(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構造でスペックルの改善された画像を投写できる、レーザー光源を用いた投写型画像表示装置を提供する。【解決手段】投写型画像表示装置１０は、レーザー光源とコリメートレンズからなるレーザー光源ユニット１０１ａ，１０１ｂと、レーザー光源ユニットから出射光が入射面に入射されるロッドインテグレータ１１１と、映像光を生成する画像表示素子１３９Ｒ、１３９Ｇ、１３９Ｂと、ロッドインテグレータの出射光を画像表示素子に導くリレー光学系と、画像表示素子で生成された映像光を投写する投写レンズ１４０を備え、ロッドインテグレータの出射面側には、出射面からの出射光の有効域を覆う大きさを有する水晶材料からなる偏光解消部を有し、偏光解消部はテーパーを有するくさび形断面を有する一対の水晶板１２２，１２３をテーパー部で対向してなり、入射面と出射面は平行に構成されている。【選択図】図１
2020076814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源とコリメートレンズからなるレーザー光源ユニットと、
前記レーザー光源ユニットから出射光が入射面に入射されるロッドインテグレータと、
映像光を生成する画像表示素子と、
前記ロッドインテグレータの出射光を画像表示素子に導くリレー光学系と、
前記画像表示素子で生成された映像光を投写する投写レンズを備え、
前記ロッドインテグレータの出射面側には、出射面からの出射光の有効域を覆う大きさを有する水晶材料からなる偏光解消部を有し、
前記偏光解消部はテーパーを有するくさび形断面を有する一対の水晶板をテーパー部で対向してなり、入射面と出射面は平行に構成されている、投写型画像表示装置。
【請求項２】
前記偏光解消部の水晶板のうち、少なくとも前記ロッドインテグレータの出射側に配された水晶板はテーパー方向と平行に移動可能に構成されている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
【請求項３】
前記偏光解消部において、出射側に配された水晶板が移動する際も、略一定で、任意の間隙が保持されている、請求項２に記載の投写型画像表示装置。
【請求項４】
前記偏光解消部の水晶板のうち、入射側に配された水晶板は前記ロッドインテグレーターの出射面に密着固定されて構成されている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザー光源から光によって画像表示装置上の画像を拡大投写する投写型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型画像表示装置は、固体光源技術の進歩により、その光源が従来の放電管ランプから、長寿命である、水銀を含まない、爆発しないなどの長所を有するＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザーに置き換わりつつある。特に、半導体レーザーは１つの個体からの光出力は小さいが、光出力のエタンデュが比較的小さいことから複数個アレイ状にユニット化されたものが光源として用いられており、５０００ルーメンを超えるような高出力のプロジェクターも商品化されている。
【０００３】
ただし、レーザーはコヒーレント性を有しており、これを用いた投写型画像表示装置の投写画像は、スペックルと呼ばれる光の干渉によるぎらつきが発生、画質劣化を招いている。
【０００４】
かかるスペックル対策として、特許文献１では、レーザー光源を用いた投写型画像表示装置内において、面内で偏光光に対して多数に分割された有効域毎に異なる位相差を有する偏光変換装置を投写レンズの開口絞り位置に配置し、偏光変換装置を揺動して、スペックルを改善する構成が提案されている。また、特許文献２では、偏光を変換する装置として、くさび形断面を有し位相差を有する材料からなる偏光解消板を対向して入出射面を平行になるよう配置し、偏光解消板を相互に移動せしめて時間的に偏光状態を変えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４２９３４３号公報
【特許文献２】特開２００３−３３７２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、簡単な構造でスペックルの改善された画像を提供出来る、レーザー光源を用いた投写型画像表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の投写型画像表示装置は、レーザー光源とコリメートレンズからなるレーザー光源ユニットと、レーザー光源ユニットから出射光が入射面に入射されるロッドインテグレータと、映像光を生成する画像表示素子と、ロッドインテグレータの出射光を画像表示素子に導くリレー光学系と、画像表示素子で生成された映像光を投写する投写レンズを備え、ロッドインテグレータの出射面側には、出射面からの出射光の有効域を覆う大きさを有する水晶材料からなる偏光解消部を有し、偏光解消部はテーパーを有するくさび形断面を有する一対の水晶板をテーパー面で対向してなり、入射面と出射面は平行に構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、レーザー光源を用いた投写型画像表示装置において、簡単な構造でスペックルの改善された画像を提供出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】可動式偏光解消部を備えた実施の形態の投写型画像表示装置を示す図
【図２】偏光解消素子の説明図
【図３】偏光解消部の構成図
【図４】偏光解消部の断面図
【図５】偏光解消素子の配置説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１１】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
（実施の形態）
以下、図１から図５を用いて、蛍光体光源装置の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は蛍光体ホイールを光源として用いた投写型画像装置の構造を示す図、図２は偏光解消素子の原理説明図、図３は偏光解消部の構成を説明する図、図４は偏光解消部の構成を説明する断面図、図５は偏光解消素子の配置説明図である。
【００１３】
図１において、投写型画像表示装置１０は、蛍光体光源装置１００を備える。蛍光体光源装置１００は、光源用の青色レーザダイオードユニット１０１ａ、１０１ｂを備える。光源用の青色レーザダイオードユニット１０１ａ、１０１ｂは、複数の青色レーザダイオードと、その出射面側にそれぞれの青色レーザダイオードに対応して配置されたコリメートレンズからなっており、レーザ光の広がりを抑えて出力できる。
【００１４】
青色レーザダイオードユニット１０１ａを出射した光は部分的開口を持つミラー１０２に入射する。ここに入射することで一部は部分的開口を持つミラー１０２の開口を抜けて＋Ｘ方向に出射され、ミラー１０２の反射部に入射した光は＋Ｙに反射される。青色レーザダイオードユニット１０１ｂを出射した光も部分的開口を持つミラー１０２に入射する。ここに入射することで同様に一部は部分的開口を持つミラー１０２の開口を抜けて＋Ｙ方向に出射され、ミラー１０２の反射部に入射した光は＋Ｘに反射される。青色レーザダイオードユニット１０１ａ、１０１ｂの出射光のうち、＋Ｘ方向に進む光と＋Ｙ方向に進む光の青色光の比は後者の比率が高くなるよう部分的開口を持つミラー１０２の開口形状は設計されている。
【００１５】
＋Ｘ方向に出射された青色光は、レンズ１０３で集光され、ミラー１０４で反射されたあと、拡散板１０５の近傍に集光される。コンデンサレンズ１０６に入射した光は略平行光となってダイクロイックミラー１０７に入射する。ダイクロイックミラー１０７は青光を透過し、それ以外の色光は反射する特性を有しているので青色光はこれを透過する。透過した青色光はレンズ１０８、ミラー１０９、レンズ１１０を経て矩形開口を持つロッドインテグレータ１１１の入射面に集光せしめられる。
【００１６】
部分的開口を持つミラー１０２を経て＋Ｙ方向に進んだ光は、ミラー１１４を挟んでアフォーカル系を構成するレンズ１１２とレンズ１１３で収束され拡散板１１５に入射される。拡散板１１５に入射された青色レーザ光はここで拡散された後、ダイクロイックミラー１０７を透過してコンデンサレンズ１１６、１１７に入射する。ここに入射した青光は蛍光体ホイール装置１１８の蛍光体１１９に入射する。
【００１７】
蛍光体１１９は基板１２０上に形成されており、基板１２０はモーター１２１によって回動可能に形成されている。
【００１８】
蛍光体１１９に入射した青色光は、蛍光体に入射することで黄色光に変換され、背面の反射層に反射されてコンデンサレンズ１１７側に射出される。コンデンサレンズ１１７を経た黄色光はコンデンサレンズ１１６を透過して、ダイクロイックミラー１０７に入射される。黄色光はここで反射されて青色光と同様にレンズ１０８、ミラー１０９、レンズ１１０を経て矩形開口を持つロッドインテグレータ１１１の入射面に集光せしめられる。
ここではレーザー光源の青色光と蛍光光の黄色光が重畳されて白色光となっている。
【００１９】
このロッドインテグレータ１１１の出射面側には、くさび形角柱である第一の偏光変換素子１２２と、その出射側には略同形状の第二の偏光変換素子１２３が備えられており、第一の偏光変換素子１２２の入射面と第二の偏光変換素子１２３の出射面が平行になるように各偏光変換素子のテーパー部の角度が同じになるよう形成されている。
【００２０】
さらに詳述するに、第一の偏光変換素子１２２と第二の偏光変換素子１２３は、後述するように各々テーパー部を有するくさび型断面を有する水晶板からなり、これら第一の偏光変換素子１２２と第二の偏光変換素子１２３からなる一対の水晶板をテーパー部で対向させた配置することにより偏光解消部を構成する。尚、偏光解消部を構成する第一の偏光変換素子１２２は、その光入射側の面はロッドインテグレータの出射面からの出射光の有効域を覆う大きさの形状となっている。
【００２１】
第二の偏光変換素子１２３を透過した光は、リレーレンズ１２４、１２５を経て折り返しミラー１２６で反射されたのち、フィールドレンズ１２７を経て、全反射プリズム１２８に入射する。全反射プリズム１２８は第１のプリズム１２９、第２のプリズム１３０がわずかな間隙を維持して固定されて成る。全反射プリズム１２８に入射した光は面１３１で全反射された後、面１３２を経てカラープリズムユニット１３３に入射する。
【００２２】
このカラープリズムユニット１３３は青色光を反射する特性を備えたダイクロイックミラー面１３４を備えた第１のプリズム１３５と、赤色光を反射する特性を備えたダイクロイックミラー面１３６を備えた第２のプリズム１３７と、第３のプリズム１３８を接着固定して成る。各プリズムの端面には図のようにＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）１３９Ｒ、１３９Ｇ、１３９Ｂが備えられている。これらＤＭＤは微小なミラーが２次元的に配置されてなり、外部からの映像信号に応じて、その倒れ方向が２方向に制御される。ＯＮ信号時の倒れ角で反射光はカラープリズムユニット１３３に対して入射角０°で戻り、ＯＦＦ信号時は大きな角度を持って再度入射する。ＤＭＤ１３９Ｂは青光変調用、ＤＭＤ１３９Ｒは赤光変調用、ＤＭＤ１３９Ｇは緑光変調用である。
【００２３】
ＤＭＤ１３９Ｒ、１３９Ｇ、１３９Ｂでそれぞれの各画素において、白表示モードのものは再度、カラープリズムユニット１３３に戻り、全反射プリズム１２８の第１のプリズム１２９、第２のプリズム１３０を透過して投写レンズ１４０に入射し、図にはないスクリーンに至る。このようにしてカラー表示を実現する。
【００２４】
第一の偏光変換素子１２２、第二の偏光変換素子１２３は図２に示すように、光学軸を持った光学結晶をくさび型断面を有するように研磨した水晶板であり、本実施の形態では、水晶材料からなる。この結晶（水晶板）の光学軸（１２２ａ、１２３ａ）に対して４５度の角度を持つ直線偏光を入射すると、よく知られたウォラストンプリズムと同様に角度を持った２本の光線に分岐する。このとき、２つの光線はそれぞれ直交する偏光を持っている。また、水晶の厚さによって位相のズレ(偏光の波のタイミングのズレ)量が異なるため、くさび形の結晶の異なる場所に入射した光線は位相差が生じる。この２つの光線が重なったところでは光線どうしが干渉し、２つの光線の光路差によりあらゆる偏光状態が繰り返し実現される。これにより様々な様態の偏光光が混ざり合った状態となる。
【００２５】
この実施の形態では青色光はスクリーンまでレーザー光の特性を有しており、レーザー光はコヒーレント光であるので、スクリーン上で干渉によるぎらつき（スペックル）として観察され、画像品位を低下させる懸念があった。
【００２６】
これに対して第一の偏光変換素子１２２、第二の偏光変換素子１２３を透過することで上述の通り偏光状態が混在する光となることで、干渉強度が低下することでぎらつき低減が期待出来る。ただし、これでも改善レベルは十分では無い場合にも本実施の形態では対応可能に構成されていることを以下説明する。
【００２７】
図３は第一の偏光変換素子１２２、第二の偏光変換素子１２３の周辺支持構成を示し、図４はその断面図である。
【００２８】
第一の偏光変換素子１２２は第一の固定部材１４１によって、図１で示すようにロッドインテグレータ１１１の出射面に接して固定されている。第一の偏光変換素子１２２の出射面には第二の偏光変換素子１２３が第二の固定部材１４２上に押さえ金具１４３によって支持されている。ただし、第二の偏光変換素子１２３は斜面１４４上を移動可能に斜面方向に隙１４５を設け、第二の偏光変換素子１２３が移動する際も、略一定で、任意の隙間が保持されている。また、その斜面方向の一方には付勢バネ１４６、他方にはアクチュエータ１４７が設けられており、アクチュエータ１４７を図示しない電気的な制御によって、その伸縮部が経時的に移動可能に設定されている。
【００２９】
かかる構成にすることにより、偏光解消部の水晶板のうち、少なくともロッドインテグレータ１１１の出射側に配された水晶板はテーパー方向と平行に移動可能に構成されることになる。
【００３０】
これにより第二の偏光変換素子１２３が斜面１４４上を移動、すなわち固定された第一の偏光変換素子１２２に対して、第二の偏光変換素子１２３が移動することにより、これらを透過する光の光路長は時間と共に変化する。すなわち、これは前述の通り偏光状態が経時的に偏光状態が変化することを意味する。ただし、第一の偏光変換素子１２２の入射側、第二の偏光変換素子１２３の出射側面は平行を保つので透過する光の光軸は変化することは無い。以上によりレーザー光の干渉性を抑制し、スクリーン上でのスペックルを抑制することが可能となる。
【００３１】
また、従来はロッドインテグレータ１１１の出射面に埃などの異物が付着すると、画像表示素子（本実施の形態ではＤＭＤ）上に映り込み、これがスクリーン上に投写される課題があったが、本開示では図５に図示するようにロッドインテグレータ１１１の出射面には第一の偏光変換素子１２２の入射面が密着固定されるようにしているので、ロッドインテグレータ１１１の出射面に埃の付着を防止することが出来る。仮に第二の偏光変換素子１２３の出射面に埃が付着しても、ロッドインテグレータ１１１の出射面から距離があるため、その影はＤＭＤ上にピントが合わないことからゴミの像は薄くなり実質的に無視出来るレベルに抑制することが出来る。
【００３２】
本実施の形態では、第二の偏光変換素子１２３を移動にするに付勢バネとアクチュエーターの構成としてが、これは一例であり、モーターとギヤから構成するもの、ソレノイドやペルチェを応用したアクチュエーターに接続して移動せしめるなど、移動手段について限定されるものでは無い。
【００３３】
さらに本実施の形態では、黄色光を得るに蛍光体を用いたが、本開示の有用性はレーザー光が直接投写されるものであれば有用なことから、青、緑、赤ともレーザー光で形成する、或いは緑だけ蛍光で得るなどの構成の投写型画像表示装置でも応用可能である。
【００３４】
また、画像表示素子をここではＤＭＤとしたが、液晶（透過型、反射型）などでも有用であることは言うまでも無いし、同じＤＭＤでも１枚のＤＭＤでカラー表示を行う単板方式でも有用である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本開示は、レーザー光源を用いた投写型映像表示装置の光学構成に適応可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    投写型画像表示装置
１００    蛍光体光源装置
１０１ａ、１０１ｂ  青色レーザダイオードユニット
１０２、１０４、１０９、１１４、１２６  ミラー
１０３、１０８、１１０、１１２，１１３  レンズ
１０５、１１５  拡散板
１０６、１１６、１１７  コンデンサレンズ
１０７  ダイクロイックミラー
１１１  ロッドインテグレータ
１１８  蛍光体ホイール装置
１１９  蛍光体
１２０  基板
１２１  モーター
１２２  第一の偏光変換素子
１２３  第二の偏光変換素子
１２４、１２５  リレーレンズ
１２７  フィールドレンズ
１２８  全反射プリズム
１２９  第１のプリズム
１３０  第２のプリズム
１３１、１３２  面
１３３  カラープリズムユニット
１３４  ダイクロイックミラー面
１３５  第１のプリズム
１３６  ダイクロイックミラー面
１３７  第２のプリズム
１３８  第３のプリズム
１３９Ｒ、１３９Ｇ、１３９Ｂ  ＤＭＤ
１４０  投写レンズ
１４１  第一の固定部材
１４２  第二の固定部材
１４３  押さえ金具
１４４  斜面
１４５  隙
１４６  付勢バネ
１４７  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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