WO2006098281A1 - 画像投影装置 - Google Patents

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WO2006098281A1
WO2006098281A1 PCT/JP2006/304917 JP2006304917W WO2006098281A1 WO 2006098281 A1 WO2006098281 A1 WO 2006098281A1 JP 2006304917 W JP2006304917 W JP 2006304917W WO 2006098281 A1 WO2006098281 A1 WO 2006098281A1
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WO
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light
coherent
diffusion
reflecting
image projection
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/304917
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ken'ichi Kasazumi
Yoshikazu Hori
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Priority to US11/886,155 priority patent/US7866831B2/en
Publication of WO2006098281A1 publication Critical patent/WO2006098281A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/28—Reflectors in projection beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/10—Projectors with built-in or built-on screen

Definitions

  • the present invention relates to an image display apparatus such as a television receiver and a video projector, and an image projection apparatus such as a semiconductor exposure apparatus. Specifically, the present invention relates to an image projection apparatus that uses a coherent light source as a light source.
  • lamps or the like a metal nitride, halogen, xenon, high-pressure mercury discharge lamp or the like
  • the light emitted from the lamp as a light source is separated into red light (long wavelength light), green light (intermediate wavelength light), and blue light (short wavelength light) by a wavelength selection mirror.
  • Each separated color light is individually modulated by a liquid crystal panel or the like, then combined by a dichroic prism, and projected onto a screen by a projection lens. As a result, a color image is formed on the screen.
  • the lamp and the like are relatively short-lived. For this reason, when the lamp or the like is used as a light source, the maintenance of the light source is complicated.
  • the optical system of the apparatus becomes complicated because the white light emitted from the lamp or the like is separated by the above-described method to create three primary colors!
  • the light separated by the wavelength selective mirror has a relatively wide spectral width due to the optical properties of the wavelength selective mirror. As a result, the color reproduction range of the apparatus is limited and it is difficult to express pure colors. Still further, the light use efficiency is low, which is another problem of this type of image projector.
  • the laser light source has a long life compared with the conventional white lamp, and has high energy efficiency, and is also advantageous in terms of light utilization efficiency due to the excellent directivity exhibited by the laser beam. Sarako can widen the color reproduction area of the image projection apparatus compared to the above-mentioned type of image projection apparatus due to the excellent monochromaticity exhibited by the laser beam.
  • speckle noise means that coherent light emitted from a laser light source is scattered at various positions on the object surface, scattered at a position on the object surface, and scattered at a position adjacent to that position. This is a phenomenon in which the wavefront of coherent light interferes with the observation surface and generates a granular intensity distribution on the observation surface.
  • image projection devices that use a laser as the light source, the reduction of speckle noise generated remains an important issue for practical application.
  • an exposure illumination apparatus using laser light described in Patent Document 1 includes a diffuser plate that rotates in an optical system, and the diffuser plate is coherent. Convert light into incoherent light.
  • a diffusion plate that moves (rotates, Z, vibrates, etc.) is arranged in an optical system, and the coherent light is transmitted by the diffusion plate. Is converted into incoherent light.
  • Patent Document 1 JP-A-7-297111
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 6-208089
  • the diffuser plate In the case where the diffuser plate is used for the diffusion of coherent light while rotating, the diffuser plate includes a diffusion region that does not contribute to the diffusion of the coherent light. In other words, a large-area diffusion plate including a diffusion region that is not necessary for the diffusion of coherent light is used as the diffusion plate. As a result, there is a problem that the optical system of the apparatus becomes unnecessarily large.
  • An object of the present invention is to provide an image projection apparatus that realizes excellent projected image quality by suppressing the occurrence of speckle noise.
  • an object of the present invention is to provide an image projection apparatus including an optical system having a simpler configuration than conventional ones.
  • a coherent light source a collimation lens that converts coherent light emitted from the coherent light source force into coherent parallel light
  • a projection optical system that projects the coherent parallel light
  • the image projection apparatus further includes a reflection element that reflects coherent parallel light and can vibrate parallel to the normal direction of the reflection surface, and a reflection element driving unit that vibrates and moves the reflection element.
  • the present invention may further include a first diffusing element that diffuses coherent parallel light between the collimation lens and the reflecting element on the optical path of the coherent parallel light. preferable.
  • the present invention preferably further includes a first diffusion element that diffuses coherent parallel light formed on the reflection surface of the reflection element.
  • the present invention further includes a second diffusing element for diffusing light on the optical path of coherent parallel light and between the reflecting element force projection optical system.
  • the first diffusion element and the second diffusion element are preferably one diffusion element laminated on the reflection surface of the reflection element.
  • the reflection element driving unit causes the reflection element to reciprocate in the normal direction of the main surface of the reflection element.
  • the reflecting element driving means causes the reflecting element to rotationally vibrate about a rotation center axis included in a plane parallel to the main surface of the reflecting element.
  • the vibration distance of the reflective element is not less than (2) times the maximum period of the concavo-convex shape formed on the surface of the first diffusion element and used for light diffusion. It is preferable.
  • the present invention provides that the diffusion angle of the first diffusion element is an angle corresponding to the numerical aperture (NA) of the lens unit included in the projection optical system, that is, an angle equal to or less than asin (NA). It is preferable that
  • the image projection apparatus of the present invention has an effect of reducing speckle noise by an extremely simple configuration in which a reflecting element installed in an optical system is vibrated.
  • FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an image projection apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic configuration diagram of a modified example of the image projector according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an image projection apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an image projector according to a third embodiment.
  • FIG. 5 Diagram showing diffuser surface shape and diffused light intensity distribution
  • FIG. 1A is a schematic diagram of an image projection apparatus according to the first embodiment.
  • the image projection apparatus of this embodiment includes a semiconductor laser 11 that is a laser light source (coherent light source), and sequentially converts divergent light into parallel light along the optical path of the laser light output from the semiconductor laser 11.
  • It has a lens 16 and a screen 17, and further includes a reflector driving unit 18 that is a reflecting element driving unit and an image information generating unit 19 that is an image information generating unit.
  • a one-dot chain line in the figure indicates an optical axis of laser light emitted from the semiconductor laser 11.
  • the element indicated by the broken line is one of the displaceable positions of the reflecting plate 14, and a virtual element image formed by the displacement of the reflecting plate 14 and the light reflecting action of the reflecting plate 14, that is, the appearance of each element. Indicates the position.
  • the reflecting plate 14 can reflect incident light and can reciprocate in the main surface normal direction, and is connected to the reflecting plate driving unit 18.
  • the reflector driving unit 18 can reciprocate the reflector 14 in a reciprocating manner.
  • the image information generation unit 19 is connected to the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and can send an input signal corresponding to the image information to the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15.
  • the semiconductor laser 11 radiates and emits laser light.
  • the divergent laser light is incident on the collimation lens 12 and is substantially converted into parallel light and emitted.
  • the parallel laser light is transmitted through the first diffusing element 13a, and its traveling direction is changed substantially at right angles by the reflecting plate 14 arranged at approximately 45 degrees with respect to the optical axis.
  • the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 includes a liquid crystal pixel, and the liquid crystal pixel can change the transmittance of the liquid crystal pixel according to an input signal corresponding to image information to be projected on the screen 17. .
  • the parallel laser light modulated by the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 enters the projection lens 16 and reaches the screen 17. On the screen 17, an image is formed by laser light whose brightness is spatially modulated according to image information.
  • the reflector 14 is opposite to the optical axis of the laser light between the first diffusing element 13a and the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 along the optical path of the laser light. Arranged so that the main surface of the firing plate 14 forms approximately 45 degrees. Therefore, due to the action of reflecting the light of the reflecting plate 14, the semiconductor laser 11 is positioned at the position of the apparent semiconductor laser l lva on the apparent optical axis parallel to the optical axis downstream of the reflecting plate 14 with respect to the optical path. It is optically equivalent even if it is considered.
  • the reflection plate 14 has a frequency of several tens hertz or more, for example, 30 hertz or more, parallel to the normal direction of the reflection surface, which is one of the main surfaces of the reflection plate 14, by the reflection plate driving unit 18.
  • the reciprocating vibration is possible with a predetermined amplitude.
  • the position of the apparent semiconductor laser also changes.
  • the position of the apparent semiconductor laser is periodically displaced in the direction of 45 degrees with the apparent optical axis in synchronization with the frequency of the reflector 14.
  • the apparent semiconductor laser l lvb is an example of the apparent position displacement due to the vibration of the reflector 14.
  • the optical path length from the semiconductor laser 11 to the screen 17 changes periodically in synchronization with the vibration of the reflecting plate 14. For this reason, the relative phase (optical path length) of the laser light reaching any one point on the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and the screen 17 is periodically synchronized with the vibration period (or frequency) of the reflector 14.
  • the reflector 14 that vibrates at several tens of hertz or more changes the distribution state of speckle noise on the screen 17 at the same frequency of several tens of hertz. Therefore, when the human eye (observer) sees the screen 17, the speckle noise changes its position faster than the response time of human visual sense, so the speckle noise at each point on the screen is time-dependent. As a result, the intensity spots etc. that can be recognized by the observer are reduced, and the image quality of the projected image is improved.
  • the semiconductor laser 11 uses a red semiconductor laser (oscillation wavelength of about 650 nm) whose active layer is an AlGalnP system.
  • the collimation lens 12 uses a lens with NA of 0.5
  • the projection lens 16 uses a lens with NA of 0.4.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the surface shape of the first diffusion element 13a and the intensity distribution of light diffused by the first diffusion element 13a.
  • the first diffusing element 13a has a base material that is transparent to the laser light emitted from the semiconductor laser 11, and referring to FIG. 5, at least one main surface of the surface has a random uneven shape. It is processed as follows. The main surface of the first diffusing element 13a randomly forms an uneven shape having unevenness of various sizes.
  • the maximum period (the concave force of the irregularities along the surface is the largest of the distance from the convex part to the convex part) or d
  • the maximum period d is an amount on the order of a few microns.
  • the average period of the concavo-convex shape of the first diffusion element 13a (the average value of the distance from the concavo-convex concave portion to the concave portion or the convex portion to the convex portion along the surface) is 3.3 microns.
  • the light 51 incident on the first diffusion element 13a is diffused by the first diffusion element 13a.
  • the intensity distribution 57 is a cross section perpendicular to the optical axis at the downstream of the first diffusion element 13a in the traveling direction of the light 51. Intensity distribution at.
  • r? Is the angle formed by the optical axis and the straight line connecting the intersection of the first diffusing element 13a and the optical axis and a certain point in the cross section.
  • the intensity of light diffused by a diffusing element shows a distribution that monotonously decreases along the deviation from the optical axis.
  • the intensity 1 (0) of the diffused light 51 on the optical axis is standardized to 1
  • the angle ⁇ that gives the intensity 1 (7?) 0.5 is ⁇ , which is called the diffusion angle.
  • the first diffusion element 13a in the form is a diffusion element having a diffusion angle of 10 degrees.
  • the vibration distance of the reflector 14 is 100 microns. Due to the vibration of the reflector 14, the apparent light sources l lva and l lvb vibrate in a direction that forms an angle of approximately 45 degrees with the optical axis. For example, when the vibration distance is 100 microns, most of the laser light incident on any one point of the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 is from the range of 100Z (2) microns width on the diffusion surface of the first diffusion element 13a. The emitted laser light. Therefore, in order to solve the problem of the present application well, the vibration distance of the reflector 14 may be (2) X d or more.
  • the vibration distance may be about 5 microns or more.
  • the reflector 14 performs a reciprocating vibration motion at a vibration distance of (2) X d or more, so that one cycle of the reciprocating vibration motion is provided at any point on the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and the screen 17.
  • the diffusion angle of the first diffusion element 13a is equal to or smaller than the divergence allowable angle of the projection lens. That is, it is desirable that the diffusion angle is not more than asin (NA).
  • the NA of the projection lens 16 of the present embodiment disposed downstream of the first diffusing element 13a is 0.4.
  • the first diffusion element 13a of the present embodiment has a diffusion angle of 10 degrees, and most of the diffused light can be used for projection.
  • FIG. 1B is a schematic diagram of an image projection apparatus according to a modification of the first embodiment.
  • the image projection apparatus of this modification example includes a semiconductor laser 11, a collimation lens 12, a first diffusing element 13a, a reflector 14, and a transparent plate. Over liquid crystal spatial modulator 15, projection lens 16, screen 17, reflector drive unit 18, And an image information generation unit 19 and a second diffusing element 13b on the optical path between the reflector 14 and the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15.
  • Laser light emitted from the semiconductor laser 11 enters the collimation lens 12, passes through the first diffusing element 13a, and travels on the reflector 14 arranged at approximately 45 degrees with respect to the optical axis. After the direction is changed to a substantially right angle, the light further passes through the second diffusion element 13b and enters the force transmission type liquid crystal spatial modulation element 15.
  • the first diffusion element 13a is the same element as in the first embodiment.
  • the second diffusion element 13b may be the same element as the first diffusion element 13a.
  • the reflector 14 that performs reciprocal vibration motion at a vibration distance of X d or more solves the problem of the present application, and further, due to the action of the second diffusion element 13b.
  • the reflected light from the reflector 14 is diffused again.
  • the light incident on the second diffusing element 13b receives light emitted from different uneven periods of the first diffusing element 13a at each point of the second diffusing element 13b, and emits further diffused light. Therefore, on the screen 17, the speckle noise intensity is further reduced by the periodic movement of the intensity spots, in which the intensity spots are further diffused and reduced by the second diffusion element 13b, and the image quality of the projected image is improved. Is promoted.
  • the combined diffusion angle by the first diffusion element 13a and the second diffusion element 13b is smaller than the divergence allowable angle of the projection lens.
  • the NA of the projection lens 16 of the present embodiment disposed downstream of the first diffusion element 13a and the second diffusion element 13b is 0.4.
  • the combined diffusion angle of the first diffusion element 13a and the second diffusion element 13b of this embodiment (the sum of the diffusion angle of the first diffusion element 13a and the diffusion angle of the second diffusion element 13b) is 20 degrees, and the diffused light Most of them can be used for projection.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to the second embodiment.
  • the image projection apparatus of the present embodiment includes a semiconductor laser 11, a collimation lens 12, a transmissive liquid crystal spatial modulation element 15, a projection lens 16, a screen 17, a reflector driving unit 18, And an image information generation unit 19, and further, on the optical path between the collimation lens 12 and the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15, it is a reflection element and simultaneously expands
  • the reflector 24 is a diffuser element, and the diffuser element 23 is integrally formed in front of the reflector surface of the reflector 24.
  • the reflector 24 and the diffusing element 23 formed integrally in front of the reflecting surface of the reflecting plate 24 are arranged so that the optical axis of the laser beam and the main surface of the reflecting plate 24 form approximately 45 degrees, and the incident light is incident. It can reflect light and can reciprocally vibrate in the normal direction of the main surface, and is connected to the reflector driving unit 18.
  • the reflector driving unit 18 can reciprocally vibrate the reflector 24 and the diffusing element 23.
  • the light diverging and radiated from the semiconductor laser 11 is converted into substantially parallel light by the collimation lens 12.
  • the parallel laser light is once transmitted through the diffusing element 23, bent in a substantially right angle by the reflector 24, transmitted again through the diffusing element 23, and then incident on the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15.
  • the reflector 24 and the diffusing element 23 integrally formed in front of the reflecting surface of the reflector 24 are provided by the reflector driving unit 18.
  • the reciprocating vibration motion with a predetermined amplitude is possible at a frequency of several tens of hertz or more in parallel with the normal direction of the reflecting surface which is the main surface of the reflecting plate 14.
  • one diffusion element 23 is used, but the laser light passes through the diffusion element 23 twice. Therefore, a light diffusion effect comparable to that obtained when two diffusing elements are arranged on the optical path can be obtained. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a viewer with a projection image having improved image quality by using an image projection apparatus having a simpler configuration.
  • the diffusing element 23 and the reflector 24 may be the same as those in the first embodiment.
  • Other components having the same reference numerals as those in the first embodiment may be the same as those in the first embodiment.
  • the filler 25 positioned between the diffusing element 23 and the reflecting plate 24 may be a material that is optically transparent with respect to the laser beam emitted from the semiconductor laser 11 such as glass, resin, or transparent adhesive. Air may also be used.
  • the reciprocating vibration movement distance of the reflector 24 and the diffuser element 23 integrally formed in front of the reflecting surface of the reflector 24 is (2) X d or more. I just need it.
  • the diffusion element 23 performs light diffusion twice for the same light. Therefore, the diffusion angle is practically 20 degrees.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to the third embodiment.
  • the image projection apparatus of the present embodiment includes a semiconductor laser 11, a collimation lens 12, a transmissive liquid crystal spatial modulation element 15, a projection lens 16, a screen 17, and a reflector. It has a drive unit 18 and an image information generation unit 19, and further has a diffusive reflector 34 on the optical path between the collimation lens 12 and the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15.
  • the diffusive reflector 34 is arranged such that the optical axis of the laser beam and the main surface of the diffusive reflector 34 form approximately 45 degrees, and can diffuse and reflect incident light. It can move back and forth in the normal direction and is connected to the reflector drive unit 18.
  • the reflector driving unit 18 can reciprocally vibrate the diffusive reflector 34.
  • the light diverging and radiated from the semiconductor laser 11 is converted into substantially parallel light by the collimation lens 12.
  • the parallel laser light is bent and diffused by the diffusive reflecting plate 34 having a light diffusing surface at a substantially right angle, and then enters the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15.
  • the diffusive reflector 34 is a diffusive reflector that is the main surface of the diffusive reflector 34 by the reflector driving unit 18.
  • a reciprocating oscillatory motion is possible with a specified amplitude at a frequency of several tens of hertz or more in parallel with the normal direction.
  • a light diffusion effect equivalent to that obtained when the diffusing element is arranged on the optical path without using the transmissive diffusing element 13a or the like used in the previous embodiment can be obtained. Therefore, the present embodiment can provide an observer with a projected image having improved image quality by an image projecting apparatus having a simpler configuration.
  • the diffusive reflection surface of the diffusive reflection plate 34 may be a light reflection surface having a surface shape similar to the uneven shape of the diffusion plate shown in FIG.
  • the other components having the same reference numerals as those in the first embodiment may be the same as those in the first embodiment.
  • the vibration distance of the diffusive reflector 34 is (2) X d That is all you need.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an image projection apparatus according to the fourth embodiment.
  • the image projection apparatus of this embodiment includes a semiconductor laser 11, a collimation lens 12, a diffusion element 13a, a second diffusion element 13b, a transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and a projection.
  • a lens 16, a screen 17, and an image information generation unit 19 are provided, and a rotary reflector 44 is provided on the optical path between the first diffusing element 13 a and the second diffusing element 13 b.
  • the rotary reflector 44 is centered on a position where the angle between the optical axis and the main surface is 45 degrees, with the axis that is the intersection with the optical axis and extending in the direction perpendicular to the drawing as the rotational center axis. It is capable of rotational vibration, and is connected to the reflector rotation drive unit 48, which is a reflector drive means, at the center axis of rotation.
  • the reflection plate rotation drive unit 48 can cause the rotary reflection plate 44 to perform a rotational vibration motion.
  • the rotating reflecting plate 44 is centered on the position where the angle formed by the optical axis and the main surface is 45 degrees, by the reflecting plate rotating drive unit 48, with the rotational axis of the rotating reflecting plate 44 being several tens of times. It can be vibrated at a predetermined maximum rotation angle at a frequency of hertz or higher, for example, 30 hertz.
  • the maximum rotation angle is the absolute value of the difference between the maximum angle (or minimum angle) between the optical axis and the principal surface, which changes due to rotational vibration, and 45 degrees. Further, it is desirable that the rotation center axis and the center of gravity of the rotary reflector 44 substantially coincide.
  • the position of the apparent semiconductor laser also changes.
  • the apparent position of the semiconductor laser is located on the circumference centered on the center axis of rotation of the apparent semiconductor laser l lvd with the reflection surface forming 45 degrees with the optical axis.
  • the apparent semiconductor lasers when the rotating reflector 44 is in the maximum rotation angle state are denoted as l lvc and l ive. In this figure, ⁇ is equal to the maximum rotation angle. Due to the rotational vibration of the rotary reflector 44, the optical axis of the semiconductor laser 11 vibrates in synchronization with the rotary vibration of the rotary reflector 44, and the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and the screen 17 from the semiconductor laser 11.
  • the optical path length to each of the above points also changes in synchronization with the vibration of the rotating reflector 44. For this reason, the transparent liquid crystal spatial modulation element 15 and the laser beam reaching one arbitrary point on the screen 17 are used.
  • the relative phase (optical path length) and the incident angle of the light change periodically in synchronization with the vibration period (or frequency) of the rotating reflector 44.
  • the rotating reflector 44 that vibrates at several tens of hertz or more changes the speckle noise distribution on the screen 17 at a frequency of several tens of hertz. Therefore, when the human eye (observer) sees the screen 17, the speckle noise changes faster than the human visual sensation response time, and therefore the speckle noise at each point on the screen is averaged over time. As a result, the intensity spots etc. that can be recognized by the observer are reduced, and the image quality of the projected image is improved.
  • the maximum rotation angle of the rotating reflector 44 is greater than LX ⁇ force (LX ⁇ d) ( ⁇ , where L is the distance between the rotation center axis and the second diffusion element 13b. ⁇ dZL). This is because the rotating reflector 44 performs a rotational vibration motion with a maximum rotational angle ⁇ of dZL or more, so that any point on the second diffusing element 13b has a first diffusion within one period of the rotational vibration motion. This is because light emitted from two or more different uneven periods of the uneven shape on the surface of the element 13a arrives, and the effect of light diffusion is more averaged over time.
  • the rotary reflector 44 may be equivalent to the reflector 14 used in Embodiment 1 or the like.
  • Other components having the same reference numerals as those in the first embodiment may be the same as those in the first embodiment.
  • the maximum rotation angle ⁇ may be a small angle, as is apparent from the condition ⁇ dZL.
  • the maximum rotation angle is 0.1 degree. Therefore, the fluctuation of the incident angle to the transmissive liquid crystal spatial modulation element 15 and the screen 17 is also slight.
  • the combined diffusion angle of the first diffusion element 13a and the second diffusion element 13b is 20 degrees.
  • a projection type information display device using a monochromatic (red) light source using a monochromatic (red) light source.
  • an optical system corresponding to three colors, blue, green, and red, and a spatial modulation element are installed, and a color display can be realized by combining images of each color on the screen. It is.
  • an intensity modulation type transmissive liquid crystal is used as the spatial modulation element !, it is not necessarily limited to the transmission type or the intensity modulation type. It may be a reflective liquid crystal element, a light reflective spatial modulation element formed by micromachine technology, or a spatial modulation element using diffracted light.
  • the image projector of the present invention provides an image display having a uniform luminance on the entire display screen, and has high industrial applicability.

Landscapes

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Abstract

　本発明の画像投影装置は、スペックルノイズを低減し、高画質な画像投影を実現する。本発明の画像投影装置は、コヒーレント光源と、コヒーレント光源から発せられたコヒーレント光をコヒーレント平行光に変換するコリメーションレンズと、コヒーレント平行光を投影する投影光学系を有する画像投影装置であって、さらに、コヒーレント平行光を反射すると共に反射面の法線方向と平行に振動可能な反射素子と、反射素子を振動運動させる反射素子駆動手段を有する画像投影装置である。

Description

明 細 書
画像投影装置
技術分野
[0001] 本発明は、テレビ受像機、映像プロジヱクタなどの画像表示装置や、半導体露光装 置などの画像投影装置に関する。具体的には、特に光源にコヒーレント光源を用いる 画像投影装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、光源としてメタルノヽライド、ハロゲン、キセノン、高圧水銀放電ランプ等（以下 、「ランプ等」と称する。）を用いた画像投影装置が普及している。このタイプの画像投 影装置においては、光源であるランプ等力もの出射光は、波長選択ミラーによって赤 色光 (長波長光)、緑色光（中間波長光)、青色光 (短波長光）に分離され、分離され た各色光は、個別的に液晶パネル等によって変調された後、ダイクロイツクプリズムに よって合波され、投影レンズによってスクリーン上に投影される。その結果として、スク リーン上にカラー画像が形成される。
[0003] しかし、残念なことに上記ランプ等は比較的短命である。そのため、上記ランプ等を 光源として用いる場合、光源のメンテナンスが煩雑である。また、上記ランプ等から出 射される白色光を上述の方法により分離し三原色を作り出して!/、るために装置の光 学系は複雑なものとなる。さらに、波長選択ミラーで分離された光は、波長選択ミラー の光学的性質上、比較的広いスペクトル幅を備える。その結果、装置の色再現領域 は狭く制限され、鮮ゃ力な純色の表現も困難である。なおさらには、光の利用効率が 低 、点も、このタイプの画像投影装置の抱える問題点である。
[0004] 光源として上記ランプ等を用いた画像投影装置におけるこれらの問題を解決する ため、最近では、光源としてレーザ光源を使用する試みが活発になされている。レー ザ光源は従来の白色ランプとの比較においては長寿命であり、かつ、エネルギー効 率が高ぐカ卩えて、レーザ光の示す優れた指向性により光利用効率の点でも有利で ある。さら〖こは、レーザ光の示す優れた単色性により画像投影装置の色再現領域を、 上述のタイプの画像投影装置と較べて広くするができる。 [0005] しカゝしながら、上述の様に画像投影装置にレーザ光源を使用した場合、レーザ光 源に固有のコヒーレンシ一（可干渉性）に起因して画像にスペックルノイズが発生し、 その結果、投影画像の画質が劣化する、という問題がある。ここで、スペックルノイズと は、レーザ光源から出射されるコヒーレント光が物体面の様々な位置で散乱し、物体 面のある位置で散乱したコヒーレント光と、その位置に隣接する位置において散乱し たコヒーレント光の波面とが観察面にぉ 、て干渉し合 、、観察面上に粒状の強度分 布を発生させる現象である。光源としてレーザを用いる画像投影装置において、発生 するスペックルノイズの低減は実用化に向けた重要課題として残されている。
[0006] このスペックルノイズを抑制するために、例えば、特許文献 1に記載のレーザ光を用 いた露光照明装置は、光学系に回転運動する拡散板を配し、当該拡散板によりコヒ 一レント光をインコヒーレント光に変換して 、る。
[0007] また、例えば、特許文献 2に記載のレーザ光を用いた投影型ディスプレイ装置は、 光学系に運動（回転および Zまたは振動等)する拡散板を配し、当該拡散板によりコ ヒーレント光をインコヒーレント光に変換して 、る。
特許文献 1 :特開平 7— 297111号公報
特許文献 2：特開平 6 - 208089号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] し力しながら、拡散板を回転運動させつつコヒーレント光の拡散に使用する場合、 その各瞬間において、拡散板は、コヒーレント光の拡散に寄与しない拡散領域を含 む。逆の見方をすれば、コヒーレント光の拡散に不要な拡散領域を含んだ大面積の 拡散板が拡散板として用いられる。その結果として、装置の光学系が不要に大きなも のとなる点が問題としてある。
[0009] 本発明は、スペックルノイズの発生を抑制して優れた投影画像画質を実現する画 像投影装置の提供を課題とする。
[0010] 本発明は、特に、従来よりも簡単な構成の光学系を備える画像投影装置を提供す ることを課題とする。
課題を解決するための手段 [0011] 本発明は、その一態様にぉ 、て、コヒーレント光源と、コヒーレント光源力 発せられ たコヒーレント光をコヒーレント平行光に変換するコリメーシヨンレンズと、コヒーレント 平行光を投影する投影光学系を有する画像投影装置であって、さらに、コヒーレント 平行光を反射すると共に反射面の法線方向と平行に振動可能な反射素子と、反射 素子を振動運動させる反射素子駆動手段を有する画像投影装置である。
[0012] 本発明の一態様において、本発明は、さらに、コヒーレント平行光を拡散する第 1拡 散素子を、コヒーレント平行光の光路上、コリメーシヨンレンズから反射素子の間に備 えることが好ましい。
[0013] 本発明の一態様において、本発明は、さらに、反射素子の反射面に形成されたコヒ 一レント平行光を拡散する第 1拡散素子を有することが好ましい。
[0014] 本発明の一態様において、本発明は、さらに、光を拡散する第 2拡散素子を、コヒ 一レント平行光の光路上、反射素子力 投影光学系の間に備えることが好ましい。
[0015] 本発明の一態様において、本発明は、第 1拡散素子および第 2拡散素子は、反射 素子の反射面上に積層された一の拡散素子であることが好ましい。
[0016] 本発明の一態様において、本発明は、反射素子駆動手段は、反射素子の主面の 法線方向に反射素子を往復的振動運動させることが好まし ヽ。
[0017] 本発明の一態様において、本発明は、反射素子駆動手段は、反射素子の主面に 平行な面に含まれる回転中心軸を中心に反射素子を回転的振動運動させることが 好ましい。
[0018] 本発明の一態様において、本発明は、反射素子の振動の距離は、第 1拡散素子の 表面に形成され光拡散に供される凹凸形状の最大周期の（ 2)倍以上であることが 好ましい。
[0019] 本発明の一態様において、本発明は、第 1拡散素子の拡散角は、投影光学系に含 まれるレンズ部の開口数 (NA)に対応する角度すなわち asin(NA)以下の角度であ ることが好ましい。
発明の効果
[0020] 本発明の画像投影装置は、光学系に設置した反射素子を振動させるという極めて 簡単な構成により、スペックルノイズを低減する効果を有する。 図面の簡単な説明
[0021] [図 1A]第 1の実施形態による画像投影装置の構成概略図
[図 1B]第 1の実施形態による画像投影装置の変形例構成概略図
[図 2]第 2の実施形態による画像投影装置の構成概略図
[図 3]第 3の実施形態による画像投影装置の構成概略図
圆 4]第 4の実施形態による画像投影装置の構成概略図
[図 5]拡散素子表面形状、および、拡散光の強度分布を示す図
符号の説明
[0022] 11 半導体レーザ
12 コリメーシヨンレンズ
13a, 13b、 23、 53 拡散素子
14、 24 反射板
15 透過型液晶空間変調素子
16 投影レンズ
17 スクリーン
18 反射板駆動部
19 画像情報生成部
34 拡散性反射板
44 回転反射板
48 反射板回転駆動部
発明を実施するための最良の形態
[0023] 以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
[0024] (実施の形態 1)
図 1Aは、第 1の実施形態による画像投影装置の模式図である。
[0025] 本実施形態の画像投影装置は、レーザ光源 (コヒーレント光源)である半導体レー ザ 11を備え、半導体レーザ 11の出力するレーザ光の光路に沿って順に、発散光を 平行光に変換するコリメーシヨンレンズ 12、拡散素子 13a、反射素子である反射板 1 4、空間変調素子である透過型液晶空間変調素子 15、投影光学系を構成する投影 レンズ 16、および、スクリーン 17を有し、さらに反射素子駆動手段である反射板駆動 部 18および画像情報生成手段である画像情報生成部 19を有する。図中の一点鎖 線は、半導体レーザ 11出射するレーザ光の光軸を示す。破線で示された要素は、反 射板 14の変位可能位置の 1つ、ならびに、反射板 14の変位と反射板 14の光反射作 用により形成される仮想的要素像すなわち、各要素の見かけの位置を示す。
[0026] 反射板 14は、入射光を反射可能であると共に、主面法線方向に往復的振動運動 可能であり、反射板駆動部 18と接続されている。反射板駆動部 18は、反射板 14を 往復的振動運動させることができる。
[0027] 画像情報生成部 19は、透過型液晶空間変調素子 15に接続され、透過型液晶空 間変調素子 15に対して画像情報に対応する入力信号を送ることができる。
[0028] 半導体レーザ 11は、レーザ光を発散放射する。発散光であるレーザ光は、コリメ一 シヨンレンズ 12に入射し、実質上平行光に変換されて出射される。平行レーザ光は、 第 1拡散素子 13aを透過し、光軸に対しておよそ 45度を成して配置された反射板 14 で進行方向をほぼ直角に変化させ、透過型液晶空間変調素子 15に入射する。この 透過型液晶空間変調素子 15は、液晶画素を備え、液晶画素は、スクリーン 17に投 影されるべき画像の情報に対応する入力信号に応じて液晶画素の透過率を変更す ることができる。透過型液晶空間変調素子 15により変調された平行レーザ光は投影 レンズ 16に入射し、スクリーン 17に到達する。スクリーン 17上において、画像情報に 応じて明暗が空間的に変調されたレーザ光により画像が形成される。
[0029] 第 1の実施形態による画像投影装置において、反射板 14はレーザ光の光路に沿 つて第 1拡散素子 13aと透過型液晶空間変調素子 15との間に、レーザ光の光軸と反 射板 14の主面とがおよそ 45度を成すように配される。そのため、反射板 14の有する 光を反射する作用により、半導体レーザ 11は光路に関して反射板 14よりも下流部に おける光軸と平行な見かけの光軸上の、見かけの半導体レーザ l lvaの位置にあると 考えても光学上等価である。
[0030] 反射板 14は、反射板駆動部 18により、反射板 14の主面の 1つである反射面の法 線方向と平行に数 10ヘルツ以上、例えば、 30ヘルツ以上、の振動数で、所定の振 幅で往復的振動運動可能である。反射板 14が法線方向に往復的振動運動を行う際 、見かけの半導体レーザの位置も変化する。見かけの半導体レーザの位置は、見か けの光軸と 45度を成す方向に、反射板 14の振動数と同期して周期的に変位する。 見かけの半導体レーザ l lvbは、反射板 14の振動による見かけの位置の変位の一 例である。反射板 14の振動により、半導体レーザ 11からスクリーン 17までの光路長 は、反射板 14の振動と同期して周期的に変化する。そのため、透過型液晶空間変 調素子 15およびスクリーン 17上の任意の一点に到達するレーザ光の相対的位相（ 光路長）は、反射板 14の振動周期 (もしくは振動数)と同期して周期的に変化する。 数 10ヘルツ以上で振動する反射板 14は、スクリーン 17のスペックルノイズの分布状 態を、同じく数 10ヘルツの振動数で変化させる。よって、スクリーン 17を人間 (観察者 )の目が見た場合、スペックルノイズは、人間の視感覚の応答時間よりも早くその位置 を変化させ、よってスクリーン上の各点におけるスペックルノイズは時間的に平均化さ れ、観察者の認識可能な強度斑等は低減され、投影画像の画質の向上をもたらすこ ととなる。
[0031] 本実施形態においては、半導体レーザ 11は、活性層が AlGalnP系の赤色半導体 レーザ（発振波長約 650nm)を用いている。コリメーシヨンレンズ 12には、 NAが 0. 5 のレンズを用い、投影レンズ 16には、 NAが 0. 4のレンズを用いている。
[0032] 図 5は、第 1拡散素子 13aの表面形状および第 1拡散素子 13aにより拡散される光 の強度分布について説明する模式図である。第 1拡散素子 13aは、半導体レーザ 11 の出射するレーザ光に対し透明な基材を有し、図 5を参照すれば、その表面のうち少 なくとも 1主面は、ランダムな凹凸形状を持つように加工されている。第 1拡散素子 13 aの当該主面は、ランダムに、様々な大きさの凹凸を有する凹凸形状を形成している 。本図に示すように、第 1拡散素子 13aの表面の凹凸のうち、その最大周期（表面に 沿った凹凸の凹部力 凹部までもしくは凸部から凸部までの距離のうち最大のもの） を dとする。一般に、最大周期 dは、数ミクロンオーダの量である。
[0033] また、第 1拡散素子 13aの凹凸形状の平均周期 (表面に沿った凹凸の凹部から凹 部までもしくは凸部から凸部までの距離の平均値）は 3. 3ミクロンである。
[0034] 第 1拡散素子 13aに入射する光 51は、第 1拡散素子 13aによって拡散する。強度 分布 57は、光 51の進行方向第 1拡散素子 13a下流部において光軸に垂直な断面 における強度分布である。ここで、 r?は、第 1拡散素子 13aと光軸の交点と断面内の ある一点を結ぶ直線と、光軸が成す角である。
[0035] 一般に拡散素子によって拡散された光の強度は、光軸からのずれに沿って単調減 少する分布を示す。光軸上における拡散光 51の強度 1 (0)を 1に規格ィ匕した場合に 強度 1 ( 7? ) = 0. 5となる角度 ηを Θ とし、これを拡散角と呼ぶことにする。本実施
1/2
形態の第 1拡散素子 13aは、 10度の拡散角を有する拡散素子である。
[0036] 図 1Aを再び参照すれば、本実施形態において反射板 14の振動距離は 100ミクロ ンである。反射板 14の振動により、見かけの光源 l lvaおよび l lvbは光軸とおよそ 4 5度の角度を成す方向に振動する。例えば、振動距離が 100ミクロンのとき、透過型 液晶空間変調素子 15の任意の一点に入射するレーザ光の大部分は、第 1拡散素子 13aの拡散面上、 100Z ( 2)ミクロン幅の範囲から出射したレーザ光である。その ため、本願の課題をよく解決するためには、反射板 14の振動距離は、（ 2) X d以 上であればよい。例えば、最大周期 dが 3. 5ミクロンの場合、振動距離は約 5ミクロン 以上であればよい。なぜなら、反射板 14が ( 2) X d以上の振動距離で往復的振動 運動を行うことにより、透過型液晶空間変調素子 15およびスクリーン 17上の任意の 各点に、往復的振動運動の一周期中に、第 1拡散素子 13aの表面の凹凸形状の 2 以上の相異なる凹凸周期から出射した光が到達し、その点における強度斑の定在を 防止するからである。
[0037] また、第 1拡散素子 13aの拡散角は、投影レンズの発散許容角度以下であることが 望ましい。つまり、拡散角は、 asin (NA)以下であることが望ましい。第 1拡散素子 13 aの下流に配された、本実施形態の投影レンズ 16の NAは、 0. 4である。本実施形態 の第 1拡散素子 13aの拡散角は、 10度であって、拡散光の殆どを投影に利用できて いる。
[0038] (実施の形態 1の変形例）
図 1Bは、第 1の実施形態の変形例による画像投影装置の模式図である。
[0039] 本変形例の画像投影装置は、図 1Aに示す第 1の実施形態による画像投影装置と 同様、半導体レーザ 1 1、コリメーシヨンレンズ 12、第 1拡散素子 13a、反射板 14、透 過型液晶空間変調素子 15、投影レンズ 16、スクリーン 17、反射板駆動部 18、およ び、画像情報生成部 19を有し、さらに、反射板 14と透過型液晶空間変調素子 15の 間、光路上に第 2拡散素子 13bを有する。
[0040] 半導体レーザ 11の発するレーザ光は、コリメーシヨンレンズ 12に入射し、第 1拡散 素子 13aを透過し、光軸に対しておよそ 45度を成して配置された反射板 14で進行 方向をほぼ直角に変化させた後、更に第 2の拡散素子 13bを透過して力 透過型液 晶空間変調素子 15に入射する。
[0041] 本変形例においては、第 1拡散素子 13aは第 1の実施形態と同様の素子である。
第 2拡散素子 13bは、第 1拡散素子 13aと同様の素子であってよい。
[0042] 第 1実施形態と同様に、（ 2) X d以上の振動距離で往復的振動運動を行う反射 板 14により、本願の課題はよく解決され、さらに、第 2拡散素子 13bの働きにより、反 射板 14からの反射光が再度拡散される。第 2拡散素子 13bに入射する光は、第 2拡 散素子 13bの各点において、第 1拡散素子 13aの異なる凹凸周期から出射した光を 受け、さらに拡散した光を出射する。そのため、スクリーン 17上においては、第 2拡散 素子 13bによって強度斑のピークがさらに拡散され低減された強度斑の周期的な移 動により、さらにスペックルノイズの強度が低減され、投影画像の画質向上が促進さ れる。
[0043] また、第 1拡散素子 13aおよび第 2拡散素子 13bによる合成された拡散角は、投影 レンズの発散許容角度よりも小さいことが望ましい。第 1拡散素子 13aおよび第 2拡散 素子 13bの下流に配された、本実施形態の投影レンズ 16の NAは、 0. 4である。本 実施形態の第 1拡散素子 13aおよび第 2拡散素子 13bの合成拡散角（第 1拡散素子 13aの拡散角と第 2拡散素子 13bの拡散角の和）は、 20度であって、拡散光の殆ど を投影に利用できている。
[0044] (実施の形態 2)
図 2は、第 2の実施形態による画像投影装置の模式図である。
[0045] 本実施形態の画像投影装置は、第 1の実施形態同様、半導体レーザ 11、コリメ一 シヨンレンズ 12、透過型液晶空間変調素子 15、投影レンズ 16、スクリーン 17、反射 板駆動部 18、および、画像情報生成部 19を有し、さらに、コリメーシヨンレンズ 12と 透過型液晶空間変調素子 15との間、光路上において、反射素子であると同時に拡 散素子である反射板 24と反射板 24の反射面前方に一体化形成された拡散素子 23 を有する。
[0046] 反射板 24と反射板 24の反射面前方に一体化形成された拡散素子 23は、レーザ 光の光軸と反射板 24の主面とがおよそ 45度を成すように配され、入射光を反射可能 であると共に、主面法線方向に往復的振動運動可能であり、反射板駆動部 18と接続 されている。反射板駆動部 18は、反射板 24と拡散素子 23を往復的振動運動させる ことができる。
[0047] 半導体レーザ 11から発散放射された光はコリメーシヨンレンズ 12により実質上平行 光に変換される。平行レーザ光は、拡散素子 23を一度透過し、反射板 24で進行方 向がほぼ直角に折り曲げられ、再度、拡散素子 23を透過し、その後、透過型液晶空 間変調素子 15に入射する。
[0048] 第 1の実施形態同様、本実施形態における画像投影装置においては、反射板 24と 反射板 24の反射面前方に一体化形成された拡散素子 23は、反射板駆動部 18によ り、反射板 14の主面である反射面の法線方向と平行に数 10ヘルツ以上の振動数で 、所定の振幅で往復的振動運動が可能である。本実施形態では、一の拡散素子 23 を用いるが、レーザ光は、拡散素子 23を 2度透過する。そのため、 2枚の拡散素子を 光路上に配置した場合に匹敵する光拡散効果が得られる。よって、本実施形態は、 より簡便な構成となった画像投影装置により、向上した画質を有する投影画像を観察 者に提供可能である。
[0049] 本実施形態においては、拡散素子 23、および、反射板 24は、第 1の実施形態と同 等のものでよい。その他の第 1の実施形態と同一の参照数字を付した各構成要素も 、第 1の実施形態と同様のものでよい。拡散素子 23と反射板 24の間に位置する充填 剤 25は、ガラス、榭脂、透明接着剤等、半導体レーザ 11の出射するレーザ光にとつ て光学的に透明な素材であればよい。また、空気であってもよい。
[0050] ここでも、第 1の実施形態と同様、反射板 24と反射板 24の反射面前方に一体化形 成された拡散素子 23の往復的振動運動距離は、（ 2) X d以上であればよい。ここ で、拡散素子 23は、同一の光について 2回光拡散を行う。そのため、拡散角は実質 上、 20度である。 20度なる拡散角は、投影レンズ 16の NA( = 0. 4)に対応する発散 許容角度より小さぐ拡散光の殆どは投影に利用することができている。
[0051] (実施の形態 3)
図 3は、第 3の実施形態による画像投影装置の模式図である。
[0052] 本実施形態の画像投影装置は、第 1および第 2の実施形態同様、半導体レーザ 11 、コリメーシヨンレンズ 12、透過型液晶空間変調素子 15、投影レンズ 16、スクリーン 1 7、反射板駆動部 18、および、画像情報生成部 19を有し、さらに、コリメーシヨンレン ズ 12と透過型液晶空間変調素子 15との間、光路上において、拡散性反射板 34を 有する。
[0053] 拡散性反射板 34は、レーザ光の光軸と拡散性反射板 34の主面とがおよそ 45度を 成すように配され、入射光を拡散させて反射可能であると共に、主面法線方向に往 復的振動運動可能であり、反射板駆動部 18と接続されている。反射板駆動部 18は 、拡散性反射板 34を往復的振動運動させることができる。
[0054] 半導体レーザ 11から発散放射された光はコリメーシヨンレンズ 12により実質上平行 光に変換される。平行レーザ光は、光拡散性の表面を有する拡散性反射板 34により 進行方向がほぼ直角に折り曲げられるとともに拡散され、その後、透過型液晶空間 変調素子 15に入射する。
[0055] 第 1および第 2の実施形態同様、本実施形態における投影装置においては、拡散 性反射板 34は、反射板駆動部 18により、拡散性反射板 34の主面である拡散性反射 面の法線方向と平行に数 10ヘルツ以上の振動数で、例えば、 30ヘルツ以上で、所 定の振幅で往復的振動運動が可能である。本実施形態においては、先の実施形態 で用いた透過型の拡散素子 13a等を用いることなく拡散素子を光路上に配置した場 合と同等の光拡散効果が得られる。よって、本実施形態は、さらに簡便な構成となつ た画像投影装置により、向上した画質を有する投影画像を観察者に提供可能である
[0056] 拡散性反射板 34の拡散性反射面は、図 5に示した拡散板の凹凸形状と同様の表 面形状を有する光反射面であればよい。その他の第 1の実施形態と同一の参照数字 を付した各構成要素は、第 1の実施形態と同様のものでよい。
[0057] 第 1および第 2の実施形態と同様、拡散性反射板 34の振動距離は、即ち（ 2) X d 以上であればよい。拡散性反射板 34の拡散角は、 10度である。この 10度なる拡散 角は、投影レンズ 16の NA ( = 0. 4)に対応する発散許容角度より小さぐ拡散光の 殆どは投影に利用することができて 、る。
[0058] (実施の形態 4)
図 4は、第 4の実施形態による画像投影装置の模式図である。
[0059] 本実施形態の画像投影装置は、第 1実施形態変形例同様、半導体レーザ 11、コリ メーシヨンレンズ 12、拡散素子 13a、第 2拡散素子 13b、透過型液晶空間変調素子 1 5、投影レンズ 16、スクリーン 17、および、画像情報生成部 19を有し、さらに、第 1拡 散素子 13aと第 2拡散素子 13bの間、光路上に、回転反射板 44を有する。
[0060] 回転反射板 44は、光軸との交点であって図面に垂直な方向に伸びた軸を回転中 心軸として、光軸と主面のなす角が 45度となる位置を中心に回転的振動運動可能で あり、回転中心軸で、反射板駆動手段である反射板回転駆動部 48と接続される。反 射板回転駆動部 48は、回転反射板 44を回転的振動運動させることができる。
[0061] この回転反射板 44は、光軸と主面のなす角が 45度となる位置を中心に、反射板回 転駆動部 48により、回転反射板 44の回転中心軸を中心に数 10ヘルツ以上、例えば 、 30ヘルツ、の振動数で、所定の最大回転角で回転的振動運動可能である。この最 大回転角とは、回転的振動運動によって変化する光軸と主面とのなす角の最大角度 (または最小角度）と、 45度との差の絶対値とする。また、回転中心軸と、回転反射板 44の重心とは、実質的に一致することが望ましい。
[0062] 回転反射板 44が回転的振動運動を行う際、見かけの半導体レーザの位置も変化 する。見かけの半導体レーザの位置は、反射面が光軸と 45度を成した状態の見かけ の半導体レーザ l lvdを中央に、回転中心軸を中心とした円周上に位置する。回転 反射板 44が最大回転角の状態にある場合における見かけの半導体レーザを l lvc、 および、 l iveとして示す。本図で、 Θは、最大回転角に等しい。回転反射板 44の回 転的振動により、半導体レーザ 11の光軸は、回転反射板 44の回転的振動と同期し て振動し、半導体レーザ 11から透過型液晶空間変調素子 15、および、スクリーン 17 上の各点までの光路長も、回転反射板 44の振動と同期して変化する。そのため、透 過型液晶空間変調素子 15、および、スクリーン 17上の任意の一点に到達するレー ザ光の相対的位相（光路長）、および、その入射角は、回転反射板 44の振動周期（ もしくは振動数)と同期して周期的に変化する。数 10ヘルツ以上で振動する回転反 射板 44は、スクリーン 17のスペックルノイズの分布状態を数 10ヘルツの振動数で変 化させる。よって、スクリーン 17を人間 (観察者)の目が見た場合、スペックルノイズは 、人間の視感覚の応答時間よりも早く変化し、よってスクリーン上の各点におけるスぺ ックルノイズは時間的に平均化され、観察者の認識可能な強度斑等は低減され、投 影画像の画質の向上をもたらすこととなる。
[0063] 回転反射板 44の回転的振動により、見かけの光源 l lvc、 l lvd、および l iveは回 転中心軸を中心として、最大回転角 Θまでの範囲で回転的に振動する。そのため、 本願の課題をよく解決するためには、回転反射板 44の最大回転角は、回転中心軸 と第 2拡散素子 13bの距離を Lとして、 L X Θ力 以上 (L X Θ≥d) ( Θ≥dZL)であ ればよい。なぜなら、回転反射板 44が最大回転角 Θが dZL以上の回転的振動運動 を行うことによって、第 2拡散素子 13b上の任意の各点には、回転的振動運動一周 期内において、第 1拡散素子 13aの表面の凹凸形状の 2以上の相異なる凹凸周期か ら出射した光が到達することとなり、光拡散の効果が時間的により平均化されるから である。
[0064] 回転反射板 44は、実施形態 1等で用いた反射板 14と同等であってよい。その他の 第 1の実施形態と同一の参照数字を付した各構成要素は、第 1の実施形態と同様の ものでよい。
[0065] 最大回転角 Θは、その条件 Θ≥dZLから明らかなように、小さな角であってよい。
ί列えば、 L= 10mm、 d= 3. 3 mとした場合、 d/Lは、 0. 00033 [ラジアン]良卩ち、 およそ 0. 019 [度]となり、 Θは、 0. 019 [度]以上であればよい。本実施形態におい ては、最大回転角は、 0. 1度である。よって、透過型液晶空間変調素子 15およびス クリーン 17への入射角の変動も僅かである。
[0066] 第 1拡散素子 13aおよび第 2拡散素子 13bの合成拡散角は、 20度である。この 20 度なる拡散角は、投影レンズ 16の NA( = 0. 4)に対応する発散許容角度より小さぐ 拡散光の殆どは投影に利用することができている。
[0067] さらに、上記の実施形態においては、単色 (赤色)光源を用いた投影型情報表示装 置の例を示したが、青、緑、赤の三色に対応する光学系、及び空間変調素子を設置 し、また各色の画像をスクリーン上で合成することによりカラーディスプレイを実現する ことが可能である。
[0068] また、空間変調素子として強度変調型の透過型液晶を使用して!/、るが、必ずしも透 過型や強度変調型に限定されることはない。反射型の液晶素子、マイクロマシン技 術により形成した光反射型の空間変調素子、或いは、回折光を用いる空間変調素子 であってもよい。
産業上の利用可能性
[0069] 本発明の画像投影装置では極めて簡単な構成によりスペックルノイズを低減するこ とが可能となる。また、表示画面全体が均一な輝度を有する画像表示を提供するもの であり、産業上高い利用可能性を有する。

Claims

請求の範囲
[1] コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から発せられたコヒーレント光をコヒーレン ト平行光に変換するコリメーシヨンレンズと、前記コヒーレント平行光を投影する投影 光学系を有する画像投影装置であって、
さらに、前記コヒーレント平行光を反射すると共に反射面の法線方向と平行に振動 可能な反射素子と、前記反射素子を振動運動させる反射素子駆動手段を有する画 像投影装置。
[2] さらに、前記コヒーレント平行光を拡散する第 1拡散素子を、前記コヒーレント平行 光の光路上、前記コリメ一シヨンレンズから前記反射素子の間に備える請求項 1に記 載の画像投影装置。
[3] さらに、前記反射素子の反射面に形成された前記コヒーレント平行光を拡散する第
1拡散素子を有する請求項 1に記載の画像投影装置。
[4] さらに、光を拡散する第 2拡散素子を、前記コヒーレント平行光の光路上、前記反射 素子から前記投影光学系の間に備える請求項 2または 3に記載の画像投影装置。
[5] 前記第 1拡散素子および前記第 2拡散素子は、前記反射素子の反射面上に積層 された一の拡散素子である請求項 4に記載の画像投影装置。
[6] 前記反射素子駆動手段は、前記反射素子の主面の法線方向に前記反射素子を 往復的振動運動させる請求項 1に記載の画像投影装置。
[7] 前記反射素子駆動手段は、前記反射素子の主面に平行な面に含まれる回転中心 軸を中心に前記反射素子を回転的振動運動させる請求項 1に記載の画像投影装置
[8] 前記反射素子の振動の距離は、前記第 1拡散素子の表面に形成され光拡散に供 される凹凸形状の最大周期の 2)倍以上である請求項 6に記載の画像投影装置。
[9] 前記第 1拡散素子の拡散角は、前記投影光学系に含まれるレンズ部の開口数 (N A)に対応する角度すなわち asin (NA)以下の角度である請求項 2に記載の画像投 影装置。
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