JP5429343B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、画像表示装置及び偏光変換拡散部材に関する。

近年、照明装置により光変調装置を照明し、その光変調装置から射出された画像光を投射レンズ等の投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクタが広く知られている。
そのプロジェクタの照明装置として、従来はメタルハライドランプやハロゲンランプ等が利用されていたが、近年では照明装置およびプロジェクタの小型化を図るため、半導体レーザ（ＬＤ）の利用が提案されている。レーザ光源の利点として、小型化以外にも、色再現性がよいことや、輝度およびコントラストの高い映像表示が可能であること、瞬時点灯が可能であることなどが挙げられる。

しかしながら、レーザ光はコヒーレント光であるため、拡大投射された映像光には、明点および暗点がランダムに分布したスペックルパターンが生じる。スペックルパターンは、投射光学系の各点からの出射光が不規則な位相関係で干渉することによって生じるものである。このスペックルパターンを有する映像は、観察者にぎらぎらとしたちらつき感を与えるため問題である。

この問題を解決するため、光源から射出された光を拡散板により拡散させ、スペックルノイズを低減させる画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
特許文献１に記載のディスプレイ装置では、レーザ光源から射出された光は拡散素子により拡散され、拡散された光はレンズにより空間的光変調器に集束される。そして、空間的光変調器によって画像に変換された光は観察面に表示される。

また、特許文献２に記載の投射型画像表示装置では、第１次元表示素子から射出された光はガルバノミラーにより走査され、走査された光は振動しているディフューザを通過する。これにより、ディフューザから射出された光は拡散されて、投射レンズによりスクリーン上に拡大投射される。

また、特許文献３に記載の画像表示システムでは、第１の光学系により、光源から射出された光による中間像が光拡散角変換素子上に形成され、光拡散角変換素子に入射する入射角より光拡散角変換素子から射出される射出角を大きくする。そして、光拡散角変換素子を振動させることにより、スペックルパターンの時間的変化が人間の眼において積分され、スペックルノイズを低減することが可能となる。

特開平６−２０８０８９号公報 特開２００５−８４１１７号公報 特開２００６−５３４９５号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の技術では、拡散板により光源から射出された光を拡散させてスペックルノイズを低減させているが、拡散板だけでは、人間の眼で知覚できないレベルまでスペックルノイズを低減することは難しい。
また、特許文献３の技術では、光拡散角変換素子の散乱角と投射レンズの飲み込み角との関係を最適化することにより、多くの散乱パターンをスクリーン上に投影できるため、明るく、かつ、スペックルを低減した画像を投影可能である。しかしながら、この構成の場合も人間の眼で知覚できないレベルまでスペックルノイズを低減することは難しい。

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、より確実にスペックルノイズを低減することが可能な照明装置、画像表示装置及び偏光変換拡散部材を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、被投射面を照射する画像表示装置であって、レーザ光を射出するレーザ光源と、入射するレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向に変換して射出させる第１の領域と、入射するレーザ光の偏光方向を第２の偏光方向に変換して射出させる第２の領域と、を有し、前記レーザ光源の後段に配置された偏光変換装置と、前記レーザ光源の後段に配置され、入射するレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置の後段に配置され、入射するレーザ光を前記被投射面に投射する投射手段と、前記偏光変換装置の後段に設けられた光拡散部と、を備え、前記偏光変換装置が前記投射手段の開口絞りまたは瞳位置に配置され、前記光拡散部は前記光変調装置の中間像位置に配置され、前記偏光変換装置により前記光源から射出されたレーザ光の偏光方向を前記領域ごとに変換した後、変換されたレーザ光を前記光拡散部により拡散させることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置では、レーザ光源から射出されたレーザ光は、光変調装置により画像信号に応じて変調され、変調されたレーザ光は投射手段により被投射面に投射される。このとき、被投射面に投射されるレーザ光は、例えば、光変調装置により変調され、偏光変換素子に入射する。すなわち、光変調装置から射出された画像は領域ごとに偏光方向が変換される。そして、偏光方向の異なるレーザ光が被投射面に投射される。したがって、偏光方向の異なるレーザ光同士は干渉しないので、被投射面に投射される画像のスペックルノイズを低減することが可能となる。また、偏光変換装置が投射手段の開口絞りまたは瞳位置に配置されているため、様々な空間周波数に異なる偏光情報を与えることが可能となる。さらに、レーザ光の偏光方向が偏光変換装置により領域ごとに変換された後、光変調装置の中間像位置に配置された光拡散部によってさらに拡散される。すなわち、領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光を拡散させているため、被投射面において偏光方向の異なるレーザ光が重畳される。そのため、被投射面に投射される画像のスペックルノイズをより低減することが可能となる。
また、本発明の画像表示装置において、前記第１の領域および前記第２の領域の大きさは、前記投射手段の開口絞りの大きさより小さいことが好ましい。
本発明に係る画像表示装置において、前記第１の領域および前記第２の領域の大きさは、投射手段の開口絞りの大きさより小さいため、スペックルノイズを確実に低減することが可能となる。
また、本発明の画像表示装置において、前記偏光変換装置は回転または揺動させられることが好ましい。
また、光変調装置が液晶素子である場合、偏光部材を用いて特定の偏光方向のレーザ光を光変調装置に入射させている。そこで、偏光変換装置を液晶素子の後段側に配置することにより、効率良く領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光を被投射面に投射することが可能となる。

本発明に係る画像表示装置では、光拡散部により、レーザ光源から射出されたレーザ光、あるいは、偏光変換装置から射出されたレーザ光を拡散させる。すなわち、光拡散部を備えることにより、より確実にレーザ光を拡散させることができるため、被投射面に投射される画像のスペックルノイズをより効果的に低減させることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記偏光変換装置及び前記光拡散部が、前記光変調装置と前記被投射面との間の光路上に配置され、少なくとも前記光拡散部が、前記光変調装置から射出されたレーザ光により中間像が形成される位置に配置されていることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、光変調装置により変調されたレーザ光は、例えば、偏光変換装置により領域ごとに偏光方向が変換されて、光拡散部により拡散される。このとき、中間像が形成される位置に、光拡散部が配置されているため、光拡散部により中間像を拡散して被投射面に画像を投射する。したがって、被投射面に投射される画像のスペックルノイズをより確実に低減することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記光変調装置と前記光拡散部との間の光路上に中間像形成光学系が配置され、前記中間像形成光学系により前記中間像が形成されることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、光変調装置により変調されたレーザ光は、中間像形成光学系により中間像が形成され、光拡散部により拡散される。また、偏光変換装置により、被投射面に投射されるレーザ光の偏光方向は、領域ごとに異なるため、被投射面に投射される画像のスペックルノイズを低減することが可能となる。
したがって、中間像形成光学系により中間像を形成することで、より確実に光拡散部の位置に中間像を形成することができるため、被投射面に投射される画像のスペックルノイズをより確実に低減することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記光拡散部が前記他方の面に２つの光を干渉させることにより形成されることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、２つの光を干渉させることにより光拡散部が形成されるため、光拡散部により高次回折光の発生を制御することができる。すなわち、２つの光を照射し、不要な高次回折光が発生しないような光拡散部を形成することにより、光の利用効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記光拡散部が回折素子であることが好ましい。
本発明に係る画像表示装置では、光拡散部が回折素子であるため、光拡散部において拡散されるレーザ光の拡散角を所定の範囲内にすることができる。したがって、レーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記偏光変換装置により前記光源から射出されたレーザ光の偏光方向を前記領域ごとに変換した後、変換されたレーザ光を前記光拡散部により拡散させることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、偏光変換装置によりレーザ光の偏光方向を領域ごとに変換した後、変換されたレーザ光を光拡散部により拡散させる。すなわち、領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光を拡散させているため、被投射面において偏光方向の異なるレーザ光が重畳されるので、被投射面に投射される画像のスペックルノイズをより効果的に低減することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記偏光変換装置は、常光線と異常光線との位相差が異なる複屈折性材料からなることが好ましい。
本発明に係る画像表示装置では、偏光変換装置は、常光線と異常光線との位相差が異なる複屈折性材料からなるため、領域ごとに偏光方向を効率良く変換することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、前記レーザ光源から射出されたレーザ光の波長をλとし、前記常光線と前記異常光線との位相差をＲｅとすると、０≦Ｒｅ≦λ／２であることが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、偏光変換装置は、常光線と異常光線との位相差Ｒｅが、０≦Ｒｅ≦λ／２の範囲である複屈折性材料からなるため、領域ごとに複数種の偏光方向のレーザ光を射出することができるため、スペックルノイズを低減することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、サンドブラスト処理により前記凹部を形成することが好ましい。
本発明に係る画像表示装置では、サンドブラスト処理により、簡易な方法で、凹部を形成することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置は、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより前記凹部を形成することが好ましい。

本発明に係る画像表示装置では、フォトリソグラフィ法及びエッチングにより、簡易な方法で、凹部を形成する。また、マスクの開口部の大きさや透過率を変えることにより、凹部の大きさを変えることができるため、サンドブラスト処理に比べて、設計通りに凹部を形成することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置において、前記第１の領域および前記第２の領域の大きさは、前記光変調装置の画像形成領域の大きさより小さいことが好ましい。

本発明に係る画像表示装置において、前記第１の領域および前記第２の領域の大きさは、光変調装置の画像形成領域の大きさより小さいため、画像形成領域から射出された画像は、偏光変換装置を通過した際、偏光方向の異なる複数の領域に分割される。したがって、領域ごとに偏光方向の異なる画像が被投射面に投射されるため、スペックルノイズを確実に低減することが可能となる。

また、本発明の偏光変換拡散部材は、入射するレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向に変換して射出させる第１の領域と、入射するレーザ光の偏光方向を第２の偏光方向に変換して射出させる第２の領域と、を有し、基材の一方の面に設けられた偏光変換装置と、前記基材の、前記一方の面と反対の他方の面に設けられ、入射するレーザ光を拡散させる光拡散部と、を備え、前記光拡散部が前記他方の面に２つの光を干渉させることにより形成されることを特徴とする。

本発明に係る偏光変換拡散部材では、２つの光を干渉させることにより光拡散部が形成されるため、光拡散部により高次回折光の発生を制御することができる。すなわち、２つの光を照射し、不要な高次回折光が発生しないような拡散層を形成することにより、光の利用効率を向上させることが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。 図１のプロジェクタの投射装置を示す平面図である。 図１のプロジェクタの偏光変換部を示す正面図である 図１のプロジェクタの偏光変換部を示す断面図である 図１のプロジェクタの偏光変換部を通過するレーザ光の偏光方向の違いを示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す平面図である。 図８，図９のプロジェクタの偏光変換部を示す正面図である。 本発明の第４実施形態に係る偏光変換拡散部材を示す平面図である。 本発明の第５実施形態に係る偏光変換拡散部材を示す平面図である。 本発明の第６実施形態に係る偏光変換拡散部材の形成方法を示す平面図である。 本発明の第７実施形態に係る偏光変換拡散部材の形成方法を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る照明装置、画像表示装置及び拡散部材の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
本発明のプロジェクタの第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態においては、プロジェクタとして空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型のプロジェクタを例に挙げて説明する。

本実施形態に係るプロジェクタ（画像表示装置）１では、図１に示すように、反射型のスクリーン（被投射面）５０を用い、スクリーン５０の正面側からスクリーン５０上に画像情報を含む光を投射する。
プロジェクタ１は、光源装置（レーザ光源）１０と、光変調装置２０と、ダイクロイックプリズム（色光合成手段）３０と、投射装置（投射手段）４０とを備えている。また、以下の説明においては、光変調装置を液晶ライトバルブと称する。

光源装置１０は、赤色のレーザ光を射出する赤色光源装置（レーザ光源）１０Ｒと、緑色のレーザ光を射出する緑色光源装置（レーザ光源）１０Ｇと、青色のレーザ光を射出する青色光源装置（レーザ光源）１０Ｂとからなる。
また、液晶ライトバルブ（光変調装置）２０は、赤色光源装置１０Ｒから射出されたレーザ光を画像情報に応じて光変調する２次元の透過型の赤色用光変調装置２０Ｒと、緑色光源装置１０Ｇから射出されたレーザ光を画像情報に応じて光変調する２次元の透過型の緑色用光変調装置２０Ｇと、青色光源装置１０Ｂから射出されたレーザ光を画像情報に応じて光変調する２次元の透過型の青色用光変調装置２０Ｂとからなる。さらに、ダイクロイックプリズム３０は、各光変調装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにより変調された各色光を合成するものである。
また、投射装置４０は、ダイクロイックプリズム３０で合成されたレーザ光をスクリーン（被投射面）５０上に投射するものである。

各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、レーザ光を射出する光源１１と、光源１１から射出されたレーザ光を回折する回折光学素子１２と、回折光学素子１２において回折したレーザ光の射出角度を調整する角度調整用光学素子１４とを備えている。なお、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの構成はこれに限るものではない。

投射装置４０について図２を用いて説明する。なお、図２は、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに入射したレーザ光がスクリーン５０に投射される光路図を見易くするために、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ、投射装置４０、スクリーン５０を直線配置として示し、また、ダイクロイックプリズム３０を省略している。
投射装置４０は、図２に示すように、光路上に第１レンズ群４１と、偏光変換板（偏光変換装置）４３と、第２レンズ群４５とをこの順に備えている。偏光変換板４３は、中心部である回転軸Ｐを中心にアクチュエータ（図示略）により回転される。なお、偏光変換板４３の中心部を回転軸Ｐとしたが、これに限らず、偏光変換板４３の端部を回転軸Ｐとしても良い。

第１レンズ群（中間像形成光学系）４１は、ダイクロイックプリズム３０において合成されたレーザ光を偏光変換板４３上またはその近傍に中間像として形成する。また、第１レンズ群４１は、開口絞り４２に対して略対称に配置された前段レンズ群４１ａ、後段レンズ群４１ｂからなる等倍結像レンズである。また、前段レンズ群４１ａ、後段レンズ群４１ｂは、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群４１ａ、後段レンズ群４１ｂは、複数の凸レンズおよび凹レンズを含んで構成されているが、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更されるものである。

偏光変換板４３は、図３に示すように、複数の領域Ａを有しており、複数種の偏光方向を有するレーザ光が複数の領域Ａから射出されるようになっている。すなわち、例えば、第１の領域Ａ１及び第４の領域Ａ４から射出されたレーザ光の偏光方向は、振動方向の異なる直線偏光であり、第２の領域Ａ２及び第３の領域Ａ３から射出されるレーザ光の偏光方向は、楕円偏光となっている。なお、複数の領域Ａから射出されるレーザ光の偏光方向は、すべて異なっていても、同じ偏光方向がいくつか存在していても良い。
さらに、偏光変換板４３は、図３に示すように、第１レンズ群４１により形成された中間像Ｔが形成される位置に配置されている。偏光変換板４３の各領域Ａの大きさは、中間像Ｔの大きさより小さくなっている。また、第１レンズ群４１は等倍結像レンズであるため、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの画像形成領域の大きさが中間像Ｔと略同じ大きさである。したがって、偏光変換板４３の各領域Ａの大きさは、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの画像形成領域の大きさより、小さくなっている。
なお、偏光変換板４３の各領域Ａの大きさが開口絞り４２の大きさより小さくしても良い。
本実施形態では、偏光変換板４３の領域Ａの大きさは、すべて同じであるが、すべて異なっていても良く、また、何種類かの大きさが混ざっていても良い。

具体的には、偏光変換板４３は、図４に示すように、ダイクロイックプリズム３０から合成されたレーザ光が入射する入射端面４３ａと反対の射出端面４３ｂに互いに異なる深さの複数の矩形状の凹部（凹凸構造）４３Ｍを有している。これにより、偏光変換板４３から射出されるレーザ光は拡散される。また、１つの凹部４３Ｍが図３に示す１つの領域Ａとなっている。
また、偏光変換板４３は、光弾性係数の高い材料、例えば、ポリカーボネートから形成されている。そして、ポリカーボネートは、延伸時に材料に加わる応力により、延伸方向とそれと略垂直な方向とに異なる屈折率を有することが可能であり、１軸性の光学異方性を有する複屈折材料として機能する。

次に、偏光変換板４３の各領域Ａを通過するレーザ光の偏光方向について、図５を参照して説明する。なお、図５では、領域Ａａ及び領域Ａｂから射出されるレーザ光の偏光方向を分かりやすく説明するために、他の領域Ａｃ，Ａｄ，Ａｅ…の大きさより大きく図示する。また、実際には、偏光変換板４３の領域Ａごとにダイクロイックプリズム３０によって合成されたレーザ光が入射するのではなく、入射端面４３ａの全体にレーザ光が入射する。
ここで、偏光変換板４３を形成する材料の光弾性係数をＣ［Ｐａ^-1］とし、延伸時に材料に加わる応力をσ［Ｐａ］とすると、常光線と異常光線との屈折率差は、

で表される。
また、屈折率差Δｎを有する材料は、隣接する領域Ａの厚みの差をｄとすると、

の関係が成り立つ。したがって、隣接する領域Ａの厚みの差ｄにより、常光線と異常光線とに位相差Ｒｅを与えることが可能となり、レーザ光は偏光変換板４３を通過することにより、領域Ａごとに偏光方向が異なる。

これにより、１軸性光学異方性を有する材料からなる偏光変換板４３に、偏光変換板４３の材料の光軸に対して４５°傾いた直線偏光の光線が入射した際に、隣接する領域Ａの厚みの差ｄの違いにより位相差Ｒｅが異なる。すなわち、図５に示すように、偏光変換板４３の射出端面４３ｂから射出される光線の偏光方向が、領域Ａごとに異なる。例えば、領域Ａａから射出される射出光の偏光方向は、常光線と異常光線との光学的距離が異なり位相が同じであるため、入射光と同じ矢印Ｂ１で示す向きとなる。一方、領域Ａｂから射出される射出光の偏光方向は、常光線と異常光線との光学的距離が異なり位相も異なるため、矢印Ｂ２で示すように、入射光と位相が９０°回転した向きとなる。領域Ａごとの位相差Ｒｅは、０〜λ／２の範囲であれば良い。このようにして、偏光変換板４３の隣接する領域Ａの厚みの差ｄに応じて複数種の偏光方向のレーザ光が複数の領域Ａａ，Ａｂ，Ａｃ…から射出される。

次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ１により、スクリーン５０に画像を表示する方法について説明する。
まず、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出された赤色光，緑色光，青色光は、均一なレーザ光となり、角度調整用光学素子１４に入射する。角度調整用光学素子１４から射出された均一な赤色光，緑色光，青色光は、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに入射し、ダイクロイックプリズム３０で合成される。
合成されたレーザ光は、第１レンズ群４１を介して偏光変換板４３に入射する。偏光変換板４３に入射するレーザ光の偏光方向は、直線偏光となっている。そして、偏光変換板４３において、領域Ａごとに偏光方向が変換された後、射出端面４３ｂで拡散される。したがって、偏光変換板４３からは、偏光方向の異なる複数種の直線偏光や楕円率の異なる楕円偏光が射出される。そして、領域Ａごとに偏光方向の異なる画像が、第２レンズ群４５によりスクリーン５０に投射される。このとき、スクリーン５０に投射されるレーザ光も、領域Ａごとに偏光方向の異なるレーザ光となる。

本実施形態に係るプロジェクタ１では、偏光変換板４３から射出された複数種の偏光方向のレーザ光が拡散し、スクリーン５０に投射される。したがって、偏光方向の異なるレーザ光同士は干渉しないため、スクリーン５０に投射される画像のスペックルノイズを低減することが可能となる。
また、中間像が形成される位置に偏光変換板４３が配置されているため、中間像Ｔを領域Ａごとに偏光方向を変換し拡散するため、より確実にスペックルノイズを低減することが可能となる。また、第１レンズ群４１により中間像を形成するため、より確実に偏光変換板４３の位置に中間像Ｔを形成することが可能となる。
また、偏光変換板４３が、凹部４３Ｍを有し各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから射出されたレーザ光を拡散させるため、装置全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。

また、偏光変換板４３の材料として複屈折性の大きいポリカーボネートを用いているため、常光線と異常光線との位相差Ｒｅを大きくすることができる。これにより、スクリーン５０に投射されるレーザ光は干渉しにくくなるため、スペックルノイズを低減することが可能となる。
つまり、本実施形態のプロジェクタ１は、より確実にスペックルノイズを低減することが可能である。

また、レーザ光を射出するレーザ光源と、上述した偏光変換板４３とを備え、偏光変換板４３から射出された領域Ａごとに偏光方向の異なる拡散されたレーザ光を被投射面に投射する照明装置であっても良い。また、照明装置はレーザ光を被投射面に投射する投射手段を備えていてもよい。このような照明装置をレーザ加工機、レーザ露光機に用いた場合、スペックルノイズが抑えられたレーザ光により被投射面を照射することができるため、レーザ加工、レーザ露光を精度良く行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、偏光変換板４３を形成する材料としてポリカーボネートを用いたがこれに限るものではない。また、偏光変換板４３を形成する材料は複屈折性の大きい材料により形成することが好ましい。
また、偏光変換板４３を回転させる構成にしたがスクリーンの形状等によっては、回転させなくても良い。さらに、偏光変換板４３を揺動させる構成であっても良い。
また、拡散機能を有する偏光変換板４３を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、偏光変換板４３とは別にレーザ光を拡散する光拡散部を備えていても良い。この構成では、偏光変換板４３と光拡散部とを近接、または、接触させて配置しても良い。また、偏光変換板４３と光拡散部とを別々に設けた場合は、少なくとも光拡散部を中間像が形成される位置に配置すれば良い。このように、光拡散部を備えることにより、レーザ光をより確実に拡散することができるため、よりスペックルノイズを低減することができる。
また、射出端面４３ｂに凹部４３Ｍが形成された偏光変換板４３を用いたが、入射端面４３ａにも凹部が形成されていても良い。
また、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いたが、反射型の液晶ライトバルブ、ＤＭＤ（Digital Mirror Device），ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）のいずれであっても良い。

［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６を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態の図面において、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６０では、第１実施形態と同様の偏光変換板４３が光源（レーザ光源）６１と反射型ライトバルブ６４との光路の間に配置されている点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

プロジェクタ（画像表示装置）６０は、図６に示すように、光源６１と、ホログラム素子６２と、偏光変換板（偏光変換装置）４３と、平行化レンズ６３と、反射型ライトバルブ（反射型光変調装置）６４と、投射装置（投射手段）６５とを備えている。
光源６１は、レーザ光を射出するＬＤ（Laser Diode）である。ホログラム素子６２は、光源６１から射出されたレーザ光を矩形上の照明光に変換する素子である。
偏光変換板４３は、第１実施形態と同様に、入射したレーザ光を領域Ａごとに偏光方向を異ならせ拡散させるものであり、回転軸Ｐを中心に回転可能となっている。したがって、ホログラム素子６２から射出されたレーザ光が偏光変換板４３を通過することにより、複数種の偏光方向を有するレーザ光が複数の領域から拡散されて射出される。

平行化レンズ６３は、偏光変換板４３から射出された拡散されたレーザ光を略平行光にして、反射型ライトバルブ６４に入射させる。
反射型ライトバルブ（光変調装置）６４は、平行化レンズ６３から射出された平行なレーザ光を画像信号に応じて変調する。反射型ライトバルブ６４としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）を用いることが可能である。
投射装置６５は、複数のレンズにより構成されており、反射型ライトバルブ６４において変調された画像をスクリーン５０に向かって投射するものである。

次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ６０により、スクリーン５０に画像を表示する方法について説明する。
まず、光源６１から射出されたレーザ光は、ホログラム素子６２により矩形状のレーザ光に変換され、偏光変換板４３に入射する。偏光変換板４３に入射するレーザ光の偏光方向は、直線偏光となっている。そして、偏光変換板４３において、領域ごとに偏光方向が変換され拡散されたレーザ光は、複数種の直線偏光や楕円率の異なる楕円偏光となり、反射型ライトバルブ６４に入射する。そして、反射型ライトバルブ６４で反射された領域ごとに偏光方向の異なる画像が、投射装置６５によりスクリーン５０に投射される。このとき、スクリーン５０に投射されるレーザ光も、領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光となる。

本実施形態に係るプロジェクタ６０では、第１実施形態のプロジェクタ１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタ６０では、反射型ライトバルブ６４の前段に偏光変換板４３が配置されているため、領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光が拡散されて反射型ライトバルブ６４に入射する。すなわち、本実施形態では、第１実施形態のように中間像を形成する必要がないため、装置全体の小型化を図ることが可能となる。

なお、反射型ライトバルブ６４を照明する手段として、ホログラム素子６２を用いたがこれに限るものではなく、反射型ライトバルブ６４を照明できるものであれば良い。
また、光変調装置として、ＤＭＤを用いたが、これに限るものではなく、偏光板を通す必要のない光変調装置であれば良い。
また、カラーの画像をスクリーン５０に投射するには、光源６１として、赤色光、緑色光、青色光のレーザ光源をダイクロイックプリズムなどで合成し、ホログラム素子６２に入射させる。このときＲＧＢの光源それぞれを時分割で駆動させる。この構成により、カラーの画像をスクリーン５０に投射することができる。

［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７を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタ（画像表示装置）７０では、偏光変換板５１と、光拡散板５２とが別々に設けられている点において、第２実施形態と異なる。

偏光変換板（偏光変換装置）５１は、図７に示すように、ホログラム素子６２と平行化レンズ６３との間の光路上に配置されている。偏光変換板５１は、ポリカーボネートからなり、ホログラム素子６２から射出されたレーザ光の偏光方向を領域ごとに異ならせる。なお、偏光変換板５１は、光源６１と反射型ライトバルブ６４との間の光路上に配置されていれば良い。
また、光拡散板（光拡散部）５２が、反射型ライトバルブ６４と投射装置６５との間の光路上に配置されている。光拡散板５２は、例えば、凹凸部を有するガラス板であり、反射型ライトバルブ６４から射出されたレーザ光を拡散させ、投射装置６５に入射させる。なお、光拡散板５２は、反射型ライトバルブ６４の中間像位置に配置されている。また、反射型ライトバルブ６４と光拡散板５２との間には、中間像を形成するために、中間像レンズ６６が設けられている。

本実施形態に係るプロジェクタ７０では、光拡散板５２が反射型ライトバルブ６４より投射装置６５側に設けられているため、ライトバルブに入射する光線の割合を減少させることなく、ライトバルブを照明することが可能である。所謂、照明効率を向上させることが可能である。なお、光源装置６１と反射型ライトバルブ６４との間の光路上に光拡散板５２が配置され、反射型ライトバルブ６４とスクリーン５０との間の光路上に偏光変換板５１が配置されていても良い。

また、より好ましい形態としては、偏光変換板が投射装置６５の開口絞りまたは瞳位置に配置されていることが好ましい。具体的には、図８に示すように、光源６１から射出された光の光路上に、ホログラム素子６２、光拡散板５２、平行化レンズ６３、第１実施形態で示した透過型の液晶ライトバルブ２０、投射装置６５が順に配置されている。また、投射装置６５は第１レンズ群６５ａと第２レンズ群６５ｂとを備え、第１レンズ群６５ａと第２レンズ群６５ｂとの間には開口絞り６７が設けられている。この開口絞り６７の開口６７ａに偏光変換部６８が設けられており、この偏光変換部６８によって、入射したレーザ光を領域ごとに偏光方向を異ならせて射出する。
また、図９に示すように、第１実施形態と同様に、第１レンズ群４１の前段レンズ群４１ａと後段レンズ群４１ｂとの間に開口絞り４２を備えた構成において、開口絞り４２の開口４２ａに偏光変換部６９が設けられた構成であっても良い。
以上のように、開口絞り４２の位置に偏光変換部６８，６９が設けられた構成の場合、各領域Ａの大きさと開口絞り４２の開口４２ａの大きさＴ１との関係は、図１０に示すように、複数の領域Ａの１つの大きさは、開口絞り４２の開口４２ａの大きさより小さくなっている。

さらに、図７および図９に示した例では、光源装置６１から射出されたレーザ光が、偏光変換板５１，６９，光拡散板５２の順に入射する。これにより、領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光を拡散させているため、スクリーン５０において偏光方向の異なるレーザ光が重畳されるので、よりスペックルノイズを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、偏光変換板５１と光拡散板５２とを異なる材質で形成したが、偏光変換板５１と光拡散板５２とを同じ材質で形成しても良い。
さらに、第１レンズ群４１から射出されたレーザ光が、偏光変換板５１，光拡散板５２の順に入射する構成としてもよい。また、第１レンズ群４１から射出されたレーザ光が、光拡散板５２，偏光変換板５１の順に入射する構成であっても良い。
また、光変調装置として、第１実施形態のように透過型の液晶ライトバルブを用い、偏光変換板５１と、光拡散板５２とを別々に設ける場合、偏光変換板５１を液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとスクリーン５０との間の光路上に配置し、光拡散板５２を光源装置１０と液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとの間の光路上に配置する。すなわち、光変調装置が液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂである場合、偏光部材を用いて特定の偏光方向のレーザ光が液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに入射する。そこで、偏光変換板５１を液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの後段側に配置することにより、効率良く領域ごとに偏光方向の異なるレーザ光をスクリーン５０に投射することが可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る第４実施形態について、図１１を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタでは、偏光変換部７３及び光拡散板７４が一体的に形成されたディフューザ７１である点において第３実施形態と異なる。その他の構成においては第３実施形態と同様である。
ディフューザ（偏光変換拡散部材）７１は、図１１に示すように、ポリカーボネートからなる基材７２の一方の面７２ａに偏光変換部７３が形成され、一方の面７２ａと反対の他方の面７２ｂに光拡散部７４が形成されている。すなわち、本実施形態の偏光変換部７３及び光拡散部７４は、同一材料で一体的に形成された構成である。また、レーザ光はディフューザ７１の一方の面７２ａから入射する。
偏光変換部７３は、図５に示す第１実施形態の偏光変換部４３のように凹部７２Ｍを備えている。これにより、複数種の偏光方向を有するレーザ光が複数の領域Ａから射出されるようになっている。

光拡散部７４は、ポリカーボネートからなる基材７２の他方の面７２ｂに感光性材料を塗布し、２つの露光ビームを照射し干渉させることにより、任意の拡散パターンを有する光拡散部７４を形成する。

本実施形態のディフューザ７１は、２光束干渉を用いることにより、光拡散部７４により回折光の発生を制御することができる。すなわち、２つの露光ビームを照射し、不要な高次回折光が発生しないような光拡散部７４を形成することにより、光の利用効率を向上させることが可能となる。
さらに、偏光変換部７３と光拡散部７４との間に界面が生じないため、偏光変換部７３から射出され、光拡散部７４に入射する光は、偏光変換部７３と、光拡散部７４との間で屈折が生じない。したがって、後段に配置された第２レンズ群４５の有口径以上に、レーザ光が拡散するのを抑えることができる。
なお、レーザ光を基材７２の一方の面７２ａから入射させたが、他方の面７２ｂから入射させても良い。

［第５実施形態］
次に、本発明に係る第５実施形態について、図１２を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタでは、偏光変換部７７及び光拡散部７８が一体的に構成されたディフューザ７５である点において第３実施形態と異なる。その他の構成においては第３実施形態と同様である。

ディフューザ（偏光変換拡散部材）７５は、図１２に示すように、ポリカーボネートからなる基材７６の一方の面７６ａに偏光変換部７７が形成され、一方の面７６ａと反対の他方の面７６ｂに光拡散部７８が形成されている。すなわち、本実施形態の偏光変換部７７及び光拡散部７８は、同一材料で一体的に形成された構成である。また、レーザ光はディフューザ７５の一方の面７６ａから入射する。
偏光変換部７７は、図５に示す第１実施形態の偏光変換部４３のように凹部７６Ｍを備えている。これにより、複数種の偏光方向を有するレーザ光が複数の領域Ａから射出されるようになっている。
光拡散部７８は、２次元アレイ状に複数の溝７８ａを有する表面レリーフ型の回折素子である。

本実施形態のディフューザ７５は、第４実施形態のディフューザ７１と同様に、偏光変換部７７と光拡散部７８との間に界面が生じないため、偏光変換部７７と、光拡散部７８との間で屈折が生じない。したがって、後段に配置された第２レンズ群４５の有口径以上に、レーザ光が拡散するのを抑えることができる。
さらに、基材７６の他方の面７６ｂには、光拡散部７８である表面レリーフ型の回折素子が形成されているため、光拡散部７８において拡散されるレーザ光の拡散角を所定の範囲内にすることができる。したがって、レーザ光の利用効率を向上させることが可能となる。

［第６実施形態］
次に、本発明に係る第６実施形態について、図１３を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタでは、偏光変換板をサンドブラストにより形成する方法について説明する。なお、本実施形態では、領域Ａの大きさが異なる偏光変換板８０となっている。
偏光変換板（偏光変換装置）８０は、図１３に示すように、ポリカーボネートからなる基材８１に複数の凹部８１ａが形成されている。基材８１の厚みをｔとすると、ｔ＞λ／（２・△ｎ）であり、λ／２以上の位相差を得ることができるようにする。
凹部８１ａの形成方法としては、隣接する領域Ａの厚みの最大の差ｄがλ／２の位相差、すなわち、ｄ（ｍａｘ）＝Ｒｅ（ｍａｘ）／△ｎ＝λ／（２・△ｎ）となるように、基材８１の表面８１ｂにサンドブラストメディア８２を吹き付けるサンドブラスト処理により表面を加工する。
このように、サンドブラスト処理によって偏光変換板８０を形成することにより、簡易な方法で、基材８１に凹部８１ａを形成することができる。

［第７実施形態］
次に、本発明に係る第７実施形態について、図１４を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタでは、偏光変換板をフォトリソグラフィ法及びエッチングにより形成する方法について説明する。なお、本実施形態では、領域Ａの大きさが異なる偏光変換板９０となっている。
偏光変換板（偏光変換装置）９０は、図１４に示すように、ポリカーボネートからなる基材９１に複数の凹部９１ａが形成されている。基材９１の厚みをｔとすると、ｔ＞λ／（２・△ｎ）であり、λ／２以上の位相差を得ることができるようにする。
凹部９１ａの形成方法としては、隣接する領域Ａの厚みの最大の差ｄがλ／２の位相差、すなわち、ｄ（ｍａｘ）＝Ｒｅ（ｍａｘ）／△ｎ＝λ／（２・△ｎ）となるように、基材９１の表面９１ｂに領域Ａごとに開口率（開口部９３の大きさ）及び透過率（開口部９３を透過する光線の割合）が異なるマスク９２を用いる。そして、基材９１の表面９１ｂにレジストを塗布し、基材９１と対向するマスク９２の面９２ａと反対の面９２ｂから光線を照射し、レジストをパターニングする。その後、エッチング処理を施すことにより、凹部９１ａが形成される。

本実施形態では、マスク９２の開口部９３の大きさ及び透過率を変えることにより、所望の深さを有する凹部９１ａを形成することができる。すなわち、第６実施形態のサンドブラスト処理に比べて、設計通りに基材９１を加工することが可能となる。さらに、マスク９２の開口部９３の大きさ及び透過率を変えることにより、凹部９１ａのパターンをより複雑に形成することも可能となる。
また、エッチング処理の方法は、ドライエッチングでもウェットエッチングでも良い。また、透過率変調マスク（面積階調を含む）を用いることにより、レジスト残膜量を自由に変更することができるため、エッチングの深さを自由に変更することが可能である。すなわち、偏光変換板９０を所望の位相差に調整することも容易に可能となる。
また、凹部９１ａのパターニングに用いるマスク９２は、メタルマスクを用いて直接加工しても良い。

なお、本発明の技術範囲は上記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、色光合成手段として、ダイクロイックプリズムを用いたが、これに限るものではない。色光合成手段としては、例えば、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するもの、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するものを用いることができる。
また、照明装置、たとえば、レーザ加工機、レーザ露光機に用いる偏光変換部として、第１実施形態の偏光変換部に限らず、第２〜第７実施形態のいずれの偏光変換部及び光拡散部を用いても良い。
また、液晶ライトバルブを備えずに、例えば、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）の面を照明装置で照明し、スクリーン上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の実施形態の照明装置を適用することも可能である。

Ｔ…中間像、１，６０，７０…プロジェクタ（画像表示装置）、１０…光源装置（レーザ光源）、２０…液晶ライトバルブ（光変調装置）、４０，６５…投射装置（投射手段）、４３，５１，８０，９０…偏光変換板（偏光変換装置）、４３Ｍ，７２Ｍ，７６Ｍ，８１ａ，９１ａ…凹部、５０…スクリーン（被投射面）、５２…光拡散板（光拡散部）、６４…反射型ライトバルブ（反射型光変調装置）、７２，７６，８１，９１…基材、７３，７７…偏光変換部、７４，７８…光拡散部、７５…ディフューザ（偏光変換拡散部材）。

Claims (3)

1. 被投射面を照射する画像表示装置であって、
   レーザ光を射出するレーザ光源と、
   入射するレーザ光の偏光方向を第１の偏光方向に変換して射出させる第１の領域と、入射するレーザ光の偏光方向を第２の偏光方向に変換して射出させる第２の領域と、を有し、前記レーザ光源の後段に配置された偏光変換装置と、
   前記レーザ光源の後段に配置され、入射するレーザ光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置の後段に配置され、入射するレーザ光を前記被投射面に投射する投射手段と、
   前記偏光変換装置の後段に設けられた光拡散部と、を備え、
   前記偏光変換装置が前記投射手段の開口絞りまたは瞳位置に配置され、
   前記光拡散部は前記光変調装置の中間像位置に配置され、
   前記光源から射出されたレーザ光の偏光方向を前記偏光変換装置により前記領域ごとに変換した後、変換されたレーザ光を前記光拡散部により拡散させることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１の領域および前記第２の領域の大きさは、前記投射手段の開口絞りの大きさより小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記偏光変換装置は回転または揺動させられることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。

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