 T>λ/Δλ を満足しており、これによりレーザ光の干渉性が低下して、スペックル低減が図られる。 In this case, for example, when the wavelength λ of the laser light source is 532 nm and the wavelength width Δλ is 0.2 nm, λ 2 /Δλ=1.4 mm is calculated. On the other hand, assuming that the refractive index of the transparent medium is 1.5 and the refractive index of air is 1, the optical path length difference T between the divided regions is calculated as 1.5 × 3 mm−1 × 3 mm = 1.5 mm. Accordingly, the optical element LS in FIG. 7 satisfies the above-described formula T> λ 2 / Δλ, and this reduces the coherence of the laser beam, thereby reducing speckle.

さらに、図7(b)に示すように、各分割領域の端面を複数の位相領域に区分して、例えば、レーザ光の1波長分の段差を有する位相領域、2波長分の段差を有する位相領域、3波長分の段差を有する位相領域などをランダムに配置している。従って、レーザ光が同じ分割領域に入射した場合、通過する位相領域ごとに異なる位相に変化するため、レーザ光の干渉性がさらに低下する。その結果、より効果的なスペックル低減が図られる。   Further, as shown in FIG. 7B, the end face of each divided region is divided into a plurality of phase regions, for example, a phase region having a step for one wavelength of laser light, and a phase having a step for two wavelengths. Regions, phase regions having steps for three wavelengths, and the like are randomly arranged. Accordingly, when the laser light is incident on the same divided region, the phase changes to a different phase for each passing phase region, so that the coherence of the laser light further decreases. As a result, more effective speckle reduction is achieved.

本発明は、スクリーンでの投射画像のスペックルを低減できる点で、産業上極めて有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful industrially in that speckle of a projected image on a screen can be reduced.

本発明の第1実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of this invention. 光学素子LSの一例を示し、図2(a)は平面図、図2(b)は側面図である。An example of the optical element LS is shown, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a side view. スクリーン上の光スポットの光強度分布を示すグラフである。It is a graph which shows light intensity distribution of the light spot on a screen. 光学素子LSの他の例を示し、図4(a)は平面図、図4(b)は側面図である。Other examples of optical element LS are shown, Drawing 4 (a) is a top view and Drawing 4 (b) is a side view. 光学素子LSのさらに他の例を示し、図5(a)は断面図、図5(b)は側面図である。Still another example of the optical element LS is shown, FIG. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a side view. 光学素子LSのさらに他の例を示し、図6(a)は側面図、図6(b)はその部分拡大図である。FIG. 6A is a side view and FIG. 6B is a partially enlarged view of still another example of the optical element LS. 光学素子LSのさらに他の例を示し、図7(a)は側面図、図7(b)はその部分拡大図である。FIG. 7A is a side view and FIG. 7B is a partially enlarged view of still another example of the optical element LS.

符号の説明Explanation of symbols

LB,LR,LG レーザ素子
L1,L2,L3,L4 レンズ
LS 光学素子
M1,M2,M3 色合成ミラー
MS 走査装置
SC スクリーン
LB, LR, LG Laser element L1, L2, L3, L4 Lens LS Optical element M1, M2, M3 Color composition mirror MS Scanning device SC screen

Claims (9)

レーザ光源と、
レーザ光源からのレーザ光を2次元的に走査するための走査装置とを備えたレーザ投射装置であって、
レーザ光源と走査装置との間に設けられ、光路長が互いに異なる複数の領域に分割され、領域間の光路長差がレーザ光の可干渉距離よりも大きい透明媒体を含む光学素子を備えたことを特徴とするレーザ投射装置。
A laser light source;
A laser projection device including a scanning device for two-dimensionally scanning laser light from a laser light source,
An optical element provided between a laser light source and a scanning device, divided into a plurality of regions having different optical path lengths, and including a transparent medium in which the optical path length difference between the regions is larger than the coherence distance of the laser light A laser projection device characterized by the above.
領域間の光路長差Tは、レーザ光の波長をλ、波長の広がり幅をΔλとして、
T>λ/Δλ
を満足することを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。
The optical path length difference T between the regions is defined as follows.
T> λ 2 / Δλ
The laser projection apparatus according to claim 1, wherein:
透明媒体の各分割領域は、光軸を中心として同心輪帯状に配置されることを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。   The laser projection device according to claim 1, wherein the divided areas of the transparent medium are arranged in a concentric ring shape with the optical axis as a center. 透明媒体に入射する物体距離をL、透明媒体の外径をDとして、
|L/D|>50
を満足することを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。
The object distance incident on the transparent medium is L, and the outer diameter of the transparent medium is D.
| L / D |> 50
The laser projection apparatus according to claim 1, wherein:
レーザ光源は、青色レーザ素子、赤色レーザ素子および緑色レーザ素子を含み、
各レーザ素子からレーザ光を合成するための色合成素子をさらに備え、
前記光学素子は、該色合成素子の後方に配置されることを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。
The laser light source includes a blue laser element, a red laser element, and a green laser element,
A color synthesizing element for synthesizing laser light from each laser element;
The laser projection apparatus according to claim 1, wherein the optical element is disposed behind the color synthesis element.
透明媒体の各分割領域は、レーザ光の波長オーダーで光路長が変化した位相変調構造を有することを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。   2. The laser projection device according to claim 1, wherein each divided region of the transparent medium has a phase modulation structure in which an optical path length is changed in a wavelength order of the laser beam. 透明媒体の各分割領域の光入射面及び/又は光出射面には、複屈折材料または複屈折構造が、異なる厚み及び/又は異なる方向で設けられることを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。   2. The laser projection according to claim 1, wherein birefringent materials or birefringent structures are provided in different thicknesses and / or different directions on the light incident surface and / or the light exit surface of each divided region of the transparent medium. apparatus. レーザ光源は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。   The laser projection apparatus according to claim 1, wherein the laser light source includes a semiconductor laser element. 走査されたレーザ光を固定スクリーン上に集光するための結像光学系をさらに備えることを特徴とする請求項1記載のレーザ投射装置。   The laser projection apparatus according to claim 1, further comprising an imaging optical system for condensing the scanned laser light on a fixed screen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111273454A (en) * 2018-12-05 2020-06-12 青岛海信激光显示股份有限公司 Laser speckle eliminating device and laser display equipment thereof

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