JP4475302B2 - プロジェクタ及び投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ及び投射装置に関する。

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、近時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、特許文献１には、拡散素子を外力によって振動・回転させることにより、人間の知覚できる表示の書き換え時間より短い時間でスペックルパターンを変化させ、積分効果による平均化によって観察者の目がスペックルを視覚に留めないようにしたディスプレイ装置が開示されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

特許文献１に記載の投射型画像表示装置は、複数の発光部を一方向に配列した１次元表示素子と、１次元表示素子から射出された光を走査し２次元中間像を形成する光走査手段と、２次元中間像を表示部へ拡大投射する投射レンズとを備えている。また、光走査手段と投射レンズとの間にディフューザを配置し駆動させて、ディフューザを通過する光に時間的な位相変調を与える。このようにして、スペックルノイズを低減して良好な画像を得ている。
また、特許文献２に記載の表示光学系は、光を発する光源と、光源から射出された光を走査する走査手段と、走査手段により走査される光を表示面に表示させる第１光学系及び第２光学系とを備えている。この第１光学系は、走査手段により走査された光に中間像を形成させる光学系であり、第２光学系は、中間像からの光を表示面上に結像させる光学系である。また、第１光学系と第２光学系との間には、入射したレーザビームの拡がり角を拡大して第２光学系に入射させる光拡散角変換素子が設けられている。この光拡散角変換素子により、観察者が観察する走査面上への光束の入射角（拡がり角）を大きくすることで、第２光学系に入射する光の入射角が異なる複数の光成分を生成することができる。これにより、スペックルノイズを低減することが可能である。
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に記載及び特許文献２に記載の技術では、入射した光を拡散させる光学素子を用いているが、単にこのような光学素子を用いただけでは、効果的にスペックルノイズを低減するのは困難である。

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を低減することが可能なプロジェクタ及び投射装置を提供することを目的とする。

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、光を射出する光源と、該光源からの光を利用して、所望の大きさの画像を形成する画像形成部と、該画像形成部により形成された画像を被投射面に投射する投射装置とを備え、前記投射装置が、前記画像形成部から射出された光により中間像が形成される位置に配置され、前記光を形成された中間像を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材により拡散された光を前記被投射面に投射する投射光学系とを有し、前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつの凸部を有する分布を備えることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源から射出された光は画像形成部に入射され、画像形成部において所望の大きさの画像を形成する。そして、画像の中間像を形成した後、光拡散部材により拡散させ、投射光学系により画像を被投射面に投射する。
このとき、光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつの凸部を有する分布である。すなわち、光の中心軸に対して一方側の光線と、他方側の光線との光学的距離は長くなるため、スペックルノイズの低減に寄与する光学的距離の差の長い光線の光強度を強くすることができる。したがって、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるため、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。これにより、被投射面と視聴者との間に生じていたシンチレーションが低減されてぎらつき感がなくなり、投射光による画像が良好に視認でき、視聴者の疲労も軽減される。したがって、高画質な画像を投影することが可能となる。
なお、本発明は、拡散部材の一部における所定の位置から射出された光の拡散強度分布が、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつの凸部を有する分布を備えていれば良い。すなわち、ここで言う拡散強度分布とは、光拡散部材の射出端面に対して垂直な面内の分布であり、いずれの面内においても上述した拡散強度分布を有する円環状の凸部であっても良い。また、任意の面内においては凸部はなく、３次元的に見て２つの凸部を有する拡散強度分布であっても良い。

本発明のプロジェクタは、光を射出する光源と、該光源からの光を利用して、所望の大きさの画像を形成する画像形成部と、該画像形成部により形成された画像を被投射面に投射する投射装置とを備え、前記投射装置が、前記画像形成部から射出された光により中間像が形成される位置に配置され、前記光を形成された中間像を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材により拡散された光を前記被投射面に投射する投射光学系とを有し、前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸にまたがって平坦部を有する分布であることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源から射出された光は画像形成部に入射され、画像形成部において所望の大きさの画像を形成する。そして、画像の中間像を形成した後、光拡散部材により拡散させ、投射光学系により被投射面に画像を形成する。
このとき、光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸にまたがって平坦部を有する分布である。すなわち、光の中心軸に対して一方側の光線と、他方側の光線との光学的距離は長くなるため、スペックルノイズの低減に寄与する光学的距離の差の長い光線の光強度を強くすることができる。したがって、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるため、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。これにより、被投射面と視聴者との間に生じていたシンチレーションが低減されてぎらつき感がなくなり、投射光による画像が良好に視認でき、視聴者の疲労も軽減される。したがって、高画質な画像を投影することが可能となる。
なお、ここで言う拡散強度分布とは、光拡散部材の射出端面に対して垂直な面内の分布である。

また、本発明のプロジェクタは、前記画像形成部と前記光拡散部材との間の光路上に、前記画像形成部から射出された光の中間像を形成する中間像形成光学系が設けられていることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、中間像形成光学系により画像形成部から射出された画像の中間像を形成した後、光拡散部材により拡散させ、投射光学系により被投射面に画像を形成する。
このように、画像形成部と光拡散部材との間の光路上に中間像形成光学系を設けることにより、光拡散部材に均一な光を入射させることができるため、光拡散部材により射出される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、本発明のプロジェクタは、前記光拡散部材が、ホログラム素子であることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光拡散部材が、ホログラム素子であるため、例えば、ガラス基板に計算機で計算して人工的に作成した凹凸構造が形成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相変調型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができるので、プロジェクタに好適に用いることができる。さらに、ＣＧＨは、回折格子の分割領域の自由な設定が可能であり、収差の問題が生じないので好適である。
また、一般に用いられる体積型の光拡散板は、ＣＧＨに比べて光軸方向の厚みが厚いため、光拡散版により拡散され投射光学系により被投射面に投射された画像は像ボケが発生してしまう。しかしながら、ＣＧＨは、光拡散板に比べて厚みが薄いため、像ボケが発生しないので、鮮明な画像を表示することが可能となる。
さらに、投射光学系が取り込めるように光の拡散度合いが制御されたＣＧＨを作製することも可能となる。これにより、ＣＧＨにより拡散された光が、投射光学系から外れることがないため、光の損失を抑えることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記画像形成部が２次元の空間光変調素子であり、前記光拡散部材により前記空間光変調素子の２次元の中間像が拡散されることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、画像形成部が２次元の空間光変調素子であるため、光拡散部材により２次元の中間像を拡散させる。したがって、拡散された２次元の中間像を投射光学系により被投射面に投射させることにより、均一な明るさの画像を表示することが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布が、当該光拡散部材の入射端面の光の入射位置によって異なる分布であることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光拡散部材から射出される光の拡散強度分布が、当該光拡散部材の入射端面の光の入射位置によって異なる。すなわち、スペックルノイズの低減に寄与する光学的距離の差が長い光線が光拡散部材の入射位置によって異なる場合に、この光学的距離の長い光線の光強度を強くする光拡散強度分布となっている。これにより、光拡散部材のどの位置に入射した光もスペックルノイズの低減に寄与する光線の光強度が強いため、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるので、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記画像形成部から前記投射光学系までの光学的距離に比べて、前記投射光学系から前記被投射面までの光学的距離の方が長いことが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、画像形成部から投射光学系までの光学的距離に比べて、投射光学系から被投射面までの光学的距離の方が長い。これにより、光学的距離が長い区間で、光拡散部材が上述した分布を有することにより、相対的な光学的距離の差を大きくすることが可能となる。したがって、より効果的にスペックルノイズを低減させることが可能となる。

本発明の投射装置は、入射した光の中間像を形成する中間像形成光学系と、該中間像形成光学系から射出された光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材により拡散された光を被投射面に投射する投射光学系とを備え、前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつの凸部を有する分布であることを特徴とする。

本発明に係る投射装置では、光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して一方側の光線と、他方側の光線との光学的距離が長くなる分布である。したがって、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるため、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能な投射装置を提供することができる。

本発明の投射装置は、入射した光の中間像を形成する中間像形成光学系と、該中間像形成光学系から射出された光を拡散する光拡散部材と、該光拡散部材により拡散された光を被投射面に投射する投射光学系とを備え、前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸にまたがって平坦部を有する分布であることを特徴とする。

本発明に係る投射装置では、光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して一方側の光線と、他方側の光線との光学的距離が長くなる分布である。したがって、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるため、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能な投射装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタ及び投射装置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。

［一実施形態］
本発明のプロジェクタの一実施形態について、図１から図７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（被投射面）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。

本実施形態のプロジェクタ１では、図１に示すように、反射型のスクリーン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、図１に示すように、光源装置１０と、光変調装置（画像形成部）２０と、ダイクロイックプリズム（色合成手段）３０と、投射装置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、赤色光を射出する赤色光源装置（光源）１０Ｒと、緑色光を射出する緑色光源装置（光源）１０Ｇと、青色光を射出する青色光源装置（光源）１０Ｂとからなる。
また、液晶ライトバルブ２０は、赤色光源装置１０Ｒから射出された光を画像情報に応じて光変調する２次元の赤色用光変調装置２０Ｒと、緑色光源装置１０Ｇから射出された光を画像情報に応じて光変調する２次元の緑色用光変調装置２０Ｇと、青色光源装置１０Ｂから射出された光を画像情報に応じて光変調する２次元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で合成された光をスクリーン５０上に投射するものである。

各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、光を射出する光源１１と、光源１１から射出された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、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、ディフューザ４３と、第２レンズ群４５とをこの順に備えている。また、液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの射出端面２０ｂから第２レンズ群４５までの光学的距離をｄ１とし、第２レンズ群４５からスクリーン５０の入射端面５０ａまでの光学的距離をｄ２とすると、ｄ１＜ｄ２の関係が成り立つ。

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光をディフューザ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。

ディフューザ（光拡散部材）４３は、第１レンズ群４１から射出された光を拡散して拡散光を生成し、射出端面４３ｂから射出させる。本実施形態においては、ディフューザ４３は、射出端面４３ｂでレーザ光を屈折させることによって、その光を拡散させる。

図３に、ディフューザ４３の一部を拡大した側面図を示す。ディフューザ４３は、例えば石英（ガラス）、透明な合成樹脂等、光を透過可能な材料で形成することが可能である。また、本実施形態では、ディフューザ４３として表面レリーフ型のホログラム素子を用いる。ホログラム素子としては、例えば、ガラス基板に計算機で計算して人工的に作成した凹凸構造が形成された計算機合成ホログラム（ＣＧＨ ：Computer Generated Hologram、以下ＣＧＨと称す。）を用いることができる。このＣＧＨは回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子である。特に位相変調型のＣＧＨは入射光波のエネルギをほとんど失うことなく波面変換が可能である。このように、ＣＧＨは均一な強度分布や単純な形状の強度分布を発生させることができる。

具体的には、ディフューザ４３は、その表面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。また、凹部４３Ｍどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部４３Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４３Ｍの深さ（凸部の高さ）ｔを含むディフューザ４３の表面条件を適宜調整することにより、ディフューザ４３に所定の拡散機能を持たせることができる。その表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。
また、例えば、図３に示すディフューザ４３の深さｔ１は、約１００ｎｍであり、光軸Ｏ方向の厚みは１μｍ〜１０μｍ程度であることが好ましい。

第２レンズ群（投射光学系）４５は、図２に示すように、ディフューザ４３上またはその近傍に形成された中間像をスクリーン５０に拡大投射するものである。なお、第２レンズ群４５として、図２に示すように、１枚の凸レンズを示したが、実際には複数のレンズにより構成されており、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数は、要求される特性によって適宜変更されるものである。

次に、ディフューザ４３の所定の位置において拡散された光について説明する。
第１レンズ群４１から射出された光は、図２に示すように、ディフューザ４３の入射端面４３ａに対して垂直な方向から入射し、ディフューザ４３の射出端面４３ｂから散乱角θで射出され、第２レンズ群４５によりスクリーン５０に投射される。
ここで、ディフューザ４３の点Ｑ（中間像の端部側の点）において拡散される光について説明する。ここで、ディフューザ４３において拡散された光は所定の幅を有する光となり、平面視したときの上端側の光線をＬ１とし、光の中心軸の光線をＬ２とし、下端側の光線をＬ３とする。また、ディフューザ４３により拡散された光は、第２レンズ群４５により、スクリーン５０の上端側に集光する。このとき、光線Ｌ１，光線Ｌ２，光線Ｌ３のディフューザ４３からスクリーン５０までの光路長（光学的距離）はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３となっている。
ここで、入射端面４３ａの点Ｑに対して垂直に入射した光のディフューザ４３による光拡散強度分布を図５に示す。図５の横軸は、図２に示すディフューザ４３における散乱角θであり、縦軸は光強度を示す。
図５に示すように、ディフューザ４３の点Ｑから射出される光の拡散強度分布が、相対的に光路差が長くなる光、すなわち、散乱角θ１における光線Ｌ１の光強度Ａ１及び散乱角θ３における光線Ｌ３の光強度Ａ３が最も強くなるように形成されている。すなわち、ディフューザ４３は、当該ディフューザ４３の点Ｑから射出される光の拡散強度分布が、中心軸に対して対称に１つずつの凸部を有する拡散強度分布となるように形成されている。具体的には、拡散強度分布は、ディフューザ４３の射出端面４３ｂから見て円環状の分布である。なお、ここで言う拡散強度分布とは、ディフューザ４３の射出端面４３ｂに対して垂直な面内の分布である。
また、ディフューザ４３の同心円上（中間像の端部側の点）から射出される光の拡散強度分布が、図５に示すような分布となっている。

ここで、ディフューザ４３から射出される光の拡がり角度から第２レンズ群４５が取り込める光の角度の間で、光路差が最大となる角度がθ１，θ３である。例えば、図６に示すように、ディフューザ４３から射出される光の拡がり角度は５°であり、第２レンズ群４５の取り込み角は１２．５°である。また、最大許容角度は、７．５°であり、この最大許容角度をθ１，θ３としている。
なお、図５で示す角度θ１より左側、角度θ３より右側に凸部を有する拡散強度分布となると、光を損失する可能性がある。これにより、図６に示す一点鎖線のガウス分布の半値幅の角度（±２．５°）に凸部を有する拡散強度分布であっても良い（図６に示す実線）。このような拡散強度分布では、角度θ１，θ３に凸部を有する拡散強度分布に比べると光路長は短くなるが、光損失を低減しつつ、スペックルノイズを低減することが可能となる。
本実施形態では、ディフューザ４３の点Ｑから射出される光の拡散強度分布は、図５に示す拡散強度分布及び図６に示す拡散強度分布のいずれも適用することができるが、図５に示す拡散強度分布を例に挙げて説明する。

次に、通常用いられる体積型の拡散板（二光束干渉によって作製した体積型ホログラム素子を含む）と、本実施形態のディフューザ４３とを比較する。例えば、通常用いられる体積型の拡散板４４として、図４に示すように、基材４４ａ内に拡散粒子４４ｂが分散されたものが挙げられる。この拡散板４４の光軸Ｏ方向の厚みは、１〜２ｍｍである。ここで、スクリーン５０に投射される像は、第２レンズ群４５の後側焦点位置に形成される像である。そのため、拡散板４４は、本実施形態で用いるディフューザ４３に比べて厚みが厚いため、第２レンズ群４５として焦点深度が大きいレンズを用いなくてはならない。しかしながら、本実施形態のホログラム素子からなるディフューザ４３を用いることにより、第２レンズ群４５として焦点深度が小さいレンズを用いれば良いため、レンズのコストを抑えることが可能となる。さらには、ホログラム素子からなるディフューザ４３は、第２レンズ群４５が取り込めるように光の拡散度合いを制御することも可能となる。これにより、ディフューザ４３により拡散された光が、第２レンズ群４５から外れることがないため、光の損失を抑えることが可能となる。

ここで、通常のディフューザを用いた場合、このディフューザに垂直に光を入射させると、図６に示すように、光の拡散強度分布はフラットな光強度分布を有さないガウス分布となる。これにより、拡散角θ１の光線Ｌ１と拡散角θ３の光線Ｌ３との光路差が大きいにも関わらず、光線Ｌ１及び光線Ｌ３との光強度が減少してしまう。したがって、スペックルノイズの低減効果を十分に活かすことができない。
そこで、本実施形態のディフューザ４３は、光路差が大きい光線Ｌ１の光強度Ａ１及び光線Ｌ３の光強度Ａ３が最も大きくなるように形成されている。すなわち、ディフューザ４３から拡散される光の拡散強度分布は、光線Ｌ１及び光線Ｌ３の２つがピーク強度となり、光線Ｌ２の光強度Ａ２は、光線Ｌ１及び光線Ｌ３の光強度Ａ１，Ａ３に比べて半分程度となっている。これにより、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線Ｌ１及び光線Ｌ３を十分に活用することができる。
このように、ディフューザ４３により複数の散乱パターンを形成し、スクリーン５０上で時間的に重畳させることによりスペックルノイズを低減する。

本実施形態に係るプロジェクタ１では、ディフューザ４３から射出される光の拡散強度分布は、ディフューザ４３からスクリーン５０までの相対的な光路長の差が長くなる光線Ｌ１，Ｌ３の光強度が強くなるように、少なくとも２つの凸部を有する分布である。このように、スペックルノイズの低減に寄与する光路長の差の長い光線Ｌ１，Ｌ３の光強度を強くすることにより、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線Ｌ１，Ｌ３を十分に活用することができる。したがって、ディフューザ４３を回転（揺動等）させることなく、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。これにより、スクリーン５０と視聴者との間に生じていたシンチレーションが低減されてぎらつき感がなくなり、投射光による画像が良好に視認でき、視聴者の疲労も軽減される。したがって、高画質な画像を投影することが可能となる。
また、ｄ１＜ｄ２なので、光路長が長いｄ２の区間で、ディフューザ４３が図５に示す分布を有することにより、相対的な光路長の差をより大きくすることが可能となる。したがって、より効果的にスペックルを低減させ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を低減することが可能である。

なお、本実施形態の投射装置４０は、より確実にスペックルノイズを低減することが可能な構成であるため、他のプロジェクタに用いた場合においても、プロジェクタ１から射出される画像のスペックルノイズを低減させることが可能となる。
また、ディフューザ４３から拡散される光の拡散強度分布は、図５に示すように、中心軸に対して対称な拡散強度分布でなくても良い。すなわち、光線Ｌ１の光強度Ａ１と、光線Ｌ３の光強度Ａ３とが必ずしも同じ光強度でなくても良く、光線Ｌ２の光強度Ａ２より大きい光強度であれば良い。
また、ディフューザ４３としてホログラム素子を用いたがこれに限るものではなく、マイクロレンズアレイであっても良い。
また、図２に示すように、ディフューザ４３の中心の点Ｑ０から射出された光線Ｌ１ａと光線Ｌ３ａとの光路長が同じになるため、光線Ｌ１ａと光線Ｌ２ａとの光路差と、光線Ｌ２ａと光線Ｌ３ａとの光路差とが同じになる。したがって、点Ｑ０における光の拡散強度分布は、図７に示すように、散乱角θ１ａにおける光線Ｌ１ａの光強度Ａ１ａ，光線Ｌ２ａの光強度Ａ２ａ，散乱角θ３ａにおける光線Ｌ３ａの光強度Ａ３ａの光強度が強くなるように、３つの凸部を有する強度分布であることが好ましい。このように、ディフューザ４３の所定の位置から射出される光の拡散強度分布が、当該ディフューザ４３の入射端面４３ａの光の入射位置によって異なる分布であっても良い。この構成により、ディフューザ４３のどの位置に入射した光もスペックルノイズの低減に寄与する光線の光強度が強いため、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるので、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。
また、ディフューザ４３として、図３に示すレリーフ型に限らず、斜面を有する三角形状の凹部を有する、いわゆる、ブレーズ型のものであってもよい。
また、角度θ１及び角度θ３に凸部を有する拡散強度分布としたが、少なくとも角度０°が窪んでいる拡散強度分布であれば良い。
また、本実施形態では、拡散強度分布は、円環状の凸部を有しているディフューザ４３を用いたが、任意の面内においては凸部はなく、３次元的に見て２つの凸部を有する拡散強度分布であっても良い。

さらに、画像形成部として液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを用いたが、レーザ光源（光源）からのレーザ光をスクリーン５０上で走査させることにより表示面に所望の大きさの画像を表示させる画像形成部である走査手段を有するような走査型のプロジェクタ（画像表示装置）であっても良い。走査型のプロジェクタは、図８（ａ）に示すように、ダイクロイックプリズム３０により合成された光を、例えば、ＭＥＭＳミラー（走査手段）５１により走査し、平行化レンズ５２により平行化された後、ディフューザ４３に入射する。そして、第２レンズ群４５によりディフューザ４３上の中間像をスクリーン５０に投射する。
このような走査型のプロジェクタにおいても、本実施形態と同様に、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるので、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。

なお、走査型のプロジェクタにおいて、図８（ｂ）に示すように、平行化レンズ５２を省いた構成であっても良い。このとき、ディフューザ４３上に入射する光は、図８（ｂ）に示すように、ディフューザ４３の入射端面４３ａに対して斜め方向から角度θＡをなして入射する。そして、射出端面４３ｂに垂直な方向と角度θをなして拡散される。このように、走査型のプロジェクタの場合、入射角度θＡに応じたスペックルノイズの低減に寄与する光線の光強度が強い光拡散強度分布を有するディフューザ４３を用いることにより、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線を十分に活用することができるので、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。この構成では、図８（ａ）に比べて部品点数が少なくなるため、低コスト化を図ることが可能となる。
なお、走査型のプロジェクタの場合、ディフューザ４３の入射端面４３ａに対して光が斜めに入射するが、射出端面４３ｂに沿う方向の拡散強度分布は、スペックルノイズの低減に寄与する光線の光強度が強くなる分布である。

［一実施形態の変形例１］
図２に示す一実施形態では、ディフューザ（光拡散部材）４３を静止させたままであったが、図９に示すように、ディフューザ４３を回転軸Ｐを中心に回転させても良い。この構成では、ディフューザ４３の入射端面４３ａに入射する光の位置が刻々と変化するため、この変化に伴い、視認されるスペックル（干渉による斑点模様）が移動したり、スペックルのパターンが複雑に変化する。その結果、人間の眼の残像時間内でスペックルのパターンが積分平均化され、スペックルによるシンチレーション（光のぎらつき現象）が視認されなくなる。これにより、スクリーン５０と視聴者との間に生じていたシンチレーションが低減されてぎらつき感がなくなり、投射光による画像が良好に視認でき、視聴者の疲労も軽減される。したがって、高画質な画像を投影することが可能となる。
なお、回転軸Ｐはディフューザ４３に形成される液晶ライトバルブ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの中間像の対角線の中心に限らず、図１０に示すように、中間像の形成領域Ｋから外れた領域に回転軸Ｐが配置されたディフューザ６０であっても良い。この構成では、ディフューザ６０の大きさは、ディフューザ４３の約２倍の大きさとなっている。このディフューザ６０上の中間像が形成されない領域を回転軸Ｐとして回転させることにより、ディフューザ６０に入射した光は死点（動きが一瞬止まる点）が発生しないため、スペックルノイズの発生をより効果的に抑えることが可能となる。

［一実施形態の変形例２］
図１に示す一実施形態では、ディフューザ４３の点Ｑから射出される光の拡散強度分布は、図５に示すように、２つのピーク強度を有する分布としたが、これに代えて、光の中心軸にまたがって平坦部を有する矩形状の分布（フラットトップ）であっても良い。
すなわち、本変形例のディフューザの点Ｑから射出される光の拡散強度分布は、図１１に示すように、ディフューザからスクリーン５０までの相対的な光路差が長くなる拡散角θ１の光線Ｌ１及び拡散角θ３の光線Ｌ３における光の強度が強くなる分布である。また、本変形例の光の拡散強度分布は、散乱角θ１の光線Ｌ１の光強度から散乱角θ３の光線Ｌ３までの光強度Ａ１が一定となっている。
なお、本変形例におけるディフューザの点Ｑから射出される光の拡散強度分布は、製造誤差によりフラットトップとなるのではなく、意図的にフラットトップの分布となるように（所定の領域にわたって平坦部を有するように）、ディフューザを設計し形成したものである。
また、本変形例は、点Ｑから射出される光線Ｌ２の光強度も光線Ｌ１及び光線Ｌ３の光強度と同じＡ１である点において第１実施形態と異なる。
本変形例のディフューザにおける光の拡散強度分布でも、図６に示すように、光の拡散光強度分布がガウス分布である場合に比べて、スペックルノイズの低減に寄与する光路差の長い光線Ｌ１及び光線Ｌ３の光強度を強くすることができる。したがって、複雑な光路差や位相差を与えることが可能な光線Ｌ１及び光線Ｌ３を十分に活用することができるため、スペックルノイズの低減効果を十分に得ることが可能となる。
また、一実施形態の図５で示した光の拡散強度分布を有するディフューザ４３に比べて、本変形例の図１１で示した光の拡散強度分布を有するディフューザの製造の方が容易となる。ただし、ディフューザとしてホログラム素子を用いる場合は、第１実施形態の図５に示す光の拡散強度分布を有するディフューザ４３も本変形例の図１１に示す光の拡散強度分布を有するディフューザも容易に製造することが可能となる。

なお、一実施形態において、ディフューザ４３の中心の点Ｑ０から射出される光は、図１１に示す本変形例のように、フラットトップである光の拡散強度分布を用いても良い。しかしながら、光のパワーは限られているため、図７に示すように、スペックルノイズの低減効果に大きく寄与する光線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の光強度のみを強くすることにより、スペックルノイズを低減させつつ、明るい画像をスクリーン５０に投射することが可能となる。
また、本変形例のディフューザから射出される光の拡散強度分布は、図１１に示すように、矩形状の分布に限らず、図１２に示すように、拡散強度分布の裾の部分が最大光強度Ａ１から０になるまで、なだらかに変化する分布であっても良い。
なお、図１１，図１２に示すように、角度θ１〜θ３まで平坦な領域を有する必要はなく、わずかでも光の中心軸にまたがって平坦部を有する拡散強度分布であれば良い。このように、拡散強度分布がわずかでも光の中心軸にまたがって平坦部を有することにより、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、クロス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、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、液晶以外のライトバルブを用いても良いし、反射型のライトバルブを用いても良い。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device）が挙げられる。投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
さらに、プロジェクタに限らず、レーザ加工機、露光装置のようなレーザ光を用いたすべての投射光学系に適用が可能である。
また、第１光学系の構成としては、両側テレセントリック特性を有する光学系としが、液晶ライトバルブにより形成された画像を拡大する拡大レンズと、拡大された光を平行化するコリメータレンズとを有する構成であっても良い。
また、プロジェクタの構成としては、フロントプロジェクタに限らず、リアプロジェクタであっても良い。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す光路図である。 図１の投射装置の概略構成を示す光路図である。 図１に用いられる光拡散部材を示す平面図である。 一般に用いられる光拡散部材を示す平面図である。 図３の光拡散部材から射出される光の拡散強度分布を示す図である。 一般に用いられる光拡散部材から射出される光の拡散強度分布を示す図である。 図３の光拡散部材から射出される光の拡散強度分布を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプロジェクタの変形例の概略構成の一部を示す光路図である。 図２の光拡散部材の変形例を示す図である。 図２の光拡散部材の変形例を示す図である。 光拡散部材から射出される光の拡散強度分布の変形例を示す図である。 図１１の光の拡散強度分布の変形例を示す図である。

符号の説明

１…プロジェクタ、１０Ｒ…赤色光源装置（光源）、１０Ｇ…緑色光源装置（光源）、１０Ｂ…青色光源装置（光源）、２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…液晶ライトバルブ（画像形成部）、４０…投射装置、４１…第１レンズ群（中間像形成光学系）、４３…ディフューザ（光拡散部材）、４５…第２レンズ群（投射光学系）、５０…スクリーン（被投射面）

Claims (7)

1. 光を射出する光源と、
   該光源からの光を利用して、所望の大きさの画像を形成する画像形成部と、
   該画像形成部により形成された画像を被投射面に投射する投射装置とを備え、
   前記投射装置が、前記画像形成部から射出された光により中間像が形成される位置に配置され、前記光を拡散する光拡散部材と、
   該光拡散部材により拡散された光を前記被投射面に投射する投射光学系とを有し、
   前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつ、前記光の中心軸上の光強度と比べて同等以上の光強度を示す凸部を有する分布を備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記凸部を示す拡散角は、前記投射光学系が前記拡散された光を取り込むことができる最大許容角度と比べて同等以下であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記画像形成部と前記光拡散部材との間の光路上に、前記画像形成部から射出された光の中間像を形成する中間像形成光学系が設けられてい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。
4. 前記光拡散部材が、ホログラム素子であ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。
5. 前記画像形成部が２次元の空間光変調素子であり、
   前記光拡散部材により前記空間光変調素子の２次元の中間像が拡散されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布が、当該光拡散部材の入射端面の光の入射位置によって異なる分布であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
7. 入射した光の中間像を形成する中間像形成光学系と、
   該中間像形成光学系から射出された光を拡散する光拡散部材と、
   該光拡散部材により拡散された光を被投射面に投射する投射光学系とを備え、
   前記光拡散部材の所定の位置から射出される光の拡散強度分布は、光の中心軸に対して少なくとも両側に１つずつ、前記光の中心軸上の光強度と比べて同等以上の光強度を示す凸部を有する分布であることを特徴とする投射装置。

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