WO2009118902A1 - 投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

　画像を拡大表示する投写型表示装置であって、筺体と、レーザ光源（３０ａ）と、動作中に振動を生じる部品を含む冷却機構（３２ａ）と、レーザ光源（３０ａ）から出射された光を拡散させる拡散板（１６ｇ）と、拡散板（１６ｇ）により拡散された光を均一な輝度分布と矩形の断面を有する光に整形する光学系（４ｄ）と、光学系（４ｄ）により整形された光を変調する光変調素子（３５）とを有し、冷却機構（３２ａ）に含まれる部品と拡散板（１６ｇ）とが振動伝達部材（３３ａ）を介して接続されている。

Description

投写型画像表示装置

　本発明は、レーザ光源を用いる投写型画像表示装置に関する。

　近年、プロジェクタに代表される投写型画像表示装置の光源の一つとしてレーザ光源が注目されている。レーザ光源には次のような利点がある。レーザ光源から出射されるレーザ光は指向性に優れているので光利用効率が高い。レーザ光は単色なので、色再現領域を広げることができる。レーザ光源は、消費電力が小さく、寿命が長い。

　図１に、レーザ光源を用いたプロジェクタの概略構造を示す。図１に示すプロジェクタ１は、R/G/Bの各原色信号に対応したレーザ光源２a～２cと、コリメータレンズ３a～３cと、ライトトンネル４a～４ｃと、光変調素子（液晶パネル）５a～５cと、ダイクロイックプリズム６と、投写レンズ７とを少なくとも有する。

　各レーザ光源２a～２cと各コリメータレンズ３a～３cとの間には、偏光ビームスプリッタ（PBS）８a～８cが配置されている。また、各液晶パネル５a～５cの光入射側には、入射側偏光板９a～９cが配置されている。さらに、各液晶パネル５a～５cの光出射側には、出射側偏光板１０a～１０cが配置されている。

　次に、図１に示すプロジェクタ１の動作について概説する。各レーザ光源２a～２cから出射されたレーザ光１２a～１２cは、偏光ビームスプリッタ（PBS）８a～８cにより特定の直線偏光に変換されて、コリメータレンズ３a～３cを通過する。コリメータレンズ３a～３cを通過したレーザ光１２a～１２cは、ライトトンネル４a～４cへ入射する。コリメータレンズ３a～３cを通過したレーザ光１２a～１２cのビーム径は、ライトトンネル４a～４cに入射するまでの間に次第に拡大する。

　ライトトンネル４a～４cは中空の角柱である。ライトトンネル４a～４cの内壁面には、反射膜が蒸着されている。ライトトンネル４a～４cの一方の開口からライトトンネル４a～４cに入射したレーザ光１２a～１２cは、ライトトンネル４a～４cの内部で反射を繰り返しながら他方の開口へ向けて進行する。ライトトンネル４a～４c内を進行する過程で、レーザ光１２a～１２cの光束断面内における輝度分布が均一化されるとともに、断面形状が矩形に整えられる。

　各ライトトンネル４a～４cから出射されたレーザ光１２a～１２cは、対応する液晶パネル５a～５cにそれぞれ入射する。液晶パネル５a～５cに入射したレーザ光１２a～１２cは、画像信号に応じて光変調される。光変調された光は、ダイクロイックプリズム６で合成され、投写レンズ７を介してスクリーン１１上へ拡大投写される。

　ところで、レーザ光のようなコヒーレントな光が、光の波長よりも大きな凹凸を持つ粗面（例えばスクリーンなど）に照射されると、“スペックルパターン”または“スペックル”と呼ばれる斑点状の明暗模様ができる。具体的には、粗面上の各点で散乱した単一波長の光が、観測面上の各点で不規則に重なり合って、複雑な干渉パターンが生じる。

　したがって、レーザ光源を用いたプロジェクタによってスクリーン上に画像を投写した場合、レーザ光がスクリーン面で拡散され、強度のランダムノイズ（スペックルノイズ）が発生する。この場合、観察者の網膜上にスペックルが結像されると、そのスペックルは焦点の定まらない斑点状のチラツキとして認識される。この結果、観察者は、不快感や疲労感を覚える。また、観察者は、画像品質が極度に劣化したと感じる。

　そこで、レーザ光源を用いたプロジェクタの分野では、上記スペックルノイズを低減する様々な方法が提案されている。

　一般に、スペックルノイズの低減方法には２つのアプローチがある。一つは、レーザ光のインコヒーレント化であり（アプローチ１）、他の一つは、見かけ上のスペックルの低減である（アプローチ２）。

　アプローチ１は、レーザ光のコヒーレント性（可干渉性）を解消して、インコヒーレント（非干渉）な光に変換する手法である。レーザ光の高周波重畳による波長幅のブロード化や、可干渉距離よりも大きな遅延を持つレーザ光の多重化、あるいは直交する偏光同士の重ね合わせ、などがアプローチ１に属する。要するに、アプローチ１は、光の性質そのものを変化させてスペックルの発生を抑制する手法である。

　一方、アプローチ２は、人間の眼が判別不可能な時間内（＜40msec）で画像中のスペックルパターンを複数回重畳（積分）してスペックルノイズを平均化することによって、見かけ上のスペックルを低減する手法である。スクリーンや光学部品を振動させる手法などがアプローチ２に属する。アプローチ２に属する手法は、光の性質そのものは変化させないので、スペックルは発生する。アプローチ２は、人間の脳の錯覚を利用してスペックルが人間の眼には認識されないようにする手法である。

　本明細書では、アプローチ２（見かけ上のスペックルの低減）に属する手法のうち、光学部品の振動によってスペックルノイズを低減する手法について取り上げる。

　図２は、スペックルノイズを低減する第１の技術を示す斜視図である。図２（a）は、第１の技術の一例を、図２（b）は他の一例を示す。第１の技術の詳細は、特開平１１-６４７８９号公報に開示されている。図２（a）に示されている例では、２枚のフライアイレンズ１３c、１３dからなる光インテグレータ１７aが光軸を中心に回転する。光学系が回転すると、スペックルパターンが光学系内で時間的・空間的に移動し、網膜上に結像されるスペックルが積分され、見かけ上のスペックルノイズが低減される。一方、図２（b）に示されている例では、ロッド型光インテグレータ１９a（矩形断面を持つガラスなどの透明媒体）が光軸を中心に回転することで、同様の効果が得られる。

　図３は、スペックルノイズを低減する第２の技術を示すブロック図である。図３（a）は、第２の技術の一例を、図３（b）は他の一例を示す。第２の技術の詳細は、特開平７-２９７１１１号公報に開示されている。図３（a）に示す例では、光路の途中に、モータ２０によって回転させられる拡散板１６bが配置されている。拡散板１６bが回転すると、光路上の散乱状態が変化し、スペックルパターンが時間的・空間的に振動する。この結果、網膜上に結像されるスペックルが積分され、見かけ上のスペックルノイズが低減される。図３（b）に示す例では、光路の途中に、トランスデューサ２３によって振動させられる拡散板１６cが配置されている。拡散板１６cが振動すると、上記と同様の原理によって、見かけ上のスペックルノイズが低減される。

　図４は、スペックルノイズを低減する第３の技術を示す断面図である。図４（a）は、第３の技術の一例を、図４（b）は他の一例を示す。第３の技術の詳細は、特開２００３-９８４７６号公報に開示されている。図４（a）に示す例では、拡大レンズ（コリメータレンズ３f）やコリメータレンズ３gを含むビーム拡大オプティクス２５と、２枚のフライアイレンズ１３e、１３fやコンデンサレンズ１４h、１４iを含むビーム成形オプティクス２７との間に、拡散板１６dが配置されている。拡散板１６dは、運動付与手段２６aにより振動させられる。拡散板１６dが振動すると、スペックルパターンが時間的・空間的に振動する。この結果、網膜上に結像されるスペックルが積分され、見かけ上のスペックルノイズが低減される。また、図４（b）に示す例では、ビーム成形オプティクス２７と空間光変調素子５fとの間にも拡散板１６eが配置されている。拡散板１６d、１６eは、運動付与手段２６a、２６bより振動させられる。

　図５は、スペックルノイズを低減する第４の技術を示す構成図である。図５（a）は、第４の技術の一例を、図５（b）は他の一例を示す。第４の技術の詳細は、ＷＯ２００５／００８３３０に開示されている。図５（a）に示されている例では、光路の途中に配置された拡散板１６fが拡散板揺動部２８aに接続されている。拡散板揺動部２８aは、拡散板１６fを揺動速度Vで揺動させる。揺動速度Vは、拡散板１６fの粒子サイズをｄとしたとき、V＞ｄ×30の関係を満足するように設定される。ＷＯ２００５／００８３３０には、拡散板によるレーザ光の光損失を抑制するために、拡散板の拡散角を、照明光学系の開口数と投写レンズのＦナンバーとの関係に基づいて制限することが開示されている。また、図５（b）に示す例では、２枚のフライアイレンズ１３g、１３hに代えて、ロッド型光インテグレータ１９bが用いられている。

　スペックルを積分するために、光インテグレータをその光軸を中心に回転させるには、大がかりな回転機構が必要になる。したがって、コストの増大と実装容積の増大を招く。また消費電力も増える。さらに、光変調素子へ入射する光束は、回動している光インテグレータを通過するので、該光束の光軸が所定位置からずれる可能性がある。

　消費電力に関して補足説明をする。ランプの代わりにレーザを使用するプロジェクタでは、分離光学系が不要で光源のサイズも小さくなる。よって、光学エンジンの小型化が可能になる。加えて、レーザ光源の消費電力はランプ光源と比べてかなり小さい。よって、バッテリーを駆動源とする携帯型のプロジェクタの実現が期待される。携帯型のプロジェクタを実現するためには、装置全体の消費電力を少なくする必要があるので、スペックルノイズを低減するための機構の消費電力の増加は望ましくない。

　光路途中に配置された拡散板を回転させたり、振動させたりするためには、大がかりな回転機構や振動機構が必要になる。したがって、コストの増大と実装容積の増大とを招く。また、消費電力の増加に関する上記と同様の課題もある。さらに、光損失に関する問題もある。

　一般的に、拡散板の光透過率はレンズに比べて低い（80～90%程度）。また、拡散角が大きくなるにつれて、ホログラムパターンの間隔が密になるため、振動によるスペックルの積分効果は高くなるが、光透過率は低くなる。したがって、スペックル低減効果を高めるために拡散角の大きな拡散板を用いる場合、光損失が増加して明るさが低下する。特に、図４（b）に示す例では、光路上に２枚の拡散板が配置されている。この場合、スペックルの低減効果だけでなく、光損失も積算されるため、輝度低下の問題がいっそう深刻になる。

　一方、拡散板の動作条件（周波数と振幅）については、次のような条件が考えられる。

　短時間内（＜40msec）での画像のチラツキは、その画像を処理する人間の脳内で積分（平均化）されてしまうため、認識されない。したがって、短時間内（＜40msec）に、スペックルパターンの平均大きさよりも大きく移動するスペックル画像を複数回重畳させれば、スペックルパターンは積分されて見えなくなる。

　したがって、拡散板を振動させて見かけ上のスペックルを低減する場合、拡散板の振動周波数は、網膜上に結像されるスペックルパターンの移動速度が人間の認識限界を超えるように設定する必要がある。また、拡散板の振動振幅は、網膜上に結像されるスペックルパターンの変位量がスペックルパターンの平均大きさを超えるように設定する必要がある。

　拡散板の振動周波数をF、振動振幅を±Ａ、網膜上のスペックルパターンの変位量を±a、画像中のチラツキの認識限界時間をT、（脳内の）スペックルパターンの重畳回数をn、スペックルパターンの平均大きさをδとすると、スペックルノイズを低減するために必要な拡散板の振動条件は次のようになる。

　　（2a／δ）× F ＞（1／T）× n
　　　∴F ＞（n×δ）／（2a×T）・・・・（1）ただし、a＞δ／2・・・・（2）
　ところで、拡散面が動くとスペックルパターンもそれに伴って変化するが、粗面（拡散面）の変位量（Ａ）とスペックルの移動量（a）とは光学系に強く依存した比例関係にある。そこで、この比例定数をkとおくと次式が成り立つ。
　　a＝k×A・・・・（3）
　したがって、（1）式と（2）式は、それぞれ次のように書き換えられる。
　　Ｆ ＞（n×δ）／（2k×Ａ×Ｔ）・・・・（1）’
　　Ａ ＞ δ／2k・・・・（2）’
　またスペックルパターンの平均大きさδは、光源波長と瞳のFナンバーの積に比例するため、レーザ光の波長をλ、眼球の焦点距離をｆ、瞳孔径をDとすると、次式で求められる。
　　δ＝1.22λ×f／D・・・・（4）

　（1）’式と（2）’式から判るように、拡散板を振動させてスペックルパターンを平均化するには、拡散板の振動周波数（F）と振動振幅（Ａ）をある閾値より大きくすることが必要である。さらに、その閾値を超えて振動周波数（F）と振動振幅（Ａ）とが大きくなるほど、スペックルの重畳回数（n）が増え、スペックルノイズの低減効果が高くなる（ただし、ある程度のところで効果は漸近する）。したがって、光路上に配設された拡散板を振動させてスペックルパターンの平均化を図る場合、高い周波数と大きな振幅で拡散板を振動させる必要がある。しかし、高い周波数と大きな振幅で拡散板を振動させると、消費電力と騒音の増加を招く。

　本発明の目的は、消費電力や騒音の増加を招くことなく、スペックルノイズを低減することである。

　上記及びそれ以外の本発明の目的、特徴及び利点は、下記の記載及び本発明の一例を示す添付図面の参照によって明らかになる。

レーザ光源を用いたプロジェクタの概略を示す模式図である。 スペックル低減に関する第１の技術を示す模式図である。 スペックル低減に関する第２の技術を示す模式図である。 スペックル低減に関する第３の技術を示す模式図である。 スペックル低減に関する第４の技術を示す模式図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態を示す模式的斜視図、（ｂ）は模式的平面図、（ｃ）は模式的側面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態を示す模式的斜視図、（ｂ）は模式的平面図、（ｃ）は模式的側面図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態を示す模式的斜視図、（ｂ）は模式的平面図、（ｃ）は模式的側面図である。 （ａ）は第２の実施形態における拡散板の解析モデルの斜視図、（ｂ）は拡散板のモードシェイプを示す斜視図である。 （ａ）は第３の実施形態における拡散板の解析モデルの斜視図、（ｂ）は拡散板のモードシェイプを示す斜視図である。 水冷システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態を示す模式的斜視図である。

　本発明はレーザ光源を用いた投写型表示装置に関するものである。レーザ光源（半導体レーザ）の発振波長と出力は温度依存性を有する。通常、半導体レーザの温度が上昇すると、発振波長は約0.3nm／℃の割合で長波長側へシフトする。一方、温度が低下すると、発振波長は約0.3nm／℃の割合で短波長側へシフトする。また、半導体レーザ素子の温度が高温になると、その出力は低下する。したがって、半導体レーザの発振波長と出力を安定させるためには、動作時に温度を調整する必要がある。換言すれば、動作中、半導体レーザを冷却したり、半導体レーザの環境温度を下げたりする必要がある。

　本発明は、レーザ光源を直接冷却する冷却機構やレーザ光源の環境温度を下げるための冷却機構を利用してスペックルノイズを低減することを特徴とする。

　以下、本発明の投写型画像表示装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。

　本実施形態の投写型画像表示装置の光変調素子は液晶パネル、光インテグレータはライトトンネルである。但し、光変調素子は液晶パネルに、光インテグレータはライトトンネルに限定されない。例えば、光変調素子にはDMD（Digital Micro-mirror Device）を用いてもよく、光インテグレータにはロッド型光インテグレータや、２枚のフライアイレンズなどを用いてもよい。また、投写型画像表示装置の基本構成については既に説明したので、ここでの説明は省略する。

　以下の説明では、説明を簡略化するために、R/G/Bの各チャネルのうち、１つのチャネルのみについて説明する。説明されない他の２つのチャンネルも実質的に同一の構成を有する。

　図６は、第1の実施形態を示す模式図である。具体的には、図６（a）は模式的斜視図、図６（b）は模式的上面図、図６（c）は模式的側面図である。

　図６に示す投写型画像表示装置２９aは、光源である半導体レーザ３０aと、拡散板１６gと、ライトトンネル４dと、コンデンサレンズ１４lおよび１４mと、液晶パネル３１と、ダイクロイックプリズム６とを有する。拡散板１６gと半導体レーザ３０aとの間には、偏光ビームスプリッタ（PBS）８fが配置されている。液晶パネル３１の光入射側には入射側偏光板９eが配置されている。液晶パネル３１の光出射側には出射側偏光板１０eが配置されている。

　偏光ビームスプリッタ（PBS）８fは、光の入射角が垂直方向から外れると透過率が大幅に低下する。よって、光学系が拡散板とライトトンネルとの組み合わせによって構成される場合には、拡散板よりも手前に偏光ビームスプリッタ（PBS）８fを配置することが望ましい。すなわち、半導体レーザ３０aと拡散板１６gとの間に偏光ビームスプリッタ（PBS）８fを配置することが望ましい。

　半導体レーザ３０aの近傍には、該半導体レーザ３０aを冷却するための空冷ファン３２aが配置されている。空冷ファン３２aは、板バネ３３aによって、拡散板１６gと接続されている。板バネ３３aの一部（固定部３４a）は、筐体内の任意の部位（例えば、半導体レーザの保持ステージ等）に固定されている。

　半導体レーザ３０aから出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ（PBS）８fによって特定の直線偏光に変換され、拡散板１６gに入射する。拡散板１６gを通過したレーザ光はライトトンネル４dに入射する。拡散板１６gを通過したレーザ光のビーム径は、ライトトンネル４dに入射するまでの間に次第に拡大する。ライトトンネル４dに入射したレーザ光は、ライトトンネル４dの内部で反射を繰り返しながら進行する過程で、輝度分布が均一で、断面形状が矩形の光束に整形される。整形されたレーザ光は、コンデンサレンズ１４l、１４mを通過して、入射側偏光板９eと液晶パネル３１と出射側偏光板１０eとから構成される光変調部３５に入射する。光変調部３５に入射したレーザ光は、画像信号に応じた光変調を受ける。光変調を受けたレーザ光は、ダイクロイックプリズム６に入射し、不図示の他のチャネルの色光と合成される。合成されたレーザ光は、不図示の投写レンズを介してスクリーンへ拡大投写される。

　空冷ファン３２aは、半導体レーザ３０aに冷却風を供給すると共に、板バネ３３aおよび拡散板１６gを固体伝播周波数で共振させる。

　例えば、空冷ファン３２aの回転数を6500rpmとした場合、空冷ファン３２aの固体伝播周波数ｆ_D（Hz）は、ｆ_D＝6500／60＝108.33（Ｈｚ）となる。

　拡散板１６gの質量をｍ（kg）、板バネ３３aの曲げ剛性Ｋ（N／m）をＫ＝ｍ×（２πｆ_D）²とすれば、拡散板１６gは、共振周波数ｆ_Dに対応する板バネ３３aの応答振幅で振動する。

　すなわち、半導体レーザを冷却する空冷ファンの運動エネルギーを利用して、拡散板を空冷ファンの固体伝播周波数で振動させることができる。さらに、振動による拡散板の変位量は、板バネの共振点における応答振幅と一致する。要するに、拡散板を高い周波数と大きな振幅で振動させることができる。

　従って、スペックルパターンが効果的に積分され、スペックルノイズが大幅に低減される。しかも、拡散板を振動させるために電力を消費することはなく、騒音が増加することもない。加えて、空冷ファンと拡散板とを板バネで接続するだけのシンプルな構成であるため、小型のスペックル低減構造を低コストで実現することができる。これらの効果は、以下の各実施形態にも共通する基本的な効果である。

　次に、本発明の投写型画像表示装置の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態を示す模式図である。具体的には、図７（a）は模式的斜視図、図７（b）は模式的上面図、図７（c）は模式的側面図である。

　図７では、第１の実施形態との相違を強調するために、偏光ビームスプリッタや光変調部（入射側偏光板、液晶パネル、出射側偏光板）およびダイクロイックプリズム等の図示は省略されている。

　図７に示す投写型画像表示装置２９bは、２枚の拡散板（第１の拡散板３６a、第２の拡散板３７a）を有する。拡散板３６aおよび拡散板３７ａは、各拡散板３６a、３７aが個別に振動できるように、板バネ３３bによって、半導体レーザ３０bの冷却用の空冷ファン３２bに接続されている。

　板バネ３３bの剛性は、空冷ファン３２bの固体伝播周波数において、第１の拡散板３６aと第２の拡散板３７aとが互いに逆位相で振動するように設計されている。これにより、空冷ファン３２bの動作中、空冷ファン３２bの固体伝播振動を受けた板バネ３３bが共振し、平行に配置された第１の拡散板３６aと第２の拡散板３７aとが逆方向へ振動する。この結果、２枚の拡散板の相対速度と相対変位（共振振幅）が倍加される。したがって、光損失を抑制するために拡散角の小さな拡散板を用いた場合でも、十分なスペックルパターンの積分効果が得られる。

　次に、本発明の投写型画像表示装置の第３の実施形態について説明する。図８は、第３の実施形態を示す模式図である。具体的には、図８（a）は模式的斜視図、図８（b）は模式的上面図、図８（c）は模式的側面図である。

　図８においても、偏光ビームスプリッタや光変調部（入射側偏光板、液晶パネル、出射側偏光板）、ダイクロイックプリズム等の図示は省略されている。

　図８に示す投写型画像表示装置２９cでは、光インテグレータが第１のライトトンネル３８と第２のライトトンネル３９とに分割されている。また、投写型画像表示装置２９cは、２枚の拡散板（第１の拡散板３６b、第２の拡散板３７b）を有する。第１の拡散板３６b、第１のライトトンネル３８、第２の拡散板３７b、第２のライトトンネル３９は、この順で光軸上に配置されている。第１の拡散板３６bおよび第２の拡散板３７bは、各拡散板３６b、３７bが個別に振動できるように、板バネ３３cによって、半導体レーザ３０ｃの冷却用の空冷ファン３２cに接続されている。

　本実施形態の構造によれば、光変調部（不図示）に入射するレーザ光のビーム径は２回拡大され、輝度分布は２回均一化される。したがって、輝度ムラが極めて少なく、理想的な断面形状を有する光束が得られる。

　板バネ３３cは、空冷ファン３２cの固体伝播周波数において、第１の拡散板３６bと第２の拡散板３７bとが互いに逆位相で振動するような共振モードを持つように設計されている。したがって、第２の実施形態と同様に、第１の拡散板３６bと第２の拡散板３７bとの相対速度と相対変位が倍加され、十分なスペックルパターンの積分効果が得られる。

　第２の実施形態と第３の実施形態における拡散板の振動モードについて、シミュレーションによる固有値解析の結果に基づいて説明する。

　図９（a）は、第２の実施形態における拡散板３６a、３７aの解析モデルの斜視図である。図９（b）は、空冷ファン３２bの固体伝播周波数における拡散板３６a、３７aのモードシェイプを示す。

　図９（a）に示す解析モデルは、第２の実施形態における拡散板３６a、３７aの駆動部のみを取り出してモデル化したものである。第１の拡散板３６aおよび第２の拡散板３７aは、板バネ３３bを介して空冷ファン３２bと接続されている。板バネ３３bの固定部３４bは完全に固定されていると仮定して計算を行っている。第１の拡散板３６aおよび第２の拡散板３７aの質量は各１g、板バネ３３bは、厚み0.5mmのステンレス鋼製である。

　上記解析モデルによるシミュレーションでは、空冷ファン３２bの固体伝播周波数と一致する108.5kHzにおいて、図９（b）に示すように、第１の拡散板３６aと第２の拡散板３７aとが互いに逆位相で上下方向（光軸に直交する方向）に振動する振動モードが得られている。

　図１０（a）は、第３の実施形態における拡散板３６b、３７bの解析モデルの斜視図である。図１０（ｂ）は、空冷ファン３２ｃの固体伝播周波数における拡散板３６b、３７bのモードシェイプを示す。

　図１０（a）に示す解析モデルは、第３の実施形態における拡散板３６b、３７bの駆動部のみを取り出してモデル化したものである。第１の拡散板３６bと第２の拡散板３７bとは、板バネ３３cを介して空冷ファン３２cと接続されている。板バネ３３cの固定部３４cは完全に固定されていると仮定して計算を行っている。第１の拡散板３６ｂおよび第２の拡散板３７ｂの質量は各１g、板バネ３３ｃは、厚み0.5mmのステンレス鋼製である。

　上記解析モデルのシミュレーションでは、空冷ファン３２ｃの固体伝播周波数と一致する108.８kHzにおいて、図１０（b）に示すように、第１の拡散板３６bと第２の拡散板３７bとが互いに逆位相で上下方向（光軸に直交する方向）に振動する振動モードが得られている。

　このように、２枚の拡散板を逆位相で振動させることにより、２枚の拡散板を通過するレーザ光のスペックルパターンが効果的に平均化され、スペックルノイズが大幅に低減される。

　図示されている板バネの形状は一例に過ぎない。板バネの形状は、所定の周波数（ファンの固体伝播周波数）において所望の振動モードが得られる形状であればよく、特定の形状に限定されるものではない。

　次に、本発明の投写型画像表示装置の第４の実施形態について説明する。図１１は、本実施形態で使用される水冷システムのブロック図である。

　図１１に示す水冷システム４０aは、受熱ジャケット４１a、ラジエータ４２a、循環ポンプ４３aおよびリザーブタンク４４aを有する。受熱ジャケット４１aは、発熱体４５と熱的に接続されており、発熱体４５が発する熱を吸収する。受熱ジャケット４１aに吸収された熱は、受熱ジャケット４１a内を流れる冷媒液を介してラジエータ４２aへ運ばれる。ラジエータ４２aでは、冷媒液と外気との間の熱交換（放熱）によって、冷媒液が冷却される。ラジエータ４２aでの冷媒液の冷却には、自然空冷または強制空冷が用いられる。冷却された冷媒液は循環ポンプ４３aにより、リザーブタンク４４aを経て受熱ジャケット４１aに輸送される。リザーブタンク４４aは、揮発による冷媒液の減少を補償し、システム内の冷媒液の量を維持する。

　上記水冷システムは、動作音が静かで、空冷システムよりも冷却性能が高いので、発熱量の多い発熱体に対する静音冷却に適している。そのため、高輝度タイプのプロジェクタにおいて高出力の半導体レーザが使用される場合、その半導体レーザの冷却手段として上記水冷システムが採用される可能性がある。

　図１２は、第４の実施形態の投写型画像表示装置の模式的斜視図である。図１２でも、偏光ビームスプリッタや光変調部（入射側偏光板、液晶パネル、出射側偏光板）、ダイクロイックプリズム等の図示は省略されている。

　図１２に示す投写型画像表示装置２９dでは、第１の拡散板３６cと第２の拡散板３７cとが、板バネ３３dを介して、水冷システム４０bの循環ポンプ４３bに接続されている。板バネ３３dは、循環ポンプ４３bの固体伝播周波数において、第１の拡散板３６cと第２の拡散板３７cとが、互いに逆位相で振動するように設計されている。したがって、半導体レーザ３０dの冷却に水冷システム４０bを適用した場合においても、上述した第２の実施形態と同様の効果が得られる。

　図１２中の循環ポンプ４３bは、図１１中の循環ポンプ４３aに相当する。同様に、受熱ジャケット４１bは、受熱ジャケット４１aに相当する。ラジエータ４２bはラジエータ４２aに相当する。リザーブタンク４４bはリザーブタンク４４aに相当する。半導体レーザ３０bは発熱体４５に相当する。

　図１２には、第２の実施形態の空冷システムを水冷システムに置換した例を示したが、第１の実施形態や第３の実施形態の空冷システムを水冷システムに置換することも可能である。

　低輝度タイプのプロジェクタでは、光源として低出力の半導体レーザが用いられることもある。この場合、半導体レーザ専用の冷却手段（空冷ファン）が用意されないこともあり得る。

　上記のような場合には、R/G/Bの各チャネルに配設された各々の拡散板は、板バネを介して排気ファンに一括接続される。排気ファンとは、排熱のために筐体内の空気を外部に排出するためのファンである。かかる構造では、各々の拡散板が排気ファンの固体伝播周波数で共振する。但し、排気ファンと各チャネルの拡散板との間の距離はそれぞれ異なる。従って、板バネのうち、排気ファンとRチャネルの拡散板とを接続する第１の部分と、排気ファンとGチャネルの拡散板とを接続する第２の部分と、排気ファンとBチャネルの拡散板とを接続する第３の部分の長さはそれぞれ異なる。よって、板バネは、第１～第３の部分が共通の共振周波数を持つように設計する必要がある。

　あるいは、白色光のスペックルコントラスト（後述）にもっとも影響を与えるＧチャネルの拡散板のみを排気ファンに接続して振動させる。低輝度タイプのプロジェクタの場合、緑色のレーザ光のスペックルノイズのみを除去したとしても、それなりの視覚効果が得られる。

　最後に、本発明によるスペックル低減効果について、実測結果に基づいて説明する。一般に、スペックルノイズの強弱を定量的に評価するための指標として、スペックルコントラストが知られている。スペックルコントラスト（η）は、次式で示すように、スペックルパターン強度の標準偏差（σ_Ｉ）とスペックルパターンの平均強度（Ｉ_ＡＶＥ）との比で表される。
　η＝σ_Ｉ／I_AVE
　したがって、Ｎをデータ数（スペックル画像のピクセル数）、Ｉ（n）をｎ番目のデータ（ピクセル）の輝度とすると、スペックルパターン強度の標準偏差（σ_Ｉ）と、平均強度（Ｉ_ＡＶＥ）は次式のようになる。

　第２の実施形態における空冷ファンを停止させた状態のスペックル画像（第１のスペックル画像）と、空冷ファンを作動させた状態のスペックル画像（第２のスペックル画像）とを撮影し、それぞれのスペックル画像の輝度ヒストグラムを求めた。ここで、スペックル画像とは、図７に示すライトトンネルの出射口の前に配置されたスクリーンに表示された画像（面光源像）である。

　第１のスペックル画像中には斑点状の明暗模様（スペックルパターン）が顕在化していた。その結果、輝度ヒストグラムの標準偏差（σ_Ｉ）は大きくなり、スペックルコントラスト（η）も大きな値（η＝11.8%）を示した。

　一方、第２のスペックル画像中では、第１のスペックル画像に比べて、スペックルパターンがかなり低減されていた。その結果、輝度ヒストグラムの標準偏差（σ_Ｉ）は小さくなり、スペックルコントラスト（η）も小さな値（η＝4.9%）を示した。換言すれば、スペックルコントラストが58%以上低減されていた。

　このように、本発明によれば、十分なスペックル低減効果が得られるスペックル低減構造が低コストで実現される。さらに、本発明によるスペックル低減構造は、小型、低騒音、低消費電力である。

Claims (10)

1. 　画像を拡大表示する投写型表示装置であって、
   　筺体と、
   　レーザ光源と、
   　動作中に振動を生じる部品を含む冷却機構と、
   　前記レーザ光源から出射された光を拡散させる拡散板と、
   　前記拡散板により拡散された光を均一な輝度分布と矩形の断面を有する光に整形する光学系と、
   　前記光学系により整形された光を変調する光変調素子と、を有し、
   　前記冷却機構に含まれる前記部品と前記拡散板とが振動伝達部材を介して接続されている、投写型画像表示装置。
2. 　前記冷却機構に含まれる前記部品の固体伝播周波数と、前記振動伝達部材の固有振動数とが一致している、請求の範囲１記載の投写型画像表示装置。
3. 　前記拡散板を複数有し、それら拡散板の各々が前記振動伝達部材を介して前記冷却機構に含まれる前記部品に接続されている、請求の範囲１記載の投写型画像表示装置。
4. 　前記冷却機構に含まれる前記部品の固体伝播周波数と、前記振動伝達部材の固有振動数とが一致している、請求の範囲３記載の投写型画像表示装置。
5. 　前記光学系が複数の光学素子を有し、それら複数の光学素子と前記複数の拡散板とが交互に配置されている、請求の範囲３または４記載の投写型画像表示装置。
6. 　前記冷却機構に含まれる前記部品の固体伝播周波数における前記振動伝達部材の振動モードが、前記複数の拡散板を互いに逆位相で振動させるモードシェイプを有する、請求の範囲第３乃至５のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
7. 　前記振動伝達部材が板バネである、請求の範囲１乃至６のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
8. 　前記冷却機構に含まれる前記部品が、前記レーザ光源に冷却風を供給するファンである、請求の範囲１乃至７のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
9. 　前記冷却機構に含まれる前記部品が、前記筺体内の空気を外部に排気するファンである、請求の範囲１乃至７のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
10. 　前記冷却機構に含まれる前記部品が、冷媒液を循環させるためのポンプである、請求の範囲１乃至７のいずれかに記載の投写型画像表示装置。

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