JP4987720B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ受像機や映像プロジェクタなどの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクションディスプレイが普及している。プロジェクションディスプレイには、一般にランプ光源が用いられるが、ランプ光源は、寿命が短く、色再現領域が制限され、光利用効率が低いという問題点を持っている。
【０００３】
これらの問題を解決するために、画像形成装置の光源として、レーザ光源を用いることが試みられている。レーザ光源は、ランプ光源に比べて、寿命が長く、指向性が強いため、光利用効率を高めやすい。また、レーザ光源は単色性を示すため、色再現領域が大きく、鮮やかな画像を表示することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、レーザ光源を用いたディスプレイにおいては、レーザ光の干渉性が高いために、スペックルノイズが生じる。
【０００５】
スペックルノイズとは、レーザ光がスクリーンで散乱される際に、散乱光同士が干渉するために生じる、観察者の目で捉えられる微細な粒状のノイズである。スペックルノイズは、観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズとなり、観察者がスクリーンの画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。
【０００６】
また、スペックルノイズには、スクリーンに映し出される回折面（照明）のノイズがある。このスペックルノイズは像のムラとなり、画像を劣化させる。
【０００７】
上記スペックルノイズを低減する方法が、従来から数多く提案されている。特許文献１のディスプレイ装置は、拡散素子を運動させて、変調素子を照明している。拡散素子を運動させることにより、拡散素子で生じるスペックルパターンを時間的に変化させ、変調素子の照明光角度を実質的に変化させている。その結果、スクリーンを投射する角度が時間的に変化することで、スクリーンで発生するスペックルパターンが変化する。視聴者は複数のスペックルパターンを認識するため、スペックルノイズ分布は平均化され、スペックルノイズが低減する。
【０００８】
特許文献２のレーザ画像システムは、レーザ光源をマルチアレイ化するとともに、アレイからのトータル出力のスペクトル幅を広げることで、干渉性を低下させて、スペックルノイズを低減している。
【特許文献１】
特開平６−２０８０８９号公報
【特許文献２】
特表２００４−５０３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１のように拡散素子を運動させるためには、物理的な動作機構である可動部品を設ける必要がある。しかし、可動部品が劣化すると、ディスプレイ装置としての信頼性が問題となる。
【００１０】
特許文献２のようにスペクトル幅を広げるだけでは、スクリーン上に写る照明のスペックルノイズを除去しきれない。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信頼性に優れ、スペックルノイズを除去した画像を形成する画像形成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】
【００１２】
本発明の画像形成装置は、同じ色のレーザ光を出射する複数のレーザ光出射部を有し、複数のレーザ光出射部からレーザ光を出射する光源部と、複数のレーザ光出射部から出射されたレーザ光により照明される変調素子と、を備え、少なくとも１つのレーザ光出射部は、同じ色のレーザ光を出射する他のレーザ光出射部と異なるタイミングでレーザ光を出射し、少なくとも１つのレーザ光出射部が変調素子を照明するときの光線角度が同じ色のレーザ光を出射する他のレーザ光出射部が変調素子を照明するときの光線角度と異なる、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像形成装置によれば、物理的な動作機構を設けなくても、スペックルノイズを除去することができる。物理的な動作機構を設けないことにより、装置としての信頼性が向上する。
【００１４】
上記画像形成装置は、複数のレーザ光出射部と変調素子との間に光インテグレータをさらに備えても良い。
【００１５】
上記画像形成装置は、複数のレーザ光出射部をアレイ状に配置すると共に、複数のレーザ光出射部と光インテグレータとの間に光屈折素子をさらに備えて、複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光が光屈折素子を通過する位置により、光線角度が異なるようにしても良い。
【００１６】
上記画像形成装置は、複数のレーザ光出射部をアレイ状に配置すると共に、複数のレーザ光出射部と光インテグレータとの間に、複数のレーザ光出射部毎に光線角度を２軸に変化させる光屈折素子をさらに備えても良い。
【００１７】
複数のレーザ光出射部が個々に又は組み合わせでレーザ光を出射するときの１パターンの出射時間は、１０ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００１８】
さらに好ましくは、各レーザ光出射部の連続出射時間は、１μｓｅｃ以下である。
【００１９】
複数のレーザ光出射部は、複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光の合計光が擬似連続波となるように、且つ合計光のパワーが画像信号により変調されるように、レーザ光を出射しても良い。
【００２０】
複数のレーザ光出射部は、複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光の合計光が１００ＨＺ〜２ＫＨｚの擬似矩形波となるように、且つ擬似矩形波のパワーが画像信号により変調されるように、レーザ光を出射しても良い。
【００２１】
上記画像形成装置は、複数のレーザ光出射部を側面に配置されて、側面に入射されたレーザ光を主面から変調素子に出射する光インテグレータをさらに備えても良い。
【００２２】
複数のレーザ光出射部は、光インテグレータの側面の対辺にそれぞれ配置されても良い。
【００２３】
複数のレーザ光出射部は、光インテグレータの側面の４辺にそれぞれ配置されても良い。
【００２４】
複数のレーザ光出射部は、光インテグレータの中心部に対して、点対称の位置に配置されても良い。
【００２５】
複数のレーザ光出射部は、光インテグレータのコーナー部にそれぞれ配置されても良い。
【００２７】
上記光源部は、レーザ光を発光するレーザ光源とファイバとをさらに備え、各レーザ光出射部は、ファイバを介して供給されたレーザ光源のレーザ光を出射する出射口であっても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の画像形成装置は、信頼性に優れ、スペックルノイズを除去した画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１の画像形成装置の概略図を示す。本実施形態の画像形成装置は、レーザ光源を用いたプロジェクションディスプレイである。
【００３１】
［画像形成装置の構成］
本実施形態の画像形成装置は、赤色のレーザ光を出射する赤色光源部１ａ、緑色のレーザ光を出射する緑色光源部１ｂ、及び青色のレーザ光を出射する青色光源部１ｃを備える。赤色光源部１ａ、緑色光源部１ｂ、及び青色光源部１ｃは、それぞれレーザ光出射部１ａ＿１、１ａ＿２、１ａ＿３、レーザ光出射部１ｂ＿１、１ｂ＿２、１ｂ＿３、及びレーザ光出射部１ｃ＿１、１ｃ＿２、１ｃ＿３を有する。レーザ光出射部１ａ＿１、１ａ＿２、１ａ＿３は、赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源である。レーザ光出射部１ｂ＿１、１ｂ＿２、１ｂ＿３は、緑色のレーザ光を発光する緑色レーザ光源である。レーザ光出射部１ｃ＿１、１ｃ＿２、１ｃ＿３は、青色のレーザ光を発光する青色レーザ光源である。
【００３２】
本実施形態の画像形成装置は、光源部１ａ〜１ｃ毎に、照明光学系２と変調素子７とを備える。赤、緑、青（ＲＧＢ）の３色の光源部１ａ〜１ｃから出射されたレーザ光は、ＲＧＢの各色の変調を行う変調素子７を照明する照明光学系２にそれぞれ導かれる。各照明光学系２は、光源部１ａ〜１ｃから出射されたレーザ光を矩形に整形し、ほぼ均一化する光インテグレータ４と、光インテグレータ４の光を変調素子７にリレーする投影光学系６とを含む。投影光学系６は、ミラー６１とフィールドレンズ６２とを含む。
【００３３】
本実施形態の画像形成装置はさらに、３つの変調素子７から出射されたＲＧＢのレーザ光を合波するダイクロイックプリズム９と、合波された光を拡大してスクリーン１０上に投射する投射光学系８と、を備える。本実施形態の画像形成装置は、空間的加法混色により、スクリーン１０上にカラー画像を形成する。
【００３４】
［レーザ光の光線角度］
図２に、緑色光源部１ｂのレーザ光出射部１ｂ＿１、１ｂ＿２及び１ｂ＿３から出射されたレーザ光が異なる光線角度で光インテグレータ４に入射される構成を示す。図２（ａ）は、緑色光源部１ｂのレーザ光出射部１ｂ＿１、１ｂ＿２及び１ｂ＿３、光屈折素子２１、及び光インテグレータ４を示す斜視図であり、（ｂ）は正面図である。図２に示すように、レーザ光出射部１ｂ＿１、１ｂ＿２及び１ｂ＿３は、幅方向に３つずつ設けられ、合計９個のレーザ光出射部が２次元アレイ状に配列される。
【００３５】
本実施形態の画像形成装置は、９個のレーザ光出射部と光インテグレータ４との間に、光屈折素子２１を備える。光屈折素子２１は、レーザ光出射部毎に光線角度を異ならせる素子であり、具体的には、凸レンズやレーザ光出射部毎に傾きが異なるプリズムアレイである。９個のレーザ光出射部からそれぞれ出射された緑色のレーザ光は、光屈折素子２１に入射され、光屈折素子２１の通過位置により光線角度がレーザ光出射部毎に２軸に異なった状態で、光インテグレータ４に導かれる。本実施形態は、９個のレーザ光出射部に対して、一つの光屈折素子２１を設けることにより、各レーザ光出射部から出射されるレーザ光の光線角度を制御する。複数のレーザ光出射部から出射されたレーザ光が照明光学系２に入射するときの角度が異なることにより、変調素子７を照明する角度がレーザ光出射部毎に異なる。
【００３６】
図２においては、緑色光源部１ｂについて説明したが、赤色光源部１ａと青色光源部１ｃにおいても緑色光源部１ｂと同様の構成を持ち、２次元アレイ状に配列された９個のレーザ光出射部から出射されるレーザ光が、１つの光屈折素子２１を介することにより、レーザ光出射部毎に２軸に異なった光線角度で光インテグレータ４にそれぞれ導かれる。なお、複数のレーザ光出射部の光線角度において、全てが異なっている必要はない。いくつかのレーザ光出射部の光線角度が異なる構成であれば、同じ光線角度の組が複数有っても良い。
【００３７】
［レーザ光の出射タイミング］
赤色光源部１ａ、緑色光源部１ｂ及び青色光源部１ｃのそれぞれは、各レーザ光出射部からレーザ光を所定の順番で出射する。各レーザ光出射部によるレーザ光の出射タイミングと、画像信号によるパワー変調を、赤色光源部１ａを例にして図３に示す。図３においては、赤色光源部１ａの各レーザ光出射部の合計光が擬似連続波３１となるように、各レーザ光出射部は、１ａ＿１→１ａ＿２→１ａ＿３→１ａ＿１→・・・の順番で連続的にレーザ光を出射する。明るいシーンや暗いシーンなど映像によって画像信号が変化すると、画像信号に従って、各レーザ光出射部のパワーが変調される。図３においては、画像信号がフレーム毎に変調する例を示しており、赤色レーザ光源１ａの合計光のパワーはフレーム毎にステップ状に変調されている。
【００３８】
［作用効果］
本実施形態の画像形成装置は、赤色光源部１ａ、緑色光源部１ｂ及び青色光源部１ｃのそれぞれにおいて、レーザ光出射部毎に光線角度を異ならせると共に、各レーザ光出射部が異なったタイミングで順番にレーザ光を出射する。この構成により、時間変化とともに、変調素子７を照明する光の角度が変化するため、スクリーン１０を投射する角度を変化させることができる。これにより、視聴者から見て、スペックルノイズは平均化されるため、スペックルノイズを除去することができる。このように、本実施形態は、物理的な動作機構を設けなくても、スペックルノイズを除去することができる。よって、信頼性に優れた画像形成装置を実現できる。また、物理的な動作機構である可動部品を設けないことにより、装置が小型化するという利点もある。
【００３９】
また、本実施形態によれば、各レーザ光出射部の合計光が擬似連続波３１となるように、複数のレーザ光出射部が個々に絶え間なくレーザ光を出射することで、明るい画像を表示する場合であっても、各レーザ光出射部のピーク出力を抑えることができる。これにより、装置としての安全性が向上する。また、レーザ光による光学部品やレーザ光源自身のダメージを防ぐことができる。さらに、レーザ光源の熱による劣化を防ぐことができ、光学部品の耐光性が向上する。また、合計光の出力をフレーム毎にパワー変調することにより、暗い画像の場合はレーザ光出力を押さえることができ、省電力を実現できる。さらに、変調素子７を同期させて制御することにより、コントラストおよび諧調数を増加させることができる。
【００４０】
なお、赤色光源部１ａ、緑色光源部１ｂ及び青色光源部１ｃのそれぞれにおいて、全てのレーザ光出射部がそれぞれ順番にレーザ光を出射する必要はなく、複数のレーザ光出射部の組み合わせにより順番にレーザ光を出射しても良い。例えば、（１ａ＿１＋１ａ＿２）→（１ａ＿２＋１ａ＿３）→（１ａ＿３＋１ａ＿１）→（１ａ＿１＋１ａ＿２）＋（１ａ＿２→１ａ＿３）→・・・のように、各レーザ光出射部からレーザ光を出射しても良い。さらに、時間変化と共に、使用するレーザ光出射部やレーザ光出射部の組み合わせが変化するようにしても良い。
【００４１】
また、赤色光源部１ａ、緑色光源部１ｂ及び青色光源部１ｃのそれぞれにおいて、図２のようにレーザ光出射部の幅方向に３個配置されたレーザ光出射部は、同時にレーザ光を出射しても良いし、それぞれが異なるタイミングで順番にレーザ光を出射しても良い。例えば３個のレーザ光出射部１ａ＿１が図３の１ａ＿１に示すタイミングで同時にレーザ光を出射しても良いし、それぞれが異なるタイミングで順番にレーザ光を出射しても良い。また、レーザ光を出射する順番は図３に限定されない。各レーザ光出射部の合計光が擬似連続波３１になれば良い。
【００４２】
図３において、各レーザ光出射部がレーザ光を出射してから次にレーザ光を出射するまでの１サイクルの時間ｔ１は、１０ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、レーザ光出射部が単独で又は複数のレーザ光出射部の組み合わせ（例えば、レーザ光出射部１ａ＿１とレーザ光出射部１ａ＿２）で１パターンのレーザ光を出射するときの出射時間ｔ２は、１０ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。１パターンの出射時間ｔ２を１０ｍｓｅｃ以下にすることで、視聴者が一つの画像と認識する時間内に複数のスペックルノイズパターンを発生させることができ、スペックルノイズを除去することができる。また、１フレーム内に複数回のパターン出射が繰り返される場合は、全部のパターンについて１０ｍｓｅｃ以下の時間にする必要はない。複数のスペックルノイズパターンを発生させることができるようにすれば良く、例えば１フレーム内において１５パターンの出射が行われる場合に１０パターン分についての出射時間を１０ｍｓｅｃ以下にするようにしても良い。
【００４３】
各レーザ光出射部がレーザ光を連続出射する時間が１μｓｅｃ以下であることが、より好ましい。各レーザ光出射部の連続出射時間を１μｓｅｃ以下にすることにより、レーザ光のパルス出射によるピークパワーの増大が可能となり、画像の明るさを明るくすることができる。また同じ画像の明るさの場合、レーザ光出射部の個数を減らすことができ、小型化、低コスト化が可能となる。一つのレーザ光出射部からの連続出射時間を１μｓｅｃ以下とすると、レーザ光の干渉性が低下することによるスペックルノイズの低減効果も同時に得ることができる。各レーザ光出射部の連続出射時間を短くする場合、フレーム内において繰り返す出射パターンの回数を増やせば良い。
【００４４】
なお、各レーザ光出射部の出力パワーは同じである必要はなく、合計光の１フレームあたりのパワーが画像信号により変調された量に制御されていればよい。図３においては、画像信号により合計光がステップ状に変調される場合について説明したが、ステップ状である必要はなく、１フレームあたりの合計光量が制御された量であれば、合計光の変調形状はいかなる波形でも構わない。
【００４５】
なお、擬似連続波３１となるように、連続的にレーザ光を出射するときの間隙ができないように、わずかに同時出射する時間を持たせることが好ましい。また、擬似連続波３１となるように連続出射するときに、電気信号の遅延などによりわずかに間隙時間ができた場合であっても、本発明においては擬似連続波とみなす。また、フレームの切り替え時には、変調素子７と同期させて、出射の間隙時間を形成するように制御してもよい。
【００４６】
なお、複数のレーザ光出射部からそれぞれ出射されるレーザ光の中心波長は、同一である必要はない。単色のレーザ光源として表示する色が忠実に再現できる範囲で中心波長をずらし、単色レーザ光源としての合計スペクトル幅を広げることが好ましい。スペクトル幅を広げることにより、干渉性を低下させ、更にスペックルノイズを低下させることができる。合計スペクトル幅は、半値全幅Δλが０．５〜１０ｎｍの範囲が好ましい。
【００４７】
本実施形態のように、赤、緑、青の単色の光源部１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれにおいて、複数のレーザ光出射部から出射された光線は、同一の光インテグレータ４を経て、同一の変調素子７を照明することが好ましい。複数のレーザ光出射部を用いた場合、各々の光量分布や光軸のずれによって、均一照明が困難になるが、同一の光インテグレータ４を用いて変調素子７を照明すると、光量平均化が行われ、容易に変調素子７を均一に照明することができる。本実施形態のように、光源部１ａ、１ｂ、１ｃ毎に１つの光インテグレータ４を用いた場合であっても、複数のレーザ光出射部が順番にレーザ光を出射することで、逐次異なる波面（角度）の光が光インテグレータ４から出射し、変調素子７を照明する角度が変化する。
【００４８】
なお、本実施形態では、赤、緑、青の光源部１ａ、１ｂ、１ｃがそれぞれ備えるレーザ光出射部は、レーザ光を発光する単色のレーザ光源である場合について説明したが、各レーザ光出射部は、レーザ光を出射するための出射口であっても良い。すなわち、赤、緑、青の光源部１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれにおいて、各光源部が、赤、緑、青のいずれかのレーザ光を発光する１つの単色レーザ光源を備え、単色レーザ光源からのレーザ光を本実施形態のように異なるタイミングで複数のレーザ光出射部から出射する構成であっても良い。レーザ光出射部が出射口である場合であっても、本実施形態を適用できる。
【００４９】
（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態２の画像形成装置の概略図を示す。本実施形態の画像形成装置は、プロジェクションディスプレイであり、赤色光源部１１ａ、緑色光源部１１ｂ、及び青色光源部１１ｃから出力されたレーザ光を、同一の光インテグレータ４を介して、同一の変調素子４７に入射する構成を有する。ＲＧＢ３色の光源部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、単一の変調素子４７を時分割して使用する。それ以外の構成や動作については実施形態１とほぼ同じである。以下、本実施形態の画像形成装置の構成について、詳細を説明する。
【００５０】
［画像形成装置の構成］
本実施形態の画像形成装置は、実施形態１と同様に、複数のレーザ光出射部をそれぞれ有する、赤色光源部１１ａ、緑色光源部１１ｂ、及び青色光源部１１ｃを備える。赤色光源部１１ａのレーザ光出射部１１ａ＿１、１１ａ＿２、１１ａ＿３は、赤色のレーザ光を発光する赤色レーザ光源である。緑色光源部１１ｂのレーザ光出射部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２、１１ｂ＿３は、緑色のレーザ光を発光する緑色レーザ光源である。青色光源部１１ｃのレーザ光出射部１１ｃ＿１、１１ｃ＿２、１１ｃ＿３は、青色のレーザ光を発光する青色レーザ光源である。
【００２７】
本実施形態の画像形成装置は、ＲＧＢの光源部１１ａ〜１１ｃに共通の照明光学系２と変調素子４７とをさらに備える。ＲＧＢ３色のレーザ光源１１ａ〜１１ｃから出射された光は、同一の照明光学系２を経て、同一の変調素子４７に導かれる。照明光学系２は、各色のレーザ光を略同軸上とするダイクロイックプリズム４９、光インテグレータ４、及び投影光学系６を含む。３色のレーザ光を略同軸上とするためにダイクロイックプリズム４９を用いているが、ダイクロイックミラーや偏光ミラーを用いてもよい。なお、単一の変調素子４７を複数色のレーザ光が照明できる構成であれば、特に同軸上としなくてもよい。
【００２７】
変調素子４７は、具体的には２次元マイクロミラーデバイスである。ＲＧＢ３色のレーザ光源１１ａ、１１ｂ、１１ｃは単一の変調素子４７を時分割して使用し、スクリーン上で時間平均的加法混色することにより、カラー画像を表示する。
【００５１】
［レーザ光の光線角度］
赤色光源部１１ａ、緑色光源部１１ｂ、及び青色光源部１１ｃの各レーザ光出射部から出射された複数のレーザ光は、異なる光線角度で、ダイクロイックプリズム４９に導かれる。図５に、緑色光源部１１ｂを例として、レーザ光出射部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２及び１１ｂ＿３と、レーザ光出射部毎に向きが異なるようにして配置された３個の光屈折素子５１を示す。図５に示すように、レーザ光出射部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２及び１１ｂ＿３は、１次元アレイ状に配列される。レーザ光出射部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２、１１ｂ＿３から出射されたレーザ光は、出射側に設けられた光屈折素子５１により、２軸上（光軸ｚに対するｘ軸、ｙ軸の２軸）に異なる光線角度となって、ダイクロイックプリズム４９に入射される。赤色光源部１１ａと青色光源部１１ｃは、緑色光源部１１ｂと同様に、光屈折素子５１を備える。
【００５２】
［レーザ光の出射タイミング］
赤色光源部１１ａ、緑色光源部１１ｂ、及び青色光源部１１ｃの各レーザ光出射部は、単一の変調素子７１を時分割して使用するため、分割された時間に各色の合計光が擬似矩形波となるように、順番にレーザ光を出射する。
【００５３】
赤色光源部１１ａを例として、レーザ光出射部１１ａ＿１、１１ａ＿２、１１ａ＿３の出射タイミングと画像信号に基づくパワー変調を図６に示す。図６は、複数のレーザ光出射部の組み合わせにより、レーザ光を順番に出射する例であり、（１１ａ＿１＋１１ａ＿３）→（１１ａ＿１＋１１ａ＿２）→（１１ａ＿２＋１１ａ＿３）→（１１ａ＿１＋１１ａ＿３）→・・・という順番でレーザ光を出射する。赤色光源部１１ａの合計光が擬似矩形波６１となるような出射タイミングで、レーザ光出射部１１ａ＿１、１１ａ＿２、１１ａ＿３はレーザ光を出射する。本実施形態は、単一の変調素子４７をＲＧＢ３色で時分割して使用するため、赤色光源部１１ａ、緑色光源部１１ｂ、及び青色光源部１１ｃの擬似矩形波６１のパルス幅が、それぞれ１００〜２ＫＨｚの範囲になるように制御される。本実施形態では、１フレーム内に赤、緑、青の各擬似矩形波６１が順に変調素子４７に照射される。擬似矩形波６１のパルス幅を１００〜２ＫＨｚにすることで、色われ等がなく、変調素子４７による諧調を与えることができるようになる。
【００５４】
図６は、画像信号により合計光の擬似矩形波６１がフレーム毎にステップ状に変調するように、各レーザ光出射部が出射パワーを変調する様子を示している。画像信号により、各レーザ光出射部がパワーを変調することにより、暗い画像の場合には省電力化を実現できる。また、各レーザ光出射部のパワーを変調素子７と同期させて制御することにより、画像のコントラストと諧調数を増加させることができる。
【００５５】
［作用効果］
本実施形態は、実施形態１と同様の効果を有する。すなわち、各光源部において、光屈折素子５１を各レーザ出射部毎に備えて、変調素子４７を照明する角度をレーザ光出射部毎に２軸上に異ならせ、且つ複数のレーザ光出射部の組み合わせが順番にレーザ光を出射することにより、スペックルノイズパターン数が増える。これにより、時間平均化後のスペックルノイズを低減することができる。
【００５６】
本実施形態の画像形成装置は、赤、緑、青の光源部１１ａ、１１ｂ、１１ｃが光インテグレータ４と変調素子４７とを共有し、赤、緑、青の光源部１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各レーザ光出射部が同一の光インテグレータ４を経て、同一の変調素子４７を照明しているため、画像形成装置の光学系の小型化が可能になるという効果をさらに有する。
【００５７】
なお、本実施形態において、各光源部のレーザ光出射部は単色のレーザ光源である場合に限らず、１つの単色レーザ光源から供給されたレーザ光を出射する出射口であっても良い。
【００５８】
なお、レーザ光出射部の光線角度を異ならせる構成は、図２や図５に限定されない。各レーザ光出射部から出射されたレーザ光が、２軸上に異なった光線角度で光インテグレータ４に入射される構成であれば良い。例えば、１次元に配列された複数のレーザ光出射部をそれぞれ異なる向きに傾けて配置させて、図２の光屈折素子２１を介して、ダイクロイックプリズム４９にレーザ光を入射する構成にしても良い。
【００５９】
なお、図６では、赤、緑、青の各色の合計光が１フレーム内において１つの擬似矩形波６１を形成するようにしているが、１フレーム内において、各色の合計光が２つ以上の擬似矩形波６１を形成するように、レーザ光出射部の出射タイミングが制御されてもよい。また、２個のレーザ光出射部の組み合わせにより、１パターンの合計光を構成しているが、実施形態１のように、複数のレーザ光出射部が単独で順番にレーザ光を出射しても良い。
【００６０】
また、１つの擬似矩形波６１を形成するときの出射パターンの繰り返し回数を増やして、各レーザ光出射部の連続出射時間を短くしても良い。実施形態１と同様に、各レーザ光出射部の連続出射時間を短くすることにより、レーザ光のパルス出射によるピークパワーの増大が可能となり、画像の明るさを明るくすることができる。また同じ画像の明るさの場合、レーザ光出射部の個数を減らすことができ、小型化、低コスト化が可能となる。また、一つのレーザ光出射部の連続出射時間を短くすることにより、レーザ光の干渉性が低下することによるスペックルノイズの低減効果を同時に得ることができる。
【００６１】
擬似矩形波６１を形成するときのレーザ光出射部による出射時間の間隙は、１μｓｅｃ以下であることが好ましい。擬似矩形波内の強度変動が時間的に大きい場合、画像諧調を忠実に再現できないことが問題となるが、出射時間の間隙を１μｓｅｃ以下とすることで、画像諧調を忠実に再現することができる。
【００６２】
各レーザ光出射部の出力パワーは同じである必要はなく、合計光である擬似矩形波６１のパワーが画像信号により制御されたパワーとなるように、制御されれば良い。
【００６３】
実施形態１及び実施形態２において、変調素子７、４７の像を投射する投射光学系８およびスクリーン１０は、特に実施形態に限定されず、変調素子像を視聴者が観察できれば良い。例えば、スクリーン１０を反射型としてフロントプロジェクションタイプとしても良いし、透過型としてリアプロジェクションタイプとしても良い。また投射光学系８を設けずに、変調素子７、４７の直後に透過型スクリーンを設ける構成にしても良い。
【００６４】
なお、照明光学系２は、実施形態１、２に限定されず、レーザ光出射部からの光を変調素子７、４７に導ける構成であればよい。光インテグレータ４は、ビームを整形しほぼ均一化できればよく、フライアイレンズやホログラム素子などを用いることができる。また、光インテグレータ４の光をリレーする投影光学系６は、設計により省略することもできる。
【００６５】
（実施形態３）
図７に、本発明の実施形態３の画像形成装置の概略図を示す。本実施形態の画像形成装置は液晶ディスプレイであり、そのバックライトとしてレーザ光源を用いる。本実施形態の画像形成装置は、赤色レーザ光源であるレーザ光出射部７１ａ＿１〜７１ａ＿６、緑色レーザ光源であるレーザ光出射部７１ｂ＿１〜７１ｂ＿６、青色レーザ光源であるレーザ出射部７１ｃ＿１〜７１ｃ＿６を備える。本実施形態の画像形成装置は、各レーザ光出射部の光を側面に入射されて、主面から光を出射する導光板型光インテグレータ７４と、導光板型光インテグレータ７４の光を出射する主面側に設けられた変調素子７７とをさらに備える。導光板型光インテグレータ７４と変調素子７７は、照明光学系を構成する。
【００６６】
赤色レーザ光源であるレーザ光出射部７１ａ＿１〜７１ａ＿６は、レーザ光出射部毎に異なった角度でレーザ光が導光板型光インテグレータ７４に入射するように、導光板型光インテグレータ７４の側面に配置される。緑色及び青色のレーザ光源についても同様である。本実施形態においては、導光板型光インテグレータ７４の側面の４辺全てに、ＲＧＢそれぞれのレーザ光出射部が配置される。図７においては、導光板型光インテグレータ７４の上面と底面側の側面に１組のＲＧＢのレーザ光出射部がそれぞれ設けられており、左右の側面に２組のＲＧＢのレーザ光出射部がそれぞれ設けられている。レーザ光出射部毎に異なった角度でレーザ光が導光板型光インテグレータ７４に入射するように構成することで、導光板型光インテグレータ７４が変調素子７７を照明するときの光線角度をレーザ光出射部毎に異ならせている。
【００６７】
ＲＧＢそれぞれの各レーザ光出射部は、実施形態１又は実施形態２と同様に単独で又は組み合わせで、順番にレーザ光を出射して、変調素子７７を照明する。
【００６８】
導光板型光インテグレータ７４は、裏面と各レーザ光出射部が設けられている箇所を除く側面に反射面を備える。導光板型光インテグレータ７４は、内部に均一拡散手段を有し、光量分布を均一化させた光を主面から出射する。導光板型光インテグレータ７４から出射された光は変調素子７７に導かれ、画像が形成される。
【００６９】
本実施形態は、実施形態１と同様の効果を有する。すなわち、ＲＧＢの各レーザ光出射部が変調素子７７を照明する角度が時間とともに変化するため、スペックルノイズが除去される。変調素子７７で形成された画像を見る視聴者は、スペックルノイズのない画像を見ることができる。さらに、物理的動作機構を設けていないため、信頼性が向上する。
【００７０】
また、本実施形態の構成によれば、複数のレーザ光出射部を分散して配置することができるため、レーザ光出射部の放熱機構の設計の自由度が広がるという効果をさらに有する。
【００７１】
また、レーザ光源は点光源であるため、１つのレーザ光源では照明の均一化が困難であるという問題が生じるが、本実施形態のように、複数のレーザ光出射部から導光板型光インテグレータ７４に光を入射する構成にすることにより、１点から入射する場合と比較して、照明の均一度を上げることができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、導光板型光インテグレータ７４の側面にレーザ光出射部を配置しているが、変調素子７７を照明する角度が異なれば良く、例えば裏面側にレーザ光出射部を配置しても良い。また、導光板型光インテグレータ７４から出射された光が変調素子７７を照明する角度が、レーザ光出射部毎に異なれば、レーザ光出射部をどのような位置に配置しても構わない。
【００７３】
なお、ＲＧＢ各色のレーザ光出射部は単色のレーザ光源である場合に限らず、１つの単色レーザ光源から供給されたレーザ光を出射する出射口であっても良い。
【００７４】
（実施形態４）
図８に、本発明の実施形態４の画像形成装置の構成を示す。図８に示すレーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６は、レーザ光を出射するための出射口である。本実施形態の画像形成装置は、緑色レーザ光源８１ｂ＿０から出射されたレーザ光を分岐して、ファイバ８２にカップリングし、レーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６からレーザ光を出射する。緑色レーザ光源８１ｂ＿０、ファイバ８２及びレーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６は緑色光源部を構成する。
【００７５】
本実施形態の画像形成装置は、液晶ディスプレイのバックライトとしてレーザ光源を用いる構成であり、導光板型光インテグレータ７４と変調素子７７は、実施形態３と同じである。導光板型インテグレータ７４は拡散構造やプリズム群などで構成され、変調素子７７を均一に照明する。
【００７６】
レーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６は、変調素子７７を異なる角度から照明するために、導光板型光インテグレータ７４に対して異なる位置にそれぞれ取り付けられる。図８においては、実施形態３と同様に、レーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６は導光板型光インテグレータ７４の側面の４辺に配置される。
【００７７】
レーザ光出射部８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６は、レーザ光を順番に出射する。レーザ光の出射パターンは、実施形態１と同様にレーザ光出射部が単独で順次出射しても良く、実施形態２のように複数のレーザ光出射部の組み合わせが順番に出射しても良い。また、時間変化と共に使用するレーザ光出射部を、又はレーザ光出射部の組み合わせを変化させて、順番にレーザ光を出射しても良い。
【００７８】
本実施形態のようにレーザ光源を１つしか用いない場合であっても、視聴者が明るさを認識する時間内に各レーザ光出射部からレーザ光を順次出射することで、実施形態７と同様に、スペックルノイズを除去することができる。
【００７９】
また、１つのレーザ光源であっても、複数のレーザ光出射部から光を出射することにより、導光板型光インテグレータ７４から出射される光を均一化することができる。すなわち、照明の均一度をあげることができる。
【００８０】
レーザ光出射部を複数個設けて、レーザ光入射部から導光板型インテグレータ７４に入射されるレーザ光の光パワー密度を低下させることにより、レーザ光による光学部品やレーザ光源のダメージを防ぐことができる。
【００８１】
なお、図８においては、緑色レーザ光源８１ｂ＿０を用いた場合について説明しているが、赤色レーザ光源と青色レーザ光源についても、図８と同様の構成を用いることができる。ＲＧＢのそれぞれにおいて、１つのレーザ光源に対して複数の出射口を導光板型光インテグレータ７４の側面に設けることにより、レーザ光源自体を導光板型光インテグレータ７４の側面に配置する図７よりも、ＲＧＢの各出射口を近づけることができる。白色を出力する構成に適している。
【００８２】
また、図７の構成と図８の構成とを組み合わせて、ＲＧＢの光源部をそれぞれ構成しても良い。例えば、赤色と青色のレーザ光源については半導体レーザを用いて、図７のようにレーザ光源であるレーザ光出射部を導光板型光インテグレータ７４の側面に配置し、緑色のレーザ光源についてはファイバレーザを用いて、図８のように出射口であるレーザ光出射部を導光板型光インテグレータ７４の側面に配置しても良い。緑色のレーザ光を半導体レーザにより発光させることは難しいため、緑色レーザ光源については、波長変換により緑色のレーザ光を発光するファイバレーザを用いることが考えられる。本実施形態は、ファイバレーザをレーザ光源として使用する場合に適している。
【００８３】
（実施形態５）
図９に、実施形態５の画像形成装置の構成を示す。本実施形態の画像形成装置は、板状光インテグレータ９４を備え、板状光インテグレータ９４の側面の対辺となる２辺にレーザ光出射部８１ｂ＿５及び８１ｂ＿６を設ける。それ以外の構成は、実施形態４と同じである。
【００８４】
板状光インテグレータ９４は導光板型又は中空型の光インテグレータである。通常、板状光インテグレータ９４に対して１辺から光りを入射する場合、光入射の上流部と下流部とで光の不均一化が生じ易い。特に、側面から入射された光を正面に出射する板状光インテグレータ９４においては、レーザ光源が点光源であるために光の均一化が困難になるという問題が生じる。しかし、本実施形態のように、対辺にレーザ光出射部８１ｂ＿５及び８１ｂ＿６を設けることで、光入射の上流部と下流部とを無くすことができ、さらに視聴者が画像を認識する時間内、例えば１０ｍｓｅｃ以下で、レーザ光出射部８１ｂ＿５と８１ｂ＿６とが交互にレーザ光を出射することで、均一照明を実現できる。
【００８５】
スペックルノイズを低減するための光の入射角度の変化が最も大きくなるのが、１８０度であるため、レーザ光出射部の組は対辺に配置されることが好ましい。なお、板状光インテグレータ９４の中心部に対し、点対称の位置になるように、レーザ光出射部を板状光インテグレータ９４の側面の対辺に配置すると良い。レーザ光の出射角度は、対向して板状光インテグレータ９４の中心部に主光線が行くように調整されることが、スペックルノイズの除去のために好ましい。
【００８６】
本実施形態によれば、スペックルノイズの低減と均一照明とを実現できる。スペックルノイズの低減と均一照明とを実現するためには、少なくとも１組のレーザ光出射部を板状光インテグレータ９４の側面の対辺に設けると良い。なお、スペックルノイズの低減をより大きくし、より均一な照明を実現するためには、複数組のレーザ光出射部を、板状光インテグレータ９４の対辺もしくは中心部に対する点対称の位置に配置することが好ましい。
【００８７】
（実施形態６）
図１０に、実施形態６の画像形成装置の構成を示す。本実施形態の画像形成装置は、レーザ光出射部１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４を導光板型光インテグレータ７４のコーナー部に配置する。レーザ光出射部１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４は、各レーザ光出射部が対向するように、すなわち板状光インテグレータ７４の中心部に主光線が向くように、配置される。本実施形態において、レーザ光出射部１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４の配置以外の構成と動作は実施形態４と同じである。
【００８８】
点光源であるレーザ光源を用いた場合、光が板状光インテグレータ７４のコーナー部に到達しにくいため、均一化が難しいが、本実施形態のように、コーナー部にレーザ光出射部１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４を設けることにより、均一化を容易に実現できる。
【００８９】
レーザ光出射部１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４の出射側には、面方向にレーザ光を広げるシリンドリカルレンズ又はシリンドリカルレンズが連続しているレンチキュラーレンズからなる光学素子を設けることが好ましい。光学素子により、レーザビームを平面状にすることで、均一化を助けることができる。
【００９０】
なお、実施形態１から実施形態６について、レーザ光出射部の数は実施形態に限定されない。順番にレーザ光を出射できるように、ＲＧＢの各光源部において、２個以上のレーザ光出射部を設けていれば良い。
【００９１】
また、実施形態１から実施形態６では、赤、緑、青の光源部のそれぞれが複数のレーザ光出射部を設けたが、赤、緑、青の少なくともいずれか１色について複数のレーザ光出射部を設ける構成であっても良い。
【００９２】
さらに、実施形態１から実施形態６の画像形成装置は、ＲＧＢ３色のレーザ光源を用いる場合について説明したが、本発明は特にこれに限定されず、３色以上のレーザ光源を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の画像形成装置は、信頼性に優れ、スペックルノイズを除去した画像を形成できるという効果を有し、動画や静止画などを形成するプロジェクションディスプレイや液晶ディスプレイに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態１の画像形成装置の概略構成図
【図２】本発明の実施形態１の光源部から光インテグレータへのレーザ光の光線角度を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図
【図３】本発明の実施形態１のレーザ光出射部の出射タイミングとパワーを示す図
【図４】本発明の実施形態２の画像形成装置の概略構成図
【図５】本発明の実施形態２の光源部から光インテグレータへのレーザ光の光線角度を示す図
【図６】本発明の実施形態２のレーザ光出射部の出射タイミングとパワーを示す図
【図７】本発明の実施形態３の画像形成装置の概略構成図
【図８】本発明の実施形態４の画像形成装置の概略構成図
【図９】本発明の実施形態５の画像形成装置の概略構成図
【図１０】本発明の実施形態６の画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
【００９５】
１ａ，１１ａ 赤色光源部
１ｂ，１１ｂ 緑色光源部
１ｃ，１１ｃ 青色光源部
１ａ＿１〜１ａ＿３，１１ａ＿１〜１１ａ＿３，７１ａ＿１〜７１ａ＿６ 赤色レーザ光出射部
１ｂ＿１〜１ｂ＿３，１１ｂ＿１〜１１ｂ＿３，７１ｂ＿１〜７１ｂ＿６、８１ｂ＿１〜８１ｂ＿６、１０１ｂ＿１〜１０１ｂ＿４ 緑色レーザ光出射部
１ｃ＿１〜１ｃ＿３，１１ｃ＿１〜１１ｃ＿３，７１ｃ＿１〜７１ｃ＿６ 青色レーザ光出射部
２ 照明光学系
４ 光インテグレータ
６ 投影光学系
７，４７，７７ 変調素子
８ 投射光学系
９，４９ ダイクロイックプリズム
１０ スクリーン
２１，５１ 光屈折素子
７４ 導光板型光インテグレータ
８１ｂ＿０ 緑色レーザ光源
８２ ファイバ
９４ 板状光インテグレータ

Claims (14)

1. 同じ色のレーザ光を出射する複数のレーザ光出射部を有し、前記複数のレーザ光出射部からレーザ光を出射する光源部と、
   前記複数のレーザ光出射部から出射されたレーザ光により照明される変調素子と、を備え、
   少なくとも１つのレーザ光出射部は、同じ色のレーザ光を出射する他のレーザ光出射部と異なるタイミングでレーザ光を出射し、
   前記少なくとも１つのレーザ光出射部が前記変調素子を照明するときの光線角度が同じ色のレーザ光を出射する前記他のレーザ光出射部が前記変調素子を照明するときの光線角度と異なる、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数のレーザ光出射部と前記変調素子との間に光インテグレータをさらに備える請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数のレーザ光出射部をアレイ状に配置すると共に、
   前記複数のレーザ光出射部と前記光インテグレータとの間に光屈折素子をさらに備え、
   前記複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光が前記光屈折素子を通過する位置により、前記光線角度が異なることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記複数のレーザ光出射部をアレイ状に配置すると共に、
   前記複数のレーザ光出射部と前記光インテグレータとの間に、前記複数のレーザ光出射部毎に前記光線角度を２軸に変化させる光屈折素子を備える、請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記複数のレーザ光出射部が個々に又は組み合わせでレーザ光を出射するときの１パターンの出射時間は、１０ｍｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 各レーザ光出射部の連続出射時間は、１μｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
7. 前記複数のレーザ光出射部は、前記複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光の合計光が擬似連続波となるように、且つ前記合計光のパワーが画像信号により変調されるように、レーザ光を出射することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 前記複数のレーザ光出射部は、前記複数のレーザ光出射部から出射されるレーザ光の合計光が１００ＨＺ〜２ＫＨｚの擬似矩形波となるように、且つ前記擬似矩形波のパワーが画像信号により変調されるように、レーザ光を出射することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
9. 前記複数のレーザ光出射部を側面に配置されて、側面に入射されたレーザ光を主面から前記変調素子に出射する光インテグレータをさらに備える請求項１に記載の画像形成装置。
10. 前記複数のレーザ光出射部は、前記光インテグレータの側面の対辺にそれぞれ配置される請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記複数のレーザ光出射部は、前記光インテグレータの側面の４辺にそれぞれ配置される請求項９に記載の画像形成装置。
12. 前記複数のレーザ光出射部は、前記光インテグレータの中心部に対して、点対称の位置に配置される請求項９に記載の画像形成装置。
13. 前記複数のレーザ光出射部は、前記光インテグレータのコーナー部にそれぞれ配置される請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記光源部は、レーザ光を発光するレーザ光源とファイバとをさらに備え、
    各レーザ光出射部は、前記ファイバを介して供給された前記レーザ光源のレーザ光を出射する出射口である、請求項１に記載の画像形成装置。

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