JP5505121B2 - 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 - Google Patents
集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5505121B2 JP5505121B2 JP2010141527A JP2010141527A JP5505121B2 JP 5505121 B2 JP5505121 B2 JP 5505121B2 JP 2010141527 A JP2010141527 A JP 2010141527A JP 2010141527 A JP2010141527 A JP 2010141527A JP 5505121 B2 JP5505121 B2 JP 5505121B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- light source
- unit
- condensing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Facsimile Scanning Arrangements (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Description
光源505−R、505−G、505−Bは、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)のレーザー光AR、AG、ABを放射する。レンズ506−R、506−G、506−Bは、レーザー光AR、AG、ABを集光する。ダイクロイックミラー507−R、507−G、507−Bは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させる。MEMSミラー501は、水平方向及び垂直方向に回動されることで、傾斜角が可変である。そして、MEMSミラー501は、ダイクロイックミラー507−R、507−G、507−Bからの赤色光、緑色光、青色光を反射させることで、投影面503に画像を投影させる。制御回路502は、MEMSミラー501を水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号VINに応じて光源505−R、505−G、505−Bから光強度変調されたレーザー光を放射させる。
これは、微細凹凸を有する拡散表面を照射したレーザー光が散乱し、不規則な位相関係で干渉し合うことによって生じる。
スペックルの除去は、コヒーレンスを低下させること、あるいはスペックルを平均化することで成し遂げられる。
コヒーレンスの低下は、レーザー光の高周波重畳による波長幅の拡大化や、コヒーレンス長よりも大きな位相差を与えたレーザー光の多重化、などの手法であり、レーザー光のコヒーレント性(可干渉性)自体を解消する(例えば、特許文献2(特許第3594384号公報)参照)。
しかしながら、上記の方法では、時間コヒーレンスを十分に低減させることができず、レーザーとしての干渉特性は残るため十分な効果は得られない。
しかしながら、拡散素子を振動・回転させるためにモータ等の駆動部があるため、プロジェクタ装置のサイズが大きくなるといった問題がある。
[1]:複数の異なる波長のレーザー光を出射する光源(例えば中心波長がλ1、λ2、λ3で、λ1>λ2>λ3の関係を有する3種類のレーザー光源)と、前記光源から出射されるレーザー光を変調駆動制御する光源制御部と、前記レーザー光をカップリングするカップリングレンズと、前記レーザー光の光路を1つに合成する光路合成手段と、前記1つの光路に合成されたレーザー光を収束光とする集光レンズと、前記レーザー光源と前記集光レンズとの間の光路上に配置され、前記複数の光源から射出された光束の光軸方向に垂直な光学有効範囲に少なくとも2以上の分割領域を有する位相差付与構造素子と、を有する集光光学ユニットにおいて、前記位相差付与構造素子は、分割領域の光軸方向の厚さがそれぞれ異なるランダム段差構造であって、前記光源制御部は、前記光源から出射されたレーザー光の波長幅を変動するように入力電流信号波形を制御し、かつ、中心波長が時間的に変動するように制御し、
前記位相差付与構造素子は、前記分割領域の光軸方向の厚さがそれぞれ異なるランダム段差を有し、該ランダム段差に入射する光束の波長をλ1、前記位相差付与構造素子の分割領域ピッチをPとしたとき、次の式(1):
sin -1 (λ1/P)<1.0 (1)
を満たすことを特徴とする(請求項1)。
[4]:[3]に記載の光走査装置において、前記走査手段として、前記集光光学ユニットにより収束光とされたレーザー光を反射させる、互いに直交する2軸方向に回動するMEMSミラーを用いたことを特徴とする(請求項4)。
[5]:[3]または[4]に記載の光走査装置において、前記走査手段からのレーザー光を投影面上に拡大投影する投影レンズを備えたことを特徴とする(請求項5)。
sin -1 (λ1/P)<1.0 (1)
を満たすことを特徴とするので、安価で、機械的な駆動部を使用せずに、スペックルノイズを除去できる小型な集光光学ユニットを実現することができる。また、回析効果の影響を抑制し、集光特性を劣化させにくい構造を実現することができる。
また、解決手段の[4]に記載の光走査装置は、[3]の構成に加え、前記走査手段として、集光光学ユニットにより収束光とされたレーザー光を反射させる、互いに直交する2軸方向に回動するMEMSミラーを用いたことにより、小型な光走査装置を実現することができる。
さらに解決手段の[5]に記載の光走査装置は、[3]または[4]の構成に加え、前記走査手段からのレーザー光を投影面上に拡大投影する投影レンズを備えたことにより、波長の異なる3つのレーザー光のスポットを投影面に拡大投影することができるスペックルノイズの影響が小さい光走査装置を実現することができる。
本発明の第1の実施例として図1に集光光学ユニットの機能構成例を示す。この集光光学ユニット200は、制御回路100と、赤色の光(波長λ1)を出射する光源1と、緑色の光(波長λ2)を出射する光源2と、青色の光(波長λ3)を出射する光源3と、カップリングレンズ4、5、6と、光路合成手段7と、集光レンズ18とで構成されている。そして、集光光学ユニット200は3個の光源1、2、3から出射された光を投影面13上に集光する。
なお、以下の実施例では、光源が3つ(RGB)の場合を説明するが、光源が2つ以上の場合、同様に実施することができる。また、光源としては、各波長のレーザー光を出射する半導体レーザー(LD)が用いられる。
制御回路100は、LD駆動電流の制御として、正弦波もしくは矩形波等の時間的に変化する信号波形が入力される。図2に示すように、この信号波形に高周波を重畳させることで、波長幅をブロード化Δλwすることが可能であり、コヒーレンス(可干渉性)を低下させることができる(図3(b))。
これらの高周波変調は、図2に示すような矩形波形のボトムがゼロとなるRZ変調であることが好ましい。
位相差Δφ=(n−1)d/Δλ
で表される。
したがって、位相差Δφは、厚さに比例して変化する。ランダムに構成される厚さが、2倍の領域があれば、損領域で発生する位相差の変化は2倍になる。
本実施例において、位相差付与構造素子12は、格子状に分割される構成としたが、同心円状でもよく、また領域の大きさはランダムであっても良い。
また、時間的な位相分布変化が生じる事により、集光スポットの強度分布、集光位置に時間的変化を生じさせることも可能である。像面となる表面の凹凸構造に対して、スポットの強度分布、集光位置を変えることで、表面の凹凸構造での散乱度合いが変化するため、スペックルを発生させるビームの干渉パターンが変化する。
なお、上述の構成では、位相差付与構造素子12を光路合成プリズム7と集光レンズ18との間の光路上に設けたが、レーザー光源1、2、3と集光レンズ18との間の光路のいずれかの箇所に配置すればよい。
また、本発明では、前記特許文献3のような機械的に駆動する部分もなく、照明領域に応じた大きさで作製すればよいので、レーザーを光源とするプロジェクタ等の光学機器に組み込んでも、機器の小型化を図ることが可能である。また、液晶などの位相変調デバイスと比べて、デバイスの電気的な制御が必要なく、安価な構成で実現できるスペックル解消手段として有効である。
従って、本発明によれば、安価で、機械的な駆動部を使用せずに、スペックルノイズを除去できる小型な集光光学ユニットを実現することができる。
本発明の第2の実施例として図6に集光光学ユニットの別の機能構成例を示す。この集光光学ユニット300の基本的な構成は図1と同様であり、制御回路100と、赤色の光(波長λ1)を出射する光源1と、緑色の光(波長λ2)を出射する光源2と、青色の光(波長λ3)を出射する光源3と、カップリングレンズ4、5、6と、光路合成手段7と、位相差付与構造素子12と、集光レンズ18とを備えているが、本実施例では、位相差付与構造素子12は複数の分割領域に、ランダム段差を付加した素子である。
この場合、付加される位相が一定で且つ規則的に付いていると、位相格子になってしまうが、完全にランダムである場合には、マクロ的に見れば、入射したレーザーはランダムな位相分布を付加されて伝播すると考えてよい。
θ=sin-1(nλ/P)<1.0 (1)
前述の実施例では、位相差付与構造素子12は、平行光路中に配置される構成としたが、ビーム径最大位置に配置されることが好ましい。これにより、上記の式(1)を満たし、かつレーザービームの有効範囲に対して、分割領域の数を増やすことができるため、波長変動にともなう位相分布変化を大きくすることができる。
本発明の第3の実施例として図7に投影型画像表示装置の構成例を示す。
ここでは、一例として図1に示した構成の集光光学ユニットを用いた投影型画像表示装置(走査型プロジェクタ)の実施例を示す。図1と同機能の部品、部位には同一番号が付してある。なお、ここでは図1に示した構成の集光光学ユニットを用いているが、図6にた示した構成の集光光学ユニットを用いても同様に構成することができる。
これによって、スクリーン等の投影面13上には2次元的な投影像が形成されることとなる。
特にMEMSミラーは非常に小型で低消費電力であるため、小型プロジェクタに用いるには最も適している。
また、図7では1枚で2軸可動なものを示したが、1軸に可動なミラーを2つ用いても良い。
このため、微小ミラー91に入射するビームの反射方向が変化し、これにより、ビームを2次元方向に走査することができる。
また、本実施例では、波長の異なる3つの光源のレーザー光の出力を走査手段11の動きに同期して制御する制御装置100を有しているので、小型で、投影面上のスポットの収差の小さい投影型画像表示装置を実現することができる。
実施例3で示した超小型な投影型画像表示装置を、電子機器に内蔵した例を図9に示す。図9は電子機器の一例である携帯電話70に本発明の投影型画像表示装置を内蔵した例である。
図9においては、携帯電話70に本発明の投影型画像表示装置71を内蔵し、スクリーン73上に照明光72を2次元的に走査し画像を形成する。スクリーン73は特別なものでなく、机や壁等でも良い。
なお、本実施例では、携帯電話70に投影型画像表示装置を内蔵した例を示したが、電子機器としては、デジタルカメラ、ノートパソコン、PDA等の携帯端末などでもよい。
4、5、6:カップリングレンズ
7:光路合成手段
11:走査手段
12:位相差付与構造素子
13:投影面
18:集光レンズ
19:ビーム径拡大レンズ
70:携帯電話(電子機器)
90:MEMSミラー
100:制御装置(制御回路)
200、300:集光光学ユニット
400:投影型画像表示装置
Claims (7)
- 複数の異なる波長のレーザー光を出射する光源と、
前記光源から出射されるレーザー光を変調駆動制御する光源制御部と、
前記レーザー光をカップリングするカップリングレンズと、
前記レーザー光の光路を1つに合成する光路合成手段と、
前記1つの光路に合成されたレーザー光を収束光とする集光レンズと、
前記レーザー光源と前記集光レンズとの間の光路上に配置され、前記複数の光源から射出された光束の光軸方向に垂直な光学有効範囲に少なくとも2以上の分割領域を有する位相差付与構造素子と、
を有する集光光学ユニットにおいて、
前記位相差付与構造素子は、分割領域の光軸方向の厚さがそれぞれ異なるランダム段差構造であって、
前記光源制御部は、前記光源から出射されたレーザー光の波長幅を変動するように入力電流信号波形を制御し、かつ、中心波長が時間的に変動するように制御し、
前記位相差付与構造素子は、前記分割領域の光軸方向の厚さがそれぞれ異なるランダム段差を有し、該ランダム段差に入射する光束の波長をλ1、前記位相差付与構造素子の分割領域ピッチをPとしたとき、次の式(1):
sin -1 (λ1/P)<1.0 (1)
を満たすことを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1に記載の集光光学ユニットにおいて、
前記カップリングレンズから前記位相差付与構造素子までの光路中に、ビーム径を拡大する拡大レンズを備えたことを特徴とする集光光学ユニット。 - 請求項1または2に記載の集光光学ユニットと、
前記集光光学ユニットにより収束光とされたレーザー光を2次元的に走査する走査手段と、を備えることを特徴とする光走査装置。 - 請求項3に記載の光走査装置において、
前記走査手段として、前記集光光学ユニットにより収束光とされたレーザー光を反射させる、互いに直交する2軸方向に回動するMEMSミラーを用いたことを特徴とする光走査装置。 - 請求項3または4に記載の光走査装置において、
前記走査手段からのレーザー光を投影面上に拡大投影する投影レンズを備えたことを特徴とする光走査装置。 - 請求項3〜5のいずれか一つに記載の光走査装置と、前記光走査装置を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記光走査装置の光源の発光を制御する光源制御回路と、
前記走査手段の偏向角度を制御する偏向角制御回路と、
取得した画像データを適宜補正して前記偏向角制御回路及び前記光源制御回路に送信する画像処理回路と、
を有することを特徴とする投影型画像表示装置。 - 請求項6に記載の投影型画像表示装置を内蔵したことを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010141527A JP5505121B2 (ja) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010141527A JP5505121B2 (ja) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012008193A JP2012008193A (ja) | 2012-01-12 |
JP5505121B2 true JP5505121B2 (ja) | 2014-05-28 |
Family
ID=45538853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010141527A Active JP5505121B2 (ja) | 2010-06-22 | 2010-06-22 | 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5505121B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5950404B2 (ja) * | 2012-11-13 | 2016-07-13 | 日本電信電話株式会社 | レーザディスプレイ装置 |
JP6478008B2 (ja) * | 2014-08-04 | 2019-03-06 | 株式会社リコー | 画像表示装置 |
JP2019047248A (ja) | 2017-08-31 | 2019-03-22 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 映像投射制御装置、映像投射制御方法、プログラム、および映像投射装置 |
CN108732712B (zh) * | 2018-05-25 | 2020-09-15 | 歌尔股份有限公司 | 光路调节方法和光路调节装置 |
US11852865B2 (en) | 2020-09-24 | 2023-12-26 | Apple Inc. | Optical system with phase shifting elements |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6344726A (ja) * | 1986-08-12 | 1988-02-25 | Norihisa Ito | エキシマレ−ザを用いたステツパの照明光学装置 |
JP3594384B2 (ja) * | 1995-12-08 | 2004-11-24 | ソニー株式会社 | 半導体露光装置、投影露光装置及び回路パターン製造方法 |
JP4182580B2 (ja) * | 1999-01-18 | 2008-11-19 | ソニー株式会社 | 照明装置及び画像表示装置 |
JP4162484B2 (ja) * | 2002-12-26 | 2008-10-08 | 三洋電機株式会社 | 投写型映像表示装置 |
JP4598676B2 (ja) * | 2003-12-24 | 2010-12-15 | パナソニック株式会社 | 2次元走査型画像表示装置 |
JPWO2005083494A1 (ja) * | 2004-02-27 | 2007-08-09 | 松下電器産業株式会社 | ディスプレイ装置 |
JP4182032B2 (ja) * | 2004-07-30 | 2008-11-19 | キヤノン株式会社 | 表示光学系および画像投射装置 |
JP4031481B2 (ja) * | 2005-01-05 | 2008-01-09 | 日本電信電話株式会社 | 投影型表示器 |
JP2007192989A (ja) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Seiko Epson Corp | スクリーンおよびリアプロジェクタ |
JP4868966B2 (ja) * | 2006-07-21 | 2012-02-01 | 三菱電機株式会社 | 画像表示装置 |
JP4475302B2 (ja) * | 2007-08-07 | 2010-06-09 | セイコーエプソン株式会社 | プロジェクタ及び投射装置 |
WO2009028438A1 (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | 画像表示装置 |
-
2010
- 2010-06-22 JP JP2010141527A patent/JP5505121B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012008193A (ja) | 2012-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10930187B1 (en) | Waveguide display with two-dimensional scanner | |
US7762673B2 (en) | Illumination system to eliminate laser speckle and projection system employing the same | |
JP5168526B2 (ja) | 投射型映像表示装置 | |
US7484340B2 (en) | Displaying optical system and image projection apparatus | |
JP5147849B2 (ja) | プロジェクタ | |
JP4332355B2 (ja) | レーザ投影ディスプレイシステム | |
US10073260B2 (en) | Method for reducing speckle | |
JP5338698B2 (ja) | 画像表示装置 | |
JP5262721B2 (ja) | 画像表示装置 | |
US20060033009A1 (en) | Displaying optical system and image projection apparatus | |
US7616379B2 (en) | One-dimensional illumination apparatus and image generating apparatus | |
US7119936B2 (en) | Speckle reduction for display system with electromechanical grating | |
JPWO2005008330A1 (ja) | 2次元画像形成装置 | |
JP2007528020A (ja) | 投影装置 | |
WO2012111698A1 (ja) | 走査型画像表示装置及びその画像表示方法 | |
JP2006513447A (ja) | 画像投影装置および方法 | |
JP2004151133A (ja) | 画像表示装置における照明光学装置及び画像表示装置 | |
JP2003098476A (ja) | レーザ投影型表示システム | |
JP2012501471A (ja) | スペックル低減のためのシステム及び方法 | |
JP2004045684A (ja) | 画像表示装置における照明光学装置及び画像表示装置 | |
JP2007047245A (ja) | 光源装置、光走査装置及び画像表示装置 | |
JP5505121B2 (ja) | 集光光学ユニット、光走査装置、投影型画像表示装置及び電子機器 | |
US20150070659A1 (en) | Method for reducing speckles and a light source used in said method | |
JP5207013B2 (ja) | 照明装置及び光学装置 | |
US7046446B1 (en) | Speckle reduction for display system with electromechanical grating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130404 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130828 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130903 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131028 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131203 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140122 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140303 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5505121 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |