JP2012255982A

JP2012255982A - プロジェクタ

Info

Publication number: JP2012255982A
Application number: JP2011130065A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Suga; 彰信菅
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: JP5477342B2

Abstract

【課題】ホログラム記録媒体を用いたプロジェクタにおいて投射光学系により投射光像をケラレ無く投影することにある。
【解決手段】レーザー光を射出するレーザー光源１１と、そのレーザー光をコリメートする集光光学系１２と、再生照明光が入射されるとホログラム像に基づくホログラム再生光像を射出するホログラム記録媒体１４と、画像表示領域を有し、画像表示領域においてホログラム再生光像を変調し投影光像として投射光学系１７へ射出する光変調素子１６と、投影光像を投射し、ホログラム記録媒体１４がホログラム再生光像を射出する射出面の位置と略一致する位置に入射瞳を有する投射光学系１７とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

光源にレーザー光を利用したプロジェクタについて、様々な発明が開示されている。プロジェクタの光源としてレーザー光を利用するメリットは、焦点深度を深くすることができるため、フリーフォーカス性を有する投影が可能なことにある。一方、プロジェクタの光源としてレーザー光を利用するデメリットは、スペックルノイズが生じ、投影画像に悪影響が出ることである。

特許文献１では、ホログラム記録媒体を振動させ、そのホログラム記録媒体へ入射させるレーザー光の光束径を拡大させて、ホログラム再生光像を光変調素子へ照射し、投影する方法が記載されている。この方法では、ホログラム記録媒体が振動していることと、レーザー光の光束径が拡大していることにより投射開口数が大きくなることにより、スペックルノイズが略完全に除去される。なお、特許文献１では、投射光学系の入射瞳位置について詳細に記載されていない。

特開２０１０−１９７９１６号公報

本発明の目的は、ホログラム記録媒体を用いたプロジェクタにおいて投射光学系により投影光像をケラレ無く投影することにある。

本発明によるプロジェクタは、レーザー光を射出するレーザー光源と、レーザー光をコリメートする集光光学系と、再生照明光が入射されるとホログラム像に基づくホログラム再生光像を射出するホログラム記録媒体と、画像表示領域を有し、画像表示領域においてホログラム再生光像を変調し投影光像として投射光学系へ射出する光変調素子と、投影光像を投射し、ホログラム記録媒体がホログラム再生光像を射出する射出面の位置と略一致する位置に入射瞳を有する投射光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。

本発明によるプロジェクタでは、投射光学系により投影光像がケラレ無く投影される。

本発明の第１実施形態によるプロジェクタのブロック構成図の一例である。本発明の第１実施形態によるプロジェクタのブロック構成図の一例である。本発明の第１実施形態によるプロジェクタの一変形例である。本発明の第１実施形態によるプロジェクタの一変形例である。本発明の第２実施形態によるプロジェクタのブロック構成図の一例である。本発明の第２実施形態によるプロジェクタのブロック構成図の一例である。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるプロジェクタの一構成例を示すブロック図である。図１に示すプロジェクタ１は、レーザー光源１１と、集光光学系１２と、拡大光学系１３ａと、ホログラム記録媒体１４と、振動素子１５と、光変調素子１６と、投射光学系１７とを備える。図１では、レーザー光源１１は一つだけ図示されているが、複数存在してもよい。

集光光学系１２は、レーザー光源１１から射出されたレーザー光をコリメートする。拡大光学系１３ａは、そのコリメート光の光束径を拡大し、再生照明光としてホログラム記録媒体１４へ射出する。拡大光学系１３ａはコリメート光の光路上から挿抜可能であって、図２のように拡大光学系１３ａがコリメート光の光路上から抜かれている状態では、コリメート光が光束径が拡大されずに再生照明光としてホログラム記録媒体１４へ射出される。

ホログラム記録媒体１４は、透過型二光束干渉法を用いたホログラム型光情報記録再生装置である。ホログラム記録媒体１４上の各点には、矩形状の拡散板のホログラム像が記録されている。ホログラム記録媒体１４上の再生照明光を受光した領域は、記録されていたホログラム再生光像を光変調素子１６へ射出する。振動素子１５は、ホログラム記録媒体１４を振動させ、射出するホログラム再生光像を時間変化させる。

光変調素子１６は、透過型の空間光変調器である。光変調素子１６は、画像変調領域を有し、画像変調領域においてホログラム記録媒体１４から射出されるホログラム再生光像を変調し、投影光像として投射光学系１７へ透過させる。投影光像は、投射光学系１７を介してスクリーンへ投影される。

ホログラム記録媒体１４の各点から射出されるホログラム再生光像は、光変調素子１６の画像変調領域全体を照射することができる。ホログラム記録媒体１４の各点から射出されるホログラム再生光像は、光変調素子１６上で重畳されている。ホログラム記録媒体１４に入射する再生照明光の光束径が変化した場合でも、光変調素子１６を照射するホログラム再生光像の光量は変化しない。

投射光学系１７は、開口絞り１７１と、複数の投射レンズ１７２とを備える。投射光学系１７の入射瞳位置は、光変調素子１６よりも光源側に位置し、ホログラム再生光像の射出面上の位置１７３に略一致する。

投射光学系１７の入射瞳半径は、ホログラム像を記録しているホログラム記録媒体１４上の全領域面積をカバーできる程度に大きい。このように入射瞳位置を設定することにより、ホログラム再生光像に基づいた投影光像を開口絞り１７１によるケラレなくスクリーンへ投影することができる。

図１のように拡大光学系１３ａによってコリメート光の光束径が拡大することにより、ホログラム記録媒体１４から射出されるホログラム再生光像の投射開口数が大きくなる。その結果、光変調素子１６に対するホログラム再生光像の入射角が多重化され、さらにスクリーンに対する投影光像の入射角が多重化される。これによって、スペックルノイズが低減される。また、振動素子１５がホログラム記録媒体１４を振動させることにより、スクリーンへ投影される投影光像も時間変化する。これによってもスペックルノイズが低減される。

一方、プロジェクタ１では、拡大光学系１３ａにより再生照明光の光束径が拡大されることにより、ホログラム再生光像の投射開口数が大きくなる。そのため、投影光像の焦点深度が浅くなる。

図２は、プロジェクタ１において、コリメート光の光路上から拡大光学系１３ａが抜かれた状態を示している。拡大光学系１３ａがコリメート光の光路上から抜かれることにより、再生照明光の光束径が小さくなり、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなる。その結果、投影光像の焦点深度が深くなり、フリーフォーカス性が向上する。

一方、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなることにより、光変調素子１６に対するホログラム再生光像の入射角範囲と、スクリーンに対する投影光像の入射角範囲とが狭くなり、スペックルノイズの低減効果は小さくなる。また、ホログラム記録媒体１４へ入射する光束径は小さくなるが、光変調素子１６を照射するホログラム再生光像の光量は変化しない。

このように、投射光学系１７の入射瞳位置が略ホログラム記録媒体上にあることによって、拡大光学系１３ａの挿抜により、スペックルノイズが低減される低スペックルモードの投影方法と、焦点深度が深いフリーフォーカスモードの投影方法とを切り替えることが可能となる。

以上で説明した第１実施形態は、以下のように変形して実施できる。
〔１〕プロジェクタ１においては、拡大光学系１３ａを挿抜することにより、低スペックルモードの投影方法と、フリーフォーカスモードの投影方法とを切り替えるものとした。しかし、プロジェクタ１をフリーフォーカスモードとするのは、拡大光学系１３ａをコリメート光の光路上から抜くだけでなく、拡大光学系１３ａの代わりにコリメート光の光束径を縮小する光学系を挿入することにしてもよい。図３は、拡大光学系１３ａの代わりにコリメート光の光束径を縮小する縮小光学系１３ｂを挿入したプロジェクタ２のブロック構成図である。縮小光学系１３ｂをコリメート光の光路上へ挿入することにより、ホログラム再生光像の投射開口数がより小さくなり、投影光像の焦点深度がより深くなり、フリーフォーカス性がさらに向上する。

〔２〕また、拡大光学系１３ａを挿抜する代わりに、ホログラム記録媒体１４のレーザー光源１１側の面、または光変調素子１６側の面に絞り開口部が可変の絞り部材を設けてもよい。図４は、ホログラム記録媒体１４の光変調素子１６側に絞り部材１８を追加したプロジェクタ３のブロック構成図である。図４の例では、拡大光学系１３ａを介して再生照明光がホログラム記録媒体１４へ射出されている。再生照明光を受光したホログラム記録媒体１４はその受光した領域からホログラム再生光像を射出しているが、光変調素子１６を照射するホログラム再生光像の光束径は絞り部材１８の開口部の径により制限される。絞り部材１８の開口部の径が最大値のときは、ホログラム再生光像がケラレなく射出され、プロジェクタ３は低スペックルモードとなる。絞り部材１８の開口部が絞り込まれて開口部の径が小さくなるにつれて、絞り部材１８によるホログラム再生光像のケラレが多くなり、光変調素子１６へ射出するホログラム再生光像の光束径が小さくなる（この場合であっても投影光像は投射光学系１７によってケラレなく投影される）。その結果、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなり、投影光像の焦点深度が深くなり、プロジェクタ３はフリーフォーカスモードへ遷移する。拡大光学系１３ａの挿抜などを行う場合、コリメート光の光路上から抜いた拡大光学系１３ａを再挿入できるようにするため、拡大光学系１３ａを退避状態で保持しておく物理的スペースが必要になる。絞り部材１８により低スペックルモードと、フリーフォーカスモードとを切り替え可能とする場合、拡大光学系１３ａを退避状態で保持する物理的スペースが不要となる。ただし、光変調素子１６に照射されるホログラム再生光像の光量は少なくなる。

絞り部材１８をホログラム記録媒体１４のレーザー光源１１側の面に設けた場合、ホログラム記録媒体１４へ入射する再生照明光の光束径が絞り部材１８により制限される。その結果、ホログラム記録媒体１４から射出するホログラム再生光像の光束径も制限される。絞り部材１８の開口部の径が最大値のときは、拡大光学系１３ａを介してホログラム記録媒体１４へ入射する再生照明光の光束径は制限を受けず、プロジェクタ３は低スペックルモードとなる。ホログラム記録媒体１４のレーザー光源１１側の面に設けられた絞り部材１８の開口部の径が小さくなるにつれて、ホログラム記録媒体１４から射出するホログラム再生光像の光束径が小さくなり、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなる。そして、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなることによって、投影光像の焦点深度が深くなり、プロジェクタ３はフリーフォーカスモードへ遷移する。

（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施形態によるプロジェクタの一構成例を示すブロック図である。図５に示すプロジェクタ４は、レーザー光源１１と、集光光学系１２と、ホログラム記録媒体１４と、光変調素子１６と、投射光学系１７と、走査光学系１９とを備える。レーザー光源１１と、集光光学系１２と、ホログラム記録媒体１４と、光変調素子１６と、投射光学系１７とは、第１の実施形態と同一のものであって、その説明を省略する。なお、レーザー光源１１は図１と同様に一つだけ図示されているが、複数存在してもよい。また、投射光学系１７の入射瞳位置についても、図１と同様に光変調素子１６よりも光源側に位置し、ホログラム記録媒体１４におけるホログラム再生光像の射出面上の位置１７３にある。

走査光学系１９は、たとえばＭＥＭＳミラーやガルバノミラーなどで実装される。走査光学系１９には、集光光学系１２によりコリメートされたレーザ―光が入射される。走査光学系１９は、入射されたレーザー光を反射し、再生照明光としてホログラム記録媒体１４へ導く。走査光学系１９がレーザー光を反射する角度は所定の周期で変化し、再生照明光の入射角およびホログラム記録媒体１４上の入射位置が変化する。ホログラム記録媒体１４は時間変化する再生照明光により走査され、再生照明光を受光した領域ではホログラム再生光像が光変調素子１６へ射出される。以降、ホログラム記録媒体１４を走査するときの走査光学系１９の振れ角を走査角度と称する。

ホログラム記録媒体１４は、いずれの領域にあっても光変調素子１６に向かってホログラム再生光像を射出する。そのため、ホログラム再生光像が光変調素子１６へ入射する角度は、ホログラム再生光像を射出した領域の位置により異なる。したがって、走査光学系１９の走査周期に基づいて、再生照明光を受光するホログラム記録媒体１４の領域の位置は時間変化し、ホログラム再生光像が光変調素子１６へ入射する角度も時間変化する。これによって、光変調素子１６から射出される投影光像の射出角や、投影光像がスクリーンへ入射する入射角などについても時間変化する。光変調素子１６へのホログラム再生光像の入射角や、スクリーンへの投影光像の入射角などの時間変化により、スペックルノイズが低減される。

また、走査光学系１９の走査角度がホログラム記録媒体１４のうちホログラム像が記録されている領域全体を走査できるほど大きいとき、ホログラム再生光像の投射開口数が大きくなる。そのため、スクリーンに入射される投影光像の入射角が多重化され、スペックルノイズが低減される。

図６のように走査光学系１９の走査角度を小さく設定すると、ホログラム再生光像の投射開口数が小さくなる。その結果、焦点深度が深くなり、フリーフォーカス性が向上する。このように第２の実施形態では、走査光学系１９の走査角度により、スペックルノイズが低減される低スペックルモードと、焦点深度が深いフリーフォーカスモードとを切り替えることが可能である。

以上で説明した各実施形態によれば、次の作用効果を奏する。
プロジェクタ１およびプロジェクタ２は、レーザー光を射出するレーザー光源１１と、そのレーザー光をコリメートする集光光学系１２と、ホログラム像が予め記録されており、再生照明光が入射されるとホログラム像に基づくホログラム再生光像を射出するホログラム記録媒体１４と、画像表示領域を有し、画像表示領域においてホログラム再生光像を変調し投影光像として投射光学系１７へ射出する光変調素子１６と、投影光像に基づいた光束を投射する投射光学系１７とを備える。プロジェクタ１およびプロジェクタ２は、低スペックルノイズモードおよびフリーフォーカスモードのいずれにも対応している。プロジェクタ１およびプロジェクタ２は投射光学系１７の入射瞳位置がホログラム再生光像の射出面の位置と略一致しているため、各プロジェクタで利用可能な投影方法のいずれであっても投射光学系によるケラレなく投影光像を投影することができる。

以上で説明した各実施形態は、以下のように変形して実施できる。
第１実施形態および第２実施形態において、ホログラム記録媒体１４は、透過型ホログラムを記録するものとしたが、反射型ホログラムを記録するものとしてもよい。また、光変調素子１６は透過型の空間光変調器としたが、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）のような反射型の光変調素子を用いてもよい。

以上で説明した各実施の形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。

１，２，３，４プロジェクタ
１１レーザー光源
１２集光光学系
１３ａ拡大光学系
１３ｂ縮小光学系
１４ホログラム記録媒体
１５振動素子
１６光変調素子
１７投射光学系
１８絞り部材
１９走査光学系
１７３（投射光学系１７の入射瞳位置を示す）位置

Claims

レーザー光を射出するレーザー光源と、
前記レーザー光をコリメートする集光光学系と、
再生照明光が入射されるとホログラム像に基づくホログラム再生光像を射出するホログラム記録媒体と、
画像表示領域を有し、前記画像表示領域において前記ホログラム再生光像を変調し投影光像として投射光学系へ射出する光変調素子と、
前記投影光像を投射し、前記ホログラム記録媒体がホログラム再生光像を射出する射出面の位置と略一致する位置に入射瞳を有する投射光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記ホログラム再生光像の投射開口数を調節することにより、前記投射光学系が投射する光束の焦点深度を調節する焦点深度調節手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。
請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記焦点深度調節手段は、
前記集光光学系がコリメートしたレーザー光の光束径を拡大可能な拡大光学系を有し、
前記集光光学系がコリメートしたレーザー光の光路上から前記拡大光学系を挿抜することにより前記ホログラム再生光像の投射開口数を調節することを特徴とするプロジェクタ。
請求項３に記載のプロジェクタにおいて、
前記焦点深度調節手段は、
前記集光光学系がコリメートしたレーザー光の光束径を縮小可能な縮小光学系をさらに有し、
前記集光光学系がコリメートしたレーザー光の光路上から前記拡大光学系を抜いたとき、前記縮小光学系を当該光路上に挿入することを特徴とするプロジェクタ。
請求項２または３に記載のプロジェクタにおいて、
前記焦点深度調節手段は、
前記ホログラム記録媒体の光源側またはその裏面側に絞り部材をさらに有し、
前記再生照明光の光束径または前記再生照明光に対応するホログラム再生光像の光束径を絞ることにより、前記ホログラム再生光像の投射開口数を調節することを特徴とするプロジェクタ。
請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記焦点深度調節手段は、
前記集光光学系がコリメートしたレーザー光を反射した反射光束により前記ホログラム記録媒体を走査する走査光学系をさらに有し、
前記走査光学系が前記ホログラム記録媒体を走査するときにレーザー光を反射する角度範囲を調節することにより、前記ホログラム再生光像の投射開口数を調節することを特徴とするプロジェクタ。
請求項６に記載のプロジェクタにおいて、
前記走査光学系は、ＭＥＭＳミラーであることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１から７のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記投射光学系は、前記ホログラム記録媒体の全領域から射出されるホログラム再生光像に対応した投影光像を蹴られなく投射可能な入射瞳半径を有することを特徴とするプロジェクタ。
請求項１から８のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記ホログラム再生光像は、前記画像表示領域の全域を照射可能であることを特徴とするプロジェクタ。
請求項１から９のいずれか一項に記載のプロジェクタにおいて、
前記ホログラム記録媒体を振動させてスペックルノイズを低減するスペックルノイズ低減手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。