(57)【要約】【課題】色むらやにじみのない画像を表示する。【解決手段】それぞれが、波長λｎ（ただし、ｎ＝１，・・・，Ｎであり、Ｎは３以上の整数であり、λ１・・・＞λｎ・・・＞λＮ）の光を出射するＮ個の光源と、光源からの光をカップリングするカップリングレンズと、カップリングレンズからの光束を反射し走査する回動ミラーと、を有する画像表示装置において、回動ミラーで反射された光束を略平行である投影光として出射して投影面上に投影させる投影レンズを有し、投影レンズから出射された光束についてビームウエストが形成され、このビームウエストでのビーム径ｗｎは、ｗ１・・・＞ｗｎ・・・＞ｗＮであることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが、波長λｎ（ただし、ｎ＝１、・・・、Ｎであり、Ｎは３以上の整数であり、λ１・・・＞λｎ・・・＞λＮ）のレーザー光を出射するＮ個の光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光をカップリングするカップリングレンズと、
前記レーザー光の光路を１つに合成する光路合成手段と、
１つの光路に合成された前記レーザー光を走査する回動ミラーと、
前記回動ミラーの反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を備えた画像表示装置において、
前記投影レンズから出射された光束のビームウエストの径を、波長λｎのレーザー光のビームウエスト径をｗｎとしたとき、
ｗ１・・・＞ｗｎ・・・＞ｗＮ
であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記波長λｎの光をカップリングするカップリングと、前記回動ミラーの反射面までの光路長Ｌｎは、
Ｌ１・・・＜Ｌｎ，・・・＜ＬＮ
であることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記回動ミラーの反射面に入射する、前記波長λｎのビーム径φｎは、
φ１・・・＞φｎ・・・＞φＮ
であることを特徴とする請求項１または2に画像表示装置。
【請求項４】
前記回動ミラーの反射面に入射する、前記波長λｎのビーム径φｎを、
φ１・・・＞φｎ・・・＞φＮ
とする制限部を有することを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
それぞれが、波長λｎ（ただし、ｎ＝１、・・・、Ｎであり、Ｎは３以上の整数であり、λ１・・・＞λｎ・・・＞λＮ）のレーザー光を出射するＮ個の光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光をカップリングし、平行光とするカップリングレンズと、
前記レーザー光の光路を１つに合成する光路合成手段と、
１つの光路に合成された前記平行光を収束光とする集光レンズと、
前記収束光を走査する回動ミラーと、
前記回動ミラーの反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を備えた画像表示装置において、
前記投影レンズから出射された光束のビームウエストの径を、波長λｎのレーザー光のビームウエスト径をｗｎとしたとき、
ｗ１・・・＞ｗｎ・・・＞ｗＮ
であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記集光レンズに入射する前記波長λｎの平行光のビーム径ψｎを、
ψ１・・・＞ψｎ・・・＞ψＮ
とする制限部を有することを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記集光レンズに入射する前記波長λｎの平行光のビーム径ψｎは、
ψ１・・・＞ψｎ・・・＞ψＮとする制限部と、を有し、
前記投影レンズから出射された前記光束Ｂｎについてビームウエストが形成され、このビームウエストでのビーム径ｗｎは、ｗ１・・・＞ｗｎ・・・＞ｗＮであることを特徴とする請求項５または６記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記投影光のビームウエストでのビーム径ｗｎは、
λ１／ｗ１・・・≒λｎ／ｗｎ・・・≒λＮ／ｗＮであることを特徴とする請求項１〜７何れかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記制限部は、複数の領域からなるダイクロイックフィルタにより形成されることを特徴とする請求項４または７記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記制限部は、複数の領域からなる回折格子により形成されることを特徴とする請求項４または７記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影面上に画像を投影させる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤやレーザーなどを用いた投影型画像表示装置（例えば、「プロジェクタ」）の開発がさかんであり、小型で携帯可能なプロジェクタとして期待されている。特に、３原色（ＲＧＢ）のレーザーとＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）ミラーを組み合わせた走査型の小型プロジェクタは構成部品が少なく、超小型化が可能な点から多くの開発が進められている。（例えば、特許文献１参照）。
このような３原色のレーザーとＭＥＭＳミラーとから成る走査型プロジェクタの従来例を図１に示す。従来の走査型プロジェクタについて簡単に説明する。光源５０５−Ｒ、５０５−Ｇ、５０５−Ｂは、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のレーザー光ＡＲ、ＡＧ、ＡＢを放射する。レンズ５０６−Ｒ、５０６−Ｇ、５０６−Ｂは、レーザー光ＡＲ、ＡＧ、ＡＢを集光する。ダイクロイックミラー５０７−Ｒ、５０７−Ｇ、５０７−Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光のみを反射し、その他の光を透過させる。ＭＥＭＳミラー５０１は、水平方向及び垂直方向に回動されることで、傾斜角が可変である。そして、ＭＥＭＳミラー５０１は、ダイクロイックミラー５０７−Ｒ、５０７−Ｇ、５０７−Ｂからの赤色光、緑色光、青色光を反射させることで、投影面５０３に画像を投影させる。制御回路５０２は、ＭＥＭＳミラー５０１を水平方向及び垂直方向に回動させると共に、入力ビデオ信号ＶＩＮに応じて光源５０５−Ｒ、５０５−Ｇ、５０５−Ｂから光強度変調されたレーザー光を放射させる。
そのほかの画像表示装置については特許文献２または３などに記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
レーザー光を光源とするプロジェクタ（特許文献１，２，３）において、スクリーン上でにじみの無いカラー画像を得るためには、スクリーン上での３色のビーム径が同等の大きさである必要がある。また、プロジェクタから、スクリーンまでの距離はスクリーン上に投影する画像の大きさにより決定されるため、プロジェクタからスクリーンまでの距離によらず、使用可能な範囲において、スクリーン上の３色のビーム径が同等の大きさである必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本実施例の画像表示装置は、それぞれが、波長λｎ（ただし、ｎ＝１・・・Ｎであり、Ｎは３以上の整数であり、λ１・・・＞λｎ・・・＞λＮ）の光を出射するＮ個の光源と、前記レーザー光をカップリングするカップリングレンズと、前記レーザー光の光路を１つに合成する光路合成手段と、前記１つの光路に合成されたレーザー光を走査する回動ミラーと、前記回動ミラー反射光を投影面上に投射する投影レンズと、を有し、投影レンズから出射された光束はビームウエストが形成し、このビームウエストでのビーム径ｗｎは、ｗ１・・・＞ｗｎ・・・＞ｗＮであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の画像表示装置であれば、色むらや色のにじみのない画像を投影面に投影する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】従来の画像表示装置の機能構成例を示す図である。
【図２】本実施例の画像表示装置の機能構成例を示す図である。
【図３】ＭＥＭＳミラーの斜視図である。
【図４】ミラーの反射面と投影レンズの光路を示した図である。
【図５】実施例３の画像表示装置の機能構成例を示した図である。
【図６】制限部の正面を示した図である。
【図７】回折格子の表面を示した図である。
【図８】カップリングレンズの光路を示した図である。
【図９】実施例５の画像表示装置の機能構成例を示した図である。
【図１０】集光レンズの光路を示した図である。
【図１１】実施例６の画像表示装置の機能構成例を示した図である。
【図１２】制限部の光路を示した図である。
【図１３】ビームウエストから遠ざかるにつれてビーム径が増加する様子を示す図である
【図１４】図１４（Ａ）は、比較実験１について、従来の画像表示装置を用いた場合のビーム径を示した図であり、図１４（Ｂ）は本実施例の画像表示装置を用いた場合のビーム径を示した図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、比較実験２について、従来の画像表示装置を用いた場合のビーム径を示した図であり、図１５（Ｂ）は本実施例の画像表示装置を用いた場合のビーム径を示した図である。
【図１６】制限部からの光束がＭＥＭＳミラーの反射面で反射されることを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行う過程には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【０００８】
図２に実施例１の画像表示装置２００の機能構成例を示す。本実施例１の画像表示装置２００は、制御回路１００と、赤色の光（波長λ１）を出射する光源１と、緑色の光（波長λ２）を出射する光源２、青色の光（波長λ３）を出射する光源３と、カップリングレンズ４、５、６と、光路合成手段７と、回動ミラー１１と、投影レンズ１２とで構成されている。そして、画像表示装置２００は３個の光源１、２、３から出射された光を投影面１３上に表示する。画像表示装置２００は、例えばレーザー走査型プロジェクタなどである。なお、以下の実施例では、光源が３つ（ＲＧＢ）の場合を説明するが、光源が４つ以上の場合も同様に実施できる。また、回動ミラー１１とは例えばＭＥＭＳミラー１１である。
制御回路１００は、少なくとも、ＭＥＭＳミラー１１の回動を制御するミラー制御手段と、投影面１３上に投影するレーザー光の強度変調を行う。制御回路１００がビデオ信号ＶＩＮを受信すると、ビデオ信号ＶＩＮの各色のビデオ信号（例えば、赤色ビデオ信号、青色ビデオ信号、緑色ビデオ信号）に応じて光強度変調されたレーザー光を光源１、２、３から出射させる。
【０００９】
カップリングレンズ４、５、６は光源１、２、３に対応するように配置されている。光源１、２、３から出射された光は発散光であり、それぞれ対応するカップリングレンズ４、５、６に入射される。カップリングレンズ４、５、６は、入射された発散光を収束光に変換して、出射する。収束光に変換された光束は、光路合成手段７に入射される。光路合成手段７は、複数の光路を１つの光路にするものであり、例えば、光路合成プリズムである。光路合成手段７は、３個の反射面８、９、１０を有する。
【００１０】
接合部８は赤色光束を反射し、緑色光束、青色光束を透過するダイクロイック膜が形成されている。また、接合部９は緑色光束を反射し、青色光束を透過するダイクロイック膜が形成されている。反射面１０は、青色光束を反射する。このようにして、光路合成手段７は３個の光路を１つの光路に合成する。光路合成手段７により１つの光路に合成された光束は、ＭＥＭＳミラー１１の反射面１４で反射される。ＭＥＭＳミラーについて簡単に説明する。
図３にＭＥＭＳミラー１１の構成例の斜視図を示す。ＭＥＭＳミラー１１は、反射面を持つ微小ミラー１０１がトーションバー１０２、１０３で支持された構造を有する。制御回路１００のミラー制御により、微小ミラー１０１は、互いに直交する２軸方向に回動する。より具体的には、トーションバー１０２が捻れることで軸１０４を略中心とした回転方向（α方向）に往復運動を行う。また、トーションバー１０３が捻れることで軸１０５を略中心とした回転方向（β方向）に往復運動を行う。この両軸１０４、１０５を略中心とする往復運動によって、微小ミラー１０１の反射面の法線方向が２次元的に変化する。
【００１１】
このため、微小ミラー１０１に入射する光束の反射方向が変化し、光束を２次元方向に走査できる。図２の例では、紙面の手前から奥側に貫通する軸１０４を略中心とした回転方向（α方向）および、軸１０４に直行する軸１０５を略中心とした回転方向（β方向）に回動し、投影面１３上で２次元に画像を表示する。そして、ミラー１１で反射された合成された光束は、投影レンズ１２に入射される。
【００１２】
投影レンズ１２は、合成された光束を、略平行光として出射し、投影面１３上に投影させる。
ここで、投影レンズ１２から出射した投影光が、完全な平行光であれば、投影レンズ１２と投影面１３の距離Ｄが変わっても、投影面１３上のビーム径は一定となり、色むらやにじみのない画像を表示できる。しかし、光は伝播する際に回折し、進行方向直交方向にビームは広がっていき、投影レンズ１２により完全な平行光を作ることは不可能である。つまり、距離Ｄが大きくなれば、投影面１３上のビーム径は広がっていく。距離Ｄは、一定の値に決まっているわけではなく、大きな画像を得たい場合は、距離Ｄを大きくし、直近に画像を投射したければ、距離Ｄを小さくする。投影レンズ１２からの投影光が、収束光や発散光である場合は、距離Ｄの変化で、投影面１３上のビーム径の変化が大きくなり、伝播距離Ｄに対して、投影面１３上のビーム径の変化を抑えるためには、投影レンズ１２を凹レンズとし、投影光を略平行光とすることが望ましい。
【００１３】
一般的に、本実施例の画像表示装置のようなプロジェクタで用いられるビーム（光）は、ガウシャンビームである。ガウシャンビームとは、断面の放射強度分布がガウス分布をしており、ビームウエストでは、完全な平行平面波になり、ビーム径が最小になる。
ガウシャンビームの波面が、ある位置において完全な平面であっても、波面は以下の式（１）で  与えられる曲率をもって発散する。つまり、以下の式（１）は、伝播距離ｚでの１／ｅ２強度でのビーム半径ｗ（ｚ）を表したものである。
【００１４】
【数１】
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ただし、ｚはビームウエストからの距離であり、ｗ０は波面が平面である位置（ビームウエスト）でのビーム半径であり、λは波長である。ここで、ビーム径（ビームの直径）とは、ビームの放射強度が、光軸上の値の１／ｅ２（＝約１３．５％）になる直径とする。ｅは自然対数である。また、プロジェクタ光学系では、ｚ＞＞ｗ０であるから式（１）は、以下の式（２）に近似できる。
ｗ（ｚ）＝λｚ／πｗ0    （２）
本発明の凹レンズ１２を出射した、波長λ１、λ２、λ３（λ１＞λ２＞λ３）の光の波面が平面である位置での１／ｅ２強度のビーム半径をそれぞれ、ｗ１、ｗ２、ｗ３とすれば、式（２）より、伝播距離ｚの位置で各波長のビーム径の差を小さくするためには、λ１＞λ２＞λ３であるから、
ｗ１＞ｗ２＞ｗ３                （３）
である必要がある。
上記式（３）を満たすような画像表示装置１００であれば、色むらやにじみの少ない画像が投影面１３上で投影される。
また、以下の実施例２〜７では、上記式（３）を満たすための様々な実施例を説明する。
【実施例２】
【００１５】
実施例２では、上記式（３）を満たすために、ＭＥＭＳミラー１１の反射面１４上でのビーム径について着目した構成を説明する。実施例２の画像表示装置は図２に示すものと同様であるので、記載は省略する。
図４に、凹レンズ１２の出射光のビーム半径とＭＥＭＳミラー１１の反射面１４の光線の様子を示す。波長λ１、λ２、λ３の収束光のＭＥＭＳミラー１１反射面１４に入射するビーム半径を、φ１、φ２、φ３とすれば、ｗ１＞ｗ２＞ｗ３とするためには、以下の式を満たす必要がある。
φ１＞φ２＞φ３      （４）
この式（４）を満たすように反射面１４に入射するビーム半径φ１、φ２、φ３を設定すれば、投影面１３上の各色のビーム径が等しくなり、結果として、色むらやにじみの少ない画像を表示すことができる。
【００１６】
なお、図４の記載において、投影レンズ１２から出射された光のビーム径は一致していないが、後述する図１４（Ｂ）図１５（Ｂ）などからも理解できるように、ある程度の伝播距離になると、各色のビーム径は一致する。
【実施例３】
【００１７】
実施例１では、上記式（４）を満たすべく、ユーザが反射面１４上のビーム半径φ１、φ２、φ３を調整する必要があった。実施例３では、制限部を設けることで、ユーザ自らがビーム半径φ１、φ２、φ３を調整する必要がない画像表示装置３００を説明する。図５に画像表情装置３００の機能構成例を示す。画像表示装置３００は、画像表示装置１００と比較して、光路合成手段７とミラー１１の間に、制限部１９が設けられている点で異なる。実施例３のカップリングレンズ４、５、６は、実施例２同様に、レーザー光源からの発散光を収束光とする。
図１６に示すように、光路合成手段７により１つの光路に合成された、波長λ１、λ２、λ３の収束光５０を、制限部１９を透過させ、ＭＥＭＳミラー１１反射面１４に入射するビームの半径を、λ１をψ１に、λ２をψ２に、λ３をψ３（ψ１＞ψ２＞ψ３）とするものである。図６に制限部１９をｘｙ面から見た図を示す。４つの領域５４、５５、５６、５７からなり、径γ１の外側の領域５４は、波長λ１、λ２、λ３の光が透過しないように、反射コートを施すかあるいは、非透過物で覆われる領域であり、径γ１と径γ２で囲まれた領域５５は、λ１の光のみ透過し、λ２、λ３の光を反射するダイクロイックコートが施され、径γ２と径γ３で囲まれた領域は、λ１、λ２の光を透過し、λ３の光を反射するダイクロイックコートが施され、径γ３の内部は、λ１、λ２、λ３の光を透過するように、反射防止コートが施されている。制限部１９のγ１、γ２、γ３の径を所定の値に設定することで、ＭＥＭＳミラー１１反射面１４に入射するビーム径を所定の値ψ１、ψ２、ψ３とすることができる。
また、制限部１９において、ダイクロイックコートの変わりに、回折格子を用いてもよい。具体的には、図６で、径γ１の外側の領域５４は、波長λ１、λ２、λ３の光が透過しないように、反射コートを施すかあるいは、非透過物で覆われる領域であり、径γ１と径γ２で囲まれた領域５５に、λ１の光のみ透過し、λ２、λ３の光を回折する回折構造を形成し、径γ２と径γ３で囲まれた領域５６は、λ１、λ２の光を透過し、λ３の光を回折する回折構造を形成することで、制限部１９のγ１、γ２、γ３の径を所定の値に設定することで、ＭＥＭＳミラー１１の反射面１４に入射するビーム径を所定の値ψ１、ψ２、ψ３とすることができる。図７に回折格子１９０を用いた場合の制限部１９の表面を示す。図７に示すように、深さｄの溝１９０ａが形成されている。この深さｄは領域５５、５６ごとに異なる。回折構造を形成する材料の屈折率を波長λ１、λ２、λ３に対し、それぞれｎ１、ｎ２、ｎ３とする。なお、領域５７については、全ての波長の光を透過させるので、回折格子を形成しなくともよい。
領域５５、５６の深さｄ1、ｄ2については、以下のように定めればよい。
領域５５の深さｄ１については、
ｎ１（ｄ１−１）／λ１＝Ｐ１      （５）
ｎ２（ｄ１−１）／λ２≠Ｐ２      （６）
ｎ３（ｄ１−１）／λ３≠Ｐ３      （７）
ただし、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は自然数とする。式（５）〜（７）を満たし波長λ２、λ３の光束の回折効率が高くなるように、深さｄ１を設定すればよい。
同様に、領域５６の深さｄ２については、
ｎ１（ｄ２−１）／λ１＝Ｐ４      （８）
ｎ２（ｄ２−１）／λ２＝Ｐ５      （９）
ｎ３（ｄ２−１）／λ３≠Ｐ６      （１０）
ただし、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は自然数とする。式（８）〜（１０）を満たし波長λ３の光束の回折効率が高くなるように、深さｄ２を設定すればよい。
このように制限部１９を用いることで、容易に、上記式（４）を満たすような光束を求めることができる。また、図６に示す面および図７に示す回折構造は、制限部１９の入射面または出射面のどちらか一方に設ければよい。また、回折格子を用いた制限部１９の方が、ダイクロイックコートを用いた制限部１９よりも安価である。
【実施例４】
【００１８】
実施例４では、上記式（３）を満たすべく、カップリングレンズ４、５、６と反射面１４との距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、について着目する。実施例４の画像表示装置の機能構成例は図２と同様なので、図示は省略する。
【００１９】
図８に、位置Ｅ、Ｆ、Ｇに反射面１４を配置させた場合の光路を示す。また、カップリングレンズ４から、位置Ｅ、Ｆ、Ｇまでの距離をそれぞれＨ、Ｉ、Ｊとする。ただしＨ＜Ｉ＜Ｊとする。位置Ｅ、Ｆ、Ｇに反射面１４を配置させた場合の反射された光のビーム半径をそれぞれτ１、τ２、τ３とする。
一般的に、図８に示すように、カップリングレンズ４と反射面１４との距離の大小と、反射面１４で反射される光のビーム径とは逆の関係にある。つまり、Ｈ＜Ｉ＜Ｊである場合には、τ１＜τ２＜τ３となる（以下、「原理Ａ」という）。
上記式（４）を満たすためには、この原理Ａを用いると、以下の式（１１）を満たせば、実施例１と同様の効果を得ることができる。
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３    （１１）
また、当然に上記式（３）を満たす。
【実施例５】
【００２０】
図９に実施例５の画像表示装置４００を示す。画像表示装置４００は、画像表示装置１００と比較して、集光レンズ１８が設けられている点で異なる。図９の例では、集光レンズ１８は、光路合成手段７とミラー１１の間に設けられている。カップリングレンズ２１、２２、２３は、光源１、２、３からの発散光を平行光として出射する。
【００２１】
光路合成手段７で１つの光路とされた平行光束は集光レンズ１８により収束光とされ投影レンズ１２を経て、投影面１３上に投影される。
図１０に集光レンズ１８とＭＥＭＳミラー１１の反射面１４に示す。波長λ１、λ２、λ３の光束の反射面１４上のビーム半径をそれぞれρ１、ρ２、ρ３とし、集光レンズ１８の入射面上のビーム径をそれぞれψ１、ψ２、ψ３とする。ただし、ρ１＞ρ２＞ρ３とする。図１０に示すように、集光レンズ１８に入射する平行光のビーム径ψ１、ψ２、ψ３の大小とＭＥＭＳミラー１１反射面１４上のビーム半径ρ１、ρ２、ρ３の大小は一致する。
投影面１３上に投影したとき、投影距離Ｄによらず投影面１３上のビーム径を同じにするには、
ρ１＞ρ２＞ρ３
を満たす必要があり、結果として以下の式（１２）を満たせばよい。
ψ１＞ψ２＞ψ３    （１２）
カップリングレンズ２１、２２、２３は発散光を平行光としている。従って、カップリングレンズ２１、２２、２３から集光レンズ１８までの距離は自由に設定できる。また、集光レンズ１８は、平行光を集光するので、ＭＥＭＳミラー１１の反射面上のビーム半径ρ１、ρ２、ρ３を集光レンズ１８の設計のみで設定できる。
【実施例６】
【００２２】
図１１に実施例６の画像表示装置５００の機能構成例を示す。画像表示装置５００は画像表示装置４００と比較して、光路合成手段７と集光レンズ１８の間に、実施例３で説明した制限部１９が設けられている点で異なる。
図１２に制限部１９と集光レンズ１８についての光路を示す。図１２に示すように、制限部１９は、光路合成手段７よりの平行光６０のビーム径をそれぞれ上記式（１２）を満たすψ１、ψ２、ψ３にして通過させる。
このように制限部１９を設けることで、ユーザは容易に集光レンズ１８の入射面上の平行光のビーム径ψ１、ψ２、ψ３を設定できる。
【実施例７】
【００２３】
実施例７では、実施例１〜５で説明した画像表示装置により投影される画像について、更なる色むらやにじみをなくすための原理について説明する。
【００２４】
図１３に、ビームウエストから遠ざかるにつれてビーム半径ｗ（ｚ）が増加する様子を示す。縦軸がｗ（ｚ）／ｗ０であり、横軸が、ｚ／ｗ０である。または実線が、１／ｅ２放射強度面を示し、破線がｗ（ｚ）／ｗ０が漸近する半頂角の円錐を示す。
投影型プロジェクタの場合、投影面までの伝播距離ｚは、πｗ２／λより十分大きいので、図１３に破線で示す円錐に漸近する。また、波長λ１、λ２、λ３の各投影光について、この円錐の半頂角角度（ビームの広がり角）εは小さいため、ｔａｎε≒εであり、εは、式（３）より式（１３）で表される。
ε＝ｗ（ｚ）／ｚ＝λ／πｗ    （１３）
投影光の伝播距離ｚに対する広がり角εを略同一となるように設定すると、どの伝播距離ｚであっても、それぞれの投影光の投影面１３上でのビーム径を略同一とできる。従って、式  （１３）より以下の式を満たせばよい。
【００２５】
λ１/ｗ１≒λ２/ｗ２≒λ３/ｗ３  （１４）
上記式（１４）を満たすように、実施例１〜６記載の画像表示装置を構成すると、さらに、にじみや色むらの少ない画像を表示できる。
［シミュレーション結果］
従来の画像表示装置と、上記式（１４）を満たすように設定した画像表示装置１００（実施例１参照）との比較シミュレーション１の結果を図１４（Ａ）（Ｂ）に示す。また、従来の画像表示装置と、上記式（１４）を満たすように設定した画像表示装置４００（実施例４参照）との比較シミュレーション２の結果を図１５（Ａ）（Ｂ）に示す。図１４（Ａ）は、従来の画像表示装置の結果であり、図１５（Ａ）は、集光レンズ１８を用いた従来の画像表示装置の結果であり、図１４（Ｂ）上記式（１４）を満たすように設定した画像表示装置１００の結果であり、図１５（Ｂ）は、上記式（１４）を満たすように設定した集光レンズ１８を用いた画像表示装置４００の結果である。
両比較シミュレーションともに、用いた光は赤色、緑色、青色であり、それぞれの波長をλ１＝６４０ｎｍ、λ２＝５３０ｎｍ、λ３＝４４５ｎｍとする。図２に示すように、投影レンズ１２の出射面１２ａを原点０とし、原点０からの距離ｆとする。図１４（Ａ）（Ｂ）および図１５（Ａ）（Ｂ）の縦軸をビーム径ｗ（ｆ）とし、横軸を伝播距離ｆとする。
図１４（Ａ）は、φ１＜φ２＜φ３となる（つまり上記式（４）を満たしていない）ように設計した従来の画像表示装置の結果である。図１４（Ａ）からも理解できるように、上記式（４）を満たしていないため、投影面１３上でのビーム径を一致させることができず、また、伝播距離ｆに対し、ビーム径の広がり方も異なってしまう。
図１４（Ｂ）は、上記式（４）であるφ１＞φ２＞φ３を満たし、上記式（１３）を満たすλ１／ｗ１≒λ２／ｗ２≒λ３／ｗ３≒４．３×１ｅ−３となるように設計した画像表示装置１００の結果である。図１４（Ｂ）からも理解できるように、上記式（４）、（１４）を満たしていることから、投影面１３上でのビーム径を略一致させ、また、伝播距離ｆに対し、ビーム径の広がり方もほぼ同様とすることができる。従って、投影面１３上に投影された画像は、色むらやにじみの少ない画像とすることができる。
図１５（Ａ）は、φ１＝φ２＝φ３となる（つまり上記式（４）を満たしていない）ように設計した従来の画像表示装置の結果である。図１５（Ａ）からも理解できるように、光Ａｎを平行光の径を同一にした場合は、上記式（４）を満たしていないため、投影面１３上でのビーム径を一致させることができず、また、伝播距離ｆに対し、ビーム径の広がり方も異なってしまう。
図１５（Ｂ）は、上記式（４）であるφ１＞φ２＞φ３を満たし、上記式（１４）を満たすλ１／ｗ１≒λ２／ｗ２≒λ３／ｗ３≒４．３×１ｅ−３となるように設計した画像表示装置４００の結果である。図１４（Ｂ）からも理解できるように、上記式（５）、（１４）を満たしていることから、投影面１３上でのビーム径を略一致させ、また、伝播距離ｆに対し、ビーム径の広がり方もほぼ同様とすることができる。従って、投影面１３上に投影された画像は、色むらやにじみの少ない画像とすることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１、２、３  光源
４、５、６、２１、２２、２３  カップリングレンズ
７    光路合成手段
１１    ＭＥＭＳミラー
１２    投影レンズ
１３    投影面
１４    ミラーの反射面
１８    集光レンズ
１９    制限部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特許４０３１４８１号公報
【特許文献２】特開２００８−３０４７２６号公報
【特許文献３】特開２００８−１６４９５５号公報
【図１】
2010281904.tif 000004
【図２】
2010281904.tif 000005
【図３】
2010281904.tif 000006
【図４】
2010281904.tif 000007
【図５】
2010281904.tif 000008
【図６】
2010281904.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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