JPWO2005078519A1 - 投写型表示装置、および投写型表示方法 - Google Patents

Abstract

高圧水銀灯は、出力の絶対値、発光効率に優れているものの、瞬時点灯性、寿命に加えてエタンデュが大きく、ライトバルブへの集光を行うためには必ずしも適していない。このため、高圧水銀灯は、小型化が進むライトバルブに十分対応できるとは言えない。そこで、レーザを光源に用いたプロジェクタが、利用されるようになると予想される。しかしながら、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光することは、困難であった。 コヒーレント特性をもつ光を生成する光源１０１と、生成された光を変調する変調部１０２と、変調された光を投射する投写光学系１０６と、変調部１０２によって変調された後の、または変調部１０２によって変調される前の光の光路を揺動する揺動機構１１２とを備えた、画像投射装置である。

Description

本発明は、投写型表示装置、および投写型表示方法に関するものである。

現在、市場からは、プロジェクタの小型化が求められている。

より具体的には、２次元の画素配列を持つ小型画像表示素子であるライトバルブに関しては、反射型液晶においては十分小型化が進んでおり、透過型液晶においても０．５インチパネルが商品化されつつある。また、一次元配列のライトバルブでは、シリコンライトマシン社のＧＬＶに代表されるＭＥＭＳによる小型のものが実現されつつある。

一方、光源に高圧水銀灯を用いたプロジェクタが、主流となっている。

ところが、高圧水銀灯は、出力の絶対値、発光効率に優れているものの、瞬時点灯性、寿命に加えてエタンデュが大きく、ライトバルブへの集光を行うためには必ずしも適していない。

このため、高圧水銀灯は、小型化が進むライトバルブに十分対応できるとは言えない。

そこで、レーザを光源に用いたプロジェクタが、利用されるようになると予想される。

レーザは、高圧水銀灯に比べて桁違いの非常に小さいエタンデュを有するため、前述した小型のライトバルブに対する集光性能という意味では有利である。

しかしながら、レーザ光源は、コヒーレントな特性を有している。

このため、レーザ光源は、従来光源と同様に扱われると、顕著なスペックルが投写像に発生し、実用に耐える画像が得られないことがある。

このような問題を解決するための技術としては、結像位置であるスクリーンを動かしてスペックルを低減する技術（例えば、米国特許５２７２４７３号明細書を参照）や、拡散板を光学システム内に設けてスペックルを低減する技術（例えば、特開２００３−９８４７６号公報を参照）がある。

ここに、米国特許５２７２４７３号明細書の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。また、特開２００３−９８４７６号公報の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。

しかしながら、前者では、２体型プロジェクタ用途において使用環境が制約されてしまう傾向があり、後者では、拡散板で入射光の進行方向が拡散されることでエタンデュが大きく成ってしまう傾向がある。

本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することを目的とする。

第１の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する生成手段と、
前記生成された光を変調する変調手段と、
前記変調された光を投射する投射手段と、
前記変調手段によって変調された後の、または前記変調手段によって変調される前の光の光路を揺動する揺動手段と、
を備えた、投写型表示装置である。

第２の本発明は、前記揺動手段は、前記変調手段によって変調された後の光の光路を揺動する第１の本発明の、投写型表示装置である。

第３の本発明は、前記揺動手段は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第２の本発明の、投写型表示装置である。

第４の本発明は、前記揺動手段は、前記変調手段によって変調される前の光の光路を揺動する第１の本発明の、投写型表示装置である。

第５の本発明は、前記生成された光を走査する走査手段を備え、
前記揺動手段は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第４の本発明の、投写型表示装置である。

第６の本発明は、前記揺動手段が前記光路を揺動する方向は、前記走査手段が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、
前記揺動手段が前記光路を揺動する、前記垂直な方向の成分の振幅は、前記走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下である第５の本発明の、投写型表示装置である。

第７の本発明は、前記生成された光を拡張する拡張手段を備え、
前記揺動手段は、スペックルの発生が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第４の本発明の、投写型表示装置である。

第８の本発明は、前記生成手段は、赤色光を発生する赤色レーザ光源、緑色光を発生する緑色レーザ光源、および青色光を発生する青色レーザ光源を有し、
前記変調手段は、前記発生された赤色光を変調する赤色画像表示素子ユニット、前記発生された緑色光を変調する緑色画像表示素子ユニット、および前記発生された青色光を変調する青色画像表示素子ユニットを有する第２の本発明の、投写型表示装置である。

第９の本発明は、前記変調された赤色光、前記変調された緑色光、および前記変調された青色光を合成する色合成プリズムを備えた第８の本発明の、投写型表示装置である。

第１０の本発明は、前記揺動手段は、前記投射手段と一体的に構成されている第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１１の本発明は、前記揺動手段は、前記投射手段を回動させる、または前記投射手段の大きさを変化させることにより、前記光路を揺動する第１０の本発明の、投写型表示装置である。

第１２の本発明は、前記揺動手段は、前記走査手段と一体的に構成されている第５の本発明の、投写型表示装置である。

第１３の本発明は、前記変調手段は、前記光をそれぞれ変調することが可能な複数の画素をもつ画像表示素子である第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１４の本発明は、前記揺動手段が前記光路を揺動する振幅は、前記画素の画素ピッチの実質的に半分以下である第１３の本発明の、投写型表示装置である。

第１５の本発明は、前記揺動手段が前記光路を揺動する速度は、前記画素の間の暗部が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１３の本発明の、投写型表示装置である。

第１６の本発明は、前記揺動手段が前記光路を揺動する速度は、前記光路が揺動されていることが前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１７の本発明は、前記揺動手段が前記光路を揺動する振幅は、前記投射された光によって生成される画像の種類に応じて調節可能である第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１８の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する生成ステップと、
前記生成された光を変調する変調ステップと、
前記変調された光を投射する投射ステップと、
前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路を揺動する揺動ステップと、
を備えた、投写型表示方法である。

本発明によれば、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することが可能である。

本発明の実施の形態１の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態１の画像投射装置のスクリーン上の走査状態を示した図 本発明の実施の形態２の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態２の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図 本発明の実施の形態の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図 本発明の実施の形態３の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態の画像投射装置の光線揺動部の構成を説明する図 本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その１） 本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その２）

符号の説明

１０１ レーザ光源
１０２ 変調部
１０３ ポリゴンミラー
１０４ Ｆシーターレンズ
１０５ ガルバノミラー
１０６、１１５、１３３ 投写光学系
１０７ 反射ミラー
１０８ スクリーン
１０９ ガルバノミラーアクチュエータ
１１０、１１７、１１８、１２０ アクチュエータ
１１１ ヒンジ部
１１２ 揺動機構
１１３、１２４、１２５ ビームエキスパンダ光学系
１１４ 画像表示素子
１１５ 投写光学系
１１６ 投写光学系光学部
１１７ 水平方向揺動アクチュエータ
１１８ 垂直方向揺動アクチュエータ
１１９ システム軸
１２１ 青色レーザ光源
１２２ 緑色レーザ光源
１２３ 赤色レーザ光源
１２７、１２８、１２９ 画像表示素子ユニット
１３０ 色合成プリズム
１３１ λ／２板
１３２、１４６ 複屈折素子
１３４、１３９、１４３ 入射側偏光板
１３５、１４０、１４４ 液晶パネル
１３６、１４１、１４５ 出射側偏光板
１３７ 青色光反射面
１３８ システム軸
１４２ 赤色光反射面

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
はじめに、図１および２を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。なお、本実施の形態の画像投射装置の動作について説明しながら、本発明の投写型表示方法の一実施の形態についても説明する（以下の実施の形態においても同様である）。

ここに、図１は、本発明の実施の形態１の画像投射装置の全体構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１の画像投射装置のスクリーン上の走査状態を示した図である。

本実施の形態の画像投射装置は、コヒーレントな光を発する、光源の一例であるレーザ光源１０１、変調部１０２、走査部の一例であるポリゴンミラー１０３、Ｆシーターレンズ１０４、走査部の一例であるガルバノミラー１０５、投写光学系１０６、揺動部を構成する反射ミラー１０７、投射対象の一例であるスクリーン１０８から成っている。

レーザ光源１０１から出射された光は、変調部１０２に入射する。

変調部１０２は、音響光学素子と開口とからなり、透過する光量を映像信号に応じて変調可能な構成となっている。

出射光は、ポリゴンミラー１０３に入射され、上記ポリゴンミラー１０３は、モーター（図示省略）によって高速に回動されることから、入射光は図１において紙面と同じ面上において連続的に異なる角度で反射せしめられる。

反射光は、Ｆシーターレンズ１０４を経て、ガルバノミラー１０５に入射する。

ガルバノミラー１０５は、ガルバノミラーアクチュエータ１０９により駆動され、入射光を図１において紙面に垂直な面上において反射角を連続的に変化するよう走査可能に構成されている。

なお、本実施の形態における走査部は、レーザビームを走査することにより拡張する機能をも有している。

ここを出射した光は、投写光学系１０６によって所望の拡大倍率を与えられ、スクリーン１０８に至る。

その間には、反射ミラー１０７が備えられている。

アクチュエータ１１０とヒンジ部１１１とからなる揺動機構１１２は、投写光学系１０６とスクリーン１０８との間にある反射ミラー１０７の背面に備えられており、スクリーン１０８上に至る照明光を走査線に垂直な方向に揺動する。

すると、従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルは、ユーザに認識されにくくなる。

もちろん、本実施の形態の構成によれば、スペックル解消手段としての拡散板などが利用されるためにエタンデュが大きくなってしまうことがなく、光利用効率を損なうことはない。

ところで、スクリーン１０８上での照明光の揺動量は、形成された投写像に比べて十分小さくなるよう設定されている。

これは、スクリーン１０８上での照明光の揺動量が大きすぎると、フォーカスの甘さが認識されてしまうことがあるからである。

より具体的には、隣り合う照明スポットのピーク同士が重なって表示画像がぼけてしまわないように、その揺動量（揺動の振幅）が垂直の走査線ピッチＰＨの半分までとする設定が行われている。すなわち、上下方向の揺動範囲は、揺動なしの位置を中心として走査線ピッチＰＨ以内の範囲である（図２参照）。

もちろん、そのような揺動量が小さいと、スペックル改善効果は落ちる傾向がある。

そこで、先に述べたように、揺動量が大きいとフォーカスぼけと認識されてしまうので、移動幅は走査線ピッチＰＨ以内が望ましいと思われるが、このような揺動量は、照明スポットの強度分布にも影響されるので、装置によって最適化することが望ましい。

たとえば、照明光の揺動量は、最終的に実機を見て決定されてもよい。

また、スペックル改善よりもフォーカスのよさがより重要な、文字表示が主体であることが多いＰＣ画像表示の際は揺動量を小さくし、フォーカスのよさをよりもスペックル改善がより重要な、自然画表示が主体であることが多い動画表示の際は揺動量を大きくすることができるような調節機構を利用してもよい。なお、このような調節機構は、入力信号源の切換状態を、揺動量を制御する回路にフィードバックすることにより実現できる。

また、揺動速度は、観察者がスクリーン１０８における照明スポットの揺動を認識できる範囲を上回る高速度であってもよいし、逆にそのような範囲を下回る低速度であってもよい。

揺動速度が高速度である場合においては、照明スポットが揺動幅を加えた大きさを有するとして扱うが、揺動速度が低速度である場合においては、照明スポットが揺動幅を加味しない本来の大きさを有するとして扱う。揺動速度が低速度である場合においては、走査線間のピッチが位置によって変わることになるので、投写画像劣化につながる可能性があり、揺動速度が高速度である場合に比べてスペックル低減効果も小さくなるので、速度の設定には注意を払うことが望ましい。

なお、レーザ光源１０１は本発明の生成手段に対応し、変調部１０２は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１０６は本発明の投射手段に対応し、揺動機構１１２は本発明の揺動手段に対応する。

（実施の形態２）
つぎに、図３および４を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。

ここに、図３は、本発明の実施の形態２の画像投射装置の全体構成図である。また、図４は、本発明の実施の形態２の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図である。

本実施の形態の画像投射装置は、コヒーレントな光を発するレーザ光源１０１、拡張部の一例であるビームエキスパンダ光学系１１３、変調部の一例である画像表示素子１１４、投写光学系１１５、スクリーン１０８から成っている。

レーザ光源１０１から出射されたコヒーレントな光は、入射光の径を拡大して出射するビームエキスパンダ光学系１１３を経て画像表示素子１１４に入射する。

画像表示素子１１４は、複数の画素を有するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子であり、２次元に配置された微小ミラーのチルト角を各画素毎に外部信号（図示省略）により制御して画像表示を行う。

光源からの光のうち、スクリーン１０８に到達すべき、前述の微小ミラーに入射した光は、投写光学系１１５方向に反射せしめられ、投写光学系１１５を経てスクリーン１０８に至り、画像表示素子１１４の画像表示部が、スクリーン１０８に投影される。

投写光学系１１５は、図４に示されているように、水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８を介して光学部１１６が固定鏡筒に取り付けられている。

水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８は、外部信号により全長が伸縮する素子であり、投写光学系１１５は、システム軸１１９に対して縦、横方向に揺動可能となっている。

スクリーン１０８上の画像は、投写光学系１１５がシステム軸１１９に対して揺動することにより、投写光学系１１５の揺動量に拡大倍率分をかけた量だけ揺動する。

すると、前述した実施の形態１の場合と同様に、従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルは、ユーザに認識されにくくなる。

また、揺動量が大きいとフォーカスぼけが認識されてしまうので、揺動幅は画素間ピッチ以内とすることが望ましい場合が多い。ただし、最適な移動幅は、１画素の照明強度分布にも影響される。よって、照明光の揺動量は、最終的に実機を見て決定されてもよい。

また、揺動速度は、観察者がスクリーン１０８における照明スポットの揺動を認識できる範囲を上回る高速度であってもよいし、逆にそのような範囲を下回る低速度であってもよい。

ただし、本実施の形態においては、投写画像を高速度で揺動すると、画像表示素子の画素（より具体的には、ＤＭＤ素子の微小ミラー）の間に生じ得る暗部が見えなくなり、高画質化を同時に得ることが可能になる。特に、画像表示素子が透過型液晶ライトバルブであるときには、画素間に信号ラインが配置されるために画素間の暗部が比較的大きくなることが多く、揺動速度を高速度とすることは有効である。

なお、投写光学系１０６において光学部１１６をシステム軸１１９に対して傾ける（すなわち、回動させる）ことができる構成を利用してもよい。より具体的には、本発明の実施の形態の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図である図５に示されているように、投写光学系１１５′において光軸方向揺動アクチェータ１２０を設けてもよい。もちろん、光学部１１６の全体を揺動するのではなく、光学部１１６の一部のみを揺動してもよいし、光学部１１６を縦方向や横方向に揺動するのではなく、その他の方向に揺動してもよい。また、前述した実施の形態１の場合と同様に、投写光学系１０６の前後に揺動機能を備えたミラーのような光学素子を配置する構成を利用してもよい。また、電圧を印加すると長さが変化するバイモルフ素子で投写レンズを挟持し、投射光学系の一部の大きさを変化させてもよい。

また、ＤＭＤの代わりに、複数の画素を有し、外部信号により各画素毎に変調可能である、その他の画像表示素子を利用してもよい。

なお、画像表示素子１１４は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１１５は本発明の投射手段および揺動手段を含む手段に対応する。

（実施の形態３）
つぎに、図６を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。

ここに、図６は、本発明の実施の形態３の画像投射装置の全体構成図である。

本実施の形態の画像投射装置は、光源の例である、コヒーレントな青色光を発する青色レーザ光源１２１、コヒーレントな緑色光を発する緑色レーザ光源１２２、コヒーレントな赤色光を発する赤色レーザ光源１２３、拡張部の例であるビームエキスパンダ光学系１２４、１２５、１２６、変調部の例である画像表示素子ユニット１２７，１２８，１２９、色合成プリズム１３０、λ／２板１３１、複屈折素子１３２、投写光学系１３３、スクリーン１０８から成っている。

はじめに、青色光について説明を行う。

コヒーレントな青色光を発する青色レーザ光源１２１から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２４で拡大され、画像表示素子ユニット１２７に至る。

画像表示素子ユニット１２７は、入射側偏光板１３４と液晶パネル１３５と出射側偏光板１３６とから成っている。

入射側偏光板１３４は、あらかじめ定められた偏光方向の光のみを、選択し透過させる。

透過光は、液晶パネル１３５に入射する。

液晶パネル１３５は、多数の画素開口を有する有効部から成っている。

ある画素開口においては、外部信号により、表示すべき内容を有する青色光はその偏光方向を変化せしめて出射され、表示すべき内容を有しない青色光はその偏光方向を変えずに出射される。

出射側偏光板１３６の偏光軸は、入射側偏光板１３４の偏光軸と直交するように配置されている。このため、液晶パネル１３５において偏光方向を変化せしめられた光は、出射側偏光板１３６を透過し、液晶パネル１３５において偏光方向を変化せしめられなかった光は、出射側偏光板１３６で吸収されてしまう。

このようにして、外部からの信号に応じて、液晶パネル１３５の画素毎に画像表示素子ユニット１２７からの出力を変調することが可能となる。

画像表示素子ユニット１２７を透過した青色光は、色合成プリズム１３０に入射し、青色光反射面１３７で反射されて、λ／２板１３１に入射する。

λ／２板１３１は、回動自由に備えられており、入射光は、その偏光方向とλ／２板１３１の位相軸とのずれ角に応じて偏光方向を変化せしめられて出射され、複屈折素子１３２に至る。

平行平面板の形状を有する複屈折素子１３２は、常光についてはそのまま透過させ異常光については屈折させる特性をもっており、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）を揺動させる。

そして、出射光は、液晶パネル１３５の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

つぎに、緑色光について説明を行う。

コヒーレントな緑色光を発する緑色レーザ光源１２２から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２５で拡大され、画像表示素子ユニット１２８に至る。

画像表示素子ユニット１２８は、青色の画像表示素子ユニット１２７と同様に、入射側偏光板１３９と液晶パネル１４０と出射側偏光板１４１とから成っており、外部からの信号に応じて、液晶パネル１４０の画素毎に画像表示素子ユニット１２８からの出力を変調する。

画像表示素子ユニット１２８を透過した緑色光は、色合成プリズム１３０に入射し、青色光反射面１３７、赤色光反射面１４２を透過し、前述した青色光と同じ光路を進んでλ／２板１３１に入射する。

緑色光も、青色光と同様に、λ／２板１３１、複屈折素子１３２を透過することで、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）が揺動させられる。

そして、出射光は、液晶パネル１４０の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

つぎに、赤色光について説明を行う。

コヒーレントな赤色光を発する赤色レーザ光源１２３から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２６で拡大され、画像表示素子ユニット１２９に至る。

画像表示素子ユニット１２９は、青色の画像表示素子ユニット１２７と同様に、入射側偏光板１４３と液晶パネル１４４と出射側偏光板１４５とから成っており、外部からの信号に応じて、液晶パネル１４４の画素毎に画像表示素子ユニット１２９からの出力を変調する。

画像表示素子ユニット１２９を透過した赤色光は、色合成プリズム１３０に入射し、赤色光反射面１４２で反射せしめられ、前述した青色光、緑色光と同じ光路を進んでλ／２板１３１に入射する。

赤色光も、青色光、緑色光と同様に、λ／２板１３１、複屈折素子１３２を透過することで、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）が揺動させられる。

そして、出射光は、液晶パネル１４０の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

このように、青色光、緑色光、および赤色光を利用して、スクリーン１０８上にカラー画像を再生することが出来る。

前述した実施の形態１および２の場合と同様に、このように構成することで、コヒーレント光源であるレーザを用いた従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルを改善することが出来る。

青色光、緑色光、および赤色光は、回動するλ／２板１３１、複屈折素子１３２により時間的に常にスクリーン到達位置を変化せしめられることから、コヒーレント光の干渉によるスクリーン上のスペックルは、大幅に改善される。

ところで、投写位置のずれとなって現れる揺動量は、画素ピッチに比べて大きすぎると、フォーカスぼけと認識されてしまう。

理想的に考えると、液晶パネルの画素間に生じている暗部（ブラックマトリックス）の幅にそのような投写位置のずれを抑えれば、暗部が目立たなくなり、なめらかな画像を実現しつつスペックルの改善も可能となるはずである。

実際には、画素１つの照明光の強度分布は必ずしも一定でないことや、λ／２板の回動速度、スペックルの強度、必要とされるスペックル改善程度に応じて、そのような揺動量をより大きくしなければならないこともある。

総合的に考えると、揺動範囲は、揺動中心から見て液晶パネルの画素ピッチの１／２以内の範囲に納まっていればよいことが多い。

なお、レーザ光源は偏光性を有しており、透過型液晶パネルの代わりにＤＭＤ素子を利用してもよい。もちろん、反射型の液晶を利用してもよい。

また、回動可能なλ／２板１３１、複屈折素子１３２の代わりに、外部より電気的に高速スイッチングすることが可能な画素構造を持たない液晶パネルを偏光変換手段として利用してもよい。また、本発明の実施の形態の画像投射装置の光線揺動部の構成を説明する図である図７に示すように、回動可能なλ／２板１３１、複屈折素子１３２の代わりに、投写光学系１３３′の直前に設けた回動することが可能な複屈折素子１４６を利用してもよい。

なお、青色レーザ光源１２１、緑色レーザ光源１２２、赤色レーザ光源１２３は本発明の生成手段に対応し、画像表示素子ユニット１２７、１２８、１２９は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１３３は本発明の投射手段に対応し、λ／２板１３１、複屈折素子１３２は本発明の揺動手段に対応する。また、色合成プリズム１３０は、本発明の色合成プリズムに対応する。

以上においては、実施の形態１〜３について詳細に説明した。

（Ａ）なお、本発明の光の光路は、上述した実施の形態においては、変調された後に揺動された。しかしながら、本発明の光の光路は、変調される前に揺動されてもよい。

より具体的には、本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その１）である図８に示されているように、光を走査するポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５が備えられており、揺動機構１１２は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、光路を揺動してもよい。もちろん、揺動機構１１２が光路を揺動する方向は、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、揺動機構１１２が光路を揺動する垂直な方向の成分の振幅は、走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下であることが望ましい。なお、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５は、本発明の走査手段に対応する。

また、本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その２）である図９に示されているように、水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８（図４参照）を介して光学部が固定鏡筒に取り付けられた、光を拡張するビームエキスパンダ光学系１１３′が備えられており、ビームエキスパンダ光学系１１３′は、スペックルの発生が投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、光路を揺動してもよい。このような実施の形態においては、光路を揺動する方向や振幅に関する制限は、画像表示素子１１４の手前で揺動機構を利用することにより不要となる。なお、ビームエキスパンダ光学系１１３′は、本発明の拡張手段および揺動手段を含む手段に対応する。

なお、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５の後に画像表示素子１１４等が設置される構成も考えられる。

（Ｂ）また、本発明の揺動手段は、上述した実施の形態においては、本発明の走査手段とは個別的に構成されていた。しかしながら、本発明の揺動手段は、本発明の走査手段と一体的に構成されていてもよい。

より具体的には、揺動機構１１２は、ガルバノミラー１０５やポリゴンミラー１０３に設けられていてもよい（図１参照）。もちろん、ガルバノミラーアクチュエータ１０９が、光の光路を揺動してもよい。

なお、揺動機構がガルバノミラー１０５と投写光学系１０６との間に設けられている構成も考えられる。

（Ｃ）また、本発明の光路が揺動される方向は、上述した実施の形態１においては、光が走査される走査線の走査方向に対して垂直な方向であった。しかし、本発明の光路が揺動される方向は、たとえば、走査線の走査方向に対して垂直な方向から４５度ほど傾いた直線に沿った方向であってもよいし、円周に沿った方向であってもよい。要するに、本発明の光の光路は、光が走査される走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含んでいればよい。

なお、そのような垂直な方向の成分の振幅は、走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下であることが望ましい場合が多い。

（Ｄ）また、本発明の生成手段は、上述した実施の形態１〜３においては、レーザ光源であった。しかし、要するに、本発明の生成手段は、コヒーレント特性をもつ光を生成する手段であればよい。

このように、本発明によれば、エタンデュが小さく、小面積に集光に有利であるコヒーレントな特性を有するレーザのような光源を用いて、投写型画像表示装置を構成した際に生じるスペックル現象を、集光性能の劣化無く実現することができる。

また、レーザ光源の有するエタンデュの小さい長所はそのままに、スペックル発生を抑えることで小型のライトバルブへも効率よく集光できることから、低価格と高性能を両立するプロジェクタを実現できる。

本発明は、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光でき、有用である。

【０００２】
［００１２］ ここに、米国特許５２７２４７３号明細書の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。また、特開２００３−９８４７６号公報の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。
［００１３］ しかしながら、前者では、２体型プロジェクタ用途において使用環境が制約されてしまう傾向があり、後者では、拡散板で入射光の進行方向が拡散されることでエタンデュが大きく成ってしまう傾向がある。
［００１４］ 本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
［００１５］ 第１の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する光源と、
前記生成された光を変調する変調部と、
前記変調された光を投射する投射光学系と、
前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路に設置された回動可能なλ／２板と、前記λ／２板からの光が入射する複屈折素子とを有し、前記光路を揺動する揺動部と、
を備えた、投写型表示装置である。
［００１６］ 第２の本発明は、前記揺動部は、前記変調された後の光の光路に設置されている第１の本発明の、投写型表示装置である。
［００１７］ 第３の本発明は、前記揺動部は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第２の本発明の、投写型表示装置である。
［００１８］ 第４の本発明は、前記揺動部は、前記変調される前の光の光路に設置されている第１の本発明の、投写型表示装置である。
［００１９］ 第５の本発明は、前記生成された光を走査する走査部を備え、
前記揺動部は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動す

【０００３】
る第４の本発明の、投写型表示装置である。
［００２０］ 第６の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する方向は、前記走査部が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、
前記揺動部が前記光路を揺動する、前記垂直な方向の成分の振幅は、前記走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下である第５の本発明の、投写型表示装置である。
［００２１］ 第７の本発明は、前記生成された光を拡張する拡張部を備え、
前記揺動部は、スペックルの発生が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第４の本発明の、投写型表示装置である。
［００２２］ 第８の本発明は、前記光源は、赤色光を発生する赤色レーザ光源、緑色光を発生する緑色レーザ光源、および青色光を発生する青色レーザ光源を有し、
前記変調部は、前記発生された赤色光を変調する赤色画像表示素子ユニット、前記発生された緑色光を変調する緑色画像表示素子ユニット、および前記発生された青色光を変調する青色画像表示素子ユニットを有する第２の本発明の、投写型表示装置である。
［００２３］ 第９の本発明は、前記変調された赤色光、前記変調された緑色光、および前記変調された青色光を合成する色合成プリズムを備えた第８の本発明の、投写型表示装置である。
［００２４］
［００２５］
［００２６］
［００２７］ 第１３の本発明は、前記変調部は、前記光をそれぞれ変調することが可能な複数の画素をもつ画像表示素子である第１の本発明の、投写型表示装置である。

【０００４】
［００２８］ 第１４の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する振幅は、前記画素の画素ピッチの実質的に半分以下である第１３の本発明の、投写型表示装置である。
［００２９］ 第１５の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する速度は、前記画素の間の暗部が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１３の本発明の、投写型表示装置である。
［００３０］ 第１６の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する速度は、前記光路が揺動されていることが前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１の本発明の、投写型表示装置である。
［００３１］ 第１７の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する振幅は、前記投射された光によって生成される画像の種類に応じて調節可能である第１の本発明の、投写型表示装置である。
［００３２］ 第１８の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する生成ステップと、
前記生成された光を変調する変調ステップと、
前記変調された光を投射する投射ステップと、
前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路に設置された回動可能なλ／２板と、前記λ／２板からの光が入射する複屈折素子とを利用して、前記光路を揺動する揺動ステップと、
を備えた、投写型表示方法である。
［００３３］ 本発明によれば、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
［００３４］［１］本発明の実施の形態１の画像投射装置の全体構成図
［２］本発明の実施の形態１の画像投射装置のスクリーン上の走査状態を示した図
［３］本発明の実施の形態２の面像投射装置の全体構成図
［４］本発明の実施の形態２の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図
［５］本発明の実施の形態の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図
［６］本発明の実施の形態３の画像投射装置の全体構成図

本発明は、投写型表示装置、および投写型表示方法に関するものである。

現在、市場からは、プロジェクタの小型化が求められている。

より具体的には、２次元の画素配列を持つ小型画像表示素子であるライトバルブに関しては、反射型液晶においては十分小型化が進んでおり、透過型液晶においても０．５インチパネルが商品化されつつある。また、一次元配列のライトバルブでは、シリコンライトマシン社のＧＬＶに代表されるＭＥＭＳによる小型のものが実現されつつある。

一方、光源に高圧水銀灯を用いたプロジェクタが、主流となっている。

ところが、高圧水銀灯は、出力の絶対値、発光効率に優れているものの、瞬時点灯性、寿命に加えてエタンデュが大きく、ライトバルブへの集光を行うためには必ずしも適していない。

このため、高圧水銀灯は、小型化が進むライトバルブに十分対応できるとは言えない。

そこで、レーザを光源に用いたプロジェクタが、利用されるようになると予想される。

レーザは、高圧水銀灯に比べて桁違いの非常に小さいエタンデュを有するため、前述した小型のライトバルブに対する集光性能という意味では有利である。

しかしながら、レーザ光源は、コヒーレントな特性を有している。

このため、レーザ光源は、従来光源と同様に扱われると、顕著なスペックルが投写像に発生し、実用に耐える画像が得られないことがある。

このような問題を解決するための技術としては、結像位置であるスクリーンを動かしてスペックルを低減する技術（例えば、特許文献１を参照）や、拡散板を光学システム内に設けてスペックルを低減する技術（例えば、特許文献２を参照）がある。

ここに、特許文献１の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。また、特許文献２の全ての開示は、そっくりそのままここに引用（参照）することにより、一体化される。
米国特許５２７２４７３号明細書 特開２００３−９８４７６号公報

しかしながら、前者では、２体型プロジェクタ用途において使用環境が制約されてしまう傾向があり、後者では、拡散板で入射光の進行方向が拡散されることでエタンデュが大きく成ってしまう傾向がある。

本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することを目的とする。

第１の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する光源と、
前記生成された光を変調する変調部と、
前記変調された光を投射する投射光学系と、
前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路に設置された回動可能なλ／２板と、前記λ／２板からの光が入射する複屈折素子とを有し、前記光路を揺動する揺動部と、
を備えた、投写型表示装置である。

第２の本発明は、前記揺動部は、前記変調された後の光の光路に設置されている第１の本発明の、投写型表示装置である。

第３の本発明は、前記揺動部は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第２の本発明の、投写型表示装置である。

第４の本発明は、前記揺動部は、前記変調される前の光の光路に設置されている第１の本発明の、投写型表示装置である。

第５の本発明は、前記生成された光を走査する走査部を備え、
前記揺動部は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第４の本発明の、投写型表示装置である。

第６の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する方向は、前記走査部が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、
前記揺動部が前記光路を揺動する、前記垂直な方向の成分の振幅は、前記走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下である第５の本発明の、投写型表示装置である。

第７の本発明は、前記生成された光を拡張する拡張部を備え、
前記揺動部は、スペックルの発生が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する第４の本発明の、投写型表示装置である。

第８の本発明は、前記光源は、赤色光を発生する赤色レーザ光源、緑色光を発生する緑色レーザ光源、および青色光を発生する青色レーザ光源を有し、
前記変調部は、前記発生された赤色光を変調する赤色画像表示素子ユニット、前記発生された緑色光を変調する緑色画像表示素子ユニット、および前記発生された青色光を変調する青色画像表示素子ユニットを有する第２の本発明の、投写型表示装置である。

第９の本発明は、前記変調された赤色光、前記変調された緑色光、および前記変調された青色光を合成する色合成プリズムを備えた第８の本発明の、投写型表示装置である。

第１０の本発明は、前記変調部は、前記光をそれぞれ変調することが可能な複数の画素をもつ画像表示素子である第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１１の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する振幅は、前記画素の画素ピッチの実質的に半分以下である第１０の本発明の、投写型表示装置である。

第１２の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する速度は、前記画素の間の暗部が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１０の本発明の、投写型表示装置である。

第１３の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する速度は、前記光路が揺動されていることが前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１４の本発明は、前記揺動部が前記光路を揺動する振幅は、前記投射された光によって生成される画像の種類に応じて調節可能である第１の本発明の、投写型表示装置である。

第１５の本発明は、コヒーレント特性をもつ光を生成する生成ステップと、
前記生成された光を変調する変調ステップと、
前記変調された光を投射する投射ステップと、
前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路に設置された回動可能なλ／２板と、前記λ／２板からの光が入射する複屈折素子とを利用して、前記光路を揺動する揺動ステップと、
を備えた、投写型表示方法である。

本発明によれば、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光できる投写型表示装置、および投写型表示方法を提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
はじめに、図１および２を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。なお、本実施の形態の画像投射装置の動作について説明しながら、本発明の投写型表示方法の一実施の形態についても説明する（以下の実施の形態においても同様である）。

ここに、図１は、本発明の実施の形態１の画像投射装置の全体構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１の画像投射装置のスクリーン上の走査状態を示した図である。

本実施の形態の画像投射装置は、コヒーレントな光を発する、光源の一例であるレーザ光源１０１、変調部１０２、走査部の一例であるポリゴンミラー１０３、Ｆシーターレンズ１０４、走査部の一例であるガルバノミラー１０５、投写光学系１０６、揺動部を構成する反射ミラー１０７、投射対象の一例であるスクリーン１０８から成っている。

レーザ光源１０１から出射された光は、変調部１０２に入射する。

変調部１０２は、音響光学素子と開口とからなり、透過する光量を映像信号に応じて変調可能な構成となっている。

出射光は、ポリゴンミラー１０３に入射され、上記ポリゴンミラー１０３は、モーター（図示省略）によって高速に回動されることから、入射光は図１において紙面と同じ面上において連続的に異なる角度で反射せしめられる。

反射光は、Ｆシーターレンズ１０４を経て、ガルバノミラー１０５に入射する。

ガルバノミラー１０５は、ガルバノミラーアクチュエータ１０９により駆動され、入射光を図１において紙面に垂直な面上において反射角を連続的に変化するよう走査可能に構成されている。

なお、本実施の形態における走査部は、レーザビームを走査することにより拡張する機能をも有している。

ここを出射した光は、投写光学系１０６によって所望の拡大倍率を与えられ、スクリーン１０８に至る。

その間には、反射ミラー１０７が備えられている。

アクチュエータ１１０とヒンジ部１１１とからなる揺動機構１１２は、投写光学系１０６とスクリーン１０８との間にある反射ミラー１０７の背面に備えられており、スクリーン１０８上に至る照明光を走査線に垂直な方向に揺動する。

すると、従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルは、ユーザに認識されにくくなる。

もちろん、本実施の形態の構成によれば、スペックル解消手段としての拡散板などが利用されるためにエタンデュが大きくなってしまうことがなく、光利用効率を損なうことはない。

ところで、スクリーン１０８上での照明光の揺動量は、形成された投写像に比べて十分小さくなるよう設定されている。

これは、スクリーン１０８上での照明光の揺動量が大きすぎると、フォーカスの甘さが認識されてしまうことがあるからである。

より具体的には、隣り合う照明スポットのピーク同士が重なって表示画像がぼけてしまわないように、その揺動量（揺動の振幅）が垂直の走査線ピッチＰＨの半分までとする設定が行われている。すなわち、上下方向の揺動範囲は、揺動なしの位置を中心として走査線ピッチＰＨ以内の範囲である（図２参照）。

もちろん、そのような揺動量が小さいと、スペックル改善効果は落ちる傾向がある。

そこで、先に述べたように、揺動量が大きいとフォーカスぼけと認識されてしまうので、移動幅は走査線ピッチＰＨ以内が望ましいと思われるが、このような揺動量は、照明スポットの強度分布にも影響されるので、装置によって最適化することが望ましい。

たとえば、照明光の揺動量は、最終的に実機を見て決定されてもよい。

また、スペックル改善よりもフォーカスのよさがより重要な、文字表示が主体であることが多いＰＣ画像表示の際は揺動量を小さくし、フォーカスのよさをよりもスペックル改善がより重要な、自然画表示が主体であることが多い動画表示の際は揺動量を大きくすることができるような調節機構を利用してもよい。なお、このような調節機構は、入力信号源の切換状態を、揺動量を制御する回路にフィードバックすることにより実現できる。

また、揺動速度は、観察者がスクリーン１０８における照明スポットの揺動を認識できる範囲を上回る高速度であってもよいし、逆にそのような範囲を下回る低速度であってもよい。

揺動速度が高速度である場合においては、照明スポットが揺動幅を加えた大きさを有するとして扱うが、揺動速度が低速度である場合においては、照明スポットが揺動幅を加味しない本来の大きさを有するとして扱う。揺動速度が低速度である場合においては、走査線間のピッチが位置によって変わることになるので、投写画像劣化につながる可能性があり、揺動速度が高速度である場合に比べてスペックル低減効果も小さくなるので、速度の設定には注意を払うことが望ましい。

なお、レーザ光源１０１は本発明の生成手段に対応し、変調部１０２は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１０６は本発明の投射手段に対応し、揺動機構１１２は本発明の揺動手段に対応する。

（実施の形態２）
つぎに、図３および４を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。

ここに、図３は、本発明の実施の形態２の画像投射装置の全体構成図である。また、図４は、本発明の実施の形態２の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図である。

本実施の形態の画像投射装置は、コヒーレントな光を発するレーザ光源１０１、拡張部の一例であるビームエキスパンダ光学系１１３、変調部の一例である画像表示素子１１４、投写光学系１１５、スクリーン１０８から成っている。

レーザ光源１０１から出射されたコヒーレントな光は、入射光の径を拡大して出射するビームエキスパンダ光学系１１３を経て画像表示素子１１４に入射する。

画像表示素子１１４は、複数の画素を有するＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子であり、２次元に配置された微小ミラーのチルト角を各画素毎に外部信号（図示省略）により制御して画像表示を行う。

光源からの光のうち、スクリーン１０８に到達すべき、前述の微小ミラーに入射した光は、投写光学系１１５方向に反射せしめられ、投写光学系１１５を経てスクリーン１０８に至り、画像表示素子１１４の画像表示部が、スクリーン１０８に投影される。

投写光学系１１５は、図４に示されているように、水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８を介して光学部１１６が固定鏡筒に取り付けられている。

水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８は、外部信号により全長が伸縮する素子であり、投写光学系１１５は、システム軸１１９に対して縦、横方向に揺動可能となっている。

スクリーン１０８上の画像は、投写光学系１１５がシステム軸１１９に対して揺動することにより、投写光学系１１５の揺動量に拡大倍率分をかけた量だけ揺動する。

すると、前述した実施の形態１の場合と同様に、従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルは、ユーザに認識されにくくなる。

また、揺動量が大きいとフォーカスぼけが認識されてしまうので、揺動幅は画素間ピッチ以内とすることが望ましい場合が多い。ただし、最適な移動幅は、１画素の照明強度分布にも影響される。よって、照明光の揺動量は、最終的に実機を見て決定されてもよい。

また、揺動速度は、観察者がスクリーン１０８における照明スポットの揺動を認識できる範囲を上回る高速度であってもよいし、逆にそのような範囲を下回る低速度であってもよい。

ただし、本実施の形態においては、投写画像を高速度で揺動すると、画像表示素子の画素（より具体的には、ＤＭＤ素子の微小ミラー）の間に生じ得る暗部が見えなくなり、高画質化を同時に得ることが可能になる。特に、画像表示素子が透過型液晶ライトバルブであるときには、画素間に信号ラインが配置されるために画素間の暗部が比較的大きくなることが多く、揺動速度を高速度とすることは有効である。

なお、投写光学系１０６において光学部１１６をシステム軸１１９に対して傾ける（すなわち、回動させる）ことができる構成を利用してもよい。より具体的には、本発明の実施の形態の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図である図５に示されているように、投写光学系１１５′において光軸方向揺動アクチェータ１２０を設けてもよい。もちろん、光学部１１６の全体を揺動するのではなく、光学部１１６の一部のみを揺動してもよいし、光学部１１６を縦方向や横方向に揺動するのではなく、その他の方向に揺動してもよい。また、前述した実施の形態１の場合と同様に、投写光学系１０６の前後に揺動機能を備えたミラーのような光学素子を配置する構成を利用してもよい。また、電圧を印加すると長さが変化するバイモルフ素子で投写レンズを挟持し、投射光学系の一部の大きさを変化させてもよい。

また、ＤＭＤの代わりに、複数の画素を有し、外部信号により各画素毎に変調可能である、その他の画像表示素子を利用してもよい。

なお、画像表示素子１１４は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１１５は本発明の投射手段および揺動手段を含む手段に対応する。

（実施の形態３）
つぎに、図６を主として参照しながら、本実施の形態の画像投射装置の構成および動作について説明する。

ここに、図６は、本発明の実施の形態３の画像投射装置の全体構成図である。

本実施の形態の画像投射装置は、光源の例である、コヒーレントな青色光を発する青色レーザ光源１２１、コヒーレントな緑色光を発する緑色レーザ光源１２２、コヒーレントな赤色光を発する赤色レーザ光源１２３、拡張部の例であるビームエキスパンダ光学系１２４、１２５、１２６、変調部の例である画像表示素子ユニット１２７，１２８，１２９、色合成プリズム１３０、λ／２板１３１、複屈折素子１３２、投写光学系１３３、スクリーン１０８から成っている。

はじめに、青色光について説明を行う。

コヒーレントな青色光を発する青色レーザ光源１２１から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２４で拡大され、画像表示素子ユニット１２７に至る。

画像表示素子ユニット１２７は、入射側偏光板１３４と液晶パネル１３５と出射側偏光板１３６とから成っている。

入射側偏光板１３４は、あらかじめ定められた偏光方向の光のみを、選択し透過させる。

透過光は、液晶パネル１３５に入射する。

液晶パネル１３５は、多数の画素開口を有する有効部から成っている。

ある画素開口においては、外部信号により、表示すべき内容を有する青色光はその偏光方向を変化せしめて出射され、表示すべき内容を有しない青色光はその偏光方向を変えずに出射される。

出射側偏光板１３６の偏光軸は、入射側偏光板１３４の偏光軸と直交するように配置されている。このため、液晶パネル１３５において偏光方向を変化せしめられた光は、出射側偏光板１３６を透過し、液晶パネル１３５において偏光方向を変化せしめられなかった光は、出射側偏光板１３６で吸収されてしまう。

このようにして、外部からの信号に応じて、液晶パネル１３５の画素毎に画像表示素子ユニット１２７からの出力を変調することが可能となる。

画像表示素子ユニット１２７を透過した青色光は、色合成プリズム１３０に入射し、青色光反射面１３７で反射されて、λ／２板１３１に入射する。

λ／２板１３１は、回動自由に備えられており、入射光は、その偏光方向とλ／２板１３１の位相軸とのずれ角に応じて偏光方向を変化せしめられて出射され、複屈折素子１３２に至る。

平行平面板の形状を有する複屈折素子１３２は、常光についてはそのまま透過させ異常光については屈折させる特性をもっており、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）を揺動させる。

そして、出射光は、液晶パネル１３５の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

つぎに、緑色光について説明を行う。

コヒーレントな緑色光を発する緑色レーザ光源１２２から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２５で拡大され、画像表示素子ユニット１２８に至る。

画像表示素子ユニット１２８は、青色の画像表示素子ユニット１２７と同様に、入射側偏光板１３９と液晶パネル１４０と出射側偏光板１４１とから成っており、外部からの信号に応じて、液晶パネル１４０の画素毎に画像表示素子ユニット１２８からの出力を変調する。

画像表示素子ユニット１２８を透過した緑色光は、色合成プリズム１３０に入射し、青色光反射面１３７、赤色光反射面１４２を透過し、前述した青色光と同じ光路を進んでλ／２板１３１に入射する。

緑色光も、青色光と同様に、λ／２板１３１、複屈折素子１３２を透過することで、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）が揺動させられる。

そして、出射光は、液晶パネル１４０の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

つぎに、赤色光について説明を行う。

コヒーレントな赤色光を発する赤色レーザ光源１２３から出射された光は、少なくとも入射光を拡大する光学素子と出射光を平行光として出射する光学素子とからなるビームエキスパンダ光学系１２６で拡大され、画像表示素子ユニット１２９に至る。

画像表示素子ユニット１２９は、青色の画像表示素子ユニット１２７と同様に、入射側偏光板１４３と液晶パネル１４４と出射側偏光板１４５とから成っており、外部からの信号に応じて、液晶パネル１４４の画素毎に画像表示素子ユニット１２９からの出力を変調する。

画像表示素子ユニット１２９を透過した赤色光は、色合成プリズム１３０に入射し、赤色光反射面１４２で反射せしめられ、前述した青色光、緑色光と同じ光路を進んでλ／２板１３１に入射する。

赤色光も、青色光、緑色光と同様に、λ／２板１３１、複屈折素子１３２を透過することで、入射光の偏光方向に応じて透過する光の出射される位置（システム軸１３８からの高さ）が揺動させられる。

そして、出射光は、液晶パネル１４０の画素構造を拡大投写可能に設けられた投写光学系１３３を経て、スクリーン１０８に至る。

このように、青色光、緑色光、および赤色光を利用して、スクリーン１０８上にカラー画像を再生することが出来る。

前述した実施の形態１および２の場合と同様に、このように構成することで、コヒーレント光源であるレーザを用いた従来の投写型画像表示装置で発生していたスクリーンへの投写光と反射光とによる干渉で発生すると考えられるスペックルを改善することが出来る。

青色光、緑色光、および赤色光は、回動するλ／２板１３１、複屈折素子１３２により時間的に常にスクリーン到達位置を変化せしめられることから、コヒーレント光の干渉によるスクリーン上のスペックルは、大幅に改善される。

ところで、投写位置のずれとなって現れる揺動量は、画素ピッチに比べて大きすぎると、フォーカスぼけと認識されてしまう。

理想的に考えると、液晶パネルの画素間に生じている暗部（ブラックマトリックス）の幅にそのような投写位置のずれを抑えれば、暗部が目立たなくなり、なめらかな画像を実現しつつスペックルの改善も可能となるはずである。

実際には、画素１つの照明光の強度分布は必ずしも一定でないことや、λ／２板の回動速度、スペックルの強度、必要とされるスペックル改善程度に応じて、そのような揺動量をより大きくしなければならないこともある。

総合的に考えると、揺動範囲は、揺動中心から見て液晶パネルの画素ピッチの１／２以内の範囲に納まっていればよいことが多い。

なお、レーザ光源は偏光性を有しており、透過型液晶パネルの代わりにＤＭＤ素子を利用してもよい。もちろん、反射型の液晶を利用してもよい。

また、回動可能なλ／２板１３１、複屈折素子１３２の代わりに、外部より電気的に高速スイッチングすることが可能な画素構造を持たない液晶パネルを偏光変換手段として利用してもよい。また、本発明の実施の形態の画像投射装置の光線揺動部の構成を説明する図である図７に示すように、回動可能なλ／２板１３１、複屈折素子１３２の代わりに、投写光学系１３３′の直前に設けた回動することが可能な複屈折素子１４６を利用してもよい。

なお、青色レーザ光源１２１、緑色レーザ光源１２２、赤色レーザ光源１２３は本発明の生成手段に対応し、画像表示素子ユニット１２７、１２８、１２９は本発明の変調手段に対応し、投写光学系１３３は本発明の投射手段に対応し、λ／２板１３１、複屈折素子１３２は本発明の揺動手段に対応する。また、色合成プリズム１３０は、本発明の色合成プリズムに対応する。

以上においては、実施の形態１〜３について詳細に説明した。

（Ａ）なお、本発明の光の光路は、上述した実施の形態においては、変調された後に揺動された。しかしながら、本発明の光の光路は、変調される前に揺動されてもよい。

より具体的には、本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その１）である図８に示されているように、光を走査するポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５が備えられており、揺動機構１１２は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、光路を揺動してもよい。もちろん、揺動機構１１２が光路を揺動する方向は、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、揺動機構１１２が光路を揺動する垂直な方向の成分の振幅は、走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下であることが望ましい。なお、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５は、本発明の走査手段に対応する。

また、本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その２）である図９に示されているように、水平方向揺動アクチュエータ１１７、垂直方向揺動アクチュエータ１１８（図４参照）を介して光学部が固定鏡筒に取り付けられた、光を拡張するビームエキスパンダ光学系１１３′が備えられており、ビームエキスパンダ光学系１１３′は、スペックルの発生が投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、光路を揺動してもよい。このような実施の形態においては、光路を揺動する方向や振幅に関する制限は、画像表示素子１１４の手前で揺動機構を利用することにより不要となる。なお、ビームエキスパンダ光学系１１３′は、本発明の拡張手段および揺動手段を含む手段に対応する。

なお、ポリゴンミラー１０３、ガルバノミラー１０５の後に画像表示素子１１４等が設置される構成も考えられる。

（Ｂ）また、本発明の揺動手段は、上述した実施の形態においては、本発明の走査手段とは個別的に構成されていた。しかしながら、本発明の揺動手段は、本発明の走査手段と一体的に構成されていてもよい。

より具体的には、揺動機構１１２は、ガルバノミラー１０５やポリゴンミラー１０３に設けられていてもよい（図１参照）。もちろん、ガルバノミラーアクチュエータ１０９が、光の光路を揺動してもよい。

なお、揺動機構がガルバノミラー１０５と投写光学系１０６との間に設けられている構成も考えられる。

（Ｃ）また、本発明の光路が揺動される方向は、上述した実施の形態１においては、光が走査される走査線の走査方向に対して垂直な方向であった。しかし、本発明の光路が揺動される方向は、たとえば、走査線の走査方向に対して垂直な方向から４５度ほど傾いた直線に沿った方向であってもよいし、円周に沿った方向であってもよい。要するに、本発明の光の光路は、光が走査される走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含んでいればよい。

なお、そのような垂直な方向の成分の振幅は、走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下であることが望ましい場合が多い。

（Ｄ）また、本発明の生成手段は、上述した実施の形態１〜３においては、レーザ光源であった。しかし、要するに、本発明の生成手段は、コヒーレント特性をもつ光を生成する手段であればよい。

このように、本発明によれば、エタンデュが小さく、小面積に集光に有利であるコヒーレントな特性を有するレーザのような光源を用いて、投写型画像表示装置を構成した際に生じるスペックル現象を、集光性能の劣化無く実現することができる。

また、レーザ光源の有するエタンデュの小さい長所はそのままに、スペックル発生を抑えることで小型のライトバルブへも効率よく集光できることから、低価格と高性能を両立するプロジェクタを実現できる。

本発明は、スペックルの発生を抑制しながら、使用環境の制約は少なく、光源の光を効率よく集光でき、有用である。

本発明の実施の形態１の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態１の画像投射装置のスクリーン上の走査状態を示した図 本発明の実施の形態２の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態２の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図 本発明の実施の形態の画像投射装置の投写レンズ部の構成を説明する図 本発明の実施の形態３の画像投射装置の全体構成図 本発明の実施の形態の画像投射装置の光線揺動部の構成を説明する図 本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その１） 本発明の実施の形態の、変調される前の光の光路が揺動される画像投射装置の全体構成図（その２）

符号の説明

１０１ レーザ光源
１０２ 変調部
１０３ ポリゴンミラー
１０４ Ｆシーターレンズ
１０５ ガルバノミラー
１０６、１１５、１３３ 投写光学系
１０７ 反射ミラー
１０８ スクリーン
１０９ ガルバノミラーアクチュエータ
１１０、１１７、１１８、１２０ アクチュエータ
１１１ ヒンジ部
１１２ 揺動機構
１１３、１２４、１２５ ビームエキスパンダ光学系
１１４ 画像表示素子
１１５ 投写光学系
１１６ 投写光学系光学部
１１７ 水平方向揺動アクチュエータ
１１８ 垂直方向揺動アクチュエータ
１１９ システム軸
１２１ 青色レーザ光源
１２２ 緑色レーザ光源
１２３ 赤色レーザ光源
１２７、１２８、１２９ 画像表示素子ユニット
１３０ 色合成プリズム
１３１ λ／２板
１３２、１４６ 複屈折素子
１３４、１３９、１４３ 入射側偏光板
１３５、１４０、１４４ 液晶パネル
１３６、１４１、１４５ 出射側偏光板
１３７ 青色光反射面
１３８ システム軸
１４２ 赤色光反射面

Claims (18)

1. コヒーレント特性をもつ光を生成する生成手段と、
   前記生成された光を変調する変調手段と、
   前記変調された光を投射する投射手段と、
   前記変調手段によって変調された後の、または前記変調手段によって変調される前の光の光路を揺動する揺動手段と、
   を備えた、投写型表示装置。
2. 前記揺動手段は、前記変調手段によって変調された後の光の光路を揺動する請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
3. 前記揺動手段は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する請求の範囲第２項記載の、投写型表示装置。
4. 前記揺動手段は、前記変調手段によって変調される前の光の光路を揺動する請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
5. 前記生成された光を走査する走査手段を備え、
   前記揺動手段は、スペックルの発生およびフォーカスの劣化が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する請求の範囲第４項記載の、投写型表示装置。
6. 前記揺動手段が前記光路を揺動する方向は、前記走査手段が光を走査する走査線の走査方向に対して垂直な方向の成分を含み、
   前記揺動手段が前記光路を揺動する、前記垂直な方向の成分の振幅は、前記走査線の走査線ピッチの実質的に半分以下である請求の範囲第５項記載の、投写型表示装置。
7. 前記生成された光を拡張する拡張手段を備え、
   前記揺動手段は、スペックルの発生が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されないように、前記光路を揺動する請求の範囲第４項記載の、投写型表示装置。
8. 前記生成手段は、赤色光を発生する赤色レーザ光源、緑色光を発生する緑色レーザ光源、および青色光を発生する青色レーザ光源を有し、
   前記変調手段は、前記発生された赤色光を変調する赤色画像表示素子ユニット、前記発生された緑色光を変調する緑色画像表示素子ユニット、および前記発生された青色光を変調する青色画像表示素子ユニットを有する請求の範囲第２項記載の、投写型表示装置。
9. 前記変調された赤色光、前記変調された緑色光、および前記変調された青色光を合成する色合成プリズムを備えた請求の範囲第８項記載の、投写型表示装置。
10. 前記揺動手段は、前記投射手段と一体的に構成されている請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
11. 前記揺動手段は、前記投射手段を回動させる、または前記投射手段の大きさを変化させることにより、前記光路を揺動する請求の範囲第１０項記載の、投写型表示装置。
12. 前記揺動手段は、前記走査手段と一体的に構成されている請求の範囲第５項記載の、投写型表示装置。
13. 前記変調手段は、前記光をそれぞれ変調することが可能な複数の画素をもつ画像表示素子である請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
14. 前記揺動手段が前記光路を揺動する振幅は、前記画素の画素ピッチの実質的に半分以下である請求の範囲第１３項記載の、投写型表示装置。
15. 前記揺動手段が前記光路を揺動する速度は、前記画素の間の暗部が前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある請求の範囲第１３項記載の、投写型表示装置。
16. 前記揺動手段が前記光路を揺動する速度は、前記光路が揺動されていることが前記投射された光によって生成される画像において実質的に認識されない範囲にある請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
17. 前記揺動手段が前記光路を揺動する振幅は、前記投射された光によって生成される画像の種類に応じて調節可能である請求の範囲第１項記載の、投写型表示装置。
18. コヒーレント特性をもつ光を生成する生成ステップと、
    前記生成された光を変調する変調ステップと、
    前記変調された光を投射する投射ステップと、
    前記変調された後の、または前記変調される前の光の光路を揺動する揺動ステップと、
    を備えた、投写型表示方法。

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