(57)【要約】【課題】光変調装置を照明する光の照明効率に優れたプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクターは、コリメート光学系４から射出された光が入射する回折光学素子５と、回折光学素子５から射出された回折光が入射する重畳光学系１８と、重畳光学系１８から射出された光が入射する光変調装置１２と、を備える。回折光学素子５は、コリメート光学系４の収差を補正する機能を有し、重畳光学系１８の前側焦点に回折光学素子５が設けられ、重畳光学系１８の後側焦点に光変調装置１２が設けられている。【選択図】図２
2015049380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、
前記光源装置から射出された光が入射するコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から射出された光が入射する回折光学素子と、
前記回折光学素子から射出された回折光が入射する重畳光学系と、
前記重畳光学系から射出された光が入射する光変調装置と、
前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、を備え、
前記回折光学素子は、前記コリメート光学系の収差を補正する機能を有し、
前記重畳光学系の前側焦点に前記回折光学素子が設けられ、前記重畳光学系の後側焦点に前記光変調装置が設けられたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記重畳光学系は、重畳レンズとコンデンサーレンズとを含み、前記重畳レンズの中心軸と前記コンデンサーレンズの中心軸とは互いに一致し、
前記回折光の主光線は、前記回折光学素子から射出される０次光の光軸に対して傾い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ー。
【請求項３】
前記回折光学素子は複数のセルからなり、
前記複数のセルの各々から射出される回折光の主光線は互いに平行であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記光源装置は第１の光源と第２の光源とを備え、
前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光の各々は、互いに異なるセルに入射することを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記光源装置はレーザー光源であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置から射出された光により光変調装置を照明し、光変調装置により変調された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが知られている。プロジェクターに使用される光源として、高輝度で高出力の光が得られるレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来のランプに比べて小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、長寿命である等の利点を有している。その反面、レーザー光がコヒーレンス光であるため、スペックルが生じやすいという課題を有している。
【０００３】
この課題に対して、高度にコリメートされたレーザー光をホログラムディフューザーに入射させ、ホログラムディフューザーを移動させることにより、スペックルを低減することが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００４−５２５３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザー光源から射出された光をコリメート光学系によってコリメートする場合、コリメート光学系が収差を持っていると、光は理想的な平行光とならず、発散光もしくは収束光となる。ホログラムディフューザー等の回折光学素子は入射光が平行光であることを前提として設計するのが一般的である。したがって、コリメート光学系から射出された発散光もしくは収束光が回折光学素子に入射した場合、平行光が回折光学素子に入射したときと比べて、被照明領域を照明する光の照明効率が低下する。
【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、被照明領域である光変調装置を照明する光の照明効率に優れたプロジェクターの提供を目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様のプロジェクターは、光源装置と、前記光源装置から射出された光が入射するコリメート光学系と、前記コリメート光学系から射出された光が入射する回折光学素子と、前記回折光学素子から射出された回折光が入射する重畳光学系と、前記重畳光学系から射出された光が入射する光変調装置と、前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、を備え、前記回折光学素子は、前記コリメート光学系の収差を補正する機能を有し、前記重畳光学系の前側焦点に前記回折光学素子が設けられ、前記重畳光学系の後側焦点に前記光変調装置が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいては、回折光学素子がコリメート光学系の収差を補正する機能を有しているため、コリメート光学系の収差により生じた発散光もしくは収束光が回折光学素子に入射したとしても、被照明領域である光変調装置を照明する光の照明効率の低下が抑えられる。さらに、重畳光学系の前側焦点に回折光学素子が設けられ、重畳光学系の後側焦点に光変調装置が設けられているため、重畳光学系により重畳された光を光変調装置に効率良く入射させることができる。
【０００９】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記重畳光学系は、重畳レンズとコンデンサーレンズとを含み、前記重畳レンズの中心軸と前記コンデンサーレンズの中心軸とは互いに一致し、前記回折光の主光線は、前記回折光学素子から射出される０次光の光軸に対して傾いていることが望ましい。
【００１０】
回折光学素子から射出される０次光が光変調装置に入射すると、光変調装置上の０次光の入射位置が被投射面上で輝点となり、表示品質を低下させる虞がある。その点、本発明の一つの態様のプロジェクターでは、回折光の主光線が回折光学素子から射出される０次光の光軸に対して傾いているため、０次光が光変調装置に入射しない構成を実現することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記回折光学素子は複数のセルからなり、前記複数のセルの各々から射出される回折光の主光線は互いに平行であってもよい。
【００１２】
この構成によれば、複数の回折光が重畳光学系によって光変調装置上で重畳されるため、効率的に光変調装置を照明することができる。これによれば、照明効率の低下が抑えられ、明るい画像を投射できる。
【００１３】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光源装置は第１の光源と第２の光源とを備え、前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光各々は、互いに異なるセルに入射してもよい。
【００１４】
これによれば、回折光学素子は、コリメート光学系の収差を効果的に補正することができる。
【００１５】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光源装置はレーザー光源であることが望ましい。これによれば、照明効率の低下が抑えられ、明るい画像を投射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】プロジェクターの構成要素である照明装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図１、図２を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色の照明装置を備えた３板式のプロジェクターの例である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１８】
本実施形態のプロジェクター１０は、スクリーン１５上にカラー映像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１０は、３組の照明装置１１と、各照明装置に対応した３個の光変調装置１２と、を備えている。照明装置１１の光源装置として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー（ＬＤ）などのレーザー光源が用いられている。
【００１９】
図１に示すように、プロジェクター１０は、赤色光用照明装置１１Ｒと、緑色光用照明装置１１Ｇと、青色光用照明装置１１Ｂと、赤色光用光変調装置１２Ｒと、緑色光用光変調装置１２Ｇと、青色光用光変調装置１２Ｂと、合成光学系１３と、投射光学系１４と、を備えている。
【００２０】
赤色光用照明装置１１Ｒは、赤色レーザー光ＬＲを射出する。赤色光用光変調装置１２Ｒは、赤色光用照明装置１１Ｒから射出された赤色レーザー光ＬＲを画像信号に応じて変調し、赤色に対応した画像光を生成する。緑色光用照明装置１１Ｇは、緑色レーザー光ＬＧを射出する。緑色光用光変調装置１２Ｇは、緑色光用照明装置１１Ｇから射出された緑色レーザー光ＬＧを画像信号に応じて変調し、緑色に対応した画像光を生成する。青色光用照明装置１１Ｂは、青色レーザー光ＬＢを射出する。青色光用光変調装置１２Ｂは、青色光用照明装置１１Ｂから射出された青色レーザー光ＬＢを画像信号に応じて変調し、青色に対応した画像光を生成する。
【００２１】
赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂは、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応した半導体レーザーを用いる以外は、基本的に同一の構成を有している。赤色光用照明装置１１Ｒは、均一な照度分布となるように調整された照明光を赤色光用光変調装置１２Ｒに向けて照射する。緑色光用照明装置１１Ｇは、均一な照度分布となるように調整された照明光を緑色光用光変調装置１２Ｇに向けて照射する。青色光用照明装置１１Ｂは、均一な照度分布となるように調整された照明光を青色光用光変調装置１２Ｂに向けて照射する。
【００２２】
赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂは、基本的に同一の構成を有している。赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブと一対の偏光板とを備えている。一対の偏光板は、液晶ライトバルブの光入射側と光射出側とに配置されている。
【００２３】
合成光学系１３は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。合成光学系１３には、赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂのそれぞれから射出された画像光が入射する。合成光学系１３は、赤色、緑色、青色の各色に対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系１４に向けて射出する。
【００２４】
投射光学系１４は、複数のレンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系１４は、合成光学系１３により合成された画像光をスクリーン１５に向けて拡大投射する。これにより、スクリーン１５上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００２５】
以下、赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂの具体的な構成について説明する。
上述したように、赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂは、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応した半導体レーザーを用いる以外は、基本的に同一の構成を有している。したがって、以下の説明では、単に照明装置１１として説明する。
【００２６】
図２に示すように、照明装置１１は、光源装置１７と、コリメート光学系４と、回折光学素子５と、重畳光学系１８と、を備えている。光源装置１７から射出され、コリメート光学系４、回折光学素子５、重畳光学系１８を経た光が、照明装置１１からの照明光として光変調装置１２に照射される。
【００２７】
光源装置１７は、複数の半導体レーザー１が照明光軸ＡＸ１と直交する面内にアレイ状に配列されたものである。半導体レーザー１から射出されるレーザー光Ｌは、コヒーレントな直線偏光の光である。複数の半導体レーザー１から射出される複数のレーザー光Ｌは、互いに平行に射出される。光源装置１７を構成する半導体レーザー１の個数や配置は、特に限定されるものではない。
【００２８】
コリメート光学系４は、第１のコリメーターレンズアレイ１９と、第２のコリメーターレンズアレイ２０と、を備えている。第１のコリメーターレンズアレイ１９は、複数の半導体レーザー１に対応する複数のコリメーターレンズ２が照明光軸ＡＸ１と直交する面内にアレイ状に配列されたものである。同様に、第２のコリメーターレンズアレイ２０は、複数のコリメーターレンズ３が照明光軸ＡＸ１と直交する面内にアレイ状に配列されたものである。
【００２９】
第１のコリメーターレンズアレイ１９および第２のコリメーターレンズアレイ２０は、複数の半導体レーザー１から射出された複数のレーザー光Ｌのそれぞれを平行光に変換する機能を有する。しかしながら、コリメート光学系４は収差を持っているため、コリメート光学系４から射出される光は、実際には平行光にならず、発散光もしくは収束光となる。
【００３０】
回折光学素子５は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）から構成されている。回折光学素子５は、アレイ状に配列された複数のセル８を有している。各セル８の大きさは、コリメート光学系４から入射する各光の断面よりも小さい。回折光学素子５の一つの主面は、複数の微細な凹凸構造を有している。凹部もしくは凸部のピッチや高さ（深さ）等の条件を適宜調整することにより、被照明領域の大きさや形状を自在に設定できる。各セル８の配光分布は、被照明領域である光変調装置１２の画像形成領域に対応する矩形状をなす。また、各セル８は、配光分布のアスペクト比（縦横比）が被照明領域である光変調装置１２の画像形成領域のアスペクト比（縦横比）と一致する回折光分布を生成する。回折光学素子５のこの種の作用により、矩形状をなす光変調装置１２の画像形成領域に対して、照明光を効率的に入射させることができる。
【００３１】
さらに、回折光学素子５の凹部もしくは凸部のピッチや高さ（深さ）等の条件を適宜調整することにより、回折光学素子５に所望の機能を持たせることができる。具体的には、回折光学素子５は、コリメート光学系４の収差を補正する機能を有するように設計されている。コリメート光学系４の収差を補正する機能を有するための設計は、計算機合成時に、コリメート光学系４の収差により生じる発散光もしくは収束光を入射光と想定することで可能となる。
【００３２】
回折光学素子５には、光源装置１７の複数の半導体レーザー１から射出された複数のレーザー光Ｌが入射する。各レーザー光Ｌは複数のセル８に入射する。例えば、第１のレーザー光Ｌは、第１のセル８ないし第ｎのセル８に入射し、第２のレーザー光Ｌは、第ｎ＋１のセル８ないし第２ｎのセル８に入射する。すなわち、複数のレーザー光Ｌの各々は互いに異なるセル８に入射する。これによれば、回折光学素子５は、コリメート光学系４の収差を効果的に補正することができる。
【００３３】
回折光学素子５が備える複数のセル８から、複数の１次回折光Ｌ１が射出される。回折光学素子５による各回折光の主光線は、回折光学素子５から射出される０次光の光軸Ｌ０に対して傾いている。ここで、「回折光の主光線」は、１次回折光Ｌ１である＋１次回折光および−１次回折光の何れか一方の主光線を意味する。複数の１次回折光Ｌ１の主光線は互いに平行である。
【００３４】
重畳光学系１８は、重畳レンズ６とコンデンサーレンズ７との２枚のレンズから構成されている。重畳レンズ６は、回折光学素子５から射出された光を集光する。コンデンサーレンズ７は、重畳レンズ６から射出された光をテレセントリック照明光に変換する。重畳レンズ６の中心軸ＡＸ２とコンデンサーレンズ７の中心軸ＡＸ３とは互いに一致している。
【００３５】
重畳光学系１８の前側焦点に回折光学素子５が設けられ、重畳光学系１８の後側焦点に光変調装置１２が設けられている。重畳光学系１８は、回折光学素子５からの複数の回折光を被照明領域である光変調装置１２の画像形成領域上で重畳させる。このように、回折光学素子５から射出された光は、重畳光学系１８によりテレセントリック照明光として光変調装置１２に照射される。
【００３６】
本実施形態のプロジェクター１０においては、回折光学素子５がコリメート光学系４の収差を補正する機能を有しているため、コリメート光学系４の収差により生じた発散光もしくは収束光が回折光学素子５に入射したとしても、被照明領域である光変調装置１２の画像形成領域を照明する光の照明効率の低下が抑えられる。さらに、重畳光学系１８の前側焦点に回折光学素子５が設けられ、重畳光学系１８の後側焦点に光変調装置１２が設けられているため、重畳光学系１８により重畳された光が光変調装置１２に効率良く入射する。これにより、光変調装置１２を照明する光の照明効率の低下がさらに抑えられる。
【００３７】
回折光学素子５から射出される０次光が光変調装置１２に入射すると、光変調装置１２上の０次光の入射位置がスクリーン１５上で輝点となり、表示品質を低下させる虞がある。その点、本実施形態のプロジェクター１０では、回折光Ｌ１の主光線が回折光学素子５から射出される０次光Ｌ０の光軸に対して傾いているため、０次光Ｌ０が光変調装置１２に入射しない構成を実現することができる。
【００３８】
（変形例）
上記実施形態では、光源装置１７は複数の半導体レーザー１を備えていたが、本変形例では、光源装置１７が１個の半導体レーザー１を備えている場合について説明する。
前述したように、回折光学素子５は、複数のセル８を有している。各セル８の大きさは、コリメート光学系４から入射する光の断面より小さい。そのため、光源装置１７が１個の半導体レーザー１しか備えていない場合であっても、複数のセル８に光が入射し、回折光学素子５からは複数の回折光Ｌ１が射出される。
この構成によっても、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態のプロジェクターを構成する各構成要素の数、形状、配置等に関しては適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、各セル８の大きさは、コリメート光学系４から入射する光の断面よりも小さかったが、これに限定されない。各セル８の大きさは、コリメート光学系４から入射する光の断面より大きくてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
４…コリメート光学系、５…回折光学素子、６…重畳レンズ、７…コンデンサーレンズ、１１…照明装置、１２…光変調装置、１２Ｒ…赤色光用光変調装置、１２Ｇ…緑色光用光変調装置、１２Ｂ…青色光用光変調装置、１４…投射光学系、１７…光源装置、１８…重畳光学系。
【図１】
2015049380.tif 000003
【図２】
2015049380.tif 000004