專利名稱：激光投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用激光作為光源的激光投影儀。
背景技術(shù)：
近年來，在屏幕等各種投影面上放映出圖像的投影儀正在普及。投影儀一般使用燈泡光源。但是，燈泡光源的壽命較短。另外，燈泡光源的色彩再現(xiàn)區(qū)域受到限制。此外， 燈泡光源具有較大的光源面積、較低的光利用效率等缺點。為了解決這些問題，嘗試使用激光光源作為投影儀的光源。激光光源與燈泡光源相比壽命較長，具有較強(qiáng)的指向性。因此，激光光源容易實現(xiàn)較高的光利用效率。此外，激光光源具有單色性，因而可實現(xiàn)較大的色彩再現(xiàn)區(qū)域。因此，利用激光光源的投影儀能夠顯示鮮艷的圖像。作為投影儀的光源，若利用比以往的燈泡光源更為小型的激光光源，則由于激光光源為點光源，所以投影儀中組裝的各種光學(xué)部件也能夠小型化。因此，期待作為投影儀光源的激光光源的應(yīng)用對以往不存在的便攜式投影儀的開發(fā)做出貢獻(xiàn)。在以下的說明中，利用激光光源的投影儀被稱為“激光投影儀”。激光投影儀具有散斑雜訊(speckle noise)的問題。散斑雜訊起因于激光的高干涉性。作為散斑雜訊，已知有由光學(xué)系統(tǒng)生成的圖案映在顯示面上的衍射場(diffracted field)的散斑雜訊，以及激光被顯示面散射的散射光彼此在收看者的眼中成為細(xì)微的粒狀噪聲的像場(image field)的散斑雜訊。在曝光機(jī)以及照明光學(xué)系統(tǒng)中前者的衍射場的散斑雜訊成為問題，在激光投影儀中衍射場與像場這兩者的散斑雜訊成為問題。為了投影儀的小型化，需要除了利用與以往的將燈泡或LED作為光源的光學(xué)系統(tǒng)不同的點光源的性質(zhì)之外，還對調(diào)制激光、生成影像光的空間光調(diào)制元件進(jìn)行所需的均勻照明的光學(xué)系統(tǒng)。為了克服發(fā)熱的問題，投影儀的小型化還要求實現(xiàn)較高的光利用效率。若使用激光光源作為投影儀的光源，則從安全的觀點出發(fā)，需要充分降低收看者的視網(wǎng)膜上的光強(qiáng)度。因此，需要降低從投射透鏡射出的激光的光強(qiáng)度或者防止在收看者的視網(wǎng)膜上的聚光。對于激光投影儀，提出了用于減少散斑雜訊、提高安全性的各種方案(例如參照專利文獻(xiàn)1及2)。專利文獻(xiàn)1中公開的激光投影儀包括激光光源、光束擴(kuò)大器、具備兩組復(fù)眼透鏡、 聚光透鏡及場透鏡(field lens)的光束整形器(beam shaper)以及移動擴(kuò)散器。作為光束整形器與移動擴(kuò)散器的組合的結(jié)果，可實現(xiàn)對空間光調(diào)制元件的照明的均勻化以及散斑雜訊的減少。但是，專利文獻(xiàn)1中公開的激光投影儀需要比較大的光學(xué)系統(tǒng)(大小和與燈泡光源一起使用的光學(xué)系統(tǒng)相同)。因此，該激光投影儀不適于光學(xué)系統(tǒng)的小型化。此外，該激光投影儀的散斑雜訊的減少以及安全性的提高也未達(dá)到足夠的水平。專利文獻(xiàn)2提出在檢測到人侵入了與投射激光的投射區(qū)域相鄰的區(qū)域時，將光功率降低至指定強(qiáng)度的方案。專利文獻(xiàn)2公開了用于防止較高功率的光在人的視網(wǎng)膜上聚光的技術(shù)。但是，專利文獻(xiàn)2的投影儀具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且容易大型化。因此，作為基本的安全對策，尋求不進(jìn)行降低光功率的處理等就能夠始終防止較強(qiáng)的光在人的視網(wǎng)膜上聚光的光學(xué)設(shè)計。提出了一種利用衍射元件或HOE元件等以波長級被施以加工的元件作為激光光源的光束整形構(gòu)件的方案。但是，若將這些元件作為光束整形構(gòu)件來使用，則使用的波長、 入射角度受到限制。因此，這些元件作為光束整形構(gòu)件的利用不適合針對大多數(shù)波長或多個光源的光強(qiáng)度的均勻化或正確的光束整形。此外，作為這些元件用作為光束整形構(gòu)件的結(jié)果，容易因零次光而產(chǎn)生功率集中的部位。上述以往的提案未充分研究用于維持激光投影儀的小型化，同時實現(xiàn)散斑雜訊的減少、高亮度以及高安全性的光學(xué)設(shè)計。專利文獻(xiàn)1 日本專利公開公報特開2003-98476號專利文獻(xiàn)2 日本專利公開公報特開2006-227083號

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有用于實現(xiàn)小型化及高亮度、并且減少散斑雜訊的光學(xué)系統(tǒng)的安全的激光投影儀。本發(fā)明所提供的激光投影儀包括射出激光的激光光源部；調(diào)制所述激光生成影像光的空間光調(diào)制元件；用于射出所述影像光的投射透鏡；將所述激光的光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件的形狀的光束整形元件；以及使該投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布均勻化的瞳均勻化元件，其中，該瞳均勻化元件被設(shè)置在所述激光光源部與所述光束整形元件之間。上述的激光投影儀使投射的影像的光強(qiáng)度分布以及在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布適宜地均勻化。由于不射出過高強(qiáng)度的光，所以可提供具有較高安全性的激光投影儀。此外，作為使投射的影像的光強(qiáng)度分布以及在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布的均勻化的結(jié)果，不易產(chǎn)生由局部增加的光強(qiáng)度造成的散斑雜訊。因此，即使是小型的激光投影儀，也能夠?qū)崿F(xiàn)較高的安全性以及散斑雜訊的減少。本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點通過以下的詳細(xì)說明與附圖將更加明確。


圖1是第一實施方式所涉及的激光投影儀的概略圖。圖2是形成在瞳均勻化元件的入射端面的透鏡圖案的概略圖。圖3是光束整形元件的概略立體圖。圖4是表示激光投影儀與收看者的眼之間的位置關(guān)系的概略圖。圖5㈧是表示光束整形元件與出射瞳的位置關(guān)系的概略圖。圖5(B)是表示光束整形元件與出射瞳的位置關(guān)系的概略圖。圖6是概略表示球面以及拋物面的角度的取向特性的曲線圖。圖7是第二實施方式的激光投影儀的概略圖。
圖8是第三實施方式的激光投影儀的概略圖。圖9是第四實施方式的激光投影儀的概略圖。圖10(A)是在紅色激光光源與合波棱鏡之間設(shè)置的瞳均勻化元件的概略圖。圖10(B)是在綠色激光光源與合波棱鏡之間設(shè)置的瞳均勻化元件的概略圖。圖10(C)是在藍(lán)色激光光源與合波棱鏡之間設(shè)置的瞳均勻化元件的概略圖。圖11是第五實施方式的激光投影儀的概略圖。圖12是光束整形元件的概略立體圖。圖13是表示采用丙烯樹脂形成的第二要素透鏡的入射端面的透鏡直徑與折射角 (sine)之間的關(guān)系的曲線圖。圖14(A)是瞳均勻化元件的概略俯視圖。圖14⑶是瞳均勻化元件的概略側(cè)視圖。
具體實施例方式以下參照

一種實施方式所涉及的激光投影儀。另外，在以下說明的實施方式中，對相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的符號。另外，為了使說明明確，根據(jù)需要省略重復(fù)的說明。圖示的結(jié)構(gòu)、配置或形狀以及與圖相關(guān)的記載只不過是為了使激光投影儀的原理容易理解，激光投影儀的原理不受它們的任何限定。(第一實施方式)(激光投影儀)圖1是第一實施方式所涉及的激光投影儀100的概略圖。利用圖1說明激光投影儀 100。激光投影儀100包括射出激光的激光光源110、調(diào)制激光并生成影像光的空間光調(diào)制元件120、以及用于射出影像光的投射透鏡130。在本實施方式中，激光光源110作為激光光源部而被例示。圖1中，用粗點劃線表示投射透鏡130的出射瞳(exit pupil) 131。激光投影儀 100還包括使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布均勻化的瞳均勻化元件140。瞳均勻化元件140具有來自激光光源110的激光入射的入射端面141。圖2是形成在瞳均勻化元件140的入射端面141的透鏡圖案(lens pattern)的概略圖。利用圖1以及圖2說明瞳均勻化元件140以及激光投影儀100。瞳均勻化元件140具有形成在入射端面141的多個第一要素透鏡142。大致正六角形的第一要素透鏡142鋪設(shè)在入射端面141，以便使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布均勻化。因此，在入射端面141形成由第一要素透鏡142構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)(honeycomb structure)。第一要素透鏡142為凹面透鏡。較為理想的是，第一要素透鏡142為拋物面透鏡。 例如，第一要素透鏡142的透鏡間距為“約0. 2mm”，曲率半徑為“約-0. 1mm”，圓錐常數(shù)為 “約-1”。來自激光光源110的激光射入以上述的尺寸值形成的凹面。射入入射端面141的激光的束徑至少大于透鏡間距的二倍的值。因此，激光通過多個第一要素透鏡142。如上所述形成的第一要素透鏡142的凹面(曲面)起到擴(kuò)展激光的作用。
瞳均勻化元件140具有與入射端面141相反一側(cè)的出射端面143。作為由第一要素透鏡142的凹面產(chǎn)生的激光擴(kuò)展作用的結(jié)果，從出射端面143射出的激光重疊并擴(kuò)展。其結(jié)果是，在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布適當(dāng)?shù)氐玫骄鶆蚧Ｍㄟ^瞳均勻化元件140，從出射端面143射出的激光的出射角度分布得到均勻化。 激光入射的入射端面141的區(qū)域在以下的說明中被稱為有效面。在本實施方式中，由于在整個有效面鋪設(shè)正六角形的第一要素透鏡142，因而有效面不包含光束通過的平坦的面。激光投影儀100還包括將從出射端面143射出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直的準(zhǔn)直儀 (collimator) 150、以及將激光的光束形狀整形為空間光調(diào)制元件120的形狀的光束整形元件160。從設(shè)置在激光光源110與光束整形元件160之間的瞳均勻化元件140射出的激光射入準(zhǔn)直儀150。隨后從準(zhǔn)直儀150射出的正六角形的激光成為光強(qiáng)度被均勻化的光束。 從準(zhǔn)直儀150射出的激光隨后射入光束整形元件160。圖3是光束整形元件160的概略立體圖。利用圖1以及圖3說明光束整形元件 160以及激光投影儀100。光束整形元件160具有來自準(zhǔn)直儀150的激光入射的入射端面161以及與入射端面161相反一側(cè)的出射端面163。圖3的左圖整體示出光束整形元件160。如圖3的左圖所示，在光束整形元件160 的入射端面161形成按照水平方向的曲率半徑彎曲的柱面透鏡陣列(cylindrical lens array)。另外，在光束整形元件160的出射端面163形成按照垂直方向的曲率半徑彎曲的柱面透鏡陣列。形成在入射端面161的柱面透鏡陣列相對于形成在出射端面163的柱面透鏡陣列以直角延伸。圖3的右圖是作為上述柱面透鏡陣列的一部分而使用的大致長方體狀的第二要素透鏡162的概略立體圖。作為第二要素透鏡162的入射端面161而形成的柱面透鏡的透鏡寬度為“約0. 312mm”，曲率半徑為“約-0. 2mm”，圓錐常數(shù)為“約_1”。入射端面161的柱面透鏡呈拋物面。作為第二要素透鏡162的出射端面163而形成的柱面透鏡的透鏡寬度為 “約0. 2mm”，曲率半徑為“約-0. 2mm”，圓錐常數(shù)為“約_1”。出射端面163的柱面透鏡呈拋物面。在入射端面161以及出射端面163分別形成凹面透鏡的第二要素透鏡162如圖3 的左圖所示在水平方向以及垂直方向上鋪設(shè)。其結(jié)果，從出射端面163射出的激光的光束形狀被整形為空間光調(diào)制元件120的形狀。激光入射的入射端面161的區(qū)域在以下的說明中被稱為有效面。在本實施方式中，由于在整個有效面鋪設(shè)第二要素透鏡162，因而有效面不包含光束通過的平坦的面。激光投影儀100還包括聚光透鏡170、光擴(kuò)散元件180、PBS190 (Polarizing Beam Splitter，偏振分束器)以及場透鏡210。從光束整形元件160射出的激光由聚光透鏡170 聚光后通過光擴(kuò)散元件180。由于光擴(kuò)散元件180擴(kuò)散激光，因此使散斑雜訊減少。然后， 激光通過PBS190向空間光調(diào)制元件120反射，經(jīng)由場透鏡210對空間光調(diào)制元件120進(jìn)行照明。光束整形元件160將激光整形為“4 3(縱橫比)”的矩形剖面的光束。此外， 整形后的激光的光強(qiáng)度分布維持被均勻后的狀態(tài)?？臻g光調(diào)制元件120調(diào)制以此方式整形后的光束光并生成影像光。在本實施方式中，作為空間光調(diào)制元件120，使用反射型的空間調(diào)制元件。更具體而言，作為激光投影儀100中組裝的空間光調(diào)制元件120，使用對角為 0. 37in的LC0S。由空間光調(diào)制元件生成的影像光通過場透鏡210以及PBS190，最終從投射透鏡130射出。(光強(qiáng)度分布的均勻化)圖4是表示激光投影儀100與收看者的眼E之間的位置關(guān)系的概略圖。利用圖1 至圖4對光強(qiáng)度分布的均勻化進(jìn)行說明。從投射透鏡130射出的影像光向屏幕等顯示面220投影。圖4中示出位于激光投影儀100的投影方向上的收看者的眼E。該收看者窺視激光投影儀100的投射透鏡130。因此，影像光經(jīng)由收看者的瞳孔P到達(dá)視網(wǎng)膜R。如圖4所示，若收看者窺視投射透鏡130，則在出射瞳131的像映在視網(wǎng)膜R上時光達(dá)到最強(qiáng)。此時，若在出射瞳131的光強(qiáng)度分布具有過強(qiáng)的部分，則視網(wǎng)膜R上也產(chǎn)生光強(qiáng)度較強(qiáng)的部分。在視網(wǎng)膜R上產(chǎn)生光強(qiáng)度過強(qiáng)的部分從安全性的觀點出發(fā)是不理想的。圖5(A)及圖5(B)是表示光束整形元件160與出射瞳131的位置關(guān)系的概略圖。 利用圖2至圖5(B)對光強(qiáng)度分布的均勻化進(jìn)一步進(jìn)行說明。光束整形元件160與出射瞳131存在共軛關(guān)系(conjugated relationship)。所謂共軛關(guān)系，是指從兩點的其中一點產(chǎn)生的光在另一點處成像的位置關(guān)系。在圖5㈧中，示出光束整形元件160的大致中央的虛擬點Pl以及出射瞳131的大致中央的虛擬點P2。在虛擬點Pl處產(chǎn)生的光通過聚光透鏡170、光擴(kuò)散元件180、PBS190、 以及場透鏡210，到達(dá)空間光調(diào)制元件120?？臻g光調(diào)制元件120反射來自虛擬點Pl的光。 被空間光調(diào)制元件120反射的光隨后通過場透鏡210以及PBS190，最終在投射透鏡130的出射瞳131的大致中央的虛擬點P2處成像。在圖5(B)中，示出光束整形元件160的邊緣的虛擬點Ql以及出射瞳131的邊緣的虛擬點Q2。在虛擬點Ql處產(chǎn)生的光通過聚光透鏡170、光擴(kuò)散元件180、PBS190以及場透鏡210，到達(dá)空間光調(diào)制元件120?？臻g光調(diào)制元件120反射來自虛擬點Ql的光。被空間光調(diào)制元件120反射的光隨后通過場透鏡210以及PBS190，最終在投射透鏡130的出射瞳131的邊緣的虛擬點Q2處成像。如圖5㈧及圖5(B)所示，由于投射透鏡130的出射瞳131與光束整形元件160 存在共軛關(guān)系，因此射入光束整形元件160的光的強(qiáng)度分布反映到投射透鏡130的出射瞳 131。如上所述，瞳均勻化元件140使射入光束整形元件160的激光的光強(qiáng)度分布均勻化。 這意味著瞳均勻化元件140使出射瞳131的激光的強(qiáng)度分布均勻化。如上所述，由于瞳均勻化元件140使投射透鏡130的出射瞳的影像光的光強(qiáng)度分布均勻化，因而在視網(wǎng)膜R上不會產(chǎn)生光強(qiáng)度過高的部分。因此，即使收看者偶然地窺視激光投影儀100的投射透鏡130，激光投影儀100也能安全地投射影像光。映在眼E的視網(wǎng)膜R上的出射瞳131的像的光強(qiáng)度依賴于射入眼E的瞳孔P的光量。射入眼的瞳孔P的光量越多，視網(wǎng)膜R上的光強(qiáng)度越高。例如，若顯示面220的中央部被最明亮地照明，且收看者在投射透鏡130與顯示面220的中央部之間的區(qū)域窺視投射透鏡130，則射入瞳孔P的光量達(dá)到最大。另一方面，例如，若在顯示面220的端部區(qū)域顯示亮度較低的影像，且收看者在投射透鏡130與顯示面220的端部區(qū)域之間的空間中窺視投射透鏡130，則射入瞳孔P的光量減小。若不存在向瞳孔P入射的光量過度增多的部分，則可確保激光投影儀100的較高的安全性。本實施方式的光束整形元件160使射向空間光調(diào)制元件120的光量均勻化，以便在顯示面220上不產(chǎn)生過度明亮的部分。因此，即使收看者在投射透鏡130與顯示面220 之間的空間的任意位置窺視投射透鏡130，射入瞳孔P的光量也不會過度增大。因此，激光投影儀100能夠安全地投射影像光。如參照圖2所說明的那樣，瞳均勻化元件140具有鋪設(shè)了第一要素透鏡142的有效面。瞳均勻化元件140利用不包含平面部的有效面上的折射效果，使出射瞳131的光強(qiáng)度均勻化。光束整形元件160具有鋪設(shè)了第二要素透鏡162的有效面。光束整形元件160利用不包含平面部的有效面上的折射效果，將光束整形為空間光調(diào)制元件120的形狀。因此，瞳均勻化元件140以及光束整形元件160能夠在不產(chǎn)生零次光成分的情況下進(jìn)行光強(qiáng)度的均勻化以及光束整形。此外，若在光學(xué)系統(tǒng)中使用全息元件或衍射元件，則產(chǎn)生零次光成分。如果不鋪滿第一要素透鏡以及第二要素透鏡，則使有效面具有平面部。若有效面包含平面部，則即使是排列了微小的要素透鏡的透鏡陣列，也會產(chǎn)生零次光成分。零次光成分引起明顯較高的峰值強(qiáng)度。因此，零次光成分的產(chǎn)生在窺視投射透鏡的收看者的眼的視網(wǎng)膜上產(chǎn)生光強(qiáng)度非常高的部分。這從安全性的觀點出發(fā)是不理想的。在本實施方式中，由于在瞳均勻化元件140以及光束整形元件160的有效面分別鋪滿第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162，因而不會產(chǎn)生由零次光成分造成的過高的光強(qiáng)度的部分。此外，“平面部”的術(shù)語意味著激光入射的面以及出射的面均為平坦的部位。 另外，“有效面”的術(shù)語如上所述意味著激光透過的區(qū)域。瞳均勻化元件140利用第一要素透鏡142的折射力，使分別從多個第一要素透鏡 142擴(kuò)展的激光相互重疊。因此，瞳均勻化元件140能夠單獨地使光強(qiáng)度均勻化。光束整形元件160利用第二要素透鏡162的折射力，使分別從多個第二要素透鏡 162擴(kuò)展的激光相互重疊。因此，光束整形元件160能夠單獨地整形光束。瞳均勻化元件140在使光強(qiáng)度均勻化的同時除去散斑雜訊。散斑雜訊在收看者觀看顯示面220時產(chǎn)生。散斑雜訊的大小依賴于在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布。 在本實施方式中，由于瞳均勻化元件140使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布均勻化，因而散斑雜訊也被適當(dāng)?shù)販p少。瞳均勻化元件140基于第一要素透鏡142的凹面的曲率，能夠使光強(qiáng)度均勻化直至出射瞳131的外周部為止。因此，瞳均勻化元件140例如能夠使具有按照高斯分布的光量分布的光的強(qiáng)度適當(dāng)?shù)鼐鶆蚧?。如上所述，光束整形元?60使顯示面220的光量分布均勻化。在光量較多的顯示區(qū)域中，散斑雜訊容易醒目(即容易被收看者察覺)。在本實施方式中，由于光束整形元件160使顯示面220的光量分布均勻化，因而不易產(chǎn)生散斑雜訊醒目的顯示區(qū)域。激光投影儀100包括激光光源110、空間光調(diào)制元件120、投射透鏡130、使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布均勻化的瞳均勻化元件140、以及對激光的光束形狀進(jìn)行整形的光束整形元件160。瞳均勻化元件140具有鋪設(shè)了第一要素透鏡142的有效面。另夕卜，光束整形元件160具有鋪設(shè)了第二要素透鏡162的有效面。因此，激光投影儀100不僅能夠使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布適當(dāng)?shù)鼐鶆蚧?，還能夠使顯示面220的光量分布也均勻化。此外，激光投影儀100能夠在不產(chǎn)生零次光成分的情況下實現(xiàn)光強(qiáng)度分布以及光量分布的均勻化。因此，在窺視投射透鏡130的收看者的眼E的視網(wǎng)膜R上不會產(chǎn)生光強(qiáng)度過于增高的部分。此外，作為在出射瞳131的光強(qiáng)度分布以及在顯示面220的光量分布的均勻化的結(jié)果，散斑雜訊被適當(dāng)?shù)販p少。這樣，在顯示面220映出的影像幾乎不包含散斑雜訊醒目的區(qū)域。激光投影儀100的瞳均勻化元件140被設(shè)置在激光光源110與光束整形元件160 之間。射入瞳均勻化元件140的激光根據(jù)第一要素透鏡142的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展。其結(jié)果是，從第一要素透鏡142射出的激光重疊，并射入光束整形元件160。這樣，光強(qiáng)度分布得到均勻化。即使射入瞳均勻化元件140的第一要素透鏡142的激光的光量不同，激光也通過第一要素透鏡142的透鏡光學(xué)能力(lens power)而發(fā)生重疊。因此，瞳均勻化元件140 單獨即可實現(xiàn)光強(qiáng)度的均勻化。光強(qiáng)度被均勻化的激光射入與投射透鏡130的出射瞳131 存在共軛關(guān)系的光束整形元件160。因此，即使激光投影儀100被小型化，也可實現(xiàn)在出射瞳131的光強(qiáng)度的均勻化。瞳均勻化元件140的第一要素透鏡142以及光束整形元件160的第二要素透鏡 162均為凹面透鏡。瞳均勻化元件140以及光束整形元件160具有由上述凹面透鏡形成的透鏡陣列。第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162能夠使激光在很小的光路長內(nèi)重疊， 從而實現(xiàn)光強(qiáng)度及/或光量的均勻化。因此，具有由上述凹面透鏡形成的透鏡陣列的瞳均勻化元件140以及光束整形元件160對緊湊的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計做出貢獻(xiàn)。較為理想的是，用于透鏡陣列的多個第一要素透鏡142的形狀為相同或相似形狀。若將相同或相似形狀的第一要素透鏡142用于透鏡陣列，則徑向(diameter direction)的曲率分布一致。其結(jié)果是，從透鏡陣列射出的激光的出射角度分布以及光強(qiáng)度分布得到均勻化。較為理想的是，用于透鏡陣列的多個第二要素透鏡162的形狀為相同或相似形狀。若將相同或相似形狀的第二要素透鏡162用于透鏡陣列，則徑向的曲率分布一致。其結(jié)果是，從透鏡陣列射出的激光的出射角度分布以及光強(qiáng)度分布得到均勻化。較為理想的是，瞳均勻化元件142的第一要素透鏡142的凹曲面(透鏡面)具有隨著遠(yuǎn)離中心而減小的曲率分布。另外，較為理想的是，光束整形元件160的第二要素透鏡 162的凹曲面(透鏡面)具有隨著遠(yuǎn)離中心而減小的曲率分布。更為理想的是，第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162具有利用圓錐常數(shù)或二次非球面系數(shù)修正了球面像差的曲面。第一要素透鏡142為凹型的拋物面透鏡。隨著接近第一要素透鏡142的外緣，曲率減小。第二要素透鏡162在入射端面161以及出射端面163分別具有柱面透鏡。形成在入射端面161的柱面透鏡的軸與形成在出射端面163的柱面透鏡的軸垂直。兩柱面透鏡的曲率隨著接近該透鏡的外緣而減小。在本實施方式中，利用圓錐常數(shù)為“_1”的拋物面修正球面像差。圖6是概略表示球面以及拋物面的角度的取向特性(orientation characteristic)的曲線圖。利用圖1、圖3、圖4以及圖6說明球面以及拋物面之間的取向特性的差異。在圖6中，用虛線表示曲率半徑為“1”的球面的形狀(y)以及徑向的面的斜率(dy/dx)。而且，用虛線(應(yīng)為實線)表示頂點處的曲率半徑為“1”的拋物面的形狀(y)以及徑向的面的斜率(dy/dx)。此外，圖6的曲線圖的橫軸表示徑向。關(guān)于球面，若徑向的值增大，則面的斜率也增大，最終發(fā)散。另一方面，關(guān)于曲率隨著遠(yuǎn)離透鏡中心而減小的曲面(即拋物面)，即使徑向的值增大，面的斜率與球面相比也不增大。本實施方式的瞳均勻化元件140以及光束整形元件160的出射角度分布分別依賴于第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162的曲率分布。由于激光投影儀100的瞳均勻化元件140的出射角度分布得以均勻化，因而投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度也被均勻化。另外，由于光束整形元件160的出射角度分布得以均勻化，因而對空間光調(diào)制元件120 進(jìn)行照明的光量分布也被均勻化。為了實現(xiàn)出射角度分布的均勻化，對第一要素透鏡142 以及第二要素透鏡162的徑向的面的傾斜進(jìn)行控制。若使激光投影儀100小型化，則激光投影儀100需要小型的光學(xué)系統(tǒng)。因此，較為理想的是，將第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162的擴(kuò)展角設(shè)定得較大。若擴(kuò)展角設(shè)定得較大，則光軸方向的長度適宜被縮短。例如，在球面的情況下，在徑向的值較小的范圍(即擴(kuò)展角較小的范圍)中，徑向的面的斜率大致為線性，可得到大致均勻的出射角度分布。但是，若徑向的值增大(即擴(kuò)展角增大)，如圖6所示，徑向的面的傾斜發(fā)散。其結(jié)果是，出射角度較大的光的強(qiáng)度變小。另一方面，若如圖5(應(yīng)為圖6)所示的拋物面那樣曲率隨著遠(yuǎn)離透鏡中心而減小， 則即使徑向的值增大(即，即使擴(kuò)展角增大)，徑向的面的斜率也維持線性關(guān)系。因此，可得到均勻的出射角度分布。第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162的形狀為利用圓錐常數(shù)修正了球面像差的拋物面，因而即使將第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162的擴(kuò)展角設(shè)定得較大，也能得到均勻的出射角度分布。因此，用于激光投影儀100的光學(xué)系統(tǒng)得以小型化。在本實施方式中，第一要素透鏡142以及第二要素透鏡162具有拋物面。取而代之，也可以采用曲率隨著遠(yuǎn)離透鏡中心而減小的其他的面形狀。在這種面形狀下，也同樣可抑制徑向的面的斜率的發(fā)散(參照圖6的球面的曲線)，實現(xiàn)出射角度分布的均勻化。具有利用圓錐常數(shù)或二次非球面系數(shù)修正了球面像差的曲面的透鏡不包含拐點。因此，這種透鏡不會引起拐點處的光量集中。基于四次等高次非球面系數(shù)對透鏡曲面的修正使透鏡產(chǎn)生拐點。拐點除了引起在本實施方式中說明的不理想的光量集中，還使第一要素透鏡以及第二要素透鏡的制作變得困難。其結(jié)果是，第一要素透鏡以及第二要素透鏡的制作成本增大。從激光投影儀100的光束整形元件160射出的激光按照第二要素透鏡162的曲率分布(擴(kuò)展角)進(jìn)行擴(kuò)展并且重疊。其結(jié)果是，激光被整形為空間光調(diào)制元件120的形狀。 重疊的激光射入光擴(kuò)散元件180。隨后，激光射入空間光調(diào)制元件120。如上所述，激光投影儀100的光束整形元件160的位置與投射透鏡130的出射瞳 131存在共軛關(guān)系。光束整形元件160使用多個第二要素透鏡162而形成。在光擴(kuò)散元件 180不存在時，第二要素透鏡162的焦點處的聚光有時也在投射透鏡130的出射瞳131內(nèi)被觀察到。在光擴(kuò)散元件180不存在時，第二要素透鏡162的焦點處的聚光有時也在投射透鏡130的出射瞳131內(nèi)產(chǎn)生光強(qiáng)度較高的點。在本實施方式中，光擴(kuò)散元件180設(shè)置在光束整形元件160與空間光調(diào)制元件120之間。其結(jié)果是，不易在投射透鏡130的出射瞳131 處觀察到第二要素透鏡162的焦點處的聚光。較為理想的是，光擴(kuò)散元件180被設(shè)置在來自多個第二要素透鏡162的光重疊的位置。這種光擴(kuò)散元件180的配置適宜防止觀察到各個第二要素透鏡162的焦點的聚光。因此，按照本實施方式的原理，可實現(xiàn)在投射透鏡130 的出射瞳131的光強(qiáng)度的均勻化。其結(jié)果是，激光投影儀100能夠減少散斑雜訊，安全地顯示高質(zhì)量的影像。在本實施方式中，激光投影儀100的空間光調(diào)制元件120為反射型的空間光調(diào)制元件。LCOS作為反射型的空間光調(diào)制元件而被例示。從光束整形元件160射出的激光通過聚光透鏡170以及場透鏡210，射入空間光調(diào)制元件120。隨后，空間光調(diào)制元件120反射激光。被反射的激光再次通過場透鏡210，最終從投射透鏡130投射到顯示面220上。聚光透鏡170在空間光調(diào)制元件120的附近形成焦點。聚光透鏡170使通過光束整形元件160而被整形的激光以均勻的光強(qiáng)度分布照射整個空間光調(diào)制元件120(直至空間光調(diào)制元件120的端部)。緊鄰空間光調(diào)制元件120的前面配置的場透鏡210用于將從空間光調(diào)制元件120 的端部反射的光引導(dǎo)至投射透鏡。反射型空間光調(diào)制元件(空間光調(diào)制元件120)與投射透鏡130之間的光學(xué)路徑與照明光學(xué)系統(tǒng)重復(fù)。因此，不可將投射透鏡130配置在空間光調(diào)制元件120的附近。在場透鏡210不存在時，投射透鏡130難以獲取從反射型空間光調(diào)制元件120的端部反射的影像光。若投射透鏡130未獲取從反射型空間光調(diào)制元件120的端部反射的影像光，則顯示面220的端部的影像容易被顯示得較暗。在本實施方式中，在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度得到均勻化。因此，在場透鏡210不存在時，投射透鏡130對來自空間光調(diào)制元件120的端部的反射光的獲取量容易降低。場透鏡210適宜抑制這種獲取量的降低。如上所述，在本實施方式中，聚光透鏡170以均勻的光強(qiáng)度分布照明整個空間光調(diào)制元件120(直至空間光調(diào)制元件120的端部)。場透鏡210提高來自空間光調(diào)制元件 120的端部的反射光的獲取量。因此，按照本實施方式的原理，顯示面220的端部附近的影像也被明亮地顯示，顯示面220的中央部的影像明顯地比顯示面220的端部的影像亮的現(xiàn)象幾乎不發(fā)生。顯示面220的中央部過度明亮顯示不僅意味著畫質(zhì)的劣化，還意味著安全性的降低。本實施方式的激光投影儀100能夠使顯示面220的端部附近的影像也較為明亮， 并且能夠安全地進(jìn)行顯示。對參照圖3說明的光束整形元件160的第二要素透鏡162的數(shù)值孔徑進(jìn)行說明。 形成在入射端面161的柱面透鏡的數(shù)值孔徑在水平方向上為ΝΑΟ. 35。形成在出射端面163 的柱面透鏡的數(shù)值孔徑在垂直方向上為ΝΑΟ. 26。矩形的第二要素透鏡162在對角方向上的數(shù)值孔徑為ΝΑΟ. 44。在本實施方式中，較為理想的是，光束整形元件160的第二要素透鏡 162的最大數(shù)值孔徑被設(shè)定為0. 3以上。在本實施方式中，光束整形依賴于基于第二要素透鏡162的數(shù)值孔徑而確定的擴(kuò)展角。若第二要素透鏡162的數(shù)值孔徑設(shè)定得較大，則光束整形所需的光學(xué)距離縮短。因此，若將第二要素透鏡162的最大數(shù)值孔徑設(shè)定為0. 3以上，則激光投影儀100適當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)小型化。如上所述，較為理想的是，曲面的曲率隨著遠(yuǎn)離第二要素透鏡162的中心而減小。 尤為理想的是，第二要素透鏡162的曲面為拋物面。如圖6的曲線(dy/dx)所示，若第二要素透鏡162的折射率為1. 5，則“0. 3”的數(shù)值孔徑對于球面在圖5 (應(yīng)為圖6)的橫軸的半徑中相當(dāng)于“0. 54”的值，對于拋物面相當(dāng)于“0.64”的值。若數(shù)值孔徑超過“0.3”，在球面的情況下，相對于半徑的斜率(dy/dx)發(fā)散。 這意味著被整形的光束的發(fā)散以及整形后的光束的強(qiáng)度降低。另一方面，在拋物面的情況下，即使數(shù)值孔徑超過“0. 3”，相對于半徑的斜率也線性地變化，因而維持均勻的光束強(qiáng)度。 若第二要素透鏡162具有0.3以上的最大數(shù)值孔徑以及曲率隨著遠(yuǎn)離透鏡中心而減小的曲面，則可兼顧激光投影儀100的小型化以及均勻的光束整形。如圖1所示，激光投影儀100還包括支撐光束整形元件160的致動器250。致動器 250使光束整形元件160沿著與在激光光源110與空間光調(diào)制元件120之間規(guī)定的光軸垂直的面(圖1的箭頭方向)往復(fù)移動(頻率120Hz，最大振幅100μπι)。通過了光束整形元件160的激光經(jīng)由光擴(kuò)散元件180，射入空間光調(diào)制元件120。在本實施方式中，致動器 250作為移動機(jī)構(gòu)而被例示。作為致動器250，例示電磁線圈式的致動器、馬達(dá)式的致動器或能夠?qū)崿F(xiàn)上述的光束整形元件160的往復(fù)移動的其他致動器。較為理想的是，致動器250使光束整形元件160以設(shè)定得比第二要素透鏡162的最小剖面尺寸“200 μ m”小的最大振幅往復(fù)移動。此外，“最小剖面尺寸”的術(shù)語意味著連接第二要素透鏡162的矩形剖面相對置的邊緣部的線段中較短的長度尺寸。提出了為了減少散斑雜訊而使光學(xué)元件移動的各種移動機(jī)構(gòu)。由于本實施方式的激光投影儀100具有適宜減少散斑雜訊的結(jié)構(gòu)，因而可以將基于致動器250的光束整形元件160的移動振幅設(shè)定得較小。因此，激光投影儀100通過利用小型的致動器250，能夠以較少的功耗減少散斑雜訊。在本實施方式中，從多個第二要素透鏡162擴(kuò)展的激光相互重疊并被整形為空間光調(diào)制元件120的形狀。然后，重疊的激光通過光擴(kuò)散元件180，對空間光調(diào)制元件120進(jìn)行照明。來自多個第二要素透鏡162的激光重疊后通過光擴(kuò)散元件180，其結(jié)果，與各第二要素透鏡162對應(yīng)的光源像被擴(kuò)展，變得大于第二要素透鏡162的大小?；谥聞悠?50 的散斑雜訊的除去意味著使第二要素透鏡162的光源像移動，與相鄰的光源像的時間積分的結(jié)果，產(chǎn)生光源像之間的重合。如上所述，由于光擴(kuò)散元件180擴(kuò)展第二要素透鏡162的光源像，使其大于第二要素透鏡162的大小，因而即使將基于致動器250的往復(fù)移動的振幅設(shè)定得小于第二要素透鏡162的最小剖面尺寸，也可充分地除去散斑雜訊。這樣，激光投影儀100能夠利用小型的致動器250，以較少的功耗減少散斑雜訊。在以下的說明中，投射透鏡130的F值(F-number)用符號“F#”表示。射入光束整形元件160的激光在長邊方向的束徑用符號“D”表示。聚光透鏡170以及場透鏡210的合成焦距用符號“f”表示。在本實施方式中，聚光透鏡170以及場透鏡210作為透鏡群而被例示。較為理想的是，本實施方式的激光投影儀100的光學(xué)設(shè)計滿足由以下的數(shù)式表示的關(guān)系。F#<f/D<2XF# (數(shù)式 1)在本實施方式中，激光投影儀100的投射透鏡130的F#為“1. 4”。射入光束整形元件160的激光在長邊方向的束徑D為“6mm”。聚光透鏡170以及場透鏡210的合成焦距 f 為 IOmm0若“f/D”的值小于“F#”，則投射透鏡130無法充分獲取來自空間光調(diào)制元件120 的反射光，因而產(chǎn)生較大的光量損失。其結(jié)果是，光利用效率降低。大于“2XF#”的“f/D”的值意味著僅投射透鏡130的出射瞳131的中央?yún)^(qū)域用于影像光的射出。本實施方式的激光投影儀100以滿足由上述數(shù)式表示的關(guān)系的方式進(jìn)行光學(xué)設(shè)計，因而能夠以高效率利用光，并安全地投射影像光。第二實施方式圖7是第二實施方式的激光投影儀100A的概略圖。利用圖7說明激光投影儀 IOOA0此外，對與在第一實施方式中說明的要素相同的要素標(biāo)注相同的符號。省略對這些相同的要素的說明。激光投影儀100A與第一實施方式的激光投影儀100同樣，包括瞳均勻化元件140、 準(zhǔn)直儀150、聚光透鏡170、光擴(kuò)散元件180、PBS190、場透鏡210、投射透鏡130以及致動器 250。激光投影儀100A還包括射出紅色激光的紅色激光光源110r、射出綠色激光的綠色激光光源IlOg以及射出藍(lán)色激光的藍(lán)色激光光源110b。在本實施方式中，紅色激光光源 110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb作為激光光源部而被例示。激光投影儀100A還包括與紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb分別對應(yīng)設(shè)置的準(zhǔn)直儀111、以及配置在這些準(zhǔn)直儀111之間的合波棱鏡112。從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb射出的激光由準(zhǔn)直儀111 分別進(jìn)行準(zhǔn)直。隨后，激光通過合波棱鏡112而成為同軸。激光投影儀100A還包括調(diào)制激光并生成影像光的空間光調(diào)制元件120A。在本實施方式中，作為空間光調(diào)制元件120A，適合使用LCOS(縱橫比為16 9)?？臻g光調(diào)制元件 120A以分時方式調(diào)制紅色、綠色以及藍(lán)色的激光。因此，來自紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的激光的出射時機(jī)與空間光調(diào)制元件120A的調(diào)制動作同步。即，紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的激光的出射動作依次切換。激光投影儀100A還包括將激光的光束形狀整形為空間光調(diào)制元件120A的形狀的光束整形元件160A。通過合波棱鏡112而成為同軸的激光依次通過瞳均勻化元件140、準(zhǔn)直儀150、光束整形元件160A、聚光透鏡170、光擴(kuò)散元件180、PBS190以及場透鏡210，對空間光調(diào)制元件120A進(jìn)行照明。光束整形元件160A具有來自準(zhǔn)直儀150的激光入射的入射端面161以及與入射端面161相反一側(cè)的出射端面163。光束整形元件160A由在水平方向以及垂直方向上鋪設(shè)的矩形的第二要素透鏡162A形成。此外，第二要素透鏡162A與空間光調(diào)制元件120A同樣具有“16 9”的縱橫比。在第二要素透鏡162A的入射端面161形成凹型的拋物面(透鏡面)。大致長方體形狀的第二要素透鏡162A的水平方向的寬度為“約0. 32mm”，縱向的寬度為“約0. 18mm”。 第二要素透鏡162A的透鏡面的曲率半徑為“約-0. 2mm”，圓錐常數(shù)為“約_1”。根據(jù)第二要素透鏡162A的擴(kuò)展角而相應(yīng)地從多個第二要素透鏡162A射出的激光擴(kuò)展并重疊。其結(jié)果是，光束被整形為“16 9”的縱橫比的矩形光束。致動器250使光束整形元件160A沿著與光軸垂直的面(圖7的箭頭方向)往復(fù)移動(頻率100Hz，振幅200 μ m)。如在第一實施方式中所說明的那樣，致動器250使光束整形元件160A以小于第二要素透鏡162A的振幅往復(fù)移動，從而減少散斑雜訊。瞳均勻化元件140分別使紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光的出射角度分布均勻化。其結(jié)果是，向光束整形元件160A入射的激光的強(qiáng)度分布得到均勻化。瞳均勻化元件140的玻璃材料的色散在紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光中光束剖面積上產(chǎn)生差異。在本實施方式中，射入光束整形元件160A的藍(lán)色激光的光束剖面積在這些激光中為最大。另外，射入光束整形元件160A的紅色激光的光束剖面積在這些激光中為最小。射入光束整形元件160A的綠色激光的光束剖面積大于紅色激光的光束剖面積，且小于藍(lán)色激光的光束剖面積。本實施方式的激光投影儀100A包括紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源110b。射入光束整形元件160A的紅色激光的剖面積小于藍(lán)色激光以及綠色激光的剖面積。在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布受到射入光束整形元件160A 的激光的剖面積的影響。在本實施方式中，從在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布的均勻化的觀點出發(fā)，確定藍(lán)色激光、綠色激光以及紅色激光的剖面積的大小關(guān)系(藍(lán)> 綠>紅)。在藍(lán)色激光、綠色激光以及紅色激光中，人的視網(wǎng)膜最容易受到波長最短的藍(lán)色激光的影響。因此，從安全性的觀點出發(fā)，較為理想的是，將在投射透鏡130的出射瞳131的藍(lán)色激光的強(qiáng)度設(shè)定得較低。在本實施方式中，為了降低在投射透鏡130的出射瞳131的藍(lán)色激光的強(qiáng)度，使射入光束整形元件160A的藍(lán)色激光的剖面積大于其他激光的剖面積。綠色激光具有最高的視覺靈敏度(luminosity function) 0因此，若在投射透鏡 130的出射瞳131的綠色激光的剖面積被擴(kuò)大，則作為人感到明亮的亮點而覺察到的散斑雜訊被減少。但是，投射透鏡130的出射瞳131的綠色激光的剖面積的過度擴(kuò)大會導(dǎo)致光量的損失。因此，在本實施方式中，射入光束整形元件160A的綠色激光的光束剖面積被設(shè)定成大于紅色激光的光束剖面積，且小于藍(lán)色激光的光束剖面積。紅色激光與其他激光相比不影響安全性以及散斑雜訊。若減小在投射透鏡130的出射瞳131的紅色激光的剖面積，則光量的損失減少。因此，從本實施方式的激光投影儀 100A的紅色激光光源IlOr射出的紅色激光的剖面積被設(shè)定得小于藍(lán)色激光以及綠色激光的剖面積。這樣，激光投影儀100A能夠以較高的光利用效率安全地投射散斑雜訊較少的影像。本實施方式的激光投影儀100A包括紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源110b。從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb分別射出的紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光通過合波棱鏡112而成為同軸。隨后，瞳均勻化元件140單獨地使紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光各自的光強(qiáng)度均勻化。如果在從紅色激光光源、綠色激光光源以及藍(lán)色激光光源分別射出的紅色激光、 綠色激光以及藍(lán)色激光之間，在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布明顯不同，則會導(dǎo)致因投射透鏡的周邊光量比而在顯示影像的顯示面上產(chǎn)生色斑。 在本實施方式中，瞳均勻化元件140單獨地使紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光各自的光強(qiáng)度均勻化，因而在投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布在紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光之間呈相同或相似的形狀。因此，激光投影儀100A顯示的影像的顯示面上的色斑減小。 在本實施方式中，激光投影儀100A具備長方體形狀的PBS190。取而代之，激光投影儀也可以具備線柵(wiregrid)等薄板狀的分束器。本實施方式的原理也適用于利用透射型的液晶元件生成影像光的激光投影儀。(第三實施方式)圖8是第三實施方式的激光投影儀100B的概略圖。利用圖2以及圖8說明激光投影儀100B。此外，對與在第一實施方式及第二實施方式中說明的要素相同的要素標(biāo)注相同的符號。省略對這些相同的要素的說明。激光投影儀100B與第一實施方式的激光投影儀100同樣，包括瞳均勻化元件140、 準(zhǔn)直儀150以及致動器250。另外，激光投影儀100B與第二實施方式的激光投影儀100A同樣，還包括紅色激光光源110r、綠色激光光源110g、藍(lán)色激光光源110b、準(zhǔn)直儀111以及合波棱鏡112。激光投影儀100B還包括調(diào)制激光并生成影像光的空間光調(diào)制元件120B。在本實施方式中，作為空間光調(diào)制元件120B，使用DMD (Digital MicroMirror Device，數(shù)字微鏡元件)。激光投影儀100B利用紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光，顯示彩色的影像。從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb分別射出的激光由準(zhǔn)直儀111進(jìn)行準(zhǔn)直，隨后通過合波棱鏡112而成為同軸。在本實施方式中，作為空間光調(diào)制元件120B使用的DMD的縱橫比為“4 3”。空間光調(diào)制元件120B以分時方式調(diào)制紅色、綠色以及藍(lán)色的激光。因此，來自紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的激光的出射時機(jī)與空間光調(diào)制元件 120B的調(diào)制動作同步。即，紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb 的激光的出射動作依次切換。激光投影儀100B還包括將激光的光束形狀整形為空間光調(diào)制元件120B的形狀的光束整形元件160B、使整形后的激光聚光的聚光透鏡170B、以及將透過了聚光透鏡170B的激光反射至空間光調(diào)制元件120B的凹面鏡沈0。通過合波棱鏡112而成為同軸的激光依次通過瞳均勻化元件140、準(zhǔn)直儀150、光束整形元件160B以及聚光透鏡170B，并到達(dá)凹面鏡 2600凹面鏡沈0隨后將激光反射至空間光調(diào)制元件120B，對空間光調(diào)制元件120B進(jìn)行照明。光束整形元件160B具有來自準(zhǔn)直儀150的激光入射的入射端面161以及與入射端面161相反一側(cè)的出射端面163。光束整形元件160B利用在水平方向以及垂直方向上鋪設(shè)的矩形的第二要素透鏡162B而形成。此外，第二要素透鏡162B與空間光調(diào)制元件120B 同樣具有“4 3”的縱橫比。在第二要素透鏡162B的入射端面161形成凸型的拋物面(透鏡面)。大致長方體形狀的第二要素透鏡162B的水平方向的寬度為“約0. 16mm”，縱向的寬度為“約0. 12mm”。 第二要素透鏡162B的透鏡面的曲率半徑為“約0. 1mm”，圓錐常數(shù)為“約_1”。從多個第二要素透鏡162B射出的激光根據(jù)第二要素透鏡162B的擴(kuò)展角而相應(yīng)地擴(kuò)展并重疊。其結(jié)果是，光束被整形為“4 3”的縱橫比的矩形光束。致動器250使光束整形元件160B沿著與光軸垂直的面(圖8的箭頭方向)往復(fù)移動(頻率200Hz，振幅100 μ m)。如在第一實施方式中所說明的那樣，致動器250使光束整形元件160B以小于第二要素透鏡162B的振幅往復(fù)移動，從而減少散斑雜訊。激光投影儀100B還包括投射透鏡130B?？臻g光調(diào)制元件120B使微小鏡(未圖示)動作，僅將在顯示面上顯示的影像光引導(dǎo)至投射透鏡130B。
光束整形元件160B的位置與投射透鏡130B的出射瞳131存在共軛關(guān)系。因此， 射入光束整形元件160B的激光的光強(qiáng)度分布反映到在投射透鏡130B的出射瞳131的光強(qiáng)度分布上。如參照圖2所說明的那樣，激光投影儀100B的瞳均勻化元件140包括縱橫鋪設(shè)的第一要素透鏡142。因此，瞳均勻化元件140能夠使射入光束整形元件160B的激光的光強(qiáng)度分布適當(dāng)?shù)鼐鶆蚧?。其結(jié)果，在投射透鏡130B的出射瞳131的光強(qiáng)度分布也得以均勻化。 這樣，激光投影儀100B能夠安全地投射散斑雜訊被減少的影像。在本實施方式中，投射透鏡130B的F#為2. 4。射入光束整形元件160B的激光在長邊方向的束徑D為6mm。聚光透鏡170B以及凹面鏡沈0的合成焦距f為14. 5mm。在本實施方式中，聚光透鏡170B以及凹面鏡260作為透鏡群而被例示。具有上述光學(xué)參數(shù)的設(shè)定值的激光投影儀100B滿足上述的“F# < f/D < 2XF#” 的關(guān)系。因此，激光投影儀100B能夠以較高的光利用效率安全地投射影像。(第四實施方式)圖9是第四實施方式的激光投影儀100C的概略圖。利用圖9說明激光投影儀 IOOC0此外，對與在第一實施方式至第三實施方式中說明的要素相同的要素標(biāo)注相同的符號。省略對這些相同的要素的說明。激光投影儀100C與第一實施方式的激光投影儀100同樣，包括空間光調(diào)制元件 120以及投射透鏡130。另外，激光投影儀100C與第二實施方式的激光投影儀100A同樣， 還包括紅色激光光源1 IOr、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源110b。激光投影儀100C還包括設(shè)置在紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb之間的帶有透鏡的合波棱鏡112C。作為復(fù)合光學(xué)部件而起作用的合波棱鏡 112C具有透鏡面。激光投影儀100C還包括與合波棱鏡112C相鄰設(shè)置的復(fù)合透鏡270，以及設(shè)置在復(fù)合透鏡270、空間光調(diào)制元件120以及投射透鏡130之間的帶有透鏡的PBS190C。在本實施方式中，激光投影儀100C作為彩色激光投影儀而起作用。激光投影儀100C還包括對應(yīng)于從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb朝向合波棱鏡112C的光路分別設(shè)置的瞳均勻化元件140r、140g、140b。從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb射出的紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光分別射入瞳均勻化元件140r、140g、140b。瞳均勻化元件140r、140g、140b與在第一實施方式至第三實施方式中說明的瞳均勻化元件140同樣，具有多個第一要素透鏡(后述)。通過鋪設(shè)的第一要素透鏡，使紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光的出射角度適當(dāng)?shù)氐玫骄鶆蚧?。帶有透鏡的合波棱鏡112C對激光進(jìn)行準(zhǔn)直以及合波，并將紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光引導(dǎo)至復(fù)合透鏡270。復(fù)合透鏡270具有通過了合波棱鏡112C的激光入射的入射端面271以及與入射端面271相反一側(cè)的出射端面273。在入射端面271，在水平方向以及垂直方向上鋪設(shè)第二要素透鏡272。另外，在出射端面273形成凸透鏡。這樣，出射端面273作為聚光透鏡而起作用。從復(fù)合透鏡270射出的激光通過帶有透鏡的PBS190C，對空間光調(diào)制元件120進(jìn)行照明。由空間光調(diào)制元件120調(diào)制過的激光再次通過帶透鏡的PBS190C，到達(dá)投射透鏡 130。激光最終從投射透鏡130向顯示面投射。瞳均勻化元件140r、140g、140b使投射透鏡130的出射瞳131的光強(qiáng)度分布均勻化。因此，激光投影儀100C能夠安全地投射散斑雜訊被減少的影像。圖10 (A)是設(shè)置在紅色激光光源IlOr與合波棱鏡112C之間的瞳均勻化元件140r 的概略圖。圖10(B)是在綠色激光光源IlOg與合波棱鏡112C之間的瞳均勻化元件140g的概略圖。圖10(C)是在藍(lán)色激光光源IlOb與合波棱鏡112C之間的瞳均勻化元件140b的概略圖。瞳均勻化元件140r包括多個第一要素透鏡142r。第一要素透鏡142r為矩形的凸型透鏡。通過鋪設(shè)第一要素透鏡142r而形成瞳均勻化元件140r。第一要素透鏡142r的寬度為“約0. 08mm”，高度為“約0. 06mm”。第一要素透鏡 142r的曲面的曲率中心被設(shè)定在矩形面的中心。第一要素透鏡142r的曲率半徑為“約 0.04mm”，圓錐常數(shù)為“約-1”。第一要素透鏡142ι 為凸型的拋物面透鏡。瞳均勻化元件140g、140b也與瞳均勻化元件140r同樣，分別通過鋪設(shè)第一要素透鏡142g、142b而形成。第一要素透鏡142g、142b分別具有與第一要素透鏡142r相同的曲率半徑以及圓錐常數(shù)。但是，第一要素透鏡142g、142b的寬度尺寸以及高度尺寸與第一要素透鏡142r不同。第一要素透鏡142g為矩形透鏡，第一要素透鏡142g的寬度尺寸以及高度尺寸均為“約0. 09mm”。第一要素透鏡142b為矩形透鏡，第一要素透鏡142g(應(yīng)為142b)的寬度尺寸為“約0. 08mm”，高度尺寸為“約0. 09mm”。激光投影儀100C包括配合紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的出射角度而具有不同的擴(kuò)展角的瞳均勻化元件140r、140g、140b。在本實施方式中，作為紅色激光光源IlOr以及藍(lán)色激光光源110b，使用半導(dǎo)體激光器。另外，作為綠色激光光源110g，使用波長轉(zhuǎn)換激光器。綠色激光光源IlOg的出射角度分布根據(jù)偏振方向， 與使用半導(dǎo)體激光器的紅色激光光源IlOr以及藍(lán)色激光光源IlOb有較大差異。第一要素透鏡1421 的寬度尺寸以及高度尺寸為不同的值。另外，第一要素透鏡 142b的寬度尺寸以及高度尺寸也為不同的值。上述的寬度尺寸以及高度尺寸之間的差異由用于使剛剛從紅色激光光源IlOr以及藍(lán)色激光光源IlOb射出之后的激光的出射角度分布接近圓形分布的設(shè)計產(chǎn)生。結(jié)合紅色激光光源IlOr以及藍(lán)色激光光源IlOb各自的偏振方向，設(shè)定第一要素透鏡142r、142b的寬度尺寸以及高度尺寸。使用波長轉(zhuǎn)換激光器的綠色激光光源IlOg射出接近平行光的光。因此，第一要素透鏡142g被設(shè)計成在寬度方向以及高度方向的擴(kuò)展角增大。在本實施方式中，對紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源 IlOb使用具有不同的擴(kuò)展角的瞳均勻化元件140r、140g、140b。因此，在出射瞳131的光強(qiáng)度分布的各向異性減弱。此外，若在出射瞳131的光強(qiáng)度分布具有各向異性，則在顯示面上產(chǎn)生色斑等影像的劣化。本實施方式的激光投影儀100C減弱在出射瞳131的光強(qiáng)度分布的各向異性，因而能夠投射高質(zhì)量的影像。較為理想的是，與紅色激光相對應(yīng)的瞳均勻化元件140r的擴(kuò)展角被設(shè)定成小于分別與綠色激光以及藍(lán)色激光相對應(yīng)的瞳均勻化元件140g、140b的擴(kuò)展角。第一要素透鏡142r的最大傾斜角度被設(shè)定成小于第一要素透鏡142g、142b的最大傾斜角度。其結(jié)果是， 激光投影儀100C的瞳均勻化元件140r的擴(kuò)展角減小。紅色激光對安全性以及散斑雜訊的影響較小。因此，較為理想的是，瞳均勻化元件140r以盡量提高光利用效率的方式使紅色激光的強(qiáng)度分布均勻化。在本實施方式中，瞳均勻化元件140r的擴(kuò)展角被設(shè)定成小于與綠色激光以及藍(lán)色激光相對應(yīng)的瞳均勻化元件 140g、140b的擴(kuò)展角。因此，幾乎不會產(chǎn)生紅色激光在通過的光學(xué)部件上的損失，因而可實現(xiàn)較高的光利用效率。帶有透鏡的合波棱鏡112C為正交棱鏡(cross prism)，具有紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光分別入射的透鏡面115r、115g、lMb。在合波棱鏡112C的表面形成的透鏡面 115r、115g、115b作為菲涅耳透鏡而起作用。如上所述，激光投影儀100C的瞳均勻化元件140r、140g、140b使與激光的出射角度分布相應(yīng)的光強(qiáng)度分布均勻化。透鏡面115r、115g、lMb隨后使激光成為大致平行光。在本實施方式中，透鏡面115r、115g、lMb與具有合波功能的合波棱鏡112C—體形成。通過瞳均勻化元件140r、140g、140b與出射角度分布相應(yīng)的光強(qiáng)度分布被均勻化的激光需要由透鏡面115r、115g、lMb等透鏡部分轉(zhuǎn)換成平行光。若透鏡部分與對激光進(jìn)行其他處理(例如同軸、合波)的光學(xué)元件一體形成，則可以減少部件數(shù)或調(diào)整軸。其結(jié)果是，激光投影儀100C得以小型化以及低成本化。作為使激光平行的透鏡部分被一體組裝的光學(xué)元件，除了上述的合波棱鏡112C 以外，還例示分色鏡或光束整形元件。在本實施方式中，緊接在紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的后面分別設(shè)置瞳均勻化元件140r、140g、140b。在本實施方式中，透鏡面115r、 11 用于適當(dāng)?shù)孬@取來自半導(dǎo)體激光器(紅色激光光源IlOr以及藍(lán)色激光光源IlOb)的光并使來自瞳均勻化元件140r、140b的光成為大致平行光。由于透鏡面115r、115b以此方式發(fā)揮兩個功能，因而激光投影儀100C的部件數(shù)減少。這樣，激光投影儀100C得以小型化以及低成本化。在本實施方式中，緊接在紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的后面分別設(shè)置瞳均勻化元件140r、140g、140b。其結(jié)果，激光的功率密度較高的部分減少。在激光投影儀100C中，由于激光的功率密度較高的部分減少，因此，即使在制造激光投影儀100C期間，用于防止激光投影儀100C內(nèi)的激光泄漏的蓋體意外地脫落，也不易產(chǎn)生高功率密度的激光的漏出。這樣，提高激光投影儀100C的安全性。復(fù)合透鏡270的第二要素透鏡272為具有凹型的拋物面的透鏡。第二要素透鏡 272的寬度為“約0. 32mm”，縱向的寬度為“約0. 24mm”。大致矩形的第二要素透鏡272的曲率半徑為“約0. 2mm”，圓錐常數(shù)為“約-1”。通過了第二要素透鏡272的激光重疊，并被整形為矩形的光束剖面。激光投影儀100C還包括致動器250C。致動器250C使復(fù)合透鏡270沿著與光軸垂直的面進(jìn)行圓周運(yùn)動。在本實施方式中，致動器250C作為移動機(jī)構(gòu)而被例示。激光投影儀100C的復(fù)合透鏡270是在第一實施方式至第三實施方式中說明的光束整形元件以及聚光透鏡被合成一體的光學(xué)部件。復(fù)合透鏡270沿著與光軸垂直的面移動。
利用多個第二要素透鏡形成的光束整形元件有時在空間光調(diào)制元件上產(chǎn)生與第二要素透鏡配置的反復(fù)圖案相對應(yīng)的衍射圖案。這種衍射圖案引起空間光調(diào)制元件上的照明不均。本實施方式的激光投影儀100C包括光束整形元件以及聚光透鏡被合成一體的復(fù)合透鏡270。由于復(fù)合透鏡270通過致動器250C而被移動，因而衍射圖案在空間光調(diào)制元件120上移動。其結(jié)果是，上述的照明不均得以減輕。復(fù)合透鏡270的移動意味著第二要素透鏡272的聚光點的移動。因此，在投射透鏡130的出射瞳131處不易產(chǎn)生光強(qiáng)度較強(qiáng)的第二要素透鏡272的聚光點的像。這樣，激光投影儀100C能夠安全地投射散斑雜訊被減少的影像。帶有透鏡的PBS 190C是在第一實施方式至第三實施方式中說明的場透鏡以及 PBS被合成一體的光學(xué)部件。因此，減少了激光投影儀100C的部件數(shù)。這樣，可實現(xiàn)激光投影儀100C的低成本化以及小型化。在本實施方式中，用于復(fù)合透鏡270的多個第二要素透鏡272為相同形狀和相同大小。取而代之，用于復(fù)合透鏡的多個第二要素透鏡也可以形狀相同，但大小不同。進(jìn)一步取而代之，用于復(fù)合透鏡的多個第二要素透鏡也可以具有大致相同的擴(kuò)展角，但具有不同的形狀?？梢凿佋O(shè)這種第二要素透鏡而形成復(fù)合透鏡。較為理想的是，鋪設(shè)大小不同但形狀相似的多個第二要素透鏡，形成復(fù)合透鏡。若鋪滿大小不同的第二要素透鏡，則起因于第二要素透鏡的排列中反復(fù)的圖案的衍射圖案不易產(chǎn)生。其結(jié)果，空間調(diào)制元件上的照明不均不易產(chǎn)生。(第五實施方式)圖11是第五實施方式的激光投影儀100D的概略圖。利用圖11說明激光投影儀 IOOD0此外，對與在第一實施方式至第四實施方式中說明的要素相同的要素標(biāo)注相同的符號。省略對這些相同的要素的說明。激光投影儀100D與第一實施方式的激光投影儀100同樣，包括瞳均勻化元件140、 光擴(kuò)散元件180、PBS 190以及致動器250。另外，激光投影儀100D與第二實施方式的激光投影儀100A同樣，還包括紅色激光光源110r、綠色激光光源110g、藍(lán)色激光光源110b、準(zhǔn)直儀111以及合波棱鏡112。激光投影儀100D還包括利用圓錐常數(shù)修正了球面像差的光束整形元件160D，以及也作為場透鏡而起作用的聚光透鏡170D。從紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb射出的紅色激光、綠色激光以及藍(lán)色激光分別通過對應(yīng)的準(zhǔn)直儀111被轉(zhuǎn)換為平行光。隨后，紅色激光、 綠色激光以及藍(lán)色激光通過合波棱鏡112而成為同軸。激光投影儀100D還包括調(diào)制激光并生成影像光的空間光調(diào)制元件120D。在本實施方式中，作為空間光調(diào)制元件120D，適宜使用LCOS(縱橫比為16 9)?？臻g光調(diào)制元件 120D以分時方式調(diào)制紅色、綠色以及藍(lán)色的激光。因此，來自紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的激光的出射時機(jī)與空間光調(diào)制元件120D的調(diào)制動作同步。即，紅色激光光源110r、綠色激光光源IlOg以及藍(lán)色激光光源IlOb的激光的出射動作依次切換。激光投影儀100D還包括使通過合波棱鏡112而成為同軸的激光平行的準(zhǔn)直儀150D。通過合波棱鏡112而成為同軸的激光通過瞳均勻化元件140、準(zhǔn)直儀150D、光束整形元件160D、光擴(kuò)散元件180、聚光透鏡170D以及PBS190，對空間光調(diào)制元件120D進(jìn)行照明。圖12是光束整形元件160D的概略立體圖。利用圖11以及圖12說明光束整形元件160D以及激光投影儀100D。光束整形元件160D具有來自準(zhǔn)直儀150D的激光入射的入射端面161以及與入射端面161相反一側(cè)的出射端面163。圖12的左圖整體表示光束整形元件160D。如圖12的左圖所示，在光束整形元件 160D的入射端面161形成按照水平方向的曲率半徑彎曲的柱面透鏡陣列。另外，在光束整形元件160D的出射端面163形成按照垂直方向的曲率半徑彎曲的柱面透鏡陣列。形成在入射端面161的柱面透鏡陣列相對于形成在出射端面163的柱面透鏡陣列以直角延伸。圖12的右圖是作為上述柱面透鏡陣列的一部分使用的大致長方體形狀的第二要素透鏡162D的概略立體圖。作為第二要素透鏡162D的入射端面161形成的柱面透鏡的透鏡寬度為“約0. 183mm”，曲率半徑為“約-0. 1mm”，圓錐常數(shù)為“約-0. 7”。形成在入射端面 161的透鏡面通過利用上述的圓錐常數(shù)修正球面像差，作為非球面凹型的柱面透鏡而起作用。作為第二要素透鏡162D的出射端面163形成的柱面透鏡的透鏡寬度為“約 0. 21mm”，曲率半徑為“約_0. 2mm”，圓錐常數(shù)為“約-1. 8”。形成在出射端面163的透鏡面通過利用上述的圓錐常數(shù)修正球面像差，作為非球面凹型的柱面透鏡而起作用。在入射端面161以及出射端面163分別形成凹面透鏡的第二要素透鏡162D如圖 12的左圖所示，在水平方向以及垂直方向上鋪設(shè)。光束整形元件160D利用丙烯樹脂(折射率η :1. 49)形成。將丙烯樹脂的折射率考慮在內(nèi)，第二要素透鏡162的圓錐常數(shù)被設(shè)定成相對于透鏡的徑向的折射率(sin θ )接近線性。圖13是表示利用丙烯樹脂形成的第二要素透鏡162D的入射端面161的透鏡直徑 (lens diameter)與折射角(sine)之間的關(guān)系的曲線圖。在圖13中，表示相對于形成球面狀的透鏡(圓錐常數(shù)0)、形成拋物面狀的透鏡(圓錐常數(shù)-1)、以及本實施方式的透鏡 (圓錐常數(shù)-0. 7)的折射角的數(shù)據(jù)。利用圖11至圖13比較它們之間的折射角的變化。在球面的情況下，隨著透鏡直徑的增大，sin θ與透鏡直徑之間的關(guān)系向正的方向發(fā)散。這意味著空間光調(diào)制元件的周緣部變暗。另一方面，在拋物面的情況以及圓錐常數(shù)為“-0. 7”的情況下，sin θ與透鏡直徑之間的關(guān)系呈大致線性。這意味著整個空間光調(diào)制元件(直至空間光調(diào)制元件的周緣部)以均勻的光量被照明。如上所述，在第二要素透鏡162D的入射端面161以及出射端面163形成彎曲的透鏡面。出射端面163與入射端面161的球面像差不同。因此，形成在出射端面163的透鏡的圓錐常數(shù)與形成在入射端面161的透鏡不同。上述的原理也可以同樣適用于瞳均勻化元件140的設(shè)計。即，瞳均勻化元件140 使用的第一要素透鏡142可以利用圓錐常數(shù)或二次非球面系數(shù)修正球面像差。激光投影儀100D還包括投射透鏡130D。由空間光調(diào)制元件120D進(jìn)行了調(diào)制的光通過PBS190以及投射透鏡130D，投影到顯示面上。投射透鏡130D的出射瞳131與光束整形元件160D的位置存在共軛關(guān)系。因此，射入光束整形元件160D的激光的強(qiáng)度分布反映到在投射透鏡130D的出射瞳131的光強(qiáng)度分布上。在本實施方式中，瞳均勻化元件140能夠使射入光束整形元件160D的光的強(qiáng)度分布適當(dāng)?shù)鼐鶆蚧?。因此，在投射透鏡130D的出射瞳131的光強(qiáng)度分布適宜地被均勻化。聚光透鏡170D將由光束整形元件160D擴(kuò)展的光束進(jìn)行聚光以及遠(yuǎn)心化，也作為場透鏡而起作用。由于聚光透鏡170D也作為場透鏡而起作用，因而激光投影儀100D的部件數(shù)減少。這樣，可提供低成本的激光投影儀100D。(第六實施方式)在第六實施方式中，說明圖14(A)以及圖14(B)所示的大致圓板狀的瞳均勻化元件140E。瞳均勻化元件140E可以作為上述一系列實施方式的激光投影儀的瞳均勻化元件使用。圖14 (A)是瞳均勻化元件140E的概略俯視圖。圖14 (B)是瞳均勻化元件140E的概略側(cè)視圖。利用圖14(A)以及圖14(B)說明瞳均勻化元件140E。大致圓板狀的瞳均勻化元件140E具有大致平坦的第一端面145、與第一端面145 相反一側(cè)的第二端面146、以及第一端面145與第二端面146之間的周面147。第一端面145 以及第二端面146的其中之一的端面用作為激光入射的入射端面，另一端面用作為激光出射的出射端面。瞳均勻化元件140E具有形成在第一端面145的多個第一要素透鏡142E。如在第一實施方式至第五實施方式中說明的那樣，大致正六角形的第一要素透鏡142E鋪設(shè)在第一端面145，使投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布均勻化。因此，在第一端面145形成由第一要素透鏡142E構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)。第一要素透鏡142E為凹面的非球面透鏡。第一要素透鏡142E的透鏡間距為“約 0. 75mm”，曲率半徑為“約-0. 05mm”，圓錐常數(shù)為“約-0. 7”。瞳均勻化元件140E具有形成在第二端面146的球面形狀的突出部148與平坦面 149。突出部148的曲率半徑例如為約7mm。若激光射入第一端面145(由第一要素透鏡 142E構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu))，則激光從突出部148射出。若激光射入突出部148，則激光從由第一要素透鏡142E構(gòu)成的蜂窩結(jié)構(gòu)射出。在鋪設(shè)第一要素透鏡142E的瞳均勻化元件140E的第二端面146形成突出部148。 在第二端面146的中心形成的突出部148能夠使通過瞳均勻化元件140E的光向通過瞳均勻化元件140E的中心的軸聚光。因此，在鋪設(shè)第一要素透鏡142E的第一端面145上，從瞳均勻化元件140E的中心到周緣，激光被均勻地擴(kuò)展，利用第二端面146的突出部148，通過瞳均勻化元件140E的中心部分的光以與周圍的光不同的折射率折射。其結(jié)果是，在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布得以均勻化。本實施方式的瞳均勻化元件140E利用對玻璃材料的加壓成型技術(shù)適當(dāng)?shù)爻尚汀?形成在第二端面146的突出部148可適宜用于加壓成型時的透鏡的中心對齊。因此，瞳均勻化元件140E具有較高的成型性。若不存在突出部(即，若第二端面整體為平坦的面)，則在成型模具的角落部透鏡材料會發(fā)生偏斜。其結(jié)果是，例如，第一端面/第二端面與周面之間容易產(chǎn)生毛刺(burr)。 本實施方式的瞳均勻化元件140E的突出部148抑制成型時的透鏡材料的偏斜，因而不易產(chǎn)生毛刺等成型不良。上述實施方式主要包括以下結(jié)構(gòu)。包括以下結(jié)構(gòu)的激光投影儀使投射的像的光強(qiáng)度分布以及在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布適宜地均勻化。由于不射出過高強(qiáng)度的光， 所以可提供具有較高安全性的激光投影儀。此外，作為投射的像的光強(qiáng)度分布以及在投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布的均勻化的結(jié)果，不易產(chǎn)生由局部增加的光強(qiáng)度造成的散斑雜訊。因此，按照上述實施方式的原理的小型激光投影儀能夠?qū)崿F(xiàn)較高的安全性以及散斑雜訊的減少。上述實施方式所涉及的激光投影儀包括射出激光的激光光源部；調(diào)制所述激光生成影像光的空間光調(diào)制元件；用于射出所述影像光的投射透鏡；將所述激光的光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件的形狀的光束整形元件；以及使該投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布均勻化的瞳均勻化元件，其中，該瞳均勻化元件設(shè)置在所述激光光源部與所述光束整形元件之間。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，光束整形元件將從激光光源部射出的激光的光束形狀整形為空間光調(diào)制元件的形狀。空間光調(diào)制元件調(diào)制整形后的激光并生成影像光。影像光通過投射透鏡射出。這樣，激光投影儀能夠?qū)κ湛凑咛峁┯跋瘛９馐卧⒓す獾墓馐螤钫螢榭臻g光調(diào)制元件的形狀。在激光光源部與光束整形元件之間設(shè)置的瞳均勻化元件使投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布均勻化，因而不會射出過高強(qiáng)度的光。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述光束整形元件與所述出射瞳存在共軛關(guān)系，所述瞳均勻化元件使射入所述光束整形元件的光強(qiáng)度分布均勻化。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，瞳均勻化元件使射入與投射透鏡的出射瞳存在共軛關(guān)系的光束整形元件的光強(qiáng)度分布均勻化，因而不會射出過高強(qiáng)度的光。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述瞳均勻化元件具有為使所述光強(qiáng)度分布均勻化而鋪設(shè)的多個第一要素透鏡，所述光束整形元件具有為將所述光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件的形狀而鋪設(shè)的多個第二要素透鏡，所述第一要素透鏡根據(jù)該第一要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展所述激光，使所述光強(qiáng)度分布均勻化，所述第二要素透鏡根據(jù)該第二要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展所述激光，整形所述光束形狀。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，為使光強(qiáng)度分布均勻化而鋪設(shè)的多個第一要素透鏡根據(jù)第一要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展激光，使光強(qiáng)度分布均勻化，為將光束形狀整形為空間光調(diào)制元件的形狀而鋪設(shè)的多個第二要素透鏡根據(jù)第二要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展激光，整形光束形狀。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述第一要素透鏡以及所述第二要素透鏡分別具有凹面透鏡。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，第一要素透鏡以及第二要素透鏡分別具有凹面透鏡，因而能夠適當(dāng)?shù)財U(kuò)展激光。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述第一要素透鏡以及所述第二要素透鏡分別具有為擴(kuò)展所述激光而形成的曲面，該曲面具有隨著接近該曲面的緣部而減小的曲率分布。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，第一要素透鏡以及第二要素透鏡分別具有為擴(kuò)展激光而形成的曲面。曲面的曲率分布隨著接近曲面的緣部而減小，因而容易得到均勻化的光強(qiáng)度分布。較為理想的是，上述結(jié)構(gòu)的激光投影儀還包括使所述激光擴(kuò)散并射入所述空間光調(diào)制元件的光擴(kuò)散元件，其中，從所述光束整形元件射出的所述激光按照所述曲率分布擴(kuò)展并重疊，射入所述光擴(kuò)散元件。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，從光束整形元件射出的激光按照曲率分布擴(kuò)展并重疊，射入光擴(kuò)散元件。光擴(kuò)散元件使激光擴(kuò)散并射入空間光調(diào)制元件。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。較為理想的是，上述結(jié)構(gòu)的激光投影儀還包括聚光透鏡和場透鏡，其中，所述空間光調(diào)制元件為反射型空間光調(diào)制元件，從所述光束整形元件射出的所述激光通過所述聚光透鏡以及所述場透鏡，照明所述反射型空間光調(diào)制元件，隨后，被該反射型空間光調(diào)制元件反射，經(jīng)由所述場透鏡到達(dá)所述投射透鏡。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，從光束整形元件射出的激光通過聚光透鏡以及場透鏡，對反射型空間光調(diào)制元件進(jìn)行照明。隨后，被反射型空間光調(diào)制元件反射的激光經(jīng)由場透鏡到達(dá)投射透鏡。因此，激光投影儀能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述第二要素透鏡的最大數(shù)值孔徑為0. 3以上。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，第二要素透鏡的最大數(shù)值孔徑為0. 3以上，因而可提供小型的激光投影儀。較為理想的是，上述結(jié)構(gòu)的激光投影儀還包括使所述光束整形元件相對于所述激光光源部與所述空間光調(diào)制元件之間的光軸垂直移動的移動機(jī)構(gòu)，其中，在所述激光經(jīng)由所述光擴(kuò)散元件射入所述空間光調(diào)制元件時，所述移動機(jī)構(gòu)讓所述光束整形元件以小于所述第二要素透鏡的最小剖面尺寸的振幅移動。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，移動機(jī)構(gòu)使光束整形元件相對于激光光源部與空間光調(diào)制元件之間的光軸垂直地移動。在激光經(jīng)由光擴(kuò)散元件射入空間光調(diào)制元件時，移動機(jī)構(gòu)光束整形元件以小于第二要素透鏡的最小剖面尺寸的振幅移動，因而激光投影儀能夠以低功耗安全地顯示散斑雜訊少的影像。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述激光光源部包括射出紅色激光的紅色激光光源、射出綠色激光的綠色激光光源以及射出藍(lán)色激光的藍(lán)色激光光源，射入所述光束整形元件的所述紅色激光的剖面積小于射入所述光束整形元件的所述綠色激光的剖面積以及射入所述光束整形元件的所述藍(lán)色激光的剖面積。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，激光光源包括射出紅色激光的紅色激光光源、射出綠色激光的綠色激光光源以及射出藍(lán)色激光的藍(lán)色激光光源。因此，激光投影儀能夠利用各種色調(diào)顯示影像。射入光束整形元件的紅色激光的剖面積小于射入光束整形元件的綠色激光的剖面積以及射入所述光束整形元件的藍(lán)色激光的剖面積。因此，激光投影儀不僅能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像，還能實現(xiàn)較高的光利用效率。在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，在將所述投射透鏡的F值用F#表示、射入所述光束整形元件的所述激光在長邊方向的束徑用D表示、射入所述光束整形元件的所述激光在到達(dá)所述空間光調(diào)制元件之前所通過的透鏡群的焦距用f表示時，滿足由F# < f/D < 2XF# 表示的關(guān)系。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于滿足由F# < f/D < 2XF#表示的關(guān)系，因而激光投影儀不僅能夠安全地顯示散斑雜訊被減少的影像，還能實現(xiàn)較高的光利用效率。
在上述結(jié)構(gòu)中，較為理想的是，所述瞳均勻化元件包括具有凸部的面。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于瞳均勻化元件包括具有凸部的面，因而容易進(jìn)行瞳均勻化元件的加壓成型。產(chǎn)業(yè)上的可利用性上述實施方式的原理適合用于兼顧高亮度與小型化的投影儀。尤其是，上述原理適合用于內(nèi)置具有可移動性的設(shè)備的移動式投影儀。
權(quán)利要求
1.一種激光投影儀，其特征在于包括 激光光源部，射出激光；空間光調(diào)制元件，調(diào)制所述激光、生成影像光； 投射透鏡，用于射出所述影像光；光束整形元件，將所述激光的光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件的形狀；以及瞳均勻化元件，使所述投射透鏡的出射瞳的光強(qiáng)度分布均勻化，其中， 所述瞳均勻化元件，被設(shè)置在所述激光光源部與所述光束整形元件之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光投影儀，其特征在于 所述光束整形元件與所述出射瞳之間存在共軛關(guān)系，所述瞳均勻化元件使射入所述光束整形元件的光強(qiáng)度分布均勻化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光投影儀，其特征在于所述瞳均勻化元件，具有為使所述光強(qiáng)度分布均勻化而鋪設(shè)的多個第一要素透鏡， 所述光束整形元件，具有為將所述光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件的形狀而鋪設(shè)的多個第二要素透鏡，所述第一要素透鏡根據(jù)該第一要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展所述激光，使所述光強(qiáng)度分布均勻化，所述第二要素透鏡根據(jù)該第二要素透鏡的擴(kuò)展角相應(yīng)地擴(kuò)展所述激光，整形所述光束形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光投影儀，其特征在于所述第一要素透鏡以及所述第二要素透鏡分別具有凹面透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光投影儀，其特征在于所述第一要素透鏡以及所述第二要素透鏡分別具有為擴(kuò)展所述激光而形成的曲面， 所述曲面具有隨著接近該曲面的緣部而減小的曲率分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光投影儀，其特征在于還包括使所述激光擴(kuò)散并射入所述空間光調(diào)制元件的光擴(kuò)散元件，其中，從所述光束整形元件射出的所述激光，按照所述曲率分布擴(kuò)展并重疊，射入所述光擴(kuò)散元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的激光投影儀，其特征在于還包括聚光透鏡和場透鏡，其中，所述空間光調(diào)制元件為反射型空間光調(diào)制元件，從所述光束整形元件射出的所述激光，通過所述聚光透鏡以及所述場透鏡照明所述反射型空間光調(diào)制元件，隨后，被該反射型空間光調(diào)制元件反射，經(jīng)由所述場透鏡到達(dá)所述投射透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的激光投影儀，其特征在于所述第二要素透鏡的最大數(shù)值孔徑為0.3以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光投影儀，其特征在于還包括使所述光束整形元件相對于所述激光光源部與所述空間光調(diào)制元件之間的光軸垂直地移動的移動機(jī)構(gòu)，其中，所述移動機(jī)構(gòu)，在所述激光經(jīng)由所述光擴(kuò)散元件射入所述空間光調(diào)制元件時，讓所述光束整形元件以小于所述第二要素透鏡的最小剖面尺寸的振幅移動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的激光投影儀，其特征在于所述激光光源部包括射出紅色激光的紅色激光光源、射出綠色激光的綠色激光光源以及射出藍(lán)色激光的藍(lán)色激光光源，射入所述光束整形元件的所述紅色激光的剖面積，小于射入所述光束整形元件的所述綠色激光的剖面積以及射入所述光束整形元件的所述藍(lán)色激光的剖面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的激光投影儀，其特征在于在將所述投射透鏡的F值用F#表示、射入所述光束整形元件的所述激光在長邊方向的束徑用D表示、射入所述光束整形元件的所述激光在到達(dá)所述空間光調(diào)制元件之前所通過的透鏡群的焦距用f表示時，滿足由下式表示的關(guān)系 F# < f/D < 2XF#。
12.根據(jù)權(quán)利要求3至11中任一項所述的激光投影儀，其特征在于所述瞳均勻化元件包括具有凸部的面。
全文摘要
本發(fā)明的激光投影儀包括射出激光的激光光源部(110)；調(diào)制所述激光生成影像光的空間光調(diào)制元件(120)；用于射出所述影像光的投射透鏡(130)；將所述激光的光束形狀整形為所述空間光調(diào)制元件(120)的形狀的光束整形元件(160)；以及使該投射透鏡的出射瞳(131)的光強(qiáng)度分布均勻的瞳均勻化元件(140)，其中，該瞳均勻化元件(140)設(shè)置在所述激光光源部(110)與所述光束整形元件(160)之間。
文檔編號H04N5/74GK102483565SQ20118000343
公開日2012年5月30日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者中山健二, 伊藤達(dá)男, 水島哲郎, 笠澄研一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社