JP4924069B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示面上に画像を投写する画像表示装置、特に、レーザ光のような可干渉性を有する光を用いて画像を投写する画像表示装置に関する。

画像を投写する画像表示装置であるプロジェクタ（投写表示装置）において、投写画像の色再現性や、明るさ、コントラスト等の向上を図るために、レーザ光を用いることが提案されている。しかしながら、レーザ光を用いたプロジェクタでは、レーザ光の可干渉性（コヒーレンス）に起因して「スペックル」と呼ばれるギラギラしたチラツキが投写画像に発生するという問題がある。

この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載の例のように、中間像を形成し、形成した中間像を投写する構成とするとともに、中間像形成位置に拡散板を配置し、配置した拡散板を拡散面に沿った方向で往復移動（振動）させ、あるいは、拡散面内で回転させることによりスペックルを抑制することが開示されている。

特開２００６−５３４９５号公報

しかしながら、中間像形成位置に配置された拡散板を上記のように振動させたり回転させたりした場合には、拡散面の位置が中間像形成面に対して垂直な方向へずれてしまう可能性があり、この結果、投写画像のボケを引き起こす可能性がある。

本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、レーザ光のような可干渉性を有する光を用いて画像を投写する画像表示装置において、投写画像のボケの発生を抑制しつつ、スペックルを抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するため、以下の態様が可能である。
表示面上に画像を投写する画像表示装置であって、
可干渉性を有する光を発する光源と、
中間像結像光学系を含み、前記光源からの光を用いた前記画像を表す光を、前記中間像結像光学系によって結像させて、中間像形成面上に中間像を形成する中間像形成部と、
前記中間像からの光を、前記表示面上に結像させる結像光学系と、
前記中間像形成面を基準とする前記中間像結像光学系の焦点深度内に配置された第１の拡散面を構成する拡散素子と、
前記中間像形成面からずれた位置であって、前記中間像形成部内を含む前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路のいずれかの位置に第２の拡散面を有し、前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる拡散性変動部と、
を備え、
前記拡散性変動部は、
前記第２の拡散面に対応し、前記第２の拡散面に沿って複数の領域に区分された位相制御面を有する位相制御デバイスと、
各領域から射出される光の位相特性を変化させることにより、前記位相制御面としての前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる位相制御デバイス駆動部と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
上記画像表示装置では、中間像形成面からずれた位置に有する位相制御面としての第２の拡散面に沿ったア面内における拡散性を時間的に変化させることにより、従来技術で問題となった投写画像のボケの発生を抑制しつつ、スペックルを抑制することが可能となる。また、第１の拡散面を構成する拡散素子により、結像光学系から射出される光の強度が所望の強度範囲となるようにすることができる。
上記画像表示において、前記拡散素子および前記位相制御デバイスは固定されていることを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、前記位相制御デバイス駆動部は、
前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに変化する電圧を前記駆動電圧として印加して、前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに位相特性を変化させることにより、前記位相制御面としての前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させることを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、
前記中間像形成部は、前記光源からの光を前記画像に応じて変調することにより前記画像を表す光を射出する光変調デバイスを備え、
前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記光変調デバイスから前記結像光学系までの光の経路であることを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、
前記中間像形成部は、前記光源からの光に基づく前記画像を表す光を走査する走査デバイスを備え、
前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記走査デバイスから前記結像光学系までの光の経路であることを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、前記中間像結像光学系はテレセントリック光学系であることを特徴とする。
また、上記画表示装置において、前記第２の拡散面は、前記中間像形成面を中心とする前記結像光学系の焦点深度の外側の近傍位置に配置されることを特徴とする。
また、テレセントリック光学系である中間像結像光学系を備える画像表示装置において、前記第２の拡散面は、前記中間像結像光学系内の瞳の位置に配置されることを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、前記第１の拡散面を構成する拡散素子の拡散粒子サイズは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことを特徴とする。
また、上記画像表示装置において、前記第１の拡散面を構成する拡散素子は、射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子により構成されることを特徴とする。なお、前記射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子はホログラムを利用した拡散素子であり、前記ホログラムの凹凸ピッチは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことを特徴とする。
また、以下の態様も可能である。
本発明の画像表示装置は、
表示面上に画像を投写する画像表示装置であって、
可干渉性を有する光を発する光源と、
前記光源からの光を用いて中間像を形成する中間像形成部と、
前記中間像からの光を、前記表示面上に結像させる結像光学系と、
前記中間像が形成される中間像形成面からずれた位置であって、前記中間像形成部内を含む前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路のいずれかの位置に拡散面を有し、前記拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる拡散性変動部と、
を備えることを特徴とする。

上記画像表示装置では、中間像形成面からずれた位置に有する拡散面の拡散性を時間的に変化させることにより、従来技術で問題となった投写画像のボケの発生を抑制しつつ、スペックルを抑制することが可能となる。

上記画像表示装置において、
前記拡散性変動部は、
前記拡散面を構成する拡散素子と、
前記拡散素子を前記拡散面に沿った方向で揺動させる拡散面揺動部と、
を備えることにより実現できる。

ここで、前記拡散面揺動部による前記拡散素子の揺動は、前記拡散面に沿った面内における前記いずれかの方向に沿って前記拡散板を振動させることにより実現されるようにしてもよい。あるいは、前記拡散面揺動部による前記拡散素子の揺動は、前記拡散面に沿った面内において前記拡散素子を回転させることにより実現されるようにしてもよい。

いずれのようにしても、容易に、拡散面の拡散性を時間的に変化させることができる。

なお、前記拡散面を構成する拡散素子は前記拡散面に沿った面内においてランダムな位相特性を有するランダム位相板を適用することができる。また、アンチグレアフィルムを用いた拡散素子を適用するようにしてもよい。

上記画像表示装置において、
前記拡散性変動部は、
前記拡散面に対応し、前記拡散面に沿って複数の領域に区分された位相制御面を有し、各領域の電極に印加される駆動電圧に応じて、前記各領域から射出される光の位相特性を制御する位相制御デバイスと、
前記各領域の電極に前記駆動電圧を印加する位相制御デバイス駆動部と、を備え、
前記位相制御デバイス駆動部は、
前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに変化する電圧を前記駆動電圧として印加して、前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに位相特性を変化させることにより、前記位相制御面としての前記拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させることによっても実現できる。

ここで、前記位相制御デバイスは、液晶デバイスあるいは透明圧電デバイスを適用することにより実現可能である。

上記いずれかの画像表示装置において、
前記中間像形成部は
前記光源からの光を前記画像に応じて変調することにより前記画像を表す光を射出する光変調デバイスと、
前記光変調デバイスからの光を前記中間像形成面上で前記中間像として結像させる中間像結像光学系と、を備え、
前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記光変調デバイスから前記結像光学系までの光の経路であるようにすればよい。

あるいは、
前記中間像形成部は、前記光源からの光に基づく前記画像を表す光を走査する走査デバイスを備え、
前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記走査デバイスから前記結像光学系までの光の経路であるようにしてもよい。

また、前記走査デバイスを備える前記中間像形成部は、さらに、前記走査デバイスからの光を前記中間像形成面上で前記中間像として結像させる中間像結像光学系を備えるようにしてもよい。

上記いずれのようにしても、容易に中間像形成部を構成することができる。

なお、中間像結像光学系はテレセントリック光学系であることが好ましい。

中間像結像光学系をテレセントリック光学系とすれば、光の利用効率を向上させることが可能である。

上記いずれかの画像表示装置において、
前記拡散面は、前記中間像形成面を中心とする前記結像光学系の焦点深度の外側の近傍位置に配置されることが好ましい。

また、テレセントリック光学系である中間像結像光学系を備える画像表示装置において、
前記拡散面は、前記中間像結像光学系内の瞳の位置に配置されることも好ましい。

上記のように、結像光学系の焦点深度の外側の近傍位置あるいは結像光学系の瞳の位置に拡散面が配置されることにより、より効果的にスペックルを抑制することが可能となる。

上記いずれかの画像表示装置において、
前記拡散面を第２の拡散面とし、
前記中間像形成面の位置に、第１の拡散面を構成する拡散素子を備えることも好ましい。

上記のように、中間像形成面の位置に第１の拡散面を構成する拡散素子を備えることにより、より効果的にスペックルを抑制することが可能となる。

なお、前記第２の拡散面の拡散性は前記第１の拡散面の拡散性より小さくすることができる。

また、前記第１の拡散面を構成する拡散素子の拡散粒子サイズは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、中間像形成面に形成された中間像から射出される光を効果的に拡散することが可能である。

また、前記第１の拡散面を構成する拡散素子は、射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子により構成されることが好ましい。

このようにすれば、結像光学系から射出される光の損失の低減と、結像光学系から射出される光の強度の低減とのバランスや、利用可能な結像光学系の条件等を考慮した構成が容易となる。

なお、前記射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子はホログラムを利用した拡散素子であり、前記ホログラムの凹凸ピッチは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、中間像形成面に形成された中間像から射出される光を効果的に拡散するとともに、結像光学系から射出される光の損失の低減と、結像光学系から射出される光の強度の低減とのバランスや、利用可能な結像光学系の条件等を考慮した構成が容易となる。

以上説明した態様は、表示面上に画像を投写する画像表示装置の態様について示したが、これに限定されるものではなく、この画像表示装置を構成するための表示光学系の態様等の種々の態様でも実現可能である。

以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としてのプロジェクタ１０Ａの概略構成を示す説明図である。このプロジェクタ１０Ａは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色の液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、各色のレーザ光照明装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１３０と、２つの投写光学系１４０，１５０と、２つの拡散素子１６０，１７０と、を備えている。各構成要素は、それぞれの中心軸（図中に点鎖線で示す。）を含む面が互いに平行となるように配置されている。なお、図中においては、簡略化のため、プロジェクタ１０Ａの構成要素のうち本発明の説明に関係する光学要素のみを示し、他の要素は省略している。

各色のレーザ光照明装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは、それぞれ対応する色の液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂに、それぞれ対応する色のレーザ光を照明光として照射する機能を有している。

赤色レーザ光照明装置１１０Ｒは、赤色レーザ光ＬＢｒを射出する赤色レーザ光源装置１１１Ｒと、赤色レーザ光源装置１１１Ｒから射出された赤色レーザ光ＬＢｒの照度分布を均一化させるためのインテグレータ光学系１１２Ｒと、インテグレータ光学系１１２Ｒから射出された赤色レーザ光ＬＢｒを、その主光線が赤色液晶ライトバルブ１２０Ｒの光入射面（中心軸に垂直な面）に垂直となるように、入射させるためのフィールドレンズ１１３Ｒと、を備えている。同様に、緑色レーザ光照明装置１１０Ｇは緑色レーザ光源装置１１１Ｇとインテグレータ光学系１１２Ｇとフィールドレンズ１１３Ｇとを備え、青色レーザ光照明装置１１０Ｂは青色レーザ光源装置１１１Ｂとインテグレータ光学系１１２Ｂとフィールドレンズ１１３Ｂとを備えている。

各色のレーザ光源装置１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、半導体レーザおよび対応する色の波長のレーザ光のみを射出する波長変換素子により構成される。なお、波長変換素子は必須の構成要素ではなく、半導体レーザの出力波長に応じて適宜備えられる構成要素である。また、半導体レーザを構成するレーザダイオードの出力は単体では小さいので、通常は、複数のレーザダイオードをアレイ状に並べたレーザダイオードアレイを半導体レーザとして用いる。

赤色液晶ライトバルブ１２０Ｒは、赤色レーザ光照明装置１１０Ｒから射出された赤色レーザ光ＬＢｒを、表示する画像の各色の画像情報に応じて変調し、各色の画像を表す光学像を形成するための画像光を射出する機能を有している。緑色液晶ライトバルブ１２０Ｇおよび青色液晶ライトバルブ１２０Ｂも同様である。すなわち、各色の液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂは本発明の光変調デバイスに相当する。

クロスダイクロイックプリズム１３０は、各色の液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂから射出された各色の画像光を合成する色光合成光学系としての機能を有しており、合成した画像光を第１の投写光学系１４０に導く。

第１の投写光学系（「投写レンズ」とも呼ばれる。）１４０は、クロスダイクロイックプリズム１３０から射出された画像光を結像させて中間像を形成する機能を有している。この第１の投写光学系１４０は本発明の中間像結像光学系に相当する。

第２の投写光学系１５０は、中間像形成面ＩＰＳ上に形成された中間像から射出された画像光をスクリーンＳＣ上で結像させる機能を有している。この第２の投写光学系１５０は本発明の結像光学系に相当する。

なお、光変調デバイスである液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム１３０、および、第１の投写光学系１４０が、本実施例における本発明の中間像形成部に相当する。

２つの拡散素子１６０，１７０は、例えば、透過型の拡散板により構成される。

図２は、２つの拡散素子１６０，１７０の配置について示す説明図である。図２（Ａ）は２つの拡散素子１６０，１７０の配置を光の進行方向に沿って示す平面図であり、図２（Ｂ）は第２の投写光学系１５０側から見た正面図である。

図２（Ａ）に示すように、第１の拡散素子１６０は、拡散面１６２が中間像形成面ＩＰＳに一致するように固定配置されている。なお、中間像形成面ＩＰＳに一致する位置には、中間像形成面ＩＰＳの近傍位置、すなわち、中間像形成面ＩＰＳを基準とする第１の投写光学系１４０の焦点深度内にある位置も含まれる。

また、第２の拡散素子１７０は、拡散面１７２が中間像形成面ＩＰＳよりも第１の投写光学系１４０側にずれた位置に配置されている。より具体的には、第２の投写光学系１５０の物点側の焦点位置に相当する中間像形成面ＩＰＳを基準とする焦点深度外であって、第１の拡散素子１６０側に極力近い位置に、その拡散面１７２が第１の拡散素子１６０の拡散面１６２に対向するように配置されている。

第２の拡散素子１７０は、図２（Ａ）に示すように、回転駆動部１８０の回転軸１８２に接続されており、図２（Ｂ）に示すように、回転駆動部１８０が回転軸１８２を回転させることにより、第２の拡散素子１７０の拡散面１７２が拡散面内において回転する。この回転によって、第１の投写光学系１４０から射出される画像光が通過する拡散面１７２内の位置が変化し、第２の拡散素子１７０を通過する画像光の拡散性が時間的に変化し続けることになる。これにより、スクリーンＳＣ上の投写画像に発生するスペックルパターンが時々刻々と変化するため、スペックルが時間的に平滑化されて均一化されることにより、レーザ光の可干渉性に起因して発生するスペックルを低減することが可能となる。ただし、時々刻々と変化するスペックルパターンを時間的に平滑化して均一化するためには、第２の拡散素子１７０の回転速度を人間の目の応答速度よりも高速に設定することが好ましい。なお、回転駆動部１８０が本実施例における本発明の拡散面揺動部に相当し、第２の拡散素子１７０および回転駆動部１８０が本実施例における本発明の拡散性変動部に相当する。

ここで、上記したように、第２の拡散素子１７０の拡散面１７２は、第２の投写光学系１５０の焦点深度外に配置されている。このため、第２の拡散素子１７０の拡散面１７２上において、仮に、中間像が結像されたとしても、その中間像をスクリーンＳＣ上で結像しないため、投写画像に対してボケを発生させてしまう可能性は低い。

以上説明したように、本実施例のプロジェクタ１０Ａは、中間像形成面ＩＰＳに一致するように拡散面１６２を配置した第１の拡散素子１６０によって、中間像形成面ＩＰＳ上の中間像から射出される光の角度（拡散角度）の範囲を拡げるとともに、第２の拡散素子１７０の拡散面１７２を拡散面内で回転させることにより、拡散面１７２を通過する光の拡散性を時々刻々と変化させることができるので、投写画像に発生するスペックルを効果的に低減することが可能となる。また、第２の拡散素子１７０の配置位置は中間像形成面ＩＰＳからずれた位置であり、第２の拡散素子１７０を回転させても、従来例において問題となっていた投写画像のボケの発生を抑制することができる。

ところで、第２の投写光学系１５０から射出される画像光は、レーザ光を光源とするものであるため、その強度が人間の可視可能な強度範囲内であることが望ましい。このため、第２の投写光学系１５０から射出される画像光は、所望の強度範囲内となるように、拡散性を高めたほうが好ましい。一方、投写画像の明るさは、一般に明るいほうが望ましい。

このため、第１の拡散素子１６０は、第２の投写光学系１５０から射出される画像光の強度が所望の強度範囲内となるように、できるだけ拡散性（拡散角度）を大きくする一方、投写画像を形成するための画像光の損失をできるだけ小さくするために、第２の投写光学系１５０として呑み込み角の大きい投写光学系、すなわち、Ｆナンバが小さく、かつ、入射瞳の口径が大きい投写光学系を用いることが好ましい。ただし、あまり拡散性を大きくしすぎると、投写光学系の製造が難しくなり、高額となる。したがって、第１の拡散素子１６０の拡散性は、スクリーンＳＣ上に投写画像を結像するために第２の投写光学系１５０から射出される画像光の損失の低減と、第２の投写光学系１５０から射出される画像光の強度の低減との相反する関係のバランスや、利用可能な投写光学系のＦナンバおよびレンズ口径等を考慮しつつ、可能な限り大きくすることが好ましい。

なお、一般的な拡散板では、入射する光の角度に対して射出する光の角度（拡散角度）の範囲を所望の範囲に設定することが困難であるため、この要望を満たす拡散素子として、例えば、ホログラムや回折格子を利用した拡散素子を用いることが好ましい。このような拡散素子を用いれば、射出する光の拡散角度の範囲を所望の範囲に設定することが可能であり、第２の投写光学系１５０から射出される画像光の損失の低減と、第２の投写光学系１５０から射出される画像光の強度の低減とのバランスや、利用可能な投写光学系のＦナンバや口径等の種々の条件を考慮した構成が実現可能となる。

また、第１の拡散素子１６０として用いられる拡散板は、拡散面１６２を構成する拡散粒子やホログラム、回折格子の大きさが、中間像形成面ＩＰＳ上に結像される中間像の画素の大きさよりも小さいことが好ましい。このようにすれば、中間像の各画素から射出される光を効果的に拡散することが可能である。

一方、第２の拡散素子１７０の目的は、第１の投写光学系１４０から射出された画像光が通過する拡散面の拡散性を時間的に変化させて、発生するスペックルパターンを時間的に重畳して均一化することにあるため、第２の拡散素子１７０の拡散面１７２における拡散性は時間的に変化すればよく、その大きさは第１の拡散素子１６０の拡散性よりも小さくてよい。逆に、第１の拡散素子１６０の拡散性よりも大きくすると、光の損失を招く可能性がある。したがって、第２の拡散素子１７０は、第１の拡散素子１６０の拡散性よりも小さい拡散性を有するものであればよい。例えば、アンチグレアフィルムを用いた拡散板やランダム位相板等を用いることができる。

なお、第１の拡散素子１６０は省略することも可能であるが、スペックルをより効果的に低減しつつ、従来技術において問題となっていた投写画像のボケの発生を抑制するため、および、第２の投写光学系１５０から射出される画像光を所望の強度範囲内とするためには、第１の拡散素子１６０を省略しないほうが望ましい。

また、第１の投写光学系１４０の投写倍率は、装置の小型化を考慮して２倍以下とすることが好ましく、第２の投写光学系１５０の投写倍率よりも小さくすることが好ましい。また、第１の投写光学系１４０のＦナンバは、構成するレンズ枚数の低減および製造コストの低減を考慮すれば、第２の投写光学系１５０のＦナンバよりも大きく、小型なものを用いることが好ましい。

また、上記実施例のプロジェクタ１０Ａでは、光変調デバイスとして透過型の液晶デバイスを用いた液晶ライトバルブを例に説明したが、反射型の液晶デバイスを用いた液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（「ＤＭＤ」と呼ばれる。テキサスインスツルメント社の商標）等の種々の光変調デバイスを用いることができる。

また、上記実施例のプロジェクタ１０Ａは、第２の拡散素子１７０を拡散面内で回転させる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、拡散面振動部を備えて、拡散面内のいずれかの方向で振動させる構成等、拡散面揺動部を備えて、第２の拡散素子を拡散面に沿った方向で揺動させる構成とすればよい。ただし、振動では、振動方向が切り換わる際に、拡散性の変動が一旦停止する期間が発生するため、回転のほうがスペックルの低減には有利である。

また、上記実施例のプロジェクタ１０Ａでは、第２の拡散素子１７０の配置位置を第２の投写光学系１５０の焦点深度外であって、第１の拡散素子１６０の入射側の近傍に配置する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、第２の投写光学系１５０の焦点深度外であって、光変調デバイスである各色の青色液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂから第１の拡散素子１６０までの光の経路のいずれかの位置に配置されていてもよい。また、第１の拡散素子１６０の入射側に限定されるものではなく、第２の投写光学系１５０の焦点深度外であって、第２の投写光学系１５０までの光の経路のいずれかの位置に配置されていてもよい。ただし、可能な限り、第１の拡散素子１６０に近い位置に配置するほうが、スペックルを低減する効果が高い。また、第１の投写レンズ１４０内にある瞳の位置に第２の拡散素子１７０を配置するようにしてもよい。

Ｂ．第２実施例：
図３は、本発明の第２実施例としてのプロジェクタ１０Ｂの概略構成を示す説明図である。このプロジェクタ１０Ｂは、第１実施例のプロジェクタ１０Ａ（図１）の第２の拡散素子１７０および回転駆動部１８０で構成される拡散性変動部を、位相制御デバイス２１０および位相制御デバイス２１０の動作を制御する位相制御デバイス駆動部２２０で構成される拡散性変動部に置き換えた点を除いて、第１実施例のプロジェクタ１０Ａの構成と同じである。そこで、以下では、構成の異なる位相制御デバイス２１０およびその位相制御デバイス駆動部２２０について説明を加えることとする。

図４は、位相制御デバイス２１０の位相制御面２１２を拡大して示す説明図である。位相制御デバイス２１０は、拡散面に相当する位相制御面２１２がその面方向に沿って複数の領域に区分されている。図の例は、位相制御面２１２が６行８列のマトリクス状の領域Ａ１１〜Ａ６８に区分されている例を示している。ただし、区分領域の数は、図示および説明を容易にするための例示であって、これに限定されるものではない。各領域Ａ１１〜Ａ６８の図示しない電極には、それぞれ、位相制御デバイス駆動部２２０において生成される制御電圧Ｖ１１〜Ｖ６８が印加される。各領域Ａ１１〜Ａ６８は、印加された制御電圧Ｖ１１〜Ｖ６８の大きさに応じて、通過する光の位相を制御することができる。このような位相制御デバイスとしては、例えば、液晶デバイスや透明圧電デバイス等を用いることができる。

ここで、各領域Ａ１１〜Ａ６８に印加する制御電圧Ｖ１１〜Ｖ６８の値をそれぞれランダムに時間的に変化させることにより、各領域の位相特性を時間的にランダムに変化させることができ、この結果として、拡散面としての位相制御面２１２から射出される光の拡散性を時間的に変化させることが可能である。これにより、第１実施例で説明した第２の拡散素子を拡散面に沿った方向で揺動させた場合と同様の効果を得ることができる。この結果、位相制御デバイス２１０を通過する第１の投写光学系１４０から射出された画像光（図中クロスハッチで示す。）の拡散性を時々刻々と変化させて、投写画像に発生するスペックルを効果的に低減することができる。また、位相制御デバイス２１０および第１の拡散素子１６０は固定されているので、従来例において問題となっていた投写画像のボケを発生させることはない。

なお、本実施例においても、第１実施例において説明した第１および第２の拡散面における拡散性に関する制限や、第１および第２の投写光学系に関する制限は、同様に適用される。

Ｃ．第３実施例：
図５は、本発明の第３実施例としてのプロジェクタ１０Ｃの概略構成を示す説明図である。このプロジェクタ１０Ｃは、第１実施例のプロジェクタ１０Ａ（図１）のＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応する、レーザ光照明装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ、および、液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１３０を、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応するレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣと、２次元スキャナ２３０とに置き換えた構成を有しており、その他の、第１の投写光学系１４０、第２の拡散素子１７０、第１の拡散素子１６０、および、第２の投写光学系１５０の構成は同じである。なお、第２の投写光学系１５０は図示を省略している。

このプロジェクタ１０Ｃは、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応するレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣから射出された各色の略平行なレーザ光が、２次元スキャナ２３０によって、水平方向および垂直方向の２次元方向に高速に走査され、２次元方向に走査された各レーザ光が、それぞれ、第１の投写光学系１４０によって、第１の拡散素子１６０の拡散面１６２に対応する中間像形成面ＩＰＳ上で結像されて、中間像形成面ＩＰＳ上に中間像が形成されるものである。すなわち、本実施例のプロジェクタ１０Ｃは、走査型の中間像形成部を用いた構成のプロジェクタである。

なお、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色のレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣには変調回路２５０が接続されており、この変調回路２５０は、図示しない制御回路から供給される画像情報に応じて、各色のレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣが発するレーザ光の強度を変調する。これにより、中間像形成面ＩＰＳ上で結像される中間像は、画像情報に応じた画像となる。

また、２次元スキャナ２３０は、２次元スキャナの走査方向を制御する制御回路２４０によって制御される。

なお、２次元スキャナ２３０としては、例えば、１つのミラーを２次元方向に振動させることができるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラーデバイスを用いることにより実現できる。また、１次元のＭＥＭＳミラーデバイスを２つ組み合わせて構成することも可能である。

本実施例のプロジェクタ１０Ｃのように走査型の中間像形成部を用いた構成のプロジェクタにおいても、第１実施例のプロジェクタ１０Ａと同様に、投写画像のボケを抑制しつつ投写画像に発生するスペックルを効果的に低減することができる。

なお、本実施例のプロジェクタ１０Ｃは、第１実施例のプロジェクタ１０ＡのＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応する、レーザ光照明装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ、および、液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１３０を、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応するレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣと、２次元スキャナ２３０とに置き換えた構成を例に説明したが、第２実施例のプロジェクタ１０ＢのＲ，Ｇ，Ｂ各色に対応する、レーザ光照明装置１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ、および、液晶ライトバルブ１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１３０を、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色に対応するレーザ光源装置１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣと、２次元スキャナ２３０とに置き換えることも可能である。

また、本実施例のプロジェクタ１０Ｃは、２次元スキャナによる走査型の中間像形成部を用いたプロジェクタを例に説明したが、走査方向に垂直な方向に並ぶ１列の画素を有する光変調デバイスと、１次元スキャナによる走査型の中間像形成部を用いることも可能である。

また、本実施例においても、第１実施例において説明した第１および第２の拡散面における拡散性に関する制限や、第１および第２の投写光学系に関する制限は、同様に適用される。ただし、第２の拡散素子の配置位置に関する制限のうち、第１の拡散素子１６０の入射側に配置する場合の制限に関しては、第２の投写光学系１５０の焦点深度外であって、２次元スキャナ２３０から第１の拡散素子１６０までの光の経路のいずれかの位置に制限される。

Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態において実施することが可能である。

例えば、上記実施例では、第１の拡散素子１６０として、通過する光の角度を拡げる透過型の拡散素子を例に説明したが、反射する光の角度を拡げる反射型の拡散素子を用いる構成としてもよい。

また、上記実施例では、可干渉性を有する光としてレーザ光を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤの発光光等、可干渉性を有する光を用いる場合にも本発明を適用可能である。

本発明の第１実施例としてのプロジェクタ１０Ａの概略構成を示す説明図である。 ２つの拡散素子１６０，１７０の配置について示す説明図である。 本発明の第２実施例としてのプロジェクタ１０Ｂの概略構成を示す説明図である。 位相制御デバイス２１０の位相制御面２１２を拡大して示す説明図である。 本発明の第３実施例としてのプロジェクタ１０Ｃの概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…プロジェクタ
１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ…レーザ光照明装置
１１０ＲＣ，１１０ＧＣ，１１０ＢＣ…レーザ光源装置
１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂ…インテグレータ光学系
１１３Ｒ，１１３Ｇ．１１３Ｂ…フィールドレンズ
１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂ…液晶ライトバルブ
１３０…クロスダイクロイックプリズム
１４０…第１の投写光学系
１５０…第２の投写光学系
１６０…第１の拡散素子
１６２…拡散面
１７０…第２の拡散素子
１７２…拡散面
１８０…回転駆動部
１８２…回転軸
２１０…位相制御デバイス
２１２…位相制御面
２２０…制御回路
２４０…制御回路
２５０…変調回路
ＳＣ…スクリーン
ＩＰＳ…中間像形成面

Claims (11)

1. 表示面上に画像を投写する画像表示装置であって、
   可干渉性を有する光を発する光源と、
   中間像結像光学系を含み、前記光源からの光を用いた前記画像を表す光を、前記中間像結像光学系によって結像させて、中間像形成面上に中間像を形成する中間像形成部と、
   前記中間像からの光を、前記表示面上に結像させる結像光学系と、
   前記中間像形成面を基準とする前記中間像結像光学系の焦点深度内に配置された第１の拡散面を構成する拡散素子と、
   前記中間像形成面からずれた位置であって、前記中間像形成部内を含む前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路のいずれかの位置に第２の拡散面を有し、前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる拡散性変動部と、
   を備え、
   前記拡散性変動部は、
   前記第２の拡散面に対応し、前記第２の拡散面に沿って複数の領域に区分された位相制御面を有する位相制御デバイスと、
   各領域から射出される光の位相特性を変化させることにより、前記位相制御面としての前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる位相制御デバイス駆動部と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置であって、
   前記拡散素子および前記位相制御デバイスは固定されていることを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１記載の画像表示装置であって、
   前記位相制御デバイス駆動部は、
   前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに変化する電圧を前記駆動電圧として印加して、前記領域ごとに、それぞれ、ランダムに位相特性を変化させることにより、前記位相制御面としての前記第２の拡散面に沿った面内における拡散性を時間的に変化させる
   ことを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置であって、
   前記中間像形成部は、前記光源からの光を前記画像に応じて変調することにより前記画像を表す光を射出する光変調デバイスを備え、
   前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記光変調デバイスから前記結像光学系までの光の経路である
   ことを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置であって、
   前記中間像形成部は、前記光源からの光に基づく前記画像を表す光を走査する走査デバイスを備え、
   前記中間像形成部から前記結像光学系までの光の経路は、前記走査デバイスから前記結像光学系までの光の経路である
   ことを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像表示装置であって、
   前記中間像結像光学系はテレセントリック光学系であることを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像表示装置であって、
   前記第２の拡散面は、前記中間像形成面を中心とする前記結像光学系の焦点深度の外側の近傍位置に配置されることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項６記載の画像表示装置であって、
   前記第２の拡散面は、前記中間像結像光学系内の瞳の位置に配置されることを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の画像表示装置であって、
   前記第１の拡散面を構成する拡散素子の拡散粒子サイズは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像表示装置であって、
    前記第１の拡散面を構成する拡散素子は、射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子により構成されることを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項１０記載の画像表示装置であって、
    前記射出する光の拡がりの角度を所望の角度範囲に設定可能な拡散素子はホログラムを利用した拡散素子であり、前記ホログラムの凹凸ピッチは、前記中間像の画素の大きさよりも小さいことを特徴とする画像表示装置。

Images