(57)【要約】【課題】  画質の低下を招来することなく、デスペックル効果の大きなデスペックル照明装置およびデスペックル照明方法、投写型表示装置を実現する。【解決手段】  レーザ光源と、レーザ光源が出射するレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部と、レーザ光源と画像形成部の間に設けられたインテグレータと、インテグレータと画像形成部との間に１つ以上設けられ、インテグレータとレーザ光源との間に１つ以上設けられた回転可能な複数のデスペックルホイールと、複数のデスペックルホイールの回転を制御する制御装置と、を備え、複数のデスペックルホイールのそれぞれは、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備え、制御装置は複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみがレーザ光の光路上に存在するように複数のデスペックルホイールの回転を制御する。【選択図】  図１
2016184064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源が出射するレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源と前記画像形成部の間に設けられたインテグレータと、
前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設けられ、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設けられた回転可能な複数のデスペックルホイールと、
前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれは、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備え、前記制御装置は前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型表示装置において、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれに形成されるデスペックル素子が、回折格子、拡散板、位相差板のいずれかまたはこれらの組み合わせである投写型表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の投写型表示装置において、
前記画像形成部がＤＭＤを備える投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の投写型表示装置において、
前記画像形成部が透過型液晶ライトバルブを備える投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の投写型表示装置において、
前記画像形成部がＬＣＯＳを備える投写型表示装置。
【請求項６】
画像形成部に画像を形成するための照明光を供給するデスペックル照明装置であって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源と前記画像形成部の間に設けられたインテグレータと、
前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設けられ、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設けられた回転可能な複数のデスペックルホイールと、
前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれは、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備え、前記制御装置は前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御するデスペックル照明装置。
【請求項７】
請求項６記載のデスペックル照明装置において、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれに形成されるデスペックル素子が、回折格子、拡散板、位相差板のいずれかまたはこれらの組み合わせであるデスペックル照明装置。
【請求項８】
画像形成部に画像を形成するための照明光を供給するデスペックル照明方法であって、
レーザ光源と前記画像形成部の間にインテグレータを設け、
デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備えた回転可能なデスペックルホイールを、前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設け、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設け、
前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御するデスペックル照明方法。
【請求項９】
請求項８記載のデスペックル照明方法において、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれに形成されるデスペックル素子として、回折格子、拡散板、位相差板のいずれかまたはこれらの組み合わせとするデスペックル照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ光源を使用した投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光源を使用した投写型表示装置では、レーザ光が備えるコヒーレント性からスペックルパターンと呼ばれる画像がスクリーン上に形成される為、投写映像としては、ぎらぎら感が目立つ、低下した画質により表示が行われていた。このスペックルによる画質低下の改善方法として、いくつかのデスペックル技術が提案されている。ひとつは空間的に複数のスペックルパターンを形成し重ね合わせることでデスペックル効果を創出する方法である。もうひとつは時間的に複数のスペックルパターンを形成し重ね合わせることでデスペックル効果を創出する方法である。また、空間的なデスペックル効果を創出する方法と時間的なデスペックル効果を創出する方法を組み合わせる方法もある。
空間的なデスペックル効果を創出する方法としては、回折格子を使用し、レーザ光源の擬似光源像を増やして複数のスペックルパターンを形成する方法や、拡散板を使用して角度成分を増やし、擬似光源像を増やして複数のスペックルパターンを形成する方法がある。
【０００３】
時間的なデスペックル効果を創出する方法としては、光源像を走査型ミラーやポリゴンドラムに反射させて光源像を走査することで時間的に異なるスペックルパターンを形成する方法がある。
特許文献１（特開２０１２−１９４２６８号公報）には、表裏面に第１の拡散層、第２の拡散層が設けられた拡散板が開示されている（図３参照）。拡散板を回転させることにより、拡散板を通過するレーザ光が第１の拡散層のみを通過する、第２の拡散層のみを通過する、第１および第２の拡散層を通過する、の３つの状態のいずれかとされ、これにより、拡散板を通過したレーザ光のスポット径をそれぞれ異なるものとしてデスペックル効果を奏するものとしている。
拡散板を通った後のレーザ光は、偏光変換インテグレーターロッドを通ることにより、均一、かつ、直線偏光光に変換されて液晶光変調素子の照明光として利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に開示される技術では、拡散板を通過するレーザ光が第１の拡散層のみを通過する、第２の拡散層のみを通過する、第１および第２の拡散層を通過する、の３つの状態のいずれかとされる。拡散板の通過する際に通過光の輝度は減少する。輝度の減少の度合いは拡散板の構造（種類）により異なるが、特許文献に開示される技術では第１および第２の拡散層を通過する状態が存在する。この場合には、第１の拡散板の通過による輝度の減少と第２の拡散層の通過による輝度の減少が加算されることとなり、第１の拡散板のみを通過する状態、もしくは、第２の拡散板のみを通過する状態と比較すると輝度が減少するものとなり、輝度の変化による画質の低下という新たな問題が発生する可能性がある。
また、特許文献１に開示される技術では、デスペックル効果を奏するデスペックル素子として拡散板が用いられ、拡散板を通過した後のレーザ光がインテグレータの１形態である偏光変換インテグレーターロッドに入射するように構成されている。
【０００６】
全く同じデスペックル素子でもその配置によって投写画面に投写されるスペックルパターンは異なる。インテグレータの入射端付近では擬似光源像が形成されるのに対し、インテグレータ出射端付近ではインテグレータにより分布が均一化された照明光が出射される。当然ながら、入射端付近にデスペックル素子を設けた場合と出射端付近にデスペックル素子を設けた場合とでは投写画面に投写されるスペックルパターンは異なる。
特許文献１に開示される技術では、デスペックル素子がインテグレータの入射端付近に設けられる構成であるため、投写画面に投写されるスペックルパターンおよびこれによるデスペックル効果が限定されたものとなる。
本発明は、画質の低下を招来することなく、デスペックル効果の大きなデスペックル照明装置およびデスペックル照明方法、投写型表示装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による投写型表示装置は、
レーザ光源と、
前記レーザ光源が出射するレーザ光を用いて画像を形成する画像形成部と、
前記レーザ光源と前記画像形成部の間に設けられたインテグレータと、
前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設けられ、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設けられた回転可能な複数のデスペックルホイールと、
前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれは、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備え、前記制御装置は前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する。
本発明によるデスペックル照明装置は、画像形成部に画像を形成するための照明光を供給するデスペックル照明装置であって、
レーザ光源と、
前記レーザ光源と前記画像形成部の間に設けられたインテグレータと、
前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設けられ、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設けられた回転可能な複数のデスペックルホイールと、
前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する制御装置と、を備え、
前記複数のデスペックルホイールのそれぞれは、デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備え、前記制御装置は前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する。
本発明のよるデスペックル照明方法は、
画像形成部に画像を形成するための照明光を供給するデスペックル照明方法であって、
レーザ光源と前記画像形成部の間にインテグレータを設け、
デスペックル効果を奏するデスペックル素子が形成されたデスペックル領域と、光を透過する透過領域とを備えた回転可能なデスペックルホイールを、前記インテグレータと前記画像形成部との間に１つ以上設け、前記インテグレータと前記レーザ光源との間に１つ以上設け、
前記複数のデスペックルホイールのいずれか一つのデスペックル領域のみが前記レーザ光の光路上に存在するように前記複数のデスペックルホイールの回転を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、画質の低下を招来することなく、デスペックル効果の大きなデスペックル照明装置およびデスペックル照明方法、投写型表示装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明によるデスペックル照明装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】図１中のデスペックルホイール１１３，１１４の構成を示す平面図である。
【図３】本発明によるデスペックル照明装置を備えた投写型表示装置の他の実施形態の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明による実施形態について説明する。
図１は本発明によるデスペックル照明装置を備えた投写型表示装置の一実施形態の構成を示す模式図である。
本実施形態は、第一のレーザ光源１1、第二のレーザ光源１2、第三のレーザ光源１3、コリメーターレンズ２1〜２3、集光レンズ３、第一ダイクロイックミラー４、第二ダイクロイックミラー５、反射ミラー６、インテグレータ７、照明系レンズ８1，８2、照明ミラー９、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）１０1〜１０3、フィリップスプリズム１１、投写レンズ１２、デスペックルホイール１１３，１１４、制御装置１１５から構成されている。
第一のレーザ光源１1、第二のレーザ光源１2、第三のレーザ光源１3はそれぞれ異なる波長の第一のレーザ光、第二のレーザ光、第三のレーザ光を出力するもので、各出力光は各レーザ光源に対応して設けられたコリメーターレンズ２1〜２3を介することによりコリメートされて第一ダイクロイックミラー４、第二ダイクロイックミラー５、反射ミラー６に入射する。
【００１１】
第一ダイクロイックミラー４は第一のレーザ光を反射し、第二のレーザ光、第三のレーザ光を透過する特性を持つ。第二ダイクロイックミラー５は第二のレーザ光を反射し、第三のレーザ光を透過する特性を持つ。反射ミラー６は第三のレーザ光を反射する特性を持つ。
第一ダイクロイックミラー４、第二ダイクロイックミラー５、反射ミラー６により同じ光軸上に合成された第一のレーザ光、第二のレーザ光、第三のレーザ光は、集光レンズ３によりインテグレータ７の入射面に集光される。
インテグレータ７に入射した光は、インテグレータ７の側面で全反射しながらインテグレータ７の出射面に到達することで、出射光の明るさの分布が均一とされる。インテグレータ７から出射された光は、照明系レンズ８1、照明ミラー９、照明系レンズ８2を介してフィリップスプリズム１１に入射する。該入射光は、フィリップスプリズム１１により、第一のレーザ光の波長の光、第二のレーザ光の波長の光、第三のレーザ光の波長の光に分離され、それぞれＤＭＤ１０1〜１０3に照射される。ＤＭＤ１０1〜１０3は、各照射光を反射することにより各照射色に対応する画像光を形成するもので、各反射光はフィリップスプリズム１１により合成されて投写レンズ１２を介してスクリーンなどの投写面に投写される。
【００１２】
照明系レンズ８1，８2の間に設けられる照明ミラー９は構造をコンパクトにするために配置されている。照明ミラー９は光を反射させて光路を曲げる役目をする。フィリップスプリズム１１はＤＭＤ１０1〜１０3とともに画像形成部を構成するもので、ＤＭＤ１０1〜１０3の触れ角に合わせて、ＤＭＤ１０1〜１０3へ斜めに光を入射させ、反射による画像光をＤＭＤ１０1〜１０3の反射面の垂直方向に出射させる。制御装置１１５が入力される映像信号Ｓに合わせてＤＭＤ１０1〜１０3を制御し、３色の画像光を変調することでカラー映像を示す画像光が投写される。
本実施形態においては、インテグレータ７の入射側と出射側に回転ホイル型のデスペックルホイール１１３，１１４を配置することで投写画面のスペックルパターンが緩和される。デスペックルホイール１１３，１１４は、図２に示すように、円盤の半分の領域はデスペックル素子としての回折格子が形成されたデスペックル領域１１３1，１１４1とされ、残りの半分の領域は平板のガラス基板で構成されて光を透過する透過領域１１３2，１１４2とされている。
制御装置１１５は上述したＤＭＤ１０1〜１０3の変調制御の他に、デスペックルホイール１１３，１１４の回転動作を制御するもので、集光レンズ３を出射した合成光がデスペックル領域１１３1，１１４1のいずれか一方のみを通過するように、デスペックルホイール１１３，１１４を回転させる。
【００１３】
全く同じデスペックル素子でもその配置による投写画面に投写されるスペックルパターンは異なる。インテグレータの入射側近傍には擬似光源像が形成されるのに対し、インテグレータ出射側近傍には、インテグレータで照明光の分布が均一化されて照射される。そのため、本実施形態のようにデスペックル素子として回折格子が用いられている場合、デスペックル素子をインテグレータの入射側に配置すると擬似光源像が複数倍形成され、各々の光源像毎に異なるスペックルパターンが形成される。このため、スペックルパターンの違いによるデスペックル効果が発生する。一方、デスペックル素子をインテグレータの出射側に配置すると、ＤＭＤへの照明光が僅かに領域をずらして複数倍照射され、スペックルパターンも複数形成される。このときのＤＭＤへの光の照射の違いによりデスペックル効果が異なる。
本実施形態の投写型表示装置は、上記の構成を備えることにより、時間的に異なるスペックルパターンを投写画面に表示するものとなる。このため、デスペックル効果が高いものとなる。また、照明光はインテグレータの入射側と出射側に配置されたデスペックル素子のいずれか一方のみを通過するように構成されているので、投写光の明るさの変化が少ないものとなっている。
【００１４】
本実施形態ではデスペックル領域１１３1，１１４1に形成されるデスペックル素子として回折格子を用いている。デスペックル素子としては回折格子の他に拡散板や位相差板を用いることができる。また、これらを組み合わせることもでき、このような構成としてもよい。
また、インテグレータ７の入射側に配置するデスペックルホイール１１３は集光レンズ３とインテグレータ７の間に設けるものとしたが、図３に示す配置としてもよい。図３に示す例では、各レーザ光源１1〜１3（図１参照）の出射部にデスペックルホイール１０２が設けられ、各コリメーターレンズ２1〜２3（図１参照）の出射部にデスペックルホイール１０３が設けられている。デスペックルホイール１０２、１０３は、図２に示したデスペックルホイール１１３、１１４と同様に、デスペックル素子が形成されたデスペックル領域と透過領域とを備えている。
【００１５】
図１に示したデスペックルホイール１１４を設けるとともに、図３に示されるデスペックルホイール１０２、１０３、１１３のうち、少なくとも一つ以上を設けることとする。この場合のデスペックルホイール１０２、１０３、１１３、１１４のデスペックル領域および透過領域は、図２に示したものとは異なるものとなる。制御装置１１５は、設けられたデスペックルホイールのいずれか１つのデスペックル領域のみがレーザ光源からのレーザ光の光路上に存在するように各デスペックルホイール１０２、１０３、１１３、１１４の回転を制御する。
また、インテグレータ７の出射側と画像形成部との間に複数のデスペックルホイールを設けることとしてもよい。例えば、照明系レンズ８1と照明ミラー９の間、照明ミラー９と照明系レンズ８2の間に設けることとしてもよい。
上述したような、レーザ光源とインテグレータ７の間、インテグレータ７と画像形成部の間に複数のデスペックルホイールを設けた場合であっても、制御装置１１５が、レーザ光源からのレーザ光の光路上にいずれか一つのデスペックル領域のみが存在するように各デスペックルホイールを制御することにより、デスペックル素子による明るさの低減を抑えることが可能となり、レーザを光源とする投写型表示装置においてスペックルの少ない高画質で高効率な投写型表示装置を提供することが可能となる。
【００１６】
なお、以上説明した実施形態において、例えば、第一乃至第三のレーザ光源１1〜１3は赤色、青色、緑色のレーザ光を出力するものであり、ＤＭＤ１０1〜１０3は赤色、青色、緑色の画像を形成するものである。光源としてはレーザ光源をすべてに用いることとして説明したが、特許文献１に記載の発明のように一部を蛍光体により発生した蛍光を用いることとしてもよい。また、画像素子としてもＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）や透過型液晶ライトバルブを用いることができ、このような構成としてもよい。
また、デスペックル素子として、回折格子、拡散板、位相差板を例として挙げたが、これらを組み合わせて使用しても当然よい。
【符号の説明】
【００１７】
１1    第一のレーザ光源
１2    第二のレーザ光源
１3    第三のレーザ光源
２1〜２3    コリメーターレンズ
３    集光レンズ
４    第一ダイクロイックミラー
５    第二ダイクロイックミラー
６    反射ミラー
７    インテグレータ
８1，８2    照明系レンズ
９    照明ミラー
１０1〜１０3    ＤＭＤ
１１    フィリップスプリズム
１２    投写レンズ
１１３，１１４    デスペックルホイール
１１５    制御装置
【図１】
2016184064.tif 000003
【図２】
2016184064.tif 000004
【図３】
2016184064.tif 000005