[发明专利]激光投影仪

说明书

技术领域

本发明涉及利用激光作为光源的激光投影仪。

背景技术

近年来，在屏幕等各种投影面上放映出图像的投影仪正在普及。投影仪一般使用灯泡光源。但是，灯泡光源的寿命较短。另外，灯泡光源的色彩再现区域受到限制。此外，灯泡光源具有较大的光源面积、较低的光利用效率等缺点。

为了解决这些问题，尝试使用激光光源作为投影仪的光源。激光光源与灯泡光源相比寿命较长，具有较强的指向性。因此，激光光源容易实现较高的光利用效率。此外，激光光源具有单色性，因而可实现较大的色彩再现区域。因此，利用激光光源的投影仪能够显示鲜艳的图像。

作为投影仪的光源，若利用比以往的灯泡光源更为小型的激光光源，则由于激光光源为点光源，所以投影仪中组装的各种光学部件也能够小型化。因此，期待作为投影仪光源的激光光源的应用对以往不存在的便携式投影仪的开发做出贡献。在以下的说明中，利用激光光源的投影仪被称为“激光投影仪”。

激光投影仪具有散斑杂讯(speckle noise)的问题。散斑杂讯起因于激光的高干涉性。作为散斑杂讯，已知有由光学系统生成的图案映在显示面上的衍射场(diffracted field)的散斑杂讯，以及激光被显示面散射的散射光彼此在收看者的眼中成为细微的粒状噪声的像场(image field)的散斑杂讯。在曝光机以及照明光学系统中前者的衍射场的散斑杂讯成为问题，在激光投影仪中衍射场与像场这两者的散斑杂讯成为问题。

为了投影仪的小型化，需要除了利用与以往的将灯泡或LED作为光源的光学系统不同的点光源的性质之外，还对调制激光、生成影像光的空间光调制元件进行所需的均匀照明的光学系统。为了克服发热的问题，投影仪的小型化还要求实现较高的光利用效率。

若使用激光光源作为投影仪的光源，则从安全的观点出发，需要充分降低收看者的视网膜上的光强度。因此，需要降低从投射透镜射出的激光的光强度或者防止在收看者的视网膜上的聚光。

对于激光投影仪，提出了用于减少散斑杂讯、提高安全性的各种方案(例如参照专利文献1及2)。

专利文献1中公开的激光投影仪包括激光光源、光束扩大器、具备两组复眼透镜、聚光透镜及场透镜(field lens)的光束整形器(beam shaper)以及移动扩散器。作为光束整形器与移动扩散器的组合的结果，可实现对空间光调制元件的照明的均匀化以及散斑杂讯的减少。

但是，专利文献1中公开的激光投影仪需要比较大的光学系统(大小和与灯泡光源一起使用的光学系统相同)。因此，该激光投影仪不适于光学系统的小型化。此外，该激光投影仪的散斑杂讯的减少以及安全性的提高也未达到足够的水平。

专利文献2提出在检测到人侵入了与投射激光的投射区域相邻的区域时，将光功率降低至指定强度的方案。专利文献2公开了用于防止较高功率的光在人的视网膜上聚光的技术。

但是，专利文献2的投影仪具有复杂的结构，并且容易大型化。因此，作为基本的安全对策，寻求不进行降低光功率的处理等就能够始终防止较强的光在人的视网膜上聚光的光学设计。

提出了一种利用衍射元件或HOE元件等以波长级被施以加工的元件作为激光光源的光束整形构件的方案。但是，若将这些元件作为光束整形构件来使用，则使用的波长、入射角度受到限制。因此，这些元件作为光束整形构件的利用不适合针对大多数波长或多个光源的光强度的均匀化或正确的光束整形。此外，作为这些元件用作为光束整形构件的结果，容易因零次光而产生功率集中的部位。

上述以往的提案未充分研究用于维持激光投影仪的小型化，同时实现散斑杂讯的减少、高亮度以及高安全性的光学设计。

专利文献1：日本专利公开公报特开2003-98476号

专利文献2：日本专利公开公报特开2006-227083号

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有用于实现小型化及高亮度、并且减少散斑杂讯的光学系统的安全的激光投影仪。

本发明所提供的激光投影仪包括：射出激光的激光光源部；调制所述激光生成影像光的空间光调制元件；用于射出所述影像光的投射透镜；将所述激光的光束形状整形为所述空间光调制元件的形状的光束整形元件；以及使该投射透镜的出射瞳的光强度分布均匀化的瞳均匀化元件，其中，该瞳均匀化元件被设置在所述激光光源部与所述光束整形元件之间。