(57)【要約】【課題】スペックルを効果的に低減できる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１は、光源装置９と、光源装置９から入射した光を配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する書き換え型位相変調素子１６と、書き換え型位相変調素子１６から射出された光が入射するインテグレーター光学系１９と、インテグレーター光学系１９から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子１１Ｇと、画像光が入射する投写光学系５と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光を射出する第１の光源装置と、
前記第１の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第１の書き換え型位相変調素子と、
前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する位相変調制御部と、
前記第１の書き換え型位相変調素子から射出された光が入射する第１のインテグレーター光学系と、
前記第１のインテグレーター光学系から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する第１の光変調素子と、
前記画像光が入射する投写光学系と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記第１の光源装置は、第１の発光部と第２の発光部とを備え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】
前記第１の発光部から射出された光が前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する領域は、前記第２の発光部から射出された光が前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する領域とは異なることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第１の発光部から射出される光の波長は、前記第２の発光部から射出される光の波長とは異なることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記第１のインテグレーター光学系は、複数のレンズからなる第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイの光射出側に配置された第２のレンズアレイと、を備え、
前記第１の書き換え型位相変調素子から射出された光が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う２個のレンズにまたがって入射する光を含むように、前記位相変調制御部は前記第１の書き換え型位相変調素子を制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系との間の光路中に、集光レンズをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記第１のインテグレーター光学系はロッドレンズを備え、
時間平均において、前記ロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、前記ロッドレンズの形状が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記第１のインテグレーター光学系はロッドレンズを備え、
時間平均において、前記ロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、前記位相変調制御部は前記第１の書き換え型位相変調素子を制御することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記第１の色光の色よりも短波長側の色の第２の色光を射出する第２の光源装置と、
前記第２の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第２の書き換え型位相変調素子と、
前記第２の書き換え型位相変調素子から射出された光が入射する第２のインテグレーター光学系と、
前記第２のインテグレーター光学系から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する第２の光変調素子と、をさらに備え、
前記位相変調制御部は、前記第１の色光の色に応じた位相変調パターンを、前記第１の書き換え型位相変調素子に生成させ、
前記位相変調制御部は、前記第２の色光の色に応じた位相変調パターンを、前記第２の書き換え型位相変調素子に生成させることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１０】
前記位相変調制御部は、前記第２の色光の配光分布の時間的相関が前記第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いように、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第２の書き換え型位相変調素子とを制御することを特徴とする請求項９に記載のプロジェクター。
【請求項１１】
前記第１の光源装置と前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系とは第１の照明光学系を構成し、
前記第２の光源装置と前記第２の書き換え型位相変調素子と前記第２のインテグレーター光学系とは第２の照明光学系を構成し、
前記位相変調制御部は、前記第２の照明光学系の光軸を基準とした前記第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、前記第１の照明光学系の光軸を基準とした前記第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さいように、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第２の書き換え型位相変調素子とを制御することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のプロジェクター。
【請求項１２】
前記第１の色光の色よりも短波長側の色の第２の色光を射出する第２の光源装置をさらに備え、
前記第１の書き換え型位相変調素子は、前記第２の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出し、
前記第１の色光と前記第２の色光とは、時系列的に前記第１の書き換え型位相変調素子に入射し、
前記位相変調制御部は、前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する光の色に応じた位相変調パターンを、前記第１の書き換え型位相変調素子に生成させることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１３】
前記位相変調制御部は、前記第２の色光の配光分布の時間的相関が前記第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いように、前記第１の書き換え型位相変調素子を制御することを特徴とする請求項１２に記載のプロジェクター。
【請求項１４】
前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系とは照明光学系を構成し、
前記位相変調制御部は、前記照明光学系の光軸を基準とした前記第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、前記第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さいように、前記第１の書き換え型位相変調素子を制御することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のプロジェクター。
【請求項１５】
前記第１の光源装置が備える発光部と前記第１の書き換え型位相変調素子との間の光路中に、コリメート光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１６】
前記第１の光源装置と前記第１の書き換え型位相変調素子との間の光路中に、縮小光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１７】
前記第１の書き換え型位相変調素子は液晶素子からなることを特徴とする請求項１から請求項１６までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項１８】
前記第１の光源装置はレーザー光源からなることを特徴とする請求項１から請求項１７まで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】
光源からの照明光をライトバルブ等の光変調素子で変調し、変調された光をスクリーン等に投写して画像表示を行うプロジェクターが実用化されている。近年では表示画像の高輝度化を目的に、レーザー光源のようにコヒーレンス性の高い光を発する光源を用いたプロジェクターの開発が進められている。しかし、コヒーレンス性の高い光を発する光源を用いた場合には、投写画像にスペックルと呼ばれる斑点模様が発生し、表示画像の画質を著しく低下させるという問題がある。
【０００３】
スペックルを効果的に低減するためには、スクリーン上に形成された投写画像の任意の一点に入射する光束の入射角度を時間的にランダムに変化させる必要がある。そのためには、液晶パネルに入射する照明光束の角度分布をランダムに変化させることが重要である。換言すれば、投写レンズの瞳を通過する時の投写光束の強度分布をランダムに変化させることが重要である。液晶パネルや投写レンズの光学特性を逸脱しない範囲内において、角度分布や強度分布の変化量を可能な限り大きく設定することが望ましい。
【０００４】
スペックルを低減する手段として、下記の特許文献１には、回転軸に対して反射面の法線が傾斜する回転ミラーを照明光路に配置した投写型表示装置が開示されている。特許文献１には、このような回転ミラーを用いてレンズアレイインテグレーターから射出する照明光束を照明光軸の回りに回転させることにより、液晶パネルに入射する照明光束の角度分布が変動するため、スペックルを低減できる、と記載されている。
【０００５】
下記の特許文献２には、複数の微細楔形状部を有して回転する透過光学素子を照明光路に配置した投写型表示装置が開示されている。特許文献２には、このような透過光学素子を用いて、ロッドインテグレーターから空間光変調素子に入射する照明光束を照明光軸の回りに回転させて入射させることにより、投写光束の強度分布が投写レンズの瞳内で回転移動し、スペックルを低減できる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６９０１２号公報
【特許文献２】特開２００９−２１６８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のいずれの方法においても、光学素子を規則的に運動させることで光束の角度分布や強度分布を変動させているため、液晶パネルに入射する照明光束の角度分布や投写レンズの瞳を通過する時の投写光束の強度分布は時間的に変化するものの、変化の仕方は明らかな周期性を有している。この場合、光束の強度分布や角度分布に依存して変化するスペックルパターンも時間的な相関性を有する。したがって、複数のスペックルパターンを時間的に重ね合わせることでスペックルをある程度は低減できるものの、重ね合わせる複数のスペックルパターンは互いに相関性を有している。そのため、スペックル低減の効果、すなわちスペックルを視認させにくくする効果は十分ではない。
【０００８】
ところで、液晶パネルや投写レンズの表示特性は入射光束に対して角度依存性を有している。例えば、液晶パネルの透過率は照明光束の入射角が大きくなるに従って低下し、透過率の変化の仕方は入射方向に対して非対称的である場合が多い。また、投写レンズの透過率は投写光軸から離れるに従って低下する。
また、人間が投写画像を見たときのスペックルの目立ち易さは、一般的に赤光で大きく、緑光、青光の順に小さくなる。
さらに、サイネージ分野などでは、目立ち易いスペックルを逆手に利用して、表示画像に注目を集める手法、いわゆるアイキャッチ効果の利用が検討されている。
【０００９】
以上を考慮すると、表示する画像の輝度情報や色情報、表示目的などに応じてスペックルの低減効果と表示画像の明るさの双方を調節できれば、明るさの低下を最小限に抑えつつ、効果的にスペックルを低減することが可能となる。あるいは、表示目的に応じてスペックルを目立たせる等、画像の表現性に高い自由度を持たせることができる。しかし、上記のいずれの方法においても、スペックルの低減効果が固定化しているため、上記のような効果を実現できない。
【００１０】
本発明は、上記の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものである。本発明の一つの態様は、照明光束の配光分布をランダムに変化させることにより、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。また、本発明の一つの態様は、表示する画像内容や表示目的に応じてスペックルの低減効果を調節可能とすることにより、表示性能を高める、もしくは画像表示の表現性に自由度を持たせることが可能なプロジェクターを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、第１の色光を射出する第１の光源装置と、前記第１の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第１の書き換え型位相変調素子と、前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する位相変調制御部と、前記第１の書き換え型位相変調素子から射出された光が入射する第１のインテグレーター光学系と、前記第１のインテグレーター光学系から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する第１の光変調素子と、前記画像光が入射する投写光学系と、を備えることを特徴とする。なお、本発明における配光分布とは、第１の書き換え型位相変調素子から射出される光の射出角度および射出強度の分布のことである。
【００１２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、第１の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第１の書き換え型位相変調素子を備えている。そのため、第１の光変調素子に入射する光の角度分布や投写光学系の瞳を通過する時の光の強度分布を、第１の書き換え型位相変調素子を用いてランダムに変化させることができる。これにより、スペックルを効果的に低減できる。また、第１の書き換え型位相変調素子から射出される光の配光分布を適切に変化させることにより、表示画像の内容や色情報に応じてスペックルの低減効果を調節できる。その結果、画像情報の表現性に高い自由度を持たせることができる。
【００１３】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の光源装置は、第１の発光部と第２の発光部とを備えていてもよい。
この構成によれば、第１の光源装置から射出される光の強度を高めやすく、明るい画像が得られる。
【００１４】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の発光部から射出された光が前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する領域は、前記第２の発光部から射出された光が前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する領域とは異なっていてもよい。
この構成によれば、第１の書き換え型位相変調素子において、第１の発光部から射出された光が入射する領域と第２の発光部から射出された光が入射する領域とが異なるため、これらの領域から射出された光の各々は、第１のインテグレーター光学系に入射する段階で互いに異なる角度分布を有する。これにより、第１のインテグレーター光学系に入射する光の角度分布の多様性が高まり、その結果、第１の光変調素子に入射する光の角度分布の多様性が高まる。従って、スペックルの低減効果を高められる。また、光が書き換え型位相変調素子に入射する領域を発光部毎に備えることにより、光源装置の光出力の増大と書き換え型位相変調素子の耐光性の向上を両立できる。
【００１５】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の発光部から射出される光の波長は前記第２の発光部から射出される光の波長とは異なっていてもよい。
この構成によれば、波長が異なる光により第１の光変調素子が照明されるため、波長多重効果によりスペックルの低減効果をさらに高められる。
【００１６】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１のインテグレーター光学系は、複数のレンズからなる第１のレンズアレイと、前記第１のレンズアレイの光射出側に配置された第２のレンズアレイと、を備え、前記第１の書き換え型位相変調素子から射出された光が、前記複数のレンズのうち互いに隣り合う２個のレンズにまたがって入射する光を含むように、前記位相変調制御部は前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する構成としてもよい。
【００１７】
第１のインテグレーター光学系が第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとを備える場合、第１のレンズアレイを構成するレンズに入射する光束の強度分布が第１の光変調素子に伝達される。上記の構成によれば、第１の書き換え型位相変調素子から射出された光の少なくとも一部が、第１のインテグレーター光学系の互いに隣り合う２個のレンズにまたがって入射するため、第１のインテグレーター光学系から射出された光が第１の光変調素子の表示領域全体を照明でき、第１の光変調素子の表示領域内の照度分布を均一化できる。
【００１８】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系との間の光路中に、集光レンズをさらに備えていてもよい。
この構成によれば、第１の書き換え型位相変調素子から射出された光は、集光レンズを経て第１のインテグレーター光学系に入射する。これにより、第１のインテグレーター光学系に入射する光の角度範囲が狭められ、第１のインテグレーター光学系への光の入射効率を高められる。
【００１９】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１のインテグレーター光学系はロッドレンズを備え、時間平均において、前記ロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、前記ロッドレンズの形状が設定されていてもよい。
第１のインテグレーター光学系がロッドレンズを備える場合、ロッドレンズの光射出端面から射出される光束の強度分布が第１の光変調素子に伝達される。上記の構成によれば、時間平均においてロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、ロッドレンズの形状が設定されている。そのため、ロッドレンズから射出された光が、時間平均において第１の光変調素子の表示領域全体を照明でき、第１の光変調素子の表示領域内の照度分布を均一化できる。
【００２０】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１のインテグレーター光学系はロッドレンズを備え、時間平均において、前記ロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、前記位相変調制御部は前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する構成であってもよい。
上記の構成によれば、時間平均においてロッドレンズの光射出端面の全領域から光が射出されるように、位相変調制御部が第１の書き換え型位相変調素子を制御する。そのため、ロッドレンズから射出された光が、時間平均において第１の光変調素子の表示領域全体を照明でき、第１の光変調素子の表示領域内の照度分布を均一化できる。
【００２１】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の色光の色よりも短波長側の色の第２の色光を射出する第２の光源装置と、前記第２の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第２の書き換え型位相変調素子と、前記第２の書き換え型位相変調素子から射出された光が入射する第２のインテグレーター光学系と、前記第２のインテグレーター光学系から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する第２の光変調素子と、をさらに備え、前記位相変調制御部は、前記第１の色光の色に応じた位相変調パターンを、前記第１の書き換え型位相変調素子に生成させ、前記位相変調制御部は、前記第２の色光の色に応じた位相変調パターンを、前記第２の書き換え型位相変調素子に生成させる構成であってもよい。
【００２２】
スペックルの目立ちやすさは光の波長に依存する。例えば長波長側の光ではスペックルは目立ちやすく、短波長側の光ではスペックルは目立ちにくいという特性がある。この構成によれば、位相変調制御部は、第１の色光の色に応じた位相変調パターンを第１の書き換え型位相変調素子に生成させるとともに、第２の色光の色に応じた位相変調パターンを第２の書き換え型位相変調素子に生成させる。このように、各色光の波長に適した位相変調パターンを生成させることにより、スペックルを効果的に低減できる。
【００２３】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記位相変調制御部は、前記第２の色光の配光分布の時間的相関が前記第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いように、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第２の書き換え型位相変調素子とを制御する構成であってもよい。
この構成によれば、第２の色光の配光分布の時間的相関が第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いため、第２の書き換え型位相変調素子によるスペックルの低減効果は、第１の書き換え型位相変調素子によるスペックルの低減効果よりも小さくなる。これにより、画像情報の表現性に高い自由度を持たせることができる。
【００２４】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の光源装置と前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系とは第１の照明光学系を構成し、前記第２の光源装置と前記第２の書き換え型位相変調素子と前記第２のインテグレーター光学系とは第２の照明光学系を構成し、前記位相変調制御部は、前記第２の照明光学系の光軸を基準とした前記第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、前記第１の照明光学系の光軸を基準とした前記第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さいように、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第２の書き換え型位相変調素子とを制御する構成であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、第２の照明光学系の光軸を基準とした第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、第１の照明光学系の光軸を基準とした第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さくなるため、第２の照明光学系によるスペックルの低減効果は、第１の照明光学系によるスペックルの低減効果よりも小さくなる。これにより、画像情報の表現性に高い自由度を持たせることができる。
【００２６】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の色光の色よりも短波長側の色の第２の色光を射出する第２の光源装置をさらに備え、前記第１の書き換え型位相変調素子は、前記第２の光源装置から入射した光を、配光分布が時間的に変化する光に変換して射出し、前記第１の色光と前記第２の色光とは、時系列的に前記第１の書き換え型位相変調素子に入射し、前記位相変調制御部は、前記第１の書き換え型位相変調素子に入射する光の色に応じた位相変調パターンを、前記第１の書き換え型位相変調素子に生成させる構成であってもよい。
【００２７】
スペックルの目立ちやすさは光の波長に依存する。例えば長波長側の光ではスペックルは目立ちやすく、短波長側の光ではスペックルは目立ちにくいという特性がある。この構成によれば、位相変調制御部は、第１の書き換え型位相変調素子に時系列的に入射する光の色に応じた位相変調パターンを第１の書き換え型位相変調素子に生成させる。そのため、光の波長に適した位相変調パターンを時系列的に生成させることにより、スペックルを効果的に低減できる。
【００２８】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記位相変調制御部は、前記第２の色光の配光分布の時間的相関が前記第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いように、前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する構成であってもよい。
この構成によれば、第２の色光の配光分布の時間的相関が第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いため、第２の色光によるスペックル低減効果は、第１の色光によるスペックル低減効果よりも小さくなる。これにより、画像情報の表現性に高い自由度を持たせることができる。
【００２９】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の書き換え型位相変調素子と前記第１のインテグレーター光学系とは照明光学系を構成し、前記位相変調制御部は、前記照明光学系の光軸を基準とした前記第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、前記第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さいように、前記第１の書き換え型位相変調素子を制御する構成であってもよい。
【００３０】
この構成によれば、第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さくなるため、第２の色光によるスペックル低減効果は、第１の色光によるスペックル低減効果よりも小さくなる。これにより、画像情報の表現性に高い自由度を持たせることができる。
【００３１】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記第１の光源装置が備える発光部と前記第１の書き換え型位相変調素子との間の光路中に、コリメート光学系をさらに備えてもよい。
この構成によれば、発光部から射出された光は、コリメート光学系により平行化された後、第１の書き換え型位相変調素子に入射する。これにより、第１の書き換え型位相変調素子での光変調効率を高められる。
【００３２】
本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記第１の光源装置と前記第１の書き換え型位相変調素子との間の光路中に、縮小光学系をさらに備えてもよい。
この構成によれば、第１の光源装置から射出された光は、縮小光学系により光束径が縮小した後、第１の書き換え型位相変調素子に入射する。これにより、第１の書き換え型位相変調素子を小型化できる。
【００３３】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の書き換え型位相変調素子は液晶素子から構成されていてもよい。
この構成によれば、液晶素子への印加電圧を制御することにより所望の位相変調パターンを容易に形成できる。
【００３４】
本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の光源装置はレーザー光源から構成されていてもよい。
この構成によれば、レーザー光源から射出されるコヒーレンス性の高い光によるスペックルの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）第１レンズアレイの光入射端面における光束の分布を示す図である。
【図３】第１レンズアレイの光入射端面における不適切な光束の分布を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）第１の光源装置と第１の書き換え型位相変調素子と第１のインテグレーター光学系との位置関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図７】第３実施形態のプロジェクターの変形例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第６実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色毎に光変調素子として液晶ライトバルブを備えたプロジェクター、いわゆる３板式の液晶プロジェクターの例である。
図１は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
なお、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。
【００３７】
プロジェクター１は、パーソナルコンピューター、ＤＶＤプレイヤーなどの信号源から供給される画像データに従って画像を形成し、形成した画像をスクリーンや壁などの投写面に投写する。
【００３８】
図１に示すように、プロジェクター１は、照明光学系２と、照明光学系２からの照明光により画像を形成する画像形成光学系３と、画像形成光学系３が形成した色光毎の画像を合成する色合成光学系４と、色合成光学系４により合成された画像を投写する投写光学系５と、プロジェクター１の各部を制御する制御装置（図示略）と、を備える。制御装置は、後述する位相変調制御部１７を含んでいてもよい。プロジェクター１は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光による画像を個別に形成し、これら３色の画像を色合成光学系４によって合成することで、フルカラーの画像を表現できる。
【００３９】
照明光学系２は、赤色光を射出する照明装置６Ｒと、緑色光を射出する照明装置６Ｇと、青色光を射出する照明装置６Ｂと、を含む。照明装置６Ｒ、照明装置６Ｇ、および照明装置６Ｂは、いずれも同様の構成であり、それぞれ光源装置９および照明光学系１０を含む。
【００４０】
画像形成光学系３は、赤色の画像を形成する光変調素子１１Ｒと、緑色の画像を形成する光変調素子１１Ｇと、青色の画像を形成する光変調素子１１Ｂと、を含む。照明光学系２の各色用の照明装置６Ｒ、照明装置６Ｇ、および照明装置６Ｂの各々と光変調素子１１Ｒ、光変調素子１１Ｇ、および光変調素子１１Ｂの各々とは、１対１で対応している。
【００４１】
光変調素子１１Ｒ、光変調素子１１Ｇ、および光変調素子１１Ｂの各々は、対応する照明装置６Ｒ、照明装置６Ｇ、および照明装置６Ｂの各々から射出された照明光により各色の画像を形成し、各色の画像に応じた画像光を射出する。赤色光用の光変調素子１１Ｒは、赤色用の照明装置６Ｒから射出された赤色光により、赤色の画像を形成する。光変調素子１１Ｒは、画像に応じた光（画像光）を射出する。赤色以外の光変調素子１１Ｇ、光変調素子１１Ｂについても、赤色用の光変調素子１１Ｒと同様に、形成した各色の画像に応じた各色の画像光を射出する。
【００４２】
画像形成光学系３から射出された各色の画像光は、色合成光学系４に入射する。色合成光学系４は、例えばダイクロイックプリズムで構成される。ダイクロイックプリズムは、特定の波長域の光を反射させ、他の波長域の光を透過させる２つの波長分離膜を含む。一方の波長分離膜は、赤色光と緑色光とを透過させるとともに青色光を反射させる特性を有する。他方の波長分離膜は、緑色光と青色光とを透過させるとともに赤色光を反射させる特性を有する。
【００４３】
画像形成光学系３から色合成光学系４に入射した各色光は、色合成光学系４により進行方向が揃えられ、色合成光学系４から射出される。色合成光学系４から射出された画像光は、投写光学系５に入射する。投写光学系５は、複数のレンズや反射ミラーで構成され、画像形成光学系３が形成した画像を投写面に拡大投写する。
【００４４】
次に、プロジェクター１の各部について、より詳しく説明する。
本実施形態において、各色用の照明装置６Ｒ、照明装置６Ｇ、および照明装置６Ｂは、いずれも同様の構成である。また、各色用の光変調素子１１Ｒ、光変調素子１１Ｇ、および光変調素子１１Ｂは、いずれも同様の構成である。そのため、緑色の画像に対応する光学系の構成を代表的に説明し、赤色および青色の画像に対応する光学系の説明を省略する。
【００４５】
図１に示すように、照明装置６Ｇは、光源装置９と照明光学系１０とを備える。照明光学系１０は、光源装置９からの光の強度分布を被照明領域である光変調素子１１Ｇにおいて均一化しつつ、光変調素子１１Ｇの画像形成領域上の各点に入射する光の角度分布と強度分布、すなわち配光分布を時間的に変化させる。以下の説明において、照明光学系１０の光軸を照明光軸ＡＸと呼ぶ。また、照明光軸ＡＸと平行な方向をＺ軸とする直交座標系を用いる。
【００４６】
光源装置９は、例えば固体レーザー、液体レーザー、気体レーザー、波長変換素子を用いた波長変換レーザー等を含むレーザー光源からなる発光部１２を備える。光源装置９は、コヒーレンス性を有する光として緑色のレーザー光を発する。本実施形態の光源装置９は、１個の発光部１２を有する。発光部１２の具体的な構成としては、レーザー光源に代えて、例えば発光波長域が狭いスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いてもよい。
【００４７】
照明光学系１０は、コリメート光学系１４、偏光変換素子１５、書き換え型位相変調素子１６、位相変調制御部１７、集光レンズ１８、インテグレーター光学系１９、重畳レンズ２０、および平行化レンズ２１を備えている。インテグレーター光学系１９は、第１のレンズアレイ２２と、第２のレンズアレイ２３と、を備える。
【００４８】
コリメート光学系１４は、光源装置９の光射出側に配置されている。コリメート光学系１４は、光源装置９から射出された光を略平行化する機能を有する。コリメート光学系１４は、１個の発光部１２に対応して１個配置されている。光源装置９から射出された光は、コリメート光学系１４により略平行化される。コリメート光学系１４から射出された光は、偏光変換素子１５を介して書き換え型位相変調素子１６に入射する。
【００４９】
書き換え型位相変調素子１６に入射する光は、平行度が高いことが望ましい。その理由は、平行度が高い光を用いれば、書き換え型位相変調素子１６での後述する光変調効率を高めやすいからである。コリメート光学系１４は、例えば１個のコリメートレンズから構成されている。その他のコリメート光学系１４の形態として、反射ミラーを用いてもよい。発光部１２によっては、光の射出方向と直交する２つの方向（図１におけるｘ方向とｙ方向）において射出角度範囲が著しく異なる光を射出する場合がある。そのような発光部１２を用いる場合には、複数のレンズや非球面レンズを含むコリメート光学系を用いてもよい。
【００５０】
なお、光源装置９から射出された光を書き換え型位相変調素子１６に対して必ずしも垂直に入射させる必要はなく、斜めに入射させる構成としてもよい。その場合、照明装置６Ｇは、必ずしもコリメート光学系１４を備えていなくてもよい。書き換え型位相変調素子１６に対して光を斜めに入射させた場合、書き換え型位相変調素子１６から射出される０次光が後段の光学素子に入射することを防止できる、という利点がある。０次光が後段の光学素子に入射すると、光変調素子１１Ｇの照明状態に悪影響を及ぼすからである。
【００５１】
コリメート光学系１４と書き換え型位相変調素子１６との間の光路上には、偏光変換素子１５が設けられている。偏光変換素子１５は、コリメート光学系１４から射出された光を特定の振動方向を有する直線偏光に変換する。偏光変換素子１５が書き換え型位相変調素子１６の光入射側に設けられたことにより、書き換え型位相変調素子１６に入射する光の偏光度を高められ、書き換え型位相変調素子１６による光変調効率を高められる。偏光変換素子１５には、一般的な偏光板を用いてもよいし、偏光分離膜とミラーと１／２波長板とを含む偏光変換素子を用いてもよい。
【００５２】
書き換え型位相変調素子１６は、一つの位相変調部２５を備えている。書き換え型位相変調素子１６は、位相変調制御部１７からの情報に基づいて、書き換え可能な位相変調パターンを時系列的に生成する。位相変調部２５では位相変調パターンに基づいて光の位相の空間分布を制御する。これにより、位相変調部２５に入射した光束は光変調され、任意の配光分布（角度分布と強度分布）を有する回折光束となって射出される。書き換え型位相変調素子１６は、例えば複数の位相変調領域を備えた液晶素子で構成されている。液晶素子は、一対の基板と、一対の基板間に挟持された液晶層と、を含む。応答速度が速く、低い印加電圧で充分な位相変調を行えるという観点から、液晶層の材料としては強誘電性液晶が好適である。その他、ネマティック液晶やツイステッド・ネマティック液晶などを用いてもよい。
【００５３】
書き換え型位相変調素子１６は、液晶層を駆動するための一対の電極を備えている。少なくとも一方の電極は複数の位相変調領域に分割されている。液晶素子として、液晶層を駆動する電圧を位相変調領域毎に制御しやすいアクティブマトリクス方式の液晶素子を用いることが好ましい。液晶素子を用いた書き換え型位相変調素子１６の場合、印加電圧を制御することにより液晶分子の配列を変化させ、位相変調領域毎に透過する光の位相を容易に変化させることができる。なお、位相変調領域の形状および寸法は、後述する光変調素子１１Ｇの画素の形状および寸法と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。
【００５４】
書き換え型位相変調素子１６には、透過型液晶素子、反射型液晶素子のいずれを採用してもよい。透過型液晶素子を採用した場合、照明光学系２を小型化しやすい、という利点がある。反射型液晶素子を採用した場合、液晶素子の開口率を高くできるために光の利用効率を高められる、位相変調領域の密度を高くできるために情報量が多い位相変調パターンを生成でき、高精度の位相変調が可能である、応答速度が速いために高精度の位相変調が可能である、などの利点がある。
【００５５】
書き換え型位相変調素子１６では、位相変調パターンが時間の経過に伴って書き換えられる。これにより、書き換え型位相変調素子１６から射出される回折光束の配光分布も時間の経過に伴って変化する。回折光束の配光分布の変化の仕方によりスペックル低減効果が変化する。このとき、回折光束の光束量（正確には、光変調素子１１Ｇに入射する光束量）は、配光分布とは無関係に概ね一定に保つ必要がある。その理由は、配光分布の変化に応じて回折光束の光束量が変化すると、光変調素子１１Ｇを一定の明るさで照明できなくなり、画質低下を招くフリッカーが発生するおそれがあるためである。
【００５６】
単位時間あたりの位相変調パターンの書き換え回数（周波数）、すなわち回折光束の生成回数は、少なくとも２４回／秒（２４Ｈｚ）以上に設定されることが望ましい。その理由は、位相変調パターンの書き換えの回数が２４回／秒（２４Ｈｚ）以上であれば、光変調素子１１Ｇを照明する回折光束の強度変化に起因して発生するフリッカーを視認し難くなるからである。さらには、位相変調パターンの書き換えの回数は、光変調素子１１Ｇの画像表示周波数の整数倍、例えば６０回／秒（６０Ｈｚ）や１２０回／秒（１２０Ｈｚ）に設定されることがより望ましい。その理由は、表示画像の内容（色情報や輝度情報など）に対応させてスペックル低減効果を変化させる場合、表示画像の内容との対応を取りやすいからである。
【００５７】
書き換え型位相変調素子１６とインテグレーター光学系１９との間の光路上には、集光レンズ１８が設けられている。集光レンズ１８によって、インテグレーター光学系１９に入射する際の回折光束の角度範囲が狭められる。これにより、インテグレーター光学系１９のへ回折光束の入射効率を高められる。集光レンズ１８は複数個のレンズで構成されていてもよい。なお、書き換え型位相変調素子１６から射出される照明光束の角度範囲が狭く、インテグレーター光学系１９によって効率良く光束を光変調素子１１Ｇへ伝達できる場合、より具体的には、第１のレンズアレイ２２を構成するレンズ２４の光取り込み角度範囲よりも照明光束の角度範囲が狭い場合には、集光レンズ１８は無くてもよい。
【００５８】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、配光分布が時系列的に変化する回折光束がインテグレーター光学系１９の第１のレンズアレイ２２に入射する時の、回折光束の分布を示している。
図２（Ａ）〜（Ｃ）において、光束が存在する領域を網掛けで示す。
【００５９】
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第１のレンズアレイ２２は、照明光学系１０の照明光軸ＡＸに直交する２つの方向（図１におけるｘ方向およびｙ方向）に２次元的に配列された複数のレンズ２４を有する。また、第２のレンズアレイ２３は、第１のレンズアレイ２２の光射出側に配置されており、第１のレンズアレイ２２と同様の構成を有する。
【００６０】
書き換え型位相変調素子１６で生成された回折光束は、集光レンズ１８を経てインテグレーター光学系１９が取り込める光束とする必要がある。具体的には、第１のレンズアレイ２２の光入射端面内に入射し、かつ、レンズ２４の光取り込み角内に収まる角度分布を有する回折光束を生成する必要がある。その理由は、インテグレーター光学系１９が取り込めない回折光束が存在すると、光利用効率を低下させる原因となるからである。
【００６１】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、第１のレンズアレイ２２内に光束が存在する領域Ｒ１が１つだけある例であり、図２（Ｃ）は、第１のレンズアレイ２２内に光束が存在する領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が複数ある例である。図２（Ｃ）のように光束が存在する複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３がある場合も含めて、光束が第１のレンズアレイ２２に入射する時点で、領域内の光束の強度は必ずしも均一である必要はない。光束の強度分布は、インテグレーター光学系１９により概ね均一化されるためである。
【００６２】
ただし、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、書き換え型位相変調素子１６から射出される回折光束は、第１のレンズアレイ２２を構成する複数のレンズ２４のうち互いに隣り合う２個以上のレンズ２４にまたがって入射する光を含む配光分布を持つように、位相変調制御部１７は書き換え型位相変調素子１６を制御する必要がある。レンズアレイ方式のインテグレーター光学系においては、第１のレンズアレイ２２のレンズ２４上の配光分布が被照明対象である光変調素子１１Ｇに伝達される。そのため、２個以上のレンズ２４にまたがって入射する光が含まれない場合、光変調素子１１Ｇの表示領域を部分的にしか照明できず、著しく不均一な強度分布（照度ムラ）を発生させるため好ましくない。
【００６３】
図３に不適当な光束分布の例を示す。図３に示す分布は、２個以上のレンズ２４にまたがることがない光束のみで構成されている。このような分布では、照度ムラが生じるおそれが高くなる。
【００６４】
所望の配光分布を有する回折光束を得るための位相変調パターンは、例えば反復フーリエ変換法などの計算手法を用いて得られる。発光部１２と位相変調部２５およびインテグレーター光学系１９などの位置関係、位相変調部２５に入射する光束の特性（例えば波長、角度分布、強度分布、入射方向等）に応じて、生成すべき位相変調パターンを求めることができる。したがって、位相変調パターンを生成するためのデータを位相変調制御部１７内のメモリーなどに予め格納しておき、必要に応じて位相変調部２５に読み込んで位相変調パターンを生成するなどの手法を採用できる。
【００６５】
なお、図１では、光源装置９、書き換え型位相変調素子１６、およびインテグレーター光学系１９を一直線上に配置したが、この配置形態に限定されない。例えば図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光源装置９、書き換え型位相変調素子１６、およびインテグレーター光学系１９のうちの少なくとも一つを一直線上に配置しない形態としてもよい。
【００６６】
例えば図４（Ａ）に示すように、光源装置９から射出された光束が書き換え型位相変調素子１６に対して斜め方向から入射する配置形態を採用できる。あるいは、図４（Ｂ）に示すように、書き換え型位相変調素子１６からの回折光束がインテグレーター光学系１９の光入射側に配置された集光レンズ２７に対して斜め方向から入射する配置形態を採用できる。
【００６７】
位相変調部２５で回折光束を生成する過程では、目的とする回折光束とは異なる光束が生成される場合がある。例えば回折の過程において、光源装置９からの光束が入射する方向に沿って０次光束と呼ばれる光束Ｌ０が生成されやすい。このような光束Ｌ０がインテグレーター光学系１９を経て光変調素子１１Ｇに入射すると、表示画像の画質低下の原因となる。図４（Ａ）、（Ｂ）に示す配置形態は、光束Ｌ０がインテグレーター光学系１９に取り込まれず、光変調素子１１Ｇへの入射を防止できる点で有効である。なお、図４（Ｂ）の配置形態では、集光レンズから射出された回折光束をインテグレーター光学系１９に対して略垂直に入射させるため、偏芯した集光レンズ２７を用いる必要がある。
【００６８】
あるいは、図４（ｃ）に示すように、反射型の書き換え型位相変調素子２８を採用してもよい。この構成は、例えば反射型液晶素子を用いることで実現が可能である。
【００６９】
図１に示すように、インテグレーター光学系１９に入射した回折光束は、第１のレンズアレイ２２で複数の部分光束に一旦分割された後、第２のレンズアレイ２３と重畳レンズ２０とにより光変調素子１１Ｇ上で重畳される。また、重畳レンズ２０と光変調素子１１Ｇとの間の光路上に、平行化レンズ２１が設けられている。重畳レンズ２０から射出された光は、平行化レンズ２１により略平行化された後、光変調素子１１Ｇに入射する。
【００７０】
書き換え型位相変調素子１６から射出された回折光束は、インテグレーター光学系１９に入射する時点では、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような光束分布を有することから不均一な強度分布を有している。ところが、インテグレーター光学系１９を透過した後の回折光束は、大きな明るさムラが生じることなく略均一な照度で光変調素子１１Ｇを照明する。一方、光変調素子１１Ｇを照明する光束の角度分布は一様ではなく、インテグレーター光学系１９に入射した回折光束の強度分布に応じた角度分布を有している。
【００７１】
光変調素子１１Ｇは、例えば透過型の液晶ライトバルブで構成されている。光変調素子１１Ｇは、図示を省略するが、複数の画素を有する液晶パネルと、液晶パネルの光入射側（平行化レンズ２１側）に配置された偏光板と、液晶パネルの光射出側（色合成光学系４側）に配置された偏光板と、を含む。
【００７２】
光射出側の偏光板は、例えば透過軸が入射側の偏光板の透過軸と直交するように配置される。また、図示しない制御装置は、画像データに基づいて液晶パネルの各画素を透過する光の偏光状態を制御し、液晶ライトバルブの透過率を画素毎に制御する。このようにして、光変調素子１１Ｇは、画像データに対応した画像を形成する。
【００７３】
光変調素子１１Ｒおよび光変調素子１１Ｂについても、光変調素子１１Ｇと同様、画像データに対応した画像を形成する。光変調素子１１Ｒ、光変調素子１１Ｇ、および光変調素子１１Ｂの各々から射出された画像光は、色合成光学系４により合成された後、投写光学系５に入射する。投写光学系５は、光変調素子１１Ｒ、光変調素子１１Ｇ、および光変調素子１１Ｂが形成した画像を投写面上に投写する。
【００７４】
ところで、コヒーレンス性を有する光を照明光に用いて画像を形成する場合、例えば投写面上で画像光の干渉が生じることにより、明点と暗点が縞模様あるいは斑模様に分布してできるスペックルが視認される場合がある。スペックルが観察者に視認されると、観察者にぎらつき感を与えることがあり、画像表示の品位が低下することがある。
【００７５】
この問題に対し、本実施形態のプロジェクター１の場合、時系列的に変化する回折光束の配光分布は、例えば図２（Ａ）〜（Ｃ）にその光束分布を示すように、時間的相関性が極めて弱く、ほとんど無相関と見なせる。換言すれば、本実施形態のプロジェクター１は、配光分布がほとんど無相関と見なせる回折光束を時間順次に生成する。そのため、光変調素子１１Ｇを照明する光束の配光分布も時系列的に変化し、その時間的相関性が極めて弱く、ほとんど無相関と見なせる。また、光変調素子とスクリーンとは、投写光学系５を介して光学的に共役な関係にある。したがって、スクリーンに到達する光束の配光分布も時系列的に変化し、時間的相関性が極めて低く、ほとんど無相関と見なせる。
【００７６】
スクリーンでは、入射する光束によってスペックルパターンが発生する。このとき、光束の配光分布は時間的相関性が非常に弱く、ほとんど無相関と見なせる。そのため、スクリーンで発生するスペックルパターンも時間的相関性が非常に弱く、ほとんど無相関と見なせる。そして、互いに無相関の複数のスペックルパターンが時間的に多重化されると、スペックルの視認性は著しく低減する。換言すれば、光変調素子に入射する光束の角度分布と強度分布各々が時間的に無相関に変化するため、スペックルを効果的に低減できる。したがって、本実施形態のプロジェクター１によれば、スペックルが視認されにくく、明るさムラが充分に少ない画像が表示される。
【００７７】
ところで、光変調素子の表示特性や投写光学系５の光学特性は、入射光束に対して角度依存性を有している場合が多い。例えば液晶パネルの透過率は、液晶パネルに対する照明光束の入射角が大きくなるに従って低下する。また、液晶パネルの透過率は、特定の色光に対して表示特性を設定した場合、他の色光では透過率が低下するというように波長依存性を有する。さらに、投写レンズの透過率や解像性は波長依存性を有し、投写光軸から離れるに従って低下する。
【００７８】
一方、光変調素子に入射する光束の配光分布の時間的相関性が強くなる程、スペックルの低減効果は小さくなる。また、照明光軸あるいは投写光軸付近に光束が集中する程、光束の角度分布における相関性が強くなるため、スペックルの低減効果は小さくなる。
【００７９】
以上を考慮すると、書き換え型位相変調素子１６が生成する回折光束の配光分布を制御することにより、画像表示の表現性に自由度を持たせることができる。表示する画像の内容や表示目的などを考慮して、表示画像の全体にわたってスペックルの低減効果（換言すれば、スペックル強度）を変化させることもできるし、３つの色光のうちの特定の色光の画像についてのみ、スペックルの低減効果を変化させることもできる。
【００８０】
例えば、第１のレンズアレイ２２の中央（照明光軸）付近に光束が比較的集中する配光分布を有する回折光束を生成した場合、スペックルの低減効果は比較的小さい反面、液晶パネルや投写レンズでは高い光利用効率（光透過率）と解像性を得られる。この場合、スペックルは目立ちやすいけれども、明るい画像の表示が可能となる。この様な表示状態は、スペックルの目立ち易さを逆手に利用し、アイキャッチ効果により表示画像に注目を集める場合に有効である。
【００８１】
逆に、第１のレンズアレイ２２の中央（照明光軸）から離れた位置にまで光束が大きく分布する配光分布を有する回折光束を生成した場合、表示画像の明るさはやや低下する反面、高いスペックル低減効果を得られるため、ぎらつき感のない高画質な画像表示が可能となる。
【００８２】
また、スペックルは、一般的に赤色光で最も目立ち易く、緑色光、青色光の順で目立ちにくい。この点に着目すると、スペックルが目立ちにくい青色光に対してはスペックル低減効果よりも光利用効率の向上を優先させる設定とすることにより、比較的出力が小さい青色光用光源を用いることができる。これにより、光源装置の低コスト化、小型化、低消費電力化を実現できる。例えば液晶パネルの透過率を赤色光に対して最適化すると、青色光に対する透過率は低下する。そこで、青色光ではスペックルが目立ちにくくなることを利用し、青色光ではスペックル低減よりも光利用効率を優先する配光分布とする。
【００８３】
例えば緑色光を第１の色光とし、図１で示した緑色光用の光源装置９を第１の光源装置とし、書き換え型位相変調素子１６を第１の書き換え型位相変調素子とし、インテグレーター光学系１９を第１のインテグレーター光学系とし、光変調素子１１Ｇを第１の光変調素子とする。
【００８４】
青色光を第２の色光としたとき、説明を省略したが、本実施形態のプロジェクター１は、第１の色光の色よりも短波長側の色の第２の色光を射出する第２の光源装置と、第２の光源装置から入射した光を配光分布が時間的に変化する光に変換して射出する第２の書き換え型位相変調素子と、第２の書き換え型位相変調素子から射出された光が入射する第２のインテグレーター光学系と、第２のインテグレーター光学系から射出された光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する第２の光変調素子と、をさらに備えている。位相変調制御部１７は、第１の色光の色に応じた位相変調パターンを第１の書き換え型位相変調素子に生成させ、第２の色光の色に応じた位相変調パターンを第２の書き換え型位相変調素子に生成させる。
【００８５】
このとき、位相変調制御部１７は、第２の色光の配光分布の時間的相関が第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強いように、第１の書き換え型位相変調素子と第２の書き換え型位相変調素子とを制御する。この場合、第２の色光である青色光に対するスペックル低減効果は、第１の色光である緑色光に対するスペックル低減効果よりも小さい。これにより、青色光の光利用効率が向上し、明るい青色の照明光を得ることができる。このようにして、画像表示の表現性に自由度を持たせることができる。
【００８６】
あるいは、本実施形態のプロジェクター１において、第１の光源装置と第１の書き換え型位相変調素子と第１のインテグレーター光学系とが第１の照明光学系を構成し、第２の光源装置と第２の書き換え型位相変調素子と第２のインテグレーター光学系とが第２の照明光学系を構成してもよい。
【００８７】
ここで、位相変調制御部１７は、第２の照明光学系の光軸を基準とした第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、第１の照明光学系の光軸を基準とした第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さいように、第１の書き換え型位相変調素子と第２の書き換え型位相変調素子とを制御する。この場合、第２の光源装置からの青色光に対するスペックル低減効果は、第１の光源装置からの緑色光に対するスペックル低減効果よりも小さくなる。これにより、青色光の光利用効率が向上し、明るい青色の照明光を得ることができる。このようにして、画像表示の表現性に自由度を持たせることができる。
【００８８】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態のプロジェクターと同様であり、光源装置が複数の発光部を備えた点が第１実施形態と異なる。
図５は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図５において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
本実施形態のプロジェクター３１においても、第１実施形態と同様、各色光用の照明装置３２Ｒ、照明装置３２Ｇ、照明装置３２Ｂはいずれも同様の構成である。そのため、緑色の画像に対応する光学系の構成を代表的に説明し、赤色および青色の画像に対応する光学系の説明を省略する。
【００９０】
図５に示すように、本実施形態のプロジェクター３１において、光源装置３３は、例えばレーザー光源からなる複数の発光部１２を備えている。図５の例では、光源装置３３は、４個の発光部１２を備えているが、発光部１２の数は適宜変更が可能である。複数の発光部１２は、各々の発光波長が一致していてもよいし、表示色域への影響が小さい範囲で各々の発光波長がわずかに異なっていてもよい。
【００９１】
書き換え型位相変調素子１６は、発光部１２と同数の４個の位相変調部２５を有している。４個の発光部１２の各々から射出された光束は、対応する位相変調部２５に入射するように設定されている。換言すると、４個の発光部１２のうち、任意の１個の発光部１２Ａを第１の発光部とし、第１の発光部とは異なる任意の１個の発光部１２Ｂを第２の発光部としたとき、第１の発光部１２Ａから射出された光が書き換え型位相変調素子１６に入射する第１の領域２５Ａは、第２の発光部１２Ｂから射出された光が書き換え型位相変調素子１６に入射する第２の領域２５Ｂとは異なる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００９２】
本実施形態においても、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを実現できる、表示する画像内容や表示目的に応じて画像表示の表現性に自由度を持つプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９３】
特に本実施形態の場合、インテグレーター光学系１９に対する位相変調部２５の位置が各々異なることから、複数の位相変調部２５から射出された複数の回折光束の各々は、インテグレーター光学系１９に入射する段階で互いに異なる角度分布を有する。これにより、回折光束における角度分布の多様性が高まり、スペックルの低減効果をより一層高められる。
【００９４】
また、複数の発光部１２で各々の発光波長をわずかに異ならせてもよい。例えば第１の発光部１２Ａから射出される光の波長は、第２の発光部１２Ｂから射出される光の波長とは異なっていてもよい。複数の発光部１２で発光波長をわずかに異ならせた場合、波長多重効果によりスペックル低減効果をより高めることができる。また、複数の発光部１２と、それに対応させた複数の位相変調部２５を備えることにより、光源装置３３の光出力の増大と書き換え型位相変調素子１６の耐光性の向上を両立できる。これにより、高い長期信頼性を確保しつつ光変調素子１１Ｇを照明する光量を容易に増大でき、明るい画像表示が可能なプロジェクターを実現できる。
【００９５】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態のプロジェクターと同様であり、照明装置が縮小光学系を備えた点が第１実施形態と異なる。
図６は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図６において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９６】
図６に示すように、本実施形態のプロジェクター４１において、光源装置３３は、例えばレーザー光源からなる複数の発光部１２を備えている。照明装置４２Ｇは、光源装置３３と書き換え型位相変調素子１６との間の光路上に、アフォーカル縮小光学系４３を備えている。アフォーカル縮小光学系４３は、凸レンズ４４と凹レンズ４５とを含むガリレオ系レンズ群で構成されている。アフォーカル縮小光学系４３は、複数の発光部１２から射出された複数の光束間の距離を縮小する機能を有する。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００９７】
図６では、アフォーカル縮小光学系４３は、１個の凸レンズ４４と１個の凹レンズ４５とで構成されているが、複数個のレンズで構成されて集光性を有する正レンズ群と複数個のレンズで構成されて発散性を有する負レンズ群とで構成されていてもよい。
【００９８】
本実施形態においても、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを実現できる、表示する画像内容や表示目的に応じて画像表示の表現性に自由度を持つプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９９】
特に本実施形態の場合、照明装置４２Ｇがアフォーカル縮小光学系４３を備えたことにより、複数の発光部１２から射出される光束からなる光束群について、高い平行度と光束群断面内における強度分布の対称性とを維持しつつ、光束間隔を詰めた状態で位相変調部２５に対して略垂直に光束を入射できる。これにより、書き換え型位相変調素子１６を小型化でき、高い光変調効率が得られる。
【０１００】
このような構成は、サイズが大きい複数の発光部１２を用いて光源装置３３を構成する場合に好適である。例えば、半導体レーザー素子であるレーザーダイオードを例えば小型化が難しいＣＡＮパッケージに実装した発光部を用いる場合、光源装置３３に対して書き換え型位相変調素子１６を小型化、低コスト化できる。
【０１０１】
［第３実施形態の変形例］
第３実施形態では、アフォーカル縮小光学系として、凸レンズと凹レンズとを含むガリレオ系レンズ群を用いたが、この構成に代えて、図７に示すように、照明装置４７Ｇにおいて、第１の凸レンズ４９と第２の凸レンズ５０とを含むケプラー系レンズ群を用いてもよい。図７では、アフォーカル縮小光学系４８が１個の第１の凸レンズ４９と１個の第２の凸レンズ５０とで構成されているが、それぞれが複数個のレンズで構成されて集光性を有する第１の正レンズ群及び第２の正レンズ群で構成されていてもよい。
本変形例のプロジェクター４６においても、第３実施形態のプロジェクターと同様の効果が得られる。
【０１０２】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図８を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態のプロジェクターと同様であり、照明装置が集光光学系を備えた点が第１実施形態と異なる。
図８は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図８において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０３】
図８に示すように、本実施形態のプロジェクター５１において、光源装置３３は、例えばレーザー光源からなる複数の発光部１２を備えている。照明装置５２Ｇは、光源装置３３と書き換え型位相変調素子１６との間の光路上に、集光光学系５３を備えている。集光光学系５３は、１個の凸レンズで構成されている。集光光学系５３は、複数の発光部１２から射出された複数の光束を書き換え型位相変調素子１６の一つの位相変調部２５に集光させる機能を有する。図８では、集光光学系５３は１個の凸レンズで構成されているが、複数個のレンズで構成されて集光性を有する正レンズ群で構成されていてもよい。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【０１０４】
本実施形態においても、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを実現できる、表示する画像内容や表示目的に応じて画像表示の表現性に自由度を持つプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１０５】
特に本実施形態の場合、光源装置３３から射出された複数の光束が一つの位相変調部２５に入射する。そのため、第２実施形態のプロジェクターのような回折光束の角度分布の多様性を高める効果は期待できない反面、書き換え型位相変調素子１６を小型化できるため、書き換え型位相変調素子１６を低コスト化できる。
【０１０６】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図９を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態のプロジェクターと同様であり、インテグレーター光学系としてロッドレンズを採用した点が第１実施形態と異なる。
図９は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図９において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１０７】
図９に示すように、本実施形態のプロジェクター６１は、照明装置６２Ｇのインテグレーター光学系としてロッドレンズ６３を備えている。ロッドレンズ６３として、例えばガラスや樹脂から構成され、照明光軸ＡＸと直交する断面形状が矩形状の透光性導光体が用いられる。もしくは、ロッドレンズ６３として、照明光軸ＡＸを取り囲むように複数の反射面を管状に配置した管状導光体が用いられる。
【０１０８】
ロッドレンズ６３と光変調素子１１Ｇとの間の光路上には、リレー光学系６４が設けられている。リレー光学系６４は、例えば第１の凸レンズ６５、第２の凸レンズ６６、第３の凸レンズ６７から構成されている。ロッドレンズ６３の光射出端面６３ｂにおける光束分布（強度分布）はリレー光学系６４によって光変調素子１１Ｇに伝達されるため、リレー光学系６４としては、光束分布（強度分布）を維持しつつ光束を伝達できるテレセントリック性を備えたリレー光学系を用いることが好ましい。また、光源装置３３は、例えばレーザー光源からなる複数の発光部１２を備えている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【０１０９】
ロッドレンズ６３の光射出端面６３ｂから射出される光束量は、時間平均した場合に光射出端面６３ｂの全域において略均一となるように、ロッドレンズ６３の仕様（長さやテーパー形状）、ロッドレンズ６３に入射する回折光束の仕様（入射角度や光束径）などが適切に設定される必要がある。換言すると、時間平均において、ロッドレンズ６３の光射出端面６３ｂの全領域から光が射出されるように、ロッドレンズ６３の長さや形状を設定する。もしくは、時間平均において、ロッドレンズ６３の光射出端面６３ｂの全領域から光が射出されるように、位相変調制御部１７は書き換え型位相変調素子１６を制御する。常にロッドレンズ６３の光射出端面６３ｂの一部からのみ照明光束が射出される状態が継続すると、光変調素子１１Ｇの表示領域の全体を照明できず、著しく不均一な強度分布（照度ムラ）を発生させるため、好ましくない。
【０１１０】
本実施形態においても、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを実現できる、表示する画像内容や表示目的に応じて画像表示の表現性に自由度を持つプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１１】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の画像を一つの光変調素子で時間順次に形成するプロジェクター、いわゆる単板式の液晶プロジェクターの例である。
図１０は、本実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図１０において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１２】
図１０に示すように、本実施形態のプロジェクター７１は、互いに異なる発光波長域を有する３個の発光部７２Ｒ、発光部７２Ｇ、発光部７２Ｂと、色合成光学系４と、を含む光源装置７３を備えている。すなわち、光源装置７３は、赤色光を発光するレーザー光源からなる発光部７２Ｒと、緑色光を発光するレーザー光源からなる発光部７２Ｇと、青色光を発光するレーザー光源からなる発光部７２Ｂと、を備えている。ここでは、光源装置７３は、各色光を発光する発光部は１個のレーザー光源で構成されているが、複数個のレーザー光源で構成されていてもよい。
【０１１３】
複数の発光部７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂの各々から射出された赤色光、緑色光、および青色光は、色合成光学系４に入射する。色合成光学系４は、例えばダイクロイックプリズムで構成される。ダイクロイックプリズムは、入射光の波長に応じて入射光を反射または透過させる２つの波長分離膜を含む。一方の波長分離膜は、赤色光と緑色光とを透過させるとともに青色光を反射させる特性を有する。他方の波長分離膜は、緑色光と青色光とを透過させるとともに赤色光を反射させる特性を有する。色合成光学系４に入射した各色光は、色合成光学系４により進行方向が揃えられ、色合成光学系４から射出される。
【０１１４】
色合成光学系４から射出された光は、偏光変換素子１５を経て書き換え型位相変調素子１６に入射する。書き換え型位相変調素子１６から射出された回折光束は、集光レンズ１８を経てインテグレーター光学系１９に入射する。本実施形態では、インテグレーター光学系１９として、レンズアレイ方式のインテグレーター光学系を用いたが、第５実施形態のようなロッド方式のインテグレーター光学系を用いてもよい。
【０１１５】
本実施形態のプロジェクター７１においては、３個の発光部７２Ｒ、発光部７２Ｇ、発光部７２Ｂが時間順次に発光し、光変調素子１１では３個の発光部７２Ｒ、発光部７２Ｇ、発光部７２Ｂ各々の発光タイミングに合わせて赤色光用画像、緑色光用画像、および青色光用画像が時間順次に生成される。書き換え型位相変調素子１６は、３個の発光部７２Ｒ、発光部７２Ｇ、発光部７２Ｂ各々から入射する光束に対応した回折光束を時間順次に射出する。
【０１１６】
書き換え型位相変調素子１６において、位相変調部２５に入射する光束の特性、例えば波長が変化すると、生成される回折光束の配光分布が変化する。本実施形態では、書き換え型位相変調素子１６を用い、入射する光束の特性を考慮して位相変調パターンを時間順次に書き換える構成となっている。そのため、波長などの特性が異なる複数の光束に対して、一つの位相変調部２５で対応することができる。これにより、書き換え型位相変調素子の小型化、低コスト化を実現できる。
【０１１７】
具体的には、例えば３つの色光のうち、赤色光を第１の色光とし、青色光を第２の色光とする。第１の色光と第２の色光とは、書き換え型位相変調素子１６に時系列的に入射する。位相変調制御部１７は、書き換え型位相変調素子１６に入射する光の色に応じた位相変調パターンを書き換え型位相変調素子１６に生成させる。
【０１１８】
このとき、位相変調制御部１７は、短波長側の第２の色光の配光分布の時間的相関が長波長側の第１の色光の配光分布の時間的相関よりも強くなるように、書き換え型位相変調素子１６を制御する。この場合、スペックルがより目立ちやすい第１の色光に対してはスペックル低減効果がより高くなる。一方、スペックルがより目立ちにくい第２の色光に対してはスペックル低減効果を抑えて高い明るさを確保できる。これにより、画像表示の表現性に自由度を持たせることができる。
【０１１９】
あるいは、位相変調制御部１７は、照明光軸ＡＸを基準とした第２の色光の時間平均における配光分布範囲が、第１の色光の時間平均における配光分布範囲よりも小さくなるように、書き換え型位相変調素子１６を制御してもよい。この場合、スペックルがより目立ちやすい第１の色光に対してはスペックル低減効果がより高くなり、スペックルがより目立ちにくい第２の色光に対してはスペックル低減効果を抑えて高い明るさを確保することができる。これにより、画像表示の表現性に自由度を持たせることができる。
【０１２０】
本実施形態においても、スペックルを効果的に低減できるプロジェクターを実現できる、表示する画像内容や表示目的に応じて画像表示の表現性に自由度を持つプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１２１】
本実施形態においては、複数の発光部７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂの各々から射出された色光を色合成光学系４で合成し、書き換え型位相変調素子１６に入射させる構成を採用した。この構成に代えて、複数の発光部７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂの各々の光射出面を書き換え型位相変調素子１６に向けて平面的に配列し、色合成光学系を用いない構成を採用してもよい。
【０１２２】
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では、光変調素子として液晶ライトバルブを採用したが、液晶ライトバルブに代えて、例えばデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ、テキサスインスツルメンツ社登録商標）を採用することもできる。その他、上記実施形態で例示したプロジェクターの各部の具体的な構成は適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１，３１，４１，４６，５１，６１，７１…プロジェクター、５…投写光学系、９，３３，７３…光源装置、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…光変調素子、１２…発光部、１２Ａ…第１の発光部、１２Ｂ…第２の発光部、１４…コリメート光学系、１６…書き換え型位相変調素子、１７…位相変調制御部、１９…インテグレーター光学系、２２…第１のレンズアレイ、２３…第２のレンズアレイ、２４…レンズ、４３，４８…アフォーカル縮小光学系、５３…集光光学系、６３…ロッドレンズ。
【図１】
2015099323.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015099323.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015099323.tif 000008
【図７】
2015099323.tif 000009
【図８】
2015099323.tif 000010
【図９】
2015099323.tif 000011
【図１０】
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