(57)【要約】【課題】シンプルな構成であり、小型化が可能なプロジェクタを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクタは、互いに波長が異なる波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂをそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、複数のレーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの各々に対応して設けられ、対応するレーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂと、複数のサブ画素からなる画素を有し複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置１２と、複数の回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂから射出された複数の波長光を波長ごとに複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えている。【選択図】図１
2010078900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長が異なる波長光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、
前記複数のレーザ光源装置の各々に対応して設けられ、対応する前記レーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子と、
複数のサブ画素からなる画素を有し、前記複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置と、
前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光を波長ごとに前記複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記色分離素子がマイクロレンズにより構成されており、
該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が互いに非平行になっていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記複数の回折光学素子のうちの１以上の回折光学素子が該回折光学素子に対応するレーザ光源装置から射出された波長光の光軸を変化させ、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光が互いに重畳されて前記色分離素子に入射することを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記複数の回折光学素子と前記色分離素子との間の光路に色合成素子を備え、
前記色合成素子が、前記複数の回折光学素子から射出された前記複数の波長光の１以上の波長光について光軸を変化させて、前記複数の波長光を合成することを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記複数のサブ画素が二次元的に配列されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されており、
該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が略平行になっていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記光変調装置が、透過型液晶装置であって、
前記色分離素子が該光変調装置と一体になっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記光変調装置が、反射型液晶装置であって、
前記色分離素子が該光変調装置と独立して設けられており、
前記色分離素子から該光変調装置に入射する光と該光変調装置から射出される光とを分離する光分離素子を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、展示会や学会、会議等のプレゼンテーションに、あるいはホームシアター等にプロジェクタ（投射型表示装置）がよく用いられている。プロジェクタは、光源や、光源光を変調する光変調装置、変調後の光を拡大投射する投射レンズ等を備えている。プロジェクタは映像を示す光を拡大投射するので、直視型表示装置よりも大画面化が容易である。
【０００３】
カラー投射映像が得られるプロジェクタとして、３つの光変調装置を備えた三板式のプロジェクタが知られている。３つの光変調装置において、異なる色光を変調し、変調後の複数の色光を合成することにより、カラー投射映像が得られる。この他にも１つの光変調装置を備えた単板式のプロジェクタが開発されている。単板式のプロジェクタによれば、三板式のプロジェクタよりも装置を小型にすることや低コストにすることが可能である。単板式のプロジェクタによりカラー投射映像を形成する方式としては、カラーフィルタ方式、フィールドシーケンシャル方式、空間分離方式等が知られている。
【０００４】
カラーフィルタ方式は、カラー投射映像を構成する単色光の最小単位（サブ画素）ごとに、白色光の一部の波長光（がカラーフィルタを通るようにして、所定の色光を得る方法である。カラーフィルタ方式では、白色光の一部の波長光のみを利用するので、三板式のプロジェクタよりもエネルギー効率が低くなる。
【０００５】
フィールドシーケンシャル方式は、カラーホイールと白色光源とを組み合わせた照明系や、異なる波長光を射出する複数の光源からなる照明系等を用いて、光変調装置に入射する光の波長を時間的に切替える方式である。フィールドシーケンシャル方式では、視認者の眼球運動に伴ってカラー投射映像の一部が虹のように色分離して視認される現象（カラーブレイクアップ）を生じることがある。カラーブレークアップを生じると、実質的に映像品質が低下してしまう。
【０００６】
以上のような事情により、空間分離方式の単板式のプロジェクタが期待されている。単板式のプロジェクタとしては、特許文献１に開示されているものが挙げられる。特許文献１のカラー液晶表示装置は、白色光を異なる複数の波長光に分離して射出する照明系を有している。分離された波長光（例えば、赤、緑、青）は、互いの光軸が非平行になっており、光変調装置に入射する。光変調装置は、マイクロレンズアレイを有している。光変調装置に入射した波長光の各々は、マイクロレンズアレイによって波長光に対応した画素に分配されて変調される。このような構成によれば、光の利用効率が高く、しかもカラーブレークアップを生じない単板式のプロジェクタにすることができる。
【特許文献１】特開平４−６０５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単板式のプロジェクタにも小型化や高解像度化が求められており、特許文献１の技術では、これらの要求に対応することが困難である。
一般に、ランプ光源から射出された光は、集光レンズ及び平行化レンズにより平行化された後に、光変調装置に入射する。ランプ光源からの光全体を集光レンズに入射させるためには、集光レンズにはある程度の大きさが必要となる。例えば、集光レンズとして径が５０ｍｍ程度のものを想定する。
【０００８】
プロジェクタに用いられる光変調装置の画素サイズは、例えば１５μｍ程度である。このような光変調装置において、光を良好にスイッチングするためには、画素に対する入射光の角度が±３°以内であることが望まれる。前記の集光レンズ及び平行化レンズにより入射光の角度を±３°以内にするためには、集光レンズと平行化レンズとの間隔を４７０ｍｍ程度以上にする必要がある。このように、特許文献１の技術では、画素サイズが小さくなるほど装置が大型化してしまうため、プロジェクタの小型化や高解像度化に対応することが困難である。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、シンプルな構成で小型化が可能であるとともに高解像度化に対応可能であり、またカラーブレークアップがなく、しかも光の利用効率が高い単板式のプロジェクタを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のプロジェクタは、互いに波長が異なる波長光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、前記複数のレーザ光源装置の各々に対応して設けられ、対応する前記レーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子と、複数のサブ画素からなる画素を有し、前記複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置と、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光を波長ごとに前記複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
このようにすれば、複数のレーザ光源装置から射出された複数の波長光の各々は、対応する回折光学素子により強度分布が調整されて所望の断面形状の光束になる。所望の断面形状の光束になった複数の波長光は、色分離素子により波長ごとに複数のサブ画素の各々に入射して、波長ごとに光変調装置により変調される。光変調装置により変調された複数の波長光が投射されることにより投射映像が得られる。
【００１２】
前記の構成によれば、光変調装置が１つあれば投射映像が得られるので、複数の光変調装置を用いたプロジェクタよりも装置を小型化することができるとともに、低コスト化することもできる。また、複数の波長光の各々が色分離素子により複数のサブ画素の各々に分配されるので、光変調装置を照明する光の一部のみを用いるカラーフィルタ方式よりも光の利用効率が高くなる。また、光変調装置から複数の波長光の各々が時間的に連続して射出されるので、フィールドシーケンシャル方式と異なり、カラーブレークアップを生じない。
【００１３】
一般に、レーザ光源装置から射出されるレーザ光は、高圧水銀ランプ等のランプ光源から射出される白色光よりも平行度が格段に高い。したがって、レーザ光源装置から射出される波長光を平行化するために必要な光路長は、白色光を平行化する場合よりも短くなる。よって、光変調装置を照明する波長光を平行化する光学系を小型化することができるとともに、この光学系の構成をシンプルにすることができる。また、レーザ光源装置から射出された波長光ついて、光軸を調整する機能や断面形状を調整する機能、光束の断面積を調整する機能等を回折光学素子に複合して持たせることができるので、シンプルな構成のプロジェクタにすることができる。
【００１４】
また、光変調装置を照明する光の平行度を高くすることが容易になるので、複数の波長光を高精度に複数のサブ画素の各々に分配することができる。したがって、複数のサブ画素の寸法を細かくすることが可能になり、高解像度化に対応可能なプロジェクタになる。
以上のように本発明によれば、シンプルな構成で小型化が可能であるとともに高解像度化に対応可能であり、またカラーブレークアップがなく、しかも光の利用効率が高いプロジェクタを提供することができる。
【００１５】
また、前記色分離素子がマイクロレンズにより構成されており、該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が互いに非平行になっている構成にしてもよい。
このようにすれば、マイクロレンズに入射した複数の波長光が波長ごとに異なる位置に集光されるので、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。
【００１６】
また、前記複数の回折光学素子のうちの１以上の回折光学素子が該回折光学素子に対応するレーザ光源装置から射出された波長光の光軸を変化させ、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光が互いに重畳されて前記色分離素子に入射する構成にしてもよい。
このようにすれば、レーザ光源装置から射出された複数の波長光を重畳させて合成することができる。回折光学素子が、前記した機能に加えて複数の波長光を合成する機能も兼ね備えているので、これらの機能を独立した複数の部品に分担させるよりも装置の構成がシンプルになる。
【００１７】
また、前記複数の回折光学素子と前記色分離素子との間の光路に色合成素子を備え、前記色合成素子が、前記複数の回折光学素子から射出された前記複数の波長光の１以上の波長光について光軸を変化させて、前記複数の波長光を合成する構成にしてもよい。
このようにすれば、色合成素子が複数の波長光の１以上について光軸を変化させて複数の波長光を合成するので、複数の波長光を重畳させて合成する場合よりも複数の回折光学素子から射出される波長光の光軸に関する制約が緩やかになる。したがって、複数のレーザ光源装置の配置自由度が高くなり、装置を小型化することが可能になる。
【００１８】
また、前記複数のサブ画素が二次元的に配列されている構成にしてもよい。
色分離素子に入射する複数の波長光の光軸がサブ画素の配列に対応するように、レーザ光源装置や回折光学素子の配置を設定することにより、二次元的に配置されたサブ画素に複数の波長光を分配することができる。これにより、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができ、画素をサブ画素に区画することが容易になる。例えば、４つのサブ画素からなる正方形の画素について、一次元的にサブ画素が配置されている場合には、画素がサブ画素の配列方向に４つに区画されるので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の１／４程度である。一方、二次元的にサブ画素が配置されている場合には、正方形の一辺を２つに区画すればよいので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の１／２程度になる。このように、同じ画素サイズ（解像度）であれば、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができる。また、サブ画素を区画する細かさを同程度にすれば画素を細かくすることができ、高解像度にすることができる。
【００１９】
また、前記色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されており、該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が略平行になっている構成にしてもよい。
ホログラフィック光学素子に入射した複数の波長光は、波長光ごとの回折角が異なることにより、波長ごとに分離されて複数のサブ画素の各々に分配される。このように、複数のレーザ光源装置から射出された複数の波長光を分離すれば、高圧水銀ランプ等のランプ光源から射出された白色光を複数の波長光に分離する場合よりも、複数の波長光の各々のスペクトル幅が狭くなり、色再現性が高くなる。
【００２０】
また、前記光変調装置が、透過型液晶装置であって、前記色分離素子が該光変調装置と一体になっている構成にしてもよい。
このようにすれば、色分離素子のサブ画素に対する位置の精度を高くすることができ、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。したがって、複数のサブ画素の各々の高精細化が可能になり、高解像度にすることが容易になる。また、色分離素子が光変調装置から離間している場合に比べて、色分離素子がサブ画素に近づくので、色分離素子から射出される波長光のサブ画素に対する角度の制約が緩やかになる。
【００２１】
また、前記光変調装置が、反射型液晶装置であって、前記色分離素子が該光変調装置と独立して設けられており、前記色分離素子から該光変調装置に入射する光と該光変調装置から射出される光とを分離する光分離素子を備えている構成にしてもよい。
光変調装置から射出された光が、光変調装置に入射する光と光分離素子により分離され、投射されることにより投射映像が得られる。前記の構成によれば、反射型液晶装置によりプロジェクタを構成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。なお、互いに対応関係を有する構成要素には、同一の添え字の符号を付している。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクタ１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、プロジェクタ１は、複数のレーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、透過型の液晶装置（光変調装置）１２と、投射レンズ１３とを備えている。レーザ光源装置１１ｒと液晶装置１２との間の光路には、回折光学素子１４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置１１ｇ、１１ｂの各々と液晶装置１２との間の２つの光路には、それぞれ、回折光学素子１４ｒ、１４ｂが配置されている。回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々と液晶装置１２との間の３つ光路に共通して、フィールドレンズ１５が配置されている。
【００２４】
レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出されたレーザ光は、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂにより重畳されて合成され、フィールドレンズ１５を経て液晶装置１２の被照明領域を照明する。そして、液晶装置１２を照明したレーザ光は、液晶装置１２により変調された後に、投射レンズ１３によりスクリーン（図示略）に拡大投射される。
【００２５】
レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、互いに波長が異なる波長光を射出するようになっている。本実施形態では、レーザ光源装置１１ｒが赤色レーザ光（波長光）Ｌｒを、レーザ光源装置１１ｇが緑色レーザ光（波長光）Ｌｇを、レーザ光源装置１１ｂが青色レーザ光（波長光）Ｌｂを、それぞれ射出する。赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇ、及び青色レーザ光Ｌｂは、通常のレーザ光と同様に平行度が極めて高い光である。
【００２６】
レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、一方向に並んで並列配置されており、互いの光軸が略平行になっている。レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの配列方向における一方の端から他方の端までの距離は、例えば５０ｍｍ程度である。また、レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出される波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの間隔は、例えば１０ｍｍ程度である。
【００２７】
複数のレーザ光源装置の各々から射出された波長光は、対応する回折光学素子に入射する。すなわち、レーザ光源装置１１ｒから射出された赤色レーザ光Ｌｒは回折光学素子１４ｒに、レーザ光源装置１１ｇから射出された緑色レーザ光Ｌｇは回折光学素子１４ｇに、レーザ光源装置１１ｂから射出された青色レーザ光Ｌｂは回折光学素子１４ｂに、それぞれ入射する。
【００２８】
回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々は、入射光の光強度分布を調整するものである。回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂとしては、体積振幅型や体積位相型、表面レリーフ型等の各種回折光学素子を用いることができる。本実施形態の回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂは、入射側（レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ側）の表面が凹凸形状に加工された表面レリーフ型である。回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々は、入射光の波長に応じて、凹部の幅や凹凸の配置パターン等が最適化されている。
【００２９】
回折光学素子１４ｒに入射した赤色レーザ光Ｌｒは、表面の凹凸により回折し、一次以上の回折光は入射光に対して傾いて射出される。回折光学素子１４ｒから射出される光は、０次回折光を含んだ回折光を重ね合わせた光束になる。回折光学素子１４ｒは、凹凸の配置パターン等が調整されていることにより、回折光学素子１４ｒから射出される光束における光強度分布が調整される。これにより、赤色レーザ光Ｌｒは、光束の断面形状が液晶装置１２の被照明領域と同様の略矩形状に成形されるとともに、入射前よりも光束のビーム径（断面積）が広げられて射出される。
【００３０】
詳しくは後述するが、回折光学素子１４ｒは赤色レーザ光Ｌｒの光軸を調整するように、凹凸の配置パターン等が調整されている。回折光学素子１４ｒから射出された赤色レーザ光Ｌｒは、ビーム径が広げられたことにより回折光学素子１４ｒに入射する前よりも、拡散角が大きくなっている。ここでは、液晶装置１２において複数の画素が配置された画素領域の全体を照明するように、赤色レーザ光Ｌｒの拡散角が調整されている。
【００３１】
回折光学素子１４ｇ、１４ｂは、回折光学素子１４ｒと同様の機能を有しており、緑色レーザ光Ｌｇ及び青色レーザ光Ｌｂは、光束の断面形状が略矩形に成形されるとともに、入射前よりもビーム径が広げられて射出される。また、回折光学素子１４ｇ、１４ｂの各々は、回折光学素子１４ｒと同様に、緑色レーザ光Ｌｇ、青色レーザ光Ｌｂの各々の光軸を調整する機能も有している。
【００３２】
このようにして、赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇ、及び青色レーザ光Ｌｂは、液晶装置１２で重畳されて合成される。フィールドレンズ１５を通過する波長光は、フィールドレンズ１５により平行化されて射出され、液晶装置１２に入射する。平行化に要する距離、すなわち、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々とフィールドレンズ１５との距離としては、例えば１００ｍｍ程度である。
【００３３】
このようにして、赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇ、及び青色レーザ光Ｌｂは、フィールドレンズ１５内で重畳されて合成される。フィールドレンズ１５内で合成された波長光は、フィールドレンズ１５により平行化されて射出され、液晶装置１２に入射する。平行化に要する距離、すなわち、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々とフィールドレンズ１５との距離としては、例えば１００ｍｍ程度である。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、液晶装置１２の概略構成を示す模式図である。図２（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ、赤色レーザ光Ｌｒの光束、緑色レーザ光Ｌｇの光束、青色レーザ光Ｌｂの光束を２点鎖線で示している。液晶装置１２は多数の画素を備えているが、図２（ａ）〜（ｃ）には多数の画素のうちの１つを拡大して示している。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、液晶装置１２の画素Ｐは、赤色光を射出するサブ画素Ｐｒ、緑色光を射出するサブ画素Ｐｇ、及び青色光を射出するサブ画素Ｐｂからなっている。サブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂの各々の大きさとしては、例えばその配列方向の長さが５μｍ程度である。サブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂの各々と重なる領域には、画素電極１２１が設けられている。複数の画素Ｐと重なる領域に共通電極１２２が設けられている。
【００３６】
画素電極１２１は島状のものであり、複数の画素電極１２１の間には遮光部ＢＭが設けられている。複数の画素電極１２１の各々にスイッチング素子（図示略）が電気的に接続されており、スイッチング素子は信号源（図示略）と電気的に接続されている。スイッチング素子は、遮光部ＢＭと重なる領域に配置されている。信号源は、スイッチング素子に映像信号及び制御信号を供給し、スイッチング素子は制御信号に基づいて映像信号をスイッチングして、画素電極１２１に映像信号を伝達するようになっている。
【００３７】
画素電極１２１と共通電極１２２との間に液晶層１２３が設けられている。液晶層１２３の厚みは、例えば数μｍ程度である。液晶層１２３と画素電極１２１との間には液晶層の配向状態を制御する配向膜１２４が設けられている。液晶層１２３と共通電極１２２との間には液晶層の配向状態を制御する配向膜１２５が設けられている。本実施形態の液晶装置１２は、液晶層１２３に対して共通電極１２２側から光が入射するようになっている。
【００３８】
共通電極１２２の液晶層１２３と反対側にはガラス基板１２６が設けられている。ガラス基板１２６の液晶層１２３と反対側には、マイクロレンズアレイ（色分離素子）１２７が設けられている。マイクロレンズアレイ１２７の液晶層１２３と反対側には、入射側の偏光素子（図示略）が設けられている。画素電極１２１の液晶層１２３と反対側には、射出側の偏光素子（図示略）が設けられている。入射側の偏光素子や射出側の偏光素子は、ワイヤーグリッド偏光素子や偏光板等により構成されている。
なお、レーザ光源装置として、所定方向に振動する直線偏光を射出するものを用いる場合には、入射側の偏光素子を省くことができる。
【００３９】
液晶装置１２に入射した光は、所定方向の偏光成分が入射側の偏光素子を通ることにより直線偏光になって、マイクロレンズアレイ１２７に入射する。マイクロレンズアレイ１２７は、複数のマイクロレンズを有している。複数のマイクロレンズの各々は、複数の画素Ｐの各々と重なり合うように配置されている。マイクロレンズに入射した波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、波長ごとに光軸が非平行になっていることにより、波長ごとに異なる焦点に集光される。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、赤色レーザ光Ｌｒは、サブ画素Ｐｒと重なる部分の液晶層１２３を通るように、マイクロレンズにより集光される。赤色レーザ光Ｌｒは、マイクロレンズの中央部を通る成分、端部を通る成分のいずれにおいても拡散角が±３°程度になっている。同様に、緑色レーザ光Ｌｇは、サブ画素Ｐｇと重なる部分の液晶層１２３を通るように集光され（図２（ｂ）参照）、青色レーザ光Ｌｂは、サブ画素Ｐｂと重なる部分の液晶層１２３を通るように集光される（図２（ｃ）参照）。
【００４１】
一方、複数の画素電極１２１の各々に映像信号が伝達されると、画素電極１２１と共通電極１２２との間にサブ画素ごとに電界が印加される。この電界により、液晶層１２３の液晶分子の方位角がサブ画素ごとに制御され、液晶層１２３を通る光の偏光状態がサブ画素ごとに変化する。サブ画素Ｐｒと重なる部分の液晶層１２３を通った赤色レーザ光Ｌｒは偏光状態が変化した後に、赤色レーザ光Ｌｒのうちの所定方向の偏光成分が射出側の偏光素子を通ることにより、映像信号に応じた階調の光になる。
【００４２】
同様にして、サブ画素Ｐｇと重なる部分の液晶層１２３を通った緑色レーザ光Ｌｇ、及びサブ画素Ｐｂと重なる部分の液晶層１２３を通った青色レーザ光Ｌｂも映像信号に応じた諧調の光になる。このように、変調された赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇ及び青色レーザ光Ｌｂが、液晶装置１２から射出され、投射レンズ１３によりスクリーンに拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射映像が得られる。
【００４３】
以上のような第１実施形態のプロジェクタ１にあっては、レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出される光の平行度が高いので、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂから射出された光を平行化するための距離が短くなる。以下、具体例により詳しく説明する。
【００４４】
通常、高圧水銀ランプ等のランプ光源を用いたプロジェクタにあっては、ランプ光源から射出された白色光が、集光レンズと平行化レンズとにより平行化される。例えば、ランプ光源の寸法が、レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの配列方向の総計の寸法（例えば５０ｍｍ）と同程度であるとすると、集光レンズの径が５０ｍｍ以上となる。また、サブ画素のサイズが５μｍ程度であり、このようなサブ画素において入射光の拡散角を±３°以下にするためには、集光レンズと平行化レンズとの間の距離を４７０ｍｍ程度にする必要がある。
【００４５】
第１実施形態のプロジェクタ１においては、液晶装置１２に入射する波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々を平行化するために必要な距離、すなわち回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの各々とフィールドレンズ１５との間の距離が１００ｍｍ程度である。このように、平行化に必要な距離を格段に短くすることができるので、装置を小型にすることができる。また、平行化に必要な距離を短くしつつ波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂをサブ画素の各々に分配することができるので、サブ画素を細かくすることが可能になる。なお、具体例として用いた数値は一例であり、複数のレーザ光源装置から射出される波長光の間隔を狭くすることや、レーザ光源装置の数を減らすこと等により、回折光学素子とフィールドレンズとの距離を１００ｍｍ以下にすることもできる。
【００４６】
レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出される波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、通常のレーザ光と同様に、光束の断面積が液晶装置１２の被照明領域の面積に比べて格段に狭くなっている。波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂについて、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂにより光束の径を拡大しており、しかも光束の断面形状を被照明領域と同様の形状に成形しているので、被照明領域の全体を良好に照明することができる。
【００４７】
また、レーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂから射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々の光軸を回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂにより調整しているので、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを重畳して合成することができる。これにより、合成された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂにおいて波長成分ごとの光軸が非平行になり、合成された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを波長ごとに異なるサブ画素に分配することができる。したがって、１つの液晶装置１２により波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを波長ごとに変調することができ、フルカラーの投射映像が得られる単板式のプロジェクタになっている。よって、カラーフィルタ方式に比べて光の利用効率が高く、しかもフィールドシーケンシャル方式と異なりカラーブレークアップを生じない、良好なプロジェクタになっている。
【００４８】
また、回折光学素子１４ｒ、１４ｇ、１４ｂが、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂについて光束の断面形状を調整する機能と、光束のビーム径（断面積）を広げる機能と、光軸を調整する機能とを兼ね備えているので、これらの機能を独立した複数の光学素子に分担させる場合に比べて、装置構成をシンプルにすることができる。
【００４９】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプロジェクタを説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、１画素が４つのサブ画素で構成されている点と、４つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
【００５０】
図３（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を模式的に示す斜視図である。図３（ａ）には、２つのサブ画素への入射光の光軸を２点鎖線で示している。図３（ｂ）には、図３（ａ）と異なる２つのサブ画素への入射光の光軸を２点鎖線で示している。
【００５１】
図３（ａ）に示すように、第２実施形態のプロジェクタ２は、レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ、２１ｘと、液晶装置２２と、投射レンズ（図示略）とを備えている。レーザ光源装置２１ｒと液晶装置２２との間の光路には、回折光学素子２４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置２１ｇに対応させて回折光学素子２４ｇが、レーザ光源装置２１ｂに対応させて回折光学素子２４ｂが、レーザ光源装置２１ｘに対応させて回折光学素子２４ｘが、それぞれ配置されている。回折光学素子２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ、２４ｘの各々と、液晶装置２２との間の４つの光路に共通してフィールドレンズ２５が配置されている。投射レンズ、フィールドレンズ２５は、第１実施形態と同様の機能を有するものである。
【００５２】
レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ、２１ｘは、光軸が互いに平行になるように配置されており、光軸と直交する面方向において二次元的に配置されている。ここでは、前記の面方向を平面視した状態で、レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂ、２１ｘが、２行２列の行列状に配置されている。
【００５３】
レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂは、それぞれ、第１実施形態のレーザ光源装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと同様のものである。レーザ光源装置２１ｘについては、レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれかと同様のものであってもよいし、射出する光の波長がレーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれとも異なるものであってもよい。ここでは、レーザ光源装置２１ｘとして、レーザ光源装置２１ｇと同様のものを採用している。すなわち、図３（ａ）に示すようにレーザ光源装置２１ｇ、２１ｘは、それぞれ緑色レーザ光（波長光）Ｌｇ、Ｌｘを射出し、図３（ｂ）に示すようにレーザ光源装置２１ｒ、２１ｂは、それぞれ赤色レーザ光（波長光）Ｌｒ、青色レーザ光（波長光）Ｌｂを射出する。
【００５４】
回折光学素子２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ、２４ｘは、第１実施形態と同様の機能、すなわち波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘについて光束の断面形状を調整する機能と、光束の断面積を広げる機能と、光軸を調整する機能を有している。回折光学素子２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ、２４ｘから射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘは、液晶装置２２において重畳されて合成される。
【００５５】
ここでは、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘの各々の光束が、液晶装置２２で交差するようになっている。波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘの各々は、フィールドレンズ２５により平行化されて液晶装置２２に入射する。液晶装置２２に入射する波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘは、光軸が互いに非平行になっている。
【００５６】
液晶装置２２は、第１実施形態と同様の機能のものであるが、画素Ｐがサブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂ、Ｐｘにより構成されている点で第１実施形態と異なる。サブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂ、Ｐｘは、面方向において２つの独立した配列方向に沿って二次元的に配置されている。ここでは、４つのサブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂ、Ｐｘが２行２列の行列状に配置されている。
【００５７】
サブ画素Ｐｒは波長光Ｌｒに対応しており、サブ画素Ｐｇは波長光Ｌｇに、サブ画素Ｐｂは波長光Ｌｂに、サブ画素Ｐｘは波長光Ｌｘにそれぞれ対応している。液晶装置２２に入射した波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘの各々は、マイクロレンズアレイにより集光され、対応するサブ画素に入射する。波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘは、独立して変調されて液晶装置２２から射出され、投射レンズにより拡大投射される。
【００５８】
以上のような第２実施形態のプロジェクタ２にあっては、１画素を構成するサブ画素の数が第１実施形態よりも多いので、高品質な投射映像が得られる。投射映像の品質は、緑色光の光量や色再現性に大きく影響されることが知られている。本実施形態のように、複数のレーザ光源装置２１ｇ、２１ｘから射出される緑色レーザ光Ｌｇ、Ｌｘを投射映像に用いることにより、緑色光の光量や色再現性を確保することができ、高品質な投射映像が得られるようになる。また、レーザ光源装置２１ｘから射出される波長光の波長が、レーザ光源装置２１ｒ、２１ｇ、２１ｂのいずれとも異なる構成を採用すれば、投射映像の色数を増やすことができ、高品質な投射映像が得られるようになる。
【００５９】
また、サブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂ、Ｐｘが２つの配列方向に沿って配置されているので、１つの配列方向に沿って配置されている場合に比べて１つの配列方向に配置されるサブ画素の数を減らすことができる。例えば、第１実施形態では１画素内において配列方向に３つのサブ画素が配置されているが、第２実施形態では１つの配列方向に２つのサブ画素が配置されている。これにより、同じ画素サイズであれば、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができる。したがって、画素電極のパターニングが容易になり、液晶装置を構成することが容易になる。また、マイクロレンズに対する画素電極の位置に許容される誤差（マージン）が大きくなるので、マイクロレンズに入射した波長光が不足のサブ画素に入射する確率が低くなる。また、サブ画素を区画する細かさを同程度にすれば画素を細かくすることができ、高解像度にすることができる。
【００６０】
なお、第１、第２実施形態では、複数のレーザ光源装置の射出面が同一平面内に位置しているが、複数のレーザ光源装置で射出面が同一平面に位置していなくてもよい。例えば、１以上のレーザ光源装置をフィールドレンズから離れる方向に配置してもよい。この場合には、このレーザ光源装置に対応する回折光学素子の配置を変更しなくてもよいし、フィールドレンズから離れる方向に配置してもよい。いずれの場合であっても、回折光学素子の射出面の位置と、複数の波長光について各々の全体が重畳される位置とから、波長光の光軸の方向を求めることができる。これに基づいて、回折光学素子の特性を調整すればよい。
【００６１】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態のプロジェクタを説明する。第３実施形態が第１、第２実施形態と異なる点は、回折光学素子から射出された波長光が色合成素子により合成された後に、液晶装置により変調される点である。
【００６２】
図４は、第３実施形態のプロジェクタ３の概略構成を示す模式図である。図４に示すように、プロジェクタ３は、レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂと、液晶装置３２と、投射レンズ３３とを備えている。レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの各々と液晶装置３２との間の３つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム（色合成素子）３６が配置されている。レーザ光源装置３１ｒとダイクロイックプリズム３６との間の光路には、回折光学素子３４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置３１ｇに対応させて回折光学素子３４ｇが、レーザ光源装置３１ｂに対応させて回折光学素子３４ｂが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム３６と液晶装置３２との間の光路にはフィールドレンズ３５が配置されている。
【００６３】
レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ、液晶装置３２、投射レンズ３３、回折光学素子３４ｒ、３４ｇ、３４ｂ、フィールドレンズ３５は、第１実施形態と同様の機能を有するものである。
【００６４】
本実施形態のダイクロイックプリズム３６は、軸方向以外の方向から入射した光に対して波長選択性を有しており、軸方向に直交する断面が略正方形になっている。ダイクロイックプリズム３６は、ほぼ同一形状の４つの三角プリズムが貼り合わされて形成されている。三角プリズムは、軸方向に直交する断面形状が略直角二等辺三角形になっており、軸方向に対する３つの側面のうち互いに直交する２面を内面として貼り合わされている。貼り合わされる面には、予め波長選択性を有する誘電多層膜が形成されている。
【００６５】
ダイクロイックプリズム３６において軸方向周りの４面のうちの３面は、レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂから射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが入射する面になっている。また、ダイクロイックプリズム３６において軸方向周りの４面のうちの残りの１面は、ダイクロイックプリズム３６から光が射出される射出面になっている。この射出面に対向する面側にレーザ光源装置３１ｇが配置されている。
【００６６】
前記の３面のうちの射出面と対向する面を除いた２面の各々の側に、レーザ光源装置３１ｒ、３１ｂが配置されている。レーザ光源装置３１ｒ、３１ｂは、互いに対向して配置されている。ダイクロイックプリズム３６において、軸方向と直交する略正方形の断面において、一方の対角線に沿う内面は波長光Ｌｒを反射する特性を有しており、他方の対角線に沿う内面は波長光Ｌｂを反射する特性を有している。波長光Ｌｒ、Ｌｂは、それぞれ内面で反射して光軸が変化し、ダイクロイックプリズム３６の射出面から射出される。また、波長光Ｌｇは、ダイクロイックプリズム３６の内面を通って、射出面から射出される。
【００６７】
ダイクロイックプリズム３６から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、第１実施形態と同様に液晶装置３２において、各々の光束全体が重なり合うようになっている。また、フィールドレンズ３５から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、液晶装置３２により変調された後、投射レンズ３３により拡大投射される。
【００６８】
第３実施形態のプロジェクタ３にあっては、第１実施形態に比べて、レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの配置自由度が高くなっている。
例えば、大型なレーザ光源装置を用いてプロジェクタを構成する場合に、第１実施形態のようにレーザ光源装置を並列に配置すると、レーザ光源装置が大型化したことにより複数の波長光の間隔が広くなる。したがって、配列の両端に配置されたレーザ光源装置から射出された波長光を重畳するためには、これらの波長光において互いの光軸がなす角度を大きくするか、フィールドレンズから離れる方向にレーザ光源装置の位置及び回折光学素子の位置を変更する必要がある。
【００６９】
仮に、第１実施形態（図１参照）において、レーザ光源装置の配列方向の総計の寸法が２倍（１００ｍｍ程度）になったとする。この場合に、回折光学素子とフィールドレンズとの間隔を１００ｍｍ程度に保ちつつ、緑色レーザ光と赤色レーザ光を重畳するためには、赤色レーザ光の光軸が緑色レーザ光の光軸になす角度を１７°程度にする必要がある。このような赤色レーザ光を、配列方向の寸法が５μｍ程度のサブ画素に入射させるためには、径が１５μｍ程度、焦点距離が１６μｍ程度のマイクロレンズにする必要がある。すると、例えば緑色レーザ光が液晶層に入射する角度が、最大で４５°程度になり、緑色レーザ光の偏光状態を高精度に制御しうる入射角（例えば６°）を大きく超えてしまう。
【００７０】
一方、第３実施形態では、回折光学素子３４ｒ、３４ｂから射出された波長光Ｌｒ、Ｌｂの光軸をダイクロイックプリズム３６により変化させて、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを重畳している。したがって、レーザ光源装置３１ｒ、３６ｇ、３６ｂの寸法に制約されることなく、ダイクロイックプリズム３６から射出される波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸を調整することができる。よって、例えばダイクロイックプリズム３６から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇの光軸が互いになす角度を６°程度にすることができ、レーザ光源装置とフィールドレンズとの間隔を広げることなく、波長光Ｌｒ、Ｌｇの偏光状態を高精度に制御することができる。
【００７１】
以上のように、第３実施形態のプロジェクタ３にあっては、レーザ光源装置３１ｒ、３１ｇ、３１ｂの配置自由度が格段に高くなるので、例えば大型のレーザ光源装置を採用することができ、レーザ光源装置を高出力にすることができる。これにより、高輝度な投射映像が得られるようになり、高品質な投射映像が得られるプロジェクタになる。また、例えば、大型であるが安価なレーザ光源装置を採用することもでき、プロジェクタを低コストにすることができる。
【００７２】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態のプロジェクタを説明する。第４実施形態では、第３実施形態と同様に色合成素子を用いている。第４実施形態が第３実施形態と異なる点は、第２実施形態と同様に１画素が４つのサブ画素で構成されている点と、４つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
【００７３】
図５（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態のプロジェクタ４の概略構成を模式的に示す斜視図である。図５（ａ）には、２つのサブ画素への入射光の光軸を２点鎖線で示している。図５（ｂ）には、図５（ａ）と異なる２つのサブ画素への入射光の光軸を２点鎖線で示している。
【００７４】
図５（ａ）に示すように、第４実施形態のプロジェクタ４は、レーザ光源装置４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ、４１ｘと、液晶装置４２と、投射レンズ（図示略）とを備えている。レーザ光源装置４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ、４１ｘの各々と液晶装置４２との間の４つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム４６が配置されている。レーザ光源装置４１ｒとダイクロイックプリズム４６との間の光路には、回折光学素子４４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置４１ｇに対応させて回折光学素子４４ｇが、レーザ光源装置４１ｂに対応させて回折光学素子４４ｂが、レーザ光源装置４１ｘに対応させて回折光学素子４４ｘが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム４６と液晶装置４２との間の光路にはフィールドレンズ４５が配置されている。
【００７５】
レーザ光源装置４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ、４１ｘ、液晶装置４２は、第２実施形態と同様のものである。投射レンズ、フィールドレンズ４５、ダイクロイックプリズム４６は、第３実施形態と同様のものである。回折光学素子４４ｒ、４４ｇ、４４ｂ、４４ｘ、は、第１〜３実施形態と同様の機能、すなわち波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘについて光束の断面形状を調整する機能と、光束の断面積を広げる機能と、光軸を調整する機能を有している。
【００７６】
ダイクロイックプリズム４６において軸方向周りの４面のうちの射出面に対向する面側に、レーザ光源装置４１ｇ、４１ｘが配置されている。レーザ光源装置４１ｇ、４１ｘは、ダイクロイックプリズム４６の軸方向に並列に配置されている。前記の４面のうちの射出面及びその対向面を除いた２つの面の各々の側に、レーザ光源装置４１ｒ、４１ｂが配置されている。レーザ光源装置４１ｒ、４１ｂから射出される波長光Ｌｒ、Ｌｂは、光軸が互いに平行になっており、ダイクロイックプリズム４６の軸方向において離れている。これにより、ダイクロイックプリズム４６から射出される波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘの光束は、液晶装置４２で交差するようになっている。
【００７７】
ダイクロイックプリズム４６から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘは、フィールドレンズ４５内において各波長光の光束が平行化されて、液晶装置４２に入射する。液晶装置４２に入射した波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘの各々は、マイクロレンズアレイ４２７により集光され、対応するサブ画素に入射する。波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂ、Ｌｘは、独立して変調されて液晶装置４２から射出され、投射レンズにより拡大投射される。
【００７８】
以上のような第４実施形態のプロジェクタ４にあっては、レーザ光源装置４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ、４１ｘの配置自由度が高くなっており、装置を小型にすることができる。また、１画素を構成するサブ画素の数が第１実施形態よりも多いので、高品質な投射映像が得られるプロジェクタになっている。
【００７９】
なお、レーザ光源装置４１ｘとして、射出する光の波長がレーザ光源装置４１ｇと異なるものを採用することもできる。この場合には、ダイクロイックプリズムの特性を、レーザ光源装置４１ｇ、４１ｘが並ぶ方向において波長光Ｌｇが入射する側と波長光Ｌｘが入射する側とで異ならせればよい。また、第３、第４実施形態では、通常同様にダイクロイップリズムの軸方向に直交する断面が略正方形のものを採用しているが、本発明では回折光学素子を用いているので、小型化したダイクロイックプリズムを用いることもできる。以下、ダイクロイックプリズムの変形例を説明する。
【００８０】
図６（ａ）、（ｂ）は、変形例のダイクロイックプリズム３６Ａの概略構成を示す斜視図である。図６（ａ）には、ダイクロイックプリズム３６Ａに射する光を二点鎖線で示している。図６（ｂ）には、ダイクロイックプリズム３６Ａの分解斜視図を示している。
【００８１】
図６（ａ）に示すように、ダイクロイックプリズム３６Ａは、軸方向に直交する断面形状が略長方形になっている。軸方向周りの４つの側面のうちの、前記長方形の長辺を含んだ２つの側面の一方の側面は、第１の波長帯域の光Ｌ１が入射する外面になっており、他方の側面は射出面になっている。軸方向周りの４つの側面のうちの、前記長方形の短辺を含んだ２つの側面は、それぞれ、第２の波長帯域の光Ｌ２、第３の波長帯域の光Ｌ３が入射する外面になっている。
【００８２】
図６（ａ）に示すように、ダイクロイックプリズム３６Ａは３つの三角プリズム３６１、３６２、３６３を貼り合わせて形成されている。三角プリズム３６１、３６２、３６３は、いずれも軸方向に直交する断面形状が略直角二等辺三角形のものである。三角プリズム３６１は、軸方向周りの３つの側面のうちの互いに直交する２つの側面を内面３６１ａ、３６１ｂとし、残り１つの側面を外面として貼り合わされている。三角プリズム３６２、３６３は、同一形状のものであり、軸方向周りの３つの側面のうちの互いに直交する２つの側面を外面とし、残り１つの側面を内面３６２ａ、３６３ａとして貼り合わされている。つまり、内面３６１ａと内面３６２ａとが貼り合わされており、内面３６１ｂと内面３６３ａとが貼り合わされている。
【００８３】
三角プリズム３６１、３６２が貼り合せされる前に、内面３６１ａ、３６２ａの少なくとも一方には、第２の波長帯域の波長光を反射する誘電多層膜が形成されている。三角プリズム３６１、３６３が貼り合せされる前に、内面３６１ｂ、３６３ａの少なくとも一方には、第３の波長帯域の波長光を反射する誘電多層膜が形成されている。
【００８４】
以上のような構成のダイクロイックプリズム３６Ａに光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を入射させると、光Ｌ１は内面、射出面を通ってそのまま射出される。光Ｌ２は、内面３６１ａ、３６２ａで反射して射出面を通り、光Ｌ１と同じ側に射出される。光Ｌ３は、内面３６１ｂ、３６３ａで反射して射出面を通り、光Ｌ１、Ｌ２と同じ側に射出される。このように、射出面から、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が合成された光Ｌ４が射出される。
【００８５】
本発明において、回折光学素子から射出された波長光は進行とともにビーム径が大きくなる。換言すれば、フィールドレンズと回折光学素子との間の光路において、回折光学素子に近づくほど、波長光のビーム径が小さくなる。したがって、ダイクロイックプリズムを回折光学素子に近づけて配置するほど、ダイクロイックプリズムにおいて、光が通る面の断面積を小さくすることができる。よって、ダイクロイックプリズムを小型化することができ、装置を小型にすることができる。
【００８６】
ところで、ダイクロイックプリズムの形成において、三角プリズムを貼り合わせる工程には高度な位置合わせ技術や高度な接着技術が必要とされている。前記のようなダイクロイックプリズム３６Ａにあっては、第３実施形態のダイクロイックプリズム３６よりも三角プリズムの数を減らすことができるので、装置構成が容易になるとともに装置を低コストにすることができる。また、第３実施形態のダイクロイックプリズム３６よりも光が通る内面が１つ減るので、光の利用効率が高くなる。
【００８７】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態のプロジェクタを説明する。第５実施形態では、第３実施形態と同様に色合成素子を用いている。第５実施形態が第３実施形態と異なる点は、色合成素子により合成された光において複数の波長光で光軸が略平行になっているとともに、色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されている点である。
【００８８】
図７は、第５実施形態のプロジェクタ５の概略構成を模式的に示す斜視図である。図７に示すように、プロジェクタ５は、レーザ光源装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂと、液晶装置５２と、投射レンズ５３とを備えている。レーザ光源装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂの各々と液晶装置５２との間の３つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム５６が配置されている。レーザ光源装置５１ｒとダイクロイックプリズム５６との間の光路には、回折光学素子５４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置５１ｇに対応させて回折光学素子５４ｇが、レーザ光源装置５１ｂに対応させて回折光学素子５４ｂが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム５６と液晶装置５２との間の光路にはフィールドレンズ５５が配置されている。
【００８９】
レーザ光源装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ、液晶装置５２、投射レンズ５３、フィールドレンズ５５、ダイクロイックプリズム５６は、第３実施形態と同様の機能を有するものである。回折光学素子５４ｒ、５４ｇ、５４ｂは、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂについて光束の断面形状を調整する機能と、光束のビーム径を広げる機能とを備えている。また、本実施形態では、回折光学素子５４ｒ、５４ｇ、５４ｂは、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸を変化させてないようになっている。
【００９０】
ダイクロイックプリズム５６の軸方向周りの４つの側面のうちの１つの側面は、ダイクロイックプリズム５６により合成された光を射出する面になっている。４つの側面のうちの残り３つの側面は、それぞれ波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが入射する面になっている。ここでは、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂが入射する面の各々は、入射する波長光の光軸と略直交している。すなわち、波長光Ｌｒ、Ｌｂの光軸は、ダイクロイックプリズム５６の内面と略４５°の角度をなしている。
【００９１】
波長光Ｌｇは、ダイクロイックプリズム５６の内面を通り、そのまま射出される。波長光Ｌｒ、Ｌｂは、ダイクロイックプリズム５６の内面で反射して光軸が略９０°折れ曲がる。これにより、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、光軸が互いに略平行になる。ここでは、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸が略一致するように、レーザ光源装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ及び回折光学素子５４ｒ、５４ｇ、５４ｂが配置されている。
【００９２】
ダイクロイックプリズム５６から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、フィールドレンズ５５を経て液晶装置５２に入射する。詳しくは後述するが、液晶装置５２に入射する波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸が、液晶層の厚み方向と非平行になるように、レーザ光源装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂから液晶装置５２に至る光学系に対する液晶装置５２の配置が調整されている。
【００９３】
図８（ａ）〜（ｃ）は、液晶装置５２の概略構成を示す模式図である。図８（ａ）〜（ｃ）には、それぞれ、赤色レーザ光Ｌｒの光束、緑色レーザ光Ｌｇの光束、青色レーザ光Ｌｂの光束を２点鎖線で示している。なお、第１実施形態と同じ構成要素には、図８（ａ）〜（ｃ）において同じ符号を付しており、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００９４】
図８（ａ）に示すように、液晶装置５２には、第１実施形態のマイクロレンズアレイ１２７の代わりに、ホログラフィックカラーフィルタ（色分離素子）５２７が設けられている。ホログラフィックカラーフィルタ５２７は、レリーフ型や位相型、振幅型等のホログラフィック光学素子により構成されている。液晶装置５２に入射した波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、ホログラフィックカラーフィルタ５２７において波長ごとに回折角が異なることにより分離される。そして、図８（ａ）に示すように赤色レーザ光Ｌｒがサブ画素Ｐｒと重なる部分の液晶層１２３に入射する。同様に、緑色レーザ光Ｌｇはサブ画素Ｐｇと重なる部分の液晶層１２３に入射し（図８（ｂ）参照）、青色レーザ光Ｌｂはサブ画素Ｐｂと重なる部分の液晶層１２３に入射する（図８（ｃ）参照）。波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、互いに独立して変調された後、投射レンズ５３により拡大投射される。
【００９５】
以上のような第５実施形態のプロジェクタ５にあっては、ダイクロイックプリズム５６により波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを合成するので、色分離素子としてホログラフィックカラーフィルタを用いていることが可能になっている。したがって、第１〜第４実施形態と異なり波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸を非平行にする必要がなくなり、装置を構成することが容易になる。例えば、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂをサブ画素Ｐｒ、Ｐｇ、Ｐｂに分配するためには、回折光学素子５４ｒ、５４ｇ、５４ｂとフィールドレンズ５５との光路長に依存する収差を考慮すればよいので、設計が容易になる。また、波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの光軸を非平行にするためにダイクロイックプリズムを大きくする必要がないので、装置を小型にすることができる。
【００９６】
また、狭帯域の波長光（レーザ光）が合成された光を色分離するので、ランプ光源等から射出された白色光（広帯域光）を色分離する場合に比べて、色再現性が高くなり、また光の利用効率も高くなる。
なお、第１〜５実施形態では、色分離素子が光変調装置と一体になっていたが、色分離素子が光変調装置と独立して設けられていてもよい。
【００９７】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態のプロジェクタを説明する。第４実施形態が第１〜５実施形態と異なる点は、透過型の液晶装置に代えて反射型の液晶装置（光変調装置）を用いている点である。
【００９８】
図９は、第６実施形態のプロジェクタ６の概略構成を示す模式図である。図９に示すように、プロジェクタ６は、レーザ光源装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂと、反射型の液晶装置６２と、投射レンズ６３とを備えている。レーザ光源装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの各々と液晶装置６２との間の３つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム６６が配置されている。レーザ光源装置６１ｒとダイクロイックプリズム６６との間の光路には、回折光学素子６４ｒが配置されている。同様に、レーザ光源装置６１ｇに対応させて回折光学素子６４ｇが、レーザ光源装置６１ｂに対応させて回折光学素子６４ｂが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム６６と液晶装置６２との間の光路にはフィールドレンズ６５が配置されている。
【００９９】
レーザ光源装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂ、投射レンズ６３、回折光学素子６４ｒ、６４ｇ、６４ｂ、フィールドレンズ６５、ダイクロイックプリズム６６は、第３実施形態と同様の機能を有するものである。なお、レーザ光源装置からフィールドレンズに至る光学系の構成としては、第１〜第５実施形態のいずれの構成を採用してもよい。
【０１００】
フィールドレンズ６５と液晶装置６２との間の光路には、偏光分離素子（光分離素子）６８が配置されている。偏光分離素子６８としては、偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）やワイヤーグリッド偏光素子等を用いることができ、ここではＰＢＳプリズムを用いている。ＰＢＳプリズムは、三角プリズムが貼り合わされて形成されており、貼り合わされた内面が偏光分離機能を有している。
【０１０１】
詳しくは、ＰＢＳプリズムに入射した光のうちの前記内面に対するＰ偏光が内面を透過し、前記内面に対するＳ偏光が内面で反射するようになっている。以下、偏光分離素子６８の内面に対するＰ偏光を単にＰ偏光と称する場合があり、偏光分離素子６８の内面に対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する場合がある。
波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々においてＰ偏光は、偏光分離素子６８を通って液晶装置６２に入射する。
【０１０２】
本実施形態の液晶装置６２は、第１実施形態の液晶装置１２と異なり前記した偏光素子を備えていない。また、液晶装置６２に入射した光は、液晶層を通った後に反射して折り返され、再度液晶層を通って射出される。液晶装置６２から射出された波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、偏光分離素子６８に再度入射し、その一部が偏光状態に応じて偏光分離素子６８の内面で反射する。内面で反射した波長光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、偏光分離素子６８に入射前と光軸が略９０°変化して偏光分離素子６８から射出され、投射レンズ６３により拡大投射される。
【０１０３】
例えば、液晶装置６２においてサブ画素が電界非印加状態であると、液晶装置６２に入射したＰ偏光は、偏光状態がほとんど変化せず液晶装置６２から射出される。液晶装置６２から射出された波長光がほぼＰ偏光であるので、波長光のほとんどが偏光分離素子６８を透過する。これにより、偏光分離素子６８から投射レンズ６３側に光がほとんど射出されないことにより、暗表示の投射映像が得られる。
また、液晶装置６２においてサブ画素が電界印加状態であると、液晶装置６２に入射したＰ偏光は、楕円偏光もしくはＳ偏光の直線偏光になり液晶装置６２から射出される。そして、Ｓ偏光が偏光分離素子６８の内面で反射した後に、投射レンズ６３により拡大投射され、明表示の投射映像が得られる。
【０１０４】
なお、第６実施形態では、偏光分離素子６８を透過した光が液晶装置６２に入射するようになっているが、偏光分離素子６８の内面で反射した光が液晶装置６２に入射する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施形態のプロジェクタの構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、液晶装置の構成を示す模式図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、第２実施形態のプロジェクタの構成を示す斜視図である。
【図４】第３実施形態のプロジェクタの構成を示す模式図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、第４実施形態のプロジェクタの構成を示す斜視図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、ダイクロイックプリズムの変形例を示す斜視図である。
【図７】第５実施形態のプロジェクタの構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、液晶装置の構成を示す模式図である。
【図９】第６実施形態のプロジェクタの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２、３、４、５、６・・・プロジェクタ、１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、２１ｒ、２１ｇ、２２ｂ、３１ｒ、３１ｇ、３１ｂ、４１ｒ、４１ｇ、４１ｂ、５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ、６１ｒ、６１ｇ、６１ｂ・・・レーザ光源装置、１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ、２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ、３４ｒ、３４ｇ、３４ｂ、４４ｒ、４４ｇ、４４ｂ、５４ｒ、５４ｇ、５４ｂ、６４ｒ、６４ｇ、６４ｂ・・・回折光学素子、１２、２２、３２、４２、５２・・・透過型の液晶装置（光変調装置）、６２・・・反射型の液晶装置（光変調装置）３６、３６Ａ，４６、５６、６６・・・ダイクロイックプリズム（色合成素子）、６７、１２７、４２７・・・マイクロレンズアレイ（色分離素子）、５２７・・・ホログラフィックカラーフィルタ（色分離素子）、６８・・・偏光分離素子（光分離素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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