JP2011180281A - 投写型映像表示装置及び拡散光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルノイズを効果的に除去することを可能とする投写型映像表示装置及び拡散光学素子を提供する。
【解決手段】投写型映像表示装置は、可干渉性を有する光を出射する光源１１１Ｗ、光変調素子、リレー光学系及び投写光学系１５０を有し、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する拡散光学素子６００を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、可干渉性を有する光を出射する光源を備えた投写型映像表示装置、可干渉性を有する光を拡散する拡散光学素子に関する。

従来、光源と、光源から出射された光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射された光を投写面上に投写する投写光学系とを有する投写型映像表示装置が知られている。

近年では、主に映像光の高輝度化を図るために、投写型映像表示装置の光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。

ここで、レーザ光源から出射されるレーザ光は可干渉性（コヒーレンシ）を有するため、スペックルノイズが問題になる。スペックルノイズとは、投写光学系から出射された映像光が投写面上で散乱し、散乱光が干渉することによって生じるノイズである。

なお、スペックルノイズを低減する手法としては、以下に示す手法が提案されている。具体的には、拡散板を振動させながら、拡散板によってレーザ光を拡散することによって、スペックルノイズの低減が図られている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−１３４２６９号公報

ところで、投写型映像表示装置は、リレー光学系及び投写光学系を有しており、リレー光学系の絞り及び投写光学系の絞り（射出瞳）は、共役の関係を有する。

ここで、リレー光学系の絞り面及び投写光学系の絞り面（射出瞳面）において、光強度の空間分布は、レーザ光源から出射された光の角度分布を反映したガウス状の分布となる。

従って、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点（例えば、投写面の中心点）に至る光束を考えると、投写光学系の絞り面（射出瞳面）の周辺領域から投写面の１点に至る光の強度は、投写光学系の絞り面（射出瞳面）の中心領域から投写面の１点に至る光の強度よりも小さい。

このように、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布とならないため、角度重畳によるスペックルノイズ低減効果が十分に発揮されずに、スペックルノイズが観測されてしまう。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、スペックルノイズを効果的に除去することを可能とする投写型映像表示装置及び拡散光学素子を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る投写型映像表示装置は、可干渉性を有する光を出射する光源（光源ユニット１１０）と、前記光源から出射された光を変調する光変調素子（ＤＭＤ５００）と、前記光変調素子から出射された光を投写面に投写する投写光学系（投写ユニット１５０）と、前記光源から出射された光が前記光変調素子に照射されるように前記光源から出射された光を中継するリレー光学系（例えば、レンズ２１Ｗ、レンズ２３、レンズ４０）とを備える。投写型映像表示装置は、前記投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する均一化光学素子（例えば、拡散光学素子６００）を備える。

第１の特徴において、前記均一化光学素子は、前記光源と前記光変調素子との間に設けられており、前記光源から出射される光を拡散するとともに、前記光源から出射される光を透過する拡散光学素子である。前記拡散光学素子は、前記光源から出射された光軸中心を含む中心領域と、前記中心領域の周辺に設けられる周辺領域とを含む。前記中心領域の拡散度は、前記周辺領域の拡散度よりも大きい。

第１の特徴において、投写型映像表示装置は、所定動作パターンで動作するように前記均一化光学素子を制御する制御部（制御ユニット８００）をさらに備える。

第２の特徴に係る拡散光学素子は、可干渉性を有する光を拡散するとともに、可干渉性を有する光を透過する拡散領域を有する。前記拡散領域は、可干渉性を有する光の光軸中心を含む中心領域と、前記中心領域の周辺に設けられる周辺領域とを含む。前記中心領域の拡散度は、前記周辺領域の拡散度よりも大きい。

本発明によれば、スペックルノイズを効果的に除去することを可能とする投写型映像表示装置及び拡散光学素子を提供することができる。

第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の光学構成を示す図である。 第１実施形態に係る拡散光学素子６００の第１構成例を示す図である。 第１実施形態に係る拡散光学素子６００の第２構成例を示す図である。 第１実施形態に係る制御ユニット８００を示すブロック図である。 従来技術に係る光強度の空間分布について説明するための図である。 従来技術に係る光強度の空間分布について説明するための図である。 第１実施形態に係る光強度の空間分布について説明するための図である。 第１実施形態に係る光強度の空間分布について説明するための図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［実施形態の概要］
実施形態に係る投写型映像表示装置は、可干渉性を有する光を出射する光源と、光源から出射された光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射された光を投写面に投写する投写光学系と、光源から出射された光が光変調素子に照射されるように光源から出射された光を中継するリレー光学系とを備える。投写型映像表示装置は、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する均一化光学素子を備える。

実施形態では、均一化光学素子は、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する。従って、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布となるため、角度重畳によるスペックルノイズ低減効果が十分に発揮され、スペックルノイズを効果的に除去することができる。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を側方から見た図である。

図１及び図２に示すように、投写型映像表示装置１００は、筐体２００を有しており、投写面３００に映像を投写する。以下においては、投写型映像表示装置１００が壁面に設けられた投写面３００に映像光を投写するケースについて例示する（壁面投写）。

このようなケースにおける筐体２００の配置を壁面投写配置と称する。具体的には、投写型映像表示装置１００は、壁面４２０と、壁面４２０に略垂直な床面４１０とに沿って配置される。

第１実施形態では、投写面３００に平行な水平方向を“幅方向”と称する。投写面３００の法線方向を“奥行き方向”と称する。幅方向及び奥行き方向の双方に直交する方向を“高さ方向”と称する。

筐体２００は、略直方体形状を有する。奥行き方向における筐体２００のサイズ及び高さ方向における筐体２００のサイズは、幅方向における筐体２００のサイズよりも小さい。奥行き方向における筐体２００のサイズは、反射ミラー（図２に示す凹面ミラー１５２）から投写面３００までの投写距離と略等しい。幅方向において、筐体２００のサイズは、投写面３００のサイズと略等しい。高さ方向において、筐体２００のサイズは、投写面３００が設けられる位置に応じて定められる。

具体的には、筐体２００は、投写面側側壁２１０と、前面側側壁２２０と、底面板２３０と、天板２４０と、第１側面側側壁２５０と、第２側面側側壁２６０とを有する。

投写面側側壁２１０は、投写面３００と略平行な第１配置面（第１実施形態では、壁面４２０）と対向する板状の部材である。前面側側壁２２０は、投写面側側壁２１０の反対側に設けられた板状の部材である。底面板２３０は、床面４１０と対向する板状の部材である。天板２４０は、底面板２３０の反対側に設けられた板状の部材である。第１側面側側壁２５０及び第２側面側側壁２６０は、幅方向において筐体２００の両端を形成する板状の部材である。

筐体２００は、光源ユニット１１０と、電源ユニット１２０と、冷却ユニット１３０と、色分離合成ユニット１４０と、投写ユニット１５０とを収容する。投写面側側壁２１０は、投写面側凹部１６０Ａ及び投写面側凹部１６０Ｂを有する。前面側側壁２２０は、前面側凸部１７０を有する。天板２４０は、天板凹部１８０を有する。第１側面側側壁２５０は、ケーブル端子１９０を有する。

光源ユニット１１０は、複数の光源（図３に示す固体光源１１１Ｗ）によって構成されるユニットである。各光源は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの半導体レーザ素子である。第１実施形態では、複数の固体光源１１１Ｗは、可干渉性を有する白色光Ｗを出射する。光源ユニット１１０の詳細については後述する。

電源ユニット１２０は、投写型映像表示装置１００に電力を供給するユニットである。例えば、電源ユニット１２０は、光源ユニット１１０及び冷却ユニット１３０に電力を供給する。

冷却ユニット１３０は、光源ユニット１１０に設けられた複数の光源を冷却するユニットである。具体的には、冷却ユニット１３０は、各光源を載置する冷却ジャケットを冷却することによって、各光源を冷却する。

なお、冷却ユニット１３０は、各光源以外にも、電源ユニット１２０や光変調素子（後述するＤＭＤ５００）を冷却するように構成されている。

色分離合成ユニット１４０は、白色光Ｗを分離して、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを分離する。さらに、色分離合成ユニット１４０は、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを再合成して、映像光を投写ユニット１５０に出射する。色分離合成ユニット１４０の詳細については後述する（図３を参照）。

投写ユニット１５０は、色分離合成ユニット１４０から出射された光（映像光）を投写面３００に投写する。具体的には、投写ユニット１５０は、色分離合成ユニット１４０から出射された光を投写面３００上に投写する投写レンズ群（図３に示す投写レンズ群１５１）と、投写レンズ群から出射された光を投写面３００側に反射する反射ミラー（図３に示す凹面ミラー１５２）とを有する。投写ユニット１５０の詳細については後述する。

投写面側凹部１６０Ａ及び投写面側凹部１６０Ｂは、投写面側側壁２１０に設けられており、筐体２００の内側に窪む形状を有する。投写面側凹部１６０Ａ及び投写面側凹部１６０Ｂは、筐体２００の端まで延びている。投写面側凹部１６０Ａ及び投写面側凹部１６０Ｂには、筐体２００の内側に連通する通気口が設けられる。

第１実施形態では、投写面側凹部１６０Ａ及び投写面側凹部１６０Ｂは、筐体２００の幅方向に沿って延びている。例えば、投写面側凹部１６０Ａには、筐体２００の外側の空気を筐体２００の内側に入れるための吸気口が通気口として設けられる。投写面側凹部１６０Ｂには、筐体２００の内側の空気を筐体２００の外側に出すための排気口が通気口として設けられる。

前面側凸部１７０は、前面側側壁２２０に設けられており、筐体２００の外側に張り出す形状を有する。前面側凸部１７０は、筐体２００の幅方向において、前面側側壁２２０の略中央に設けられる。筐体２００の内側において前面側凸部１７０によって形成される空間には、投写ユニット１５０に設けられた反射ミラー（図３に示す凹面ミラー１５２）が収容される。

天板凹部１８０は、天板２４０に設けられており、筐体２００の内側に窪む形状を有する。天板凹部１８０は、投写面３００側に向けて下る傾斜面１８１を有する。傾斜面１８１は、投写ユニット１５０から出射された光を投写面３００側に透過（投写）する透過領域を有する。

ケーブル端子１９０は、第１側面側側壁２５０に設けられており、電源端子や映像端子などの端子である。なお、ケーブル端子１９０は、第２側面側側壁２６０に設けられていてもよい。

（光源ユニット、色分離合成ユニット及び投写ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る光源ユニット、色分離合成ユニット及び投写ユニットの構成について、図面を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係る光源ユニット１１０、色分離合成ユニット１４０及び投写ユニット１５０を示す図である。第１実施形態では、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式（登録商標）に対応する投写型映像表示装置１００を例示する。

図３に示すように、光源ユニット１１０は、複数の固体光源１１１Ｗ、複数の光ファイバー１１３Ｗ及びバンドル部１１４Ｗを有する。固体光源１１１Ｗは、上述したように、可干渉性を有する白色光Ｗを出射するＬＤなどの半導体レーザ素子である。固体光源１１１Ｗには、光ファイバー１１３Ｗが接続される。

各固体光源１１１Ｗに接続された光ファイバー１１３Ｗは、バンドル部１１４Ｗで束ねられる。すなわち、各固体光源１１１Ｗから出射された光は、各光ファイバー１１３Ｗによって伝達されて、バンドル部１１４Ｗに集められる。固体光源１１１Ｗは、固体光源１１１Ｗを冷却するための冷却ジャケット（不図示）に載置される。

色分離合成ユニット１４０は、ロッドインテグレータ１０Ｗ、レンズ２１Ｗ、レンズ２３、ミラー３４及びミラー３５を有する。また、色分離合成ユニット１４０は、拡散光学素子６００を有する。

ロッドインテグレータ１０Ｗは、光入射面と、光出射面と、光入射面の外周から光出射面の外周に亘って設けられる光反射側面とを有する。ロッドインテグレータ１０Ｗは、バンドル部１１４Ｗで束ねられた光ファイバー１１３Ｗから出射される白色光Ｗを均一化する。すなわち、ロッドインテグレータ１０Ｗは、光反射側面で白色光Ｗを反射することによって、白色光Ｗを均一化する。

なお、ロッドインテグレータ１０Ｗは、光反射側面がミラー面によって構成された中空ロッドであってもよい。また、ロッドインテグレータ１０Ｗは、ガラスなどによって構成された中実ロッドであってもよい。

レンズ２１Ｗは、白色光Ｗが各ＤＭＤ５００に照射されるように、白色光Ｗを略平行光化するレンズである。レンズ２３は、白色光Ｗの拡大を抑制しながら、白色光Ｗを各ＤＭＤ５００に略結像するためのレンズである。ミラー３４及びミラー３５は、白色光Ｗを反射する。

色分離合成ユニット１４０は、レンズ４０と、プリズム５０と、プリズム６０と、プリズム７０と、プリズム８０と、プリズム９０と、複数のＤＭＤ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ（ＤＭＤ５００Ｒ、ＤＭＤ５００Ｇ及びＤＭＤ５００Ｂ）とを有する。

レンズ４０は、各色成分光が各ＤＭＤ５００に照射されるように、白色光Ｗを略平行光化するレンズである。

プリズム５０は、透光性部材によって構成されており、面５１及び面５２を有する。プリズム５０（面５１）とプリズム６０（面６１）との間にはエアギャップが設けられており、白色光Ｗが面５１に入射する角度（入射角）が全反射角よりも大きいため、白色光Ｗは面５１で反射される。一方で、プリズム５０（面５２）とプリズム７０（面７１）との間にはエアギャップが設けられるが、白色光Ｗが面５２に入射する角度（入射角）が全反射角よりも小さいため、面５１で反射された白色光Ｗは面５２を透過する。

プリズム６０は、透光性部材によって構成されており、面６１を有する。

プリズム７０は、透光性部材によって構成されており、面７１及び面７２を有する。プリズム５０（面５２）とプリズム７０（面７１）との間にはエアギャップが設けられており、面７２で反射された青成分光Ｂ及びＤＭＤ５００Ｂから出射された青成分光Ｂが面７１に入射する角度（入射角）が全反射角よりも大きいため、面７２で反射された青成分光Ｂ及びＤＭＤ５００Ｂから出射された青成分光Ｂは面７１で反射される。

面７２は、赤成分光Ｒ及び緑成分光Ｇを透過して、青成分光Ｂを反射するダイクロイックミラー面である。従って、面５１で反射された光のうち、赤成分光Ｒ及び緑成分光Ｇは面７２を透過し、青成分光Ｂは面７２で反射される。面７１で反射された青成分光Ｂは面７２で反射される。

プリズム８０は、透光性部材によって構成されており、面８１及び面８２を有する。プリズム７０（面７２）とプリズム８０（面８１）との間にはエアギャップが設けられており、面８１を透過して面８２で反射された赤成分光Ｒ及びＤＭＤ５００Ｒから出射された赤成分光Ｒが再び面８１に入射する角度（入射角）が全反射角よりも大きいため、面８１を透過して面８２で反射された赤成分光Ｒ及びＤＭＤ５００Ｒから出射された赤成分光Ｒは面８１で反射される。一方で、ＤＭＤ５００Ｒから出射されて面８１で反射された後に面８２で反射された赤成分光Ｒが再び面８１に入射する角度（入射角）が全反射角よりも小さいため、ＤＭＤ５００Ｒから出射されて面８１で反射された後に面８２で反射された赤成分光Ｒは面８１を透過する。

面８２は、緑成分光Ｇを透過して、赤成分光Ｒを反射するダイクロイックミラー面である。従って、面８１を透過した光のうち、緑成分光Ｇは面８２を透過し、赤成分光Ｒは面８２で反射される。面８１で反射された赤成分光Ｒは面８２で反射される。ＤＭＤ５００Ｇから出射された緑成分光Ｇは面８２を透過する。

ここで、プリズム７０は、赤成分光Ｒ及び緑成分光Ｇを含む合成光と青成分光Ｂとを面７２によって分離する。プリズム８０は、赤成分光Ｒと緑成分光Ｇとを面８２によって分離する。すなわち、プリズム７０及びプリズム８０は、各色成分光を分離する色分離素子として機能する。

なお、第１実施形態では、プリズム７０の面７２のカットオフ波長は、緑色に相当する波長帯と青色に相当する波長帯との間に設けられる。プリズム８０の面８２のカットオフ波長は、赤色に相当する波長帯と緑色に相当する波長帯との間に設けられる。

一方で、プリズム７０は、赤成分光Ｒ及び緑成分光Ｇを含む合成光と青成分光Ｂとを面７２によって合成する。プリズム８０は、赤成分光Ｒと緑成分光Ｇとを面８２によって合成する。すなわち、プリズム７０及びプリズム８０は、各色成分光を合成する色合成素子として機能する。

プリズム９０は、透光性部材によって構成されており、面９１を有する。面９１は、緑成分光Ｇを透過するように構成されている。なお、ＤＭＤ５００Ｇへ入射する緑成分光Ｇ及びＤＭＤ５００Ｇから出射された緑成分光Ｇは面９１を透過する。

ＤＭＤ５００Ｒ、ＤＭＤ５００Ｇ及びＤＭＤ５００Ｂは、複数の微少ミラーによって構成されており、複数の微少ミラーは可動式である。各微少ミラーは、基本的に１画素に相当する。ＤＭＤ５００Ｒは、各微少ミラーの角度を変更することによって、投写ユニット１５０側に赤成分光Ｒを反射するか否かを切り替える。同様に、ＤＭＤ５００Ｇ及びＤＭＤ５００Ｂは、各微少ミラーの角度を変更することによって、投写ユニット１５０側に緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂを反射するか否かを切り替える。

投写ユニット１５０は、投写レンズ群１５１と、凹面ミラー１５２とを有する。

投写レンズ群１５１は、色分離合成ユニット１４０から出射された光（映像光）を凹面ミラー１５２側に出射する。

凹面ミラー１５２は、投写レンズ群１５１から出射された光（映像光）を反射する。凹面ミラー１５２は、映像光を集光した上で、映像光を広角化する。例えば、凹面ミラー１５２は、投写レンズ群１５１側に凹面を有する非球面ミラーである。

凹面ミラー１５２で集光された映像光は、天板２４０に設けられた天板凹部１８０の傾斜面１８１に設けられた透過領域を透過する。傾斜面１８１に設けられた透過領域は、凹面ミラー１５２によって映像光が集光される位置近傍に設けられることが好ましい。

凹面ミラー１５２は、上述したように、前面側凸部１７０によって形成される空間に収容される。例えば、凹面ミラー１５２は、前面側凸部１７０の内側に固定されることが好ましい。また、前面側凸部１７０の内側面の形状は、凹面ミラー１５２に沿った形状であることが好ましい。

ここで、第１実施形態では、色分離合成ユニット１４０は、上述したように、拡散光学素子６００を有する。拡散光学素子６００は、光源ユニット１１０から出射される光の光路上において、光源ユニット１１０とＤＭＤ５００との間に設けられており、光源ユニット１１０から出射された光のスペックルノイズを低減するユニットである。言い換えると、拡散光学素子６００は、スペックルを低減するために、白色光Ｗの空間コヒーレンスを低減させる光学素子である。具体的には、拡散光学素子６００は、ロッドインテグレータ１０Ｗによって均一化された白色光Ｗを拡散するとともに白色光Ｗを透過する。例えば、拡散光学素子６００の構成としては、以下に示す構成が考えられる。

（第１構成例）
第１構成例では、図４に示すように、拡散光学素子６００は、ガラス板６１０と、拡散面６１１と、拡散面６１２とを有する。

ガラス板６１０は、光源ユニット１１０から出射される光の光路上において、光源ユニット１１０とＤＭＤ５００との間に配置される。詳細には、第１実施形態では、ガラス板６１０は、ロッドインテグレータ１０Ｗの光出射側に配置される。

ガラス板６１０は、２つの主面を有しており、２つの主面は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸に対して略垂直な面である。

拡散面６１１は、ガラス板６１０の２つの主面のうち、一方の主面に設けられる。具体的には、拡散面６１１は、光源ユニット１１０側に設けられた主面に設けられる。また、拡散面６１１は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸中心を含む中心領域に設けられる。なお、拡散面６１１は、光源ユニット１１０から出射される光を拡散するとともに、光源ユニット１１０から出射される光を透過する。

拡散面６１２は、ガラス板６１０の２つの主面のうち、他方の主面に設けられる。具体的には、拡散面６１２は、光源ユニット１１０の反対側に設けられた主面に設けられる。また、拡散面６１２は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸中心を含む中心領域の周辺に設けられる周辺領域に設けられる。なお、拡散面６１２は、光源ユニット１１０から出射される光を拡散するとともに、光源ユニット１１０から出射される光を透過する。

このように、中心領域では、拡散面６１１及び拡散面６１２の双方によって光源ユニット１１０から出射される光が拡散される。周辺領域では、拡散面６１２のみによって光源ユニット１１０から出射される光が拡散される。

従って、拡散光学素子６００全体としては、中心領域の拡散度は、周辺領域の拡散度よりも大きい。

（第２構成例）
第２構成例では、図５に示すように、拡散光学素子６００は、ガラス板６２０と、拡散面６２１と、ガラス板６３０と、拡散面６３１とを有する。

ガラス板６２０は、２つの主面を有しており、２つの主面は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸に対して略垂直な面である。同様に、ガラス板６３０は、２つの主面を有しており、２つの主面は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸に対して略垂直な面である。

拡散面６２１は、ガラス板６２０の２つの主面のうち、一方の主面に設けられる。例えば、拡散面６２１は、光源ユニット１１０側に設けられた主面に設けられる。また、拡散面６２１は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸中心を含む中心領域に設けられる。なお、拡散面６２１は、光源ユニット１１０から出射される光を拡散するとともに、光源ユニット１１０から出射される光を透過する。なお、拡散面６２１は、光源ユニット１１０の反対側に設けられた主面に設けられてもよい。

拡散面６３１は、ガラス板６３０の２つの主面のうち、一方の主面に設けられる。例えば、拡散面６３１は、光源ユニット１１０側に設けられた主面に設けられる。また、拡散面６３１は、光源ユニット１１０から出射される光の光軸中心を含む中心領域の周辺に設けられる周辺領域に設けられる。なお、拡散面６３１は、光源ユニット１１０から出射される光を拡散するとともに、光源ユニット１１０から出射される光を透過する。なお、拡散面６３１は、光源ユニット１１０の反対側に設けられた主面に設けられてもよい。

このように、中心領域では、拡散面６２１及び拡散面６３１の双方によって光源ユニット１１０から出射される光が拡散される。周辺領域では、拡散面６３１のみによって光源ユニット１１０から出射される光が拡散される。

従って、拡散光学素子６００全体としては、中心領域の拡散度は、周辺領域の拡散度よりも大きい。

（制御ユニットの構成）
以下において、第１実施形態に係る制御ユニットについて、図面を参照しながら説明する。図６は、第１実施形態に係る制御ユニット８００を示すブロック図である。制御ユニット８００は、投写型映像表示装置１００に設けられており、投写型映像表示装置１００を制御する。

なお、制御ユニット８００は、映像入力信号を映像出力信号に変換する。映像入力信号は、赤入力信号Ｒ_ｉｎ、緑入力信号Ｇ_ｉｎ及び青入力信号Ｂ_ｉｎによって構成される。映像出力信号は、赤出力信号Ｒ_ｏｕｔ、緑出力信号Ｇ_ｏｕｔ及び青出力信号Ｂ_ｏｕｔによって構成される。映像入力信号及び映像出力信号は、１フレームを構成する複数の画素毎に入力される信号である。

図６に示すように、制御ユニット８００は、素子制御部８１０を有する。素子制御部８１０は、所定動作パターンで動作するように拡散光学素子６００を制御する。例えば、素子制御部８１０は、拡散光学素子６００を駆動する駆動装置の制御によって、拡散光学素子６００を所定動作パターンで振動させる。

拡散光学素子６００が図５に示す第２構成例である場合には、素子制御部８１０は、ガラス板６２０（拡散面６２１）及びガラス板６３０（拡散面６３１）を独立して制御することができる。このようなケースでは、拡散面６２１の振動位相をφとし、拡散面６３１の振動位相をφ’とした場合に、制御ユニット８００は、φ’≠φ＋ｎπの関係が満たされるように、拡散光学素子６００を制御してもよい。

（作用及び効果）
第１実施形態では、拡散光学素子６００は、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する。従って、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布となるため、角度重畳によるスペックルノイズ低減効果が十分に発揮され、スペックルノイズを効果的に除去することができる。

なお、第１実施形態では、拡散光学素子６００は、中心領域の拡散度が周辺領域の拡散度よりも大きい構成を有する。すなわち、拡散光学素子６００の中心領域を通る光は、拡散光学素子６００の周辺領域を通る光よりも拡散される。従って、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布が均一化される。

（効果の説明）
以下において、第１実施形態に係る拡散光学素子６００の効果について、図面を参照しながら説明する。

第１に、拡散光学素子６００が設けられていないケース（従来技術）について、光強度の空間分布について説明する。図７及び図８は、従来技術に係る光強度の空間分布を説明するための図である。

なお、図７では、投写型映像表示装置に設けられる光学構成が模式的に示されている。具体的には、図７では、光源（ロッドインテグレータ）から出射される光の光路は直線状に模式化されている。また、図７では、投写型映像表示装置に設けられる光学構成として、ロッドインテグレータ、リレー光学系、光変調素子及び投写光学系が例示されている。

光源から出射される光の角度分布は、０°を中心とするガウス状の分布である。また、リレー光学系の絞り及び投写光学系の絞り（射出瞳）は、共役の関係を有する。

図７に示すように、拡散光学素子６００が設けられていないケースでは、リレー光学系の絞り面及び投写光学系の絞り面（射出瞳面）における光強度の空間分布は、光源から出射される光の角度分布を反映したガウス状の分布となる。

従って、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点（投写面の中心点）に至る光束について考えると、図８に示すように、周辺領域から投写面の１点に至る光束の強度は、中心領域から投写面の１点に至る光束よりも小さい。すなわち、投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布とならない。

このように、従来技術では、投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布とならないため、角度重畳によるスペックルノイズ低減効果が十分に発揮されずに、スペックルノイズが観測されてしまう。

第２に、拡散光学素子６００が設けられているケース（第１実施形態）について、光強度の空間分布について説明する。図９及び図１０は、第１実施形態に係る光強度の空間分布を説明するための図である。

なお、図９では、投写型映像表示装置に設けられる光学構成が模式的に示されている。具体的には、図９では、光源（ロッドインテグレータ）から出射される光の光路は直線状に模式化されている。また、図９では、投写型映像表示装置に設けられる光学構成として、ロッドインテグレータ（例えば、ロッドインテグレータ１０Ｗ）、リレー光学系（レンズ２１Ｗ、レンズ２３、レンズ４０）、光変調素子（例えば、ＤＭＤ５００）及び投写光学系（例えば、投写レンズ群１５１）が例示されている。

従来技術と同様に、光源から出射される光の角度分布は、０°を中心とするガウス状の分布である。また、リレー光学系の絞り及び投写光学系の絞り（射出瞳）は、共役の関係を有する。

図９に示すように、拡散光学素子６００が設けられているケースでは、リレー光学系の絞り面及び投写光学系の絞り面（射出瞳面）における光強度の空間分布が拡散光学素子６００によって均一化される。

従って、投写光学系の絞り面（射出瞳面）から投写面の１点に至る光束について考えると、図１０に示すように、投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布となる。

このように、第１実施形態では、拡散光学素子６００の中心領域を通る光が拡散光学素子６００の周辺領域を通る光よりも拡散されるため、投写光学系の絞り面（射出瞳面）における光強度の空間分布が均一化される。これによって、投写面の１点に至る光の強度が均一な角度分布となり、角度重畳によるスペックルノイズ低減効果が十分に発揮され、スペックルノイズが効率的に除去される。

［その他の実施形態］
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。

実施形態では、光源ユニット１１０から出射される光の光路上に設けられる拡散面が１つ或いは２つであるケースにして例示した。しかしながら、光源ユニット１１０から出射される光の光路上に設けられる３つの拡散面が設けられていてもよい。このようなケースでは、３つの拡散面のうち、少なくとも２つの拡散面が振動していればよい。

実施形態では、光源ユニット１１０が白色光Ｗを出射する固体光源１１１Ｗを有するケースについて例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。光源ユニット１１０が赤成分光Ｒを出射する赤固体光源、緑成分光Ｇを出射する緑固体光源及び青成分光Ｂを出射する青固体光源を有していてもよい。このようなケースでは、赤成分光Ｒ、緑成分光Ｇ及び青成分光Ｂのそれぞれの光路上に、拡散光学素子６００が配置される。

実施形態では、ＤＬＰ方式（登録商標）に対応する投写型映像表示装置１００について例示した。また、実施形態では、壁面投写を行う投写型映像表示装置１００について例示した。しかしながら、実施形態は、可干渉性を有する光を出射する光源が用いられる投写型映像表示装置であれば、どのような投写型映像表示装置にも適用可能である。

実施形態では、拡散光学素子６００は、ロッドインテグレータ１０Ｗの光出射側に設けられる。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、拡散光学素子６００は、ロッドインテグレータ１０Ｗの光入射側に設けられてもよい。

実施形態では、均一化光学素子の一例として、拡散光学素子６００について例示した。しかしながら、実施形態は、これに限定されるものではない。均一化光学素子は、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する光学素子であれば、どのような光学素子であってもよい。例えば、均一化光学素子は、回折格子やマイクロレンズアレイであってもよい。回折格子については、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布が均一化されるように、回折格子の回折パターン（凹凸パターン）が設計される。マイクロレンズアレイについては、中心領域のレンズの曲率半径（Ｒ）が周辺領域のレンズの曲率半径（Ｒ）よりも小さくなるようにマイクロレンズアレイが設計される。すなわち、中心領域のレンズの曲率半径（Ｒ）が小さいため、光の拡散度が大きくなり、周辺領域のレンズの曲率半径が大きいため、光の拡散度が小さくなる。

実施形態では、拡散光学素子６００が中心領域及び周辺領域を有するケースについて例示した。しかしながら、実施形態では、これに限定されるものではない。拡散光学素子６００の拡散度の分布は、投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化するように設計されてもよい。例えば、拡散光学素子６００の拡散度は、中心から外側に向けて徐々に小さくなっていてもよい。

また、光源から出射される光の強度が大きい領域（例えば、最大強度の１／２よりも大きい領域）を中心領域として、光源から出射される光の強度が小さい領域（例えば、最大強度の１／２よりも小さい領域）を周辺領域としてもよい。中心領域のサイズは、ロッドインテグレータ１０Ｗの光出射面のサイズよりも小さいことが好ましい。

１０Ｗ…ロッドインテグレータ、２１Ｗ…レンズ、２３…レンズ、３４，３５…ミラー、４０…レンズ、５０，６０，７０，８０…プリズム、１００…投写型映像表示装置、１１０…光源ユニット、１１１Ｗ…固体光源、１１３Ｗ…光ファイバー、１１４Ｗ…バンドル部、１２０…電源ユニット、１３０…冷却ユニット、１４０…色分離合成ユニット、１５０…投写ユニット、１５１…投写レンズ群、１５２…凹面ミラー、１６０Ａ…投写面側凹部、１６０Ｂ…投写面側凹部、１７０…前面側凸部、１８０…天板凹部、１８１…傾斜面、１９０…ケーブル端子、２００…筐体、２１０…投写面側側壁、２２０…前面側側壁、２３０…底面板、２４０…天板、２５０…第１側面側側壁、２６０…第２側面側側壁、３００…投写面、４１０…床面、４２０…壁面、５００…ＤＭＤ、６００…拡散光学素子、６１０…ガラス板、６１１，６１２…拡散面、６２０…ガラス板、６２１…拡散面、６３０…ガラス板、６３１…拡散面、８００…制御ユニット、８１０…素子制御部

Claims (4)

1. 可干渉性を有する光を出射する光源と、前記光源から出射された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射された光を投写面に投写する投写光学系と、前記光源から出射された光が前記光変調素子に照射されるように前記光源から出射された光を中継するリレー光学系とを備えた投写型映像表示装置であって、
   前記投写光学系の射出瞳面における光強度の空間分布を均一化する均一化光学素子を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記均一化光学素子は、前記光源と前記光変調素子との間に設けられており、前記光源から出射される光を拡散するとともに、前記光源から出射される光を透過する拡散光学素子であり、
   前記拡散光学素子は、前記光源から出射された光軸中心を含む中心領域と、前記中心領域の周辺に設けられる周辺領域とを含み、
   前記中心領域の拡散度は、前記周辺領域の拡散度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 所定動作パターンで動作するように前記均一化光学素子を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
4. 可干渉性を有する光を拡散するとともに、可干渉性を有する光を透過する拡散領域を有する拡散光学素子であって、
   前記拡散領域は、可干渉性を有する光の光軸中心を含む中心領域と、前記中心領域の周辺に設けられる周辺領域とを含み、
   前記中心領域の拡散度は、前記周辺領域の拡散度よりも大きいことを特徴とする拡散光学素子。

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