JP4980178B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）等の複数色の光源を用いたプロジェクタ等の画像形成装置に関する。

スクリーン上に画像を投射するプロジェクタ等のディスプレイが知られている。従来、光源としては高圧水銀灯を用いたものが主流であったが、近年、光源としてレーザを用いたレーザディスプレイが検討されている。光源に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザを用いると、色再現範囲が飛躍的に広がり原色に近い色表現ができることや、低消費電力化が可能である等、様々なメリットがある。

一方、プロジェクタに対するニーズとしては、プロジェクタを携帯して持ち運べるサイズまでの小型化の要望もある。また、光源にレーザを用いた場合、スペックルノイズといった画質上の問題が生じることも分かっている。それらの要望や問題に対して、例えば、特許文献１や、特許文献２にあるような提案がなされている。
特開２００５−９９１６０号公報 特開平１１−６４７８９号公報

しかしながら、特許文献１では、レーザを小型化したことにより装置サイズを小型化できたが、価格が高くなってしまうといった問題を抱えている。さらに、特許文献２では、スペックルノイズを除去するために、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光源それぞれに対してスペックルノイズを除去する構成を盛り込んでいるため、装置サイズとして大きくなってしまうといった問題があった。

上記課題に鑑み、本発明は、簡単かつ安価な構成により装置サイズの小型化及びスペックルノイズの低減を同時に達成する画像形成装置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、本発明に係る画像形成装置は、複数のレーザ光源と、前記複数のレーザ光源からの複数のレーザ光を走査する回転多面鏡と、前記回転多面鏡により走査される複数のレーザ光を合波する合波部材とを備え、前記回転多面鏡の回転軸の延長線は、前記合波部材を通過する。

上記の画像形成装置では、複数のレーザ光源からのレーザ光を走査する回転多面鏡の回転軸の延長線が合波部材を通るように配置することにより、装置サイズの大幅な小型化を達成することができる。さらに、単一の回転多面鏡により複数のレーザ光を走査することにより、装置サイズの小型化を阻むことなく、複数のレーザ光に起因するスペックルノイズを効率よく除去することができる。

前記回転多面鏡の回転軸の延長線は、前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路が略同一の距離を有するよう、前記合波部材の中心の位置から所定の距離ずれていることが好ましい。

この場合、回転多面鏡の回転軸の延長線を合波部材の中心の位置から所定の距離ずらすことにより、複数のレーザ光のそれぞれに対応する回転多面鏡から合波部材までの各光路の距離を略同一にすることができる。このため、各光路の冗長性が無くなり、装置サイズをより小型化することができる。

前記複数のレーザ光源のそれぞれから前記回転多面鏡までの各光路上における前記回転多面鏡の近傍に配置された複数の集光素子、をさらに備え、前記集光素子は、前記レーザ光源からのレーザ光を前記回転多面鏡によるレーザ光の走査方向に集光して前記回転多面鏡の反射面に出射することが好ましい。

この場合、回転多面鏡に入射されるレーザ光が回転多面鏡の反射面内で集光されることにより、回転多面鏡の反射面のサイズ及び数を小さくすることができる。このため、装置サイズをより小型化することができる。

前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上に配置され、前記回転多面鏡により走査されるレーザ光が照射される複数の空間変調素子、をさらに備え、前記空間変調素子の被照射面に照射されるレーザ光の照射位置の移動速度が前記被照射面において均一化されるよう、前記回転多面鏡により走査される複数のレーザ光のそれぞれは前記回転多面鏡の近傍において前記空間変調素子の被照射面に略垂直な光に変換されることが好ましい。

この場合、回転多面鏡により走査されるレーザ光を空間変調素子の被照射面に略垂直な光に変換することにより、空間変調素子の被照射面でのレーザ光の照射位置の移動速度を均一化できる。このため、空間変調素子の被照射面の端部における照射位置の移動速度の上昇が抑えられ、この結果、被照射面における変調の均一性が向上する。

前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上における前記回転多面鏡の近傍に配置された複数の光平行化素子、をさらに備え、前記光平行化素子は、入射されるレーザ光を前記空間変調素子の被照射面に略垂直化することが好ましい。

この場合、各光路上に光平行化素子を配置することにより、レーザ光を空間変調素子の被照射面に略垂直な光に変換できる。このため、複雑な光学系を別途設ける必要は無く、装置サイズの小型化が図られる。

前記回転多面鏡の反射面は、前記回転多面鏡によるレーザ光の走査方向に所定の曲率を有し、前記所定の曲率は、前記反射面で反射した光が前記空間変調素子の被照射面に略垂直な光となるよう、設定されることが好ましい。

この場合、回転多面鏡の反射面に所定の曲率を持たせることにより、レーザ光を空間変調素子の被照射面に略垂直な光に変換できる。このため、複雑な光学系を別途設ける必要は無く、装置サイズの小型化が図られる。

前記回転多面鏡に設置された放熱用ファン、をさらに備え、前記放熱用ファンは、前記回転多面鏡と一体となって回転することが好ましい。

この場合、回転多面鏡の回転に合わせて放熱用ファンが回転することにより、放熱用ファン専用の回転駆動部を別途設けることなく、装置内での発熱を冷却することができる。このため、装置サイズの小型化が図られると共に、余分な電力消費も削減される。

前記回転多面鏡の各反射面の面倒れ量のばらつきの範囲は、０．１２度以上であることが好ましい。

この場合、回転多面鏡の反射面の面倒れによりレーザ光の光路が変動するので、視聴者によるスペックルノイズの視認度合いを低下させることができる。

前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上に配置された複数の光学系、をさらに備え、前記光学系は、前記レーザ光を伝搬する複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子のうちの少なくとも１つは、前記光路方向に対して略垂直方向に振動することが好ましい。

この場合、各光路上に配置された光学素子の振動によりレーザ光の光路が変動するので、視聴者によるスペックルノイズの視認度合いを低下させることができる。

前記回転多面鏡を回転させる駆動部、をさらに備え、前記振動する光学素子は、前記駆動部に接続され、前記駆動部により振動させられることが好ましい。

この場合、回転多面鏡の回転に連動させて光学素子を振動させることにより、光学素子の振動専用の駆動部を別途設けることなく、スペックルノイズを低減することができる。このため、装置サイズの小型化が図られると共に、余分な電力消費も削減される。

前記複数のレーザ光源からの複数のレーザ光のそれぞれは、前記回転多面鏡の周囲から互いに異なる方向から前記回転多面鏡に入射されており、前記複数のレーザ光源のそれぞれは、前記回転多面鏡により走査されるレーザ光の走査範囲の中心の位置を通るレーザ光が前記空間変調素子の被照射面の中心の位置に到達するように、前記複数のレーザ光のそれぞれの出射方向を設定して配置されていることが好ましい。

この場合、回転多面鏡から合波部材までの各光路上に配置される光学系の設計が容易となる。すなわち、回転多面鏡により走査されるレーザ光の走査方向がレーザ光の走査範囲の中心方向に対して左右対称となるように光学系を設計すればよい。

前記合波部材により合波されるレーザ光が照射されることにより画像を表示する液晶表示パネル、をさらに備えることが好ましい。

この場合、装置サイズが小型化され、スペックルノイズが低減された液晶表示装置を実現することができる。

前記合波部材は、クロスプリズムであることが好ましい。

この場合、複数のレーザ光を合波し、スクリーン上に投射する投射光学系を小型化することができる。

前記合波部材は、所定の角度で交差された２つのダイクロイックミラーであることが好ましい。

この場合、この場合、複数のレーザ光を合波し、スクリーン上に投射する投射光学系を小型化することができる。

前記回転多面鏡は、前記合波部材の上部または下部に配置されることが好ましい。

この場合、装置サイズの小型化をより効果的に行うことができる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成により装置サイズの小型化及びスペックルノイズの低減を同時に達成する画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一の部分には同一の符号を付し、図面で同一の符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における画像形成装置の概略構成を示す上面図、図２は、その側面図である。以下、図１及び図２を用いて、本実施の形態における画像形成装置の動作の仕組みを説明する。本実施の形態における画像形成装置の光学系は、Ｂ光源１ａ、Ｇ光源１ｂ、Ｒ光源１ｃを含む複数のレーザ光源と、Ｂ光源１ａ、Ｇ光源１ｂ、Ｒ光源１ｃに対応するシリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃと、回転多面鏡３と、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃと、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃと、反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃと、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃと、フィールドレンズ８ａ、８ｂ、８ｃと、空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃと、合波部材１０と、を備えている。シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃ、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃ、反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃ、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃ、フィールドレンズ８ａ、８ｂ、８ｃ、及び、空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃは、シリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃと同様、Ｂ光源１ａ、Ｇ光源１ｂ、Ｒ光源１ｃに対応している。

本実施の形態における画像形成装置の光学系においては、図２に示すように、合波部材１０の上部に回転多面鏡３を配置する２階構造を有している。すなわち、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃ、シリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ、回転多面鏡３、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃ、及び、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃは、２階部分に配置されており、残りの部材は、１階部分に配置されている。もちろん、本実施の形態は、この構成に限られるものではない。例えば、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃ、シリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ、回転多面鏡３、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃ、及び、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃを１階部分に配置し、残りの部材を２階部分に配置しても構わない。要は、回転多面鏡３及び合波部材１０の一方が他方の上部または下部に配置されると共に、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射され、回転多面鏡３により走査されたレーザ光が合波部材１０に導光されるように、その他の部材が配置されればよい。

レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃにて主走査方向に収束された状態で、回転多面鏡３に入射される。回転多面体３の反射面で反射された光は、主走査方向に走査される。ここで述べる主走査方向とは、回転多面鏡３による回転走査方向を指している。回転多面鏡３上で主走査方向にビームを集光することで、回転多面鏡３上でのビームの主走査方向のケラレを最小限に抑えることができる。このため、回転多面鏡３として小径の回転多面鏡を使用することが可能になり、装置を小型にすることが可能になる。

回転多面鏡３で反射されたビームは発散しているため、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにて略平行光に戻される。この場合、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃには、主走査方向にパワーを持つメニスカスレンズを用いることが有利である。

シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃによって略平行光になった各ビームは、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃにて反射され、１階部分に配置されている反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃに向かう。シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃの間隔及び曲率は、空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃ上での露光強度が上下方向で略均一になるように設定されている。反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃにて反射されたビームは、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃに入射し、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃにて所定角度範囲に透過拡散される。その後、フィールドレンズ８ａ、８ｂ、８ｃにてテレセントリックに変換された後、空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃに入射する。空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃにて空間変調された光は、合波部材１０にてＲ、Ｇ、Ｂ各色を合波された後、投射レンズ１１に出射され、投射レンズ１１を経由してスクリーン１２に画像として投射される。

次に、本実施の形態のシリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃ及び４ａ、４ｂ、４ｃを有する光学系の利点について説明する。すなわち、本実施の形態においては、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光はシリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃにより回転多面鏡３の主走査方向に集光されると共に、回転多面鏡３の反射面による反射光はシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにより再び略平行光となり、合波部材１０に導光される。本実施の形態は、このシリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃによる集光及びシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃによる平行化によって、次のような特有の効果を有している。以下、この特有の効果について具体的に説明する。

ここでは、Ｒ光源１ｃの主走査方向における平行ビーム径が２ｍｍ、回転多面鏡３からシリンドリカルレンズミラーアレイ５ｃ、反射ミラー６ｃ、拡散板７ｃ、フィールドレンズ８ｃを経由して空間変調素子９ｃまでの距離が５０ｍｍ程度、空間変調素子９ｃの幅が主走査方向に１５ｍｍであった場合を例にして説明する。まず、本実施の形態のシリンドリカルレンズ２ｃ、４ｃが無い光学系について考える。

シリンドリカルレンズ２ｃで主走査方向に集光せず、さらにシリンドリカルレンズ４ｃを通さない状態では、レーザの走査期間のデューティ比を９０％程度に保つと、回転多面鏡３の面数は３６面程度必要になる。さらに、回転多面鏡３の反射面の１面あたり主走査方向に２ｍｍの幅を持たせると、回転多面鏡３の内接円の半径は最低でも１２ｍｍ以上必要になり、回転多面鏡３のサイズは巨大なものとなってしまう。この結果、回転多面鏡３のサイズが装置全体のサイズを大きくしてしまう。仮に、合波部材１０が２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍの直方体のクロスプリズムであれば、クロスプリズムの上側もしくは下側に配置した回転多面鏡３のサイズはクロスプリズムを上から見た投影面積よりも大サイズになってしまい、回転多面鏡３のサイズが装置サイズの律速になってしまう。

次に、回転多面鏡３の前後に本実施の形態のシリンドリカルレンズ２ｃ、４ｃを配置した場合について考える。この場合、シリンドリカルレンズ２ｃで主走査方向に集光し、さらにシリンドリカルレンズ４ｃを通すと、回転多面鏡３に必要とされる面数は１２面程度なり、上記の場合と比べて少なくすることができる。回転多面鏡３の内接円の半径も５ｍｍ程度あれば、回転多面鏡３の反射面の１面あたりの大きさを主走査方向に２ｍｍ以上の幅を持つことになる。回転多面鏡３上で主走査方向にビームを絞っていることもあり、十分な反射面のサイズであるといえる。このサイズであれば、合波部材１０のサイズが上記と同じ２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍであったとしても、その投影面積から回転多面鏡３がはみ出すことはなく、装置サイズの律速にならない。また、面数が１２面程度の回転多面鏡は、汎用のレーザプリンタ等で広く量産されており、入手性やコストの観点でも３６面のポリゴンよりも有利である。さらには、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃが挿入されたことにより、空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃ上の走査左右端での走査速度のアップを抑えることができるため、主走査方向での露光均一性が向上する。

以上のように、シリンドリカルレンズ２ｃによる集光及びシリンドリカルレンズ４ｃによる平行化によって、スペース的、コスト的、入手性、露光均一性の観点等多くの面で有利になる。なお、上記の例では、Ｒ光源１ｃの系を例にして述べたが、もちろんＧ光源１ｂ、Ｂ光源１ａそれぞれに対しても全く同じことが言える。

本実施の形態では、主走査方向のみにパワーを持つシリンドリカルレンズ２ｃ、４ｃを用いたが、回転多面鏡３の厚み方向のビーム径によっては、反射面の厚み方向にもシリンドリカルレンズ２ｃ、４ｃにパワーを持たせて、厚み方向のケラレをなくす構成を持たせることも、当然可能である。

次に、本実施の形態の回転多面鏡３を有する光学系の利点について説明する。

一般に、スペックルノイズを除去する手段として、背景技術で述べた特開平１１−６４７８９号公報に開示されているように、複数光源の各光路に回転するレンチキュラーレンズを配置することが考えられている。この場合、レンチキュラーレンズ回転用のモータが光源の個数分だけ必要になるため、特に、複数光源を持つ小型のプロジェクタへの採用は装置サイズやコストの観点で問題となる。また、スペックルノイズは、特開平１１−６４７８９号公報にあるようなレンチキュラーレンズ以外でも、一般にガルバノスキャナ等で走査することにより低減させることは可能である。しかし、ガルバノスキャナを特開平１１−６４７８９号公報のように、複数光源の各光路に挿入しては、上記のレンチキュラーレンズと同じ理由で、小型化や低コスト化が困難である。

それに対し、本実施の形態の回転多面鏡３によれば、複数の光源１ａ、１ｂ、１ｃからの複数ビームを回転多面鏡３にその周囲から入射させることにより、単一の走査手段である回転多面鏡３により複数ビームを走査することができる。このため、複数光源であっても走査手段の数を増やすことなく、スペックルノイズを取ることができ、コスト的、スペース的に有利である。さらには、本実施の形態の回転多面鏡３においては、合波部材１０の内部を回転多面鏡３の回転軸の延長線が通るように、回転多面鏡３と合波部材１０を上下方向に配置する。そうすることにより、回転多面鏡３から合波部材１０までの各複数のビームの光路を略同一にすることが可能となり、各ビームの光路に冗長性が無くなり、さらに大幅な小型化が可能になる。

次に、本実施の形態の回転多面鏡３と合波部材１０との位置関係について説明する。ここでは、合波部材１０としてクロスプリズムを用いた場合について説明する。もちろん、本実施の形態は、合波部材１０をクロスプリズムとしたものに限られるものではない。例えば、２枚のダイクロイックミラーを所定の角度で交差させることによってＲ、Ｇ、Ｂの各レーザ光を合波しても構わない。

本実施の形態における画像形成装置の光学系においては、図１に示すように、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光源１ａ、１ｂ、１ｃは、デッドスペース１３ａ、１３ｂの内部に配置されており、その配置により装置の設置場所を有効に活用する。デッドスペース１３ａ、１３ｂに各Ｒ、Ｇ、Ｂ光源１ａ、１ｂ、１ｃを配置すると、図３に示すように、各Ｒ、Ｇ、Ｂの偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対して各Ｒ、Ｇ、Ｂの入射ビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれぞれ或る角度を成して回転多面鏡３の反射面に入射することになる。具体的には、Ｂ光源１ａからの入射ビーム１７ａは、偏向中心方向１６ａに対して入射角度θ１で入射し、Ｇ光源１ｂからの入射ビーム１７ｂは、偏向中心方向１６ｂに対して入射角度θ２で入射し、Ｒ光源１ｃからの入射ビーム１７ｃは、偏向中心方向１６ｃに対して入射角度θ３で入射している。各入射ビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、回転多面鏡３の回転により各偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃを中心として走査される。ここで、回転多面鏡３で各偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃに反射したビームが空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃの中心に向かうように、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光源１ａ、１ｂ、１ｃを配置すればよい。具体的には、上記の各入射角度θ１、θ２、θ３を調節すればよい。そうすることにより、回転多面鏡３から後段の光学系は、回転多面鏡３からの各ビームが偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃを中心として左右対称な角度を走査するように設計すれば良く、光学系の設計が容易となる。

上記のように入射角度θ１、θ２、θ３が調節された場合、図３に示すように、回転多面鏡３の回転中心１４とクロスプリズム１０の中心１５とは、所定の距離だけずれて配置されることになる。具体的には、図３に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂの各入射ビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃを３方向から回転多面鏡３に入射する場合、クロスプリズム１０の対角線上の中心１５から距離Ｘ及びＹずれた位置に回転多面鏡３の回転中心１４を配置すると良い。

なお、クロスプリズム１０の中心１５に対して回転多面鏡３の回転中心１４がずれたことで、回転多面鏡３の内接円の直径をクロスプリズム１０の縦横長さ以下にする必要がある。前述の通り、回転多面鏡３上で入射ビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃを主走査方向に集光することで、回転多面鏡３の内接円の直径をクロスプリズム１０の縦横長さに対して小さくすることができる。具体的には、例えば、図３のＲ、Ｇ、Ｂ各レーザの回転多面鏡３への入射ビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃと偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃとの成す角度を５０度とし、クロスプリズムの大きさが前述と同じく２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍであった場合、回転多面鏡３の内接円の半径を７ｍｍ、面数を１２面にすることができる。さらに、回転多面鏡３の回転中心１４はクロスプリズム１０の中心１５からＸ＝Ｙ＝２．８５ｍｍの位置に配置するのが偏向中心方向１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対して左右均等に走査できる最も良い配置となり、この時、回転多面鏡３はクロスプリズム１０よりもはみ出すことなく、装置サイズの律速にならない。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１の画像形成装置において、簡単な構成により放熱機構を実現する形態である。図４は、本実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す側面図である。

通常、プロジェクタ等の画像形成装置を小型化して行くと、装置の表面積が小さくなることから、装置内の放熱も重要になる。しかしながら、そのために新たにファン等を追加すると、小型化に対して逆行する。

そこで、本実施の形態における画像形成装置は、図４に示すように、回転多面鏡３に取り付けられたファン１８、をさらに備えている。ファン１８は、回転多面鏡３と共に一体となって高速回転し、その高速回転により送風を生成して装置内で発生する熱を装置外に放出する。本実施の形態においては、回転多面鏡３が合波部材１０の上部または下部に配置され、装置の中心部に位置している。このため、回転多面鏡３と一体化されたファン１８の回転により生成される送風は装置の中心部から装置内全体に行き渡ることになる。この結果、装置内からの発熱は効率よく装置外に放出されることになる。さらに、回転多面鏡３の回転によりファン１８を回転させることができるので、ファン１８の回転専用の駆動機構を別途設ける必要が無く、安価な構成により放熱機構を実現できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１及び２の画像形成装置において、回転多面鏡の反射面に生じる面倒れを用いてスペックルノイズを除去する形態である。図５は、本実施の形態における画像形成装置に用いられる回転多面鏡の拡大側面図である。以下、図５を用いて、回転多面鏡３の面倒れを用いたスペックルノイズの除去方法について説明する。

回転多面鏡３は、図５に示すように、その製造工程にて反射面と回転軸とが略平行になるように加工されるが、一般にはわずかながら反射面には倒れが生じる。例えば、反射面１９ａは回転軸に略平行であるが、反射面１９ｂでは下向きに倒れが生じ、また、反射面１９ｃでは上向きに倒れが生じる。一般に、これを面倒れと呼んでいる。このように回転多面鏡３の反射面に面倒れがあると、図５に示すように、回転多面鏡３の各反射面１９ａ、１９ｂ、１９ｃで反射したビームは、上下方向にわずかに光路がずれることになる。例えば、反射面１９ａで反射したビームは略水平に方向２０ａに進行するが、反射面１９ｂで反射したビームは、下向きに方向２０ｂに進行し、反射面１９ｃで反射したビームは上向きに方向２０ｃに進行することになる。

この状態で回転多面鏡３が回転走査すると、ビームは主走査方向に走査されながら、各面ごとに面倒れの分だけ上下方向（回転多面鏡３の厚み方向）に光路がずれることになり、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃ上での照射領域もずれることになる。このため、スペックルパターンが各反射面１９ａ、１９ｂ、１９ｃごとに変動することになる。これにより、視認されるスペックルノイズが低減されることになる。具体的には、通常、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃ上で２００μｍ程度の位置変動があると、スペックルノイズが視認されにくくなることが分かっており、回転多面鏡３から拡散板７ａ、７ｂ、７ｃまでの距離を５０ｍｍとすると、回転多面鏡３の一回転内で０．１２°程度の面倒れがあると、スペックルノイズが視認されにくくなることになる。これも、単一の回転多面鏡３の面倒れ精度のみの規定により、複数ビームのスペックルを一度に低減させることができるため、非常に効果が大きい。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１及び２の画像形成装置において、光学系を構成する部材を振動させることによりスペックルノイズを除去する形態である。

本実施の形態における画像形成装置においては、図１及び２において、各Ｒ、Ｇ、Ｂの各光路に配置された、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃ、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃ、反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃ、拡散板７ａ、７ｂ、７ｃ、及び、フィールドレンズ８ａ、８ｂ、８ｃのうちのいずれかもしくは複数の部材を、上下もしくは左右方向に振動させることによりスペックルノイズを低減させることが可能である。これは、仮に、図５での回転多面鏡３の反射面の面倒れが無い場合でも、前記いずれかの部材を振動させることで、スペックルパターンを変動させて視認されるスペックルノイズを低減させることができる。ただし、複数ビームの場合は、各光路でそれぞれ振動させる必要があるため、モータ等を各光路で振動させる部品に取り付けるか、もしくは単一のモータ等で各光路の振動させる部材を連動させて動かす等の工夫が必要になる。

本実施の形態においては、上記の実施の形態３の回転多面鏡３の面倒れ精度を規定するを同時に行っても良い。そうすることで更なるスペックルノイズの低減が図れる。

本実施の形態においては、上記の振動させる部材を振動させるためのモータを、回転多面鏡３のモータと併用することも考えられる。例えば、図６に示すように、回転多面鏡３の回転軸に周囲方向で厚みの違う円盤形状の部材２１を取り付け、回転多面鏡３の直後のシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃを部材２１の厚みに連動して上下するようにしておく。そして、回転多面鏡３は、回転多面鏡３の回転軸に接続されたモータを有する駆動部３１により回転駆動されている。こうすることで、回転多面鏡３の回転時には、連動して部材２１も回転し、それに伴いシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃも上下振動することになり、それにより光路が変動し、スペックルパターンが変動し、スペックルノイズが軽減されることになる。これにより、新たなモータの追加なく、低コストで簡便にさらなるスペックルノイズの低減が可能になる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。上記の実施の形態１では、回転多面鏡３の反射面による反射光をシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにより再び略平行光とした後、合波部材１０に導光するものであった。本実施の形態では、上記の実施の形態１において、回転多面鏡３の反射面による反射の際に略平行化することによりシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃを不要とする形態である。図７は、本実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す上面図である。

本実施の形態の回転多面鏡２２は、図７に示すように、主走査方向に所定の曲率を持つ反射面を有している。このため、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されるレーザ光がシリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃにより回転多面鏡２２の主走査方向に集光され、集光したビームは、回転多面鏡２２の反射面による反射の際に略平行ビームに変換されている。こうすることで、上記の実施の形態１では必要であった回転多面鏡３の直後のシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃが不要となる。空間変調素子９ａ、９ｂ、９ｃ上の走査端での走査速度のアップによる露光強度の均一性を抑えることはできなくなるが、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃ毎に持っているシリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃをなくすことができるため、部品点数の削減に寄与することができる。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態１〜５においては、画像形成装置としてスクリーン上に画像を投射するプロジェクタ等のディスプレイ装置を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、液晶表示画面を背面から照明する液晶ディスプレイ装置であっても構わない。図８に、本発明の実施の形態６における画像形成装置の概略構成を示す。

本実施の形態における画像形成装置においては、図８に示すように、レーザ光源１ａ、１ｂ、１ｃから出射されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ２ａ、２ｂ、２ｃにて主走査方向に収束された状態で、回転多面鏡３に入射される。回転多面体３の反射面で反射された光は、主走査方向に走査される。

回転多面鏡３で反射されたビームは、シリンドリカルレンズ４ａ、４ｂ、４ｃにて略平行光に戻され、略平行光になった各ビームは、シリンドリカルミラーアレイ５ａ、５ｂ、５ｃにて反射され、１階部分に配置されている反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃに向かう。反射ミラー６ａ、６ｂ、６ｃにて反射されたビームは、フィールドレンズ８ａ、８ｂ、８ｃにてテレセントリックに変換された後、合波部材１０にて合波され、照明光学系２３により液晶表示パネルユニット２４に照射される。

以上説明したように、本発明の実施の形態１〜６によれば、簡単かつ安価な構成により、プロジェクタ等の画像形成装置の小型化及びスペックル対策を同時に達成することができる。

本発明に係る画像形成装置は、携帯可能な小型プロジェクタとして応用することが可能である。

本発明の実施の形態１における画像形成装置の概略構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態１における画像形成装置の概略構成を示す側面図である。 合波部材と回転多面鏡との位置関係及び回転多面鏡に対する各レーザ光の入射角度を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における画像形成装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態３における画像形成装置に用いられる回転多面鏡の拡大側面図である。 本発明の実施の形態４における画像形成装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の実施の形態５における画像形成装置の概略構成を示す上面図である。 本発明の実施の形態６における画像形成装置の概略構成を示す上面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ 光源
２ａ、２ｂ、２ｃ、４ａ、４ｂ、４ｃ シリンドリカルレンズ
３、２２ 回転多面鏡
５ａ、５ｂ、５ｃ シリンドリカルミラーアレイ
６ａ、６ｂ、６ｃ 反射ミラー
７ａ、７ｂ、７ｃ 拡散板
８ａ、８ｂ、８ｃ フィールドレンズ
９ａ、９ｂ、９ｃ 空間変調素子
１０ 合波部材
１１ 投射レンズ
１２ スクリーン
１３ａ、１３ｂ デッドスペース
１４ 回転中心
１５ 中心
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 偏向中心方向
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 入射ビーム
１８ ファン
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 反射面
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 反射方向
２１ 円盤形状の部材
２３ 照明光学系
２４ 液晶表示パネルユニット
３１ 駆動部

Claims (15)

1. 複数のレーザ光源と、
   前記複数のレーザ光源からの複数のレーザ光を走査する回転多面鏡と、
   前記回転多面鏡により走査される複数のレーザ光を合波する合波部材と
   を備え、
   前記回転多面鏡の回転軸の延長線は、前記合波部材を通過することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記回転多面鏡の回転軸の延長線は、前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路が略同一の距離を有するよう、前記合波部材の中心の位置から所定の距離ずれていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数のレーザ光源のそれぞれから前記回転多面鏡までの各光路上における前記回転多面鏡の近傍に配置された複数の集光素子、をさらに備え、
   前記集光素子は、前記レーザ光源からのレーザ光を前記回転多面鏡によるレーザ光の走査方向に集光して前記回転多面鏡の反射面に出射する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。
4. 前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上に配置され、前記回転多面鏡により走査されるレーザ光が照射される複数の空間変調素子、をさらに備え、
   前記空間変調素子の被照射面に照射されるレーザ光の照射位置の移動速度が前記被照射面において均一化されるよう、前記回転多面鏡により走査される複数のレーザ光のそれぞれは前記回転多面鏡の近傍において前記空間変調素子の被照射面に略垂直な光に変換されることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上における前記回転多面鏡の近傍に配置された複数の光平行化素子、をさらに備え、
   前記光平行化素子は、入射されるレーザ光を前記空間変調素子の被照射面に略垂直化することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記回転多面鏡の反射面は、前記回転多面鏡によるレーザ光の走査方向に所定の曲率を有し、
   前記所定の曲率は、前記反射面で反射した光が前記空間変調素子の被照射面に略垂直な光となるよう、設定されることを特徴とする請求項４または５に記載の画像形成装置。
7. 前記回転多面鏡に設置された放熱用ファン、をさらに備え、
   前記放熱用ファンは、前記回転多面鏡と一体となって回転することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記回転多面鏡の各反射面の面倒れ量のばらつきの範囲は、０．１２度以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記複数のレーザ光のそれぞれに対応する前記回転多面鏡から前記合波部材までの各光路上に配置された複数の光学系、をさらに備え、
   前記光学系は、前記レーザ光を伝搬する複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子のうちの少なくとも１つは、前記光路方向に対して略垂直方向に振動することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記回転多面鏡を回転させる駆動部、をさらに備え、
    前記振動する光学素子は、前記駆動部に接続され、前記駆動部により振動させられることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記複数のレーザ光源からの複数のレーザ光のそれぞれは、前記回転多面鏡の周囲から互いに異なる方向から前記回転多面鏡に入射されており、
    前記複数のレーザ光源のそれぞれは、前記回転多面鏡により走査されるレーザ光の走査範囲の中心の位置を通るレーザ光が前記空間変調素子の被照射面の中心の位置に到達するように前記複数のレーザ光のそれぞれの出射方向を設定して配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記合波部材により合波されるレーザ光が照射されることにより画像を表示する液晶表示パネル、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の画像形成装置。
13. 前記合波部材は、クロスプリズムであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記合波部材は、所定の角度で交差された２つのダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 前記回転多面鏡は、前記合波部材の上部または下部に配置されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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