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発明の名称 プロジェクタ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−25466(P2007−25466A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−210059(P2005−210059)
出願日 平成17年7月20日(2005.7.20)
代理人 【識別番号】100107836
【弁理士】
【氏名又は名称】西 和哉
発明者 米窪 政敏 / 武田 高司
要約 課題
スクリーンに投射されるレーザ光のぎらつきの発生を抑えるとともに、装置全体の信頼性を向上させることが可能なプロジェクタを提供すること。

解決手段
被投射面52に向けてレーザ光を射出する光源装置10と、該光源装置10から射出されたレーザ光を走査する走査手段30と、該走査手段30により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材40と、該光拡散部材40から射出されたレーザ光を被投射面52に集光する集光手段50とを備えることを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、
該光源装置から射出されたレーザ光を走査する走査手段と、
該走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、
該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項2】
前記光源装置から射出されたレーザ光を前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。
【請求項3】
前記走査手段から射出されたレーザ光を平行化する平行化手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロジェクタ。
【請求項4】
前記光拡散部材から射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のプロジェクタ。
【請求項5】
前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で回転させる回転手段であることを特徴とする請求項4に記載のプロジェクタ。
【請求項6】
前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で移動させる移動手段であることを特徴とする請求項4に記載のプロジェクタ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置から射出された光を被投射面に投射して画像表示を行うプロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ光をスクリーン(被投射面)上で走査させることによって画像を表示する背面投射型のプロジェクタが提案されている。このプロジェクタでは、レーザ光の供給を停止することによって完全な黒を表示できるため、例えば液晶ライトバルブを用いたプロジェクタに比べて高コントラストな表示が可能である。また、レーザ光は指向性が高いので、投射光学系を簡略化することができる。このため、プロジェクタを小型且つ簡易な構成にすることができる。さらに、赤色,緑色,青色等の複数のレーザ光を組み合わせることによって容易にカラー化でき、しかも、レーザ光は単色性が高いので色純度の高いカラー表示が可能となる。
【0003】
背面投射型のプロジェクタとしては、赤色レーザ光源,緑色レーザ光源及び紫外線レーザ光源を用いた投射型レーザ画像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に記載の投射型レーザ画像表示装置は、スクリーンに蛍光体が塗布されており、赤色レーザ光源及び緑色レーザ光源から射出されたレーザ光は、スクリーン面上で拡散する。また、紫外線レーザ光源から射出されたレーザ光は、蛍光体により励起され青色光が発光し、この青色光は、スクリーン面上で拡散される。
【特許文献1】特開平7−67064号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上述したような背面投射型のプロジェクタを用いた場合、スクリーンに投射されるレーザ光には、シンチレーションまたはスペックルと呼ばれるぎらつきが発生するという問題点がある。ここで、上記特許文献1に記載の投射型レーザ画像表示装置では、レーザ光をスクリーン上で拡散させているため、ぎらつきの発生を抑えるには不十分である。また、予期せぬ要因により、スクリーンが破損してしまった場合には、レーザ光が拡散されることなく、直接外部に照射し続けてしまうことが考えられ、装置全体の信頼性が不十分である。
【0005】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スクリーンに投射されるレーザ光のぎらつきの発生を抑えるとともに、装置全体の信頼性を向上させることが可能なプロジェクタ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】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のプロジェクタは、被投射面に向けてレーザ光を射出する光源装置と、該光源装置から射出されたレーザ光を走査する走査手段と、該走査手段により走査されたレーザ光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材から射出されたレーザ光を前記被投射面に集光する集光手段とを備えることを特徴とする。
【0007】
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出されたレーザ光は走査手段により走査され、光拡散部材に入射する。光拡散部材に入射したレーザ光は拡散された後、集光手段により被投射面に集光される。したがって、光源装置から射出されたレーザ光を光拡散部材により拡散させることにより、被投射面に集光したレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき(シンチレーション、スペックル)の発生が抑えられることになる。また、光源装置から射出されたレーザ光は、集光手段により集光される前に、光拡散部材により拡散されるので、予期せぬ要因により、被投射面が破損してしまった場合にも、強いレーザ光が外部に射出されることがないため、装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【0008】
また、本発明のプロジェクタは、前記光源装置から射出されたレーザ光を前記光拡散部材上に集光させる他の集光手段を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出されたレーザ光は、他の集光手段により光拡散部材上に集光される。したがって、光源装置から射出されたレーザ光が、光拡散部材の外部に散乱することなく光拡散部材に入射するため、光源装置から射出されたレーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。
【0009】
また、本発明のプロジェクタは、前記走査手段から射出されたレーザ光を平行化する平行化手段を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出され、走査手段により走査された光は、平行化手段を通過した後、光拡散部材に入射する。このとき、光拡散部材に入射するレーザ光は、平行化手段により平行化される。したがって、光拡散部材から射出されるレーザ光は、光拡散部材に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。したがって、光拡散部材から射出され、集光手段に入射する光束の幅が平行化手段により決まるため、集光手段の設計が容易になる。
【0010】
また、本発明のプロジェクタは、前記光拡散部材から射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段を備えることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、拡散状態変化手段を備えることにより、光拡散部材を通過したレーザ光は、拡散状態が時間的に変化されたものとなる。すなわち、光拡散部材を通過したレーザ光は、ぎらつきのパターンが時間的に変化するために、残像効果により時間積分されて、レーザ光のスペックルパターンの発生を防止することができる。その結果、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、ぎらつきが抑えられた光となる。したがって、被投射面に良好な画像を表示することができる。
【0011】
また、本発明のプロジェクタは、前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で回転させる回転手段であることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、回転手段により光拡散部材を入射面内で回転させ、光源装置から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。すなわち、光拡散部材から射出し、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、光拡散部材の回転により均一化され、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、簡易な構成により、被投射面に良好な画像を表示することができる。
【0012】
また、本発明のプロジェクタは、前記拡散状態変化手段が、前記光拡散部材を当該光拡散部材の入射面内で移動させる移動手段であることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、移動手段により光拡散部材を入射面内で移動させ、光源装置から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。これにより、光拡散部材から射出し、集光手段により被投射面に投射されるレーザ光は、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、装置全体の小型化が可能であるとともに、被投射面に良好な画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
次に、本発明の第1実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタとして、スクリーンの背面からレーザ光を照射する背面型レーザプロジェクタを用いて説明する。
【0014】
プロジェクタ1は、図1に示すように、筐体2内に設けられ、レーザ光を射出する光源装置10と、光源装置10から射出されたレーザ光を集光レンズ(他の集光手段)20を介して2次元方向に走査するガルバノミラー(走査手段)30と、ガルバノミラー30により走査された光を拡散する光拡散板(光拡散部材)40と、光拡散板40から入射したレーザ光を反射ミラー51に投射させる投射レンズ(集光手段)50と、光源装置10,ガルバノミラー30及び光拡散板40を制御する制御回路60とを備えている。この反射ミラー51は、筐体2の表面2aに備えられたスクリーン(被投射面)52に対向して設けられており、投射レンズ50から射出されたレーザ光をスクリーン52に投影させるものである。また、集光レンズ20は、光源装置10から射出されたレーザ光を光拡散板40に集光させるものである。
【0015】
光源装置10は、スクリーン52を挟んで観察側と対向して設けられており(本実施形態では筐体2内部)、制御回路60からの画像信号に応じた強度のレーザ光を出力するようになっている。
【0016】
ガルバノミラー30は、互いに直交するX軸及びY軸の2軸を中心として回転可能となっており、任意の角度方向にチルト駆動させることができるようになっている。このガルバノミラー30は、集光レンズ20から射出されたレーザ光を2次元方向に走査することによって画像を形成するものである。そして、ガルバノミラー30の動作は、制御回路60によって光源装置10の画像出力に同期するように行われる。
【0017】
光拡散板40は、図2(a)に示すように、入射面40aに微細な凹凸を有する円盤状のすりガラスによって構成されている。また、光拡散板40には、入射面40aから入射し、当該光拡散板40の射出面40bから射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる拡散状態変化手段が設けられている。本実施形態では、この拡散状態変化手段として、図2(b)に示すように、光拡散板40を入射面40a内で回転させるモータ(回転手段)41が用いられており、光拡散板40は、制御回路60により回転軸Oを中心に回転可能となっている。これにより、光拡散板40の入射面40aから入射したレーザ光45は、図2(b)に示すように、射出面40bから射出される際、拡散されて投射レンズ50に向かうことになる。なお、モータ41の回転速度は、約70Hz以上で回転させる。
【0018】
なお、光拡散板40は、光透過性を有するものであり、特に耐熱性を考慮すると無機材料からなるガラスであることが好ましい。
また、投射レンズ50のNAは、光拡散板40から射出されるレーザ光の拡散度により設計されたものとなっている。このような構成により、光拡散板40から射出されたレーザ光を無駄なく投射レンズ50により集光させることができ、レーザ光の利用効率を向上させることが可能となっている。さらに、投射レンズ50は、光拡散板40を透過したレーザ光を拡大して反射ミラー51に投射するものである。
【0019】
次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ1を用いて、画像をスクリーン52に投射する方法について説明する。
まず、光源装置10が駆動されると、光源装置10から集光レンズ20にレーザ光が射出される。そして、集光レンズ20により集光されたレーザ光は、ガルバノミラー30によりX軸,Y軸の2次元方向に走査された後、光拡散板40に射出される。光拡散板40に入射したレーザ光は、光拡散板40がモータ41により回転されているので、均一化され、スペックルパターンの発生が抑えられたレーザ光となる。その後、このレーザ光は、投射レンズ50により反射ミラー51を介してスクリーン52に投射される。
【0020】
本発明に係るプロジェクタ1では、光源装置10から射出されたレーザ光を光拡散板40により拡散させることにより、スクリーン52に投射されたレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき(シンチレーション、スペックル)の発生が抑えられることになる。また、光源装置10から射出されたレーザ光は、投射レンズ50により集光される前に、光拡散板40により拡散されるので、予期せぬ要因により、スクリーン52が破損してしまった場合にも、強いレーザ光が外部に射出されることがないため、プロジェクタ1全体の信頼性を向上させることが可能となる。
また、モータ41を備えることにより、光拡散板40から射出し、投射レンズ50によりスクリーン52に投射されるレーザ光は、光拡散板40の回転により均一化され、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、簡易な構成により、被投射面に良好な画像を表示することができる。
【0021】
[プロジェクタの第2実施形態]
次に、本発明に係る第2実施形態について、図3及び図4を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第1実施形態に係るプロジェクタ1と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタ70において、光源装置71の構成及び拡散状態変化手段としてアクチュエータ(移動手段)80を用いる点において第1実施形態と異なる。
【0022】
光源装置71は、図3に示すように、赤色のレーザ光を射出する赤色レーザダイオード71Rと、緑色のレーザ光を射出する緑色レーザダイオード71Gと、青色のレーザ光を射出する青色レーザダイオード71Bとを備えている。これらのレーザダイオード71R,71G,71Bは、制御回路60からの画像信号に応じた強度のレーザ光を出力するようになっている。また、光源装置71には、赤色レーザダイオード71Rから射出されたレーザ光を透過し、緑色レーザダイオード71Gから射出されたレーザ光を反射する第1ダイクロイックミラー72と、赤色レーザダイオード71Rから射出されたレーザ光を透過し、青色レーザダイオード71Bから射出されたレーザ光を反射する第2ダイクロイックミラー73とが備えられている。
【0023】
また、第1実施形態では、X軸及びY軸の2軸を中心として回転可能なガルバノミラー30を用いたが、本実施形態では、X軸方向にのみ回転可能なXスキャナ(走査手段)81を用い、第1実施形態の反射ミラー51に代えて、Y軸方向にのみ回転可能なYスキャナ(走査手段)82を用いる。
また、光拡散板85の入射面85aは、図4に示すように、第1実施形態の光拡散板40と同様に、微細な凹凸を有する平板状のすりガラスによって構成されている。そして、これら光源装置71,Xスキャナ81,Yスキャナ82及び光拡散板(光拡散部材)85は、制御回路60により制御されている。
【0024】
アクチュエータ80は、図4に示すように、光拡散板85を駆動させるものであり、この光拡散板85を入射面85a内で移動可能となっている。すなわち、アクチュエータ80は、制御回路60により光拡散板85をX軸方向に移動可能となっており、光拡散板85の射出面85bから射出されるレーザ光の拡散状態を時間的に変化させるものである。これにより、光拡散板85の入射面85aから入射したレーザ光87は、図4に示すように、射出面85bから射出される際、拡散されて投射レンズ50に向かうことになる。なお、アクチュエータ80の移動速度は、約70Hz以上で移動させる。
【0025】
また、Xスキャナ81は、アクチュエータ80により光源装置10から射出され集光レンズ20によって集光されたレーザ光をX軸方向に走査するものである。また、Yスキャナ82は、アクチュエータ80により、光拡散板85によって拡散され投射レンズ50により集光されたレーザ光をY軸方向に走査するものである。
なお、アクチュエータ80としては、例えば、電磁力で光拡散板85をX軸方向に移動させる電磁アクチュエータによって構成することができる。また、電圧の印加によって伸縮(あるいは歪む)するピエゾ素子をアクチュエータ(ピエゾアクチュエータ)として用いることも可能である。
【0026】
次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ70を用いて、画像をスクリーン52に投射する方法について説明する。
まず、各レーザダイオード10R,10G,10Bが駆動されると、各レーザダイオード10R,10G,10Bから赤色光、青色光、緑色光が射出される。そして、これら赤色光、青色光、緑色光は、集光レンズ20により集光された後、Xスキャナ81でX軸方向に走査され、光拡散板85に射出される。光拡散板85に入射したレーザ光は、光拡散板85がアクチュエータ80によりX軸方向に移動しているので、均一化され、スペックルパターンの発生が抑えられたレーザ光となる。その後、このレーザ光は、投射レンズ50によりYスキャナ82に投射された後、Yスキャナ82によりY軸方向に走査されスクリーン52に投射される。
【0027】
本発明に係るプロジェクタ70では、光源装置71から射出されたレーザ光を光拡散板85により拡散させることにより、スクリーン52に投射されたレーザ光は、可干渉性が低下することになるため、ぎらつき(シンチレーション、スペックル)の発生が抑えられることになる。また、アクチュエータ80により光拡散板85を入射面85a内で移動させ、光源装置71から射出されたレーザ光の拡散状態を時間的に変化させる。これにより、光拡散板85から射出し、投射レンズ50によりスクリーン52に投射されるレーザ光は、輝度むらが低減されるとともに、ザラツキ感がなくなる。したがって、プロジェクタ70全体の小型化が可能であるとともに、スクリーン52に良好な画像を表示することができる。
【0028】
[プロジェクタの第3実施形態]
次に、本発明に係る第3実施形態について、図5及び図6を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ90において、第3実施形態では、フィールドレンズ(平行化手段)91を備える点において、第1,第2実施形態と異なる。
フィールドレンズ91は、第1,第2実施形態のそれぞれの半導体装置1,70の光拡散板40,85の前段に配置することが可能であり、本実施形態では第1実施形態を例に挙げて説明する。
フィールドレンズ91は、図5に示すように、ガルバノミラー30と光拡散板40との間に設けられており、図6に示すように、ガルバノミラー30から射出されたレーザ光を平行化し、光拡散板40に入射させるようになっている。これにより、光拡散板40の入射面40aから入射したレーザ光92は、射出面40bから射出される際、投射レンズ50に向かって光拡散板40に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。
【0029】
本発明に係るプロジェクタ90では、光源装置10から射出され、ガルバノミラー30により走査された光は、フィールドレンズ91を通過した後、光拡散板40に入射する。このとき、光拡散板40から射出されるレーザ光は、光拡散板40に対して略垂直方向に指向性を有するレーザ光となる。したがって、光拡散板40から射出され、投射レンズ50に入射する光束の幅が所定範囲となる。すなわち、投射レンズ50のNAをフィールドレンズ91に応じて設計することができるため、投射レンズ50の設計が容易になる。
【0030】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、拡散状態変化手段として、液晶パネルを採用することも可能である。液晶パネルを用いる場合、電気信号により空間的な光の位相分布を変化させることにより、レーザ光を拡散させることができる。
ここで、液晶パネルとしては、例えば、非平行な2つの基板に液晶が封入されてなるものを採用することができる。この構成の場合、液晶パネルのセルギャップが基板平面内で不均一となり、レーザ光の空間的な位相分布は一度には変わらずに、時間的に異なる位相分布となる。その結果、投射される像において、ぎらつきのパターンが時間的に変化するために、残像効果により時間積分されて、当該ぎらつきが感じ難いものとなる。
【0031】
また、光拡散板40,85として、すりガラスを用いたが、これに限るものではなく、入射したレーザ光を拡散できるものであれば良い。例えば、図7に示すように、周知のフォトリソグラフィ法により、ガラスの表面95aにランダムな凹凸パターンが形成された位相差板95であっても良い。また、ガラスの表面95aに形成される凹凸は、周期的な光学パターンを有する回折格子であっても良い。この構成の場合、位相差板95に入射したレーザ光が、位相差板95を透過する過程で、部分的に位相差が付与されるようになっている。このような位相差板95を配置することによっても、光拡散板40,85の場合と同様にレーザ光のスペックルパターンの発生を防止することができる。また、光拡散板40,85に代えて、レーザ光の干渉を利用したホログラフィック格子、HOE(ホログラフィック光学素子)等であってもよい。
また、光拡散板としては、上述したような透過性を有するものに限らず、入射したレーザ光を反射して拡散させるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の第1実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。
【図2】図1の光拡散部材の(a)は平面図を示し、(b)は(a)のA−A線矢視図における光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。
【図3】本発明の第2実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。
【図4】図3の光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。
【図5】本発明の第3実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。
【図6】図5の光拡散部材から射出されるレーザ光の状態を示す平面図である。
【図7】各実施形態における光拡散部材の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【0033】
1,70,90…プロジェクタ、10,71…光源装置、40,85…光拡散板(光拡散部材)、40a,85a…光拡散板の入射面、20…集光レンズ(他の集光手段)、30…ガルバノミラー(走査手段)、41…モータ(拡散状態変化手段,回転手段)、50…投射レンズ(集光手段)、52…スクリーン(被投射面)、80…アクチュエータ(拡散状態変化手段,移動手段)81…Xスキャナ(走査手段)、82…Yスキャナ(走査手段)、91…フィールドレンズ(平行化手段)





 

 


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