JP3975514B2

JP3975514B2 - Laser display device

Info

Publication number: JP3975514B2
Application number: JP22037297A
Authority: JP
Inventors: 直哉江口; 重夫久保田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2017-08-15
Also published as: JPH1164789A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３原色のレーザ光を用いる投射型のレーザディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤、緑、青の３原色のレーザ光を用いた投射型レーザディスプレイ装置としては、従来から気体レーザを用いたレーザディスプレイ装置が知られている。その一例として図１０に走査型レーザディスプレイ装置を示す。このレーザディスプレイ装置は、赤色レーザ１、緑色レーザ２、青色レーザ３を光源として、各色のレーザ光を光強度変調器２２で映像信号に応じて輝度変調する。そして赤、緑、青の３色光をダイクロイックミラー２３で色合成した後、水平同期信号に同期して高速回転するポリゴンミラー２４で水平方向へ偏向する。この光をさらに垂直同期信号に同期して反射角を変動するガルバノミラー２５で垂直方向へ偏向する。こうして、２次元に偏向されたレーザ光をｆ−θレンズ２６を用いてスクリーン１０に照射する。
【０００３】
しかるに、レーザのようなコヒーレント光を拡散面に照射すると、通常の光ではみられない斑点上の模様が観察される。このような模様のことを、スペックル模様と呼んでいる。この模様の写真を図１１に示す。この模様は、拡散面の各点で散乱された光が面の微視的な凹凸に応じたランダムな位相関係で干渉し合う為に生じるものである。一般にスペックル模様は、２種類に大別される。１つは、結像系を通さないで観察されるもので、このようなものを回折界のスペックルというが、ＣＣＤカメラにレンズをつけずに拡散光をみたときに観察することができる。回折界スペックルでは拡散面上の光の当たっている全ての点が干渉に寄与することになる。もう１つは結像系を介して観察したときにみられるもので、眼で拡散面をみたときに見えるスペックルがこれに当たる。このようなスペックルのことを、像界スペックルと呼んでいる。
【０００４】
上述のように、スクリーン１０に投影されるレーザ画像には、このようなスペックル模様が重畳され、強度のランダムノイズとして人間の眼に認識されるので、スクリーン画像は観賞に堪えられないとなる。そこで、従来の走査型レーザディスプレイ装置において、このスペックルノイズを低減、もしくは消滅する方法として、スクリーン１０を微小振動させる方法が考えられた。
【０００５】
一般的に人間の眼及び脳は２０〜４０ｍｓｅｃ内の画像のちらつきは判別できない。つまり、その間の画像は眼の中で積分され、平均化されているわけである。従って、この時間内にスクリーン画面上で独立のスペックルパターンを５０〜１００重量することにより、スペックルノイズを人間の眼の中で気にならない程度に平均化しようとするものである。
そこで、走査型レーザディスプレイ装置の場合、どの程度の速度でスクリーン１０を動かせば、スペックルノイズ低減に効果があるのかを試算した。
【０００６】
ただし、つぎの仮定条件で計算する。
映像信号はハイビジョン信号とし、走査線数１１２５本、１画面は１／３０ｓｅｃで構成され、ブランキング期間は無視する。スクリーンサイズば横１６００×縦９００ｍｍ（１６：９画面）、レーザビーム径は１ｍｍ、レーザ光の波長を５１４ｎｍ、人間はスクリーンから１m離れた位置で画像をみるものとし、その人の眼の瞳孔は５ｍｍで瞳孔から眼底までの距離が３０ｍｍとする。
【０００７】
まず、スクリーン画像が眼底に結像する倍率Mは
M = ３０／１０００ = ０．０３
であり、スペックルの平均的な大きさ△χは、像界である為に

で求められる。
一画面の走査時間が１／３０ｓｅｃであるから、人間の眼の積分時間τａ内に１、２回しかレーザ光は走査されない。スクリーン上で一点がτａ内に光っている時間τｂを求めると、

従って、眼の積分時間τａ内にスペックルパターンを１００重ねる為にスクリーンを振動させるときのスクリーンの速度υは

となる。
【０００８】
この速度は実に光速の約１／１０００である。これは、点でスクリーンを照射する為、一点が照射される時間が３．７×１０^-8ｓｅｃときわめて短い為、その短い時間内にスクリーンを１００回程度振動させる為で、超高速の振動が必要となり、実際上は実現不可能な振動速度である。
このようにスペックルノイズの存在が、これまでレーザディスプレイ装置の
実用化を難しくしてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような問題を解決する為になされたもので、赤、緑、青の３原色のレーザ光を光源に用いて、且つ、レーザ特有のスペックルノイズを除去した投射型のレーザディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する為に、本発明の第１の観点によれば、赤、緑、青色のレーザ光を出射する３種のレーザ光源と、映像信号に応じて前記レーザ光を光変調する空間光変調器と、光変調して形成した画像をスクリーンに投影しカラー画像を形成する画像形成手段と、前記レーザ光源と前記空間光変調器間の光路上にあって、光学的調整を行う光学レンズ系と、多角形のマイクロレンズを整列させたもので前記光学レンズを介した入射光を多分割した後に再集光することで積分効果により均一な光強度分布を有する光を生成する１対のフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズを前記光学レンズ系の光軸を回転軸として回転させることで前記空間光変調器を照射する光の角度を前記光学レンズ系の光軸を回転軸として回転させる光インテグレータと、を具備し、前記一対のフライアイレンズの距離間隔を前記光学レンズ系の焦点距離に置き、前記レーザ光源の出射光から輪帯状の光束を形成し、前記フライアイレンズに入射させる輪帯状光束形成手段を更に備えることを特徴とするレーザディスプレイ装置が提供される。
本発明の第２の観点によれば、赤、緑、青色のレーザ光を出射する３種のレーザ光源と、映像信号に応じて前記レーザ光を光変調する空間光変調器と、光変調して形成した画像をスクリーンに投影しカラー画像を形成する画像形成手段と、前記レーザ光源と前記空間光変調器間の光路上にあって、光学的調整を行う光学レンズ系と、多角形のマイクロレンズを整列させたもので前記光学レンズを介した入射光を多分割した後に再集光することで積分効果により均一な光強度分布を有する光を生成する１対のフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズを前記光学レンズ系の光軸を回転軸として回転させることで前記空間光変調器を照射する光の角度を前記光学レンズ系の光軸を回転軸として回転させる光インテグレータと、を具備し、前記一対のフライアイレンズの距離間隔を前記光学レンズ系の焦点距離に置き、前記輪帯状光束形成手段は、２個の円錐プリズムと、同心円の回折格子と円錐プリズムと、円錐柱軸を同じくすると共に円錐柱の底面を共有する相似形の円錐柱空間を有する円錐プリズムとのいずれかで構成されてなることを特徴とするレーザディスプレイ装置が提供される。
前述した第１、第２の観点において、さらに前記レーザ光源は半導体レーザ、ガスレーザ、あるいは固体レーザと波長変換器の組み合わせから構成されてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
＜実施の形態例１＞
図１は本発明の実施の形態例１に係るレーザディスプレイ装置を説明する構成図である。図において、実施の形態例１のレーザディスプレイ装置は、赤色レーザ１、緑色レーザ２、青色レーザ３を光源として有し、各色のレーザ光を平行光にするコリメータレンズ４と、この光をフライアイレンズ１４を用いて均一な光強度分布を有する光にする光インテグレータ５と、この光インテグレータ５の光を集光して空間光変調器７を照射するコンデンサレンズ６と、このレーザ光を映像信号に応じて輝度変調して画像（単色）を形成する空間光変調器７とで赤、緑、青（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光学ユニット１１、１２、１３を構成している。光学ユニット１１、１２、１３の３原色の出力画像をダイクロイックミラー８により光合成し、合成したカラー画像をプロジェクタレンズ９によりスクリーン１０に投射する。なお、本実施の形態例ではレーザ光源として半導体レーザを用いたが、連続発振またはパルス発振するガスレーザを用いてもよい。さらに固体レーザの発振光から波長変換器を用いて、赤、緑、青色波長のレーザ光を生成してもよい。
【００１７】
つぎに、本レーザディスプレイ装置の動作について、特にスペックルノイズの除去について、詳細に説明する。
図１において、コリメータレンズ４の焦点距離の位置に設置された赤色レーザ１、緑色レーザ２、青色レーザ３の出射光はそれぞれコリメータレンズ４で平行光となり、光インテグレータ５に入射する。この光インテグレータ５は不均一な光強度分布、例えばガウス分布、を有する入射光を多分割し多数の異なる光路を経た後、集光、積分化して均一な光強度分布を有する光とするものである。図２は光インテグレータ５としてフライアイレンズ１４を用いた光学ユニットの概略斜視図である。図から分かるように、この光インテグレータ５は一対のフライアイレンズ１４で構成され、互いに光学的テレセントリック（共役）な位置関係に配設されている（一対のフライアイレンズ１４の距離間隔をレンズの焦点距離に置く）。また、このフライアイレンズ１４は図のように多数の４角形のマイクロレンズを整列させたもので、これにより入射光を一旦多分割した後、再集光して、その積分効果により、均一な光強度分布を有する光を生成している。なお、マイクロレンズの形状は６角形でもよい。
【００１８】
テレセントリックな１対のフライアイレンズ１４を光軸を回転軸として回転させる。その時フライアイレンズ近傍にあるコンデンサレンズ６は一緒に回転させても、回転させなくてもよい。フライアイレンズ１４が回転することによって、空間光変調器７を照射する光の角度が光軸上で回転する。従って、２０〜４０ｍｓｅｃの時間内に独立のスペックルパターンを１００以上重量することが可能となり、空間光変調器７を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅することができる。
【００１９】
光インテグレータ５を出射した光はコンデンサレンズ６で集光され、空間光変調器７を照射する。ここでのレーザ光は上述のようにスペックルノイズが平均化され人間の眼では感知できないレベルになっている。更に、所望のテレビ画面を投射する必要な全面積にわたり均一な光強度分布を有するレーザ光でもある。この光は空間光変調器７により、映像信号に応じて輝度変調され、赤、緑、青の画像を形成する。なお、空間光変調器７としては透過型単板空間変調器、例えば透過型の液晶パネルを用いている。
【００２０】
赤、緑、青色の３画像は、ダイクロイックミラー８で色合成後、プロジェクタレンズ９で所定のスクリーン１０にカラー画像を投影する。
【００２１】
＜実施の形態例２＞
本実施の形態例のレーザディスプレイ装置は、実施の形態例１におけるフライアイレンズ１４への入射光を輪帯状の光束にしたものである。その光学ユニットを図３に示す。図において、赤色レーザ１（緑色レーザ２、青色レーザ３でも同じ）光をコリメータレンズ４で平行とした光を同心円上の回折格子１５で回折させて、円錐プリズム１６の側面に沿った光束にして、円錐プリズム１６に入射させて、輪帯状の光束を形成する。この輪帯状光束を形成する光路図を図６（ａ）に示す。輪帯状の光束は光軸から離れている為に、より大きな角度を持って、空間光変調器７へ入射する。従って、空間光変調器７への入射角度の変化が大きく、光インテグレータ５を回転することにより、より独立したスペックルパターンを重畳することができ、空間光変調器７上のスペックルノイズをより低減、もしくはより消失することができる。なお、本実施の形態例では、回折格子１５と円錐プリズム１６のみが実施の形態例１のレーザディスプレイ装置に追加され、フライアイレンズ１４への入射光の光分布形状が実施の形態例１では円形であったのが実施の形態例２では輪帯状をなしていること以外は実施の形態例１と同じであるから、以下説明を省略する。
【００２２】
輪帯状の光束は図４に示すように、２個の円錐プリズム１６をその頂点が対面するように光軸上に配設して形成することもできる。この光路図を図６（ｂ）に示す。また、図５に示すように、円錐プリズム１７の内部を円錐軸を同じくする相似形の円錐柱で中空を形成した円錐プリズム１７でも輪帯状光束の形成は可能である。図６（ｃ）はその光路を示す。さらに、図７に示すように、半導体レーザをリング状に配列し、各々の出射光をコリメータレンズ４で平行光にしてフライアイレンズ１４を輪帯状に照射する方法もある。
【００２３】
＜実施の形態例３＞
以上説明した本発明の実施の形態に係るレーザディスプレイ装置では、空間光変調器７に透過型を使用してカラー画像を形成する装置であるが、本実施の形態例３においては、反射型の空間光変調器１８を用いる。このレーザディスプレイ装置の概略構成図を図８に示す。図において、赤色レーザ１、緑色レーザ２、青色レーザ３の出射光はそれぞれコリメータレンズ４で平行光となり、ダイクロイックミラー８にそれぞれ入射する。このダイクロイックミラー８で光合成された白色のレーザ光は光インテグレータ５、例えば、フライアイレンズ１４に入射後、コンデンサレンズ６で集光され均一な光強度分布の白色光となる。この白色光は反射型の空間光変調器１８を照射する為に、ビームスプリッタ１９で光路を曲げられる。反射型の空間光変調器１８は、例えば、反射型の液晶パネルや可動型のマイクロミラーを多数個配列し電気的にミラーを制御して光変調する半導体光学素子を用い、映像信号からカラー画像を生成し、ビームスプリッタ１９を透過後、プロジェクタレンズ９で投影する。なお、光インテグレータ５を回転することにより、空間光変調器１８を照射する白色光はスペックルノイズが低減または消滅されていることは、実施の形態例１と同じである。
【００２４】
また、本例においても、レーザ光源として図７と同様な複数個の半導体レーザをリング状に配列し、光インテグレータ５への入射光として輪帯状の白色光束を用いることにより、より一層スペックルノイズを低減また消滅することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態例を説明したが、本発明はこれらの実施の形態例に限定されるものでない。例えば、光インテグレータ５として、多角形のガラスロッドを用いてもよい。多角形ロッド２０を用いた光学ユニットの一例を図９に示す。例えば、半導体レーザを用いた赤色レーザ１光をコリメータレンズ４で平行光とし、集光レンズ２１で集光して多角形ロッド２０の端面を照射する。多角形ロッド２０に入射した光は、ロッド内で拡散し、一部の光は直進し、一部の光はロッド内の側面で１回または複数回反射を繰り返し多角形ロッド２０の出力端面に達する。従って、出力端面における出力光は均一な光強度分布を有し、且つ、この多角形ロッドを回転することにより、人間の眼のちらつき判別限界である２０〜４０ｍｓｅｃ内に独立のスペックルパターンを１００以上重量することが可能となり、空間光変調器７を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅することができる。なお、図９において、集光レンズ２１と、多角形ロッド２０と、コンデンサレンズ６とは光学的テレセントリックな位置関係に配設する必要がある。
【００２６】
また、上述の多角形ロッドは図９に示すような４角形に限定されることなく、多角形状をなし、ロッド側面に光を反射する平面があればよい。
さらに、上述の説明に供した多角形ロッド２０の材料にはガラスを使用したが、プラスチックや複屈折性を有する光学材料を用いることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、投射型のレーザディスプレイ装置において、スクリーン上の全画面領域の光強度分布を均一にすることでき、且つ、レーザ特有のスペックルノイズを低減また消滅することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例１に係るレーザディスプレイ装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態例１の光インテグレータを説明する為の光学ユニットの概略斜視図である。
【図３】輪帯状光束形成手段を説明する為の光学ユニットの概略斜視図である。
【図４】他の輪帯状光束形成手段を説明する為の光学ユニットの概略斜視図である。
【図５】他の輪帯状光束形成手段を説明する為の光学ユニットの概略斜視図である。
【図６】輪帯状光束形成手段を説明する光路図である。
【図７】他の輪帯状光束形成手段を説明する為の光学ユニットの概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態例３に係るレーザディスプレイ装置の概略構成図である。
【図９】多角形ロッドを用いた光学ユニットの概略斜視図である。
【図１０】従来の投射型レーザディスプレイ装置の概略斜視図である。
【図１１】スペックルノイズの模様写真である。
【符号の説明】
１…赤色レーザ、２…緑色レーザ、３…青色レーザ、４…コリメータレンズ、５…光インテグレータ、６…コンデンサレンズ、７，１８…空間光変調器、８，２３…ダイクロイックミラー、９…プロジェクタレンズ、１０…スクリーン、１１，１２，１３…光学ユニット、１４…フライアイレンズ、１５…回折格子、１６，１７…円錐プリズム、１９…ビームスプリッタ、２０…多角形ロッド、２１…集光レンズ、２２…光強度変調器、２４…ポリゴンミラー、２５…ガルバノミラー、２６…ｆ−θレンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection type laser display apparatus using laser beams of three primary colors.
[0002]
[Prior art]
As a projection type laser display apparatus using laser beams of three primary colors of red, green and blue, a laser display apparatus using a gas laser is conventionally known. As an example, FIG. 10 shows a scanning laser display device. This laser display device uses a red laser 1, a green laser 2, and a blue laser 3 as light sources, and modulates the luminance of each color laser light by a light intensity modulator 22 according to a video signal. The three color lights of red, green, and blue are color-combined by the dichroic mirror 23 and then deflected in the horizontal direction by the polygon mirror 24 that rotates at high speed in synchronization with the horizontal synchronizing signal. This light is further deflected in the vertical direction by the galvanometer mirror 25 whose reflection angle varies in synchronization with the vertical synchronizing signal. In this way, the screen 10 is irradiated with the two-dimensionally deflected laser beam using the f-θ lens 26.
[0003]
However, when a diffusing surface is irradiated with coherent light such as a laser, a pattern on a spot that cannot be seen with normal light is observed. Such a pattern is called a speckle pattern. A photograph of this pattern is shown in FIG. This pattern occurs because the light scattered at each point on the diffusing surface interferes with each other in a random phase relationship according to the microscopic unevenness of the surface. In general, speckle patterns are roughly divided into two types. One is observed without passing through the imaging system. Such a speckle is called a speckle of the diffraction field, but can be observed when the diffused light is viewed without attaching a lens to the CCD camera. In diffracted field speckles, all points on the diffusing surface that are exposed to light contribute to interference. The other is seen when observing through an imaging system, and this is speckle that can be seen when viewing the diffusing surface with the eyes. Such speckle is called image field speckle.
[0004]
As described above, such a speckle pattern is superimposed on the laser image projected onto the screen 10 and is recognized by the human eye as random noise with high intensity, so that the screen image cannot be appreciated. . Therefore, in the conventional scanning laser display device, as a method of reducing or eliminating this speckle noise, a method of minutely vibrating the screen 10 has been considered.
[0005]
In general, human eyes and brain cannot discern flicker of an image within 20 to 40 msec. That is, the images in the meantime are integrated and averaged in the eye. Therefore, the speckle noise is averaged to such an extent that it does not matter in human eyes by weighing 50 to 100 weights of the independent speckle pattern on the screen screen within this time.
Therefore, in the case of a scanning laser display device, a trial calculation was made to determine how fast the screen 10 is moved to reduce speckle noise.
[0006]
However, the calculation is performed under the following assumptions.
The video signal is a high-vision signal, the number of scanning lines is 1125, one screen is composed of 1/30 sec, and the blanking period is ignored. If the screen size is 1600 x 900 mm (16: 9 screen), the laser beam diameter is 1 mm, the wavelength of the laser beam is 514 nm, and the human sees the image at a position 1 m away from the screen. The distance from the pupil to the fundus is 5 mm and 30 mm.
[0007]
First, the magnification M at which the screen image forms on the fundus is
M = 30/1000 = 0.03
Because the average speckle size Δχ is the image field

Is required.
Since the scanning time for one screen is 1/30 sec, the laser beam is scanned only once or twice within the integration time τa of the human eye. Finding the time τb when one point shines in τa on the screen,

Therefore, the screen speed υ when the screen is vibrated to overlap the speckle pattern 100 within the eye integration time τa is

It becomes.
[0008]
This speed is actually about 1/1000 of the speed of light. This is because the screen is irradiated at a point, and the time for which a single point is irradiated is very short, 3.7 × 10 ⁻⁸ sec. This is a vibration speed that is practically impossible to achieve.
Thus, the presence of speckle noise has made it difficult to put a laser display device into practical use.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and uses a laser beam of three primary colors of red, green and blue as a light source, and a projection type laser in which speckle noise peculiar to the laser is removed. An object is to provide a display device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, according to the first aspect of the present invention, three types of laser light sources that emit red, green, and blue laser light and optically modulate the laser light in accordance with a video signal. A spatial light modulator, image forming means for projecting a light-modulated image onto a screen to form a color image, and an optical path between the laser light source and the spatial light modulator, and performing optical adjustment An optical lens system and a polygonal microlens are aligned, and incident light that has passed through the optical lens is re-condensed and then re-condensed to generate light having a uniform light intensity distribution by integration effect 1 A pair of fly-eye lenses, and rotating the fly-eye lens with the optical axis of the optical lens system as a rotation axis, thereby changing the angle of light irradiating the spatial light modulator with the optical axis of the optical lens system as a rotation axis Rotating light as Comprising a grater, a, the distance interval between the pair of fly-eye lens-out location to the focal length of the optical lens system to form a light beam of annular from the emission light of the laser light source to be incident on the fly eye lens A laser display device characterized by further comprising an annular light beam forming means is provided.
According to the second aspect of the present invention, three types of laser light sources that emit red, green, and blue laser light, a spatial light modulator that optically modulates the laser light in accordance with a video signal, and optical modulation. Image forming means for projecting the image formed on the screen to form a color image, an optical lens system for optical adjustment on the optical path between the laser light source and the spatial light modulator, and a polygonal micro A pair of fly-eye lenses that generate light having a uniform light intensity distribution by integrating effects by refocusing the incident light that has been aligned through the optical lens after being divided into multiple parts, An optical integrator that rotates a fly-eye lens around the optical axis of the optical lens system by rotating the optical axis of the optical lens system by rotating the fly-eye lens about the optical axis of the optical lens system. And before Place the distance spacing of a pair of fly-eye lens to the focal length of the optical lens system, the zonal beam forming means similarly with two conical prism, a diffraction grating and the conical prism concentric, conical columella And a conical prism having a similar conical column space sharing the bottom surface of the conical column .
In the first and second aspects described above, the laser light source may further be composed of a semiconductor laser, a gas laser, or a combination of a solid-state laser and a wavelength converter.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a laser display device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the laser display device of the first embodiment has a red laser 1, a green laser 2 and a blue laser 3 as light sources, and collimator lenses 4 for collimating the laser beams of the respective colors, and this light as fly-eye. An optical integrator 5 that converts light having a uniform light intensity distribution using the lens 14, a condenser lens 6 that collects the light from the optical integrator 5 and irradiates the spatial light modulator 7, and this laser light as a video signal The spatial light modulator 7 that forms an image (monochrome) by performing luminance modulation according to the above constitutes red, green, and blue (R, G, B) optical units 11, 12, and 13. The output images of the three primary colors of the optical units 11, 12, and 13 are optically synthesized by the dichroic mirror 8, and the synthesized color image is projected on the screen 10 by the projector lens 9. In this embodiment, a semiconductor laser is used as the laser light source. However, a gas laser that oscillates continuously or pulsates may be used. Furthermore, laser light of red, green, and blue wavelengths may be generated from the oscillation light of the solid-state laser using a wavelength converter.
[0017]
Next, the operation of the laser display device, particularly the removal of speckle noise, will be described in detail.
In FIG. 1, the emitted light of the red laser 1, the green laser 2, and the blue laser 3 installed at the focal length position of the collimator lens 4 is collimated by the collimator lens 4 and enters the optical integrator 5. The optical integrator 5 divides incident light having a non-uniform light intensity distribution, for example, a Gaussian distribution, passes through a number of different optical paths, and then collects and integrates the light to have a uniform light intensity distribution. is there. FIG. 2 is a schematic perspective view of an optical unit using a fly-eye lens 14 as the optical integrator 5. As can be seen from the figure, this optical integrator 5 is composed of a pair of fly-eye lenses 14 and is disposed in an optical telecentric (conjugate) position relative to each other (the distance between the pair of fly-eye lenses 14 is set as the distance between the lenses). Put on the focal length). In addition, the fly-eye lens 14 is formed by arranging a large number of quadrangular microlenses as shown in the figure. After this, incident light is once divided into multiple parts, and then re-condensed, and the integration effect makes it uniform. Light having a light intensity distribution is generated. The shape of the microlens may be a hexagon.
[0018]
A pair of telecentric fly-eye lenses 14 are rotated with the optical axis as a rotation axis. At this time, the condenser lens 6 in the vicinity of the fly-eye lens may or may not be rotated together. As the fly-eye lens 14 rotates, the angle of light that irradiates the spatial light modulator 7 rotates on the optical axis. Therefore, it is possible to weigh 100 or more independent speckle patterns within a time of 20 to 40 msec, and it is possible to reduce or eliminate speckle noise of the laser light that irradiates the spatial light modulator 7.
[0019]
The light emitted from the optical integrator 5 is collected by the condenser lens 6 and irradiates the spatial light modulator 7. The laser light here is at a level that the speckle noise is averaged as described above and cannot be detected by the human eye. Further, it is also a laser beam having a uniform light intensity distribution over the entire necessary area for projecting a desired television screen. This light is brightness-modulated by the spatial light modulator 7 in accordance with the video signal to form red, green and blue images. As the spatial light modulator 7, a transmissive single plate spatial modulator, for example, a transmissive liquid crystal panel is used.
[0020]
The three images of red, green, and blue are color-combined by the dichroic mirror 8 and then projected on the predetermined screen 10 by the projector lens 9.
[0021]
<Embodiment 2>
The laser display device according to the present embodiment is configured such that light incident on the fly-eye lens 14 according to the first embodiment is an annular light beam. The optical unit is shown in FIG. In the figure, red laser 1 (the same applies to green laser 2 and blue laser 3) light collimated by a collimator lens 4 is diffracted by a concentric diffraction grating 15 into a light beam along the side surface of the conical prism 16. Then, the light is incident on the conical prism 16 to form an annular light beam. An optical path diagram for forming this annular light beam is shown in FIG. Since the annular light beam is away from the optical axis, it enters the spatial light modulator 7 with a larger angle. Therefore, the change of the incident angle to the spatial light modulator 7 is large, and by rotating the optical integrator 5, a more independent speckle pattern can be superimposed, and speckle noise on the spatial light modulator 7 is further reduced. It can be reduced or more eliminated. In this embodiment, only the diffraction grating 15 and the conical prism 16 are added to the laser display device of the first embodiment, and the light distribution shape of the incident light to the fly-eye lens 14 is the same as that of the first embodiment. Since the circular shape is the same as that of the first embodiment except that the second embodiment has a ring-like shape, the description thereof will be omitted.
[0022]
As shown in FIG. 4, the ring-shaped light beam may be formed by arranging two conical prisms 16 on the optical axis so that the apexes thereof face each other. This optical path diagram is shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5, a ring-shaped light beam can also be formed by the conical prism 17 in which the inside of the conical prism 17 is hollow with a similar conical column having the same conical axis. FIG. 6C shows the optical path. Furthermore, as shown in FIG. 7, there is also a method in which semiconductor lasers are arranged in a ring shape, and each of the emitted light is converted into parallel light by a collimator lens 4 to irradiate the fly-eye lens 14 in a ring shape.
[0023]
<Embodiment 3>
The laser display device according to the embodiment of the present invention described above is a device that forms a color image using a transmissive type for the spatial light modulator 7, but in the third embodiment, a reflective type is used. A spatial light modulator 18 is used. A schematic configuration diagram of this laser display device is shown in FIG. In the figure, the emitted light of the red laser 1, the green laser 2, and the blue laser 3 is converted into parallel light by the collimator lens 4 and enters the dichroic mirror 8, respectively. The white laser light photo-synthesized by the dichroic mirror 8 is incident on the optical integrator 5, for example, the fly-eye lens 14, and then condensed by the condenser lens 6 to be white light having a uniform light intensity distribution. This white light has its optical path bent by a beam splitter 19 in order to irradiate the reflective spatial light modulator 18. The reflective spatial light modulator 18 uses, for example, a semiconductor optical element that arranges a large number of reflective liquid crystal panels and movable micromirrors and electrically modulates the light by controlling the mirror, and uses a color image from a video signal. Is transmitted through the beam splitter 19 and projected by the projector lens 9. It is to be noted that the white light that irradiates the spatial light modulator 18 has the speckle noise reduced or eliminated by rotating the optical integrator 5 as in the first embodiment.
[0024]
Also in this example, a plurality of semiconductor lasers similar to those shown in FIG. 7 are arranged in a ring shape as a laser light source, and an annular white light beam is used as incident light to the optical integrator 5, thereby further increasing speckle noise. Can be reduced or eliminated.
[0025]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, a polygonal glass rod may be used as the optical integrator 5. An example of the optical unit using the polygonal rod 20 is shown in FIG. For example, one red laser beam using a semiconductor laser is converted into parallel light by the collimator lens 4 and condensed by the condenser lens 21 to irradiate the end face of the polygonal rod 20. The light incident on the polygonal rod 20 is diffused in the rod, a part of the light goes straight, and a part of the light is reflected once or a plurality of times on the side surface in the rod to the output end face of the polygonal rod 20. Reach. Accordingly, the output light at the output end face has a uniform light intensity distribution, and by rotating this polygonal rod, an independent speckle pattern is set to 100 within 20 to 40 msec, which is the flicker detection limit of human eyes. The weight can be increased, and speckle noise of the laser light that irradiates the spatial light modulator 7 can be reduced or eliminated. In FIG. 9, the condenser lens 21, the polygonal rod 20, and the condenser lens 6 need to be disposed in an optical telecentric positional relationship.
[0026]
Further, the polygonal rod described above is not limited to a quadrangular shape as shown in FIG.
Further, although glass is used as the material of the polygonal rod 20 used in the above description, a plastic or an optical material having birefringence can also be used.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the projection type laser display device, the light intensity distribution of the entire screen area on the screen can be made uniform, and speckle noise peculiar to the laser can be reduced or eliminated. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of an optical unit for explaining the optical integrator according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic perspective view of an optical unit for explaining an annular light flux forming unit.
FIG. 4 is a schematic perspective view of an optical unit for explaining another annular light beam forming means.
FIG. 5 is a schematic perspective view of an optical unit for explaining another annular light beam forming means.
FIG. 6 is an optical path diagram for explaining an annular light flux forming unit.
FIG. 7 is a schematic perspective view of an optical unit for explaining another annular light beam forming means.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a laser display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view of an optical unit using a polygonal rod.
FIG. 10 is a schematic perspective view of a conventional projection type laser display device.
FIG. 11 is a pattern photograph of speckle noise.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Red laser, 2 ... Green laser, 3 ... Blue laser, 4 ... Collimator lens, 5 ... Optical integrator, 6 ... Condenser lens, 7, 18 ... Spatial light modulator, 8, 23 ... Dichroic mirror, 9 ... Projector lens DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Screen, 11, 12, 13 ... Optical unit, 14 ... Fly eye lens, 15 ... Diffraction grating, 16, 17 ... Conical prism, 19 ... Beam splitter, 20 ... Polygon rod, 21 ... Condensing lens, 22 Light intensity modulator, 24 Polygon mirror, 25 Galvano mirror, 26 f-θ lens.

Claims

Three types of laser light sources that emit red, green, and blue laser light;
A spatial light modulator that optically modulates the laser light in accordance with a video signal;
Image forming means for projecting an image formed by light modulation onto a screen to form a color image;
An optical lens system that performs optical adjustment and a polygonal microlens are arranged on an optical path between the laser light source and the spatial light modulator, and incident light that passes through the optical lens is divided into multiple parts. A pair of fly-eye lenses that generate light having a uniform light intensity distribution by an integration effect by re-condensing later, and the fly-eye lens is rotated about the optical axis of the optical lens system as a rotation axis; An optical integrator that rotates an angle of light that irradiates the spatial light modulator around the optical axis of the optical lens system; and
Comprising a Place the distance interval between the pair of fly-eye lens to the focal length of the optical lens system,
A laser display device , further comprising a ring-shaped light beam forming means for forming a ring-shaped light beam from light emitted from the laser light source and causing the light to enter the fly-eye lens .

Three types of laser light sources that emit red, green, and blue laser light;
A spatial light modulator that optically modulates the laser light in accordance with a video signal;
Image forming means for projecting an image formed by light modulation onto a screen to form a color image;
An optical lens system that performs optical adjustment and a polygonal microlens are arranged on an optical path between the laser light source and the spatial light modulator, and incident light that passes through the optical lens is divided into multiple parts. A pair of fly-eye lenses that generate light having a uniform light intensity distribution by an integration effect by re-condensing later, and the fly-eye lens is rotated about the optical axis of the optical lens system as a rotation axis; An optical integrator that rotates an angle of light that irradiates the spatial light modulator around the optical axis of the optical lens system; and
Comprising the distance between the pair of fly-eye lenses at the focal length of the optical lens system,
The ring-shaped light beam forming means includes two conical prisms, a concentric diffraction grating and a conical prism, and a conical prism having a conical prism space having a similar conical column axis and sharing the bottom surface of the conical column. A laser display device comprising any one of the above.

The laser display device according to claim 1, wherein the laser light source is composed of a semiconductor laser.

The laser display device according to claim 1, wherein the laser light source is composed of a gas laser.

The laser display device according to claim 1, wherein the laser light source includes a solid-state laser and a wavelength converter.