(57)【要約】【課題】スペックルノイズの影響による画像品位の低下を防ぐ【解決手段】照明光学装置１２Ｒは、レーザー光源５１、第１及び第２集光レンズ５２ａ，５２ｂ、レンズホルダ５３ａ，５３ｂ、振動発生部５４ａ，５４ｂ、オプティカルインテグレータ５７、リレーレンズ５９からなる。振動発生部５４ａ，５４ｂは、集光レンズ５２ａ，５２ｂを保持するレンズホルダ５３ａ，５３ｂをそれぞれＸ、Ｙ方向に振動させる。レーザー光源５１に設けられたレーザーダイオード６０への通電によりレーザー光が照射されると、集光レンズ５２ａ，５２ｂの振動によって、レーザー光の照射位置は円の軌道を描いて常時変化する【選択図】図３
2009003091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を発生するレーザー光源と、このレーザー光源からのレーザー光により被照射面を照明する照明光学系とからなる照明光学装置において、
前記照明光学系は、光軸と略直交する方向に沿って移動自在に支持された第１及び第２の光学部材を少なくとも含み、前記第１及び第２の光学部材を互いに異なる第１および第２の方向に沿って振動させる振動発生手段を備えたことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記振動発生手段は、前記第１および第２の光学部材を、互いに異なる位相の振動波形で振動させることを特徴とする制球項１記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の方向は、互いに略直交する方向に設定されており、前記振動発生手段は、前記第１及び第２の光学部材を、同じ周期で且つ互いに９０°位相が異なる振動波形で振動させることを特徴とする請求項１記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記照明光学系は、前記第１及び第２の光学部材が振動したとき、前記レーザー光によって照明する位置を円の軌跡に沿って変化させることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の照明光学装置。
【請求項５】
請求項１ないし４記載の前記照明光学装置と、前記照明光学装置からのレーザー光を入射させて画像光をスクリーンに照射させる画像生成手段とを備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学装置及び投写型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりレーザーダイオードを光源として使用する照明光学装置が知られており、このような照明光学装置から照射されたレーザー光が液晶表示装置を透過させることにより画像をスクリーンに投写させる投写型画像表示装置が実用化されている。
【０００３】
上述したようなレーザー光を使用する光学照明装置及びこれを用いた投写型画像表示装置では、レーザー光が原因となるスペックルノイズの発生が問題となっており、特に投写型画像表示装置では、スペックルノイズが発生時すると、スクリーンに透写される画像がチラついたり、画面に黒い斑点が表れた状態となり画像の品位が低下してしまう。そこで特許文献１及び２記載の表示装置では、照明光学装置を構成するレーザー光源、又は照明光学系を構成する光学部材を振動させることによって、照射されるレーザー光を振動させている。これによって、スペックルノイズを時間的に変化させて画像への影響を抑制している。
【特許文献１】特開２００５−１０７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の投影型表装置では、レーザー光源、又は導光手段の振動範囲の端部、すなわち、振動の上死点・下死点で移動方向を変えるときは、レーザー光源、又は導光手段は短時間停止しており、この短い停止時間中に照射されるレーザー光から生じるスペックルノイズの影響までは消し去ることができないので、画像品位が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、スペックルノイズの発生による画像への影響を防ぐことが可能な照明光学装置及び投写型画像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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の照明光学装置は、レーザー光を発生するレーザー光源と、このレーザー光源からのレーザー光により被照射面を照明する照明光学系とからなる照明光学装置において、前記照明光学系は、光軸と略直交する方向に沿って移動自在に支持された第１及び第２の光学部材を少なくとも含み、前記第１及び第２の光学部材を互いに異なる第１および第２の方向に沿って振動させる振動発生手段を備えたことを特徴とする。なお、前記振動発生手段は、前記第１および第２の光学部材を、互いに異なる位相の振動波形で振動させることが好ましい。
【０００７】
また、前記第１及び第２の方向は、互いに略直交する方向に設定されており、前記振動発生手段は、前記第１及び第２の光学部材を、同じ周期で且つ互いに９０°位相が異なる振動波形で振動させることが好ましい。さらにまた、前記照明光学系は、前記第１及び第２の光学部材が振動したとき、前記レーザー光によって照明する位置を円の軌跡に沿って変化させることが好ましい。
【０００８】
請求項５記載の投写型画像表示装置では、請求項１ないし４記載の前記照明光学装置と、前記照明光学装置からのレーザー光を入射させて画像光をスクリーンに照射させる画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の照明光学装置及び投写型画像表示装置によれば、光軸と略直交する方向に沿って移動自在に支持された第１及び第２の光学部材を少なくとも含む照明光学系と、第１及び第２の光学部材を互いに異なる第１および第２の方向に沿って振動させる振動発生手段とを備えているので、レーザー光の位置を常時変化させてスペックルノイズの発生による画像への影響を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に示すように、本発明を実施したリア方式の液晶プロジェクタ１は、筐体２の前面に、拡散透過型のスクリーン３が設けられ、その背面に投影された画像が前面側から観察される。筐体２の内部には、投射ユニット５が組み込まれ、その投射画像は、ミラー６、７で反射され、スクリーン３の背面に結像される。この液晶プロジェクタ１は、筐体２の内部にチューナー回路などのほか、ビデオ信号及び音声信号再生用の周知の回路ユニットが組み込まれ、投影ユニット５に画像生成手段として組み込まれた液晶表示素子にビデオ信号の再生画像を表示する。
【００１１】
図２に投影ユニット５の構成を概略的に示す。この投影ユニット５には、透過型の三枚の液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが組み込まれ、フルカラーで画像投影を行うことができる。
【００１２】
投影ユニット５の内部には、レーザーダイオードが組み込まれた照明光学装置１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが設けられている。これらの光源１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、レーザーダイオードへの通電時にそれぞれ赤色光、緑色光、青色光を照射する。
【００１３】
各々の液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、例えばＴＦＴ液晶で構成され、その各々には、フルカラー画像を構成する赤色画像，緑色画像，青色画像が表示される。これらの液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから光学的に等距離となる位置に中心がくるように合成プリズム２４が配置され、合成プリズム２４の出射面に対面して投影レンズ２５が設けられている。合成プリズム２４は、その内部に２面のダイクロイック面２４ａ，２４ｂを有し、液晶表示素子１１Ｒを透過してきた赤色光、液晶表示素子１１Ｇを透過してきた緑色光、液晶表示素子１１Ｂを透過してきた青色光を合成して投影レンズ２５に入射させる。
【００１４】
投影レンズ２５は、その物体面位置が液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの出射面に一致し、像面位置がスクリーン３に一致するようにしてあるから、合成プリズム２４で合成されたフルカラー画像はスクリーン３に結像されることになる。なお、図１に示すミラー６，７については、図面の煩雑化を避けるために省略した。
【００１５】
以下では、本発明を実施した照明光学装置１２Ｒについて説明する。なお、照明光学装置１２Ｇ，１２Ｂについても照明装置１２Ｒと同様の構成としており、説明を省略する。照明光学装置１２Ｒから照射された赤色光は、液晶表示素子１１Ｒを背面側から照明する。
【００１６】
図３に示すように、照明光学装置１２Ｒは、レーザー光源５１と、第１及び第２集光レンズ５２ａ，５２ｂ（第１及び第２の光学部材）（照明光学系）と、レンズホルダ５３ａ，５３ｂと、振動発生部５４ａ，５４ｂと、オプティカルインテグレータ５７、リレーレンズ５９とからなる。第１及び第２の集光レンズ５２ａ，５２ｂは、レーザー光源５１から発せられるレーザー光を所望の範囲にまんべんなく照射するための導光手段であるとともに、後述する振動発生部５４ａ，５４ｂから伝達される振動によってレーザー光を変化させる。集光レンズ５２ａ，５２ｂによって集光されたレーザー光は、オプティカルインテグレータ５７の入射面から内部へ入射する。レンズホルダ５３ａ，５３ｂは、集光レンズ５２ａ，５２ｂをそれぞれ保持し、集光レンズ５２ａ，５２ｂの光軸と略直交する方向において移動自在に取り付けられている。オプティカルインテグレータ５７は、内面に反射面が形成された角筒形状をしており、通過するレーザー光の出射面内の強度分布をそろえるとともに光束形状を被照射面形状、すなわちスクリーン３の形状と相似の長方形に成形する。リレーレンズ５９は、入射したレーザー光を屈折させることによって被照射面を照明する。
【００１７】
レーザー光源５１は、レーザーダイオード６０、ホルダ６１、発光回路６３とからなる。レーザーダイオード６０は、半導体をレーザー媒体とした半導体レーザーであり、ホルダ６１の内側に支持されている。レーザーダイオード６０は、発光回路６３と接続され、電源を供給されて赤色光を発光する。
【００１８】
第１及び第２の振動発生部５４ａ，５４ｂは、それぞれ振動体６５ａ，６５ｂと、振動発生回路６７ａ，６７ｂとからなる。振動体６５ａ，６５ｂは、強誘電体の材料にて形成され、電圧を印可したときにこの材料に発生するひずみ（材料に発生する微少量の伸び縮み）により振動する。材料としては、例えば、チタン酸鉛（PbTiO3）とジルコン酸鉛（PbZrO3）を混合したセラミックスであるＰＺＴが用いられる。振動体６５ａ，６５ｂは、レンズホルダ５３ａ，５３ｂに接するように設けられており、振動発生回路６７ａ，６７ｂと接続され、電圧を印可されることにより発生した振動をレンズホルダ５３ａ，５３ｂに伝達する。これによって、レーザーダイオード６０から発生するレーザー光の位置が変化する。
【００１９】
本実施形態では、第１及び第２の振動発生部５４ａ，５４ｂによって、第１及び第２の集光レンズ５２ａ，５２ｂを、互いに異なるＸ，Ｙ方向に沿ってそれぞれ振動させる。Ｘ、Ｙ方向は、集光レンズ５２ａ，５２ｂの光軸と略直交し、且つ互いに直交する方向に設定されている。
【００２０】
さらに、第１の振動発生部５４ａによって第１の集光レンズ５２ａを振動させるときの時間と位置を示す関係は、図４に示すようになっており、第１の集光レンズ５２ａは、周期Tのｓｉｎカーブを描く振動波形で振動する。
【００２１】
一方、第２の振動発生部５４ｂによって第２の集光レンズ５２ｂを振動させるときの時間と位置を示す関係は、図５に示すようになっており、第２の集光レンズ５２ｂは、第１の集光レンズ５２ａと同じ周期Tで、且つ互いに９０°位相の異なる振動波形、すなわち周期Ｔのｃｏｓカーブを描く振動波形で振動する。なお、第１及び第２の振動発生部５４ａ，５４ｂの振動周波数は、人間の目の視認速度（およそ３０Ｈｚ以下といわれる）以上とすることが好ましく、数百〜数千Ｈｚの振動周波数とすることがさらに好ましい。
【００２２】
このように、第１の集光レンズ５２ａがＸ方向に沿って振動し、第２の集光レンズ５２ｂがＹ方向に沿って振動することによって、これらの光学系によって照射されるレーザー光の位置は、図６に示すように、オプティカルインテグレータ５７の入り口で円の軌跡（実線Ｒで示す位置）を描くように変化する。また、液晶プロジェクタ１を動作させるときには、照明光学装置１２Ｒから照射される赤色のレーザー光と同様に、照明光学装置１２Ｇ，１２Ｂから照射される緑色、青色のレーザー光の位置も円の軌跡を描くように変化する。
【００２３】
液晶プロジェクタ１では、レーザー光を照明に用いることにより、レーザー光のコヒーレンシーに起因してスクリーン３に表示される画像にはスペックルノイズが発生する。上述したように、レーザー光の位置が円の軌跡を描いて変化することから、スペックルノイズの位置も常時変化するので、スクリーン３上ではチラつきや斑点を視認しにくくなる。よって、スクリーン３に表示される画像は、スペックルノイズの影響を受けることがなく、高品位な画像を表示することができる。また、照明光学系を構成する集光レンズを振動させているので、振動発生部を小型に構成することが可能となり、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、第１及び第２の集光レンズ５２ａ，５２ｂを振動させることによって、レーザー光の位置を変化させているが、本発明はこれに限らず、レーザー光を液晶表示素子に照射させる照明光学系のいずれかを振動させればよく、例えば図７に示すように第１及び第２のリレーレンズ５９ａ，５９ｂを振動させるようにしてもよい。なお、この図７においては、上記実施形態と同様の部品を用いるものについては同符号を付して説明を省略する。そして、第１及び第２のリレーレンズ５９ａ，５９ｂを第１及び第２の振動発生部５４ａ，５４ｂから伝達される振動によってＸ，Ｙ方向に沿ってそれぞれ振動させる。これによって、レーザー光の位置が円の軌跡を描いて変化するので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】液晶プロジェクタを示す外観図である。
【図２】液晶プロジェクタの概略的な構成を示す説明図である。
【図３】照明光学装置を示す斜視図である。
【図４】第１の振動発生部による振動波形を示すグラフである。
【図５】第２の振動発生部による振動波形を示すグラフである。
【図６】オプティカルインテグレータ入り口のレーザー光が照射する位置の軌跡を示す説明図である。
【図７】照明光学装置の別の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  液晶プロジェクタ（投写型画像表示装置）
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ  照明光学装置
５１  レーザー光源
５２ａ  第１の集光レンズ
５２ｂ  第２の集光レンズ
５４ａ  第１の振動発生部
５４ｂ  第２の振動発生部
６０  レーザーダイオード
【図１】
2009003091.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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