照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置
【課題】光源にレーザ素子１Ｂ，１Ｇ，１Ｒを用いた場合に発生するスペックルノイズを簡易な構成により低減することができる照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置を提供する。
【解決手段】レーザ素子１Ｂ，１Ｇ，１Ｒから射出するレーザ光を合成して得た光束が入射した際に反射する反射面３Ａを有する回転反射ミラー３と、反射面３Ａに対して反射面３Ａから所定の角度傾斜して接続された回転軸７Ａを有し、回転反射ミラー３を回転駆動するモータ７と、反射面３Ａで反射してレーザ光の光束の集光する集光レンズ４と、集光レンズ４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射したレーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度を均一化し射出するライトトンネル５と、を備えている。
【解決手段】レーザ素子１Ｂ，１Ｇ，１Ｒから射出するレーザ光を合成して得た光束が入射した際に反射する反射面３Ａを有する回転反射ミラー３と、反射面３Ａに対して反射面３Ａから所定の角度傾斜して接続された回転軸７Ａを有し、回転反射ミラー３を回転駆動するモータ７と、反射面３Ａで反射してレーザ光の光束の集光する集光レンズ４と、集光レンズ４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射したレーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度を均一化し射出するライトトンネル５と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザ素子を用いた場合に発生するスペックルノイズ(Speckle Noise)を低減し、投射画像の全面に亘り均一な光量を有する照明光を照射することができる照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の投影画像表示装置のブロック図、図１０は従来の投影画像表示装置に用いる錐体プリズムを示す図である。
【０００３】
図９に示すように、レーザ素子３１R，３１G，３１Bは、三原色の各色波長に対応したレーザ光を射出する。射出したレーザ光はコリメータレンズ３２R，３２G，３２Bにて平行光束とされ、ダイクロイックミラー３３R，３３G，３３Bで各光束の光軸が光軸Ｌ0と一致した１の光束として円錐プリズム３４に入射される。円錐プリズム３４に入射された光束は、円錐プリズム３４の側面で全反射された後、ライトトンネル３６に入射される。
【０００４】
入射された光束は、ライトトンネル３６を通過することによって、光束の強度分布が均一化されて射出される。即ち、入射時には１のスポット光(光点)であった光束は、マトリクス状の多数の光点を有する光束となって射出される。ライトトンネル３６から射出し強度分布が均一化されたこの光束は、リレーレンズ部３７、ミラー３８を介して、光変調素子３９に入射し、ここで投影すべき画像信号により光変調され光学画像として射出する。
【０００５】
こうして、光変調された光学画像は、投影レンズ４０で所要拡大された後、スクリーン３０上に投影される。
【０００６】
前記した円錐プリズム３４は、駆動部３５で光軸Ｌ0と平行に振動されるので、これに応じて、ライトトンネル３６に入射される光束の光路は変化する。この結果、ライトトンネル３６から射出する光束は、マトリクス状の多数の光点の周囲が淡く明るくなるために、こうした光束を用いて画像信号を光変調すると、スクリーン３０上に投影される光学画像に生じるスペックルノイズを低減することができる。図９中、３１ａはレーザ制御部、３５ａは駆動制御部、３９ａは光変調素子制御部、４１はバスである。
【０００７】
前記した円錐プリズム３４の替わりに錐体プリズム５０(図１０)を用いることができる。錐体プリズム５０を用いると、円錐プリズム３４のときよりもライトトンネル３６に入射される光束の光路をさらに大きく変化させることができる。この結果、ライトトンネル３６から射出する光束は、マトリクス状の多数の光点の周囲をさらに明るくすることができる。このために、こうした光束を用いて画像信号を光変調すると、スクリーン３０上に投影される光学画像に生じるスペックルノイズをさらに低減することができる。図１０中、５１ａ，５２ａは分割円錐部、５１ｂ，５２ｂは分割円柱部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１６９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、従来の投影画像表示装置を構成する円錐プリズム３４（図９）又は錐体プリズム５０（図１０）を用い、これらプリズムを駆動部３５で光軸Ｌ0と平行に振動することにより、ライトトンネル３６から射出される光束を用いて投影すべき画像信号を光変調して得た光学画像をスクリーン３０上に拡大投影しても、この投影画像に生じるスペックルノイズを低減することができる。
【００１０】
しかしながら、このスペックルノイズ低減の手法を採用するためには、前記した如くの円錐プリズムや錐体プリズムといった特殊光学部品を新たに作成する必要があるから、製品価格の上昇を招く課題があった。
【００１１】
更に、円錐プリズムや錐体プリズムといったスペックルノイズ低減のための光学部品を用いるため、投影画像表示装置の構成が複雑化し、投影画像表示装置を小型化することが困難であるという課題があった。
【００１２】
そこで本発明は、上記した問題を解決するべく創案されたものであり、ライトトンネルに入射される光束を簡易な構成により１のスポット光ではなくすることにより、大画面スクリーン上に高精細画像を拡大投影してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができる。この結果、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を再現することができる。更に、このために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を抑えることができる照明装置及びそれを用いた投影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】
【００１３】
そこで本実施形態では、上記した課題を解決するために、下記する（１）〜（４）の構成を有する照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置を提供する。
【００１４】
（１） レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する反射面３Ａを有する反射手段３と、
前記反射手段３に対して前記反射面３Ａに直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸７Ａを有し、前記反射手段３を回転させる回転駆動手段７と、
前記反射手段３において反射したレーザ光の光束を集光する集光手段４と、
前記集光手段４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段５と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【００１５】
（２） レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する第１の反射面８Ａを有する第１の反射手段８と、
前記第１の反射手段８において反射した前記レーザ光の光束を反射する第２の反射面１０Ａ，１１Ａを有する第２の反射手段１０，１１と、
前記第２の反射手段１０，１１において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段４と、
前記集光手段４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段５と、
を備え、
前記第１または第２の反射手段８，１０，１１の内の少なくとも一方の反射手段は、前記第１または第２の反射手段８，１０，１１に対して前記第１または第２の反射面８Ａ，１０Ａ，１１Ａに直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸９Ａ，１２Ａを有し、前記第１または第２の反射手段８，１０，１１を回転させる回転駆動手段９，１２を備えることを特徴とする照明装置。
【００１６】
（３） 前記レーザ光源は、それぞれ波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂであることを特徴とする（１）または（２）に記載の照明装置。
【００１７】
（４） （１）乃至（３）いずれかに記載の照明装置と、
前記光強度均一化手段５から射出した前記レーザ光の光束を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、光学画像として射出する光変調手段２０と、
前記光変調手段から出射された前記光学画像を拡大して投影する投影手段２１と、
を備えることを特徴とする投影画像表示装置ＤＤ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光強度均一化手段に入射される光束を簡易な構成により１のスポット光ではなくすることにより、大画面スクリーン上に高精細画像を拡大投影してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができる。この結果、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を得ることができる。更に、このために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を抑えることができる照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の照明装置の第１実施の形態を説明するためのブロック図
【図２】本発明の照明装置の第２実施の形態を説明するためのブロック図
【図３】本発明の照明装置の第３実施の形態を説明するためのブロック図
【図４】本発明の投影画像表示装置の実施の形態を説明するためのブロック図
【図５】ライトトンネル射出側に現われる瞳像を示す図であり、同図（Ａ）は回転反射ミラーを回転しない場合に得られる瞳像、同図（Ｂ）は回転反射ミラーを回転した場合に得られる瞳像を示す図
【図６】図５に示す瞳像を得るための条件を説明するための図
【図７】回転反射ミラーとモータの回転軸との接続関係を説明するための図
【図８】ライトトンネル入射面に入射する光スポット像を説明するための図
【図９】従来の投影画像表示装置のブロック図
【図１０】従来の投影画像表示装置に用いる錐体プリズムを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態１〜４を、図１〜図８を用いて説明する。
図１〜図４及び図６〜図８については、同一構成部分には同一符号を付している。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１である照明装置ＡＡの特徴は、ライトトンネル５直前の光路上に設置される反射ミラーとして、１の回転反射ミラー３を備えた構成を有していることである。
【００２２】
具体的には、照明装置ＡＡは、図１に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bはそれぞれ赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂへ射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂは入射したそれぞれのレーザ光を１の光束に合成して白色の光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色の光束は、その反射面３Ａが傾いた状態で回転する回転反射ミラー３の反射面３Ａに向けて射出される。
【００２３】
この回転反射ミラー３を傾いた状態で回転駆動するモータ７は、回転反射ミラー３の反射面３Ａに接続する回転軸７Ａを備えている。モータ７の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー３は、スペックル低減用ミラーとして用いられる。
【００２４】
反射面３Ａと回転軸７Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面３Ａ上の「ミラー法線」と回転軸７Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度αをもって、反射面３Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００２５】
因みに、図７に示すように、回転軸７Ａの回転軸方向である「回転軸」と、「入射光線」である入射光束とが成す角度をθとすると、「反射光線」は、「入射光線」と角度2θを成す反射方向を中心として回転する（同図中「反射光線の回転中心」）。例えば、θ＝45°であれば、「入射光線」と90°を成す方向を中心として、「反射光線」回転することになる。「反射光線」の光軸の回転方向は、モータ７の回転方向に対応しており、特に限定されることはない。「回転軸」は、「反射光線の回転中心」が集光レンズ４、ライトトンネル５、リレーレンズ６などの光学系を結んだ光軸上に位置するように配置する。
【００２６】
こうして、角度θは、前記した集光レンズ４、ライトトンネル５、リレーレンズ６などの光学系をどの方向に配置するかに応じて決まる。また、角度αは、「反射光線」の軌跡が描く円周の径をどのくらいの大きさにするかによって決まる。例えば、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが成す角度を45°として、「ミラーの法線」を「回転軸」と異なる角度に設定することが可能である。また、「入射光線」の光軸と「ミラーの法線」が成す角度を45°として、「回転軸」を「ミラーの法線」と異なる角度に設定することが可能である。
【００２７】
さて、図１に戻り、光束が入射する反射面３Ａ上の法線と駆動軸７Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって、傾いた状態で回転している前記した反射面３Ａに入射する光束は、反射面３Ａにて集光レンズ４側へ円弧状光跡を有する円弧状光束として全反射される。集光レンズ４は反射面３Ａからの円弧状光束をライトトンネル５へ向けて集光する。この集光された円弧状光束は、ライトトンネル５に入射して、ライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度が均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略均一な照明光として出力される。図１中Ｐは、リレーレンズ６を介してライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する位置を示している。
【００２８】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー３の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００２９】
即ち、回転反射ミラー３を回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー３を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００３０】
これに対して、回転反射ミラー３を回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出する光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の円弧状の光跡が得られるものとなる。この場合、図５（Ａ）に示した瞳像に比較して明暗の差が格段に縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。なお、この円弧状光跡の径は、回転角度範囲αに応じて定まる。
【００３１】
ここで、図６を用いて、瞳像（図５）の撮影条件について、記しておく。
ライトトンネル５の開口幅（ａ）：4mm
集光レンズ４の曲率半径：10mm
集光レンズ４の厚み（ｂ）：5mm
回転反射ミラー３の反射面３Ａと集光レンズ４間距離（ｃ）：10mm
集光レンズ４とライトトンネル５間距離（ｄ）：10mm
反射面３Ａ上の法線と回転軸７Ａとの成す角度(α)：4度
【００３２】
こうして、照明装置ＡＡは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー３とミラー7とによる簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＡＡを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００３３】
この実施の形態では、回転反射ミラー３に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面３Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面３Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２である照明装置ＢＢの特徴は、ライトトンネル５に至るまでの光路上に設置される反射ミラーとして、１の回転反射ミラー９と１の回転しない反射ミラー１０とを備えた構成を有していることである。
【００３５】
具体的には、照明装置ＢＢは、図２に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bは赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂに向けて射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂはそれぞれ入射するこれらのレーザ光を１の光束に合成し、白色光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色光束は、その反射面８Ａが傾いた状態で回転する回転する回転反射ミラー８へ向けて射出される。
【００３６】
この回転反射ミラー８を傾いた状態で回転駆動するモータ９は、回転反射ミラー８の反射面８Ａに接続する回転軸９Ａを備えている。モータ９の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー8は、スペックル低減用ミラーとして用いられる。反射面８Ａと回転軸９Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面８Ａ上の「ミラー法線」と回転軸９Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面８Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００３７】
光束が入射する反射面８Ａ上の法線と駆動軸９Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって、傾いた状態で回転している反射面８Ａに入射する光束は、反射ミラー１０の反射面１０Ａ方向へ円弧状光束として全反射される。この反射面１０Ａは反射面８Ａから射出した光束を集光レンズ４方向へ全反射する。集光レンズ４は反射面１０Ａから射出した円弧状光跡の光束をライトトンネル５へ向けて集光する。この集光された円弧状光束は、ライトトンネル５に入射してライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度が均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略均一な照明光として出力される。図２中Ｐは、ライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する撮影位置を示す。
【００３８】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー８の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００３９】
即ち、回転反射ミラー８を回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー８を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００４０】
これに対して、回転反射ミラー８を回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出する光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の円弧状の光跡が得られるものとなる。この場合、図５（Ａ）に示した瞳像に比較して明暗の差が格段に縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。この円弧状光跡の径は、回転角度範囲αに応じて定まる。
【００４１】
こうして、照明装置ＢＢは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー８とミラー１０とによる簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＢＢを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００４２】
この実施の形態では、回転反射ミラー８に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面８Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面８Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３である照明装置ＣＣの特徴は、ライトトンネル５に至るまでの光路上に設置される反射ミラーとして、２の回転反射ミラー９，１１を備えた構成を有していることである。
【００４４】
具体的には、照明装置ＣＣは、図３に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bは赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂに向けて射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂはそれぞれ入射するこれらのレーザ光を１の光束に合成し、白色光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色光束は、その反射面８Ａが傾いた状態で回転する回転する回転反射ミラー８へ向けて射出する。
【００４５】
この回転反射ミラー８を傾いた状態で回転駆動するモータ９は、回転反射ミラー８の反射面８Ａに接続する回転軸９Ａを備えている。モータ９の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー8は、第1のスペックル低減用ミラーとして用いられる。
反射面８Ａと回転軸９Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面８Ａ上の「ミラー法線」と回転軸９Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面８Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００４６】
光束が入射する反射面８Ａ上の法線と駆動軸９Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって傾いた状態で回転している反射面８Ａに入射する光束は、円弧状光束として回転反射ミラー１１に向けて射出される。
【００４７】
この回転反射ミラー１１を傾いた状態で回転駆動するモータ１２は、回転反射ミラー１１の反射面１１Ａに接続する回転軸１２Ａを備えている。モータ１２の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー１１は、第２のスペックル低減用ミラーである。反射面１１Ａと回転軸１２Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面１１Ａ上の「ミラー法線」と回転軸１２Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面１１Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００４８】
反射ミラー１１に入射した円弧状光束は、光束が入射する反射面１１Ａ上の法線と駆動軸１２Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲α１をもって、傾いた状態で回転している反射面１１Ａに入射する光束は、反射面１１Ａで反射され、集光レンズ４方向へ入射時より幅広の円弧状光束として射出される。
【００４９】
ここでは、モータ９の回転数とモータ１１の回転数とが同一であり、かつ、回転角度範囲αと回転角度範囲α１とが同一である場合について述べるが、適宜必要に応じて、モータ９，１２の各回転数を異なるものに変更し、あるいは回転角度範囲α，α１を異なるものに変更しても良い。このことによって、円弧状の光跡の幅を任意に調整したり、あるいは、この光跡の光度を上げることができる。
【００５０】
集光レンズ４は反射面１１Ａから射出した幅広の円弧状光束は、ライトトンネル５に入射してライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度がより均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略全面均一な照明光として出力される。図３中Ｐは、ライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する撮影位置を示す。
【００５１】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（B），（C） に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B），（C）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー８，１１の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００５２】
即ち、回転反射ミラー８，１１がいずれも回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー３を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００５３】
また、回転反射ミラー８又は１１のいずれかが回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の幅狭の円弧状の光跡が得られるので、図５（Ａ）に示した瞳像よりも格段に明暗の差が縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。
【００５４】
さらに、回転反射ミラー８，１１がともに回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｃ）に示すように、回転反射ミラー８又は１１のいずれかが回転する場合に比べ幅広の円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示す円弧状の光跡よりも一段と幅が広い円弧状の光跡が得られるので、図５（Ｂ）に示した瞳像よりも格段に明暗の差が縮まるため、更に光強度分布が均一な照明光を生成することができる。
【００５５】
こうして、照明装置ＣＣは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー８，１１による簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＣＣを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００５６】
この実施の形態では、回転反射ミラー８，１１に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面８Ａ，１１Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面８Ａ，１１Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５７】
上記した実施の形態１乃至実施の形態３に記載された光源は、赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を発生するレーザ素子１R、１G，１Bであったが、白色光を発生する１のレーザ光源であっても良いことは言うまでもない。
【００５８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４である投影画像表示装置ＤＤの特徴は、本装置の光源として前述した照明装置ＡＡを有していることである。具体的には、投影画像表示装置ＤＤは、図４に示すように、照明装置ＡＡ(図１)と、この照明装置ＡＡの次段に、光変調素子２０、投射レンズ２１、スクリーン２２が順次配列されて成る。
【００５９】
前述したように、照明装置ＡＡのライトトンネル５から射出されたこのマトリクス状の多数の円弧状光束からなる照明光は、リレーレンズ６を介して、全面均一な光量を有する面発光の照明光として出力される。
【００６０】
ライトトンネル５から射出された照明光は、リレーレンズ６を経て、光変調素子２０に入射される。光変調素子２０は、リレーレンズ６から入射した照明光を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、得られた光学画像を投射レンズ２１側へ射出する。投射レンズ２１は、光変調素子２０から射出される光学画像を所要の倍率で拡大してスクリーン２２上に投射する。
【００６１】
こうして、投影画像表示装置ＤＤは、照明装置ＡＡから射出する、全面均一な光量を有する面発光の照明光を用いて、投影画像を光変調することができるので、スクリーン２２が大型のスクリーンでありかつ高精細画像を投射してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができるから、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を得ることができる。またまた、簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＤＤを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招くことがない利点がある。
【００６２】
前述したものは、投影画像表示装置ＤＤの光源として照明装置ＡＡを用いた場合について説明をおこなったが、本発明の投影画像表示装置はこれに限ることなく、表示装置の光源として照明装置ＢＢあるいは照明装置ＣＣを用いることができ、その場合に、照明装置ＢＢあるいは照明装置ＣＣの利点が投影画像表示装置の性能改善に大きく寄与することは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ レーザ素子（レーザ光源）
３，８，１１ 回転反射ミラー（反射手段、第１，第２反射手段）
３Ａ，８Ａ，１０Ａ，１１Ａ 反射面（第１，第２反射面）
４ 集光レンズ（集光手段）
５ ライトトンネル（光強度均一化手段）
７，９，１２ モータ（回転駆動手段）
７Ａ，９Ａ，１２Ａ 回転軸（回転駆動軸）
１０ 反射ミラー（第２反射手段）
２０ 光変調素子（光変調手段）
２１ 投射レンズ（投影手段）
ＤＤ 投影画像表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザ素子を用いた場合に発生するスペックルノイズ(Speckle Noise)を低減し、投射画像の全面に亘り均一な光量を有する照明光を照射することができる照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は従来の投影画像表示装置のブロック図、図１０は従来の投影画像表示装置に用いる錐体プリズムを示す図である。
【０００３】
図９に示すように、レーザ素子３１R，３１G，３１Bは、三原色の各色波長に対応したレーザ光を射出する。射出したレーザ光はコリメータレンズ３２R，３２G，３２Bにて平行光束とされ、ダイクロイックミラー３３R，３３G，３３Bで各光束の光軸が光軸Ｌ0と一致した１の光束として円錐プリズム３４に入射される。円錐プリズム３４に入射された光束は、円錐プリズム３４の側面で全反射された後、ライトトンネル３６に入射される。
【０００４】
入射された光束は、ライトトンネル３６を通過することによって、光束の強度分布が均一化されて射出される。即ち、入射時には１のスポット光(光点)であった光束は、マトリクス状の多数の光点を有する光束となって射出される。ライトトンネル３６から射出し強度分布が均一化されたこの光束は、リレーレンズ部３７、ミラー３８を介して、光変調素子３９に入射し、ここで投影すべき画像信号により光変調され光学画像として射出する。
【０００５】
こうして、光変調された光学画像は、投影レンズ４０で所要拡大された後、スクリーン３０上に投影される。
【０００６】
前記した円錐プリズム３４は、駆動部３５で光軸Ｌ0と平行に振動されるので、これに応じて、ライトトンネル３６に入射される光束の光路は変化する。この結果、ライトトンネル３６から射出する光束は、マトリクス状の多数の光点の周囲が淡く明るくなるために、こうした光束を用いて画像信号を光変調すると、スクリーン３０上に投影される光学画像に生じるスペックルノイズを低減することができる。図９中、３１ａはレーザ制御部、３５ａは駆動制御部、３９ａは光変調素子制御部、４１はバスである。
【０００７】
前記した円錐プリズム３４の替わりに錐体プリズム５０(図１０)を用いることができる。錐体プリズム５０を用いると、円錐プリズム３４のときよりもライトトンネル３６に入射される光束の光路をさらに大きく変化させることができる。この結果、ライトトンネル３６から射出する光束は、マトリクス状の多数の光点の周囲をさらに明るくすることができる。このために、こうした光束を用いて画像信号を光変調すると、スクリーン３０上に投影される光学画像に生じるスペックルノイズをさらに低減することができる。図１０中、５１ａ，５２ａは分割円錐部、５１ｂ，５２ｂは分割円柱部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１６９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したように、従来の投影画像表示装置を構成する円錐プリズム３４（図９）又は錐体プリズム５０（図１０）を用い、これらプリズムを駆動部３５で光軸Ｌ0と平行に振動することにより、ライトトンネル３６から射出される光束を用いて投影すべき画像信号を光変調して得た光学画像をスクリーン３０上に拡大投影しても、この投影画像に生じるスペックルノイズを低減することができる。
【００１０】
しかしながら、このスペックルノイズ低減の手法を採用するためには、前記した如くの円錐プリズムや錐体プリズムといった特殊光学部品を新たに作成する必要があるから、製品価格の上昇を招く課題があった。
【００１１】
更に、円錐プリズムや錐体プリズムといったスペックルノイズ低減のための光学部品を用いるため、投影画像表示装置の構成が複雑化し、投影画像表示装置を小型化することが困難であるという課題があった。
【００１２】
そこで本発明は、上記した問題を解決するべく創案されたものであり、ライトトンネルに入射される光束を簡易な構成により１のスポット光ではなくすることにより、大画面スクリーン上に高精細画像を拡大投影してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができる。この結果、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を再現することができる。更に、このために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を抑えることができる照明装置及びそれを用いた投影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】
【００１３】
そこで本実施形態では、上記した課題を解決するために、下記する（１）〜（４）の構成を有する照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置を提供する。
【００１４】
（１） レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する反射面３Ａを有する反射手段３と、
前記反射手段３に対して前記反射面３Ａに直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸７Ａを有し、前記反射手段３を回転させる回転駆動手段７と、
前記反射手段３において反射したレーザ光の光束を集光する集光手段４と、
前記集光手段４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段５と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【００１５】
（２） レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する第１の反射面８Ａを有する第１の反射手段８と、
前記第１の反射手段８において反射した前記レーザ光の光束を反射する第２の反射面１０Ａ，１１Ａを有する第２の反射手段１０，１１と、
前記第２の反射手段１０，１１において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段４と、
前記集光手段４で集光されたレーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段５と、
を備え、
前記第１または第２の反射手段８，１０，１１の内の少なくとも一方の反射手段は、前記第１または第２の反射手段８，１０，１１に対して前記第１または第２の反射面８Ａ，１０Ａ，１１Ａに直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸９Ａ，１２Ａを有し、前記第１または第２の反射手段８，１０，１１を回転させる回転駆動手段９，１２を備えることを特徴とする照明装置。
【００１６】
（３） 前記レーザ光源は、それぞれ波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂであることを特徴とする（１）または（２）に記載の照明装置。
【００１７】
（４） （１）乃至（３）いずれかに記載の照明装置と、
前記光強度均一化手段５から射出した前記レーザ光の光束を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、光学画像として射出する光変調手段２０と、
前記光変調手段から出射された前記光学画像を拡大して投影する投影手段２１と、
を備えることを特徴とする投影画像表示装置ＤＤ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光強度均一化手段に入射される光束を簡易な構成により１のスポット光ではなくすることにより、大画面スクリーン上に高精細画像を拡大投影してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができる。この結果、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を得ることができる。更に、このために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を抑えることができる照明装置及びそれを用いた投影画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の照明装置の第１実施の形態を説明するためのブロック図
【図２】本発明の照明装置の第２実施の形態を説明するためのブロック図
【図３】本発明の照明装置の第３実施の形態を説明するためのブロック図
【図４】本発明の投影画像表示装置の実施の形態を説明するためのブロック図
【図５】ライトトンネル射出側に現われる瞳像を示す図であり、同図（Ａ）は回転反射ミラーを回転しない場合に得られる瞳像、同図（Ｂ）は回転反射ミラーを回転した場合に得られる瞳像を示す図
【図６】図５に示す瞳像を得るための条件を説明するための図
【図７】回転反射ミラーとモータの回転軸との接続関係を説明するための図
【図８】ライトトンネル入射面に入射する光スポット像を説明するための図
【図９】従来の投影画像表示装置のブロック図
【図１０】従来の投影画像表示装置に用いる錐体プリズムを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態１〜４を、図１〜図８を用いて説明する。
図１〜図４及び図６〜図８については、同一構成部分には同一符号を付している。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１である照明装置ＡＡの特徴は、ライトトンネル５直前の光路上に設置される反射ミラーとして、１の回転反射ミラー３を備えた構成を有していることである。
【００２２】
具体的には、照明装置ＡＡは、図１に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bはそれぞれ赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂへ射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂは入射したそれぞれのレーザ光を１の光束に合成して白色の光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色の光束は、その反射面３Ａが傾いた状態で回転する回転反射ミラー３の反射面３Ａに向けて射出される。
【００２３】
この回転反射ミラー３を傾いた状態で回転駆動するモータ７は、回転反射ミラー３の反射面３Ａに接続する回転軸７Ａを備えている。モータ７の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー３は、スペックル低減用ミラーとして用いられる。
【００２４】
反射面３Ａと回転軸７Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面３Ａ上の「ミラー法線」と回転軸７Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度αをもって、反射面３Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００２５】
因みに、図７に示すように、回転軸７Ａの回転軸方向である「回転軸」と、「入射光線」である入射光束とが成す角度をθとすると、「反射光線」は、「入射光線」と角度2θを成す反射方向を中心として回転する（同図中「反射光線の回転中心」）。例えば、θ＝45°であれば、「入射光線」と90°を成す方向を中心として、「反射光線」回転することになる。「反射光線」の光軸の回転方向は、モータ７の回転方向に対応しており、特に限定されることはない。「回転軸」は、「反射光線の回転中心」が集光レンズ４、ライトトンネル５、リレーレンズ６などの光学系を結んだ光軸上に位置するように配置する。
【００２６】
こうして、角度θは、前記した集光レンズ４、ライトトンネル５、リレーレンズ６などの光学系をどの方向に配置するかに応じて決まる。また、角度αは、「反射光線」の軌跡が描く円周の径をどのくらいの大きさにするかによって決まる。例えば、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが成す角度を45°として、「ミラーの法線」を「回転軸」と異なる角度に設定することが可能である。また、「入射光線」の光軸と「ミラーの法線」が成す角度を45°として、「回転軸」を「ミラーの法線」と異なる角度に設定することが可能である。
【００２７】
さて、図１に戻り、光束が入射する反射面３Ａ上の法線と駆動軸７Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって、傾いた状態で回転している前記した反射面３Ａに入射する光束は、反射面３Ａにて集光レンズ４側へ円弧状光跡を有する円弧状光束として全反射される。集光レンズ４は反射面３Ａからの円弧状光束をライトトンネル５へ向けて集光する。この集光された円弧状光束は、ライトトンネル５に入射して、ライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度が均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略均一な照明光として出力される。図１中Ｐは、リレーレンズ６を介してライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する位置を示している。
【００２８】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー３の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００２９】
即ち、回転反射ミラー３を回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー３を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００３０】
これに対して、回転反射ミラー３を回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出する光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の円弧状の光跡が得られるものとなる。この場合、図５（Ａ）に示した瞳像に比較して明暗の差が格段に縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。なお、この円弧状光跡の径は、回転角度範囲αに応じて定まる。
【００３１】
ここで、図６を用いて、瞳像（図５）の撮影条件について、記しておく。
ライトトンネル５の開口幅（ａ）：4mm
集光レンズ４の曲率半径：10mm
集光レンズ４の厚み（ｂ）：5mm
回転反射ミラー３の反射面３Ａと集光レンズ４間距離（ｃ）：10mm
集光レンズ４とライトトンネル５間距離（ｄ）：10mm
反射面３Ａ上の法線と回転軸７Ａとの成す角度(α)：4度
【００３２】
こうして、照明装置ＡＡは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー３とミラー7とによる簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＡＡを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００３３】
この実施の形態では、回転反射ミラー３に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面３Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面３Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２である照明装置ＢＢの特徴は、ライトトンネル５に至るまでの光路上に設置される反射ミラーとして、１の回転反射ミラー９と１の回転しない反射ミラー１０とを備えた構成を有していることである。
【００３５】
具体的には、照明装置ＢＢは、図２に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bは赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂに向けて射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂはそれぞれ入射するこれらのレーザ光を１の光束に合成し、白色光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色光束は、その反射面８Ａが傾いた状態で回転する回転する回転反射ミラー８へ向けて射出される。
【００３６】
この回転反射ミラー８を傾いた状態で回転駆動するモータ９は、回転反射ミラー８の反射面８Ａに接続する回転軸９Ａを備えている。モータ９の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー8は、スペックル低減用ミラーとして用いられる。反射面８Ａと回転軸９Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面８Ａ上の「ミラー法線」と回転軸９Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面８Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００３７】
光束が入射する反射面８Ａ上の法線と駆動軸９Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって、傾いた状態で回転している反射面８Ａに入射する光束は、反射ミラー１０の反射面１０Ａ方向へ円弧状光束として全反射される。この反射面１０Ａは反射面８Ａから射出した光束を集光レンズ４方向へ全反射する。集光レンズ４は反射面１０Ａから射出した円弧状光跡の光束をライトトンネル５へ向けて集光する。この集光された円弧状光束は、ライトトンネル５に入射してライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度が均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略均一な照明光として出力される。図２中Ｐは、ライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する撮影位置を示す。
【００３８】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（Ｂ）に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー８の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００３９】
即ち、回転反射ミラー８を回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー８を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００４０】
これに対して、回転反射ミラー８を回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出する光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の円弧状の光跡が得られるものとなる。この場合、図５（Ａ）に示した瞳像に比較して明暗の差が格段に縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。この円弧状光跡の径は、回転角度範囲αに応じて定まる。
【００４１】
こうして、照明装置ＢＢは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー８とミラー１０とによる簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＢＢを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００４２】
この実施の形態では、回転反射ミラー８に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面８Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面８Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３である照明装置ＣＣの特徴は、ライトトンネル５に至るまでの光路上に設置される反射ミラーとして、２の回転反射ミラー９，１１を備えた構成を有していることである。
【００４４】
具体的には、照明装置ＣＣは、図３に示すように、装置の光源となるレーザ素子１R、１G，１Bは赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を、ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂに向けて射出する。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂはそれぞれ入射するこれらのレーザ光を１の光束に合成し、白色光束とする。ダイクロイックミラー２Ａ，２Ｂで合成された白色光束は、その反射面８Ａが傾いた状態で回転する回転する回転反射ミラー８へ向けて射出する。
【００４５】
この回転反射ミラー８を傾いた状態で回転駆動するモータ９は、回転反射ミラー８の反射面８Ａに接続する回転軸９Ａを備えている。モータ９の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー8は、第1のスペックル低減用ミラーとして用いられる。
反射面８Ａと回転軸９Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面８Ａ上の「ミラー法線」と回転軸９Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面８Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００４６】
光束が入射する反射面８Ａ上の法線と駆動軸９Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲αをもって傾いた状態で回転している反射面８Ａに入射する光束は、円弧状光束として回転反射ミラー１１に向けて射出される。
【００４７】
この回転反射ミラー１１を傾いた状態で回転駆動するモータ１２は、回転反射ミラー１１の反射面１１Ａに接続する回転軸１２Ａを備えている。モータ１２の回転数は、１８００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。ここで、回転反射ミラー１１は、第２のスペックル低減用ミラーである。反射面１１Ａと回転軸１２Ａとの接続状態は、図７に示すように、反射面１１Ａ上の「ミラー法線」と回転軸１２Ａの「回転軸」方向とが成す回転角度範囲αをもって、反射面１１Ａを傾いた状態で回転駆動する。
【００４８】
反射ミラー１１に入射した円弧状光束は、光束が入射する反射面１１Ａ上の法線と駆動軸１２Ａの回転軸方向とが成す回転角度範囲α１をもって、傾いた状態で回転している反射面１１Ａに入射する光束は、反射面１１Ａで反射され、集光レンズ４方向へ入射時より幅広の円弧状光束として射出される。
【００４９】
ここでは、モータ９の回転数とモータ１１の回転数とが同一であり、かつ、回転角度範囲αと回転角度範囲α１とが同一である場合について述べるが、適宜必要に応じて、モータ９，１２の各回転数を異なるものに変更し、あるいは回転角度範囲α，α１を異なるものに変更しても良い。このことによって、円弧状の光跡の幅を任意に調整したり、あるいは、この光跡の光度を上げることができる。
【００５０】
集光レンズ４は反射面１１Ａから射出した幅広の円弧状光束は、ライトトンネル５に入射してライトトンネル５を通過する際に、ライトトンネル５の長軸方向と直行する面内の光強度がより均一化された照明光として射出する。ライトトンネル５から射出されたこの照明光はリレーレンズ６を介して、照明光の光軸と直行する面内の光量が略全面均一な照明光として出力される。図３中Ｐは、ライトトンネル５から射出される照明光の瞳像を撮影する撮影位置を示す。
【００５１】
この撮影位置Ｐで撮影される瞳像を図５（Ａ），（Ｂ）に示す。また、ライトトンネル５に入射する光束の光スポット像を図８（Ａ），（B），（C） に示す。図５（Ａ），（Ｂ）及び図８（Ａ），（B），（C）に示すように、瞳像及び光スポット像は回転反射ミラー８，１１の回転の有無に即応して形状が変化する。
【００５２】
即ち、回転反射ミラー８，１１がいずれも回転しない場合は、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ａ）に示すように、１つの光点に過ぎない。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ａ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化後でもマトリクス状の多数の光点があるに過ぎないものとなる。この場合、光点箇所は非常に明るい領域となり、他の箇所は暗い領域となり明暗の大きな違いが明らかに視認できる。そのため、回転反射ミラー３を回転しない場合は光の強度分布が非常に悪い照明光となってしまう。
【００５３】
また、回転反射ミラー８又は１１のいずれかが回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｂ）に示すように、円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示すように、ライトトンネル５を用いた光強度分布の均一化によりマトリクス状の多数の幅狭の円弧状の光跡が得られるので、図５（Ａ）に示した瞳像よりも格段に明暗の差が縮まるため、光強度分布がより均一な照明光を生成することができる。
【００５４】
さらに、回転反射ミラー８，１１がともに回転する場合には、ライトトンネル５に入射される光スポット像は、図８（Ｃ）に示すように、回転反射ミラー８又は１１のいずれかが回転する場合に比べ幅広の円弧状の光跡として視認することができる。この結果、ライトトンネル５から射出される光束によって得られる瞳像は、図５（Ｂ）に示す円弧状の光跡よりも一段と幅が広い円弧状の光跡が得られるので、図５（Ｂ）に示した瞳像よりも格段に明暗の差が縮まるため、更に光強度分布が均一な照明光を生成することができる。
【００５５】
こうして、照明装置ＣＣは、ライトトンネル５に入射する光束を１のスポット光ではなく、円弧状の光跡を描く円弧状光束とすることにより、例えば、大面積の壁面全面に亘り略均一な光量を得ることができる。また、回転反射ミラー８，１１による簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＣＣを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招かない照明装置を提供することができる。
【００５６】
この実施の形態では、回転反射ミラー８，１１に入射する「入射光線」の光軸と「回転軸」とが、反射面８Ａ，１１Ａ上で一致する場合に説明したが、「入射光線」の光軸と「回転軸」とが反射面８Ａ，１１Ａ上で一致しない場合においても「反射光線」が描く光跡は異なるものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５７】
上記した実施の形態１乃至実施の形態３に記載された光源は、赤・緑・青の各色波長に対応したレーザ光を発生するレーザ素子１R、１G，１Bであったが、白色光を発生する１のレーザ光源であっても良いことは言うまでもない。
【００５８】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４である投影画像表示装置ＤＤの特徴は、本装置の光源として前述した照明装置ＡＡを有していることである。具体的には、投影画像表示装置ＤＤは、図４に示すように、照明装置ＡＡ(図１)と、この照明装置ＡＡの次段に、光変調素子２０、投射レンズ２１、スクリーン２２が順次配列されて成る。
【００５９】
前述したように、照明装置ＡＡのライトトンネル５から射出されたこのマトリクス状の多数の円弧状光束からなる照明光は、リレーレンズ６を介して、全面均一な光量を有する面発光の照明光として出力される。
【００６０】
ライトトンネル５から射出された照明光は、リレーレンズ６を経て、光変調素子２０に入射される。光変調素子２０は、リレーレンズ６から入射した照明光を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、得られた光学画像を投射レンズ２１側へ射出する。投射レンズ２１は、光変調素子２０から射出される光学画像を所要の倍率で拡大してスクリーン２２上に投射する。
【００６１】
こうして、投影画像表示装置ＤＤは、照明装置ＡＡから射出する、全面均一な光量を有する面発光の照明光を用いて、投影画像を光変調することができるので、スクリーン２２が大型のスクリーンでありかつ高精細画像を投射してもスクリーン全面に亘り均一な光量を得ることができるから、投影画像にスペックルノイズを発生することなく良質な画像を得ることができる。またまた、簡易な構成により上記効果を達成することができるため、照明装置ＤＤを小型化することができる。更に、上記効果を達成するために特殊な光学部品を新たに作成する必要がないから、製品価格の上昇を招くことがない利点がある。
【００６２】
前述したものは、投影画像表示装置ＤＤの光源として照明装置ＡＡを用いた場合について説明をおこなったが、本発明の投影画像表示装置はこれに限ることなく、表示装置の光源として照明装置ＢＢあるいは照明装置ＣＣを用いることができ、その場合に、照明装置ＢＢあるいは照明装置ＣＣの利点が投影画像表示装置の性能改善に大きく寄与することは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１Ｂ，１Ｇ，１Ｒ レーザ素子（レーザ光源）
３，８，１１ 回転反射ミラー（反射手段、第１，第２反射手段）
３Ａ，８Ａ，１０Ａ，１１Ａ 反射面（第１，第２反射面）
４ 集光レンズ（集光手段）
５ ライトトンネル（光強度均一化手段）
７，９，１２ モータ（回転駆動手段）
７Ａ，９Ａ，１２Ａ 回転軸（回転駆動軸）
１０ 反射ミラー（第２反射手段）
２０ 光変調素子（光変調手段）
２１ 投射レンズ（投影手段）
ＤＤ 投影画像表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する反射面を有する反射手段と、
前記反射手段に対して前記反射面に直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸を有し、前記反射手段を回転させる回転駆動手段と、
前記反射手段において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された前記レーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する第１の反射面を有する第１の反射手段と、
前記第１の反射手段において反射した前記レーザ光の光束を反射する第２の反射面を有する第２の反射手段と、
前記第２の反射手段において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された前記レーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段と、
を備え、
前記第１または第２の反射手段の内の少なくとも一方の反射手段は、前記第１または第２の反射手段に対して前記第１または第２の反射面に直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸を有し、前記第１または第２の反射手段を回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記レーザ光源は、それぞれ波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３いずれかに記載の照明装置と、
前記光強度均一化手段から射出した前記レーザ光の光束を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、光学画像として射出する光変調手段と、
前記光変調手段から出射された前記光学画像を拡大して投影する投影手段と、
を備えることを特徴とする投影画像表示装置。
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する反射面を有する反射手段と、
前記反射手段に対して前記反射面に直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸を有し、前記反射手段を回転させる回転駆動手段と、
前記反射手段において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された前記レーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
レーザ光源と、
前記レーザ光源から射出したレーザ光の光束を反射する第１の反射面を有する第１の反射手段と、
前記第１の反射手段において反射した前記レーザ光の光束を反射する第２の反射面を有する第２の反射手段と、
前記第２の反射手段において反射した前記レーザ光の光束を集光する集光手段と、
前記集光手段で集光された前記レーザ光の光束が入射し、内部で多重反射することにより、入射した前記レーザ光の光束の光軸と直交する断面の光強度分布を均一化し射出する光強度均一化手段と、
を備え、
前記第１または第２の反射手段の内の少なくとも一方の反射手段は、前記第１または第２の反射手段に対して前記第１または第２の反射面に直交する方向から所定の角度傾斜して接続された回転駆動軸を有し、前記第１または第２の反射手段を回転させる回転駆動手段を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
前記レーザ光源は、それぞれ波長の異なるレーザ光を射出する複数のレーザ光源であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３いずれかに記載の照明装置と、
前記光強度均一化手段から射出した前記レーザ光の光束を外部から入力した画像信号に基づいて光変調して、光学画像として射出する光変調手段と、
前記光変調手段から出射された前記光学画像を拡大して投影する投影手段と、
を備えることを特徴とする投影画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６９８２８（Ｐ２０１０−１６９８２８Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２０９（Ｐ２００９−１１２０９）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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