WO2013111424A1 - 投射型表示装置 - Google Patents

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WO2013111424A1
WO2013111424A1 PCT/JP2012/079393 JP2012079393W WO2013111424A1 WO 2013111424 A1 WO2013111424 A1 WO 2013111424A1 JP 2012079393 W JP2012079393 W JP 2012079393W WO 2013111424 A1 WO2013111424 A1 WO 2013111424A1
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laser light
mirror
integrator
light
display device
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和敬 網干
元史 任田
小林　建
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株式会社Ｊｖｃケンウッド
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Definitions

  • the present invention relates to a projection display device using a laser light source, and more particularly to a projection display device capable of reducing speckles generated due to the high coherence of the laser light source.
  • the laser light source has problems of low luminous efficiency and high coherence when used as a light source for a projection display device.
  • an interference pattern called speckle occurs due to high coherence, and the quality of the projected image is deteriorated.
  • Patent Document 1 describes that speckle is reduced by continuously rotating a prism or a mirror.
  • Patent Document 2 describes that speckle is reduced by reciprocating a reflecting plate in parallel.
  • an object of the present invention is to provide a projection display device that can more effectively reduce speckle.
  • a laser light source a beam expanding unit that expands a beam of laser light emitted from the laser light source into an elliptical shape, and the beam
  • An integrator that is irradiated with the laser beam expanded in an elliptical shape by the extension unit, and a beam that sequentially moves the laser beam expanded in an elliptical shape by the beam extension unit in the minor axis direction of the elliptical shape on the surface of the integrator
  • a projection display device comprising: an irradiation position displacement unit; a modulation element that modulates the laser light emitted from the integrator; and a projection lens that projects the laser light modulated by the modulation element.
  • the projection display device of one aspect it is possible to reduce speckle more effectively.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a projection display device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram in which the configuration shown in FIG. 1 is simplified and is a diagram for explaining the operation of the beam irradiation position displacement unit 4.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of each embodiment.
  • FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a projection display device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a partial configuration diagram of FIG. 4 for explaining the operation of the beam irradiation position displacement unit 24.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a projection display device according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a partial configuration diagram of FIG. 6 and is a diagram for explaining the operation of the beam irradiation position displacement unit 34.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing a projection type display device of the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a partial configuration diagram of FIG. 8 and is a diagram for explaining the operation of the beam irradiation position displacement unit 44.
  • FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a projection display device according to the fifth embodiment.
  • laser light sources 1R, 1G, and 1B made of laser diodes emit red light, green light, and blue light, respectively.
  • the beam expanders 2R, 2G, and 2B constituted by lenses convert the incident red light, green light, and blue light into collimated light, respectively.
  • the mirror 3R reflects the red light emitted from the beam expander 2R and bends the optical path by 90 °.
  • the dichroic mirror 3G reflects the green light emitted from the beam expander 2G, bends the optical path by 90 °, and combines and emits the red light and the green light.
  • the dichroic mirror 3B reflects the blue light emitted from the beam expander 2B, bends the optical path by 90 °, and combines and emits the combined light of the red light and the green light and the blue light. As a result, the three primary colors combined light obtained by combining red light, green light, and blue light is emitted from the dichroic mirror 3B.
  • the three primary color composite lights are incident on the beam expansion unit 20.
  • the beam expansion unit 20 includes afocal lenses 20a and 20b and a hologram polarization element 20c disposed between the afocal lenses 20a and 20b.
  • the afocal lenses 20a and 20b are each composed of a combination of a convex lens and a concave lens.
  • the afocal lenses 20a and 20b constitute an afocal lens system.
  • the beam of the three primary colors combined light is circular, and the afocal lenses 20a and 20b expand the circular size of the beam.
  • the hologram polarizing element 20c expands the beam of the three primary color combined light into a vertically long ellipse.
  • the three-primary-color combined light whose beam has been expanded by the beam expanding unit 20 is incident on the integrator 5 a made up of a fly-eye lens via the beam irradiation position displacement unit 4.
  • the beam irradiation position displacement unit 4 includes a mirror 41, collimator lenses 42 and 43, and a drive unit 44. The operation of the beam irradiation position displacement unit 4 will be described later.
  • An integrator 5b made of a fly-eye lens is disposed on the light emission side of the integrator 5a.
  • the integrators 5a and 5b have a shape in which a plurality of rectangular lens cells are arranged in the x and y directions.
  • the three primary color combined light incident on each cell of the integrator 5a is incident on each cell of the integrator 5b.
  • the primary color synthesized light emitted from each cell of the integrator 5b is condensed by the condenser lens 6 and is incident on the dichroic mirrors 7Y and 7B.
  • the dichroic mirror 7Y separates the mixed light of red light and green light from the three primary color composite light
  • the dichroic mirror 7B separates blue light from the three primary color composite light.
  • red light is indicated by a solid line
  • green light is indicated by a broken line
  • blue light is indicated by a one-dot chain line.
  • the mirror 8Y reflects the mixed light and bends the optical path by 90 °
  • the mirror 8B reflects the blue light and bends the optical path by 90 °.
  • the mixed light is incident on the dichroic mirror 9, and the blue light is incident on the field lens 10B.
  • the dichroic mirror 9 transmits red light, reflects green light, and bends the optical path by 90 °.
  • the red light transmitted through the dichroic mirror 9 enters the field lens 10R.
  • the green light whose optical path is bent by the dichroic mirror 9 enters the field lens 10G.
  • the field lenses 10R, 10G, and 10B are collectively referred to as a field lens 10.
  • Red light, green light, and blue light emitted from the field lens 10 are respectively wire grid type polarization beam splitters (PBS) 12R, 12G, and 12B through polarizing plates 11R, 11G, and 11B that function as polarizers. Is incident on.
  • PBS polarization beam splitters
  • the PBSs 12R, 12G, and 12B pass only one of the P-polarized component and the S-polarized component of each of red light, green light, and blue light, for example, only the P-polarized component.
  • the P-polarized components of red light, green light, and blue light are transmitted through compensators 13R, 13G, and 13B that adjust the polarization direction to compensate angle characteristics, and are reflected by liquid crystal elements (modulation elements) 14R, 14G, 14B.
  • the reflective liquid crystal elements 14R, 14G, and 14B are collectively referred to as the reflective liquid crystal element 14. Red light, green light, and blue light incident on the reflective liquid crystal element 14 are modulated according to the red, green, and blue components of the video signal and converted into S-polarized light components.
  • S-polarized components of red light, green light, and blue light reflected and emitted from the reflective liquid crystal element 14 are transmitted again through the compensators 13R, 13G, and 13B and are incident on the PBSs 12R, 12G, and 12B.
  • the PBSs 12R, 12G, and 12B reflect the S-polarized components of red light, green light, and blue light, respectively, and bend the optical path by 90 °.
  • S-polarized components of red light, green light, and blue light are incident on the cross dichroic prism 16 via polarizing plates 15R, 15G, and 15B that function as analyzers.
  • the cross dichroic prism 16 combines the incident red light, green light, and blue light, and the projection lens 17 projects the combined light onto a screen (not shown).
  • the screen surface is rough.
  • laser light which is coherent light
  • the scattered light reflected by the rough surface interferes with each other to form a random pattern and become speckle.
  • Speckle is generated depending on the surface shape of the rough surface and the incident angle of the laser beam. Since the surface shape of the rough surface which is the surface of the screen is not changed, speckle depends on the incident angle of the laser beam. Therefore, the speckle changes when the incident angle of the laser beam changes.
  • FIG. 2 is a configuration diagram conceptually showing the configuration shown in FIG. 1 in a simplified manner.
  • light emitted from one side of the collimator lens 43 in the x direction is indicated by a solid line, and light emitted from the other side of the x direction is indicated by a broken line.
  • collimated light is incident on the entire surface of the integrator 5a.
  • the light incident on the integrator 5a sequentially passes through the integrator 5b, the condenser lens 6, and the field lens 10 and enters the reflective liquid crystal element 14 as a telecentric light beam.
  • the light incident on each cell of the integrator 5a enters the reflective liquid crystal element 14 at a specific angle.
  • the incident angle of light to the reflective liquid crystal element 14 differs for each cell of the integrator 5a. Therefore, the incident angle of light incident on the surface of the screen is different for each cell, and the speckle generated is different for each cell. If different speckles appear sequentially every predetermined time, the human eye cannot perceive speckles, and as a result, speckles can be reduced.
  • the beam irradiation position displacing unit 4 displaces the mirror 41 parallel to the surface of the mirror 41 in the vertical direction by the driving unit 44 as indicated by a broken line.
  • the mirror 41 reciprocates within a predetermined time by driving by the driving unit 44.
  • the displacement amount of the mirror 41 may be 200 to 300 ⁇ m.
  • the drive unit 44 can be configured by a voice coil motor, for example.
  • FIG. 3 shows a state in which the beam BM that has become a vertically long ellipse by the beam expanding unit 20 sequentially moves in the x direction on the integrator 5a by the reciprocating movement of the mirror 41.
  • the beam expanding unit 20 expands the beam by the afocal lenses 20a and 20b so that the beam is irradiated to almost the entire width in the x direction of one cell of the integrator 5a.
  • the mirror 41 is not simply moved back and forth, but the light is expanded by the collimator lenses 42 and 43 and irradiated to the integrator 5a, so that speckle is more effective. Can be reduced.
  • the integrator 5a As can be seen from FIG. 3, it is possible to irradiate all cells of the integrator 5a with the beam BM.
  • the light irradiated to the reflective liquid crystal element 14 through the integrators 5a and 5b is light obtained by integrating the light emitted from each cell of the integrators 5a and 5b.
  • the frequency at which the mirror 41 is vibrated is preferably a frequency at which human eyes do not feel flicker, and is preferably 60 Hz or higher.
  • laser light sources 21 ⁇ / b> R, 21 ⁇ / b> G, and 21 ⁇ / b> B made of laser diodes are attached to the heat sink 40.
  • the laser light sources 21R, 21G, and 21B emit red light, green light, and blue light, respectively.
  • the collimator lenses 22R, 22G, and 22B make the incident red light, green light, and blue light substantially parallel light, respectively.
  • the collimator lenses 22R, 22G, and 22B are substantially the same as the beam expanders 2R, 2G, and 2B of the first embodiment.
  • the mirror 23R reflects the red light emitted from the collimator lens 22R and bends the optical path by 90 °.
  • the dichroic mirror 23B transmits red light and reflects blue light emitted from the collimator lens 22B to bend the optical path by 90 °.
  • the dichroic mirror 23G transmits red light and blue light, reflects green light emitted from the collimator lens 22G, and bends the optical path by 90 °.
  • the laser light sources 21R, 21G, and 21B emit light sequentially in a time-sharing manner at regular intervals. Thereby, the optical paths of red light, green light, and blue light are combined into one.
  • the red, green, and blue color lights are incident on the beam expansion unit 220.
  • the beam expansion unit 220 includes afocal lenses 220a and 220b and a hologram polarization element 220c disposed between the afocal lenses 220a and 220b.
  • the afocal lenses 220a and 220b are each composed of a combination of a convex lens and a concave lens.
  • the afocal lenses 220a and 220b constitute an afocal lens system.
  • Each color light beam is circular, and the afocal lenses 220a and 220b expand the circular size of the beam.
  • the hologram polarization element 220c spreads each color light beam into a vertically long ellipse.
  • the beam irradiation position displacement unit 24 includes a mirror 241 and a drive unit 242. The operation of the beam irradiation position displacement unit 24 will be described later.
  • the integrator 25 in the second embodiment is obtained by arranging a plurality of fine lenses on both sides of the integrator 25 in the x direction and the y direction.
  • the integrator 25 can be configured by forming a plurality of lens cells on both surfaces of a single resin material having a thickness of about 1 mm. Each color light emitted from each cell of the integrator 25 enters the field lens 30.
  • the integrator 25 is used to reduce the size of the projection display device. Compared to the case where the integrators 5a and 5b in the first embodiment are used, the number of integrators is one, so that the size can be reduced. Furthermore, if the cell of the integrator 25 is miniaturized and the focal length of the lens formed of each cell is shortened to the limit, the focal length of the field lens 30 can also be set short. As a result, the optical path length can be shortened, and the volume of the optical system can be reduced.
  • Each color light is condensed by the field lens 30 so that the light transmitted through each cell of the integrator 25 is irradiated onto the reflective liquid crystal element 34.
  • Each color light emitted from the field lens 30 is polarized by the polarizing plate 31 and is aligned with the S polarization component in the second embodiment.
  • the S-polarized component of each color light is reflected by the joint surface of the PBS prism 36 through the field lens 32, and the optical path is bent by 90 °.
  • a dichroic film that reflects the S-polarized component and transmits the P-polarized component is formed on the joint surface of the PBS prism 36.
  • the S-polarized component is incident on the reflective liquid crystal element 34 via the quarter-wave plate 35 and the phase compensation plate 33.
  • the laser light sources 21R, 21G, and 21B emit light sequentially in a time division manner, the S-polarized components of each color light are sequentially incident on the reflective liquid crystal element 34.
  • the S-polarized components of red light, green light, and blue light incident on the reflective liquid crystal element 14 are modulated according to the red, green, and blue components of the video signal, and converted into P-polarized components.
  • it since it is a so-called single-plate projection display device using one reflective liquid crystal element 34, it is possible to reduce the size.
  • the P-polarized components of red light, green light, and blue light reflected and emitted from the reflective liquid crystal element 34 are incident on the PBS prism 36 through the phase compensation plate 33 and the quarter wavelength plate 35 again.
  • the P-polarized component is transmitted through the joint surface of the PBS prism 36, and the projection lens 37 sequentially projects red light, green light, and blue light on a screen (not shown) in time division.
  • FIG. 5 partially shows the configuration of FIG.
  • the beam irradiation position displacement unit 24 displaces the mirror 241 in parallel by the drive unit 242 as indicated by a broken line.
  • the mirror 241 is moved in parallel while maintaining an angle of 45 ° with respect to the direction orthogonal to the optical axis.
  • the mirror 241 reciprocates within a predetermined time by driving by the driving unit 242.
  • the drive unit 242 can be configured by a voice coil motor, for example.
  • the position where the laser beam reflected by the mirror 241 enters the integrator 25 moves.
  • the light incident on the integrator 25 is sequentially irradiated to different positions on the integrator 25. If each color irradiates all rows of the integrator 25 in synchronization with switching of red light, green light, and blue light, each color light transmitted through all the cells while changing with time is reflected by the reflective liquid crystal element 34. Can be illuminated. For example, if red light, green light, and blue light are switched at 60 Hz, it is necessary to make the illumination light reciprocate three times on the cell row of the integrator 25 every 1/60 seconds.
  • the second embodiment it is possible to irradiate the beam BM to all the cells of the integrator 25 as in FIG. Since the interference pattern of the laser beam changes every predetermined time, the human eye cannot sense the speckle, and as a result, the speckle can be reduced.
  • the integrator 25 in which the cells of the fly-eye lens are formed on both sides is used for miniaturization, but two integrators may be used as in the first embodiment.
  • a beam irradiation position displacement unit 34 is provided instead of the beam irradiation position displacement unit 24 of the second embodiment.
  • the beam irradiation position displacement unit 34 includes a mirror 341, movable mirrors 342 and 343, and a drive unit 344.
  • Each color light emitted from the afocal lens 220 b is reflected by the mirror 341, the optical path is bent by 90 °, and is incident on the movable mirror 342.
  • Each color light reflected by the movable mirror 342 is further reflected by the movable mirror 343 and enters the integrator 25.
  • the movable mirrors 342 and 343 are inclined by 45 ° with respect to the traveling direction of each color light.
  • FIGS. 7A and 7B partially show the configuration of FIG. 7A and 7B, the drive unit 344 is not shown.
  • the beam irradiation position displacement unit 34 rotates both the movable mirrors 342 and 343 by the same angle in the counterclockwise direction of FIG. 7A by the drive unit 344, as indicated by a broken line in FIG.
  • the beam irradiation position displacement unit 34 rotates both the movable mirrors 342 and 343 by the same angle in the clockwise direction in FIG. 7B by the drive unit 344. Move.
  • the driving unit 344 drives the movable mirrors 342 and 343 to reciprocate by the same angle in the same direction while being synchronized. Both the movable mirrors 342 and 343 are rotated by ⁇ 14 °, for example.
  • a beam irradiation position displacement unit 44 is provided instead of the beam irradiation position displacement unit 24 of the second embodiment.
  • the beam irradiation position displacement unit 44 includes a mirror 441, a movable prism 442, and a drive unit 443.
  • Each color light emitted from the afocal lens 220 b is reflected by the mirror 441, the optical path is bent by 90 °, and is incident on the movable prism 442.
  • Each color light reflected by the reflective film 442r1 of the movable prism 442 is further reflected by the reflective film 442r2 and enters the integrator 25.
  • the reflecting films 442r1 and 442r2 of the movable prism 442 are inclined by 45 ° with respect to the traveling direction of each color light.
  • FIGS. 9A and 9B partially show the configuration of FIG. 9A and 9B, the drive unit 443 is not shown.
  • the beam irradiation position displacement unit 44 rotates the movable prism 442 by a predetermined angle in the counterclockwise direction of FIG. 9A by the drive unit 443, as indicated by a broken line in FIG. Further, as shown by a broken line in FIG. 9B, the beam irradiation position displacement unit 44 rotates the movable prism 442 by the same predetermined angle in the clockwise direction of FIG. 9B by the driving unit 443. .
  • the movable prism 442 is reciprocally rotated by a predetermined angle by being driven by the drive unit 443.
  • the movable prism 442 is rotated, for example, by ⁇ 12 °.
  • the position at which the laser beam reflected by the reflective film 442r2 of the movable prism 442 enters the integrator 25 moves as shown in FIGS. 9A and 9B.
  • the light incident on the integrator 25 is sequentially irradiated to different positions on the integrator 25.
  • the beam expansion unit 220 in the third embodiment shown in FIG. 6 is replaced with a beam expansion unit 320 which is another configuration of the beam expansion unit. 10, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the beam expansion unit 320 includes a pair of cylindrical lenses 320a and 320b.
  • the cylindrical lenses 320a and 320b are afocal lens systems.
  • the width of each color light beam that becomes parallel light can be widened by an afocal lens system including a pair of cylindrical lenses 320a and 320b.
  • the beam width can be individually controlled in the x direction and the y direction by the cylindrical lenses 320a and 320b.
  • FIG. 10 shows a configuration in which the beam expansion unit 220 in the third embodiment shown in FIG. 6 is replaced with the beam expansion unit 320, but the first embodiment shown in FIG. 1, the second embodiment shown in FIG. Also in the fourth embodiment shown in FIG. 8, the beam expansion unit 320 can be employed instead of the beam expansion units 20 and 220.
  • the present invention can be used to reduce speckles generated by the high coherence of a laser light source in a projection display device using a laser light source.

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Abstract

　ビーム拡張部（２０）は、レーザ光源（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）から発せられたレーザ光のビームを楕円形状に広げる。ビーム照射位置変位部（４）は、ミラー（４１）を駆動部（４４）によって平行移動させることにより、楕円形状に広げられたレーザ光をインテグレータ（５ａ）の面上で楕円形状の短軸方向に順次移動させる。反射型液晶素子（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）はレーザ光を変調する。投射レンズ（１７）は反射型液晶素子（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）で変調されたレーザ光を投射する。

Description

投射型表示装置
　本発明は、レーザ光源を用いた投射型表示装置に係り、特に、レーザ光源の高コヒーレンス性により発生するスペックルを低減させることができる投射型表示装置に関する。
　近年、投射型表示装置を小型化する要望が高まっている。従来使用されていたキセノンランプや超高圧水銀ランプの代わりに、半導体レーザ光源（以下、単にレーザ光源）を使用することによって、投射型表示装置を小型化することが可能となる。ところが、レーザ光源は、投射型表示装置の光源として使用するには、発光効率が低く、コヒーレンスが高いという課題を抱えている。特に、高コヒーレンス性によってスペックルと称される干渉模様が発生してしまい、投射される映像の品位を落としてしまうという問題点があった。
　この問題点を解決するため、種々の提案がなされている。特許文献１には、プリズムやミラーを連続的に回転させることによってスペックルを低減させることが記載されている。特許文献２には、反射板を平行に往復移動させることによってスペックルを低減させることが記載されている。
特開２００９－１６９０１２号公報 特開２００８－２５６８２４号公報
　しかしながら、特許文献１，２に記載の構成では、スペックルを低減させる効果が不十分であり、スペックルをさらに効果的に低減させることができる構成が求められる。
　本発明はこのような要望に対応するため、スペックルをさらに効果的に低減させることができる投射型表示装置を提供することを目的とする。
　上述した従来の技術の課題を解決するため、一態様の投射型表示装置によれば、レーザ光源と、前記レーザ光源から発せられたレーザ光のビームを楕円形状に広げるビーム拡張部と、前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光が照射されるインテグレータと、前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光を前記インテグレータの面上で前記楕円形状の短軸方向に順次移動させるビーム照射位置変位部と、前記インテグレータから射出されたレーザ光を変調する変調素子と、前記変調素子で変調されたレーザ光を投射する投射レンズとを備えることを特徴とする投射型表示装置が提供される。
　一態様の投射型表示装置によれば、スペックルをさらに効果的に低減させることが可能となる。
図１は、第１実施形態の投射型表示装置を示す構成図である。 図２は、図１に示す構成を簡略化した概念図であり、ビーム照射位置変位部４の動作を説明するための図である。 図３は、各実施形態による作用を説明するための図である。 図４は、第２実施形態の投射型表示装置を示す構成図である。 図５は、図４の部分構成図であり、ビーム照射位置変位部２４の動作を説明するための図である。 図６は、第３実施形態の投射型表示装置を示す構成図である。 図７は、図６の部分構成図であり、ビーム照射位置変位部３４の動作を説明するための図である。 図８は、第４実施形態の投射型表示装置を示す構成図である。 図９は、図８の部分構成図であり、ビーム照射位置変位部４４の動作を説明するための図である。 図１０は、第５実施形態の投射型表示装置を示す構成図である。
　以下、各実施形態の投射型表示装置について、添付図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
　図１において、レーザダイオードよりなるレーザ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂはそれぞれ赤色光，緑色光，青色光を発光する。レンズによって構成されるビームエキスパンダ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂはそれぞれ入射された赤色光，緑色光，青色光をコリメート光にする。
　ミラー３Ｒは、ビームエキスパンダ２Ｒから射出した赤色光を反射して光路を９０°折り曲げる。ダイクロイックミラー３Ｇは、ビームエキスパンダ２Ｇから射出した緑色光を反射して光路を９０°折り曲げると共に、赤色光と緑色光とを合成して射出する。ダイクロイックミラー３Ｂは、ビームエキスパンダ２Ｂから射出した青色光を反射して光路を９０°折り曲げると共に、赤色光と緑色光との合成光と青色光とを合成して射出する。これにより、ダイクロイックミラー３Ｂからは赤色光，緑色光，青色光を合成した３原色合成光が射出される。
　３原色合成光は、ビーム拡張部２０に入射される。ビーム拡張部２０は、アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂと、アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂ間に配置されたホログラム偏光素子２０ｃとを備える。アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂはそれぞれ凸レンズと凹レンズとの組み合わせによって構成されている。アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂはアフォーカルレンズ系を構成している。３原色合成光のビームは円形であり、アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂはビームの円形の大きさを拡大する。ホログラム偏光素子２０ｃは、３原色合成光のビームを縦長楕円に広げる。
　ビーム拡張部２０によってビームが拡張された３原色合成光は、ビーム照射位置変位部４を介して、フライアイレンズよりなるインテグレータ５ａに入射される。ビーム照射位置変位部４は、ミラー４１，コリメータレンズ４２及び４３，駆動部４４を備える。ビーム照射位置変位部４の動作についは後述する。
　インテグレータ５ａの光の射出側には、フライアイレンズよりなるインテグレータ５ｂが配置されている。インテグレータ５ａ，５ｂは、矩形状のレンズセルをｘ方向及びｙ方向に複数配列させた形状を有する。インテグレータ５ａの各セルに入射された３原色合成光はインテグレータ５ｂの各セルに入射される。インテグレータ５ｂの各セルより射出した原色合成光はコンデンサレンズ６で集光され、ダイクロイックミラー７Ｙ，７Ｂに入射される。
　ダイクロイックミラー７Ｙは３原色合成光から赤色光と緑色光との混合光を分離し、ダイクロイックミラー７Ｂは３原色合成光から青色光を分離する。図１では、ダイクロイックミラー７Ｙ，７Ｂ以降の光路において、赤色光を実線で、緑色光を破線で、青色光を一点鎖線にて示している。ミラー８Ｙは混合光を反射して光路を９０°折り曲げ、ミラー８Ｂは青色光を反射して光路を９０°折り曲げる。混合光はダイクロイックミラー９に入射され、青色光はフィールドレンズ１０Ｂに入射される。
　ダイクロイックミラー９は赤色光を透過させ、緑色光を反射して光路を９０°折り曲げる。ダイクロイックミラー９を透過した赤色光は、フィールドレンズ１０Ｒに入射される。ダイクロイックミラー９によって光路を折り曲げられた緑色光は、フィールドレンズ１０Ｇに入射される。フィールドレンズ１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをフィールドレンズ１０と総称する。フィールドレンズ１０より射出した赤色光，緑色光，青色光は、それぞれ、偏光子の役割をする偏光板１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを介して、ワイヤグリッド型の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに入射される。
　ＰＢＳ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、赤色光，緑色光，青色光それぞれのＰ偏光成分とＳ偏光成分のうちの一方のみ、例えばＰ偏光成分のみを通過させる。赤色光，緑色光，青色光それぞれのＰ偏光成分は、偏光方向を調整して角度特性を補償する補償器１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを透過して、反射型液晶素子（変調素子）１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射される。反射型液晶素子１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを反射型液晶素子１４と総称する。反射型液晶素子１４に入射された赤色光，緑色光，青色光は、映像信号の赤，緑，青それぞれの成分に応じて変調されて、Ｓ偏光成分へと変換される。
　反射型液晶素子１４で反射して射出した赤色光，緑色光，青色光それぞれのＳ偏光成分は、再び補償器１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを透過して、ＰＢＳ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに入射される。ＰＢＳ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、赤色光，緑色光，青色光それぞれのＳ偏光成分を反射して光路を９０°折り曲げる。赤色光，緑色光，青色光それぞれのＳ偏光成分は検光子の役割をする偏光板１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを介して、クロスダイクロイックプリズム１６に入射される。クロスダイクロイックプリズム１６は入射された赤色光，緑色光，青色光を合成し、投射レンズ１７は合成光を図示していないスクリーンに投射する。
　次に、図２，図３を用いて、ビーム照射位置変位部４の動作及びスペックルを低減させることができる理由について説明する。スクリーンの表面は粗面となっている。コヒーレント光であるレーザ光が粗面に入射すると、粗面で反射した散乱光がお互いに干渉してランダムな模様となってスペックルとなる。スペックルは、粗面の表面形状とレーザ光の入射角に依存して発生する。スクリーンの表面である粗面の表面形状は不変であるので、スペックルはレーザ光の入射角に依存することになる。従って、レーザ光の入射角が変われば、スペックルは変化することになる。
　図２は、図１に示す構成を簡略して概念的に示す構成図である。図２では、コリメータレンズ４３のｘ方向の一方側より射出する光を実線にて、ｘ方向の他方側より射出する光を破線にて示している。インテグレータ５ａ，５ｂを用いたインテグレータ照明光学系では、インテグレータ５ａにはコリメート光が全面に入射される。インテグレータ５ａに入射された光は、インテグレータ５ｂ，コンデンサレンズ６，フィールドレンズ１０を順次透過し、テレセントリック光線として反射型液晶素子１４に入射される。
　インテグレータ５ａのそれぞれのセルに入射した光は、反射型液晶素子１４に対して特定の角度で入射することになる。反射型液晶素子１４への光の入射角はインテグレータ５ａのセル毎に異なる。従って、スクリーンの表面に入射される光の入射角度はセル毎に異なり、発生するスペックルはセル毎に異なることになる。異なるスペックルが所定時間毎に順次現れるようにすれば、人間の目はスペックルを感知することができず、結果としてスペックルを低減させることが可能となる。
　そこで、ビーム照射位置変位部４は、ミラー４１を、破線にて示すように、駆動部４４によってミラー４１の面に垂直方向に平行に変位させる。ミラー４１は、駆動部４４による駆動によって所定時間内に往復移動する。ミラー４１の変位量は、２００～３００μｍでよい。駆動部４４は例えばボイスコイルモータによって構成することができる。ミラー４１がミラー４１の面に垂直方向に平行に移動すると、レーザ光がミラー４１の面上で反射する位置が移動する。この結果、コリメータレンズ４２及び４３を介してインテグレータ５ａに入射する光は、インテグレータ５ａ上で順次異なる位置に照射されることになる。
　図３は、ビーム拡張部２０によって縦長楕円となったビームＢＭがミラー４１の往復移動によってインテグレータ５ａ上でｘ方向に順次移動する状態を示している。なお、ビーム拡張部２０は、アフォーカルレンズ２０ａ，２０ｂによって、ビームがインテグレータ５ａの１つのセルのｘ方向の幅のほぼ全体に照射されるように、ビームを拡大することが好ましい。勿論、１つのセルのｘ方向の幅を超えるように拡大してもよい。そして、ホログラム偏光素子２０ｃによって、ビームがｙ方向に配列された全てのセルに照射されるよう、ビームを縦長楕円に広げることが好ましい。勿論、インテグレータ５ａのｙ方向の長さよりも長くなるように広げてもよい。
　これによって、第１実施形態では、スペックルを従来例と比較してさらに効果的に低減させることができる。さらに第１実施形態では、好ましい構成として、単にミラー４１を往復移動させる構成ではなく、コリメータレンズ４２及び４３によって光を拡大させた上でインテグレータ５ａに照射しているので、スペックルをさらに効果的に低減させることができる。
　第１実施形態では、図３より分かるように、インテグレータ５ａの全てのセルにビームＢＭを照射することが可能になる。インテグレータ５ａ，５ｂを経て反射型液晶素子１４に照射される光は、インテグレータ５ａ，５ｂの各セルより射出する光を積分した光となる。
　ミラー４１を振動させる周波数は、人の目がちらつきを感じない程度の周波数とすることが好ましく、６０Ｈｚまたはそれ以上であることが好ましい。
＜第２実施形態＞
　図４において、ヒートシンク４０には、レーザダイオードよりなるレーザ光源２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが取り付けられている。レーザ光源２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂはそれぞれ赤色光，緑色光，青色光を発光する。コリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂはそれぞれ入射された赤色光，緑色光，青色光を略平行光とする。コリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、第１実施形態のビームエキスパンダ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと実質的に同じものである。
　ミラー２３Ｒは、コリメータレンズ２２Ｒから射出した赤色光を反射して光路を９０°折り曲げる。ダイクロイックミラー２３Ｂは、赤色光を透過させると共に、コリメータレンズ２２Ｂから射出した青色光を反射して光路を９０°折り曲げる。ダイクロイックミラー２３Ｇは、赤色光及び青色光を透過させると共に、コリメータレンズ２２Ｇから射出した緑色光を反射して光路を９０°折り曲げる。レーザ光源２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、一定時間毎に時分割で順次発光するようになっている。これにより、赤色光，緑色光，青色光の光路が１つにまとめられる。
　赤，緑，青の各色光は、ビーム拡張部２２０に入射される。ビーム拡張部２２０は、アフォーカルレンズ２２０ａ，２２０ｂと、アフォーカルレンズ２２０ａ，２２０ｂ間に配置されたホログラム偏光素子２２０ｃとを備える。アフォーカルレンズ２２０ａ，２２０ｂはそれぞれ凸レンズと凹レンズとの組み合わせによって構成されている。アフォーカルレンズ２２０ａ，２２０ｂはアフォーカルレンズ系を構成している。各色光のビームは円形であり、アフォーカルレンズ２２０ａ，２２０ｂはビームの円形の大きさを拡大する。ホログラム偏光素子２２０ｃは、各色光のビームを縦長楕円に広げる。
　ビーム拡張部２２０によってビームが拡張された各色光は、ビーム照射位置変位部２４を介して、フライアイレンズよりなるインテグレータ２５に入射される。ビーム照射位置変位部２４は、ミラー２４１及び駆動部２４２を備える。ビーム照射位置変位部２４の動作についは後述する。
　第２実施形態におけるインテグレータ２５は、インテグレータ２５の両面に微細なレンズをｘ方向及びｙ方向に複数配列させたものである。例えば１ｍｍ程度の厚さを有する１枚の樹脂材料の両面に複数のレンズセルを形成することによって、インテグレータ２５を構成することができる。インテグレータ２５の各セルより射出した各色光はフィールドレンズ３０へと入射される。
　第２実施形態では、投射型表示装置を小型化するため、インテグレータ２５を用いている。第１実施形態におけるインテグレータ５ａ，５ｂを用いる場合と比較して、インテグレータが１枚となるので、小型化が可能となる。さらに、インテグレータ２５のセルを微細化して各セルよりなるレンズの焦点距離を極限まで短くすると、フィールドレンズ３０の焦点距離も短く設定することができる。これによって、光路長を短くすることができ、光学系の容積を小さくすることが可能となる。
　インテグレータ２５の各セルを透過した光が反射型液晶素子３４上に照射されるように、各色光はフィールドレンズ３０によって集光される。フィールドレンズ３０より射出した各色光は偏光板３１によって偏光が整えられ、第２実施形態ではＳ偏光成分に揃えられる。各色光のＳ偏光成分はフィールドレンズ３２を介してＰＢＳプリズム３６の接合面で反射して、光路が９０°折り曲げられる。ＰＢＳプリズム３６の接合面には、Ｓ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過させるダイクロイック膜が形成されている。Ｓ偏光成分は、１／４波長板３５及び位相補償板３３を介して反射型液晶素子３４に入射される。
　前述のように、レーザ光源２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは時分割で順次発光するので、反射型液晶素子３４には各色光のＳ偏光成分が順次入射されることになる。反射型液晶素子１４に入射された赤色光，緑色光，青色光のＳ偏光成分は、映像信号の赤，緑，青それぞれの成分に応じて変調されて、Ｐ偏光成分へと変換される。第２実施形態では、１つの反射型液晶素子３４を用いた、いわゆる単板式の投射型表示装置であるため、小型化が可能である。
　反射型液晶素子３４で反射して射出した赤色光，緑色光，青色光それぞれのＰ偏光成分は、再び位相補償板３３及び１／４波長板３５を介してＰＢＳプリズム３６へと入射される。Ｐ偏光成分はＰＢＳプリズム３６の接合面を透過し、投射レンズ３７は赤色光，緑色光，青色光それぞれを時分割で順次、図示していないスクリーンに投射する。
　次に、図５を用いて、ビーム照射位置変位部２４の動作について説明する。図５は、図４の構成を部分的に示している。図５に示すように、ビーム照射位置変位部２４は、ミラー２４１を、破線にて示すように、駆動部２４２によってミラー２４１を平行に変位させる。ミラー２４１は、光軸と直交する方向に対して４５°の角度を保った状態で平行に移動される。ミラー２４１は、駆動部２４２による駆動によって所定時間内に往復移動する。駆動部２４２は例えばボイスコイルモータによって構成することができる。
　ミラー２４１が平行に移動すると、ミラー２４１を反射したレーザ光がインテグレータ２５に入射する位置が移動する。この結果、インテグレータ２５に入射する光は、インテグレータ２５上で順次異なる位置に照射されることになる。赤色光，緑色光，青色光の切り換えに同期して、各色がインテグレータ２５の全列を照射するようにすれば、時間毎に変化しながら全てのセルを透過した各色光が反射型液晶素子３４を照明することができる。例えば赤色光，緑色光，青色光を６０Ｈｚで切り換えるとすると、１／６０秒毎に照明光がインテグレータ２５のセルの列上を３往復するようにする必要がある。
　第２実施形態においても、図３と同様に、インテグレータ２５の全てのセルにビームＢＭを照射することが可能になる。レーザ光の干渉模様は所定の時間毎に変化するので、人間の目はスペックルを感知することができず、結果としてスペックルを低減させることが可能となる。
　第２実施形態においては、小型化のために両面にフライアイレンズのセルが形成されたインテグレータ２５を用いたが、第１実施形態と同様、２枚のインテグレータを用いてもよい。
＜第３実施形態＞
　図６に示す第３実施形態において、図４で説明した第２実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略することとする。図６に示す第３実施形態においては、第２実施形態のビーム照射位置変位部２４の代わりにビーム照射位置変位部３４を設けている。ビーム照射位置変位部３４は、ミラー３４１，可動ミラー３４２及び３４３，駆動部３４４を備える。
　アフォーカルレンズ２２０ｂより射出した各色光は、ミラー３４１で反射して光路が９０°折り曲げられ、可動ミラー３４２に入射される。可動ミラー３４２で反射した各色光は、可動ミラー３４３でさらに反射してインテグレータ２５へと入射される。図６に示す状態で、可動ミラー３４２，３４３は、各色光の進行方向に対して４５°傾斜した状態にある。
　図７の（ａ），（ｂ）を用いて、ビーム照射位置変位部３４の動作について説明する。図７の（ａ），（ｂ）は、図６の構成を部分的に示している。図７の（ａ），（ｂ）では駆動部３４４の図示を省略している。ビーム照射位置変位部３４は、図７の（ａ）に破線にて示すように、可動ミラー３４２，３４３の双方を駆動部３４４によって図７の（ａ）の反時計方向に同じ角度だけ回動させる。また、ビーム照射位置変位部３４は、図７の（ｂ）に破線にて示すように、可動ミラー３４２，３４３の双方を駆動部３４４によって図７の（ｂ）の時計方向に同じ角度だけ回動させる。
　このように、第３実施形態においては、駆動部３４４による駆動によって、可動ミラー３４２，３４３の双方を同期させた状態で同じ方向に同じ角度だけ往復回動させる。可動ミラー３４２，３４３の双方を例えば±１４°ずつ回動させる。
　可動ミラー３４２，３４３の双方を往復回動させると、図７の（ａ），（ｂ）に示すように、可動ミラー３４３を反射したレーザ光がインテグレータ２５に入射する位置が移動する。この結果、インテグレータ２５に入射する光は、インテグレータ２５上で順次異なる位置に照射されることになる。第３実施形態においても、図３と同様に、インテグレータ２５の全てのセルにビームＢＭを照射することが可能になる。レーザ光の干渉模様は所定の時間毎に変化するので、人間の目はスペックルを感知することができず、結果としてスペックルを低減させることが可能となる。
＜第４実施形態＞
　図８に示す第４実施形態において、図４で説明した第２実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略することとする。図８に示す第４実施形態においては、第２実施形態のビーム照射位置変位部２４の代わりにビーム照射位置変位部４４を設けている。ビーム照射位置変位部４４は、ミラー４４１，可動プリズム４４２，駆動部４４３を備える。
　アフォーカルレンズ２２０ｂより射出した各色光は、ミラー４４１で反射して光路が９０°折り曲げられ、可動プリズム４４２に入射される。可動プリズム４４２の反射膜442r1で反射した各色光は、反射膜442r2でさらに反射してインテグレータ２５へと入射される。図８に示す状態で、可動プリズム４４２の反射膜442r1，442r2は、各色光の進行方向に対して４５°傾斜した状態にある。
　図９の（ａ），（ｂ）を用いて、ビーム照射位置変位部４４の動作について説明する。図９の（ａ），（ｂ）は、図８の構成を部分的に示している。図９の（ａ），（ｂ）では駆動部４４３の図示を省略している。ビーム照射位置変位部４４は、図９の（ａ）に破線にて示すように、可動プリズム４４２を駆動部４４３によって図９の（ａ）の反時計方向に所定の角度だけ回動させる。また、ビーム照射位置変位部４４は、図９の（ｂ）に破線にて示すように、可動プリズム４４２を駆動部４４３によって図９の（ｂ）の時計方向に同じ所定の角度だけ回動させる。
　このように、第４実施形態においては、駆動部４４３による駆動によって、可動プリズム４４２を所定の角度だけ往復回動させる。可動プリズム４４２を例えば±１２°ずつ回動させる。
　可動プリズム４４２を往復回動させると、図９の（ａ），（ｂ）に示すように、可動プリズム４４２の反射膜442r2を反射したレーザ光がインテグレータ２５に入射する位置が移動する。この結果、インテグレータ２５に入射する光は、インテグレータ２５上で順次異なる位置に照射されることになる。第４実施形態においても、図３と同様に、インテグレータ２５の全てのセルにビームＢＭを照射することが可能になる。レーザ光の干渉模様は所定の時間毎に変化するので、人間の目はスペックルを感知することができず、結果としてスペックルを低減させることが可能となる。
＜第５実施形態＞
　図１０に示す第５実施形態において、図６に示す第３実施形態におけるビーム拡張部２２０をビーム拡張部の他の構成であるビーム拡張部３２０に置換したものである。図１０において、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
　ビーム拡張部３２０は、一対のシリンドリカルレンズ３２０ａ，３２０ｂを備える。シリンドリカルレンズ３２０ａ，３２０ｂはアフォーカルレンズ系となっている。平行光となった各色光のビームの幅を一対のシリンドリカルレンズ３２０ａ，３２０ｂによるアフォーカルレンズ系で広げることができる。シリンドリカルレンズ３２０ａ，３２０ｂによってビームの幅をｘ方向とｙ方向に個別に制御することができる。
　図１０では、図６に示す第３実施形態におけるビーム拡張部２２０をビーム拡張部３２０に置換した構成を示したが、図１に示す第１実施形態、図２に示す第２実施形態、図８に示す第４実施形態においても、ビーム拡張部２０，２２０の代わりにビーム拡張部３２０を採用することができる。
　本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
　本発明は、レーザ光源を用いた投射型表示装置において、レーザ光源の高コヒーレンス性により発生するスペックルを低減させる際に利用できる。

Claims (8)

  1. 　レーザ光源と、
    　前記レーザ光源から発せられたレーザ光のビームを楕円形状に広げるビーム拡張部と、
    　前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光が照射されるインテグレータと、
    　前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光を前記インテグレータの面上で前記楕円形状の短軸方向に順次移動させるビーム照射位置変位部と、
    　前記インテグレータから射出されたレーザ光を変調する変調素子と、
    　前記変調素子で変調されたレーザ光を投射する投射レンズと、
    　を備えることを特徴とする投射型表示装置。
  2. 　前記インテグレータは、複数の矩形状のレンズセルが第１の方向及び第２の方向に配列された形状を有し、
    　前記ビーム拡張部は、前記レーザ光が前記インテグレータの前記第１の方向に配列された全てのレンズセルに照射されるように、前記レーザ光のビームを楕円形状に広げ、
    　前記ビーム照射位置変位部は、前記レーザ光が前記インテグレータの前記第２の方向に配列された全てのレンズセルに照射されるように、前記レーザ光を順次移動させる
    　ことを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
  3. 　前記ビーム拡張部は、一対のアフォーカルレンズと、ホログラム偏光素子とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
  4. 　前記ビーム拡張部は、一対のシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
  5. 　前記ビーム照射位置変位部は、
    　前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光を反射するミラーと、
    　前記ミラーを平行に往復移動させる駆動部と、
    　を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
  6. 　前記ミラーで反射したレーザ光を拡大するレンズをさらに有することを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
  7. 　前記ビーム照射位置変位部は、
    　前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光を反射するミラーと、
    　前記ミラーで反射したレーザ光を反射する第１の可動ミラーと、
    　前記第１の可動ミラーで反射したレーザ光を反射する第２の可動ミラーと、
    　前記第１及び第２の可動ミラーの双方を同期させた状態で同じ方向に同じ角度だけ往復回動させる駆動部と、
    　を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
  8. 　前記ビーム照射位置変位部は、
    　前記ビーム拡張部によって楕円形状に広げられたレーザ光を反射するミラーと、
    　前記ミラーで反射したレーザ光を反射する第１の反射膜とこの第１の反射膜で反射したレーザ光を反射する第２の反射膜とを有する可動プリズムと、
    　前記可動プリズムを所定の角度だけ往復回動させる駆動部と、
    　を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
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