JP2013167661A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光源の光を拡散させる光拡散素子を備えた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus including a light diffusing element that diffuses light from a light source.
近年、プロジェクターやディスプレイ等の画像形成装置では、さらなる高性能化が求められている。例えば、プロジェクターの高性能化に関する検討では、広色域かつ高効率な光源として、レーザー光源が注目されている。レーザー光源は、その特徴の一つとして高い可干渉性が挙げられる。しかし、この高い可干渉性の影響により、画像を投影した際にスクリーン上で拡散された光が、目の網膜上で干渉し、粒子状のノイズであるスペックルノイズが発生する。その結果、画像品質が劣化するという問題がある。 In recent years, image forming apparatuses such as projectors and displays have been required to have higher performance. For example, in studies on high performance projectors, laser light sources are attracting attention as light sources with a wide color gamut and high efficiency. One of the characteristics of the laser light source is high coherence. However, due to the influence of this high coherence, the light diffused on the screen when the image is projected interferes on the retina of the eye, and speckle noise that is particulate noise is generated. As a result, there is a problem that image quality deteriorates.
スペックルノイズを低減した画像を得るためには、光源の可干渉性を低下させる必要がある。可干渉性を低下させるための方法として一般的に使われている方法として、拡散板などの光拡散素子を光学系内に挿入することにより、光源の位相を空間的に変調させ、光の可干渉性を低下させる対策が必要となる(例えば特許文献1参照)。 In order to obtain an image with reduced speckle noise, it is necessary to reduce the coherence of the light source. A commonly used method for reducing coherence is to insert a light diffusing element such as a diffusing plate into the optical system to spatially modulate the phase of the light source so that light can be transmitted. A measure to reduce the coherence is required (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の拡散手段はデスペックル効果が得られる一方で、光拡散素子は一様に光を拡散させるため、光軸に垂直な面内の照明領域で見たときに、照明領域の境界付近でも同様に光を拡散する。このとき、照明領域における境界領域の境界付近の光が大きく拡散すると、照明対象である光変調器に入射しない光となるため、照明効率が低下するという課題があった。 However, while the diffusing means described in Patent Document 1 can obtain a despeckle effect, the light diffusing element diffuses light uniformly, so that when viewed in an illumination area in a plane perpendicular to the optical axis, the illumination area The light is diffused similarly in the vicinity of the boundary. At this time, if the light near the boundary of the boundary region in the illumination region is diffused greatly, the light is not incident on the light modulator that is the illumination target, and there is a problem in that the illumination efficiency decreases.
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る画像形成装置は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光源からの光を拡散する光拡散素子と、前記光拡散素子で拡散したレーザー光を変調する光変調素子と、前記光変調素子で変調された光を投射する投射光学系と、を備え、前記光拡散素子は、円錐形状を有し、前記円錐形状の円錐斜面が光を拡散する拡散面であり、前記拡散面は、前記円錐形状の頂点から離れるにつれて入射した光に対する拡散度合いが漸次小さくなることを特徴とする。 Application Example 1 An image forming apparatus according to this application example modulates a laser light source that emits laser light, a light diffusion element that diffuses light from the laser light source, and laser light diffused by the light diffusion element. A light modulation element; and a projection optical system that projects light modulated by the light modulation element. The light diffusion element has a conical shape, and the conical slope of the conical shape diffuses light. The diffusion surface is characterized in that the degree of diffusion with respect to incident light gradually decreases as the distance from the vertex of the conical shape increases.
本適用例によれば、光拡散素子が円錐形状を有し、円錐の頂点から離れるにつれて入射した光に対する拡散度合いが漸次小さくなるため、光軸近傍が最も拡散が強くなる。これによって、円錐形状を有するプリズムから出射するドーナツ形状の非回折ビームの中心付近の光量を拡散により平均化すると共に、光軸から離れた部分の拡散を弱くし、光変調素子の開口サイズ、及び投射レンズの入射瞳等で光量損失が生じる事を抑制することができる。
従って、光量損失を抑えたスペックルノイズ低減が可能な光拡散素子を有する画像形成装置を提供することができる。
According to this application example, the light diffusing element has a conical shape, and the degree of diffusion with respect to incident light gradually decreases as the distance from the apex of the cone gradually increases, so that the vicinity of the optical axis has the strongest diffusion. As a result, the amount of light near the center of the donut-shaped non-diffracted beam emitted from the prism having a conical shape is averaged by diffusion, the diffusion away from the optical axis is weakened, the aperture size of the light modulation element, and It is possible to suppress the occurrence of light loss at the entrance pupil of the projection lens.
Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus having a light diffusing element capable of reducing speckle noise while suppressing light loss.
[適用例2]上記適用例に係る画像形成装置において、前記光拡散素子は、異なる拡散度合いを持つ複数の拡散部材を、前記円錐形状となるように接合することにより形成されることが好ましい。 Application Example 2 In the image forming apparatus according to the application example, it is preferable that the light diffusing element is formed by joining a plurality of diffusing members having different diffusion degrees so as to have the conical shape.
本適用例によれば、複数の異なる拡散度合いを持つ拡散部材を組み合わせて用いることにより、光拡散素子の頂点位置から漸次拡散度合いが異なる円錐形状の光拡散素子を形成することができる。また円錐形状の光拡散素子を形成する各拡散部材の拡散度合いを自由に選択することが可能であるため、用いる画像形成装置の光学系構成に合わせて拡散度合いを最適化し、照明効率の低下を抑えた最適な光拡散素子を形成することができる。 According to this application example, by using a combination of a plurality of diffusing members having different diffusion degrees, it is possible to form a conical light diffusing element having a gradually different diffusion degree from the apex position of the light diffusing element. In addition, the degree of diffusion of each diffusing member forming the conical light diffusing element can be freely selected. Therefore, the degree of diffusion is optimized according to the optical system configuration of the image forming apparatus to be used, thereby reducing the illumination efficiency. It is possible to form a suppressed optimal light diffusing element.
[適用例3]上記適用例に係る画像形成装置において、前記光拡散素子に、前記光拡散素子を回転させる回転機構を有することが好ましい。 Application Example 3 In the image forming apparatus according to the application example, it is preferable that the light diffusing element includes a rotation mechanism that rotates the light diffusing element.
本適用例によれば、光拡散素子が回転することによりスペックルノイズの時間重畳によりスペックル低減効果を向上させることができる。また上記光拡散素子の拡散むらに起因した輝度むらを平均化することができるため、投影画像のノイズ成分低減効果が増加し、これによって、ノイズの少ない美しい映像を投影することができる。 According to this application example, the speckle reduction effect can be improved by time superposition of speckle noise by rotating the light diffusing element. In addition, since the luminance unevenness due to the diffusion unevenness of the light diffusing element can be averaged, the noise component reduction effect of the projected image is increased, whereby a beautiful image with little noise can be projected.
[適用例4]上記適用例に係る画像形成装置において、前記光拡散素子に、前記光拡散素子を振動させる振動機構を有することが好ましい。 Application Example 4 In the image forming apparatus according to the application example, it is preferable that the light diffusing element includes a vibration mechanism that vibrates the light diffusing element.
本適用例によれば、光拡散素子を振動させることによりスペックルノイズの時間重畳によりスペックル低減効果を向上させることができる。また上記光拡散素子の拡散むらに起因した輝度むらを平均化することができるため、投影画像のノイズ成分低減効果が増加し、これによって、ノイズの少ない美しい映像を投影することができる。 According to this application example, it is possible to improve the speckle reduction effect by temporally superimposing speckle noise by vibrating the light diffusing element. In addition, since the luminance unevenness due to the diffusion unevenness of the light diffusing element can be averaged, the noise component reduction effect of the projected image is increased, whereby a beautiful image with little noise can be projected.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is made different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る画像形成装置としてのプロジェクターの概略構成を示す模式図である。図2は光拡散素子の断面形状図である。
まず、実施形態1に係るプロジェクター100の概略構成について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a projector as an image forming apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the light diffusing element.
First, a schematic configuration of the
図1に示すように、プロジェクター100は、レーザー光源10R,10G,10B、光拡散素子20、液晶ライトバルブ(光変調素子)30R,30G,30B、投射レンズ(投射光学系)40などから構成されている。
レーザー光源10R,10G,10Bは、単一の光源もしくは、アレイ状に配置された光源であり、赤色光を出射するレーザー光源10R、緑色光を出射するレーザー光源10G、青色光を出射するレーザー光源10Bである。
As shown in FIG. 1, the
The
光拡散素子20は、図2に示すように円錐形状であり、円錐斜面21が光を拡散する拡散面である。そして、素子による拡散度合いを光軸Lから離れるほど弱くし、光軸L近傍が最も拡散が強くなるように構成されている。
具体的には、光拡散素子20は、異なる拡散度合いを有する複数の拡散部材20a,20b,20cを光学接着剤等で接合し、円錐形状に形成されている。
このように、複数の異なる拡散度合いを持つ拡散部材20a,20b,20cを組み合わせて用いることにより、光拡散素子20の頂点位置から漸次拡散度合いが異なる円錐形状の光拡散素子20を形成することができる。また円錐形状の光拡散素子20を形成する各拡散部材20a,20b,20cの拡散度合いを自由に選択することが可能であるため、用いる画像形成装置の光学系の構成に合わせて拡散度合いを最適化し、照明効率の低下を抑えた最適な光拡散素子20を形成することができる。
なお、光拡散素子20は、光の進行方向に円錐形状の頂点が向くように配置されている。
The light diffusing
Specifically, the
Thus, by using a combination of a plurality of diffusing
The light diffusing
液晶ライトバルブ30R,30G,30Bは、拡散したレーザー光を空間的に変調する。
投射レンズ40は、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bで変調された光を投射する。
なお、プロジェクター100は、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bから出射された光を合成して投射レンズ40に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)35を備えることができる。
The liquid
The
The
このように、プロジェクター100は、レーザー光源10R,10G,10Bから出射された光を光拡散素子20により拡散させ、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bによって形成された像を投射レンズ40にて拡大してスクリーン(表示面)45に投射することができる。
Thus, the
なお、上述の例では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブ30R,30G,30Bを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micromirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
In the above example, the transmissive liquid
以上述べたように、本実施形態に係るプロジェクター100によれば、以下の効果を得ることができる。
円錐形状の光拡散素子20を出射するビームは、非回折ビームであることが知られているため、ビームが回折せず、伝播によるビームの広がりを抑えることができる。しかしならが、ビーム形状がドーナツ形状であるため、中心の穴付近の光量を、拡散により平均化すると共に、光軸から離れた部分の拡散を弱くし、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bの開口、及び投射レンズ40の入射瞳等で光量損失が生じる事を抑制する。その結果、スペックル低減と光量損失低減を両立させたノイズが少なく、明るいプロジェクター100を提供することができる。
As described above, according to the
Since it is known that the beam emitted from the conical
(変形例1)
次に第1実施形態の変形例1について説明する。本変形例では光拡散素子を回転させる回転機構が付加されている。このため、ここでは回転機構について詳細に説明する。
図3は、変形例1に係る光拡散素子の回転機構を示す模式図であり、図3(a)は光軸に対して平行面における断面図、図3(b)は光軸に対して垂直面における断面図である。
(Modification 1)
Next, Modification 1 of the first embodiment will be described. In this modification, a rotation mechanism for rotating the light diffusing element is added. For this reason, a rotation mechanism is demonstrated in detail here.
3A and 3B are schematic views showing the rotation mechanism of the light diffusing element according to the modification 1. FIG. 3A is a cross-sectional view in a plane parallel to the optical axis, and FIG. It is sectional drawing in a vertical surface.
円錐形状の光拡散素子20の回転機構50は、光拡散素子20を保持する保持枠51、回転モーター52などから構成されている。
光拡散素子20を保持する保持枠51は、光拡散素子20の円錐形状の周囲を囲む形状をしており、光拡散素子20に加わる衝撃からの保護をしている。また、保持枠51の外周には歯形が形成された歯車構造を有している。回転モーター52は、保持枠51に隣接する位置に配置され、歯車を介して回転モーター52の回転運動を外周に歯形形状を持つ保持枠51に伝達させ、光拡散素子20を回転させる。
このように、変形例1では実施形態1による空間的な位相変調に加えて回転運動による時間的な位相変調によるスペックル低減機構を備えることができる。
The
The holding
As described above, in the first modification, in addition to the spatial phase modulation according to the first embodiment, a speckle reduction mechanism by temporal phase modulation by rotational motion can be provided.
本変形例1に係る光拡散素子20の回転機構50によれば、光拡散素子20の回転により時間的に光拡散素子20による拡散パターンを変化させることが可能であるため、目の積分時間内に発生するスペックルパターンを重畳させ、スペックルノイズの低減効果を増大させることが可能である。
According to the
(変形例2)
次に第1実施形態の変形例2について説明する。本変形例では光拡散素子を振動させる振動機構が付加されている。このため、ここでは回転機構について詳細に説明する。
図4は、変形例2に係る光拡散素子の回転機構を示す模式図であり、図4(a)は光軸に対して平行面における断面図、図4(b)は光軸に対して垂直面における断面図である。
(Modification 2)
Next, a second modification of the first embodiment will be described. In this modification, a vibration mechanism for vibrating the light diffusing element is added. For this reason, a rotation mechanism is demonstrated in detail here.
4A and 4B are schematic views showing a rotation mechanism of the light diffusing element according to the modification 2. FIG. 4A is a cross-sectional view in a plane parallel to the optical axis, and FIG. It is sectional drawing in a vertical surface.
円錐形状の光拡散素子20の振動機構60は、光拡散素子20を保持する保持枠61、振動源62などから構成されている。
光拡散素子20を保持する保持枠61は、光拡散素子20の円錐形状の周囲を囲む形状をし、振動源62から直接振動が光拡散素子20に伝わらないように保護している。ただし、振動が光拡散素子20を損傷させない程度の微弱な場合は、保持枠61はなくてもよい。振動源62は、保持枠61もしくは、光拡散素子20に直接隣接する位置に配置した圧電素子等からなる。圧電素子に電源63から加える電圧を制御することにより振動源62を振動させ、保持枠61に振動源62を接触させることにより振動を伝達し、光拡散素子20を振動させる。
このように、変形例2では実施形態1による空間的な位相変調に加えて振動によるスペックル低減機構を備えることができる。
The
The holding
Thus, in the second modification, in addition to the spatial phase modulation according to the first embodiment, a speckle reduction mechanism by vibration can be provided.
本変形例2に係る振動機構60によれば、光拡散素子20の振動により時間的に光拡散素子20による拡散状態を変化させることにより、目の積分時間内に発生するスペックルパターンを重畳させ、スペックルノイズの低減効果を増大させることが可能である。
According to the
(実施形態2)
次に実施形態2の画像形成装置としてのモニター装置の説明をする。
図5は、モニター装置の構成を示す模式図である。
(Embodiment 2)
Next, a monitor device as an image forming apparatus according to the second embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the monitor device.
実施形態2に係るモニター装置200は、レーザー光源10、光拡散素子20、投射レンズ40、撮像部70などから構成されている。レーザー光源10、光拡散素子20、投射レンズ40により照明された被写体を、撮像部70で撮像する。
このような構成のモニター装置200においても、実施形態1、変形例1、変形例2で説明した光拡散素子20を用いることができる。
A
Also in the
本実施形態に係るモニター装置200によれば、上述の光拡散素子20を備えているので、光源装置は可干渉性が低い光を射出し、輝度むらのない明るい光により被写体が照射される。したがって、撮像部70により被写体を鮮明に撮像することが可能となる。
According to the
10,10R,10G,10B…レーザー光源、20…光拡散素子、21…円錐斜面、20a,20b,20c…拡散部材、30R,30G,30B…光変調素子としての液晶ライトバルブ,40…投射光学系としての投射レンズ、50…回転機構、51…保持枠、52…回転モーター、60…振動機構、61…保持枠、62…振動源、63…電源、70…撮像部、100…画像形成装置としてのプロジェクター、200…画像形成装置としてのモニター装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記レーザー光源からの光を拡散する光拡散素子と、
前記光拡散素子で拡散したレーザー光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光を投射する投射光学系と、を備え、
前記光拡散素子は、円錐形状を有し、前記円錐形状の円錐斜面が光を拡散する拡散面であり、前記拡散面は、前記円錐形状の頂点から離れるにつれて入射した光に対する拡散度合いが漸次小さくなる
ことを特徴とする画像形成装置。 A laser light source that emits laser light;
A light diffusing element for diffusing light from the laser light source;
A light modulation element for modulating the laser light diffused by the light diffusion element;
A projection optical system for projecting the light modulated by the light modulation element,
The light diffusing element has a conical shape, and the conical slope of the conical shape is a diffusing surface for diffusing light, and the diffusing surface gradually decreases in the degree of diffusion with respect to incident light as it moves away from the apex of the conical shape. An image forming apparatus characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light diffusing element is formed by joining a plurality of diffusing members having different diffusion degrees so as to have a conical shape.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the light diffusing element includes a rotation mechanism that rotates the light diffusing element.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the diffusing element includes a vibration mechanism that vibrates the light diffusing element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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CN105093794A (en) * | 2015-06-03 | 2015-11-25 | 海信集团有限公司 | Double-color laser light source |
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