JP5147849B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、画像及び情報を投影するプロジェクタに関するものである。

仮想空間を現実に投影あるいは対応させることによって現実に対する知覚を情報的に拡張する技術である拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲ）が研究されている。拡張現実は、現実環境における作業支援やエンタティメントとしての応用が期待される。拡張現実における現実環境に情報を付加する手段の一つとして、プロジェクタによる現実環境への画像（情報）の投影が用いられる。

しかしながら、従来のプロジェクタでは画像投影位置が限られ、投影位置を変更する場合に本体の移動及び調整が必要となり、拡張現実を実現する表示空間が限られるという問題がある。

これまでに提案されたプロジェクタの画像投影位置の移動方法としては、特許文献１にあるように、投射レンズのシフト動作及び空間変調素子の画素を選択的に用いるものがある。しかしながら、特許文献１の移動方法は非常に限られた範囲の投影位置の移動しかできず、投影位置の調整に用いられるに過ぎない。

また、プロジェクタは、投影空間に情報を表示することだけでなく、投影空間を色光により、照明したり、装飾したりすることができる。しかし、先の画像投影位置の変更に伴う本体移動及び調整の問題から、投影空間が限られるという課題がある。

特開２００５−２１５５４２号公報

従来のプロジェクタは、拡張現実の実現手段、情報及び画像の提示手段、照明及び装飾手段として、投影空間（表示空間）が限られるという課題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、プロジェクタの投影空間を自在に操作及び拡大することができ、画像表示だけでなく、色光による照明や装飾にも用途を拡大することができるプロジェクタを提供することを目的とするものである。

本発明の一局面に係るプロジェクタは、複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、前記ファイバーバンドルの出射面側の端部に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構とを備える。

この構成によれば、ファイバーバンドルは、複数のコアを有し、入射面と出射面とのコアの配置が定まっている。レーザ光源によって、指向性を有するレーザ光が出射され、導光部によって、レーザ光源を出射したレーザ光が変調され、変調されたレーザ光がファイバーバンドルの入射面に導光される。そして、投射レンズによって、ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光が表示空間に拡大投射される。ファイバーバンドルの出射面側の端部に設けられた投射角度調整機構によって、投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度が調整される。

本発明によれば、投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度が調整されるので、プロジェクタの投影空間を自在に操作及び拡大することができ、画像表示だけでなく、色光による照明や装飾にも用途を拡大することができる。

本発明の実施の形態１における多用途プロジェクタの概略構成図である。 本発明の実施の形態１におけるファイバーバンドルの入出射面の断面概略図である。 本発明の実施の形態２における多用途プロジェクタの概略構成図である。 本発明の実施の形態３における多用途プロジェクタの概略構成図である。 本発明の実施の形態４における多用途プロジェクタの概略構成図である。 本発明の実施の形態５における多用途プロジェクタの概略構成図である。 本発明の実施の形態６における多用途プロジェクタの概略構成図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す多用途プロジェクタの空間変調素子の照明領域を示す図である。 本発明の実施の形態７におけるファイバーバンドルの概略構成図である。 本発明の実施の形態８における多用途プロジェクタにおいて、投射する像の向きを変更する場合の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態９におけるファイバーバンドルの入出射面の断面概略図である。 本発明の実施の形態１０におけるファイバーバンドルの入出射面の断面概略図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における多用途プロジェクタ１００の概略構成図であり、図２は、本発明の実施の形態１におけるファイバーバンドル６の入出射面の断面概略図である。

図１に示す多用途プロジェクタ１００は、レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂ、照明光学系２、空間変調素子３、合波プリズム４、縮小投影光学系５、ファイバーバンドル６、投射角度調整機構７及び投射レンズ８を備える。なお、本実施の形態において、レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂがレーザ光源の一例に相当し、照明光学系２、空間変調素子３、合波プリズム４及び縮小投影光学系５が導光部の一例に相当する。

レーザ光源１ｒは、指向性を有する赤色のレーザ光を出射し、レーザ光源１ｇは、指向性を有する緑色のレーザ光を出射し、レーザ光源１ｂは、指向性を有する青色のレーザ光を出射する。レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂを出射した赤、緑及び青の各色のレーザ光は、照明光学系２によりビーム整形され、空間変調素子３を照明する。実施の形態１では、照明光学系２は、ロッドインテグレータとリレーレンズとで構成され、赤、緑及び青の各色のレーザ光を、空間変調素子３の照明に適する矩形で均一な強度分布に整形する。

空間変調素子３は、透過型液晶と偏光板とからなり、各色のレーザ光を変調し、２次元に変調したレーザ光を出射する。変調された赤、緑及び青のレーザ光は、合波プリズム４により同軸化され、縮小投影光学系５に入射する。縮小投影光学系５は、変調したレーザ光をファイバーバンドル６の入射面に縮小結像し、ファイバーバンドル６の各コアに変調されたレーザ光を導光する。

ファイバーバンドル６は、図２で示されるようにファイバーが束となった構造となり、複数のコア６ａと、クラッド６ｂと、被覆６ｃとを有している。各コア６ａは、コア６ａよりも屈折率の低いクラッド６ｂに覆われている。ファイバーバンドル６では、コア６ａとコア６ａとの間がクラッド６ｂとなっている。なお、クラッド６ｂが各コア６ａに共有されずクラッド６ｂが分離した状態でもよく、クラッド６ｂ間は他の樹脂材料や空隙であってもよい。被覆６ｃは、複数のコア６ａとクラッド６ｂとを覆う。

本実施の形態のファイバーバンドル６は、光の入射面と出射面とのコア６ａの配置が定まっており、入射面の像を出射面に伝送することができる。ファイバーバンドル６は、曲げ性を有し、被覆６ｃごと１本の線材として扱うことができる。複数のコア６ａの間のクラッド６ｂは、取り込み効率を上昇させるため、できるだけ小さくすることが好ましい。ファイバーバンドル６は、複数のコア６ａを有し、光を導光できればよく、材質や形状は特に限定されない。

投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射面側に設けられ、ファイバーバンドル６を介して投射レンズ８から出射されるレーザ光の投射角度を自由に調整する。投射レンズ８は、ファイバーバンドル６の出射面に設けられている。投射レンズ８は、ファイバーバンドル６により導光された、変調されたレーザ光を表示空間１２に拡大投射する。変調されたレーザ光を表示する表示空間１２は、投射角度調整機構７により任意に移動させることができる。

なお、本実施の形態における投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射面と投射レンズ８とを一体に移動させることが可能であるが、本発明は特にこれに限定されず、ファイバーバンドル６の出射面のみを移動させてもよい。

ファイバーバンドル６に導光されるレーザ光は指向性を有している。そのため、変調することでレーザ光に画像情報を与えながら、ファイバーバンドル６のコア６ａに高効率に光を結合させることができる。ファイバーバンドル６に取り込み可能な光は、コア６ａの合計面積と、コア６ａとクラッド６ｂとの屈折率で決まるファイバー開口数とによって定まる。レーザ光源を用いることで、コア６ａの合計面積を小さく保ち、ファイバーバンドル６の曲げ性を有したまま高効率に光を結合させることができる。

本実施の形態の多用途プロジェクタ１００は、複数のコア６ａを有し、入射面と出射面とのコア６ａの配置が定まったファイバーバンドル６と、ファイバーバンドル６から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズ８と、ファイバーバンドル６の出射面側に設けられ、投射レンズ８から投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構７とを有する。これにより、変調した光を任意の表示空間１２に拡大投射することができる。また、レーザ光の変調パターンにより表示空間１２を限定することも同時に行うことができ、表示空間１２を自在に操作できる。レーザ光の変調パターンは、画像を表示したり、表示空間へ情報を付加したりする他に、表示空間を照明したり、色光による空間を装飾したりすることができる。

従来のプロジェクタは、画像投影位置が限られ、表示空間の変更調整が困難であった。しかしながら、本実施の形態の多用途プロジェクタ１００は、プロジェクタの表示空間１２を自在に操作するとともに、拡大することが可能となり、プロジェクタを画像の表示に用いるだけでなく、色光による空間の照明や装飾などにプロジェクタの用途を拡大することができる。

例えば、部屋の天井部に本実施の形態の多用途プロジェクタ１００を設置することにより、部屋の任意の場所へ照明したり、机上や壁をディスプレイとしたり、部屋内の拡張現実を実現することができる。

多用途プロジェクタ１００では、赤、緑及び青の３色のレーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂを用いているが、１色のみのレーザ光源また４色以上のレーザ光源を用いてもよい。レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂには、半導体レーザ、固体レーザ、気体レーザ及び波長変換レーザなど指向性を有するレーザ光源を用いることができる。１色のレーザ光源において、複数のレーザ出射口を有すレーザ光源を用いてもよく、出射される複数のレーザ光の中心波長は同一でなくともよい。１色のレーザ光源が出射するレーザ光の１／ｅ^２拡がり半角をθ_Ｌとし、レーザ光源の出射口面積をＳ_Ｌとし、ファイバーバンドル６の被覆６ｃを除く断面積をＳ_Ｆとし、ファイバーバンドル６の開口数をＮＡ_Ｆとしたとき、下記の（１）式の関係を満たすことが好ましい。
Ｓ_Ｌ×（ｓｉｎθ_Ｌ）^２＜Ｓ_Ｆ×（ＮＡ_Ｆ）^２・・・（１）

上記の（１）式の関係を満たすことで、ファイバーバンドル６へのレーザ光の取り込み効率を高めることができる。

照明光学系２は、光強度分布が空間変調素子３に適するようにビーム整形を行えばよく、様々な構成とすることができる。すなわち、ロッドインテグレータの他、ホログラフィック光学素子などを用いることができる。また、空間変調素子３を用いない場合は、照明光学系２を省略してもよい。

空間変調素子３は、レーザ光を変調できればよく、透過型液晶、反射型液晶、又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）のようなミラーデバイスなどを用いることができる。実施の形態１のように空間変調素子３を用いて光を変調するとき、空間変調素子３の画面サイズＳ_Ｓ、空間変調素子３のレーザ光の出射開口数ＮＡ_Ｓ、ファイバーバンドル６の被覆６ｃを除く断面積Ｓ_Ｆ、ファイバーバンドル６の開口数ＮＡ_Ｆは、下記の（２）式及び（３）式を満たすことが好ましい。
Ｓ_Ｓ×（ＮＡ_Ｓ）^２＜４×Ｓ_Ｆ×（ＮＡ_Ｆ）^２・・・（２）
ＮＡ_Ｓ＜０．１・・・（３）

上記の（２）式及び（３）式を満たすことにより、変調されたレーザ光のファイバーバンドル６の取り込み効率を高く保つとともに、空間変調素子３とファイバーバンドル６と間の光学部品の小型化も可能とする。

また、空間変調素子３の画素数と、ファイバーバンドル６のコアの総数とは一致する必要はなく、異なっていてもよい。画素とコアとの位置決めを１：１で厳密に行う必要はない。ファイバーバンドル６のコアの配置は、空間変調素子３の画素配置に対し非周期的にずれていることが好ましい。コアを非周期的にずらすことで、投射する画像にモアレが生じることを防ぐことができる。

例えば、コア系が±１μｍの範囲で異なる複数のファイバーをランダムに被覆内に最密充填することにより、ファイバーバンドル６のコアを非周期的に配置することが可能となる。また、ファイバーバンドル６を製造する際、各コアの引き出す長さをランダムに変化させることで、ファイバーバンドル６内のコア径がランダムに変化し、ファイバーバンドル６のコアを非周期的に配置することが可能となる。さらに、後述するように、コア径が、ファイバーバンドル６の中央部分よりも外周部分の方が大きくなるように配置することでも、ファイバーバンドル６のコアを非周期的に配置することが可能となる。

また、空間変調素子３の画素数は、ファイバーバンドル６のコアの総数よりも多いことが好ましい。これにより、投射する画像にモアレが生じるのを防ぐことができるとともに、コアに対する空間変調素子３からの入射角度分布情報をファイバーバンドル６で保つことで、空間変調素子３の変調時における画素情報の低下を補ってレーザ光を投射することができる。

実施の形態１の縮小投影光学系５は、空間変調素子３の像を縮小投影しファイバーバンドル６の入射面に結像する。入射面に空間変調素子３の像が結像されることで、ピンぼけのない高画質の画像を伝送することができる。縮小投影光学系５は、図１では単レンズだが、数枚の組レンズから構成してもよい。また、縮小投影光学系５は、倍率変更機能（ズーム機構）を有することが好ましい。空間変調素子３の画素数とファイバーバンドル６のコア総数とが一致していない場合、縮小投影光学系５のズーム機構は、投射される画像の必要な情報範囲及び解像度を必要に応じて変更することができる。

実施の形態１のファイバーバンドル６において、コア６ａはＧｅＯ_２添加石英で構成され、コア間のクラッド６ｂはＦ添加石英で構成される。例えば、実施の形態１のファイバーバンドル６において、コア数は１０万本であり、ファイバー開口数は０．３５であり、ファイバー断面積は１．８ｍｍ^２である。また、例えば、実施の形態１の空間変調素子３において、解像度はＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）規格の３０万画素であり、画面サイズは４４ｍｍ^２であり、出射ＮＡは０．０６であり、上記の（２）式及び（３）式を満たす関係となっている。

実施の形態１では、赤色のレーザ光源１ｒには波長６３５ｎｍの半導体レーザが用いられ、緑色のレーザ光源１ｇには波長５３２ｎｍの波長変換レーザが用いられ、青色のレーザ光源１ｂには波長４４５ｎｍの半導体レーザが用いられる。赤色のレーザ光源１ｒの光源面積が最も大きく、６個の出射口を有し、出射口面積は９００μｍ^２であり、拡がり角は４０ｄｅｇと１０ｄｅｇとであるが、前記したファイバーバンドル６とレーザ光源１ｒとの関係を満たしている。

なお、ファイバーバンドル６のファイバーは、マルチモードファイバーであることが好ましい。マルチモードファイバーとすることで、取り込み効率を高く保ち、またファイバー導光中にモード間の干渉性を低下させることができる。また、ファイバーバンドル６の長さは、１ｍ以上であることが好ましい。１ｍ以上とすることで、前記した干渉性の低下を実現するとともに、ファイバーバンドル６の入射面から出射面までにたるみ（曲げ部）を持たせて、投射角度調整機構７による動作を円滑にすることができる。さらに、ファイバーバンドル６の隣接するコアの入射面から出射面までの長さは異なっていてもよい。表示空間において、隣接するコアからのレーザ光が重なって表示されるが、このときの干渉性を低下させ、スペックルノイズなどの干渉性ノイズの発生を防ぐことができる。

投射角度調整機構７は、２軸の角度調整機構を有し、ファイバーバンドル６の出射面の方向を角度調整範囲で自在に調整することができる。ファイバーバンドル６は、図１のように入射端から出射端までたるみを持たせており、投射角度を調整しても大きな応力が働かないようになっている。投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射面とともに投射レンズ８を移動させ、投射角度を調整する。実施の形態１では、投射角度調整機構７は、２軸ゴニオステージを用いている。

具体的には、例えば、監視カメラなどにおける撮影角度調整機構が用いられ、上下方向及び左右方向に角度を変更可能な２軸ゴニオステージに、ファイバーバンドル６の出射端と投射レンズ８とが一体に取り付けられ、各ステージが駆動部により所定の角度で回転される。なお、例えば、内視鏡などのように、ファイバーバンドル６の出射端と投射レンズ８とが一体にワイヤの一端に取り付けられ、ワイヤの他端を駆動部により引っ張ることで、上下方向及び左右方向に角度を変更してもよい。

投射角度調整機構７は、素早く動作させることで、同時に照射する面積を増やし、表示画素数を増やすことができる。このとき、投射角度調整機構７の動作周波数は、１０Ｈｚ以上であることが好ましい。

投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射端をファイバーバンドル６の長さ方向に移動させる移動機構を有していることが好ましい。ファイバーバンドル６の出射端を移動させることで、ファイバーバンドル６の出射端と投射レンズ８との間の距離を変化させることができ、表示空間１２への照明角度の変更、及び画像のズームなども自在に行うことができる。なお、本実施の形態において、投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射端をファイバーバンドル６の長さ方向に移動させるだけでなく、投射レンズ８をファイバーバンドル６の長さ方向に移動させてもよい。

投射角度調整機構７は、投射レンズからレーザ光が投射される期間中において、投射レンズ８を繰り返し振動させ、表示空間の移動時において、投射レンズ８の投射角度を調整する。レーザ光は干渉性を有しているため、投射される画像にはスペックルノイズと呼ばれる粒状ノイズが発生しやすい。本実施の形態の多用途プロジェクタ１００においても、スペックルノイズ除去が必要となるが、投射角度調整機構７は、画像の投射中に投射レンズ８をμｍオーダで繰り返し微動させることで、スペックルノイズを時間的に平均化し、スペックルノイズを除去することができる。なお、投射レンズ８を振動させる機構としては、圧電素子や超音波モータなどの駆動部を用いることで、容易に実現することができる。

投射レンズ８は、数枚の組レンズからなり、ファイバーバンドル６の出射面の像を表示空間に拡大投影する。投射レンズ８は、オートフォーカス機構を有し、表示空間１２の移動に伴い、フォーカス調整を行う。これにより、表示空間１２を変化させながらも、高画質の画像を表示することができる。また、投射レンズ８は、自動ズーム機構を有してもよい。これにより、ユーザの意図する大きさに画像を拡大もしくは縮小することで、利便性はさらに増すこととなる。

本実施の形態の多用途プロジェクタ１００を照明として用いる場合は、レーザ光の変調パターンの変更だけではなく、投射レンズ８をデフォーカス状態として照明とすることが好ましい。この場合、投射角度調整機構７は、ファイバーバンドル６の出射面と投射レンズ８との距離を相対的に変化させ、デフォーカス状態で表示空間１２を照明させる。デフォーカス状態で表示空間１２が照明されるので、ファイバーバンドル６のクラッドによる暗部が消え、表示空間１２を均一に照明することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における多用途プロジェクタ２００の概略構成図である。なお、図３において、実施の形態１と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

図３に示す多用途プロジェクタ２００は、レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂ、照明光学系２、空間変調素子３、合波プリズム４、縮小投影光学系５、ファイバーバンドル６、投射角度調整機構７、投射レンズ８、スイッチング素子９、スペックルノイズ除去機構１０及び主投射レンズ１１を備える。

多用途プロジェクタ２００は、縮小投影光学系５までは多用途プロジェクタ１００と同様の構成をしている。主投射レンズ１１は、変調したレーザ光をファイバーバンドル６に導光せずに、ファイバーバンドル６を介して投射される表示空間１２とは異なる他の表示空間１３に拡大投射する。スイッチング素子９は、主投射レンズ１１側とファイバーバンドル６側とに変調したレーザ光を分岐させる、もしくはいずれか一方の側にのみレーザ光を導くようにスイッチングする。スペックルノイズ除去機構１０は、主投射レンズ１１側に縮小投影される像の結像面、すなわちファイバーバンドル６の入射面と等価な位置に配置され、光の位相を時間的に変化させる。

実施の形態２の多用途プロジェクタ２００は、ファイバーバンドル６の出射面の投射レンズ８の他に、変調した光を拡大投射する主投射レンズ１１を有する。レーザ光をファイバーバンドル６に導光して投射する場合、変調したレーザ光の画像の画質がファイバーバンドル６のコア数やクラッドの形状により劣化するという問題がある。本実施の形態は、特定の表示空間１３に対し、主投射レンズ１１を用いて、変調したレーザ光を高画質のまま表示することができる。特に、室内のメインディスプレイとして用いる表示空間に画像を表示する場合に適している。また、主投射レンズ１１からレーザ光を投射するのと同時にファイバーバンドル６からレーザ光を投射することにより、表示空間１２内やメインディスプレイ（他の表示空間１３）内に対し、照明、装飾及び様々な情報の付加を同時に行うことができる。

スイッチング素子９は、多用途プロジェクタ２００が主投射レンズ１１とファイバーバンドル６との２種類の投射手段を持つ場合に、変調したレーザ光を一方のみに切り替えたり、適切な比率で光を分岐したりする。例えば、スイッチング素子９は、可動ミラーからなり、変調した光を、主投射レンズ１１側に透過させたり、ファイバーバンドル６側に反射させたりする切り替えを行う。

本実施の形態の多用途プロジェクタ２００は、変調した光を主投射レンズ１１とファイバーバンドル６とに分岐又はスイッチングする光学素子を有する。変調した光が分岐又はスイッチングされることで、本実施の形態の多用途プロジェクタ２００は、主投射レンズ１１とファイバーバンドル６とのいずれか一方、又は、双方を同時に用いることで、表示空間に自在に画像を提供することができる。また、主投射レンズ１１とファイバーバンドル６とのいずれか一方からのみ投射するとき、効率よく変調したレーザ光を投射側に伝播させることができる。

なお、スイッチング素子９は、空間変調素子３とファイバーバンドル６との間に配置され、縮小投影光学系５内に組み込んでも構わず、縮小投影光学系５と空間変調素子３との間に配置してもよい。

特に、空間変調素子３に偏光方向を回転させる液晶素子を用いる場合、スイッチング素子９に反射型偏光素子を用いることが好ましい。実施の形態２では、空間変調素子３に出射側偏光板のない透過型液晶を用い、スイッチング素子９にＷｉｒｅ−Ｇｒｉｄタイプの反射型偏光素子を用いている。反射型偏光素子は、空間変調素子３で定めた偏光方向によって、主投射レンズ１１側とファイバーバンドル６側とに光を分岐又はスイッチングする。

例えば、空間変調素子３は、主投射レンズ１１側に所定の画像となるように偏光方向を回転させて変調を行う。そして、偏光方向が回転していない不要な光がファイバーバンドル６に導光される。このとき、ファイバーバンドル６からは、投射レンズ８をデフォーカスして不要な光を照明として用いる。本実施の形態では、多用途プロジェクタ２００が、偏光方向を回転する空間変調素子３と、レーザ光を分岐する反射型偏光素子とを有することで、従来利用していなかった不要な光も利用することができる。

また、波長板などの偏光方向を回転させる光学部品又は変調素子と、レーザ光を分岐する反射型偏光素子とを用いることで、投射方向のスイッチングを行うこともできる。この場合、偏光方向の回転角度により分岐比率を自由に変えることができる。また、反射型偏光素子にＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いることもできる。

本実施の形態において、ファイバーバンドル６の出射面から投射する変調した光と、主投射レンズ１１から投射する変調した光とが、ポジとネガの関係であってもよい。ポジとネガとは、明暗が反転した画像のことを指す。すなわち、投射レンズ８から拡大投射される変調されたレーザ光と、主投射レンズ１１から拡大投射される変調されたレーザ光とのうちのいずれか一方はポジ画像であり、他方はネガ画像であってもよい。

実施の形態２のように、出射側に偏光板のない透過型液晶と、Ｗｉｒｅ−Ｇｒｉｄタイプの反射型偏光素子とを用いることで、ファイバーバンドル６側と主投射レンズ１１側とにポジとネガの関係に変調した光が分岐され、投射される。例えば、投射レンズ８から拡大投射される変調されたレーザ光がネガ画像であり、主投射レンズ１１から拡大投射される変調されたレーザ光がポジ画像である。

このように、投射レンズ８から拡大投射される変調されたレーザ光と、主投射レンズ１１から拡大投射される変調されたレーザ光とのうちのいずれか一方はポジ画像であり、他方はネガ画像であるので、投射する画像を強調及び補間することができる。また、ポジ画像及びネガ画像の両方を異なる表示空間に投影したり、ファイバーバンドル６側の投射レンズ８をデフォーカス状態として、画像全体と反転する光を照明し、表示空間を装飾したりすることができる。

主投射レンズ１１側に配置されたスペックルノイズ除去機構１０は、変調した光の結像面に配置される。実施の形態２では、スペックルノイズ除去機構１０は、縮小投影光学系５の結像面に配置されている。実施の形態２のスペックルノイズ除去機構１０は、ホログラフィックディフューザを結像面の面内方向に振動させることで時間的に位相を変化させている。スペックルノイズ除去機構１０は、レーザの干渉性ノイズであるスペックルノイズを時間的に平均化し、除去している。また、スペックルノイズ除去機構１０は、結像面に配置されることで、画質を保持したままスペックルノイズのみ除去できる。

本実施の形態は、縮小投影光学系５が、ファイバーバンドル６の入射面に結像面を作成するとともに、主投射レンズ１１側のスペックルノイズ除去機構１０の挿入面に結像面を作成する。また、本実施の形態では、結像面が微小面積であるため、スペックルノイズ除去機構１０を小型化することができる。なお、スペックルノイズ除去機構１０は、圧電素子や超音波モータなどの駆動部を用いることで、ホログラフィックディフューザを結像面の面内方向に振動させる。

本実施の形態において、多用途プロジェクタ２００は、縮小投影した結像面をファイバーバンドル６に導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズ１１を有する。縮小投影した結像面を用いることで、主投射レンズ１１を小型化することができる。また、主投射レンズ１１と、ファイバーバンドル６の出射面の投射レンズ８との設計を同一にすることもできる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における多用途プロジェクタ３００の概略構成図である。なお、図４において、実施の形態１，２と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

図４に示す多用途プロジェクタ３００は、レーザ光源１ａ、照明光学系２、縮小投影光学系５、投射レンズ８、スペックルノイズ除去機構１０、主投射レンズ１１、空間変調素子３１、ファイバーバンドル６１、結合レンズ８１及び反射型偏光素子９１を備える。なお、実施の形態３では、照明光学系２、縮小投影光学系５及び空間変調素子３１が導光部の一例に相当する。

レーザ光源１ａは、赤、緑及び青の３色のレーザ光源を一体化したユニットであり、赤、緑、青、赤、・・・と順次に異なる色のレーザ光を出射する。レーザ光源１ａから出射したレーザ光は、照明光学系２によりビーム整形され、空間変調素子３１を照明する。空間変調素子３１は、透過型液晶からなり、時分割で各色の変調を行う。変調されたレーザ光は、縮小投影光学系５により縮小投影される。縮小投影されたレーザ光は、反射型偏光素子９１により、ファイバーバンドル６１側と主投射レンズ１１側とに分岐される。

多用途プロジェクタ３００では、主投射レンズ１１のみから画像を投射するとき、ファイバーバンドル６１の出射口は、結合レンズ８１を介して照明光学系２に接続される。反射型偏光素子９１からファイバーバンドル６１に導光された光は、投射レンズ８及び結合レンズ８１を介して、照明光学系２に入射し、ロッドインテグレータ１４でレーザ光源１ａを出射した光と混合される。

主投射レンズ１１のみから画像を投射するとき、ファイバーバンドル６１に入射する光は、画像作成の不要光、すなわち、主投射レンズ１１からの画像をポジ画像とした場合のネガ画像である。この不要光を照明光学系２に再結合させることで、光の再利用を行う。このとき、本実施の形態では、主投射レンズ１１から投射される画像のピーク輝度や白色が一定の範囲となるように、空間変調素子３１に入力される画像信号に応じて、レーザ光源１ａから出射される光の強度を変調する。

すなわち、レーザ光源１ａは、空間変調素子３１に入力される画像信号の画面全体に対する輝度を算出し、算出した全体輝度に応じて、出射されるレーザ光の光強度を変調する。

例えば、ファイバーバンドル６１からの再結合効率が５０％であり、画面全体が白色である輝度最大の場合のレーザ光源１ａから出射される光の強度を１とすると、画面の半分が白色で残りが黒色である場合、レーザ光源１ａから出射される光の強度は０．７５となり、画面の１／４が白色で残りが黒色である場合、レーザ光源１ａから出射される光の強度は０．６３となる。

このように、従来、レーザ光源１ａから出射される光の強度が１必要であった画像を１以下の出力で表示することが可能となる。更に、画像自身のピーク輝度が低い、暗い画像の場合、レーザ光源１ａから出射される光の強度を低く設定し、空間変調素子３１の透過率が高くなるように変調信号を制御することで、レーザ光源１ａから出射される光の強度を更に抑えることができる。

本実施の形態は、ファイバーバンドル６１の出射口が照明光学系２に接続され、ファイバーバンドル６１の出射光が空間変調素子３１を照明する光と混合されるとともに、レーザ光源１ａの光強度が、空間変調素子３１に入力される画像信号に応じて変調される。本実施の形態は、レーザ光源１ａの光強度を低くしても、一定の範囲のピーク輝度及び色範囲で表示を行い、ファイバーバンドル６１を用いることによる省電力化を可能とする。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における多用途プロジェクタ４００の概略構成図である。図５において、実施の形態１〜３と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

図５に示す多用途プロジェクタ４００は、レーザ光源１ａ、照明光学系２、ファイバーバンドル６、投射角度調整機構７、空間変調素子３１、集光光学系５１及び投射レンズ８０を備える。なお、実施の形態４では、照明光学系２、空間変調素子３１及び集光光学系５１が導光部の一例に相当する。

レーザ光源１ａを出射したレーザ光は、照明光学系２によってビーム整形され、空間変調素子３１を照明する。空間変調素子３１を出射したレーザ光は、集光光学系５１によりファイバーバンドル６の入射面に集光される。このとき、集光光学系５１は、ファイバーバンドル６の入射面に像を結像させず、集光光学系５１の焦点は、ファイバーバンドル６の入射面の近傍となる。投射レンズ８０は、ファイバーバンドル６の出射面の近傍に取り付けられており、変調したレーザ光の像を表示空間１２に拡大結像する。

本実施の形態は、ファイバーバンドル６に欠陥がある場合でも、変調情報の一部に欠落をもたらさずに表示空間１２に投影を行う。ファイバーバンドル６を用いて画像を投影する場合、一部のコアに欠陥がある場合、画像の一部が欠落してしまうという問題が生じてしまう。しかし、本実施の形態では、ファイバーバンドル６の入射面に結像させず、変調信号のフーリエ変換パターンをファイバーバンドル６で伝播させ、投射レンズ８０により表示空間１２に結像させる。これにより、一部のコアに欠陥があっても特定箇所の画像の欠落を引き起こさず、一定周波数以下の変調情報を表示空間１２に表示することができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における多用途プロジェクタ５００の概略構成図である。なお、図６において、実施の形態１〜４と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

図６に示す多用途プロジェクタ５００は、レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂ、ファイバーバンドル６、投射角度調整機構７、投射レンズ８、スペックルノイズ除去機構１０、主投射レンズ１１、照明光学系２１、スキャンミラー３２及び集光レンズ５２を備える。なお、実施の形態５では、照明光学系２１、スキャンミラー３２及び集光レンズ５２が導光部の一例に相当する。

レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂを出射した赤、緑及び青の各色のレーザ光は、照明光学系２１により同軸化されるとともに、ビーム整形される。照明光学系２１は、コリメータレンズ、ダイクロイックミラー及びビームエキスパンダーからなる。レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂは、画像信号にあわせ出力強度を変調する。集光レンズ５２は、ファイバーバンドル６の入射面にレーザ光が集光するようにビームを絞る。

スキャンミラー３２は、ビームの２次元走査を行い、レーザ光源１ｒ，１ｇ，１ｂの強度変調と合せて、レーザ光の空間変調を行う。スキャンミラー３２は、２軸に動作することにより、レーザ光を２次元走査する。空間変調されたレーザ光は、集光レンズ５２によりファイバーバンドル６の入射面に結像され、この像がファイバーバンドル６の出射面に伝送される。ファイバーバンドル６には実施の形態１と同様に、投射角度調整機構７と投射レンズ８とが取り付けられ、任意の表示空間１２に空間変調したレーザ光が拡大投射される。また、投射角度調整機構７は、レーザ光の投射中に投射レンズ８を繰り返し振動させ、スペックルノイズを除去する。

本実施の形態では、レーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂの強度変調とスキャンミラー３２の２次元走査とによってレーザ光の空間変調が行われ、走査したレーザ光が集光レンズ５２によってファイバーバンドル６の入射面に絞られ、ファイバーバンドル６の入射面に空間変調した光の結像面が作成される。空間変調素子を用いずに微小領域のファイバーバンドル６の入射面に結像面のみが作成されるため、光学系の小型化及び簡素化が可能となり、装置の小型化及びコストの低減が可能となる。

集光レンズ５２は、ファイバーバンドル６の入射面にビームを絞る機能を有していれば良く、照明光学系２１内に組み込んだり、スキャンミラー３２とファイバーバンドル６との間に配置したりしても構わない。

スキャンミラー３２は、２軸走査を行えればよく、２枚のミラーで構成してもよい。また、スキャンミラー３２は、反射するミラーだけではなく、回折するミラーや屈折するミラーを用い、２軸走査を行ってもよい。

多用途プロジェクタ５００は、スキャンミラー３２の走査角度により、ファイバーバンドル６の入射面以外に空間変調した光の結像面を作成し、主投射レンズ１１によりファイバーバンドル６を導光せずに他の表示空間１３に拡大投射することもできる。スペックルノイズ除去機構１０は、主投射レンズ１１側の結像面に配置され、時間的にレーザ光の位相を変化させスペックルノイズを除去する。

また、多用途プロジェクタ５００は、スキャンミラー３２の走査角度、及びレーザ光源１ｒ、１ｇ、１ｂの強度変調パターンを切り替えることで、ファイバーバンドル６側のみから投射する投射パターンと、主投射レンズ１１側のみから投射する投射パターンと、ファイバーバンドル６側と主投射レンズ１１側との双方から投射する投射パターンとを切り替えることができる。また、スキャンミラー３２の走査角度を切り替えるために、別個に切り替えミラーなどを設けても良い。

本実施の形態では、スキャンミラー３２の走査角度によりファイバーバンドル６の入射面以外に空間変調した光の結像面が作成され、作成された結像面の像が、ファイバーバンドル６に導光されずに、主投射レンズ１１により他の表示空間１３に拡大投射される。レーザ光をファイバーバンドル６に導光して投射する場合、変調したレーザ光の画像の画質がファイバーバンドル６のコア数やクラッドの形状により劣化するという問題がある。本実施の形態は、特定の表示空間１３に対し、主投射レンズ１１を用いて、変調したレーザ光を高画質のまま表示することができる。特に、室内のメインディスプレイとして用いる表示空間に画像を表示する場合に適する。また、主投射レンズ１１からレーザ光を投射するのと同時にファイバーバンドル６からレーザ光を投射することにより、表示空間１２内やメインディスプレイ（他の表示空間１３）に対し、照明、装飾及び様々な情報の付加を同時に行うことができる。また、集光レンズ５２により作成された小面積の結像面を用いているため、主投射レンズ１１を小型化したり、スペックルノイズ除去機構１０を小型化したりすることができる。

（実施の形態６）
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明の実施の形態６における多用途プロジェクタ６００の概略構成図である。図７（Ａ）は、ファイバーバンドルと主投射レンズとにレーザ光を導く場合の多用途プロジェクタ６００の概略構成を示す図であり、図７（Ｂ）は、ファイバーバンドルのみにレーザ光を導く場合の多用途プロジェクタ６００の概略構成を示す図である。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において、実施の形態１〜５と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

また、図８（Ａ）は、図７（Ａ）に示す多用途プロジェクタ６００の空間変調素子の照明領域を示す図であり、図８（Ｂ）は、図７（Ｂ）に示す多用途プロジェクタ６００の空間変調素子の照明領域を示す図である。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す多用途プロジェクタ６００は、レーザ光源１ａ、縮小投影光学系５、投射角度調整機構７、投射レンズ８、主投射レンズ１１、照明光学系２２、リレーレンズ２３、リレーレンズ駆動部２４、空間変調素子３１及びファイバーバンドル６２を備える。なお、本実施の形態において、リレーレンズ２３及びリレーレンズ駆動部２４が照明領域縮小部の一例に相当し、縮小投影光学系５、照明光学系２２及び空間変調素子３１が導光部の一例に相当する。

レーザ光源１ａを出射したレーザ光は、リレーレンズ２３を含む照明光学系２２によってビーム整形され、空間変調素子３１を照明する。空間変調素子３１は、入射したレーザ光を変調する。主投射レンズ１１とファイバーバンドル６２との両方に導光させる場合、図７（Ａ）に示すように、空間変調素子３１の全領域が照明される。すなわち、図８（Ａ）に示すように、照明光学系２２により照明される照明領域３１ａは、空間変調素子３１の全面となる。このとき、リレーレンズ駆動部２４は、リレーレンズ２３を移動させずに、レーザ光の光軸がリレーレンズ２３の略中心と一致させる。

そして、空間変調素子３１により変調されたレーザ光は、縮小投影光学系５によりファイバーバンドル６２の入射面と主投射レンズ１１側の結像面とに投影される。ファイバーバンドル６２に入射したレーザ光は、投射レンズ８を介して、表示空間１２に投影される。また、主投射レンズ１１側に結像した像は、主投射レンズ１１により他の表示空間１３に投射される。

一方、ファイバーバンドル６２にのみ導光させる場合、図７（Ｂ）に示すように、空間変調素子３１の照明領域が縮小される。図７（Ｂ）では、リレーレンズ駆動部２４は、リレーレンズ２３の位置を上方と光軸方向とにシフトさせる。これにより、照明領域３１ａは、図８（Ｂ）に示すように、空間変調素子３１の上部のみに縮小している。空間変調素子３１の上部がファイバーバンドル６２の入射面に対応しており、ファイバーバンドル６２に導光する領域を中心に照明し、照明領域３１ａを縮小している。

この場合、空間変調素子３１により変調されたレーザ光は、縮小投影光学系５によりファイバーバンドル６２の入射面のみに投影される。ファイバーバンドル６２に入射したレーザ光は、投射レンズ８を介して、表示空間１２に投影される。

また、同様に、主投射レンズ１１にのみ導光させる場合に対しても、リレーレンズ２３の位置をシフトさせ、ファイバーバンドル６２と主投射レンズ１１との双方に導光させる場合よりも空間変調素子３１の照明領域３１ａを縮小させてもよい。

本実施の形態では、ファイバーバンドル６２の入射面にのみ導光させる場合、空間変調素子３１の照明領域を縮小させる。主投射レンズ１１を要しながらスイッチング素子がない場合、ファイバーバンドル６２のみを用いると光量損失が大きくなるという問題がある。しかしながら、本実施形態では、多用途プロジェクタの使用方法にあわせて、空間変調素子３１の照明領域の位置を制御することで、光量損失を低減することができる。

（実施の形態７）
図９は、本発明の実施の形態７における多用途プロジェクタ７００の概略構成図である。なお、図９において、実施の形態１〜６と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

図９に示す多用途プロジェクタ７００は、レーザ光源１ａ、照明光学系２、投射角度調整機構７、投射レンズ８、空間変調素子３１、ファイバーバンドル６５及び入射面振動機構６６を備える。

入射面振動機構６６は、ファイバーバンドル６５の入射面に配置され、入射面を面内方向に振動させる。入射面振動機構６６は、ファイバーバンドル６５に変調したレーザ光を入射するときに、ファイバーバンドル６５の入射面を面内方向に振動させ、導光させるコアを時間的にずらす。レーザ光を導光させるコアを時間的にずらし、コアを異ならせることで、レーザ光の干渉性ノイズであるスペックルノイズを時間的に平均化し、スペックルノイズを除去することができる。また、導光させるコアをずらすことで、一部のコアに欠陥がある場合でも、欠陥のない画像を投射することができる。

また、同時に、投射角度調整機構７によりファイバーバンドル６５の出射面を微振動させ、入射面振動機構６６により入射面を振動させたことによる画像のずれを補償してもよい。この場合、良好な画質を保ちながら、スペックルノイズを除去することができる。

（実施の形態８）
図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）は、本発明の実施の形態８における多用途プロジェクタ８００において、投射する像の向きを変更する場合の動作を説明するための図である。

図１０（Ａ）は、本発明の実施の形態８における多用途プロジェクタ８００の概略構成図であり、図１０（Ｂ）は、投射する像を９０°未満の角度で回転させる場合の動作について説明するための図であり、図１０（Ｃ）は、投射する像を１８０°の角度で回転させる場合の動作について説明するための図であり、図１０（Ｄ）は、投射する像を９０°以上１８０°未満の角度で回転させる場合の動作について説明するための図である。なお、図１０（Ａ）〜図１０（Ｄ）において、実施の形態１〜７と同様の構成については、同じ番号を付し、説明を省略する。

多用途プロジェクタ８００において、ファイバーバンドル６の出射面に設けられた投射レンズ８から画像を投射するとき、図１０（Ａ）に示す像の向きから、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）に示すそれぞれの像の向きに変更する場合の動作について説明する。

投射角度調整機構７１は、ファイバーバンドル６の軸回転方向の角度も調整する。図１０（Ｂ）に示すように、像を９０度未満の角度で回転させる場合、投射角度調整機構７１は、ファイバーバンドル６を軸回転させる。また、図１０（Ｃ）に示すように、像を１８０°の角度で反転させる場合、投射角度調整機構７１を用いることなく、空間変調素子３１は、画像を１８０°回転させた変調パターンに切り替える。さらに、図１０（Ｄ）に示すように、像を９０°以上１８０°未満の角度で回転させる場合、空間変調素子３１がレーザ光の変調パターンを切り替えるとともに、投射角度調整機構７１がファイバーバンドル６を軸回転させる。

なお、図１０（Ｂ）では、像を右方向に９０度未満の角度で回転させているが、像を左方向に９０度未満の角度で回転させる場合についても、投射角度調整機構７１によって、ファイバーバンドル６が軸回転される。また、図１０（Ｄ）では、像を左方向に９０°以上１８０°未満の角度で回転させているが、像を右方向に９０°以上１８０°未満の角度で回転させる場合についても、空間変調素子３１によって、レーザ光の変調パターンが切り替えられるとともに、投射角度調整機構７１によって、ファイバーバンドル６が軸回転される。

本実施の形態の多用途プロジェクタ８００では、ファイバーバンドル６が軸回転されることにより、投射する像の向きも自在に調整できる。また、ファイバーバンドル６を９０°以上の大きな角度で軸回転させる場合、ファイバーバンドル６に大きな応力が働き、駆動機構の大型化やファイバーの破断という問題が発生する虞がある。しかしながら、本実施の形態では、投射角度調整機構７１によるファイバーバンドル６の軸回転と、空間変調素子３１によるレーザ光の変調パターンの切り替えとを組み合わせることにより、これらの問題を解決し、ファイバーバンドル６に大きな応力をかけることなく、自在に像の方向を調整することができる。

（実施の形態９）
図１１は、本発明の実施の形態９におけるファイバーバンドル６７の入出射面の断面図である。ファイバーバンドル６７は、光を導光させるコア６ａの集合形状が入出射面で矩形となっている。ファイバーバンドルを用いたプロジェクタでは、縦横比が１６：９又は４：３の矩形画像を多く用いるため、ファイバーバンドルも従来の円形状から矩形形状にすることが好ましい。本実施の形態では、コア６ａの集合形状は、縦横比が１６：９又は４：３の矩形形状となっている。

また、本実施の形態のファイバーバンドル６７を用いたプロジェクタは、投射角度調整機構を有しており、出射面の角度調整動作に基準方向が必要となる。本実施の形態では、ファイバーバンドル６７の断面形状が矩形形状となっている。そのため、投射角度の２軸の基準を定めることができ、作業空間を容易に移動させることができる。

なお、本実施の形態９におけるファイバーバンドル６７は、実施の形態１〜８における多用途プロジェクタのファイバーバンドルに適用することが可能である。

（実施の形態１０）
図１２は、本発明の実施の形態１０におけるファイバーバンドル６８の入出射面の断面図である。ファイバーバンドル６８のコア径は、ファイバーバンドル６８の中央部分と外周部分とで異なっており、ファイバーバンドル６８の外周部分のコア径が中央部分のコア径よりも大きくなっている。

ファイバーバンドルを用いて投射した画像は、ファイバーバンドルの入出射時の光のケラレにより画像の周辺部分が暗くなるという問題がある。本実施の形態では、光がケラレ易いファイバーバンドルの外周部分のコア径を中央部分よりも大きくして、コアの面積比率を高め、光の利用効率を高くし、画像の周辺部分が暗くなるのを防止している。また、本実施の形態は、ファイバーバンドルの中央部分のコア径を外周部分よりも小さくすることで、画像内で注目度が高い中央部分の解像度を周辺部分よりも高めることができる。特に、画像の中央部分に提供したい情報の主要部がある場合に好適である。

なお、本実施の形態１０におけるファイバーバンドル６８は、実施の形態１〜８における多用途プロジェクタのファイバーバンドルに適用することが可能である。

なお、上記実施の形態１〜１０において、レーザ光の変調方法として、線状変調素子とスキャンミラーとを組み合わせた方法などを用いてもよい。また、レーザ光源の波長や出射形状も特に上記実施の形態１〜１０に限定されず、マルチストライプなどのアレイ構造や、外部共振器型のレーザ光源を用いてもよい。また、照明光学系も特に上記実施の形態１〜１０に限定されず、レーザ光の変調に必要なビーム形状が得られればよい。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に係るプロジェクタは、複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、前記ファイバーバンドルの出射面側に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構とを備える。

この構成によれば、ファイバーバンドルは、複数のコアを有し、入射面と出射面とのコアの配置が定まっている。レーザ光源によって、指向性を有するレーザ光が出射され、導光部によって、レーザ光源を出射したレーザ光が変調され、変調されたレーザ光がファイバーバンドルの入射面に導光される。そして、投射レンズによって、ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光が表示空間に拡大投射される。ファイバーバンドルの出射面側に設けられた投射角度調整機構によって、投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度が調整される。

したがって、投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度が調整されるので、プロジェクタの投影空間を自在に操作及び拡大することができ、画像表示だけでなく、色光による照明や装飾にも用途を拡大することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部によって変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、主投射レンズによって、導光部により変調されたレーザ光がファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射される。したがって、投射レンズから表示空間を照明及び装飾し、様々な情報を表示空間に付加するとともに、主投射レンズから他の表示空間へ画像を表示することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部によって変調されたレーザ光を前記主投射レンズと前記ファイバーバンドルとに分岐又はスイッチングする光学素子をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、光学素子によって、導光部により変調されたレーザ光が主投射レンズとファイバーバンドルとに分岐又はスイッチングされるので、表示空間に自在に画像を提供することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記光学素子は、反射型偏光素子を含み、前記導光部は、変調されたレーザ光の偏光方向を回転させる変調素子又は光学部品を含み、前記反射型偏光素子は、変調されたレーザ光の偏光方向により、当該レーザ光を分岐又はスイッチングすることが好ましい。この構成によれば、変調されたレーザ光の偏光方向の回転角度により分岐比率を自由に変えることができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記ファイバーバンドルのコアは、非周期的に配置されていることが好ましい。この構成によれば、ファイバーバンドルのコアが、非周期的に配置されているので、投射する画像にモアレが生じることを防ぐことができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記ファイバーバンドルのコア数は、空間変調した画像の画素数よりも少ないことが好ましい。

この構成によれば、ファイバーバンドルのコア数は、空間変調した画像の画素数よりも少ないので、投射する画像にモアレが生じるのを防ぐことができるとともに、コアに対する入射角度分布情報をファイバーバンドルで保つことで、変調時における画素情報の低下を補ってレーザ光を投射することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記ファイバーバンドルのコア径は、前記ファイバーバンドルの中央部分よりも外周部分の方が大きいことが好ましい。

この構成によれば、ファイバーバンドルのコア径は、ファイバーバンドルの中央部分よりも外周部分の方が大きいので、光がケラレ易いファイバーバンドルの外周部分のコアの面積比率を高め、光の利用効率を高くし、画像の周辺部分が暗くなるのを防ぐことができる。また、画像内で注目度が高い中央部分の解像度を周辺部分よりも高めることができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記空間変調素子によって変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に縮小投影する縮小投影光学系とを含むことが好ましい。

この構成によれば、ファイバーバンドルの入射面に空間変調素子の像が結像されるので、ピンぼけのない高画質の画像を伝送することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記縮小投影光学系によって縮小投影されたレーザ光を前記ファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、主投射レンズによって、縮小投影光学系により縮小投影されたレーザ光がファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射される。したがって、投射レンズから表示空間を照明及び装飾し、様々な情報を表示空間に付加するとともに、主投射レンズから他の表示空間へ画像を表示することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記ファイバーバンドルの入射面にのみレーザ光を導光させる場合、前記空間変調素子の照明領域を縮小させる照明領域縮小部とを含むことが好ましい。

この構成によれば、ファイバーバンドルの入射面にのみレーザ光を導光させる場合、照明領域縮小部によって、空間変調素子の照明領域を縮小させる。すなわち、空間変調素子の照明領域を縮小させずにファイバーバンドルの入射面にのみレーザ光を導光させた場合、空間変調素子を通過する多くの光がファイバーバンドルに入射せずに損失することになる。しかしながら、空間変調素子の照明領域を縮小させることで、縮小した空間変調素子の照明領域を通過した光のみがファイバーバンドルに入射するので、光量損失を低減することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記レーザ光源は、レーザ光の光強度を変調し、前記導光部は、レーザ光を走査し空間変調を行うスキャンミラーと、前記スキャンミラーによって走査されるレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に集光する集光レンズとをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源によって、レーザ光の光強度が変調され、スキャンミラーによって、レーザ光が走査され、集光レンズによって、走査されるレーザ光がファイバーバンドルの入射面に集光される。

したがって、空間変調素子を用いずにファイバーバンドルの入射面にレーザ光が集光されるので、光学系の小型化及び簡素化が可能となり、装置の小型化及びコストの低減が可能となる。

また、上記のプロジェクタにおいて、変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズをさらに備え、前記スキャンミラーは、前記ファイバーバンドルと前記主投射レンズとにレーザ光の結像面を走査することが好ましい。

この構成によれば、主投射レンズによって、変調されたレーザ光がファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射され、スキャンミラーによって、ファイバーバンドルと主投射レンズとにレーザ光の結像面が走査される。したがって、投射レンズから表示空間を照明及び装飾し、様々な情報を表示空間に付加するとともに、主投射レンズから他の表示空間へ画像を表示することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記主投射レンズによって拡大投射されるレーザ光の位相を時間的に変化させるスペックルノイズ除去機構をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、主投射レンズによって拡大投射されるレーザ光の位相を時間的に変化させることで、スペックルノイズを除去することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記空間変調素子によって変調されたレーザ光を、前記ファイバーバンドルの入射面に結像させずに前記ファイバーバンドルの入射面に集光する集光光学系とを含み、前記投射レンズは、前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を拡大結像することが好ましい。

この構成によれば、空間変調素子によって、レーザ光源を出射したレーザ光が変調され、集光光学系によって、空間変調素子により変調されたレーザ光が、ファイバーバンドルの入射面に結像されずにファイバーバンドルの入射面に集光され、投射レンズによって、ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光が拡大結像される。したがって、変調されたレーザ光がファイバーバンドルの入射面に結像されないので、一部のコアに欠陥があったとしても、特定箇所の画像の欠落を引き起こさず、一定周波数以下の変調情報を表示空間に表示することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記投射角度調整機構は、前記投射レンズからレーザ光が投射される期間中において、前記投射レンズを繰り返し振動させ、前記表示空間の移動時において、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整することが好ましい。

この構成によれば、投射レンズからレーザ光が投射される期間中において、投射レンズが繰り返し振動され、表示空間の移動時において、投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度が調整される。したがって、スペックルノイズを時間的に平均化し、スペックルノイズを除去することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記ファイバーバンドルの入射面を面内方向に時間的に振動させる入射面振動機構をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、ファイバーバンドルの入射面が面内方向に時間的に振動されるので、スペックルノイズを時間的に平均化し、スペックルノイズを除去することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記ファイバーバンドルの入射面及び出射面は、矩形形状であることが好ましい。この構成によれば、ファイバーバンドルの入射面及び出射面が矩形形状であるので、投射角度の２軸の基準を定めることができ、容易に表示空間を移動させることができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光と、前記主投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光とのうちのいずれか一方はポジ画像であり、他方はネガ画像であることが好ましい。

この構成によれば、投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光と、主投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光とのうちのいずれか一方はポジ画像であり、他方はネガ画像であるので、投射する画像を強調及び補間することができる。また、ポジ画像及びネガ画像の両方を異なる表示空間に投影したり、ファイバーバンドル側の投射レンズをデフォーカス状態として、画像全体と反転する光を照明し、表示空間を装飾したりすることができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記投射レンズからの出射光と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光とを結合する結合レンズをさらに備え、前記レーザ光源は、前記空間変調素子に入力される画像信号に応じて、出射されるレーザ光の光強度を変調することが好ましい。

この構成によれば、結合レンズによって、投射レンズからの出射光と、レーザ光源から出射されたレーザ光とが結合され、レーザ光源によって、空間変調素子に入力される画像信号に応じて、出射されるレーザ光の光強度が変調される。したがって、レーザ光の強度を低下させたとしても、一定の範囲のピーク輝度及び色範囲で画像を表示することができ、省電力化を実現することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子を含み、前記投射レンズから拡大投射する像の向きを１８０度回転させる場合、前記空間変調素子は、変調パターンの方向を切り替え、前記投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度未満の角度で回転させる場合、前記投射角度調整機構は、前記投射レンズを軸回転させ、前記投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度以上１８０度未満の角度で回転させる場合、前記空間変調素子は、変調パターンの方向を切り替えるとともに、前記投射角度調整機構は、前記投射レンズを軸回転させることが好ましい。

この構成によれば、投射レンズから拡大投射する像の向きを１８０度回転させる場合、変調パターンの方向が切り替えられ、投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度未満の角度で回転させる場合、投射レンズが軸回転される。また、投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度以上１８０度未満の角度で回転させる場合、変調パターンの方向が切り替えられるとともに、投射レンズが軸回転される。したがって、投射レンズから拡大投射する像の向きを偏光する場合に、ファイバーバンドルに大きな応力をかけることなく、自在に像の方向を調整することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子を含み、前記空間変調素子の画面サイズＳ_Ｓ、前記空間変調素子のレーザ光の出射開口数ＮＡ_Ｓ、前記ファイバーバンドルの断面積Ｓ_Ｆ及び前記ファイバーバンドルの開口数ＮＡ_Ｆは、下記の（４）式及び（５）式を満たすことが好ましい。
Ｓ_Ｓ×（ＮＡ_Ｓ）^２＜４×Ｓ_Ｆ×（ＮＡ_Ｆ）^２・・・（４）
ＮＡ_Ｓ＜０．１・・・（５）

この構成によれば、空間変調素子の画面サイズＳ_Ｓ、空間変調素子のレーザ光の出射開口数ＮＡ_Ｓ、ファイバーバンドルの断面積Ｓ_Ｆ及びファイバーバンドルの開口数ＮＡ_Ｆが上記の（４）式及び（５）式を満たすので、変調されたレーザ光のファイバーバンドルの取り込み効率を高く保つとともに、空間変調素子とファイバーバンドルとの間の光学部品の小型化も実現することができる。

また、上記のプロジェクタにおいて、前記投射角度調整機構は、前記ファイバーバンドルの出射面と前記投射レンズとの距離を相対的に変化させ、デフォーカス状態で表示空間を照明させることが好ましい。この構成によれば、デフォーカス状態で表示空間が照明されるので、ファイバーバンドルのクラッドによる暗部が消え、表示空間を均一に照明することができる。

本発明に係るプロジェクタは、空間に画像や情報を提示するだけでなく、照明や装飾など様々な空間演出に利用することができ、特に、様々な空間への拡張現実の実現に適している。

Claims (19)

1. 複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、
   指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、
   前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、
   前記ファイバーバンドルの出射面側に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構と、
   前記導光部によって変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズとを備えることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記導光部によって変調されたレーザ光を前記主投射レンズと前記ファイバーバンドルとに分岐又はスイッチングする光学素子をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記光学素子は、反射型偏光素子を含み、
   前記導光部は、変調されたレーザ光の偏光方向を回転させる変調素子又は光学部品を含み、
   前記反射型偏光素子は、変調されたレーザ光の偏光方向により、当該レーザ光を分岐又はスイッチングすることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
4. 前記ファイバーバンドルのコアは、非周期的に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクタ。
5. 前記ファイバーバンドルのコア数は、空間変調した画像の画素数よりも少ないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、
   指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、
   前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、
   前記ファイバーバンドルの出射面側に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構とを備え、
   前記ファイバーバンドルのコア径は、前記ファイバーバンドルの中央部分よりも外周部分の方が大きいことを特徴とするプロジェクタ。
7. 前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記空間変調素子によって変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に縮小投影する縮小投影光学系とを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプロジェクタ。
8. 複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、
   指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、
   前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、
   前記ファイバーバンドルの出射面側に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構とを備え、
   前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記空間変調素子によって変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に縮小投影する縮小投影光学系とを含み、
   前記縮小投影光学系によって縮小投影されたレーザ光を前記ファイバーバンドルに導光せずに他の表示空間に拡大投射する主投射レンズをさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。
9. 前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子と、前記空間変調素子で変調されたレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面にのみ導光し、前記主投射レンズに導光しないとき、前記空間変調素子の照明領域を縮小させる照明領域縮小部とを含むことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
10. 前記レーザ光源は、レーザ光の光強度を変調し、
    前記導光部は、レーザ光を走査し空間変調を行うスキャンミラーと、前記スキャンミラーによって走査されるレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に集光する集光レンズとをさらに備え、
    前記スキャンミラーは、前記ファイバーバンドルと前記主投射レンズとにレーザ光の結像面を走査することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
11. 前記主投射レンズによって拡大投射されるレーザ光の位相を時間的に変化させるスペックルノイズ除去機構をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載のプロジェクタ。
12. 前記投射角度調整機構は、前記投射レンズからレーザ光が投射される期間中において、前記投射レンズを繰り返し振動させ、
    前記表示空間の移動時において、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のプロジェクタ。
13. 前記ファイバーバンドルの入射面を面内方向に時間的に振動させる入射面振動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のプロジェクタ。
14. 前記ファイバーバンドルの入射面及び出射面は、矩形形状であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
15. 前記投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光と、前記主投射レンズから拡大投射される変調されたレーザ光とのうちのいずれか一方はポジ画像であり、他方はネガ画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクタ。
16. 前記投射レンズからの出射光と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光とを結合する結合レンズをさらに備え、
    前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子を含み、
    前記レーザ光源は、前記空間変調素子に入力される画像信号に応じて、出射されるレーザ光の光強度を変調することを特徴とする請求項１５記載のプロジェクタ。
17. 複数のコアを有し、入射面と出射面との前記コアの配置が定まったファイバーバンドルと、
    指向性を有するレーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調し、変調したレーザ光を前記ファイバーバンドルの入射面に導光する導光部と、
    前記ファイバーバンドルの出射面から出射したレーザ光を表示空間に拡大投射する投射レンズと、
    前記ファイバーバンドルの出射面側に設けられ、前記投射レンズから投射されるレーザ光の投射角度を調整する投射角度調整機構とを備え、
    前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子を含み、
    前記投射レンズから拡大投射する像の向きを１８０度回転させる場合、前記空間変調素子は、変調パターンの方向を切り替え、
    前記投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度未満の角度で回転させる場合、前記投射角度調整機構は、前記投射レンズを軸回転させ、
    前記投射レンズから拡大投射する像の向きを９０度以上１８０度未満の角度で回転させる場合、前記空間変調素子は、変調パターンの方向を切り替えるとともに、前記投射角度調整機構は、前記投射レンズを軸回転させることを特徴とするプロジェクタ。
18. 前記導光部は、前記レーザ光源を出射したレーザ光を変調する空間変調素子を含み、
    前記空間変調素子の画面サイズＳ_Ｓ、前記空間変調素子のレーザ光の出射開口数ＮＡ_Ｓ、前記ファイバーバンドルの断面積Ｓ_Ｆ及び前記ファイバーバンドルの開口数ＮＡ_Ｆは、下記の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載のプロジェクタ。
    Ｓ_Ｓ×（ＮＡ_Ｓ）^２＜４×Ｓ_Ｆ×（ＮＡ_Ｆ）^２・・・（１）
    ＮＡ_Ｓ＜０．１・・・（２）
19. 前記投射角度調整機構は、前記ファイバーバンドルの出射面と前記投射レンズとの距離を相対的に変化させ、デフォーカス状態で表示空間を照明させることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載のプロジェクタ。

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