JP2010256572A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で効率良くスペックルを低減し、良質な画像を表示することができる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置は、コヒーレントな光を出射するレーザ光源１（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、レーザ光源１からの光束によって照明される被照明領域に、スクリーン５へ表示させる画像を形成する表示デバイス３と、光束を拡散させる第１の拡散板１４と、光束を拡散させる第２の拡散板１５とを備え、第１の拡散板１４は、レーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の少なくとも一つの、レーザ光源１に共役な位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、第２の拡散板１５は、その光学系光路中の少なくとも一つの、表示デバイス３に共役な位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタ等の投射型表示装置に関し、更に詳しくは、表示デバイスを用いて、スクリーン等に画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置に関する。

従来、表示デバイスを用いた投射型表示装置の光源には、超高圧水銀ランプ等のランプ光源が用いられてきた。このようなランプ光源は光源の寿命が短いことから、ランプ交換等のメンテナンス作業の頻度が多くなるという問題がある。また、カラー表示を行う場合には、例えば、ランプ光源から出射される白色光から赤色光、緑色光、及び青色光を取り出すための光学系が必要となることから、装置構成が複雑になると共に光利用効率が低下するという問題もある。

一方で、光源としてＬＥＤ光源を用いた投射型表示装置が提案されているものの、ＬＥＤの光利用効率が悪いことから、表示画像において十分な明るさを得られるまでには至っていない。

このため、近年では投射型表示装置の光源として半導体レーザ等のレーザ光源を用いる試みが為されている。このレーザ光源はランプ光源に比べて寿命が長いことから、メンテナンス作業がほぼ不要となる。また、レーザ光源を用いた場合には、表示画像に応じてレーザ光を直接変調することができることから、装置構成が簡易になると共に光利用効率が向上する。さらに、レーザ光源を用いることによって、色再現領域を広くすることができるという利点も有している。

しかしながら、レーザ光源は高いコヒーレンス（可干渉性）を有していることから、投射型表示装置の光源としてレーザ光源を用いた場合には、スペックル、スペックルノイズ、スペックルパターン等（以下単に「スペックル」ともいう）のコントラストの高い斑点状の模様がスクリーン上に形成され、表示画像の画質を劣化させてしまうという問題がある。従って、光源としてレーザ光源を用いる場合には、スペックルを低減させることが重要となる。そこで、このようなスペックルを低減させるための技術が、例えば下記のように、各種提案されている。

図１５は、特許文献１に開示されている投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。同図に示した投写型表示装置１０１は、コヒーレントな光を出射するレーザ光源１０２と、レーザ光源１０２から出射された光束を所定の光路内へ伝播させてスクリーン側へ導く照明光学系１０３と、照明光学系１０３が導いてくる光束によって照明される被照明面１０４ａに、スクリーンへ表示させる画像を形成する反射型光変調素子１０４と、反射型光変調素子１０４の被照明面１０４ａに形成された画像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系１０５とを備える。そして、照明光学系１０３において、照明光学系１０３の絞り位置１０６の近傍にレーザ光源１０２から出射された光束を拡散させる拡散素子１０７を設けることによって、スペックルの低減が図られている。

図１６は、特許文献２に開示されている照明装置の概略構成を示す斜視図である。同図に示した照明装置１１１は、入射された複数のレーザ光Ｌ１を集光する集光光学系１１２と、集光光学系１１２で集光された光を拡散して拡散光Ｌ２を生成する拡散光学素子１１３とを備え、拡散光Ｌ２で第１面１１４を照明することによって、スペックルの低減が図られている。

図１７は、特許文献３に開示されているレーザ光源装置の構成を概略的に示す図である。同図に示したレーザ光源装置１２１は、レーザ光を出射する複数の発光点を有するレーザ光源１２２と、複数の発光点から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ１２３と、レーザ光の集光点付近に配置され、レーザ光の発散角を広げるホログラムを備えた拡散素子１２４とを有し、拡散素子１２４が、複数のレーザ光のうち２つ以上が重なり合うように、各レーザ光の発散角を広げる拡散作用を有することによって、スペックルの低減が図られている。

図１８は、特許文献４に開示されているプロジェクタの概略構成を示す図である。同図に示したプロジェクタ１３１は、固体光源を備える光源部１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂからの光を用いて画像を形成する画像形成部である液晶型空間光変調装置１３３Ｒ、１３３Ｇ、１３３Ｂと、画像形成部により形成された像の結像位置に設けられ、光を拡散させる拡散部１３４と、拡散部１３４からの光を投写する投写光学系１３５とを有する。そして、拡散部１３４が、光が入射する位置ごとに、ランダムに光の位相を変化させることによって、スペックルの低減が図られている。なお、結像光学系１３６は、液晶型空間光変調装置の像を拡散部１３４にて結像させるための光学系である。

特開２００８−２６８２７１号公報 特開２００７−３３５７７号公報 特開２００８−９６７７７号公報 特開２００８−２７９２０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている投写型表示装置のように、照明光学系の絞り位置の近傍にのみ拡散素子を設けた場合、出願人の実験によれば、スペックル低減効果が少ないという結果が得られている。また、この場合には、絞り位置の近傍に設けた拡散素子によって、光路中で光束が拡散し、照明効率が低下するという問題もある。

特許文献２に開示されている照明装置においては、拡散光学素子の配置位置についての明確な記載が無いため、効率良くスペックルを除去することができるとは言えない。また、特許文献１に開示されている投写型表示装置と同様に、拡散光学素子が一箇所にのみ配置される構成であるので、スペックル低減効果が少ない。さらに、この照明装置では、光路中に光束の強度を均一化する光学素子（例えばインテグレータ等）が設けられていないので、照明ムラを生じる虞もある。

また、特許文献３に開示されているレーザ光源装置においても、特許文献１に開示されている投写型表示装置と同様に、拡散素子が一箇所にのみ配置される構成であるので、スペックル低減効果が少ない。

また、特許文献４に開示されているプロジェクタにおいても、特許文献１に開示されている投写型表示装置と同様に、拡散部が一箇所にのみ配置される構成であるので、スペックル低減効果が少ない。また、このプロジェクタでは、液晶型空間光変調装置の像を一度結像させ、その部分に拡散部を配置する構成であり、余計な結像光学系が必要となることから、投影側の光学系が複雑な構成となり、装置の大型化及びコスト増大という問題もある。

本発明は、上記実情に鑑み、簡易な構成で効率良くスペックルを低減し、良質な画像を表示することができる投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る投射型表示装置は、スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、前記光源からの光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、光束を拡散させる第１の拡散手段と、光束を拡散させる第２の拡散手段と、を備え、前記第１の拡散手段は、前記光源から前記スクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、前記光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、前記第２の拡散手段は、前記光学系光路中の少なくとも一つの、前記表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる、ことを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る投射型表示装置は、上記第１の態様において、前記光源から前記スクリーンまでを含む光学系は、前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、前記表示デバイスの被照明領域に形成された画像を前記スクリーンに拡大投影する投影光学系と、を含み、前記表示デバイスは、前記照明光学系により導かれる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成し、前記第１の拡散手段は、前記照明光学系光路中の少なくとも一つの、前記光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、前記第２の拡散手段は、前記照明光学系光路中の少なくとも一つの、前記表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる、ことを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る投射型表示装置は、上記第２の態様において、光束の強度を均一化する光束強度均一化手段を更に備え、前記光束強度均一化手段は、前記照明光学系内に設けられ、前記光束強度均一化手段における光束入射面は、前記光源に対して共役な関係にあり、前記光束強度均一化手段における光束出射面は、前記表示デバイスに対して共役な関係にあり、前記第１の拡散手段は、前記光束入射面又は当該光束入射面近傍の位置に設けられ、前記第２の拡散手段は、前記光束出射面又は当該光束出射面近傍の位置に設けられる、ことを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る投射型表示装置は、スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、前記照明光学系により導かれる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、前記表示デバイスの被照明領域に形成された画像を前記スクリーンに拡大投影する投影光学系と、光束を拡散させる第１の拡散手段と、光束を拡散させる第２の拡散手段と、光束の強度を均一化する光束強度均一化手段と、を備え、前記光束強度均一化手段は、前記照明光学系内に設けられ、前記第１の拡散手段は、前記光束強度均一化手段における光束入射面又は当該光束入射面近傍の位置に設けられ、前記第２の拡散手段は、前記光束強度均一化手段における光束出射面又は当該光束出射面近傍の位置に設けられる、ことを特徴とする。

本発明の第５の態様に係る投射型表示装置は、上記第１乃至４の何れか一つの態様において、前記第１の拡散板及び前記第２の拡散板の少なくとも一方は、光束を透過させたときに得られる拡散角度及び配光形状を任意に形成可能な光拡散デバイスである、ことを特徴とする。

本発明の第６の態様に係る投射型表示装置は、上記第５の態様において、前記光拡散デバイスの拡散角度は、１０°乃至４０°である、ことを特徴とする。

本発明の第７の態様に係る投射型表示装置は、上記第３又は４の態様において、前記光束強度均一化手段、前記第１の拡散手段、及び、前記第２の拡散手段は、一体として構成される、ことを特徴とする。

本発明の第８の態様に係る投射型表示装置は、上記第３、４、又は７の態様において、前記光束強度均一化手段は、ロッドインテグレータである、ことを特徴とする。

本発明の第９の態様に係る投射型表示装置は、上記第１乃至８の何れか一つの態様において、前記表示デバイスは、光束を反射させて画像形成を行う、ことを特徴とする。

本発明の第１０の態様に係る投射型表示装置は、上記第１乃至８の何れか一つの態様において、前記表示デバイスは、光束を透過させて画像形成を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、投射型表示装置において、簡易な構成で効率良くスペックルを低減し、良質な画像を表示することができる。

実施例１に係る投射型表示装置の構成例において、第１の拡散板と第２の拡散板を配置する前の構成を示す図である。 実施例１に係る投射型表示装置の第１の構成例を示す図である。 実施例１に係る投射型表示装置の第２の構成例を示す図である。 実施例１に係る投射型表示装置の第３の構成例を示す図である。 実施例１に係る投射型表示装置の第４の構成例を示す図である。 実施例１に係る投射型表示装置の第５の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の構成例において、第１の拡散板と第２の拡散板を配置する前の構成を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第１の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第２の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第３の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第４の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第５の構成例を示す図である。 実施例２に係る投射型表示装置の第６の構成例を示す図である。 反射型の表示デバイスを用いた実施例２に係る投射型表示装置の構成例を示す図である。 従来技術として開示されている投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。 従来技術として開示されている照明装置の概略構成を示す斜視図である。 従来技術として開示されているレーザ光源装置の構成を概略的に示す図である。 従来技術として開示されているプロジェクタの概略構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

本発明の実施例１に係る投射型表示装置は、スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、光源からの光束によって照明される被照明領域にスクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、光束を拡散させる第１の拡散板（第１の拡散手段の一例）と、光束を拡散させる第２の拡散板（第２の拡散手段の一例）とを備えている。そして、第１の拡散板は、光源からスクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、第２の拡散板は、その光学系光路中の少なくとも一つの、表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる。

図１は、本実施例に係る投射型表示装置の構成例において、第１の拡散板と第２の拡散板を配置する前の構成を示す図である。

本実施例に係る投射型表示装置は、上述のとおり、第１の拡散板が、光源からスクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、第２の拡散板が、その光学系光路中の少なくとも一つの、表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられることから、第１の拡散板及び第２の拡散板の配置位置として複数の組み合わせが存在する。そこで、まずは、図１を用いて、第１の拡散板及び第２の拡散板を除く本実施例に係る投射型表示装置の構成例を説明する。

同図に示したように、第１の拡散板及び第２の拡散板を除く本実施例に係る投射型表示装置は、３つのレーザ光源１（１ａ、１ｂ、１ｃ）と、照明光学系２と、表示デバイス３と、投影光学系４と、スクリーン５を含んでいる。

３つのレーザ光源１は、各々がコヒーレントな光を出射する光源であって、例えば、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、及び青色レーザ光源である。

照明光学系２は、３つのレーザ光源１の各々から出射された光束を所定の光路内へ伝播させてスクリーン５側へ導く光学系であって、リレーレンズ６と、リレーレンズ７と、リレーレンズ８と、絞り部９と、リレーレンズ１０を含んでいる。なお、リレーレンズ６は、集光レンズとしても機能する。このような照明光学系２では、３つのレーザ光源１の各々から出射された光束が、リレーレンズ６、リレーレンズ７、リレーレンズ８、絞り部９、及びリレーレンズ１０によって表示デバイス３へと導かれ、表示デバイス３の被照明領域を照明する。

表示デバイス３は、照明光学系（レーザ光源１）２からの光束によって照明される被照明領域にスクリーン５へ表示させる画像を形成するデバイスであって、被照明領域に照明される光束を透過させることで、被照明領域に形成された画像をスクリーン５に形成するデバイスである。この表示デバイス３は、例えば液晶等を用いた透過型の表示デバイスである。

投影光学系４は、表示デバイス３の被照明領域に形成された画像をスクリーン５に拡大投影する光学系であって、投影レンズ１１を含んでいる。このような投影光学系４では、表示デバイス３を透過した光束が、投影レンズ１２によって拡大され、スクリーン５に投射される。

なお、３つのレーザ光源１及び表示デバイス３は、図示しない制御装置によって制御される。

以上のような構成例において、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａに対して共役な関係にある位置（光源共役位置）は、リレーレンズ６による集光位置１２ｂと、絞り部９の位置１２ｃと、投影レンズ１１の入射瞳の位置１２ｄである（同図の点線１２参照）。また、その光学系光路中の、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａに対して共役な関係にある位置（表示デバイス共役位置）は、リレーレンズ７とリレーレンズ８との間の位置１３ｂと、スクリーン５の投射面の位置１３ｃである（同図の点線１３参照）。

従って、本実施例に係る投射型表示装置において、第１の拡散板の配置位置は、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ又はその近傍位置、リレーレンズ６による集光位置１２ｂ又はその近傍位置、絞り部９の位置１２ｃ又はその近傍位置、投影レンズ１１の入射瞳の位置１２ｄ又はその近傍位置、の何れか一つの位置となる。また、第２の拡散板の配置位置は、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ又はその近傍位置、リレーレンズ７とリレーレンズ８との間の位置１３ｂ又はその近傍位置、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ又はその近傍位置、の何れか一つの位置となる。

このように、本実施例に係る投射型表示装置においては、第１の拡散板及び第２の拡散板の配置位置として複数の組み合わせが存在するが、ここでは、代表して５つの配置例を説明する。

図２は、本実施例に係る投射型表示装置の第１の構成例を示す図である。

同図に示した第１の構成例は、第１の拡散板１４を、リレーレンズ６による集光位置１２ｂ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、リレーレンズ６により集光された光束が第１の拡散板１４により拡散され、更に、投影レンズ１１により投射された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図３は、本実施例に係る投射型表示装置の第２の構成例を示す図である。

同図に示した第２の構成例は、第１の拡散板１４を、リレーレンズ６による集光位置１２ｂ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、リレーレンズ６により集光された光束が第１の拡散板１４により拡散され、更に、リレーレンズ１０を透過した光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図４は、本実施例に係る投射型表示装置の第３の構成例を示す図である。

同図に示した第３の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、リレーレンズ７とリレーレンズ８との間の位置１３ｂ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、更に、リレーレンズ７を透過した光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図５は、本実施例に係る投射型表示装置の第４の構成例を示す図である。

同図に示した第４の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、更に、投影レンズ１１により投射された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図６は、本実施例に係る投射型表示装置の第５の構成例を示す図である。

同図に示した第５の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、更に、リレーレンズ１０を透過した光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

なお、図２乃至６に示した構成例において、図３、図４、及び図６に示した構成例は、第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５を照明光学系２の光路中に配置した例でもある。

このように、本実施例に係る投射型表示装置においては、上述の第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５の配置位置の組み合わせ内において、その配置位置を変更して構成することができる。

このような構成により、本実施例に係る投射型表示装置では、３つのレーザ光源１の各々からの光束が、第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５の２つの拡散板により拡散されるようになるので、コヒーレントな光を出射する３つのレーザ光源１を使用した場合に発生するスペックルパターンを、その２つの拡散板の拡散作用により変化させることができ、結果として、スペックルを大幅に低減することができる。すなわち、一つ目の拡散板の拡散作用によりスペックルが低減された後に、二つ目の拡散板の拡散作用により、残存するスペックルが更に低減されるようになるので、結果として、大幅にスペックルを低減することができる。従って、拡散板を一つしか設けていない従来の装置に比べて、より高いスペックル低減効果を得ることができる。

また、このようなスペックル低減効果が、第１の拡散板１４を光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設け、第２の拡散板１５を表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けることによって得られるので、簡易な構成でスペックルを低減することができ、良質な画像を表示することができる。また、表示デバイス３の被照明領域に形成された画像を拡散板に結像させるための結像光学系が必要ないことから、装置の大型化やコスト増大といった問題も生じない。

なお、本実施例に係る投射型表示装置において、第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５の少なくとも一方は、光拡散デバイスであることが望ましい。光拡散デバイスは、光束を透過させたときに得られる拡散角度及び配光形状を任意に形成可能であり、さらに、透過した光束においては高い均一性を得ることができる光学素子である。この光拡散デバイスに、例えば、平行光束を透過させた場合、形状は平行平板であっても、球面研磨された凹レンズのように光束を発散させることができる。光拡散デバイスとしては、例えば、米国Ｌｕｍｉｎｉｔ社で製造、販売されているＬＳＤ（ＬｉｇｈｔＳｈａｐｉｎｇＤｉｆｆｕｓｅｒ）光学素子がある。これは、ポリカーボネイトやアクリル素材からなる平行平板などの表面に、光を特定範囲に拡散するＬＳＤ面を加工したものである。ＬＳＤ面とは、小さな無数のマイクロレンズが２次元状に並んでいるのと同じ効果を有する面であり、ホログラムが光の回折を利用した技術であるのに対し、光の屈折を応用したものである。ＬＳＤ光学素子は光束を透過させたときに得られる配光形状を任意に形成でき、例えば、楕円等の配光形状を持たせることができる。また、透過率も良いという優れた性質を有する。

また、本実施例に係る投射型表示装置は、表示デバイスとして反射型の表示デバイスを用いることも勿論可能である。反射型の表示デバイスは、被照明領域に照明される光束を反射させることで、被照明領域に形成された画像を投射面に形成するデバイスであり、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。

本発明の実施例２に係る投射型表示装置は、スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させてスクリーン側へ導く照明光学系と、照明光学系により導かれる光束によって照明される被照明領域に、スクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、表示デバイスの被照明領域に形成された画像をスクリーンに拡大投影する投影光学系と、光束を拡散させる第１の拡散板（第１の拡散手段の一例）と、光束を拡散させる第２の拡散板（第２の拡散手段の一例）と、光束の強度を均一化するロッドインテグレータ（光束強度均一化手段の一例）とを備えている。そして、ロッドインテグレータは、照明光学系内に設けられ、第１の拡散板は、光源からスクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、第２の拡散板は、その光学系光路中の少なくとも一つの、表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる。

図７は、本実施例に係る投射型表示装置の構成例において、第１の拡散板と第２の拡散板を配置する前の構成を示す図である。

上述のとおり、本実施例に係る投射型表示装置も、実施例１と同様に、第１の拡散板が、光源からスクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、第２の拡散板が、その光学系光路中の少なくとも一つの、表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられることから、第１の拡散板及び第２の拡散板の配置位置として複数の組み合わせが存在する。そこで、まずは、図７を用いて、第１の拡散板及び第２の拡散板を除く本実施例に係る投射型表示装置の構成例を説明する。

同図に示したように、第１の拡散板及び第２の拡散板を除く本実施例に係る投射型表示装置は、リレーレンズ７に代えてロッドインテグレータ２１が設けられた点が、図１に示した構成例と異なり、その他の構成は図１に示した構成と同じである。そのため、図１に示した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、ここではロッドインテグレータ２１のみを説明することにする。

同図において、ロッドインテグレータ２１は照明光学系２内に設けられている。ロッドインテグレータ２１の光束入射面は、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａに対して共役な関係にある位置１２ｂ、すなわち光源共役位置にある。また、ロッドインテグレータ２１の光束出射面は、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａに対して共役な関係にある位置１３ｂ、すなわち表示デバイス共役位置にある。なお、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂは、リレーレンズ６による集光位置でもある。

以上のような構成例において、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａに対して共役な関係にある位置（光源共役位置）は、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂと、絞り部９の位置１２ｃと、投影レンズ１１の入射瞳の位置１２ｄである（同図の点線１２参照）。また、その光学系光路中の、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａに対して共役な関係にある位置（表示デバイス共役位置）は、ロッドインテグレータ２１の光束出射面の位置１３ｂと、スクリーン５の投射面の位置１３ｃである（同図の点線１３参照）。

従って、本実施例に係る投射型表示装置において、第１の拡散板の配置位置は、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ又はその近傍位置、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂ又はその近傍位置、絞り部９の位置１２ｃ又はその近傍位置、投影レンズ１１の入射瞳の位置１２ｄ又はその近傍位置、の何れか一つの位置となる。また、第２の拡散板の配置位置は、３つのレーザ光源１からスクリーン５までを含む光学系光路中の、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ又はその近傍位置、ロッドインテグレータ２１の光束出射面の位置１３ｂ又はその近傍位置、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ又はその近傍位置、の何れか一つの位置となる。

このように、本実施例に係る投射型表示装置においても、第１の拡散板及び第２の拡散板の配置位置として複数の組み合わせが存在するが、ここでは、代表して６つの配置例を説明する。なお、第１の拡散板及び第２の拡散板は、実施例１に係る投射型表示装置の第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５と同一の構成要素とし、同一の符号を付す。

図８は、本実施例に係る投射型表示装置の第１の構成例を示す図である。

同図に示した第１の構成例は、第１の拡散板１４を、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、ロッドインテグレータ２１の光束出射面の位置１３ｂ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、リレーレンズ６により集光された光束が第１の拡散板１４により拡散され、第１の拡散板１４により拡散された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、ロッドインテグレータ２１により強度均一化された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図９は、本実施例に係る投射型表示装置の第２の構成例を示す図である。

同図に示した第２の構成例は、第１の拡散板１４を、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、リレーレンズ６により集光された光束が第１の拡散板１４により拡散され、第１の拡散板１４により拡散された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、投影レンズ１１により投射された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図１０は、本実施例に係る投射型表示装置の第３の構成例を示す図である。

同図に示した第３の構成例は、第１の拡散板１４を、ロッドインテグレータ２１の光束入射面の位置１２ｂ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、リレーレンズ６により集光された光束が第１の拡散板１４により拡散され、第１の拡散板１４により拡散された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、リレーレンズ１０を透過した光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図１１は、本実施例に係る投射型表示装置の第４の構成例を示す図である。

同図に示した第４の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、ロッドインテグレータ２１の光束出射面の位置１３ｂ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、リレーレンズ６により集光された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、ロッドインテグレータ２１により強度均一化された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図１２は、本実施例に係る投射型表示装置の第５の構成例を示す図である。

同図に示した第５の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、スクリーン５の投射面の位置１３ｃ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、リレーレンズ６により集光された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、投影レンズ１１により投射された光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

図１３は、本実施例に係る投射型表示装置の第６の構成例を示す図である。

同図に示した第６の構成例は、第１の拡散板１４を、３つのレーザ光源１の光束出射面の位置１２ａ（又はその近傍位置）に配置し、第２の拡散板１５を、表示デバイス３の光束入射面の位置１３ａ（又はその近傍位置）に配置した例である。本構成例によれば、３つのレーザ光源１の各々を出射した光束が第１の拡散板１４により拡散され、リレーレンズ６により集光された光束がロッドインテグレータ２１により強度均一化され、更に、リレーレンズ１０を透過した光束が第２の拡散板１５により拡散されるようになる。

なお、図８乃至１３に示した構成例において、図８、図１０、図１１、及び図１３に示した構成例は、第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５を照明光学系２の光路中に配置した例でもある。

このように、本実施例に係る投射型表示装置においても、上述の第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５の配置位置の組み合わせ内において、その配置位置を変更して構成することができる。

このような構成により、本実施例に係る投射型表示装置では、実施例１に係る投射型表示装置と同様の効果が得られることは勿論のこと、更に、ロッドインテグレータ２１による光束強度均一化作用によって、スクリーン５に投射された画像に照明ムラが生じる虞もない。

なお、本実施例に係る投射型表示装置においても、実施例１に係る投射型表示装置と同様に、第１の拡散板１４及び第２の拡散板１５の少なくとも一方は、光拡散デバイスであることが望ましい。

また、本実施形態に係る投射型表示装置において、第１の拡散板１４、ロッドインテグレータ２１、及び第２の拡散板１５を一体として構成することも可能である。

また、本実施形態に係る投射型表示装置は、表示デバイスとして反射型の表示デバイスを用いることも勿論可能である。反射型の表示デバイスは、被照明領域に照明される光束を反射させることで、被照明領域に形成された画像を投射面に形成するデバイスである。

図１４は、その反射型の表示デバイスを用いた本実施例に係る投射型表示装置の構成例を示す図である。

同図に示したように、この投射型表示装置は、コヒーレントな光を出射する光源として、赤色レーザ光源３１ｒ、緑色レーザ光源３１ｇ、青色レーザ光源３１ｂを有する。なお、赤色レーザ光源３１ｒ及び青色レーザ光源３１ｂは半導体レーザ光源であり、緑色レーザ光源３１ｇは、ＳＨＧ（Second Harmonic Generation）レーザ光源である。

赤色レーザ光源３１ｒから出射したレーザ光は、コリメータレンズ３２によって略同一の直径を有する平行光束へ変換された後、ミラー３３によって反射され、ダイクロイックミラー３４及びダイクロイックミラー３５を透過する。緑色レーザ光源３１ｇから出射したレーザ光は、コンデンサーレンズ３６を透過してコリメータレンズ３７によって略同一の直径を有する平行光束へ変換された後、ダイクロイックミラー３４によって反射され、ダイクロイックミラー３５を透過する。青色レーザ光源３１ｂから出射したレーザ光は、コリメータレンズ３８によって略同一の直径を有する平行光束へ変換された後、ダイクロイックミラー３５によって反射される。

ダイクロイックミラー３５を透過又は反射した光束は、第１の光拡散デバイス３９によって拡散されてロッドインテグレータ４０に入射し、ロッドインテグレータ４０内部のミラーによって反射が繰り返された後、ロッドインテグレータ４０から出射し、更に第２の光拡散デバイス４１によって拡散される。なお、本例において、第１の光拡散デバイス３９は、全角で２０°の拡散角度を有するものとする。

第２の光拡散デバイス４１により拡散された光束は、コンデンサーレンズ４２及びフィールドレンズ４３を透過した後、反射型の表示デバイス４４に照明される。なお、反射型の表示デバイス４４は、例えばＤＭＤである。ＤＭＤは、微小な多数のミラーを備え、映像信号に応じて各々のミラーの角度が変化することで、照明光を変調するものである。

表示デバイス４４に照明された光束は、当該表示デバイス４４によって映像信号に応じて変調され、その変調光は、フィールドレンズ４３を透過した後、投影レンズ４５によってスクリーン４６に拡大投影される。

このような構成において、各レーザ光源３１ｒ、３１ｇ、３１ｂから表示デバイス４４に至るまでの光学系は照明光学系であり、表示デバイス４４からスクリーン４６に至るまでの光学系は投影光学系である。

また、ロッドインテグレータ４０の光束入射面の位置と投影レンズ４５の入射瞳の位置は、各レーザ光源３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの光束出射面の位置と共役な関係にある。また、ロッドインテグレータ４０の光束出射面の位置とスクリーン４６の投射面の位置は、表示デバイス４４の光束入射面の位置と共役な関係にある。

また、第１の光拡散デバイス３９は、ロッドインテグレータ４０の光束入射面の位置又はその近傍位置に設けられ、第２の光拡散デバイス４１は、ロッドインテグレータ４０の光束出射面の位置又はその近傍位置に設けられる。なお、第１の光拡散デバイス３９、ロッドインテグレータ４０、及び第２の光拡散デバイスは、一体として構成することも可能である。

また、各レーザ光源３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの制御は、レーザコントローラ４７が行い、そのレーザコントローラ４７と表示デバイス４４の制御は、制御装置４８が行う。これにより、この投射型表示装置では、映像信号に応じて制御装置４８が、レーザコントローラ４７を介して各レーザ光源３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを制御すると共に表示デバイス４４を制御することによって、色順次方式によるカラー表示を行うことが可能である。

このような構成を有する投射型表示装置によれば、第１の光拡散デバイス３９と第２の光拡散デバイス４１の２つの光拡散デバイスによる光束拡散作用によってスペックルを低減することができる。その結果、スクリーン４６には、鑑賞者にとって不快なスペックルを低減した像を映し出すことができる。なお、出願人の実験によれば、第１の光拡散デバイス３９と第２の光拡散デバイス４１を配置した場合は、それらを配置しなかった場合に比べて、スペックルが７５％低減したことが確認されている。

また、ロッドインテグレータ４０による光束強度均一化作用によって、ロッドインテグレータ４０の光束射出面における光束は、ほぼ均一な強度分布となっていることから、スクリーン４６に投射される画像に照明ムラが生じることもない。なお、第１の光拡散デバイス３９の拡散角度は、全角で１０°乃至４０°に形成しておくのが望ましい。このような拡散角度が望ましい理由は、拡散角度を仮に１０°よりも小さい角度に形成しておくと、ロッドインテグレータ４０内での光の反射回数が少なくなり、光の強度分布が十分に均一にならず、スクリーン４６に投射された画像に照明ムラが生じる虞があるからである。また、その拡散角度を仮に４０°よりも大きい角度に形成しておくと、ロッドインテグレータ４０の光束出射面からの光束の発散角が大きくなり、光を効率的に利用できなくなり、スクリーン４６に投射された画像において十分な明るさが得られない虞があるからである。

なお、出願人は、第１の光拡散デバイス３９及び又は第２の光拡散デバイス４１の配置の有無に応じたスペックル低減効果について実験を行った。その実験結果を下記に示しておく。

但し、ここではスペックルコントラストＣｓを次のように定義する。

Ｃｓ＝σ／Ｉ

σは光束強度の標準偏差、Ｉは光束強度の平均である。

第１の光拡散デバイス３９及び第２の光拡散デバイス４１を配置しなかった場合は、スペックルコントラストＣｓが２０％となった。但し、この場合は、ロッドインテグレータ４０の光束入射側にコンデンサーレンズを配置した。

第１の光拡散デバイス３９を配置せず、第２の光拡散デバイス４１を配置した場合は、スペックルコントラストＣｓが１２％となった。但し、この場合も、ロッドインテグレータ４０の光束入射側にコンデンサーレンズを配置した。

第１の光拡散デバイス３９及び第２の光拡散デバイス４１を配置した場合は、スペックルコントラストＣｓが９．５％となった。

このように、出願人による実験の結果からも、２つの光拡散デバイスを配置することによって、よりスペックルが低減されていることが確認できる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

１ レーザ光源
２ 照明光学系
３ 表示デバイス
４ 投影光学系
５ スクリーン
６ リレーレンズ
７ リレーレンズ
８ リレーレンズ
９ 絞り部
１０ リレーレンズ
１１ 投影レンズ
１２ 点線
１３ 点線
２１ ロッドインテグレータ
３１ レーザ光源
３２ コリメータレンズ
３３ ミラー
３４、３５ ダイクロイックミラー
３６ コンデンサーレンズ
３７、３８ コリメータレンズ
３９ 第１の光拡散デバイス
４０ ロッドインテグレータ
４１ 第２の光拡散デバイス
４２ コンデンサーレンズ
４３ フィールドレンズ
４４ 表示デバイス
４５ 投影レンズ
４６ スクリーン
４７ レーザコントローラ
４８ 制御装置
１０１ 投写型表示装置
１０２ レーザ光源
１０３ 照明光学系
１０４ 反射型光変調素子
１０５ 投写光学系
１０６ 絞り位置
１０７ 拡散素子
１１１ 照明装置
１１２ 集光光学系
１１３ 拡散光学素子
１２１ レーザ光源装置
１２２ レーザ光源
１２３ 集光レンズ
１２４ 拡散素子
１３１ プロジェクタ
１３２ 光源部
１３３ 液晶型空間光変調装置
１３４ 拡散部
１３５ 投写光学系
１３６ 結像光学系

Claims (10)

1. スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、
   コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、
   前記光源からの光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、
   光束を拡散させる第１の拡散手段と、
   光束を拡散させる第２の拡散手段と、
   を備え、
   前記第１の拡散手段は、前記光源から前記スクリーンまでを含む光学系光路中の少なくとも一つの、前記光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、
   前記第２の拡散手段は、前記光学系光路中の少なくとも一つの、前記表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光源から前記スクリーンまでを含む光学系は、
   前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、
   前記表示デバイスの被照明領域に形成された画像を前記スクリーンに拡大投影する投影光学系と、
   を含み、
   前記表示デバイスは、前記照明光学系により導かれる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成し、
   前記第１の拡散手段は、前記照明光学系光路中の少なくとも一つの、前記光源共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられ、
   前記第２の拡散手段は、前記照明光学系光路中の少なくとも一つの、前記表示デバイス共役位置又は当該共役位置近傍の位置に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
3. 光束の強度を均一化する光束強度均一化手段を更に備え、
   前記光束強度均一化手段は、前記照明光学系内に設けられ、前記光束強度均一化手段における光束入射面は、前記光源に対して共役な関係にあり、前記光束強度均一化手段における光束出射面は、前記表示デバイスに対して共役な関係にあり、
   前記第１の拡散手段は、前記光束入射面又は当該光束入射面近傍の位置に設けられ、
   前記第２の拡散手段は、前記光束出射面又は当該光束出射面近傍の位置に設けられる、
   ことを特徴とする請求項２記載の投射型表示装置。
4. スクリーンに画像を投射して画像表示を行う投射型表示装置であって、
   コヒーレントな光を出射する少なくとも一つの光源と、
   前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、
   前記照明光学系により導かれる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成する表示デバイスと、
   前記表示デバイスの被照明領域に形成された画像を前記スクリーンに拡大投影する投影光学系と、
   光束を拡散させる第１の拡散手段と、
   光束を拡散させる第２の拡散手段と、
   光束の強度を均一化する光束強度均一化手段と、
   を備え、
   前記光束強度均一化手段は、前記照明光学系内に設けられ、
   前記第１の拡散手段は、前記光束強度均一化手段における光束入射面又は当該光束入射面近傍の位置に設けられ、
   前記第２の拡散手段は、前記光束強度均一化手段における光束出射面又は当該光束出射面近傍の位置に設けられる、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
5. 前記第１の拡散板及び前記第２の拡散板の少なくとも一方は、光束を透過させたときに得られる拡散角度及び配光形状を任意に形成可能な光拡散デバイスである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
6. 前記光拡散デバイスの拡散角度は、１０°乃至４０°である、
   ことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
7. 前記光束強度均一化手段、前記第１の拡散手段、及び、前記第２の拡散手段は、一体として構成される、
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の投射型表示装置。
8. 前記光束強度均一化手段は、ロッドインテグレータである、
   ことを特徴とする請求項３、４、又は７記載の投射型表示装置。
9. 前記表示デバイスは、光束を反射させて画像形成を行う、
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の投射型表示装置。
10. 前記表示デバイスは、光束を透過させて画像形成を行う、
    ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の投射型表示装置。