JP2010281904A - Image display - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、投影面上に画像を投影させる画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device that projects an image on a projection surface.
近年、LEDやレーザーなどを用いた投影型画像表示装置(例えば、「プロジェクタ」)の開発がさかんであり、小型で携帯可能なプロジェクタとして期待されている。特に、3原色(RGB)のレーザーとMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械システム)ミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタは構成部品が少なく、超小型化が可能な点から多くの開発が進められている。(例えば、特許文献1参照)。
このような3原色のレーザーとMEMSミラーとから成る走査型プロジェクタの従来例を図1に示す。従来の走査型プロジェクタについて簡単に説明する。光源505−R、505−G、505−Bは、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)のレーザー光AR、AG、ABを放射する。レンズ506−R、506−G、506−Bは、レーザー光AR、AG、ABを集光する。ダイクロイックミラー507−R、507−G、507−Bは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させる。MEMSミラー501は、水平方向及び垂直方向に回動されることで、傾斜角が可変である。そして、MEMSミラー501は、ダイクロイックミラー507−R、507−G、507−Bからの赤色光、緑色光、青色光を反射させることで、投影面503に画像を投影させる。制御回路502は、MEMSミラー501を水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号VINに応じて光源505−R、505−G、505−Bから光強度変調されたレーザー光を放射させる。
そのほかの画像表示装置については特許文献2または3などに記載されている。
In recent years, there has been a lot of development of projection type image display devices (for example, “projectors”) using LEDs, lasers, and the like, and they are expected as small and portable projectors. In particular, scanning type small projectors combining three primary color (RGB) lasers and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirrors have few components, and many developments are progressing because they can be miniaturized. It has been. (For example, refer to Patent Document 1).
FIG. 1 shows a conventional example of a scanning projector comprising such three primary color lasers and a MEMS mirror. A conventional scanning projector will be briefly described. The light sources 505-R, 505-G, and 505-B emit R (red), G (green), and B (blue) laser beams A R , A G , and A B , respectively. The lenses 506-R, 506-G, and 506-B collect the laser beams A R , A G , and A B. The dichroic mirrors 507-R, 507-G, and 507-B reflect only red light, green light, and blue light, respectively, and transmit other light. The
Other image display devices are described in
レーザー光を光源とするプロジェクタ(特許文献1,2,3)において、スクリーン上でにじみの無いカラー画像を得るためには、スクリーン上での3色のビーム径が同等の大きさである必要がある。また、プロジェクタから、スクリーンまでの距離はスクリーン上に投影する画像の大きさにより決定されるため、プロジェクタからスクリーンまでの距離によらず、使用可能な範囲において、スクリーン上の3色のビーム径が同等の大きさである必要がある。
In a projector using a laser beam as a light source (
上記課題を解決するために、本実施例の画像表示装置は、それぞれが、波長λn(ただし、n=1・・・Nであり、Nは3以上の整数であり、λ1・・・>λn・・・>λN)の光を出射するN個の光源と、前記レーザー光をカップリングするカップリングレンズと、前記レーザー光の光路を1つに合成する光路合成手段と、前記1つの光路に合成されたレーザー光を走査する回動ミラーと、前記回動ミラー反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を有し、投影レンズから出射された光束はビームウエストが形成し、このビームウエストでのビーム径wnは、w1・・・>wn・・・>wNであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, each of the image display apparatuses according to the present embodiment has a wavelength λ n (where n = 1... N, N is an integer of 3 or more, and λ 1. > Λ n ...> Λ N ) N light sources, a coupling lens for coupling the laser light, optical path synthesis means for synthesizing the optical paths of the laser light, and A rotating mirror that scans the laser beam combined in one optical path; and a projection lens that projects the reflected light from the rotating mirror onto a projection surface. A beam waist forms a light beam emitted from the projection lens. and, the beam diameter w n at the beam waist, characterized in that it is a w 1 ···> w n ···> w n.
本発明の画像表示装置であれば、色むらや色のにじみのない画像を投影面に投影する。 With the image display device of the present invention, an image without color unevenness or color blur is projected onto the projection surface.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行う過程には同じ番号を付し、重複説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same number is attached | subjected to the process which performs the structure part which has the same function, and the same process, and duplication description is abbreviate | omitted.
図2に実施例1の画像表示装置200の機能構成例を示す。本実施例1の画像表示装置200は、制御回路100と、赤色の光(波長λ1)を出射する光源1と、緑色の光(波長λ2)を出射する光源2、青色の光(波長λ3)を出射する光源3と、カップリングレンズ4、5、6と、光路合成手段7と、回動ミラー11と、投影レンズ12とで構成されている。そして、画像表示装置200は3個の光源1、2、3から出射された光を投影面13上に表示する。画像表示装置200は、例えばレーザー走査型プロジェクタなどである。なお、以下の実施例では、光源が3つ(RGB)の場合を説明するが、光源が4つ以上の場合も同様に実施できる。また、回動ミラー11とは例えばMEMSミラー11である。
制御回路100は、少なくとも、MEMSミラー11の回動を制御するミラー制御手段と、投影面13上に投影するレーザー光の強度変調を行う。制御回路100がビデオ信号VINを受信すると、ビデオ信号VINの各色のビデオ信号(例えば、赤色ビデオ信号、青色ビデオ信号、緑色ビデオ信号)に応じて光強度変調されたレーザー光を光源1、2、3から出射させる。
FIG. 2 shows a functional configuration example of the
The
カップリングレンズ4、5、6は光源1、2、3に対応するように配置されている。光源1、2、3から出射された光は発散光であり、それぞれ対応するカップリングレンズ4、5、6に入射される。カップリングレンズ4、5、6は、入射された発散光を収束光に変換して、出射する。収束光に変換された光束は、光路合成手段7に入射される。光路合成手段7は、複数の光路を1つの光路にするものであり、例えば、光路合成プリズムである。光路合成手段7は、3個の反射面8、9、10を有する。
The coupling lenses 4, 5, 6 are arranged so as to correspond to the
接合部8は赤色光束を反射し、緑色光束、青色光束を透過するダイクロイック膜が形成されている。また、接合部9は緑色光束を反射し、青色光束を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射面10は、青色光束を反射する。このようにして、光路合成手段7は3個の光路を1つの光路に合成する。光路合成手段7により1つの光路に合成された光束は、MEMSミラー11の反射面14で反射される。MEMSミラーについて簡単に説明する。
図3にMEMSミラー11の構成例の斜視図を示す。MEMSミラー11は、反射面を持つ微小ミラー101がトーションバー102、103で支持された構造を有する。制御回路100のミラー制御により、微小ミラー101は、互いに直交する2軸方向に回動する。より具体的には、トーションバー102が捻れることで軸104を略中心とした回転方向(α方向)に往復運動を行う。また、トーションバー103が捻れることで軸105を略中心とした回転方向(β方向)に往復運動を行う。この両軸104、105を略中心とする往復運動によって、微小ミラー101の反射面の法線方向が2次元的に変化する。
The junction 8 is formed with a dichroic film that reflects a red light beam and transmits a green light beam and a blue light beam. The
FIG. 3 shows a perspective view of a configuration example of the MEMS mirror 11. The MEMS mirror 11 has a structure in which a
このため、微小ミラー101に入射する光束の反射方向が変化し、光束を2次元方向に走査できる。図2の例では、紙面の手前から奥側に貫通する軸104を略中心とした回転方向(α方向)および、軸104に直行する軸105を略中心とした回転方向(β方向)に回動し、投影面13上で2次元に画像を表示する。そして、ミラー11で反射された合成された光束は、投影レンズ12に入射される。
For this reason, the reflection direction of the light beam incident on the micromirror 101 changes, and the light beam can be scanned in a two-dimensional direction. In the example of FIG. 2, the rotation is performed in the rotation direction (α direction) about the
投影レンズ12は、合成された光束を、略平行光として出射し、投影面13上に投影させる。
ここで、投影レンズ12から出射した投影光が、完全な平行光であれば、投影レンズ12と投影面13の距離Dが変わっても、投影面13上のビーム径は一定となり、色むらやにじみのない画像を表示できる。しかし、光は伝播する際に回折し、進行方向直交方向にビームは広がっていき、投影レンズ12により完全な平行光を作ることは不可能である。つまり、距離Dが大きくなれば、投影面13上のビーム径は広がっていく。距離Dは、一定の値に決まっているわけではなく、大きな画像を得たい場合は、距離Dを大きくし、直近に画像を投射したければ、距離Dを小さくする。投影レンズ12からの投影光が、収束光や発散光である場合は、距離Dの変化で、投影面13上のビーム径の変化が大きくなり、伝播距離Dに対して、投影面13上のビーム径の変化を抑えるためには、投影レンズ12を凹レンズとし、投影光を略平行光とすることが望ましい。
The
Here, if the projection light emitted from the
一般的に、本実施例の画像表示装置のようなプロジェクタで用いられるビーム(光)は、ガウシャンビームである。ガウシャンビームとは、断面の放射強度分布がガウス分布をしており、ビームウエストでは、完全な平行平面波になり、ビーム径が最小になる。
ガウシャンビームの波面が、ある位置において完全な平面であっても、波面は以下の式(1)で 与えられる曲率をもって発散する。つまり、以下の式(1)は、伝播距離zでの1/e2強度でのビーム半径w(z)を表したものである。
In general, a beam (light) used in a projector such as the image display apparatus of this embodiment is a Gaussian beam. The Gaussian beam has a Gaussian distribution of radiation intensity in the cross section, and at the beam waist, it becomes a completely parallel plane wave, and the beam diameter is minimized.
Even if the wavefront of the Gaussian beam is a perfect plane at a certain position, the wavefront diverges with the curvature given by the following equation (1). That is, the following equation (1) represents the beam radius w (z) at 1 / e 2 intensity at the propagation distance z.
w(z)=λz/πw0 (2)
本発明の凹レンズ12を出射した、波長λ1、λ2、λ3(λ1>λ2>λ3)の光の波面が平面である位置での1/e2強度のビーム半径をそれぞれ、w1、w2、w3とすれば、式(2)より、伝播距離zの位置で各波長のビーム径の差を小さくするためには、λ1>λ2>λ3であるから、
w1>w2>w3 (3)
である必要がある。
上記式(3)を満たすような画像表示装置100であれば、色むらやにじみの少ない画像が投影面13上で投影される。
また、以下の実施例2〜7では、上記式(3)を満たすための様々な実施例を説明する。
w (z) = λz / πw 0 (2)
The beam radii of 1 / e 2 intensity at the position where the wavefront of the light having the wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 (λ 1 > λ 2 > λ 3 ) emitted from the
w 1 > w 2 > w 3 (3)
Need to be.
If the
In Examples 2 to 7 below, various examples for satisfying the above formula (3) will be described.
実施例2では、上記式(3)を満たすために、MEMSミラー11の反射面14上でのビーム径について着目した構成を説明する。実施例2の画像表示装置は図2に示すものと同様であるので、記載は省略する。
図4に、凹レンズ12の出射光のビーム半径とMEMSミラー11の反射面14の光線の様子を示す。波長λ1、λ2、λ3の収束光のMEMSミラー11反射面14に入射するビーム半径を、φ1、φ2、φ3とすれば、w1>w2>w3とするためには、以下の式を満たす必要がある。
φ1>φ2>φ3 (4)
この式(4)を満たすように反射面14に入射するビーム半径φ1、φ2、φ3を設定すれば、投影面13上の各色のビーム径が等しくなり、結果として、色むらやにじみの少ない画像を表示すことができる。
In the second embodiment, a configuration in which the beam diameter on the reflecting
FIG. 4 shows the beam radius of the emitted light from the
φ 1 > φ 2 > φ 3 (4)
If the beam radii φ 1 , φ 2 , and φ 3 incident on the reflecting
なお、図4の記載において、投影レンズ12から出射された光のビーム径は一致していないが、後述する図14(B)図15(B)などからも理解できるように、ある程度の伝播距離になると、各色のビーム径は一致する。
In the description of FIG. 4, the beam diameters of the light emitted from the
実施例1では、上記式(4)を満たすべく、ユーザが反射面14上のビーム半径φ1、φ2、φ3を調整する必要があった。実施例3では、制限部を設けることで、ユーザ自らがビーム半径φ1、φ2、φ3を調整する必要がない画像表示装置300を説明する。図5に画像表情装置300の機能構成例を示す。画像表示装置300は、画像表示装置100と比較して、光路合成手段7とミラー11の間に、制限部19が設けられている点で異なる。実施例3のカップリングレンズ4、5、6は、実施例2同様に、レーザー光源からの発散光を収束光とする。
図16に示すように、光路合成手段7により1つの光路に合成された、波長λ1、λ2、λ3の収束光50を、制限部19を透過させ、MEMSミラー11反射面14に入射するビームの半径を、λ1をψ1に、λ2をψ2に、λ3をψ3(ψ1>ψ2>ψ3)とするものである。図6に制限部19をxy面から見た図を示す。4つの領域54、55、56、57からなり、径γ1の外側の領域54は、波長λ1、λ2、λ3の光が透過しないように、反射コートを施すかあるいは、非透過物で覆われる領域であり、径γ1と径γ2で囲まれた領域55は、λ1の光のみ透過し、λ2、λ3の光を反射するダイクロイックコートが施され、径γ2と径γ3で囲まれた領域は、λ1、λ2の光を透過し、λ3の光を反射するダイクロイックコートが施され、径γ3の内部は、λ1、λ2、λ3の光を透過するように、反射防止コートが施されている。制限部19のγ1、γ2、γ3の径を所定の値に設定することで、MEMSミラー11反射面14に入射するビーム径を所定の値ψ1、ψ2、ψ3とすることができる。
また、制限部19において、ダイクロイックコートの変わりに、回折格子を用いてもよい。具体的には、図6で、径γ1の外側の領域54は、波長λ1、λ2、λ3の光が透過しないように、反射コートを施すかあるいは、非透過物で覆われる領域であり、径γ1と径γ2で囲まれた領域55に、λ1の光のみ透過し、λ2、λ3の光を回折する回折構造を形成し、径γ2と径γ3で囲まれた領域56は、λ1、λ2の光を透過し、λ3の光を回折する回折構造を形成することで、制限部19のγ1、γ2、γ3の径を所定の値に設定することで、MEMSミラー11の反射面14に入射するビーム径を所定の値ψ1、ψ2、ψ3とすることができる。図7に回折格子190を用いた場合の制限部19の表面を示す。図7に示すように、深さdの溝190aが形成されている。この深さdは領域55、56ごとに異なる。回折構造を形成する材料の屈折率を波長λ1、λ2、λ3に対し、それぞれn1、n2、n3とする。なお、領域57については、全ての波長の光を透過させるので、回折格子を形成しなくともよい。
領域55、56の深さd1、d2については、以下のように定めればよい。
領域55の深さd1については、
n1(d1−1)/λ1=P1 (5)
n2(d1−1)/λ2≠P2 (6)
n3(d1−1)/λ3≠P3 (7)
ただし、P1、P2、P3は自然数とする。式(5)〜(7)を満たし波長λ2、λ3の光束の回折効率が高くなるように、深さd1を設定すればよい。
同様に、領域56の深さd2については、
n1(d2−1)/λ1=P4 (8)
n2(d2−1)/λ2=P5 (9)
n3(d2−1)/λ3≠P6 (10)
ただし、P4、P5、P6は自然数とする。式(8)〜(10)を満たし波長λ3の光束の回折効率が高くなるように、深さd2を設定すればよい。
このように制限部19を用いることで、容易に、上記式(4)を満たすような光束を求めることができる。また、図6に示す面および図7に示す回折構造は、制限部19の入射面または出射面のどちらか一方に設ければよい。また、回折格子を用いた制限部19の方が、ダイクロイックコートを用いた制限部19よりも安価である。
In the first embodiment, the user needs to adjust the beam radii φ 1 , φ 2 , and φ 3 on the reflecting
As shown in FIG. 16, the converging
Further, in the limiting
The depths d 1 and d 2 of the
Regarding the depth d 1 of the
n 1 (d 1 −1) / λ 1 = P 1 (5)
n 2 (d 1 −1) / λ 2 ≠ P 2 (6)
n 3 (d 1 −1) / λ 3 ≠ P 3 (7)
However, P 1 , P 2 , and P 3 are natural numbers. The depth d 1 may be set so as to satisfy the expressions (5) to (7) and increase the diffraction efficiency of the light beams having the
Similarly, the depth d 2 of the
n 1 (d 2 −1) / λ 1 = P 4 (8)
n 2 (d 2 −1) / λ 2 = P 5 (9)
n 3 (d 2 −1) / λ 3 ≠ P 6 (10)
However, P 4 , P 5 , and P 6 are natural numbers. As the diffraction efficiency of the light flux of the wavelength λ3 satisfies the equation (8) to (10) is increased, it may be set the depth d 2.
By using the limiting
実施例4では、上記式(3)を満たすべく、カップリングレンズ4、5、6と反射面14との距離L1、L2、L3、について着目する。実施例4の画像表示装置の機能構成例は図2と同様なので、図示は省略する。
In Example 4, attention is paid to the distances L 1 , L 2 , and L 3 between the coupling lenses 4, 5, and 6 and the reflecting
図8に、位置E、F、Gに反射面14を配置させた場合の光路を示す。また、カップリングレンズ4から、位置E、F、Gまでの距離をそれぞれH、I、Jとする。ただしH<I<Jとする。位置E、F、Gに反射面14を配置させた場合の反射された光のビーム半径をそれぞれτ1、τ2、τ3とする。
一般的に、図8に示すように、カップリングレンズ4と反射面14との距離の大小と、反射面14で反射される光のビーム径とは逆の関係にある。つまり、H<I<Jである場合には、τ1<τ2<τ3となる(以下、「原理A」という)。
上記式(4)を満たすためには、この原理Aを用いると、以下の式(11)を満たせば、実施例1と同様の効果を得ることができる。
L1<L2<L3 (11)
また、当然に上記式(3)を満たす。
FIG. 8 shows an optical path when the reflecting
In general, as shown in FIG. 8, the distance between the coupling lens 4 and the reflecting
In order to satisfy the above formula (4), when this principle A is used, the same effect as in the first embodiment can be obtained if the following formula (11) is satisfied.
L 1 <L 2 <L 3 (11)
Naturally, the above formula (3) is satisfied.
図9に実施例5の画像表示装置400を示す。画像表示装置400は、画像表示装置100と比較して、集光レンズ18が設けられている点で異なる。図9の例では、集光レンズ18は、光路合成手段7とミラー11の間に設けられている。カップリングレンズ21、22、23は、光源1、2、3からの発散光を平行光として出射する。
FIG. 9 shows an
光路合成手段7で1つの光路とされた平行光束は集光レンズ18により収束光とされ投影レンズ12を経て、投影面13上に投影される。
図10に集光レンズ18とMEMSミラー11の反射面14に示す。波長λ1、λ2、λ3の光束の反射面14上のビーム半径をそれぞれρ1、ρ2、ρ3とし、集光レンズ18の入射面上のビーム径をそれぞれψ1、ψ2、ψ3とする。ただし、ρ1>ρ2>ρ3とする。図10に示すように、集光レンズ18に入射する平行光のビーム径ψ1、ψ2、ψ3の大小とMEMSミラー11反射面14上のビーム半径ρ1、ρ2、ρ3の大小は一致する。
投影面13上に投影したとき、投影距離Dによらず投影面13上のビーム径を同じにするには、
ρ1>ρ2>ρ3
を満たす必要があり、結果として以下の式(12)を満たせばよい。
ψ1>ψ2>ψ3 (12)
カップリングレンズ21、22、23は発散光を平行光としている。従って、カップリングレンズ21、22、23から集光レンズ18までの距離は自由に設定できる。また、集光レンズ18は、平行光を集光するので、MEMSミラー11の反射面上のビーム半径ρ1、ρ2、ρ3を集光レンズ18の設計のみで設定できる。
The parallel light flux that has been made one optical path by the optical path synthesizing unit 7 is converted into convergent light by the
FIG. 10 shows the
To make the beam diameter on the
ρ 1 > ρ 2 > ρ 3
It is necessary to satisfy the following expression (12) as a result.
ψ 1 > ψ 2 > ψ 3 (12)
The
図11に実施例6の画像表示装置500の機能構成例を示す。画像表示装置500は画像表示装置400と比較して、光路合成手段7と集光レンズ18の間に、実施例3で説明した制限部19が設けられている点で異なる。
図12に制限部19と集光レンズ18についての光路を示す。図12に示すように、制限部19は、光路合成手段7よりの平行光60のビーム径をそれぞれ上記式(12)を満たすψ1、ψ2、ψ3にして通過させる。
このように制限部19を設けることで、ユーザは容易に集光レンズ18の入射面上の平行光のビーム径ψ1、ψ2、ψ3を設定できる。
FIG. 11 shows a functional configuration example of the
FIG. 12 shows an optical path for the limiting
By providing the limiting
実施例7では、実施例1〜5で説明した画像表示装置により投影される画像について、更なる色むらやにじみをなくすための原理について説明する。 In the seventh embodiment, a principle for eliminating further color unevenness and blurring of the image projected by the image display device described in the first to fifth embodiments will be described.
図13に、ビームウエストから遠ざかるにつれてビーム半径w(z)が増加する様子を示す。縦軸がw(z)/w0であり、横軸が、z/w0である。または実線が、1/e2放射強度面を示し、破線がw(z)/w0が漸近する半頂角の円錐を示す。
投影型プロジェクタの場合、投影面までの伝播距離zは、πw2/λより十分大きいので、図13に破線で示す円錐に漸近する。また、波長λ1、λ2、λ3の各投影光について、この円錐の半頂角角度(ビームの広がり角)εは小さいため、tanε≒εであり、εは、式(3)より式(13)で表される。
ε=w(z)/z=λ/πw (13)
投影光の伝播距離zに対する広がり角εを略同一となるように設定すると、どの伝播距離zであっても、それぞれの投影光の投影面13上でのビーム径を略同一とできる。従って、式 (13)より以下の式を満たせばよい。
FIG. 13 shows how the beam radius w (z) increases as the distance from the beam waist increases. The vertical axis is w (z) / w 0 and the horizontal axis is z / w 0 . Alternatively, the solid line indicates the 1 / e 2 radiation intensity plane, and the broken line indicates the half apex cone where w (z) / w 0 is asymptotic.
In the case of a projection type projector, the propagation distance z to the projection surface is sufficiently larger than πw 2 / λ, and therefore asymptotically approaches a cone indicated by a broken line in FIG. Further, for each projection light of wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , the half apex angle (beam divergence angle) ε of this cone is small, so tan ε≈ε, and ε is expressed by the equation (3). It is represented by (13).
ε = w (z) / z = λ / πw (13)
If the spread angles ε with respect to the propagation distance z of the projection light are set to be substantially the same, the beam diameter of the projection light on the
λ1/w1≒λ2/w2≒λ3/w3 (14)
上記式(14)を満たすように、実施例1〜6記載の画像表示装置を構成すると、さらに、にじみや色むらの少ない画像を表示できる。
[シミュレーション結果]
従来の画像表示装置と、上記式(14)を満たすように設定した画像表示装置100(実施例1参照)との比較シミュレーション1の結果を図14(A)(B)に示す。また、従来の画像表示装置と、上記式(14)を満たすように設定した画像表示装置400(実施例4参照)との比較シミュレーション2の結果を図15(A)(B)に示す。図14(A)は、従来の画像表示装置の結果であり、図15(A)は、集光レンズ18を用いた従来の画像表示装置の結果であり、図14(B)上記式(14)を満たすように設定した画像表示装置100の結果であり、図15(B)は、上記式(14)を満たすように設定した集光レンズ18を用いた画像表示装置400の結果である。
両比較シミュレーションともに、用いた光は赤色、緑色、青色であり、それぞれの波長をλ1=640nm、λ2=530nm、λ3=445nmとする。図2に示すように、投影レンズ12の出射面12aを原点0とし、原点0からの距離fとする。図14(A)(B)および図15(A)(B)の縦軸をビーム径w(f)とし、横軸を伝播距離fとする。
図14(A)は、φ1<φ2<φ3となる(つまり上記式(4)を満たしていない)ように設計した従来の画像表示装置の結果である。図14(A)からも理解できるように、上記式(4)を満たしていないため、投影面13上でのビーム径を一致させることができず、また、伝播距離fに対し、ビーム径の広がり方も異なってしまう。
図14(B)は、上記式(4)であるφ1>φ2>φ3を満たし、上記式(13)を満たすλ1/w1≒λ2/w2≒λ3/w3≒4.3×1e−3となるように設計した画像表示装置100の結果である。図14(B)からも理解できるように、上記式(4)、(14)を満たしていることから、投影面13上でのビーム径を略一致させ、また、伝播距離fに対し、ビーム径の広がり方もほぼ同様とすることができる。従って、投影面13上に投影された画像は、色むらやにじみの少ない画像とすることができる。
図15(A)は、φ1=φ2=φ3となる(つまり上記式(4)を満たしていない)ように設計した従来の画像表示装置の結果である。図15(A)からも理解できるように、光Anを平行光の径を同一にした場合は、上記式(4)を満たしていないため、投影面13上でのビーム径を一致させることができず、また、伝播距離fに対し、ビーム径の広がり方も異なってしまう。
図15(B)は、上記式(4)であるφ1>φ2>φ3を満たし、上記式(14)を満たすλ1/w1≒λ2/w2≒λ3/w3≒4.3×1e−3となるように設計した画像表示装置400の結果である。図14(B)からも理解できるように、上記式(5)、(14)を満たしていることから、投影面13上でのビーム径を略一致させ、また、伝播距離fに対し、ビーム径の広がり方もほぼ同様とすることができる。従って、投影面13上に投影された画像は、色むらやにじみの少ない画像とすることができる。
λ 1 / w 1 ≈λ 2 / w 2 ≈λ 3 / w 3 (14)
If the image display devices described in Examples 1 to 6 are configured so as to satisfy the above formula (14), an image with less blur and uneven color can be displayed.
[simulation result]
14A and 14B show the results of
In both comparative simulations, the light used is red, green, and blue, and the respective wavelengths are λ1 = 640 nm, λ2 = 530 nm, and λ3 = 445 nm. As shown in FIG. 2, the
FIG. 14A shows the result of a conventional image display device designed to satisfy φ 1 <φ 2 <φ 3 (that is, the above equation (4) is not satisfied). As can be understood from FIG. 14A, since the above formula (4) is not satisfied, the beam diameters on the
FIG. 14B satisfies the above formula (4) φ1>φ2> φ3, and satisfies the above formula (13), λ1 / w1≈λ2 / w2≈λ3 / w3≈4.3 × 1e−3. This is a result of the
FIG. 15A shows the result of a conventional image display device designed so that φ 1 = φ 2 = φ 3 (that is, the above equation (4) is not satisfied). Figure 15 As can be understood from (A), in the case where the diameter of the parallel light light A n be the same, because it does not satisfy the above expression (4), to match the beam diameter on the
FIG. 15B satisfies the above formula (4) φ1>φ2> φ3, and satisfies the above formula (14), λ1 / w1≈λ2 / w2≈λ3 / w3≈4.3 × 1e−3. This is a result of the
1、2、3 光源
4、5、6、21、22、23 カップリングレンズ
7 光路合成手段
11 MEMSミラー
12 投影レンズ
13 投影面
14 ミラーの反射面
18 集光レンズ
19 制限部
1, 2, 3
Claims (10)
前記レーザー光源からのレーザー光をカップリングするカップリングレンズと、
前記レーザー光の光路を1つに合成する光路合成手段と、
1つの光路に合成された前記レーザー光を走査する回動ミラーと、
前記回動ミラーの反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を備えた画像表示装置において、
前記投影レンズから出射された光束のビームウエストの径を、波長λnのレーザー光のビームウエスト径をwnとしたとき、
w1・・・>wn・・・>wN
であることを特徴とする画像表示装置。 Each emits a laser beam having a wavelength λ n (where n = 1,..., N, N is an integer of 3 or more, and λ 1 ...> Λ n ... Λ N ). N light sources to
A coupling lens for coupling laser light from the laser light source;
Optical path combining means for combining the optical paths of the laser light into one;
A rotating mirror that scans the laser beam synthesized in one optical path;
In an image display device comprising a projection lens that projects the reflected light of the rotating mirror onto a projection surface,
The diameter of the beam waist of the light beam emitted from the projection lens, when the beam waist diameter of the laser beam having a wavelength lambda n was w n,
w 1 ...> w n ...> w N
An image display device characterized by that.
L1・・・<Ln,・・・<LN
であることを特徴とする請求項1記載の画像表示装置。 The coupling for coupling the light of wavelength λ n and the optical path length L n to the reflecting surface of the rotating mirror are:
L 1 ... <L n , ... <L N
The image display device according to claim 1, wherein:
φ1・・・>φn・・・>φN
であることを特徴とする請求項1または2に画像表示装置。 The beam diameter φ n of the wavelength λ n incident on the reflecting surface of the rotating mirror is:
φ 1 ···> φ n ···> φ N
The image display device according to claim 1, wherein the image display device is an image display device.
φ1・・・>φn・・・>φN
とする制限部を有することを特徴とする請求項1〜3何れかに記載の画像表示装置。 The beam diameter φ n of the wavelength λ n incident on the reflecting surface of the rotating mirror is
φ 1 ···> φ n ···> φ N
The image display apparatus according to claim 1, further comprising a limiting unit.
前記レーザー光源からのレーザー光をカップリングし、平行光とするカップリングレンズと、
前記レーザー光の光路を1つに合成する光路合成手段と、
1つの光路に合成された前記平行光を収束光とする集光レンズと、
前記収束光を走査する回動ミラーと、
前記回動ミラーの反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を備えた画像表示装置において、
前記投影レンズから出射された光束のビームウエストの径を、波長λnのレーザー光のビームウエスト径をwnとしたとき、
w1・・・>wn・・・>wN
であることを特徴とする画像表示装置。 Each emits a laser beam having a wavelength λ n (where n = 1,..., N, N is an integer of 3 or more, and λ 1 ...> Λ n ... Λ N ). N light sources to
A coupling lens that couples the laser light from the laser light source into parallel light;
Optical path combining means for combining the optical paths of the laser light into one;
A condenser lens that uses the parallel light combined in one optical path as convergent light;
A rotating mirror that scans the convergent light;
In an image display device comprising a projection lens that projects the reflected light of the rotating mirror onto a projection surface,
The diameter of the beam waist of the light beam emitted from the projection lens, when the beam waist diameter of the laser beam having a wavelength lambda n was w n,
w 1 ...> w n ...> w N
An image display device characterized by that.
ψ1・・・>ψn・・・>ψN
とする制限部を有することを特徴とする請求項6記載の画像表示装置。 The beam diameter ψ n of the parallel light having the wavelength λ n incident on the condenser lens,
ψ 1 ...> ψ n ...> ψ N
The image display apparatus according to claim 6, further comprising a limiting unit.
ψ1・・・>ψn・・・>ψNとする制限部と、を有し、
前記投影レンズから出射された前記光束Bnについてビームウエストが形成され、このビームウエストでのビーム径wnは、w1・・・>wn・・・>wNであることを特徴とする請求項5または6記載の画像表示装置。 The beam diameter ψ n of the parallel light having the wavelength λ n incident on the condenser lens is:
includes a limiting portion, the to ψ 1 ···> ψ n ···> ψ N,
A beam waist is formed for the luminous flux B n emitted from the projection lens, and a beam diameter w n at the beam waist is w 1 ...> W n ...> W N. The image display device according to claim 5 or 6.
λ1/w1・・・≒λn/wn・・・≒λN/wNであることを特徴とする請求項1〜7何れかに記載の画像表示装置。 The beam diameter w n at the beam waist of the projection light,
The image display device according to claim 1, wherein λ 1 / w 1 ... ≈λ n / w n ... ≈λ N / w N.
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JP2015523597A (en) * | 2012-06-01 | 2015-08-13 | ルモプティックス・エスアーLemoptix Sa | Projection device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63307418A (en) * | 1987-06-09 | 1988-12-15 | Konica Corp | Image recorder |
JP2003021800A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Canon Inc | Projection type display device |
JP2007121538A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Image display device |
JP2007121539A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Image display device |
WO2008053862A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-08 | Nec Corporation | Image display device |
WO2009019973A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-12 | Konica Minolta Opto, Inc. | Laser projector and image projection method |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63307418A (en) * | 1987-06-09 | 1988-12-15 | Konica Corp | Image recorder |
JP2003021800A (en) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Canon Inc | Projection type display device |
JP2007121538A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Image display device |
JP2007121539A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Seiko Epson Corp | Image display device |
WO2008053862A1 (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-08 | Nec Corporation | Image display device |
WO2009019973A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-12 | Konica Minolta Opto, Inc. | Laser projector and image projection method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015523597A (en) * | 2012-06-01 | 2015-08-13 | ルモプティックス・エスアーLemoptix Sa | Projection device |
US9846353B2 (en) | 2012-06-01 | 2017-12-19 | Intel Corporation | Projection device combining and modifing light beam cross sectional dimensions |
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