JP4311382B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、光源装置から射出された光を被投射面に投射して画像表示を行うプロジェクタに関する。

従来、レーザ光をスクリーン（被投射面）上で走査させることによって画像を表示する背面投射型のプロジェクタが提案されている。このプロジェクタでは、レーザ光の供給を停止することによって完全な黒を表示できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタに比べて高コントラストな表示が可能である。また、レーザ光は指向性が高いので、投射光学系を簡略化することができる。このため、プロジェクタを小型且つ簡易な構成にすることができる。さらに、赤色，緑色，青色等の複数のレーザ光を組み合わせることによって容易にカラー化でき、しかも、レーザ光は単色性が高いので色純度の高いカラー表示が可能となる。

背面投射型のプロジェクタとしては、赤色レーザ光源，緑色レーザ光源及び紫外線レーザ光源を用いた投射型レーザ画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の投射型レーザ画像表示装置は、スクリーンに蛍光体が塗布されており、赤色レーザ光源及び緑色レーザ光源から射出されたレーザ光は、スクリーン面上で拡散する。また、紫外線レーザ光源から射出されたレーザ光は、蛍光体により励起され青色光が発光し、この青色光は、スクリーン面上で拡散される。
特開平７−６７０６４号公報

ところで、上述したような背面投射型のプロジェクタを用いた場合、スクリーンに投射されるレーザ光には、シンチレーションまたはスペックルと呼ばれるぎらつきが発生するという問題点がある。ここで、上記特許文献１に記載の投射型レーザ画像表示装置では、レーザ光をスクリーン上で拡散させているため、ぎらつきの発生を抑えるには不十分である。また、予期せぬ要因により、スクリーンが破損してしまった場合には、レーザ光が拡散されることなく、直接外部に照射し続けてしまうことが考えられ、装置全体の信頼性が不十分である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スクリーンに投射されるレーザ光のぎらつきの発生を抑えるとともに、装置全体の信頼性を向上させることが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の半導体装置は、被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、該光源装置から射出されたレーザ光を２次元方向に走査する走査手段と、該走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段と、前記光源装置から射出されたレーザ光を、前記走査手段を介して、前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出されたレーザ光は走査手段により２次元方向に走査され、光拡散部材に入射する。光拡散部材に入射したレーザ光は拡散された後、集光手段により被投射面に集光される。したがって、光源装置から射出されたレーザ光を光拡散部材により拡散させることにより、被投射面に集光したレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき（シンチレーション、スペックル）の発生が抑えられることになる。また、光源装置から射出されたレーザ光は、集光手段により集光される前に、光拡散部材により拡散されるので、予期せぬ要因により、被投射面が破損してしまった場合にも、強いレーザ光が外部に射出されることがないため、装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。
また、本発明のプロジェクタは、前記光源装置から射出されたレーザ光を前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段を備えている。
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出されたレーザ光は、他の集光手段により光拡散部材上に集光される。したがって、光源装置から射出されたレーザ光が、光拡散部材の外部に散乱することなく光拡散部材に入射するため、光源装置から射出されたレーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。

本発明に係るプロジェクタでは、被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、該光源装置から射出されたレーザ光を第１の方向に走査する第１の走査手段及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２の走査手段を有する走査手段と、前記第１の走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段と、前記光源装置から射出されたレーザ光を、前記第１の走査手段を介して、前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段とを備え、前記第１の走査手段によって走査され、かつ、前記光拡散部材によって拡散されたレーザ光を前記第２の走査手段によって走査することを特徴とする。

また、本発明のプロジェクタは、前記走査手段から射出されたレーザ光を平行化する平行化手段を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出され、走査手段により走査された光は、平行化手段を通過した後、光拡散部材に入射する。このとき、光拡散部材に入射するレーザ光は、平行化手段により平行化される。したがって、光拡散部材から射出されるレーザ光は、光拡散部材に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。したがって、光拡散部材から射出され、集光手段に入射する光束の幅が平行化手段により決まるため、集光手段の設計が容易になる。

また、本発明のプロジェクタは、前記光拡散部材から射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、拡散状態変化手段を備えることにより、光拡散部材を通過したレーザ光は、拡散状態が時間的に変化されたものとなる。すなわち、光拡散部材を通過したレーザ光は、ぎらつきのパターンが時間的に変化するために、残像効果により時間積分されて、レーザ光のスペックルパターンの発生を防止することができる。その結果、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、ぎらつきが抑えられた光となる。したがって、被投射面に良好な画像を表示することができる。

また、本発明のプロジェクタは、前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で回転させる回転手段であることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、回転手段により光拡散部材を入射面内で回転させ、光源装置から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。すなわち、光拡散部材から射出し、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、光拡散部材の回転により均一化され、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、簡易な構成により、被投射面に良好な画像を表示することができる。

また、本発明のプロジェクタは、前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で移動させる移動手段であることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、移動手段により光拡散部材を入射面内で移動させ、光源装置から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。これにより、光拡散部材から射出し、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、装置全体の小型化が可能であるとともに、被投射面に良好な画像を表示することができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
次に、本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタとして、スクリーンの背面からレーザ光を照射する背面型レーザプロジェクタを用いて説明する。

プロジェクタ１は、図１に示すように、筐体２内に設けられ、レーザ光を射出する光源装置１０と、光源装置１０から射出されたレーザ光を集光レンズ（他の集光手段）２０を介して２次元方向に走査するガルバノミラー（走査手段）３０と、ガルバノミラー３０により走査された光を拡散する光拡散板（光拡散部材）４０と、光拡散板４０から入射したレーザ光を反射ミラー５１に投射させる投射レンズ（集光手段）５０と、光源装置１０，ガルバノミラー３０及び光拡散板４０を制御する制御回路６０とを備えている。この反射ミラー５１は、筐体２の表面２ａに備えられたスクリーン（被投射面）５２に対向して設けられており、投射レンズ５０から射出されたレーザ光をスクリーン５２に投影させるものである。また、集光レンズ２０は、光源装置１０から射出されたレーザ光を光拡散板４０に集光させるものである。

光源装置１０は、スクリーン５２を挟んで観察側と対向して設けられており（本実施形態では筐体２内部）、制御回路６０からの画像信号に応じた強度のレーザ光を出力するようになっている。

ガルバノミラー３０は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の２軸を中心として回転可能となっており、任意の角度方向にチルト駆動させることができるようになっている。このガルバノミラー３０は、集光レンズ２０から射出されたレーザ光を２次元方向に走査することによって画像を形成するものである。そして、ガルバノミラー３０の動作は、制御回路６０によって光源装置１０の画像出力に同期するように行われる。

光拡散板４０は、図２（ａ）に示すように、入射面４０ａに微細な凹凸を有する円盤状のすりガラスによって構成されている。また、光拡散板４０には、入射面４０ａから入射し、当該光拡散板４０の射出面４０ｂから射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段が設けられている。本実施形態では、この拡散状態変化手段として、図２（ｂ）に示すように、光拡散板４０を入射面４０ａ内で回転させるモータ（回転手段）４１が用いられており、光拡散板４０は、制御回路６０により回転軸Ｏを中心に回転可能となっている。これにより、光拡散板４０の入射面４０ａから入射したレーザ光４５は、図２（ｂ）に示すように、射出面４０ｂから射出される際、拡散されて投射レンズ５０に向かうことになる。なお、モータ４１の回転速度は、約７０Ｈｚ以上で回転させる。

なお、光拡散板４０は、光透過性を有するものであり、特に耐熱性を考慮すると無機材料からなるガラスであることが好ましい。
また、投射レンズ５０のＮＡは、光拡散板４０から射出されるレーザ光の拡散度により設計されたものとなっている。このような構成により、光拡散板４０から射出されたレーザ光を無駄なく投射レンズ５０により集光させることができ、レーザ光の利用効率を向上させることが可能となっている。さらに、投射レンズ５０は、光拡散板４０を透過したレーザ光を拡大して反射ミラー５１に投射するものである。

次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ１を用いて、画像をスクリーン５２に投射する方法について説明する。
まず、光源装置１０が駆動されると、光源装置１０から集光レンズ２０にレーザ光が射出される。そして、集光レンズ２０により集光されたレーザ光は、ガルバノミラー３０によりＸ軸，Ｙ軸の２次元方向に走査された後、光拡散板４０に射出される。光拡散板４０に入射したレーザ光は、光拡散板４０がモータ４１により回転されているので、均一化され、スペックルパターンの発生が抑えられたレーザ光となる。その後、このレーザ光は、投射レンズ５０により反射ミラー５１を介してスクリーン５２に投射される。

本発明に係るプロジェクタ１では、光源装置１０から射出されたレーザ光を光拡散板４０により拡散させることにより、スクリーン５２に投射されたレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき（シンチレーション、スペックル）の発生が抑えられることになる。また、光源装置１０から射出されたレーザ光は、投射レンズ５０により集光される前に、光拡散板４０により拡散されるので、予期せぬ要因により、スクリーン５２が破損してしまった場合にも、強いレーザ光が外部に射出されることがないため、プロジェクタ１全体の信頼性を向上させることが可能となる。
また、モータ４１を備えることにより、光拡散板４０から射出し、投射レンズ５０によりスクリーン５２に投射されるレーザ光は、光拡散板４０の回転により均一化され、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、簡易な構成により、被投射面に良好な画像を表示することができる。

［プロジェクタの第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタ７０において、光源装置７１の構成及び拡散状態変化手段としてアクチュエータ（移動手段）８０を用いる点において第１実施形態と異なる。

光源装置７１は、図３に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色レーザダイオード７１Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色レーザダイオード７１Ｇと、青色のレーザ光を射出する青色レーザダイオード７１Ｂとを備えている。これらのレーザダイオード７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、制御回路６０からの画像信号に応じた強度のレーザ光を出力するようになっている。また、光源装置７１には、赤色レーザダイオード７１Ｒから射出されたレーザ光を透過し、緑色レーザダイオード７１Ｇから射出されたレーザ光を反射する第１ダイクロイックミラー７２と、赤色レーザダイオード７１Ｒから射出されたレーザ光を透過し、青色レーザダイオード７１Ｂから射出されたレーザ光を反射する第２ダイクロイックミラー７３とが備えられている。

また、第１実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸の２軸を中心として回転可能なガルバノミラー３０を用いたが、本実施形態では、Ｘ軸方向（第１の方向）にのみ回転可能なＸスキャナ（第１の走査手段、走査手段）８１を用い、第１実施形態の反射ミラー５１に代えて、Ｙ軸方向（第２の方向）にのみ回転可能なＹスキャナ（第２の走査手段、走査手段）８２を用いる。
また、光拡散板８５の入射面８５ａは、図４に示すように、第１実施形態の光拡散板４０と同様に、微細な凹凸を有する平板状のすりガラスによって構成されている。そして、これら光源装置７１，Ｘスキャナ８１，Ｙスキャナ８２及び光拡散板（光拡散部材）８５は、制御回路６０により制御されている。

アクチュエータ８０は、図４に示すように、光拡散板８５を駆動させるものであり、この光拡散板８５を入射面８５ａ内で移動可能となっている。すなわち、アクチュエータ８０は、制御回路６０により光拡散板８５をＸ軸方向に移動可能となっており、光拡散板８５の射出面８５ｂから射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させるものである。これにより、光拡散板８５の入射面８５ａから入射したレーザ光８７は、図４に示すように、射出面８５ｂから射出される際、拡散されて投射レンズ５０に向かうことになる。なお、アクチュエータ８０の移動速度は、約７０Ｈｚ以上で移動させる。

また、Ｘスキャナ８１は、アクチュエータ８０により光源装置１０から射出され集光レンズ２０によって集光されたレーザ光をＸ軸方向に走査するものである。また、Ｙスキャナ８２は、アクチュエータ８０により、光拡散板８５によって拡散され投射レンズ５０により集光されたレーザ光をＹ軸方向に走査するものである。
なお、アクチュエータ８０としては、例えば、電磁力で光拡散板８５をＸ軸方向に移動させる電磁アクチュエータによって構成することができる。また、電圧の印加によって伸縮（あるいは歪む）するピエゾ素子をアクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）として用いることも可能である。

次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ７０を用いて、画像をスクリーン５２に投射する方法について説明する。
まず、各レーザダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが駆動されると、各レーザダイオード１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから赤色光、青色光、緑色光が射出される。そして、これら赤色光、青色光、緑色光は、集光レンズ２０により集光された後、Ｘスキャナ８１でＸ軸方向に走査され、光拡散板８５に射出される。光拡散板８５に入射したレーザ光は、光拡散板８５がアクチュエータ８０によりＸ軸方向に移動しているので、均一化され、スペックルパターンの発生が抑えられたレーザ光となる。その後、このレーザ光は、投射レンズ５０によりＹスキャナ８２に投射された後、Ｙスキャナ８２によりＹ軸方向に走査されスクリーン５２に投射される。

本発明に係るプロジェクタ７０では、光源装置７１から射出されたレーザ光を光拡散板８５により拡散させることにより、スクリーン５２に投射されたレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき（シンチレーション、スペックル）の発生が抑えられることになる。また、アクチュエータ８０により光拡散板８５を入射面８５ａ内で移動させ、光源装置７１から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。これにより、光拡散板８５から射出し、投射レンズ５０によりスクリーン５２に投射されるレーザ光は、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、プロジェクタ７０全体の小型化が可能であるとともに、スクリーン５２に良好な画像を表示することができる。

［プロジェクタの第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ９０において、第３実施形態では、フィールドレンズ（平行化手段）９１を備える点において、第１，第２実施形態と異なる。
フィールドレンズ９１は、第１，第２実施形態のそれぞれの半導体装置１，７０の光拡散板４０，８５の前段に配置することが可能であり、本実施形態では第１実施形態を例に挙げて説明する。
フィールドレンズ９１は、図５に示すように、ガルバノミラー３０と光拡散板４０との間に設けられており、図６に示すように、ガルバノミラー３０から射出されたレーザ光を平行化し、光拡散板４０に入射させるようになっている。これにより、光拡散板４０の入射面４０ａから入射したレーザ光９２は、射出面４０ｂから射出される際、投射レンズ５０に向かって光拡散板４０に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。

本発明に係るプロジェクタ９０では、光源装置１０から射出され、ガルバノミラー３０により走査された光は、フィールドレンズ９１を通過した後、光拡散板４０に入射する。このとき、光拡散板４０から射出されるレーザ光は、光拡散板４０に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。したがって、光拡散板４０から射出され、投射レンズ５０に入射する光束の幅が所定範囲となる。すなわち、投射レンズ５０のＮＡをフィールドレンズ９１に応じて設計することができるため、投射レンズ５０の設計が容易になる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、拡散状態変化手段として、液晶パネルを採用することも可能である。液晶パネルを用いる場合、電気信号により空間的な光の位相分布を変化させることにより、レーザ光を拡散させることができる。
ここで、液晶パネルとしては、例えば、非平行な２つの基板に液晶が封入されてなるものを採用することができる。この構成の場合、液晶パネルのセルギャップが基板平面内で不均一となり、レーザ光の空間的な位相分布は一度には変わらずに、時間的に異なる位相分布となる。その結果、投射される像において、ぎらつきのパターンが時間的に変化するために、残像効果により時間積分されて、当該ぎらつきが感じ難いものとなる。

また、光拡散板４０，８５として、すりガラスを用いたが、これに限るものではなく、入射したレーザ光を拡散できるものであれば良い。例えば、図７に示すように、周知のフォトリソグラフィ法により、ガラスの表面９５ａにランダムな凹凸パターンが形成された位相差板９５であっても良い。また、ガラスの表面９５ａに形成される凹凸は、周期的な光学パターンを有する回折格子であっても良い。この構成の場合、位相差板９５に入射したレーザ光が、位相差板９５を透過する過程で、部分的に位相差が付与されるようになっている。このような位相差板９５を配置することによっても、光拡散板４０，８５の場合と同様にレーザ光のスペックルパターンの発生を防止することができる。また、光拡散板４０，８５に代えて、レーザ光の干渉を利用したホログラフィック格子、ＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）等であってもよい。
また、光拡散板としては、上述したような透過性を有するものに限らず、入射したレーザ光を反射して拡散させるものであっても良い。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 図１の光拡散部材の（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図における光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 図３の光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 図５の光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。 各実施形態における光拡散部材の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１，７０，９０…プロジェクタ、１０，７１…光源装置、４０，８５…光拡散板（光拡散部材）、４０ａ，８５ａ…光拡散板の入射面、２０…集光レンズ（他の集光手段）、３０…ガルバノミラー（走査手段）、４１…モータ（拡散状態変化手段，回転手段）、５０…投射レンズ（集光手段）、５２…スクリーン（被投射面）、８０…アクチュエータ（拡散状態変化手段，移動手段）８１…Ｘスキャナ（走査手段）、８２…Ｙスキャナ（走査手段）、９１…フィールドレンズ（平行化手段）

Claims (5)

1. 被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、
   該光源装置から射出されたレーザ光を２次元方向に走査する走査手段と、
   該走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、
   該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段と、
   前記光源装置から射出されたレーザ光を、前記走査手段を介して、前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段と、
   前記走査手段と前記光拡散部材との間に設けられ、前記走査手段から射出されたレーザ光を平行化する平行化手段と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、
   該光源装置から射出されたレーザ光を第１の方向に走査する第１の走査手段及び前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２の走査手段を有する走査手段と、
   前記第１の走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、
   該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段と、
   前記光源装置から射出されたレーザ光を、前記第１の走査手段を介して、前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段と、
   前記第１の走査手段と前記光拡散部材との間に設けられ、前記第１の走査手段から射出されたレーザ光を平行化する平行化手段と、を備え、
   前記第１の走査手段によって走査され、かつ、前記光拡散部材によって拡散されたレーザ光を前記第２の走査手段によって走査することを特徴とするプロジェクタ。
3. 前記光拡散部材から射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で回転させる回転手段であることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で移動させる移動手段であることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。

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