(57)【要約】【課題】効率良くシンチレーションを低減し、良好な画質を表示することができる投写型表示装置を得ること。【解決手段】スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、コヒーレントな光を出射する少なくとも１つのレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射された光束を所定の光路内へ伝播させてスクリーン側へ導く照明光学系４Ａと、照明光学系４Ａが導いてくる光束によって照明される被照明面２ａに、スクリーンへ表示させる画像を形成する反射型光変調素子２と、反射型光変調素子２の被照明面２ａに形成された画像をスクリーン上に拡大投写する投写光学系３と、を備え、照明光学系４Ａには、反射型光変調素子２との共役位置近傍の光伝播路上に、伝播してくる光を拡散させる拡散素子５が配置されている。【選択図】        図１
2010152176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、
コヒーレントな光を出射する少なくとも１つの光源と、
前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、
前記照明光学系が導いてくる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成するライトバルブと、
前記ライトバルブの被照明領域に形成された画像を前記スクリーン上に拡大投写する投写光学系と、
を備え、
前記照明光学系には、前記ライトバルブとの共役位置近傍の光伝播路上に、伝播してくる光を拡散させる第１の拡散部が配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記照明光学系には、前記投写光学系の入射側開口部との共役位置近傍の光伝播路上に、伝播してくる光を拡散させる第２の拡散部がさらに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、前記光源から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子を備え、
前記ライトバルブとの共役位置が、前記光強度均一化素子の出射面近傍であることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記投写光学系の入射側開口部との共役位置が、前記光強度均一化素子の入射面近傍であることを特徴とする請求項３に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、前記光強度均一化素子から出射された光束を前記ライトバルブに導くリレーレンズ群とミラー群とを備え、
前記投写光学系の入射側開口部との共役位置が、前記リレーレンズ群またはミラー群に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記第１または第２の拡散部は、ホログラフィック拡散素子で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記第１または第２の拡散部は、映像光を散乱する散乱部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記第１または第２の拡散部は、すりガラスで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記第１または第２の拡散部は、複数のレンズ素子を平面的に配列したレンズアレイであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記第１または第２の拡散部は、前記光強度均一化素子の光入射面または光出射面の少なくとも１面が粗面化されて構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記第２の拡散部は、前記リレーレンズ群内のレンズ面の少なくとも１面が粗面化されて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
前記第２の拡散部は、前記リレーレンズ群内のレンズの少なくとも１枚を拡散材料とすることによって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
前記第２の拡散部は、前記リレーレンズ群内のレンズ面の少なくとも１面に拡散フィルムが貼合わされることによって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
前記第２の拡散部は、前記ミラー群内のミラー面の少なくとも１面が粗面化されて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
【請求項１５】
前記第１または第２の拡散部は、表面に反射防止コートが施されて構成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記光強度均一化素子は、内面で光束を反射するよう構成された管状部材であることを特徴とする請求項３乃至１６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
前記光強度均一化素子は、内部で光束を反射するように構成された透明材料の多角柱状部材であることを特徴とする請求項３乃至１６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【請求項１９】
前記光強度均一化素子は、複数のレンズ素子を平面的に配列したレンズアレイであることを特徴とする請求項３乃至１６のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン上に画像を投写表示する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネル、反射型の光変調素子（反射型液晶表示素子など）を映像表示素子として用いた投写型表示装置は、高輝度化を実現するために高輝度な光源を備えて構成される傾向にある。
【０００３】
投写型表示装置の光源としては、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等が用いられてきた。このようなランプを光源とした場合には、光源の寿命が短く、ランプ交換等のメンテナンス作業が頻繁に発生するという問題点があった。さらに、ランプの白色光から赤色、緑色および青色を取り出すための光学系が必要となり、装置構成が複雑になるとともに光利用効率が劣化するという問題点があった。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、半導体レーザ等のレーザ光源を採用する試みがなされている。レーザ光源は、従来のランプ光源に比べて、寿命が長く、メンテナンス作業が長期間不要となる。また、表示画像に応じてレーザ光源を直接変調することができるので、装置が簡易な構成となり光利用効率が向上する。さらに、レーザ光源を採用することによって、色再現範囲を広くすることができるという利点を有している。
【０００５】
ところが、レーザ光源は高いコヒーレンス（可干渉性）を有しているので、レーザ光源を投写型表示装置の光源に用いた場合、透過型スクリーン内の光拡散材と光が干渉し、表示する画像がぎらつく現象（スペックルノイズもしくはシンチレーション）を発生させ、その結果、画質を劣化させてしまうという問題点があった。このため、投写型表示装置にレーザ光源を採用する場合、このシンチレーションやスペックルノイズを低減することが重要となる。シンチレーションやスペックルノイズを低減させる方法として、光学系内で拡散素子を回転する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０８０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ光源を採用した投写型表示装置が光学系内で拡散素子を回転させてシンチレーションを低減させる場合、拡散素子（拡散板）には、すりガラス等が用いられる。しかしながら、上記従来技術では、拡散板を光学系内の何れの位置に配置し、拡散板をどのように回転させればよいかといった、拡散素子の構成や動作に関する具体的な提案がなされていない。このため、いたずらに光利用効率の劣化を招いてしまう恐れがあるといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、効率良くシンチレーションを低減し、良好な画質を表示することができる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、コヒーレントな光を出射する少なくとも１つの光源と、前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記スクリーン側へ導く照明光学系と、前記照明光学系が導いてくる光束によって照明される被照明領域に、前記スクリーンへ表示させる画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブの被照明領域に形成された画像を前記スクリーン上に拡大投写する投写光学系と、を備え、前記照明光学系には、前記ライトバルブとの共役位置近傍の光伝播路上に、伝播してくる光を拡散させる第１の拡散部が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、ライトバルブとの共役位置近傍の光伝播路上に、伝播してくる光を拡散させる第１の拡散部を配置しているので、効率良くシンチレーションを低減し、良好な画質を表示することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る投写型表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。投写型表示装置１０１は、ライトバルブを用いてスクリーン上に画像を投写する背面投写型の画像表示装置である。
【００１３】
図１に示すように、実施の形態１に係る投写型表示装置１０１は、集光光学系１と、照明光学系４Ａと、映像表示素子としての反射型光変調素子（反射型ライトバルブ）２と、照明光学系４Ａにより照明された反射型光変調素子２の被照明面（画像形成領域）２ａの画像をスクリーン（図示せず）に投写する投写光学系３とを有している。
【００１４】
集光光学系１は、複数色（図１においては３色）のレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射された光束を１〜複数枚のレンズやミラーで集光する複数枚（図１においては３枚）の集光レンズ（集光部）１２と、集光レンズ１２から出射された光束を照明光学系４Ａに導く複数本（図１においては３本）の光ファイバ１３とから構成されている。
【００１５】
集光光学系１では、１つのレーザ光源１１に、１つの集光レンズ１２と１つの光ファイバ１３を対応させている。したがって、各レーザ光源１１から出射された光束は、それぞれのレーザ光源１１に対応する集光レンズ１２と光ファイバ１３を介して照明光学系４Ａに導かれる。
【００１６】
照明光学系４Ａは、集光光学系１（光ファイバ１３）から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子４１と、拡散素子５と、レンズ４２ａ，４２ｂから構成されるリレーレンズ群４２と、第１ミラー４３ａおよび第２ミラー４３ｂから構成されるミラー群４３と、を有している。照明光学系４Ａは、リレーレンズ群４２とミラー群４３によって、光強度均一化素子４１から出射した光束を反射型光変調素子２に導いている。
【００１７】
光強度均一化素子４１は、集光光学系１が出射した光束の光強度を均一化する機能（照度ムラを低減する機能など）を有している。光強度均一化素子４１は、光の入射口である入射面（入射端面）４１ａが光ファイバ１３側を向き、光の出射口である出射面（出射端面）４１ｂがリレーレンズ群４２側を向くよう照明光学系４Ａ内に配設されている。
【００１８】
光強度均一化素子４１は、例えばガラス又は樹脂等の透明材料で作られる素子である。光強度均一化素子４１は、側壁内側が全反射面となるように構成された多角形柱状のロッド（断面形状が多角形の柱状部材）、または反射面を内側にして筒状に組み合わされた断面形状が多角形のパイプ（管状部材）などを含んで構成されている。
【００１９】
光強度均一化素子４１が多角柱状のロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射面４１ｂから光を出射させる。また、光強度均一化素子４１が多角形のパイプである場合には、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射面４１ｂから光を出射させる。
【００２０】
光強度均一化素子４１は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍では略均一な強度分布が得られる。この略均一な強度分布を有する出射面４１ｂからの出射光は、リレーレンズ群４２及びミラー群４３によって反射型光変調素子２へと導かれ、反射型光変調素子２の被照明面２ａを照明する。
【００２１】
拡散素子５は、光強度均一化素子４１を介して伝播してくる光を拡散させてからリレーレンズ群４２へ送ることによってスペックルを低減させる素子である。拡散素子５は、基板上に施したホログラムパターンによって光の拡散角度を設定できるホログラフィック拡散素子などである。本実施の形態では、拡散素子５を光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍（出射面４１ｂ近傍の光の伝播路上）に配置する。
【００２２】
反射型光変調素子２は、例えばＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）（登録商標）素子などの反射型の光変調素子である。反射型光変調素子２は、各画素に対応する可動式のマイクロミラーを多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各マイクロミラーの傾角（チルト）を変化させるように構成されている。
【００２３】
反射型光変調素子２は、マイクロミラーの配列された面（マイクロミラーが形成された基板の表面）を基準面とした場合に、この基準面に対してマイクロミラーを一定の方向に所定の角度α（例えば、１２度）だけ傾けることによって、入射光束を投写光学系３に向けて反射する。投写光学系３に入射した光束はスクリーン（図示せず）上の画像投写に利用される。
【００２４】
また、反射型光変調素子２は、基準面に対してマイクロミラーを一定の方向に所定の角度β（例えば、マイナス１２度）だけ傾けることによって、入射光束を光吸収板（図示せず）に向けて反射する。光吸収板に入射した光束はスクリーン上の画像投写に利用されない。
【００２５】
なお、本実施の形態ではリレーレンズ群４２をレンズ４２ａ，４２ｂの２枚のレンズで構成した場合を示したが、リレーレンズ群４２を構成するレンズは２枚に限定されるものではなく、１枚または３枚以上で構成してもよい。また、ミラー群４３を第１ミラー４３ａ、第２ミラー４３ｂの２枚のミラー構成した場合を示したが、ミラー群４３を構成するミラーは２枚に限定されるものではなく、１枚または３枚以上で構成してもよい。
【００２６】
ここで照明光学系４Ａ内の光路における光伝播について説明する。図２は、照明光学系の光伝播の概念を説明するための図である。図２では、実施の形態１の照明光学系の絞り位置を概念的に示している。なお、図２ではリレーレンズ群４２とミラー群４３を各々１つのレンズ素子で構成した場合を、照明光学系４Ａの一例として示している。
【００２７】
本実施の形態では、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂと反射型光変調素子２の被照明面２ａとが光学的に共役な関係になるよう照明光学系４Ａを構成している。また、照明光学系４Ａのうち、投写光学系３の入射側開口部３１と共役な関係となる位置が照明光学系４Ａの絞り位置４５である。この照明光学系４Ａの絞り位置４５は、光強度均一化素子４１から出射された主光線が略集光する位置であり、投写光学系３の入射側開口部３１と共役であるとともに、光強度均一化素子４１の入射面４１ａと共役な関係となっている。このため、絞り位置４５は、絞り位置４５で例えば光束の一部をカットした場合であっても、画像の一部が欠けるといった不具合が発生しにくい位置である。本実施の形態では、例えば、リレーレンズ群４２とミラー群４３の間に照明光学系４Ａの絞り位置４５が存在するよう照明光学系４Ａを構成しておく。
【００２８】
つぎに、レーザ光源などのコヒーレントな光を出射する光源を使用した場合に発生するスペックルパターンを拡散素子５の拡散効果によって変化させ、その結果としてスペックルを低減させる方法について説明する。
【００２９】
本実施の形態では、拡散素子５を適切な位置に配置してスペックルを効率良く低減させる。投写光学系３は結像光学系であるので、投写光学系３内に拡散素子５を配置すると、画像のぼけが大きくなる。このため、投写光学系３内に拡散素子５を配置することは適切でない。そこで、本実施の形態では、照明光学系４Ａ内に拡散素子５を配置する。
【００３０】
図３は、拡散素子の配置位置に応じた表示画像の表示結果の一例を示す図である。図３では、拡散素子５を、光強度均一化素子４１の入射面４１ａ、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ、照明光学系４Ａの絞り位置４５に配置した場合の、それぞれの表示画像を実験によって検証した結果（シンチレーションの低減効果）の一例を示している。照明光学系４Ａに拡散素子５を配置しない場合、この実験系においては、シンチレーションが強く発生する。図３では、シンチレーションが強く発生した場合（シンチレーション強）を、「×」で表現している。また、図３では、シンチレーションが弱い場合（シンチレーションが効率良く低減されている場合）を「○」で示している。さらに、シンチレーション強とシンチレーション弱の間のシンチレーションの強度を「△」（シンチレーション中）で示している。
【００３１】
拡散素子５は、ホログラフィック拡散素子と呼ばれるものであり、基板上に施したホログラムパターンによって、光の拡散角度を設定できる構成となっている。図４は、今回の実験に用いた拡散素子の拡散特性を示す図である。図４では、拡散素子の特性を概略的に示している。図４に示すように、拡散素子５は、拡散素子５に平行光を入射させた場合に片側に約１０°広がるような拡散特性を得ることができる拡散素子である。
【００３２】
図２でも説明したように、光強度均一化素子４１の入射面４１ａと照明光学系４Ａの絞り位置４５は、投写光学系３の入射側開口部３１と共役関係にある。また、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂは反射型光変調素子２の被照明面２ａと共役関係にある。
【００３３】
図３の実験結果から分かるように、同じ拡散素子５を上記３箇所に配置した場合のうち、反射型光変調素子２の被照明面２ａと共役関係にある光強度均一化素子４１の出射面４１ｂに拡散素子５を配置した場合が、最もシンチレーション低減効果が高いことがわかる。具体的には、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂに拡散素子５を配置した場合、シンチレーション低減効果が高く「○」と判定できる。一方、光強度均一化素子４１の入射面４１ａあるいは照明光学系４Ａの絞り位置４５に拡散素子５を配置した場合、シンチレーション低減効果はあるが、若干のムラが残るため「△」と判定している。
【００３４】
なお、今回の実験においては、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂに拡散素子５を配置した場合の効果を検証したが、拡散素子５を回転や振動等させるとシンチレーション低減効果が高まる。
【００３５】
また、本実施の形態では、拡散素子５の表面に反射防止コートを施してもよい。これにより、拡散素子５の表面反射によって生じる明るさの損失を低減できるので、明るさの損失が小さな効率の良い光学系を構成することができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、拡散素子５にホログラフィック拡散素子を用いた場合について説明したが、拡散素子５の構成はホログラフィック拡散素子を用いた構成に限られない。例えば、表面にビーズ状の粒子をコーティングすることによって映像光を拡散（散乱）させる拡散素子（散乱部材）や、すりガラスを拡散素子５に用いても、拡散素子５にホログラフィック拡散素子を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態では、光強度均一化素子４１を多角形柱状の部材や管状部材を用いて構成する場合について説明したが、光強度均一化素子４１の構成はこれらの構成に限られない。例えば、光強度均一化素子４１を、複数のレンズ素子を平面的に配列したレンズアレイで構成してもよい。また、拡散素子５を複数のレンズ素子を平面的に配列したレンズアレイで構成してもよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、ライトバルブ（反射型光変調素子２）にＤＭＤ（登録商標）素子などの反射型の光変調素子を用いた場合について説明したが、ライトバルブにＤＭＤ（登録商標）素子以外の透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、液晶パネルなどを用いてもよい。
【００３９】
このように、拡散素子５を光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に配置しているので、拡散素子５の入射面、出射面の面積を小さくでき、この結果、効率良く安価にシンチレーションを低減することが可能となる。したがって、簡易な構成で効率良くシンチレーションを低減し、良質な画像を表示することが可能となる。
【００４０】
また、拡散素子５をホログラフィック拡散素子で構成したので、効率良くシンチレーションを低減することが可能となる。また、拡散素子５を映像光を散乱する散乱部材で構成したので、安価にシンチレーションを低減することが可能となる。また、拡散素子５をすりガラスで構成したので、耐熱性が高い光学系を構成することが可能となる。また、拡散素子５に反射防止コートを施したので、拡散素子５の表面反射によって生じる明るさの損失を低減し、効率良く画像表示を行なうことが可能となる。
【００４１】
また、拡散素子５を、レンズアレイで構成することにより、効率良くシンチレーションを低減することができる。また、光強度均一化素子４１を、レンズアレイで構成することにより、照明光束の断面内の強度分布を均一にし、照度ムラを抑えることが可能となる。
【００４２】
また、投写型表示装置１０１の光源をレーザ光源１１で構成したので、寿命が長く色再現性がよい明るい光学系を構成することが可能となる。また、レーザ光源１１から出射された光束を、光ファイバ１３を用いて導く構成としたので、光学系の配置に柔軟性を待たせることができるとともに、光束の取り込み効率が高い光学系を構成できる。さらに、光ファイバ１３内で光束が多重反射されるので、シンチレーションを低減し、均一性の高い画像を得ることができる。
【００４３】
また、光強度均一化素子４１の管状部材でその内面の光束を反射させるように構成した場合には、照明光束によって光強度均一化素子４１自身の加熱が生じにくくなり、光強度均一化素子４１の冷却及び保持が容易になる。また、光強度均一化素子４１を透明材料の多角形柱状の部材で構成したので、光強度均一化素子４１の設計が容易になる。
【００４４】
このように実施の形態１によれば、照明光学系４Ａにおけるライトバルブ（反射型光変調素子２）との共役位置近傍の光伝播路上に拡散部（拡散素子５）を配置しているので、拡散素子５を小さく構成でき、光利用効率の劣化を抑え、シンチレーションを低減することができる。したがって、低コストで効率良く良好な画像を表示することが可能な光学系を構成できるとともに、光学系を容易に小型化できる。
【００４５】
実施の形態２．
つぎに、図５〜図９を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、シンチレーションを低減するために光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ近傍に拡散素子５を配置したが、実施の形態２では、前記構成に加えて、さらに、投写光学系３の入射側開口部３１と共役関係にある、光強度均一化素子４１の入射面４１ａに拡散素子５１を配置する。
【００４６】
図５は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成を示す図である。図５の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００４７】
照明光学系４Ｂは、照明光学系４Ａに拡散素子５１を配置した構成となっている。拡散素子５１は、拡散素子５と同様の機能、構成を有した素子である。本実施の形態の投写型表示装置１０２は、拡散素子５１が照明光学系４Ｂ内の光強度均一化素子４１の入射面４１ａ側（入射面４１ａの近傍）に配置されている。
【００４８】
拡散素子５１は、集光光学系１から出射された光を拡散させてから光強度均一化素子４１へ送ることによってスペックルを低減させる。また、本実施の形態でも実施の形態１と同様に、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ近傍に拡散素子５を配置してある。これにより、実施の形態１の投写型表示装置１０１と同様に、投写型表示装置１０２の拡散素子５は、光強度均一化素子４１を介して伝播してくる光を拡散させてからリレーレンズ群４２へ送ることによってスペックルを低減させている。
【００４９】
図５では、投写型表示装置１０２が、光強度均一化素子４１の入射面４１ａ側に拡散素子５１を配置した場合について説明したが、拡散素子を入射面４１ａ近傍とは異なる位置（例えば、照明光学系４Ｂの絞り位置４５）に配置してもよい。
【００５０】
図６は、照明光学系の絞り位置に拡散素子を配置した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。図６の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００５１】
投写型表示装置１０３は、照明光学系４Ｃの絞り位置４５が、例えばリレーレンズ群４２近傍となるよう構成されている。照明光学系４Ｃは、照明光学系４Ａに拡散素子５２を配置した構成となっている。投写型表示装置１０３は、拡散素子５２が照明光学系４Ｃの絞り位置４５に配置されている。
【００５２】
拡散素子５２は、拡散素子５や拡散素子５１と同様の機能、構成を有した素子である。拡散素子５２は、リレーレンズ群４２を介して伝播してくる光を拡散させてからミラー群４３へ送ることによってスペックルを低減させる。また、投写型表示装置１０３は、投写型表示装置１０２と同様に、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ近傍に拡散素子５を配置してある。
【００５３】
図５に示した拡散素子５と拡散素子５１、または図６に示した拡散素子５と拡散素子５２のように、照明光学系４Ｂや照明光学系４Ｃ内に２個の拡散素子を配置した場合の効果を図７に示す。図７は、照明光学系内に２個の拡散素子を配置した場合のシンチレーションの強さを示す図である。図７では、照明光学系４Ｂ（照明光学系４Ｃ）内に１個の拡散素子を配置した場合（図７における拡散素子１個の場合）のシンチレーションの強さと、照明光学系４内に２個の拡散素子を配置した場合（図７における拡散素子２個の場合）のシンチレーションの強さを示している。本実施の形態では、種類の異なる３種類の拡散素子を準備し、それぞれの拡散素子を用いた場合のシンチレーションの強さを測定した。
【００５４】
拡散素子が１個の場合、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂ近傍のみに３種類の拡散素子の何れか１種類を１つ配置した。また、拡散素子が２個の場合、光強度均一化素子４１の出射面４１ｂと、光強度均一化素子４１の入射面４１ａまたは照明光学系４Ｃの絞り位置４５と、の２箇所に３種類の拡散素子の何れか１種類を、それぞれに配置した。図７に示すように、拡散素子を２個配置すると、拡散素子を１個配置した場合と比べて大幅にシンチレーションが低減していることがわかる。
【００５５】
このように、反射型光変調素子２の被照明面２ａと共役関係にある光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に拡散素子５を配置し、さらに投写光学系３の入射側開口部３１と共役関係にある光強度均一化素子４１の入射面４１ａまたは照明光学系４Ｃの絞り位置４５に拡散素子５１または拡散素子５２を配置すると、シンチレーション低減効果が大幅に高まる。
【００５６】
また、照明光学系４Ｃ内の絞り位置４５に拡散素子５２を配置する代わりに、照明光学系４Ｂ（照明光学系４Ｃ）内のリレーレンズ群４２を構成するレンズ素子の少なくとも１面を粗面化してもよい。換言すると、リレーレンズ群４２を構成するレンズ素子のうち、粗面化したレンズ面を拡散部としてもよい。
【００５７】
図８は、リレーレンズ群を構成するレンズ素子の少なくとも１面を粗面化した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００５８】
投写型表示装置１０４の照明光学系４Ｄは、リレーレンズ群４２をレンズ４２ａ，４２ｃで構成している。投写型表示装置１０４は、照明光学系４Ｄの絞り位置４５が、レンズ４２ｃの出射面４２ｄ近傍となるよう構成されている。本実施の形態では、図８の投写型表示装置１０４は、照明光学系４Ｄの絞り位置４５がレンズ４２ｃの出射面４２ｄ近傍に存在するので、レンズ４２ｃの出射面４２ｄを粗面化して構成している。換言すると、投写型表示装置１０４は、照明光学系４Ｄの絞り位置４５の近傍に存在するレンズの出射面が粗面化されている。なお、投写型表示装置１０４の照明光学系４Ｄに、投写型表示装置１０３の照明光学系４Ｃなどと同様の拡散素子５を配置視してもよい。
【００５９】
このように、照明光学系４Ｃ内に拡散素子５２を配置する代わりに、照明光学系４Ｄ内のリレーレンズ群４２を構成するレンズ素子の少なくとも１面を粗面化することによって、拡散素子５２などを配置した場合と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
また、レンズ４２ｃの出射面４２ｄを粗面化することにより、拡散素子５２を配置する必要がなくなるので、拡散素子５２の表面反射による光束の損失がなくなり、効率良くシンチレーションを低減することができる。
【００６１】
なお、照明光学系４Ｃ内の絞り位置４５に拡散素子５２を配置する代わりに、レンズ４２ｂの出射面表面に拡散フィルムを貼合してもよい。レンズ４２ｂの出射面表面に拡散フィルムを貼合した場合も、拡散素子５２を配置した場合と同様の効果を得ることができる。この場合についても、拡散素子５２を配置する必要がなくなるので、拡散素子５２の表面反射による光束の損失がなくなり、効率良くシンチレーションを低減することができる。
【００６２】
また、レンズ４２ｂをすりガラスや拡散材を配合したプラスチック材料で構成してもよい。図９は、リレーレンズ群を構成するレンズ素子の少なくとも１つをすりガラスや拡散材を配合したプラスチック材料で構成した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。図９の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００６３】
投写型表示装置１０５の照明光学系４Ｅは、リレーレンズ群４２をレンズ４２ａ，４２ｅで構成している。投写型表示装置１０５は、照明光学系４Ｅの絞り位置４５が、レンズ４２ｅ近傍となるよう構成されている。図９の投写型表示装置１０５は、照明光学系４Ｅの絞り位置４５がレンズ４２ｅ近傍に存在するので、レンズ４２ｅをすりガラスや拡散材を配合したプラスチック材料で構成している。
【００６４】
このように、レンズ４２ｅをすりガラスや拡散材を配合したプラスチック材料で構成しても、拡散素子５２を配置した場合と同様の効果を得ることができる。この場合も拡散素子５２を配置する必要がなくなるので、拡散素子５２の表面反射による光束の損失がなくなり、効率良くシンチレーションを低減することができる。
【００６５】
このように実施の形態２によれば、反射型光変調素子２の被照明面２ａと共役関係にある光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に拡散素子５を配置するとともに、投写光学系３の入射側開口部３１と共役関係にある光強度均一化素子４１の入射面４１ａに拡散素子５１を配置しているので、シンチレーションを大幅に低減することが可能となる。
【００６６】
また、反射型光変調素子２の被照明面２ａと共役関係にある光強度均一化素子４１の出射面４１ｂの近傍に拡散素子５を配置するとともに、投写光学系３の入射側開口部３１と共役関係にある照明光学系４Ｃの絞り位置４５に拡散素子５２を配置しているので、シンチレーションを大幅に低減することが可能となる。
【００６７】
実施の形態３．
つぎに、図１０を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態２では、シンチレーションを低減するために照明光学系４Ｃの絞り位置４５近傍に拡散素子５２を配置したが、実施の形態３では、照明光学系４の絞り位置４５がミラー群４３近傍に存在する場合に、ミラー群４３を構成するミラー素子の少なくとも１面を粗面化する。換言すると、ミラー群４３を構成するミラー素子のうち、粗面化したミラー面を拡散部とする。
【００６８】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の構成を示す図である。図１０の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００６９】
投写型表示装置１０６の照明光学系４Ｆは、ミラー群４３を第１ミラー４３ｃおよび第２ミラー４３ｂで構成している。第１ミラー４３ｃは第１ミラー４３ａと同様の構成を有しており、反射面４３ｄが粗面化されている。投写型表示装置１０６は、照明光学系４Ｆの絞り位置４５が、ミラー群４３近傍（図１０においてはミラー群４３の第１ミラー４３ｃの反射面４３ｄ近傍）となるよう構成されている。図１０の投写型表示装置１０６は、照明光学系４Ｆの絞り位置４５がミラー群４３に存在するので、ミラー群４３近傍（第１ミラー４３ｃの反射面４３ｄ）を粗面化している。
【００７０】
このように、第１ミラー４３ｃの反射面４３ｄを粗面化しているので、拡散素子５２を配置した場合と同様の効果を得ることができる。この場合も、拡散素子５２を配置する必要がなくなるので、拡散素子５２の表面反射による光束の損失がなくなり、効率良くシンチレーションを低減することができる。
【００７１】
このように実施の形態３によれば、照明光学系４の絞り位置４５がミラー群４３近傍に存在する場合に、ミラー群４３を構成するミラー素子の少なくとも１面を粗面化しているので、シンチレーションを大幅に低減することが可能となる。
【００７２】
実施の形態４．
つぎに、図１１を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態１では、照明光学系４Ａに拡散素子５を配置したが、実施の形態４では、光強度均一化素子の入射面、出射面の少なくとも一方を粗面化する。
【００７３】
図１１は、本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置の構成を示す図である。図１１の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の投写型表示装置１０１と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００７４】
投写型表示装置１０７の照明光学系４Ｇは、光強度均一化素子４１の代わりに光強度均一化素子４１Ｘを有している。光強度均一化素子４１Ｘは、光の入射面４１ｃが光ファイバ１３側を向き、光の出射面４１ｄがリレーレンズ群４２側を向くよう照明光学系４Ｇ内に配設されている。さらに、入射面４１ｃ、出射面４１ｄの何れか一方または両方が粗面化されている。
【００７５】
このように、光強度均一化素子４１Ｘの入射面４１ｃあるいは出射面４１ｄの少なくとも一方を粗面化しているので、拡散素子５１あるいは拡散素子５の何れか一方、あるいは両方を配置した場合と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、光強度均一化素子４１Ｘの入射面４１ｃまたは出射面４１ｄの少なくとも一方を粗面化することにより、拡散素子５１や拡散素子５を配置する必要がなくなるので、拡散素子５１や拡散素子５の表面反射による光束の損失がなくなり、効率良くシンチレーションを低減することが可能となる。
【００７７】
このように実施の形態４によれば、光強度均一化素子４１Ｘの入射面４１ｃまたは出射面４１ｄの少なくとも一方を粗面化しているので、シンチレーションを大幅に低減することが可能となる。
【００７８】
なお、拡散素子５の表面に反射防止コートを施す場合に限らず、実施の形態２〜４で説明した拡散素子５１，５２や拡散部（粗面化された出射面４２ｄ、レンズ４２ｅ、粗面化された反射面４３ｄ、粗面化された入射面４１ｃ、粗面化された出射面４１ｄ）の表面に反射防止コートを施してもよい。これにより、表面反射によって生じる明るさの損失を低減できるので、明るさの損失が小さな効率の良い光学系を構成することができる。
【００７９】
なお、実施の形態１〜４で説明した拡散素子５、粗面化された出射面４１ｄが、特許請求の範囲に記載の第１の拡散部に対応し、実施の形態１〜４で説明した拡散素子５１，５２、粗面化された出射面４２ｄ、レンズ４２ｅ、粗面化された反射面４３ｄ、粗面化された入射面４１ｃが特許請求の範囲に記載の第２の拡散部に対応している。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明に係る投写型表示装置は、スクリーン上への画像の投写表示に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。
【図２】照明光学系の光伝播の概念を説明するための図である。
【図３】拡散素子の配置位置に応じた表示画像の表示結果の一例を示す図である。
【図４】拡散素子の拡散特性を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る投写型表示装置の構成を示す図である。
【図６】照明光学系の絞り位置に拡散素子を配置した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。
【図７】照明光学系内に２個の拡散素子を配置した場合のシンチレーションの強さを示す図である。
【図８】リレーレンズ群を構成するレンズ素子の少なくとも１面を粗面化した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。
【図９】リレーレンズ群を構成するレンズ素子の少なくとも１つをすりガラスなどで構成した場合の投写型表示装置の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る投写型表示装置の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態４に係る投写型表示装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  集光光学系
２  反射型光変調素子
２ａ  被照明面
３  投写光学系
４  照明光学系
４Ａ〜４Ｇ  照明光学系
５，５１，５２  拡散素子
１１  レーザ光源
１２  集光レンズ
１３  光ファイバ
３１  入射側開口部
４１，４１Ｘ  光強度均一化素子
４１ａ，４１ｃ  入射面
４１ｂ，４１ｄ  出射面
４２  リレーレンズ群
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｅ  レンズ
４２ｄ  出射面
４３  ミラー群
４３ａ，４３ｃ  第１ミラー
４３ｂ  第２ミラー
４３ｄ  反射面
４５  絞り位置
１０１〜１０７  投写型表示装置
【図１】
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【図２】
2010152176.tif 000004
【図３】
2010152176.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010152176.tif 000009
【図８】
2010152176.tif 000010
【図９】
2010152176.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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