JP2017120296A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成を可能にするプロジェクターを提供すること。
【解決手段】走査素子４０からの走査光ＳＬを光変調素子３０に照射させるに際して、走査素子４０と光変調素子３０との間に設置された光拡散素子６０により走査光ＳＬを拡散させた状態としている。これにより、例えば光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上において、走査方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）に関して隙間ができないように走査光ＳＬにある程度の広がりをもたせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光を走査させることにより画像を拡大投影するプロジェクターに関する。

投射型表示装置において、固体光源からの光を走査させることにより、光変調装置の光変調領域を照射するようにして低コストで高コントラストな画像を形成させるものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、例えば特許文献１等に開示された技術において、固体光源としてレーザー光源を使用する、すなわちレーザー光を走査させて画像を形成させる場合、スペックルの発生や、安全性確保のための光量制限といったレーザー光を光源とすることに固有の問題のほか、例えば水平方向（横方向）に走査させた場合において走査線の隙間に起因する横スジの発生や、走査方向と光変調装置の画素配列の方向等との関係に起因するモアレ縞の発生といった光変調領域を照射するようにレーザー光を走査させるに際して画像を劣化させる種々の問題が発生し得る。

特開２０１５−１２９７８４号公報

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成を可能にするプロジェクターを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクターは、レーザー光を射出するレーザー光源と、レーザー光源からの光を走査光として射出する走査素子と、走査素子からの走査光を変調する光変調素子と、走査素子から光変調素子までの光路上に配置され、走査素子からの走査光を拡散させた状態で光変調素子に照射させる光拡散素子と、光変調素子からの光を投影する投写光学系とを備える。

上記プロジェクターでは、走査素子からの走査光を光変調素子に照射させるに際して、走査素子と光変調素子との間に設置された光拡散素子により走査光（レーザー光）を拡散させた状態としている。これにより、例えば走査方向に垂直な方向に関して隙間ができないように走査光にある程度の広がりをもたせる（ぼかす）ことができ、走査方向に沿った横スジの発生を回避し、延いてはこの横スジと光変調素子を構成する一例としての液晶画素マトリクスの並びや線状の画像等との関係に起因するモアレの発生を回避する、といったことが可能となり、また、スペックルの抑制といったレーザー光源に固有の問題にも対応可能となる。したがって、光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成が可能になる。

本発明の具体的な側面によれば、光拡散素子は、少なくとも走査素子による走査方向に垂直な方向に拡散作用を示す。この場合、走査方向の直交方向に関して走査光を拡散させることで、走査方向に垂直な方向に関して隙間ができないように走査光にある程度の広がりをもたせる（ぼかす）ことができる。

本発明の別の側面によれば、光拡散素子は、走査素子からの走査光を拡散させて広がりをもたせた光のスポット照射領域を光変調素子の光変調領域上に形成する。この場合、スポット照射領域（エリア）の単位で光変調領域上の照射を行うことができるので、例えばスポット照射領域を大きくすることに伴い、１フレームの画像形成のための走査素子の走査回数（移動回数）を減らすことができ、走査素子の負担を低減できる。

本発明のさらに別の側面によれば、光拡散素子は、走査素子による走査方向に垂直な方向のスポット照射領域の径を、光変調素子の光変調領域上での走査の間隔より大きく形成させる。この場合、走査方向に垂直な方向に関して隙間ができないように走査光を拡散させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、光拡散素子は、スポット照射領域を、光変調素子を構成する一画素の大きさより大きく形成させる。この場合、光変調領域上において走査光により同時に一画素より大きな範囲を照射することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、光拡散素子は、光変調素子の光路前段に近接して配置されている。この場合、光拡散素子での拡散作用の度合いに応じて適度に拡散された状態の光を光変調素子に照射させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、光変調素子で形成される１フレームごとの画像領域に応じてレーザー光源の光量を制御する光量制御部をさらに備える。この場合、形成すべき画像の画像領域のうち明るい部分と暗い部分とに応じて光変調領域上を照射するレーザー光の光量を予めレーザー光源側で調整しておくことで、光量ロスを低減させたり、光変調素子の劣化を抑制したりすることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、レーザー光源は、互いに波長帯域の異なる色光をそれぞれ発生させる複数のレーザー光源部分を有し、走査素子、光拡散素子及び光変調素子は、複数のレーザー光源部分に対応して複数設けられ、投写光学系の光路前段に配置され、光変調素子で変調される複数の色光を合成する合成光学系をさらに備える。この場合、複数のレーザー光源部分により各色の画像をそれぞれ効率的に形成させつつ、これらを合成してカラー画像を形成することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、レーザー光源からの光を波長帯域の異なる色光に分離する色分離光学系と、投写光学系の光路前段に配置され複数の色光を合成する合成光学系とをさらに備え、走査素子は、レーザー光源から色分離光学系までの光路上に配置され、光拡散素子及び光変調素子は、色分離光学系により分離された色光にそれぞれ対応して複数設けられ、合成光学系は、光変調素子で変調される複数の色光を合成する。この場合、色分離光学系により色光に分離させ、各色の画像形成を可能とさせつつ、これらをそれぞれ変調するととともに合成してカラー画像を形成することができる。また、１つの走査素子で複数の光変調素子に対して照射を行うことが可能になる。

本発明のさらに別の側面によれば、レーザー光源は、列状に並べて配置される複数の発光部を有し、走査素子は、複数の発光部からそれぞれ射出された光を複数の発光部の配列方向に対して垂直な方向に成分を有する一次元方向について走査する。この場合、レーザー光源を複数の発光部で構成することで光量を確保することが可能となり、走査素子を一次元方向について走査させるだけで良くなることで、走査素子の構成を簡易にできる。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成の一例を示す図である。 （Ａ）は、図１の一部を拡大した図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に対応する平面図であり、（Ｃ）は、光変調領域におけるスポット照射領域と光変調素子を構成する一画素の大きさについて説明するための図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、光変調素子における走査の一例の様子について概念的に示す図である。 画像の形成について説明するための図である。 プロジェクターの概略構成の他の一例を示す平面図である。 第２実施形態のプロジェクターの概略構成の一例を示す平面図である。 第３実施形態のプロジェクターの概略構成の一例を示す平面図である。 （Ａ）は、第４実施形態のプロジェクターの光源側の様子について概念的に示す図であり、（Ｂ）は、走査の様子について概念的に示す図であり、（Ｃ）は、走査素子の一変形例を示す図である。

〔第１実施形態〕
以下に図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を組み込んだプロジェクターについて詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの一例として示すプロジェクター（レーザープロジェクター）１００は、光源装置（光源）１０と、コリメートレンズ２０と、走査素子４０と、集光光学系（集光レンズ）５０と、光拡散素子６０と、光変調素子３０と、投写光学系７０とを備えている。

光源装置１０は、例えば赤、緑及び青色光のレーザー光を時分割または合成した状態で射出することが可能なレーザーダイオード（ＬＤ）で構成されており、プロジェクター１００において必要に足る光量を発生させる光源である。コリメートレンズ２０は、光源装置１０から射出された光を平行化する。光源装置１０及びコリメートレンズ２０により、光源光としてのレーザー光を射出するレーザー光源ＬＳが構成されている。なお、光源装置１０において平行化が可能な構成となっている場合等においては、コリメートレンズを有さずに光源装置１０そのものがレーザー光源ＬＳとなってもよい。

走査素子４０は、光透過型の走査光学系であり、光源装置１０から順次射出された光を二次元的に走査してレーザー光（光源光）による走査光ＳＬとして生成するための装置である。本実施形態の場合、走査素子４０は、光源側からの光を光変調素子３０のうち光変調が行われる範囲である光変調領域ＭＲ上において走査光ＳＬを走査させる機能を担っている。

集光光学系５０は、走査素子４０から入射した光を集光させる。ここでは、集光光学系５０の光路後段に位置する光拡散素子６０の領域内の所定範囲を占める領域面ＩＦに集光させるものとする。

光拡散素子６０は、図示のように、回転可能な円盤形状を有し、上述のように、集光光学系５０によって光が集光された位置に配置されている。また、光拡散素子６０の配置については、光変調素子３０と別体であるが光変調素子３０の光路前段において近接させたものともなっている。光拡散素子６０は、例えば円盤形状の本体部分ＰＰを拡散板等によって構成し、駆動機構６１により集光光学系５０の光軸ＡＸに平行な軸であって走査光ＳＬの光路から外れた位置にある軸部ＳＨの中心軸ＸＸを中心として回転可能に設けられている。光拡散素子６０での光の拡散作用により、走査素子４０からの走査光ＳＬは、拡散された状態で光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上に照射される。この場合、光変調領域ＭＲを照射する走査光ＳＬの配光分布が均一化され、スペックルノイズが低減される。

光変調素子３０は、走査素子４０、集光光学系５０及び光拡散素子６０を経た光（走査光ＳＬ）を空間的に変調する光変調装置であり、例えば光透過型の液晶ライトバルブで構成される。具体的には、液晶ライトバルブは、入射した光の強度の空間分布を変調する光透過型の液晶画素マトリクス（非発光型の液晶パネル）と、液晶画素マトリクスの光入射側に設けられた入射側偏光板と、液晶画素マトリクスの光射出側に設けられた射出側偏光板とをそれぞれ備える。光変調素子３０において、液晶画素マトリクスが形成される範囲が光変調領域ＭＲとなり、光拡散素子６０を経た走査光ＳＬは、光変調領域ＭＲを覆うように照射される。さらに光変調素子３０の本体部分である液晶画素マトリクス（液晶パネル）の動作に関して説明すると、まず、プロジェクター１００の制御部８０が、入力された画像信号から画像ライトバルブ制御信号に変換する。次に、変換された画像ライトバルブ制御信号により図示しないパネルドライバーが制御される。制御されたパネルドライバーにより駆動された液晶画素マトリクスは、入射した光をそれぞれ変調して、入力された画像情報（画像信号）に応じた画像を形成する。

投写光学系７０は、光変調素子３０で変調された変調光をスクリーンＳＣ上に投影する。すなわち、投写光学系７０は、変調光をスクリーンＳＣ上の被照射領域において結像させる結像光学系であり、光変調素子３０からの光を映像光（投射光）ＧＬとしてスクリーンＳＣの投影領域ＰＡに投影する投射レンズ（投写レンズ）である。なお、投写光学系７０は、必要に応じてズーム機構やフォーカス機構を有するものとする。

制御部８０は、ＰＣ等の外部装置から画像情報を受信するとともに、画像形成のために上記各部の制御を行う。特に、本実施形態では、制御部８０は、光源側を制御する光源側制御部８１と、光変調側を制御する光変調側制御部８２と、光拡散素子６０における駆動機構６１による回転動作を制御する回転制御部８３と、これらを統括する主制御部８８とを備える。光源側制御部８１は、光源装置１０及び走査素子４０に接続され、これらの動作制御を行う。すなわち、光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上での照射の状態を調整する。光変調側制御部８２は、光変調素子３０に接続され、光変調素子３０を構成する液晶画素マトリクス（液晶パネル）の各画素の階調を調整する。本実施形態では、特に、主制御部８８が、光源側制御部８１及び光変調側制御部８２を統括して制御を行うことで、光変調素子３０で形成される１フレームごとに形成される１つの画像について、当該画像の画像領域ごとに光源装置１０の光量を制御する、すなわち画像領域ごとに照射する照射量を調整し、また、光源装置１０の側において制御（調整）された光量を加味して階調動作を光変調素子３０に行わせることで、光のロスの低減や高コントラスト化等を図るものとなっている。なお、制御部８０による画像形成について詳しくは、図４等を参照して後述する。

以下、図１の一部を拡大した図である図２（Ａ）等を参照して、光拡散素子６０により拡散された光の光変調素子３０での照射についてより具体的に説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、また、既述のように、光拡散素子６０に入射した走査光ＳＬは、光拡散素子６０において拡散され、ある程度の広がりをもった状態となって光変調素子３０の光変調領域ＭＲを照射する。ここでは、走査素子４０（図１参照）からの走査光ＳＬを光拡散素子６０で拡散させて光変調領域ＭＲ上において広がりをもたせた光の領域をスポット照射領域ＳＤとする。走査素子４０（図１参照）での走査により、スポット照射領域ＳＤが光変調領域ＭＲ上を移動していくことになる。また、このスポット照射領域ＳＤの形状や大きさ（サイズ）は、光拡散素子６０の拡散作用の程度や、図２（Ｂ）に示す光拡散素子６０から光変調素子３０までの距離Ｄｄによって定まることになる。光拡散素子６０に用いる拡散板等について、例えば等方性の拡散作用を示すものとした場合、スポット照射領域ＳＤの形状は円形となり、その特定の方向について拡散作用が及ぶものとすればその方向について延びた形状となる。本実施形態では、少なくとも走査素子４０による走査方向に垂直な方向（走査方向の直交方向）に関して走査光を拡散させることで、走査方向に垂直な方向に関して隙間ができないように走査光にある程度の広がりをもたせる（ぼかす）ことができるものとなっている。スポット照射領域ＳＤの大きさについては、例えば図２（Ｃ）に示すように、スポット照射領域ＳＤを、光変調素子３０を構成する１つの画素ＰＸの大きさより大きく形成させるものとすることが考えられる。例えば、画素ＰＸの一辺の長さＤ１よりも円形状のスポット照射領域ＳＤの直径の長さＤ２を十分大きくすることが考えられる。スポット照射領域ＳＤを大きくするほど少ない動作数で光変調領域ＭＲの全体を照射することができる。

以下、図３を参照して、本実施形態における光変調素子３０への光（照明光としての走査光ＳＬ）の照射について概念的に説明する。まず、図３（Ａ）〜３（Ｃ）に示すように、ここでは、矢印Ａ１に示す走査方向（−Ｘ方向）に沿って一列分の走査がなされこの走査が矢印Ａ２の方向（−Ｙ方向）について順次行われていくことで、スポット照射領域ＳＤが光変調領域ＭＲの全体を覆うように照射するものとなっている。この場合、例えばスポット照射領域ＳＤの直径の長さＤ２が光変調領域ＭＲ上での走査の間隔Ｄ３より大きくなっている。これにより、図３（Ｃ）に示す１フレーム分の走査により、光変調領域ＭＲをむらなくスポット照射領域ＳＤで覆うような照射が可能となる。特に、図３（Ｂ）に示すように、走査方向の直交方向に対応する方向（Ｙ方向）について、走査の間隔Ｄ３よりもスポット照射領域の径である長さＤ２が大きいことで、走査の間隔Ｄ３の間において隙間を作らないようにすることができ（図３（Ｃ）参照）、矢印Ａ１の方向沿って明暗による横スジが発生することを抑制又は回避することが可能となる。なお、走査方向によっては例えば、縦スジが発生することを抑制又は回避することが可能となるようにするといった場合もある。

以下、図４を参照して、本実施形態のプロジェクター１００の制御部８０による制御下における画像形成の一例について説明する。図４は、画像の形成について概念的に説明するための図であり、図中、イメージ画像ＩＭ１は、走査素子４０による照明光（走査光ＳＬ）で形成される１フレーム分の画像の様子を概念的に示している。すなわち、走査素子４０による光変調素子３０の光変調領域ＭＲへの照射での照射した範囲や、照射の強弱を示した図である。この場合、１つのスポット照射領域ＳＤの大きさを最小単位として、大まかな画像形成が行われることに相当する。イメージ画像ＩＭ２は、イメージ画像ＩＭ１に対応する光変調素子３０での階調による液晶パネル（液晶画素マトリクス）の表示の様子を概念的に示している。すなわち、照射された液晶パネルにおいて各画素により画像を形成するための階調の度合いを示した図である。イメージ画像ＩＭ３は、イメージ画像ＩＭ１とイメージ画像ＩＭ２とにより形成される画像の様子を概念的に示している。つまり、光変調領域ＭＲがイメージ画像ＩＭ２のような状態にあるパネルをイメージ画像ＩＭ１のような状態の光で照射することで、目的とするイメージ画像ＩＭ３のような画像が形成される。この場合、イメージ画像ＩＭ３に示される画像を形成する各画素単位での明るさは、光源の状態を示すイメージ画像ＩＭ１とパネルの階調の状態を示すイメージ画像ＩＭ２とを掛け合わせたものに相当することになる。

図１に戻って、上記のような画像の形成における制御部８０の制御の一例について説明する。まず、制御部８０の主制御部８８は、ＰＣ等の外部装置から画像情報を受信すると、画像データから明るい画像部分と暗い画像部分とを識別し、光源側と光変調側とでのバランスを調整して照明側と階調側とを掛け合わせた結果所望の画像が形成されるように制御を行う。例えば、図４のような夜景にライトアップされた橋が映っているような風景画像の場合、ライトアップされた橋や街の明かりが見える範囲（画像全体のうち中断からやや下側）は全体的に明るい画像部分と識別される。一方、夜空や海の範囲（画像全体のうち上側や最も下側）は明るい箇所のない暗い画像部分と識別される。そのため、主制御部８８は、まず、光源側での制御において、図４のイメージ画像ＩＭ１に示すように、１フレーム分の画像の画像領域のうち橋やその周辺に相当する箇所については、明るい画像にするために比較的強く照射を行う。一方、１フレーム分の画像の画像領域のうち夜空に相当する箇所については、明るくならない画像にするために弱く照射を行うように、光源側制御部８１に各部の制御動作を行わせる。すなわち、１フレームごとに形成される１つの画像について、当該画像の画像領域ごとに光源装置１０の光量を制御している。ただし、既述のように、このような制御は、１つのスポット照射領域ＳＤの大きさを最小単位として行われる比較的大まかなものとなる。

一方、主制御部８８は、光変調側での制御については、上記のように、光源側において照射領域によって予め光量が制御されていることを考慮した階調設定を光変調側制御部８２に行わせる。例えば、まず、１フレーム分の画像の画像領域のうち橋やその周辺に相当する箇所については、光変調素子３０に対して強い照射がなされているので、これを前提として、ライトアップされた橋等の明るい画像部分は、透過率を高くするようにし、橋の近隣であっても光のない暗い画像部分は、透過率を低くするように、光変調側制御部８２によって光変調素子３０を構成するライトバルブの画素単位での階調差を制御して明暗をつけた画像を形成させる。一方、１フレーム分の画像の画像領域のうち夜空等に相当する明るい箇所のない暗い画像部分については、光源側において元々光変調素子３０に対して弱めた照射がなされているので、必ずしもライトバルブの画素単位で階調による光の遮蔽度合を強めて透過率を低くする必要がない。例えば図４のイメージ画像ＩＭ２に示すように、夜空や海の範囲（画像全体のうち上側や最も下側）に相当する箇所は、元々光源側から照射される光が弱い（あるいは無い）ことを見越して、ライトバルブ（パネル）の透過率が必ずしも低くせずに調整を行っている。この場合、むしろ元々少ない光量から必要なだけの明るさが得られるようにある程度透過率を上げるように階調を調整する場合も生じ得る。

以上のような制御を行うことで、画像形成に際して、光源側での光量のロスの低減や高コントラスト化を図ることができる。また、光変調素子３０への余分な光の照射を光源側で予め抑えることで光変調素子３０の劣化低減（長寿命化）を図ることができる。

なお、光源側からの照明光である走査光ＳＬの光変調領域ＭＲへの入射のタイミングと、光変調素子３０を構成するライトバルブ（パネル）の各画素の階調動作のタイミングとについては、画像の１フレームごとに同期されていることを前提として、例えば、１フレームに相当する１回の各画素の階調動作が完了した直後に走査光ＳＬの走査が開始され、次の各画素の階調動作が開始される前までに走査光ＳＬの走査が完了するようにすることが考えられる。

以上のように、本実施形態のプロジェクターでは、走査素子４０からの走査光ＳＬを光変調素子３０に照射させるに際して、走査素子４０と光変調素子３０との間に設置された光拡散素子６０により走査光（レーザー光）ＳＬを拡散させた状態としている。これにより、例えば光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上において、走査方向（Ｘ方向）に垂直な方向（Ｙ方向）に関して隙間ができないように走査光ＳＬにある程度の広がりをもたせる（ぼかす）ことができ、走査に伴う走査方向に沿った横スジの発生を回避し、延いてはこの横スジと光変調素子３０を構成する液晶画素マトリクスの並びや線状の画像等との関係に起因するモアレの発生を回避する、といったことが可能となる。また、スペックルの抑制といったレーザー光を光源に用いる場合に固有の問題にも対応可能となる。したがって、上記のような光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成が可能になる。また、レーザー光を拡散させることにより、スペックルを抑制したり、指向性を弱めてレーザー光を光源とする場合での安全性を向上させたりすることが可能になる。また、適用可能なレーザー光源の選択肢を拡げることも考えられる。

以下、図５を参照して、本実施形態のプロジェクターの一変形例について説明する。図５は、本実施形態の一変形例のプロジェクター１１０の概略構成を示す平面図である。図示のように、プロジェクター１１０は、赤、緑及び青色のレーザー光をそれぞれ発生させるレーザー光源部分１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにより光源装置１０が構成され、この光源装置１０と、レーザー光源部分１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにそれぞれ対応して設けられるコリメートレンズ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと、レーザー光源部分１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの各色光を合成する合成プリズムＳＰとによりレーザー光源ＬＳが構成されている。また、合成プリズムＳＰを経て射出されるレーザー光を走査光として射出する走査素子４０が光反射型の素子である。以上のように、本変形例のプロジェクター１１０は、光源装置１０の構成と走査素子４０の構成との２点が、図１等に示すプロジェクター１００と異なっている。なお、光反射型の素子としては、例えばＭＥＭＳミラーのようなものが想定される。この場合も、光源装置１０において、各レーザー光源部分１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを適宜動作させることで、例えば赤、緑及び青色光のレーザー光を時分割または合成した状態で射出することが可能である。また、反射型の走査素子４０により、走査光ＳＬについて、光拡散素子６０を通過させた後、光変調素子３０の光変調領域ＭＲへ照射させることができる。なお、集光光学系（集光レンズ）５０については、図１に示すように１つのレンズとしてもよいが、図５に示すように複数のレンズ（図示の場合３つのレンズ）で構成するものとしてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るプロジェクターについて詳細に説明する。図６は、本実施形態のプロジェクター２００の概略構成の一例を示す平面図である。本実施形態のプロジェクター２００では、光源装置２１０が、互いに波長帯域の異なる色光をそれぞれ発生させる複数のレーザー光源部分２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂを有している。また、プロジェクター２００は、各レーザー光源部分２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂに対応して複数の光拡散素子２６０Ｒ，２６０Ｇ，２６０Ｂ及び光変調素子２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂを設け、さらに投写光学系２７０の光路前段に配置されて各色光を合成して投写光学系２７０へ導く合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２９０を有した構成となっている。

以下、プロジェクター２００について詳しく説明する。プロジェクター２００は、赤、緑及び青色のレーザー光をそれぞれ発生させる複数のレーザー光源部分２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂで構成される光源装置２１０と、コリメートレンズ２２０Ｒ，２２０Ｇ，２２０Ｂで構成されるコリメート光学系２２０と、反射型の走査素子２４０Ｒ，２４０Ｇ，２４０Ｂで構成される走査光学系２４０と、集光レンズ２５０Ｒ，２５０Ｇ，２５０Ｂで構成される集光光学系２５０と、各色光に対応してそれぞれ設けられる複数の光拡散素子２６０Ｒ，２６０Ｇ，２６０Ｂと、各色光に対応してそれぞれ設けられる複数の光変調素子２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂと、光変調素子２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂを経た複数の色光を合成する合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２９０と、投写光学系２７０とを備える。なお、この場合、光源装置２１０及びコリメート光学系２２０によりレーザー光源ＬＳが構成される。

上記の構成により、赤、緑及び青色光のレーザー光に基づいて、それぞれの色の画像が形成され、これらをクロスダイクロイックプリズム２９０により合成してカラー画像を形成することができる。より具体的に説明すると、例えば赤色光のレーザー光は、レーザー光源部分２１０Ｒから光源光として射出され、コリメートレンズ２２０Ｒにより平行化され、走査素子２４０Ｒにより走査光として光変調素子２３０Ｒの光変調領域を照射する。この際、レーザー光（走査光）は、集光レンズ２５０Ｒで集光されつつ光拡散素子２６０Ｒに向かい、さらに、光拡散素子２６０Ｒにより適度に拡散されつつ光変調素子２３０Ｒの光変調領域を覆うように照射する。光変調素子２３０Ｒは、入射した光を変調して、画像情報（画像信号）に応じた赤色の画像を形成する。同様に、レーザー光源部分２１０Ｇ、コリメートレンズ２２０Ｇ、走査素子２４０Ｇ、集光レンズ２５０Ｇ、光拡散素子２６０Ｇ及び光変調素子２３０Ｇにより緑色光のレーザー光に基づく緑色の画像を形成され、レーザー光源部分２１０Ｂ、コリメートレンズ２２０Ｂ、走査素子２４０Ｂ、集光レンズ２５０Ｂ、光拡散素子２６０Ｂ及び光変調素子２３０Ｂにより青色光のレーザー光に基づく青色の画像を形成される。各光変調素子２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂにおいて形成された各色の変調光が、既述のように、クロスダイクロイックプリズム２９０において合成され、投写光学系２７０から投射光（映像光）として投影される。

本実施形態においても、各色の光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成が可能になる。なお、上記の場合においても、各色の画像形成において、光源側の制御と光変調側の制御とにおいて、各色ごとにフレーム単位での同期を行うことで、光のロスの低減や高コントラスト化等を図ることが可能であるが、この場合、各走査素子２４０Ｒ，２４０Ｇ，２４０Ｂ間において動作を同期させることは、必ずしも必要ではない。本実施形態の場合、複数のレーザー光源部分２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂにより各色の画像をそれぞれ効率的に形成させつつ、これらを合成してカラー画像を形成することができる。

〔第３実施形態〕
以下、図７を参照して、本発明の第３実施形態に係るプロジェクターについて詳細に説明する。図７は、本実施形態のプロジェクター３００の概略構成の一例を示す平面図である。本実施形態のプロジェクター３００では、レーザー光源ＬＳからの光を波長帯域の異なる色光に分離する色分離光学系（色分離導光光学系）３５１を有した構成となっている。

以下、プロジェクター３００について詳しく説明する。プロジェクター３００では、赤、緑及び青色のレーザー光をそれぞれ発生させる複数のレーザー光源部分３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂで構成される光源装置３１０と、コリメートレンズ３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂで構成されるコリメート光学系３２０と、レーザー光源部分３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂからの各色光を合成する合成プリズムＳＰとによりレーザー光源ＬＳが構成されている。また、プロジェクター３００は、反射型の走査素子３４０と、集光光学系（集光レンズ）３５０と、集光光学系３５０を経た走査光を各色光に分離する色分離光学系３５１と、色分離光学系３５１により分離された各色光に対応してそれぞれ設けられる複数の光拡散素子３６０Ｒ，３６０Ｇ，３６０Ｂと、各色光に対応してそれぞれ設けられる複数の光変調素子３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂと、光変調素子３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂを経た複数の色光を合成する合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３９０と、投写光学系３７０とを備える。

このうち、色分離光学系３５１は、ダイクロイックミラー３５２，３５５と、反射ミラー３５３，３５７，３５９と、リレーレンズ３５６，３５８と、フィールドレンズ３５４Ｒ，３５４Ｇ，３５４Ｂとを有する。

上記の構成により、赤、緑及び青色光のレーザー光に基づいて、それぞれの色の画像が形成され、これらをクロスダイクロイックプリズム２９０により合成してカラー画像を形成することができる。より具体的に説明すると、まず、第１実施形態の変形例（図５参照）の場合と同様に、レーザー光源ＬＳから射出された光源光は、反射型の走査素子３４０及び集光光学系３５０を経て走査光として射出され、色分離光学系３５１に向かう。

色分離光学系３５１において、第１ダイクロイックミラー３５２は、入射した走査光を構成する成分光のうち赤色光を反射させ、緑色光及び青色光を透過させる。第１ダイクロイックミラー３５２で反射された赤色光は、反射ミラー３５３及びフィールドレンズ３５４Ｒを経て、光拡散素子３６０Ｒへ入射する。光拡散素子３６０Ｒは、赤色光を拡散させつつ光変調素子３３０Ｒの光変調領域を覆うように照射する。光変調素子３３０Ｒは、入射した光を変調して、画像情報（画像信号）に応じた赤色の画像を形成する。

第２ダイクロイックミラー３５５は、第１ダイクロイックミラー３５２からの緑色光を反射させ、青色光を透過させる。第２ダイクロイックミラー３５５で反射された緑色光は、フィールドレンズ３５４Ｇを経て、光拡散素子３６０Ｇへ入射する。光拡散素子３６０Ｇは、緑色光を拡散させつつ光変調素子３３０Ｇの光変調領域を覆うように照射する。光変調素子３３０Ｇは、入射した光を変調して、画像情報（画像信号）に応じた緑色の画像を形成する。

第２ダイクロイックミラー３５５を透過した青色光は、リレーレンズ３５６，３５８、反射ミラー３５７，３５９、及びフィールドレンズ３５４Ｂを経て、光拡散素子３６０Ｂへ入射する。光拡散素子３６０Ｂは、青色光を拡散させつつ光変調素子３３０Ｂの光変調領域を覆うように照射する。光変調素子３３０Ｂは、入射した光を変調して、画像情報（画像信号）に応じた青色の画像を形成する。

各光変調素子３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂにおいて形成された各色の変調光が、既述のように、クロスダイクロイックプリズム３９０において合成され、投写光学系３７０から投射光（映像光）として投影される。

本実施形態においても、各色の光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成が可能になる。なお、上記の場合においても、各色の画像形成において、光源側の制御と光変調側の制御とにおいて、各色ごとにフレーム単位での同期を行うことで、光のロスの低減や高コントラスト化等を図ることが可能である。本実施形態の場合、色分離光学系３５１により色光に分離させ、各色の画像形成を可能とさせつつ、これらをそれぞれ変調するととともに合成してカラー画像を形成することができる。また、１つの走査素子３４０で複数の光変調素子３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂに対して照射を行うことが可能になる。

なお、本実施形態の場合、第１実施形態や第２実施形態の場合と異なり、光源側において時分割による光の射出または各色を合成した光の射出をすることを要しない。例えば第１実施形態や第２実施形態において、光源での時分割で射出するものとした場合は、光変調素子も含めて時分割として各色の画像を表示することになる。また、例えば第１実施形態において、光源での合成で射出するものとした場合は、光変調装置が各色にそれぞれ対応するサブピクセルを持つ構成としてカラー表示することになる。これに対して、本実施形態では、光源側と光変調素子側との関係において、各色を発生させる光源に対応して各色の画像を形成させる光変調素子を有しているので、光源側において時分割や合成による光の射出をそもそも要さず、また、光変調素子側においても光源側の射出の仕方に対応させる構成とする必要もない。

〔第４実施形態〕
以下、図８（Ａ）等を参照して、本発明の第４実施形態に係るプロジェクターについて詳細に説明する。なお、本実施形態の構成は、光源側（レーザー光源及び走査素子）の構造を除いて、他の実施形態と同様の構成とすることが可能であるため、全体構成の図示及び説明を省略する。

図８（Ａ）は、本実施形態のプロジェクターにおける光源側の様子について概念的に示す図であり、８（Ｂ）は、光変調領域上における走査の様子について概念的に示す図である。本実施形態では、図８（Ａ）に示すように、レーザー光源ＬＳは、一方向（例えばＹ方向）について列状に（一列に）並べて配置される複数の発光部ＬＳａ，ＬＳａ…を有し、また、複数の発光部ＬＳａ，ＬＳａ…からそれぞれ射出された成分光ＳＬｐを走査する走査素子４４０を有している。走査素子４４０は、例えば矢印Ｒ１に示すように一軸（Ｙ方向に平行な軸）について往復回転可能な一枚の平板上のミラーで構成され、複数の発光部ＬＳａ，ＬＳａ…からそれぞれ射出された成分光を複数の発光部ＬＳａ，ＬＳａ…の配列方向（Ｙ方向）に対して垂直な方向（Ｘ方向）に成分を有する一次元方向について走査させる。この結果、図８（Ｂ）に示すように、光変調素子３０の光変調領域ＭＲ上において、各発光部ＬＳａからの走査光（レーザー光）に対応するスポット照射領域ＳＤは、矢印ＡＡに示す方向（Ｘ方向）に往復移動する。この結果、光変調領域ＭＲの全体が照射されるものとなる。図８（Ｃ）は、走査素子４４０の一変形例を示す図である。上記した一軸について往復回転可能な一枚の平板上のミラーに代えて、図示のようないわゆるポリゴンミラーで走査素子４４０を構成し、一次元方向について走査させることも考えられる。なお、この場合、図８（Ｂ）に示すような往復した照射ではなく、片道方向（例えば図面左側から右側へ向かう方向のみ）の照射となる。

本実施形態においても、各色の光変調素子の光変調領域上においてレーザー光を走査させて画像形成を行う場合において、良好な画像形成が可能になる。なお、上記の場合、レーザー光源ＬＳを複数の発光部ＬＳａ，ＬＳａ…で構成することで、光量を確保することが可能となり、また、走査素子４４０を一次元方向について走査させるだけで良くなることで、二次元的な走査を行う場合に比べて走査素子４４０の構成を簡易にできる。

〔その他〕
この発明は、上記の実施形態又は実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

まず、上記各実施形態において、光拡散素子は、拡散板等により構成されるものとしているが、必要に足る拡散作用を示すものであれば、種々の構成の物を適用でき、例えば光拡散素子がマイクロレンズアレイで構成されるものとしてもよい。

また、拡散の度合い等についても、目的とする大きさや形状のスポット照射領域ＳＤが形成できればよく、種々のものが想定される。また、拡散の方向性についても、既述のように等方性のものに限らず偏りのあるものとしてもよい。また、光拡散素子の差し替えや図２（Ｂ）に示す光拡散素子６０から光変調素子３０までの距離Ｄｄの調整を可能とすることにより、スポット照射領域ＳＤの大きさや形状を調整可能としてもよい。例えば、大まかな絵の画像を映したい場合には、図４に示すイメージ画像ＩＭ１は、粗いものでも構わないと考えられ、比較的スポット照射領域ＳＤを大きくしてもよいと考えられる。これに対して、例えば細かな文字等を表示したいといった場合には、比較的スポット照射領域ＳＤを小さくすることが望ましいと考えられる。特に、スポット照射領域ＳＤをある程度以上大きくすることができれば、その分１回の走査における走査素子の動作負担を減らすことが可能になる。一画素の大きさに対する１つのスポット照射領域ＳＤの大きさについても、様々な態様が考えられ、例えば１つのスポット照射領域ＳＤが１０画素〜１００画素分程度の大きさを有するものとすることが考えられる。

また、本発明のように、レーザー光を拡散して用いることで、光源として適用できるレーザー発生装置についても種々のものが適用できると考えられる。例えば、シングルモードタイプのレーザー光だけでなくより大容量の光源とすべくマルチモードタイプのレーザー光を発生させて光源として利用することも考えられる。

また、上記では、光変調素子として、光透過型の液晶パネルで構成されるものについて説明しているが、光変調素子については、種々のものが態様可能であり、例えば光反射型のパネルで光変調素子を構成するものとしてもよい。

１０…光源装置、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…レーザー光源部分、２０，２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…コリメートレンズ、３０…光変調素子、４０…走査素子、５０…集光光学系、６０…光拡散素子、６１…駆動機構、７０…投写光学系、８０…制御部、８１…光源側制御部、８２…光変調側制御部、８３…回転制御部、８８…主制御部、１００，１１０，２００，３００…プロジェクター、２１０…光源装置、２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂ…レーザー光源部分、２２０…コリメート光学系、２２０Ｒ，２２０Ｇ，２２０Ｂ…コリメートレンズ、２３０Ｒ，２３０Ｇ，２３０Ｂ…光変調素子、２４０…走査光学系、２４０Ｒ，２４０Ｇ，２４０Ｂ…走査素子、２５０…集光光学系、２５０Ｒ，２５０Ｇ，２５０Ｂ…集光レンズ、２６０Ｒ，２６０Ｇ，２６０Ｂ…光拡散素子、２７０…投写光学系、２９０…クロスダイクロイックプリズム、３１０…光源装置、３１０Ｒ，３１０Ｇ，３１０Ｂ…レーザー光源部分、３２０…コリメート光学系、３２０Ｒ，３２０Ｇ，３２０Ｂ…コリメートレンズ、３３０Ｒ，３３０Ｇ，３３０Ｂ…光変調素子、３４０…走査素子、３５０…集光光学系、３５１…色分離光学系、３５２，３５５…ダイクロイックミラー、３５３，３５７，３５９…反射ミラー、３５４Ｒ，３５４Ｇ，３５４Ｂ…フィールドレンズ、３５５…ダイクロイックミラー、３５６，３５８…リレーレンズ、３６０Ｒ，３６０Ｇ，３６０Ｂ…光拡散素子、３７０…投写光学系、３９０…クロスダイクロイックプリズム、４４０…走査素子、Ａ１…矢印、Ａ２…矢印、ＡＡ…矢印、ＡＸ…光軸、Ｄ１，Ｄ２…長さ、Ｄ３…間隔、Ｄｄ…距離、ＩＦ…領域面、ＩＭ１…イメージ画像、ＩＭ２…イメージ画像、ＩＭ３…イメージ画像、ＬＳ…レーザー光源、ＬＳａ…各発光部、ＬＳａ，ＬＳａ…発光部、ＭＲ…光変調領域、ＰＡ…投影領域、ＰＰ…本体部分、ＰＸ…画素、Ｒ１…矢印、ＳＣ…スクリーン、ＳＤ…スポット照射領域、ＳＤ…比較的スポット照射領域、ＳＨ…軸部、ＳＬ…走査光、ＳＬｐ…成分光、ＳＰ…合成プリズム、ＸＸ…中心軸

Claims (10)

1. レーザー光を射出するレーザー光源と、
   前記レーザー光源からの光を走査光として射出する走査素子と、
   前記走査素子からの走査光を変調する光変調素子と、
   前記走査素子から前記光変調素子までの光路上に配置され、前記走査素子からの走査光を拡散させた状態で前記光変調素子に照射させる光拡散素子と、
   前記光変調素子からの光を投影する投写光学系と
   を備えるプロジェクター。
2. 前記光拡散素子は、少なくとも前記走査素子による走査方向に垂直な方向に拡散作用を示す、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記光拡散素子は、前記走査素子からの走査光を拡散させて広がりをもたせた光のスポット照射領域を前記光変調素子の光変調領域上に形成する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
4. 前記光拡散素子は、前記走査素子による走査方向に垂直な方向の前記スポット照射領域の径を、前記光変調素子の光変調領域上での走査の間隔より大きく形成させる、請求項３に記載のプロジェクター。
5. 前記光拡散素子は、前記スポット照射領域を、前記光変調素子を構成する一画素の大きさより大きく形成させる、請求項３及び４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記光拡散素子は、前記光変調素子の光路前段に近接して配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記光変調素子で形成される１フレームごとの画像領域に応じて前記レーザー光源の光量を制御する光量制御部をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
8. 前記レーザー光源は、互いに波長帯域の異なる色光をそれぞれ発生させる複数のレーザー光源部分を有し、
   前記走査素子、前記光拡散素子及び前記光変調素子は、前記複数のレーザー光源部分に対応して複数設けられ、
   前記投写光学系の光路前段に配置され、前記光変調素子で変調される複数の色光を合成する合成光学系をさらに備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロジェクター。
9. 前記レーザー光源からの光を波長帯域の異なる色光に分離する色分離光学系と、
   前記投写光学系の光路前段に配置され、複数の色光を合成する合成光学系と
   をさらに備え、
   前記走査素子は、前記レーザー光源から前記色分離光学系までの光路上に配置され、
   前記光拡散素子及び前記光変調素子は、前記色分離光学系により分離された色光にそれぞれ対応して複数設けられ、
   前記合成光学系は、前記光変調素子で変調される複数の色光を合成する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロジェクター。
10. 前記レーザー光源は、列状に並べて配置される複数の発光部を有し、
    前記走査素子は、前記複数の発光部からそれぞれ射出された光を前記複数の発光部の配列方向に対して垂直な方向に成分を有する一次元方向について走査する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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