(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルに複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成し、所定の焦点距離を有する投射レンズに出射する液晶表示素子であって、
上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低く、
上記マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および上記投射レンズの焦点距離ｆとした場合に、上記投射パワーと上記所定波長のレーザ光に基づく基準値とが以下の関係を満足する
液晶表示素子。
【数１】
0005157374.tif 000006
【請求項２】
上記所定波長は、青色のレーザ光の波長帯を含む
請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの曲率が選択的に異なるように形成されている
請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの厚さが選択的に異なるように形成されている
請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項５】
レーザ光ビームを出射する少なくとも一つのレーザを有する光源部と、
複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成する液晶表示パネルと、
上記光源部から出射されたレーザ光ビームを導波して上記液晶表示パネルに照射する光学系と、
上記液晶表示パネルによる画像光を投射する投射レンズと、を有し、
上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低く、
上記マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および上記投射レンズの焦点距離ｆとした場合に、上記投射パワーと上記所定波長のレーザ光に基づく基準値とが以下の関係を満足する
投射型液晶表示装置。
【数２】
0005157374.tif 000007
【請求項６】
上記所定波長は、青色のレーザ光の波長帯を含む
請求項５記載の投射型液晶表示装置。
【請求項７】
上記光源部は、
赤、緑および青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有する
請求項５または６記載の投射型液晶表示装置。
【請求項８】
上記光学系は、
光の回折または屈折によって、前記光源部から出射された各色のレーザ光ビームを、  色分離し上記液晶表示パネルへの入射角度を制御する光学素子を含む
請求項７記載の投射型液晶表示装置。
【請求項９】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの曲率が選択的に異なるように形成されている
請求項５から８のいずれか一に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの厚さが選択的に異なるように形成されている
請求項５から８のいずれか一に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
赤、緑および青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有する光源部と、
複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、赤、緑および青のレーザ光ビームが個別に照射され、画像信号に応じた画像光を生成する第１、第２および第３の液晶表示パネルと、
上記光源部から出射された赤、緑および青のレーザ光ビームを導波してそれぞれ対応する第１、第２および第３の液晶表示パネルに照射する光学系と、
上記第１の液晶表示パネルによる第１の画像光と、上記第２の液晶表示パネルによる第２の画像光と、上記第３の液晶表示パネルによる第３の画像光とを合成する合成光学手段と、
上記合成光学手段による画像光を投射する投射レンズと、を有し、
上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低く、
上記マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および上記投射レンズの焦点距離ｆとした場合に、上記投射パワーと上記所定波長のレーザ光に基づく基準値とが以下の関係を満足する
投射型液晶表示装置。
【数３】
0005157374.tif 000008
【請求項１２】
上記所定波長は、青色のレーザ光の波長帯を含む
請求項１１記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１３】
上記光学系は、
光の回折または屈折によって、前記光源部から出射された各色のレーザ光ビームを、  色分離し上記各液晶表示パネルへの入射角度を制御する光学素子を含む
請求項１１または１２記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１４】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの曲率が選択的に異なるように形成されている
請求項１１から１３のいずれか一に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１５】
上記マイクロレンズアレイにおいて、
上記マイクロレンズアレイの厚さが選択的に異なるように形成されている
請求項１１から１３のいずれか一に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１６】
投射型液晶表示装置を搭載した電子機器であって、
上記投射型液晶表示装置は、
レーザ光ビームを出射する少なくとも一つのレーザを有する光源部と、
複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成する液晶表示パネルと、
上記光源部から出射されたレーザ光ビームを導波して上記液晶表示パネルに照射する光学系と、
上記液晶表示パネルによる画像光を投射する投射レンズと、を有し、
上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低く、
上記マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および上記投射レンズの焦点距離ｆとした場合に、上記投射パワーと上記所定波長のレーザ光に基づく基準値とが以下の関係を満足する
電子機器。
【数４】
0005157374.tif 000009
【請求項１７】
投射型液晶表示装置を搭載した電子機器であって、
上記投射型液晶表示装置は、
赤、緑および青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有する光源部と、
複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、赤、緑および青のレーザ光ビームが個別に照射され、画像信号に応じた画像光を生成する第１、第２および第３の液晶表示パネルと、
上記光源部から出射された赤、緑および青のレーザ光ビームを導波してそれぞれ対応する第１、第２および第３の液晶表示パネルに照射する光学系と、
上記第１の液晶表示パネルによる第１の画像光と、上記第２の液晶表示パネルによる第２の画像光と、上記第３の液晶表示パネルによる第３の画像光とを合成する合成光学手段と、
上記合成光学手段による画像光を投射する投射レンズと、を有し、
上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低く、
上記マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および上記投射レンズの焦点距離ｆとした場合に、上記投射パワーと上記所定波長のレーザ光に基づく基準値とが以下の関係を満足する
電子機器。
【数５】
0005157374.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロレンズアレイを有する液晶表示素子（液晶表示パネル）、およびこの液晶表示素子をライトバルブとして用い、コヒーレント光を出射する光源を有する投射型液晶表示装置（液晶プロジェクタ）、並びに携帯電話端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、玩具などの投射型液晶表示装置を搭載した電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタは、一般に、住居内などに設置して使用するものとして考えられ、特許文献１（特開昭６３−１１８１２５号公報）や特許文献２（特開平４−６０５３８号公報）などに示されているように、光源として、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプなどのランプが用いられている。
【０００３】
しかし、ランプを光源とすると、（ａ）光源部の口径が大きくなり、プロジェクタ全体が大型化する、（ｂ）光源部の発熱量が大きく、ファンなどの冷却装置を必要とし、プロジェクタ全体がいっそう大型化する、（ｃ）ファンなどによるノイズが大きく、消費電力も大きくなる、（ｄ）紫外線など、不要かつ有害な波長領域の光が照射され、有機物を使用した液晶表示パネルの信頼性を損ねるおそれがある、（ｅ）光源を高速でオン・オフすることができず、光量の調整も難しい、（ｆ）ランプの断線や寿命によって、頻繁にランプ交換が必要となる、などの問題がある。
【０００４】
そのため、プロジェクタの光源としてランプ以外の発光素子（発光体）を用いることが考えられている。
【０００５】
具体的に、特許文献３（特開２００５−１１６７９９号公報）や非特許文献１（下に記載）には、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４（特表２００５−５２６２８８号公報）には、光源としてレーザを用い、レーザの励起を、ラスタパターン中のピクセルごとに制御するとともに、レーザから放出されたレーザ光を、２つの走査ミラーからなるスキャナによってラスタパターン上に走査させて、ラスタパターン上に２次元画像を表示することが示されている。
【０００７】
レーザについては、半導体レーザ、いわゆるＬＤや、半導体レーザによって励起される固体レーザ（ＤＰＳＳＬ：Ｄｉｏｄｅ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌａｓｅｒ）などの固体レーザが実現されており、その大きさも、半導体レーザでは、一辺の長さを数１００μｍ程度にすることができ、固体レーザの非線形光学結晶では、１００ｍＷ出力クラスで数ｍｍ程度にすることができる。
【０００８】
また、半導体レーザまたは固体レーザは、メタルハライドランプなどと比較すると、長寿命で、ほとんど交換が不要であり、発光効率も高く、発熱も少なく、冷却しやすい。
【０００９】
また、半導体レーザまたは固体レーザは、結晶の種類や組成によって、赤、緑および青の各波長領域内の、表示に最適な波長の光を出射させることが可能であり、色純度が向上し、赤外光や紫外光などの表示に不要な光も出射されない。
【００１０】
さらに、半導体レーザまたは固体レーザは、オン・オフのスイッチングも瞬時に行うことができ、出射光量の制御も容易である。
【００１１】
上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
【特許文献１】特開昭６３−１１８１２５号公報
【特許文献２】特開平４−６０５３８号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６７９９号公報
【特許文献４】特表２００５−５２６２８８号公報
【非特許文献１】Ｇ．Ｈａｒｂｅｒｓ，Ｍ．Ｋｅｕｐｅｒ，Ｓ．Ｐａｏｌｉｎｉ；“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  ＬＥＤ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ“，ＩＤＷ‘０３  ｐ１５８５〜ｐ１５８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献３や非特許文献１に示されているように、液晶プロジェクタの光源としてＬＥＤを用いると、光源としてランプを用いる場合に比べて、光源部を小型化することができ、プロジェクタ全体を小型化することができるが、それでも、プロジェクタ全体としては、「手のひら」に載る程度のサイズが限度であり、プロジェクタを携帯電話端末などの小型の機器に内蔵させることは難しい。
【００１３】
しかも、特許文献３でも指摘されているように、ＬＥＤは、出射される光の発散角が大きく、これをプロジェクタの光源として用いた場合、エテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）が液晶表示パネルの表示領域に比べて大きくなり過ぎ、結果として光利用効率が低下する。
【００１４】
これに対して、半導体レーザまたは固体レーザは、それ自体として小型化することができるだけでなく、ＬＥＤと比較すると、出射される光の発散角を圧倒的に小さくすることができ、光利用効率を大きく向上させることができる。
【００１５】
これは、レーザ光源は、ＬＥＤと比較すると、より点光源に近づくため、エテンデュの最適化が簡単になり、光利用効率が上昇して、結果として、プロジェクタにおいて同程度の光量を達成するのに、光源としてＬＥＤを用いた場合と比較すると、光源の出射光量が少なくて済むからである。
【００１６】
その結果、光源としてレーザを用いた場合には、冷却装置を簡略化し、または不要とすることができる。
【００１７】
ところで、レーザ光源を用いた場合、特にフロントプロジェクタ用途の場合、レーザ光の安全性に注意する必要がある。
レーザ安全基準は、各国において定められており、我国においては、ＪＩＳ規格が存在する。熱的障害および、光化学障害に関する最大許容露光量(MPE)が決められており、各クラス分類において、最大被曝放出限界（AEL）が決められている(JIS  C 6802  参照)。
【００１８】
小型で低出力なレーザ光源を有するプロジェクタは、携帯電話あるいは、種々の電子機器に付帯させ様々な用途に簡便に利用できる可能性を秘めており、開発が盛んである。  たとえば、最近の例としては、上述した特許文献４などに見られるようなビームスキャン方式によるプロジェクタがある。
【００１９】
しかしながら、これらの例では、レーザ安全基準については、いわゆるクラス２（Class2）としているが、民生用の機器への応用としては不十分と思われる。
それは、これらの小型携帯電子機器用レーザ光源を有するディスプレイは、子供から老人まで広い世代で利用され、いろいろな使用方法で使用されることが予想され、それらの使用態様を予想し、それらの全ての場合に対し、インタロック（interlock）を対応させることは非常に難しいことであるからである。
【００２０】
また、ビームスキャン方式では、レーザスキャンが万が一止まってしまった場合は、レーザビーム（Laser  Beam）が直接出射され、それらのレーザビームが直接裸眼に入る可能性を、払拭できない。
その万が一の対策のためには、厳重なインタロック等安全対策が必要で、その分余計な機能を要し、高コストになってしまう可能性もありうる。
現状のスキャン方式の小型プロジェクタの明るさはおおよそ１０ｌｍ程度の出力であるのは、特に眼の安全性を考えての上であると考えられる。したがって、更に高出力化を図ったりすることには限界があると思われる。
【００２１】
一方で、マイクロディスプレイ（液晶、DLP（TI社による名称））デバイスを用いたレーザプロジェクタも考えられる。
この場合においては、光出力から導かれる熱的網膜障害に対しては、ほとんど問題ないが、光化学的網膜障害に対する基準でクラス１（Class１）を達成することが、難しい。
【００２２】
本発明は、レーザ光源を用いた場合であっても熱的網膜障害のみならず、光化学的網膜障害に対する基準を満たすことが可能で、安全性の高い液晶表示素子および投射型液晶表示装置、並びに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の観点は、パネルに複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成し、所定の焦点距離を有する投射レンズに出射する液晶表示素子であって、上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【００２４】
本発明の第２の観点の投射型液晶表装置は、レーザ光ビームを出射する少なくとも一つのレーザを有する光源部と、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成する液晶表示パネルと、上記光源部から出射されたレーザ光ビームを導波して上記液晶表示パネルに照射する光学系と、上記液晶表示パネルによる画像光を投射する投射レンズと、を有し、上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【００２５】
本発明の第３の観点の投射型液晶表装置は、赤、緑および青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有する光源部と、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、赤、緑および青のレーザ光ビームが個別に照射され、画像信号に応じた画像光を生成する第１、第２および第３の液晶表示パネルと、上記光源部から出射された赤、緑および青のレーザ光ビームを導波してそれぞれ対応する第１、第２および第３の液晶表示パネルに照射する光学系と、上記第１の液晶表示パネルによる第１の画像光と、上記第２の液晶表示パネルによる第２の画像光と、上記第３の液晶表示パネルによる第３の画像光とを合成する合成光学手段と、上記合成光学手段による画像光を投射する投射レンズと、を有し、上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【００２６】
本発明の第４の観点は、投射型液晶表示装置を搭載した電子機器であって、上記投射型液晶表示装置は、レーザ光ビームを出射する少なくとも一つのレーザを有する光源部と、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、画像信号に応じた画像光を生成する液晶表示パネルと、上記光源部から出射されたレーザ光ビームを導波して上記液晶表示パネルに照射する光学系と、上記液晶表示パネルによる画像光を投射する投射レンズと、を有し、上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【００２７】
本発明の第５の観点は、投射型液晶表示装置を搭載した電子機器であって、上記投射型液晶表示装置は、赤、緑および青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有する光源部と、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイが形成され、赤、緑および青のレーザ光ビームが個別に照射され、画像信号に応じた画像光を生成する第１、第２および第３の液晶表示パネルと、上記光源部から出射された赤、緑および青のレーザ光ビームを導波してそれぞれ対応する第１、第２および第３の液晶表示パネルに照射する光学系と、上記第１の液晶表示パネルによる第１の画像光と、上記第２の液晶表示パネルによる第２の画像光と、上記第３の液晶表示パネルによる第３の画像光とを合成する合成光学手段と、上記合成光学手段による画像光を投射する投射レンズと、を有し、上記マイクロレンズの集光全角、有効対角パネルサイズ、および上記投射レンズの焦点距離により規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、レーザ光源を用いた場合であっても熱的網膜障害のみならず、光化学的網膜障害に対する基準を満たすことができ、高い安全性を確保することが可能となる。
また、プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の機器に内蔵できる程度に小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。
【００３１】
本第１の実施形態においては、光源としてコヒーレント光を出射する、たとえばレーザ光源を用い、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３色につき一枚の液晶表示パネル（液晶ライトバルブ）を用いる単板式の場合を示す。
実施形態として一番好適な例は、フィールドシーケンシャル（FSでない）マイクロレンズ（ＭＬ）を使用した単板式プロジェクタである。
その理由は、
（１）レーザ光源はエテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）が小さく、単板方式でも３板方式と同じ程度の光出力の効率を達成でき、
（２）ＭＬ単板式の場合、斜入射光の角度が発生するため、入射光の発散角を絞る必要がある。そのため結果的に３板式に比較し、輝度を落とすことになる。しかし、レーザ光を光源にした場合は、もともと光発散角が小さいため輝度を落とすことなくしかも、斜入射光角度もランプ系光源に比較して小さくできる。
からである。
【００３２】
そして、本実施形態においては、レーザ光源を用いた場合であっても熱的網膜障害のみならず、光化学的網膜障害に対する基準を満たすことができ、高い安全性を確保することができるように、液晶表示パネルに形成されるマイクロレンズアレイのマイクロレンズの集光全画角θ（ｕ）、有効対角パネルサイズｃ、投射レンズの焦点距離ｆとしてとき、これらがＪＩＳ  Ｃ６８０２で規定される所定の式が所定の条件を満足するように構成されている。
この条件等に関しては後で詳述する。
【００３３】
本投射型表示装置（液晶プロジェクタ）ＰＲＪは、図１に示すように、光源部１、光学系２、フィールドレンズ（ＦＬ）３、液晶表示素子としての液晶表示パネル（ＬＣＤ）４、および投射レンズ（投射光学系）５を主構成要素として構成されている。
【００３４】
方向を明確にするために、図示するように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｚ方向は、図１では紙面に垂直な方向である。
【００３５】
＜光源部１＞
この例では、光源部１は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが、Ｘ方向に並列に配列されている。
【００３６】
赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂとしては、それぞれ半導体レーザを用いる。たとえば、赤色レーザ１１Ｒとしては、ＩｎＡｌＧａＰ系などのものを用い、青色レーザ１１Ｂとしては、ＧａＮ系やＩｎＧａＮ系のものを用いる。
【００３７】
一方、緑のレーザ光を出射する半導体レーザは、現在のところ実現されていないため、緑色レーザ１１Ｇとしては、半導体レーザによって励起される固体レーザ、いわゆるＤＰＳＳ（Ｄｉｏｄｅ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ）レーザ、たとえば、ＹＶＯ４＋ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）、結晶ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ  ＬｉＮｂＯ３）、またはＰＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｐｏｌｅｄ）ＭｇＯ・ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）などを用いる。
【００３８】
赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂの発振モードは、マルチモードでもよい。温度変化などに対するモード安定性や偏光安定性を図るために、半導体レーザでは狭ストライプ幅を実現し、固体レーザでは周期的分極反転（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｐｏｌｅｄ）を図ることがある。
本発明では、光学系２に配置される後述の色分離およびフィールドレンズ３、液晶表示パネル４への入射角度を制御する色分離および入射角度制御素子（回折光学素子または屈折型光学素子）の入射光ビームの形状に対する鈍感性によって、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂとして、横モード（トランスバースモード：ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍｏｄｅ）がマルチモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いることができる。
【００３９】
もちろん、シングルモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いてもよい。一般に半導体レーザの場合は、モード制御をするよりは、多モード発振まで利用できるようにすることによって、使用できる半導体レーザの歩留まりが向上し、製造コストが低下する。
【００４０】
たとえば、赤色レーザ１１Ｒとしては、発振波長６３５ｎｍ〜６４０ｎｍのＩｎＡｌＧａＰ系の半導体レーザを用い、青色レーザ１１Ｂとしては、発振波長４４５ｎｍのＧａＮ系の半導体レーザを用いる。それぞれ、出力は１００ｍＷ、垂直方向の光発散角は３０度（ＦＷＨＭ）、水平方向の光発散角は１０度、横モードはシングルモード、縦モードはマルチモードである。
【００４１】
緑色レーザ１１Ｇとしては、８０８ｎｍ半導体レーザ励起、発振波長５３２ｎｍの、ＹＶＯ４＋ＫＴＰ二次高調波利用の固体レーザを用いる。出力は１００ｍＷ、横モードはシングルモード、シングルモードはマルチモードである。
【００４２】
レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ間の平行度は、色分離および入射角度制御素子としての回折光学素子によって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒ，２Ｇおよび２Ｂのフィールドレンズ３への入射角を制御する上で重要であるが、その平行度がＸ方向およびＹ方向で１度以内に収まるようにする。具体的には、いわゆるアクティブアライメント方式によって、レーザ光を発振しつつ、そのような平行度になるように制御する。
【００４３】
図２は、本実施形態に係る光源部の構成の一例を示す図である。
【００４４】
光源部１については、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂを図１のように単に一方向に配列し、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂから出射されたレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを、光学系２に入射させると、レーザのパッケージなどのために、隣接するレーザ光ビーム間の距離を十分に小さくできないことがある。
【００４５】
そこで、光源部１は、一例として、図２に示すように構成する。
具体的に、この例では、ＤＰＳＳレーザからなる中央の緑色レーザ１１Ｇを、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂに対して後退した位置に配置し、偏波モードの光ファイバ１３Ｇの一端を、緑色レーザ１１Ｇに接続し、光ファイバ１３Ｇの他端を、赤色レーザ１１Ｒのカンパッケージ１１ｒと青色レーザ１１Ｂのカンパッケージ１１ｂとの間に導いて、光ファイバ１３Ｇの他端から緑のレーザ光ビーム１Ｇが出射されるように構成する。
【００４６】
これによれば、レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ間、およびレーザ光ビーム１Ｂ，１Ｇ間の距離を短縮することができる。
【００４７】
また、緑色レーザ１１Ｇのみを光ファイバ１３Ｇに接続することによって、緑色レーザ１１Ｇを赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂから離間して設置することもできるので、特に小型の電子機器内では、光源の配置に自由度を持たせることができる。
一般的にＤＰＳＳレーザからなる緑色レーザ１１Ｇは半導体レーザからなる赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂより大きくなるので、このように構成すると便利である。
【００４８】
＜光学系２＞
光学系２は、所望のビーム径（たとえば直径φ１ｍｍ）を得るためのビームイクスパンダ（ｂｅａｍ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ、λ／２板（１／２波長板）２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、並びに色分離および入射角度制御素子としての回折光学素子２４を有する。
【００４９】
本実施形態においては、半導体レーザである赤色レーザ１１Ｒ、青色レーザ１１Ｂ、および励起固体レーザである緑色レーザ１１Ｇから出射されたレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ，１Ｂをビームイクスパンダ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに入射させることにより、一定のビーム径（約φ１ｍｍ程度）を得る。
あるいは、半導体レーザの場合は、コリメーションレンズ系で一定のビーム径（約φ１ｍｍ程度）とすることも可能である。
【００５０】
一定のビーム径（約φ１ｍｍ程度）を得たレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ，１Ｂはλ／２板（１／２波長板）２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに入射される。
【００５１】
半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光は、レーザ内部電界の変動のために、偏光方向が必ずしもデバイスごとに一定ではなく、デバイスの組立て精度によっても、偏光方向がばらつくが、このようにλ／２板２２Ｒ，２２Ｇおよび２２Ｂを挿入し、かつその回転位置を調整することによって、後述の液晶表示パネル４に入射する各色のレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂの偏光方向を液晶表示パネル４の偏光軸に合致させることができる。
【００５２】
λ／２板の代わりに、適切な位相差フィルムまたは位相差板を用いて偏光方向を補正するようにしてもよい。たとえば、一般的に使用されているＡｌ；ＧａＡｓ系半導体レーザ励起ＹＶＯ４＋ＫＴＰ二次高調波利用の固体レーザは、デバイスごとに偏光方向が変わり、偏光比１０程度のものが多い。このような場合、適切な位相差フィルムを用いてリターデーション値を補償し最適化することによって、偏光比を大きくすることができる。
【００５３】
このようにλ／２板や位相差フィルムなどにより偏光軸を調整することによって、液晶表示パネル４の光の損失を少なくし、光利用効率をより向上させることができる。
【００５４】
λ／２板２２Ｒ，２２Ｇおよび２２Ｂを透過した光ビームは、ダイクロイックミラー２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂに入射される。
各色分離光学系であるダイクロイックミラー２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは、赤、緑、青の各波長帯の光を選択的に反射し他は透過する特性を有する。
赤のダイクロイックミラー２３Ｒは約６００ｎｍ以上の波長、青のダイクロイックミラー２３Ｂは５００ｎｍ未満の短波長の可視光を反射する。緑のダイクロイックミラー２３Ｇはおよそ５７０−５００ｎｍの範囲を反射する。
【００５５】
ダイクロイックミラーの配置により、赤の波長域のレーザ光ビーム１Ｒは赤のダイクロイックミラー２３Ｒに反射されて回折光学素子２４に入射し、緑の波長域のレーザ光ビーム１Ｇは赤のダイクロイックミラー２３Ｒを透過後に回折光学素子２４に入射し、青の波長域のレーザ光ビーム１Ｂは緑および赤のダイクロイックミラー２３Ｇ、２３Ｒを透過後に回折光学素子２４に入射する。
【００５６】
本実施形態においては、光源から出た光は、半導体レーザの場合（赤色レーザ１１Ｒ、青色レーザ１１Ｂ）は、シリンドリカルレンズを２枚使用し、ビーム断面形状を円形に近づけ、かつビーム径を０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ程度にしている。また、非点収差を軽減している。
ＤＰＳＳ緑色レーザ１１Ｇの場合は、ビーム径を広げるためにコリメーションレンズを使用し、ビーム径を回折光学素子の位置で０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度にしている。レーザ光ビーム径はおおむね回折型または屈折型の光学素子（DOEおよびED）の場合も共に、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が好ましい。
また、レーザ光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから発振された光は、ある一定間隔Ｌ、この場合、図においては、緑光を中央光としているが、Ｒ-Ｇ間距離をＬ１，Ｂ-Ｇ間距離をＬ２として、Ｌ１とＬ２を必ずしも等しくする必要はない。本例においては、１．５ｍｍ程度である。この距離は、実質的にパネル入射角度を規定する。
【００５７】
＜回折光学素子２４＞
回折光学素子２４は、色分離およびフィールドレンズ３、液晶表示パネル４への入射角度を制御する色分離および入射角度制御素子（あるいは光ビーム拡散成形光学素子）として機能する。
本実施形態においては、回折型または屈折型の光学素子によって、プロジェクタの光源としての半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光ビームを、液晶ライトバルブとしての液晶表示パネルの表示領域の全域にわたるように色分離および入射角度を制御する。図１の例は、色分離および入射角度制御素子として回折光学素子を用いる場合である。
【００５８】
回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）それ自体は、“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”または“Ｂｅａｍ  Ｓｈａｐｅｒ”などとして知られている。
【００５９】
たとえば、参考文献１（Ａｄａｍ  Ｆｅｄｏｒ；Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．“Ｂｉｎａｒｙ  Ｏｐｔｉｃ  Ｄｉｆｆｕｓｅｒ  Ｄｅｓｉｇｎ”）には、“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”または“Ｂｅａｍ  Ｓｈａｐｅｒ”によって光ビームを拡散成形することが示されており、参考文献２（池田欣史「回折型レンズ」；ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ  ２００５年  Ｎｏ３  ｐｐ１７５〜１７８）には、「回折型レンズ」の製造方法などが示されている。
【００６０】
“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”は、入射した光ビームのある１点の光を出力プレーン（Ｏｕｔｐｕｔ  Ｐｌａｎｅ）上の多数の点に回折するように（１：Ｎのマッピング）、入射した光ビームの各点の光を出力プレーン上の各点に回折するものであり、“Ｂｅａｍ  Ｓｈａｐｅｒ”は、入射した光ビームのある１点の光を出力プレーン上のある１点に回折するように（１：１のマッピング）、入射した光ビームの各点の光を出力プレーン上の各点に回折するものである。
【００６１】
回折光学素子２４としては、たとえばそれぞれ透過型の赤用回折光学素子２４Ｒ、緑用回折光学素子２４Ｇおよび青用回折光学素子２４Ｂが、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂの配列方向に配列されている。
【００６２】
赤用回折光学素子２４Ｒは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒを、液晶表示パネル４の表示領域の全域にわたり、かつ後述のように液晶表示パネル４の液晶層を通して赤の画素に入射するよう入射角度を制御する。
【００６３】
同様に、緑用回折光学素子２４Ｇは、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、液晶表示パネル４の表示領域の全域にわたり、かつ液晶層を通して緑の画素に入射するように入射角度を制御する。
青用回折光学素子２４Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂを、液晶表示パネル４の表示領域の全域にわたり、かつ液晶層を通して青の画素に入射するように入射角度を制御する。
【００６４】
レーザから出射されたレーザ光ビームは、一般にガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）形状をしており、そのままでは、液晶表示パネル４上に均一に照射させることは難しいが、このように回折光学素子２４のうち“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”または“Ｂｅａｍ  Ｓｈａｐｅｒ”を利用し、レーザ光ビームを液晶表示パネル４上に照射させることによって、液晶表示パネル４上に均一な輝度分布を得ることができる。
【００６５】
各色用の回折光学素子２４Ｒ，２４Ｇおよび２４Ｂは、一枚の透明基板に集積して形成することが望ましい。これによって、回折光学素子２４Ｒ，２４Ｇおよび２４Ｂを個々に形成した後、位置合わせをして配置する場合に比べて、回折光学素子２４Ｒ，２４Ｇおよび２４Ｂの位置合わせを容易かつ正確に行うことができるとともに、回折光学素子２４全体を小型化することができる。
【００６６】
以上のような回折光学素子２４は、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂのビーム径やビーム形状、得ようとするスクリーン上の輝度分布などをもとに、コンピュータシミュレーションを行った上で、作成することができる。
【００６７】
図１に示すように、回折光学素子２４の光出射側には、赤用回折光学素子２４Ｒにて拡散成形された赤のレーザ光ビーム２Ｒ、緑用回折光学素子２４Ｇによって拡散成形された緑のレーザ光ビーム２Ｇ、および青用回折光学素子２４Ｂによって拡散成形された青のレーザ光ビーム２Ｂを、それぞれほぼ平行光のレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂに変換して液晶表示パネル４に入射させるフィールドレンズ３が配置されている。
【００６８】
＜液晶表示パネルおよび投射レンズ＞
図３は、本第１の実施形態に係る液晶表示パネルの基本的な構成例を示す図である。
液晶表示パネル４は、図３に示すよう、透明なＴＦＴアレイ基板４１と透明なマイクロレンズアレイ基板（以下、ＭＬ基板という）４２との間に液晶層４３が挟持されている（封入されている）。
この例では、液晶表示パネル４は、液晶としてツイスティッドネマチック（Twisted  Nemamtic）液晶を用いた透過型ＴＦＴＬＣＤパネルとして形成されている。
【００６９】
ＭＬ板４２においては、液晶層４３側のカバーガラス（透明基板）４２１と光入射側のベースガラス（透明基板）４２２に挟持されるようにマイクロレンズアレイ４２３が形成されている。また、カバーガラス４２１には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料からなる対向共通電極４２４が形成される。
図３の例では、ＭＬ基板４２内において、マイクロレンズ（ＭＬ）がTFT３−画素ＰＸＬに１つの割合で形成されている。
これらのマイクロレンズ（ＭＬ）は、グレイマスク法によるリソグラフィー、あるいは、多重マスクを使用したリソグラフィーおよびドライエッチング（DRY  ET）法で非球面形状を先ず形成し、次に高屈折率(n=1.62〜1.67)樹脂を埋め込み、カバーガラス４２１を形成して形成される。
【００７０】
ＴＦＴ基板４１は、たとえば石英などからなる透明基板の一面側に、アクティブマトリクス方式による液晶駆動回路４１１として、ポリシリコンなどからなる走査線、アルミニウムなどからなる信号線、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極、および画素スイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されている。
【００７１】
図１および図３に示すように、液晶表示パネル４に入射するレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂは、それぞれフィールドレンズ３によって、ほぼ平行光のビームとされるので、それぞれのマイクロレンズ４２３ａは、球面収差を抑制するために非球面とすることが望ましい。
【００７２】
ここで、マイクロレンズの集光全角（発散角）について述べる。
図４は、マイクロレンズの集光全角について説明するための図である。
一つのマイクロレンズ（ＭＬ）４２３の集光全角θは、空気中で、ＭＬ対角ピッチをｐ、焦点距離をｆとすれば、次式で与えられる。
【００７３】
［数１］
ｔａｎ（1/2・θ）＝（1/2・ｐ）／ｆ      ・・・（１）
【００７４】
現実には、樹脂屈折率１．６〜１．７程度、石英ガラスの屈折率が１．４６程度であり、非球面構造で、θとして最大３６度程度まで形成可能である。
【００７５】
液晶表示パネル４は、赤色画素Ｐｒの部分に赤の画像信号が電極を通して印加されて、赤色画素Ｐｒの部分の液晶層４３の透過率が変調制御され、緑色画素Ｐｇの部分に電極を通して緑の画像信号が印加されて、緑色画素Ｐｇの部分の透過率が変調制御され、青色画素Ｐｂの部分に電極を通して青の画像信号が印加されて、青色画素Ｐｂの部分の透過率が変調制御される。
【００７６】
光学系２の回折光学素子２４から出射された光は、光が、各要素から拡散していき、パネル面に各方向から入射した光が重なるようにして、均一に照明されることになる。
この場合、光の発散角度αは、レーザ光を使用した場合ははるかに狭くでき、通常のランプ光源を用いた場合に比較して、非常に光量が増す。すなわち光利用効率が高くすることができる。
単板方式においても、２０〜３０％程度の効率が得られる。このことは、レーザ出力を低減させ、熱発生についても抑制効果がある。
さらに、レーザ光は、液晶表示パネル４の偏光軸に一致させることができ、偏光板使用は基本的に不必要になる。このことは、現実の偏光板には、ゴミがはさまれ易く、特にレーザ光学系においては、光の発散性が小さいためゴミの影が投影されやすい欠点をなくすことになる。
【００７７】
本実施形態の場合、図３に示した記号で表すと、
・ＲＧＢ  sub画素ピッチＰ＝１０μｍ、
・ML焦点距離ｆ＝１２０μｍ（空気中で  主点換算）、
（他の場合は、画素ピッチに応じて変化させる）
・各ＲＧＢのレーザ光ビームの回折または屈折型光学素子での入射径は０．８ｍｍ、
・集光全角θは１５度（deg）程度、光軸との発散光の屈折角度βは５．５度、発散角α＜１度、色レーザビーム間平行度＜１度である。
【００７８】
また、投射レンズ５のＦ値は２．０程度であり、プロジェクタの外形サイズは、数１０ｃｃの程度である。
パネルサイズは、対角０．３インチ、アスペクト比３：４画角、総画素（pixel）数は１３万ドット（Δ配列）ほどの液晶表示パネル（ＬＣＤパネル）を使用し、明るさは２０〜２５ｌｍを達成している。
本実施形態においては、ＤＰＳＳレーザの励起用レーザは、ペルチエ素子で冷却している他は、一切冷却用ファンは使用していない。
また、光学系２の回折または屈折型光学素子２４の入射側前には、ポリカーボネート拡散板(拡散５度以内)を回転させ、スペックル対策としている。
【００７９】
さて、この例で安全性を確認してみる。
クラス１の被爆放出限界は、JIS  C6802：2005  に準拠して考察する。
このような２０〜３０ｌｍ相当のプロジェクタであれば、熱的網膜障害は、クラス１（Class  1）の基準を簡単にクリアしている。
したがって、以下の検討においては、化学的網膜障害について考察する。
【００８０】
化学的網膜障害に関するクラス１（Class 1）の安全基準は、JIS  C 6802：205  によれば、今回のようなフロントプロジェクタの場合は、被爆露光時間〜１００秒（SEC）基準値として、次のように与えられる。
【００８１】
［数２］
３．９×１０＾（−３）×C3  Joule        ・・・（２）
ここで  C3＝１０＾（  ０．０２×（λ−４５０）  ）  であり、  λ＜４５０ｎｍのとき、Ｃ３＝１である。
【００８２】
１００秒の被爆露光とすれば、上記数２の値は、最大、３．９×１０＾（  ０．０２×（λ−４５０）  ）／１００  ｍＷ  程度となる。
【００８３】
ここで、化学的網膜障害基準について説明する。
ここでは、投射レンズ５を覗き込んだ場合を考えているので、発散角αは、図５に示すように、実際に投影レンズで作成される液晶表示パネル（ＬＣＤ）４の画像面から１００ｍｍ離れたところで、人間の眼が受ける光エネルギーを判断することになる。
投影レンズで結ばれるＬＣＤの画像、そこに、１．１ｍｍの開口を入れ、７ｍｍφ（直径）の瞳を持つ人間の裸眼に入る光エネルギーを上述したような基準値と比較する。
【００８４】
図６（Ａ），（Ｂ）は、基準値について説明するための図である。
図６（Ａ）に示すように、レーザ光の露光時間および照射波長帯により基準が異なり、Ｔ２＝１０〜１００秒になると図６（Ｂ）に示す条件との比較になる。
今回は、図６（Ａ）中、一定値となっている領域を基準値としている。
【００８５】
図７は、眼球１．１ｍｍ開口入力Ｂ光線パワーのシミュレーションを行った系を示す図である。
各マイクロレンズの光束は投射レンズ５で直径ｆθとなる。
すべてのマイクロレンズの主光線（光束の中心の光線）は第２焦点ｆ‘を通過する。
また、ＬＣＤ画素は、無限遠方に結像し、各マイクロレンズの光束は平行光となる。
以上により、全てのマイクロレンズの光束は光源像位置に集結する。
【００８６】
１．１ｍｍ開口通過パワーは次式で与えられる。
【００８７】
【数３】
0005157374.tif 000002
【００８８】
また、眼球入力Ｂ光線は次のようになる。
【００８９】
【数４】
0005157374.tif 000003
【００９０】
したがって、眼球入力Ｂ光線パワーは次のようになる。
【００９１】
【数５】
0005157374.tif 000004
【００９２】
このシミュレーションの条件は、青色出力および波長を２５ｍＷ、４４５ｎｍ、ＬＣＤ対角ｃ＝７．５ｍｍ、投影レンズの焦点距離ｆ＝９．６５ｍｍ、マイクロレンズ（ｍｌ）の発散角α（θ）＝１６度とした。
【００９３】
そして、本実施形態においては、最低限青色のレーザ発光素子を光源として用いた液晶プロジェクタであって、青色の液晶パネルには、マイクロレンズが携載され、図８に示すように、その集光全角θ（ｕ）が、有効対角パネルサイズｃ  および、プロジェクタの投射レンズ５の焦点距離ｆとしたとき、θおよびｃが、以下の関係式を満足し（ＭＬ全角発散角と有効画角の関係を満足し）、レーザ安全基準クラス１を満足する。
【００９４】
【数６】
0005157374.tif 000005
【００９５】
マイクロレンズの集光全角θ、有効対角パネルサイズｃ、および投射レンズ５の焦点距離ｆにより規定される投射パワーが、所定波長のレーザ光に基づく基準値より低い。
【００９６】
ここで、（６）式をグラフで表すと図９に示すようになる。
図９において、横軸がマイクロレンズ発散角を、縦軸が最小ＬＣＤ対角をそれぞれ示し、クラス１を達成する領域は矢印で表示している。
【００９７】
このような結果、出力１００ｌｍを達成しつつクラス１を満足する場合は、０．５ｉｎｃｈＬＣＤパネルで、＃Ｆ１．７の投影レンズを使用し、ＭＬ集光全角が３０度程度、０．７ｉｎｃｈＬＣＤ パネルで、＃Ｆ２．０の投影レンズを使用しＭＬ集光全角が２０度程度等であることが好適な例としてあげることができる。
【００９８】
また、０．３ｉｎｃｈ等の最小ＬＣＤパネルにおいては、ＭＬ集光全角が３０度程度で、＃Ｆ１．７の投影レンズにより最大出力４０ｌｍ程度まで出力しうることがわかる。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態に係る液晶プロジェクタは、レーザ素子を光源として利用し、かつ式（６）を満足する安全性の向上および、スペックル改善を目的としたマイクロレンズを含む液晶表示パネル（液晶表示素子）を有している。
以下に本発明の特徴についてまとめると以下のようになる。
【０１００】
一般的に、マイクロレンズ（ＭＬ）の設計思想は、光発散角αおよびＭＬの屈折角度βの和α＋βが、ほぼ投影レンズの＃Ｆ＝１/（２・NA）＝1／（２・sin（u））で定義されるｕ（θ）とほぼ同等になるようにしている。
すなわち、通常αは明るくするためできるだけ大きく、ほぼ１０度程度にする。また、屈折角度βとしては数度〜１０度程度であり、この場合、＃Ｆ〜１．７および焦点をＴＦＴ基板内に結ぶことが予想される。
この場合、投影レンズは一般的に小さい＃Ｆ値であれば、設計上難しくなりかつ高価になる傾向にあり、
そのため、できるだけ投影レンズの＃Ｆ値を大きくする考慮がされていることになる。
しかしながら、レーザ光源を使用する場合は、異なったＭＬ構造の思想が必要になる。
【０１０１】
すなわち、レーザ光源を使用する場合は光発散角αが本質的に激減する。すなわちパネル入射光発散角αを１度以下の程度にすることができ、発散角を小さくすることが可能になる。
したがって、その分屈折角度βを大きくすることが、できるようになる。すなわち、ＭＬの短焦点化をすることができるようになる。
レーザ光を使用した場合には、できうる限り短焦点化するほうが性能的に好ましい。その理由としては、光集光効率の点から、マイクロレンズ（ＭＬ）によってＴＦＴ基板面上あるいは、その近傍に集光させる場合、回折限界のビーム径は、Ｄ〜２．４４・λ/D  ・ｆであり、短焦点化できれば、ビーム径が小さくでき、その分TFT画素開口部に集光しやすくなる。
あるいは、画素開口面積を小さくすることもでき、ＬＣＤサイズの縮小化可能で、プロジェクタの小型・高輝度化、低コスト化に有効である。
また、スペックル低減の観点から、短焦点化は、スペックル低減に有効である。一般にスペックル低減には、空間的、時間的に、位相が異なったいろんな値をとる光の平均操作を利用することが重要である。
マイクロレンズ（ＭＬ）を短焦点化すると、ＭＬを通じて集光された光の位相が異なる程度が空間的に大きくなることになる。あるいは、コヒーレンス長を短くすることができるようになる。
したがって、スペックル低減に有効である。
【０１０２】
さらに、上記光集光効率を考慮すれば、焦点距離を一定の範囲内で、ランダムに一のＭＬ内で二次元的にランダムに分布させるような応用も可能である。このほうがさらにスペックル低減には効果がある。
【０１０３】
安全性の向上は、レーザ光源を使用したフロントプロジェクタの場合は、特に重要な課題である。リアプロジェクタの場合は通常拡散機能を備えたスクリーンを用いるため、直接的にレーザ光を眼で見ることが無いため、問題視されにくい。
フロントプロジェクタにおいて想定する危険は、出射側から投影レンズを覗き込むような場合である。マイクロレンズ（ＭＬ）を短焦点化すると、ＬＣＤから出射される光の出射瞳における画素像が大きくなり、その分、眼に入射する光量・エネルギーが低減し、安全性が確保されるのである。特に目に対する化学的障害の防止には特に、有効である。
また、この場合、プロジェクタとして必要なＲＧＢ総合的な輝度を達成ために、ＬＣＤの有効画角を考慮する必要がある。小さい画角のＬＣＤに輝度向上を図るためにレーザ光パワーを増加させると、いかにマイクロレンズで対応しても、化学的障害の危険度が増す。
すなわち、レーザ光の安全性クラス１以内の確保のためには、マイクロレンズ（ＭＬ）の焦点距離および液晶表示パネルの有効領域サイズの両方を考慮することが重要である。
これらを総合すると、ランプ光学系の場合にみられるように、投影レンズの＃Ｆ値を考慮して、ＴＦＴ画素面以降に焦点距離を位置させるようにするよりは、＃Ｆ値を考慮しつつも、できるだけ短焦点化し、ＴＦＴ基板面ないしはそれより手前側に焦点を結んだ構造とするほうが、レーザ光源を用いた場合には、安全性およびスペックル低減の面から効果があることになる。
そこで、本実施形態においては、このマイクロレンズ（ＭＬ）の焦点距離、カバーガラス厚みおよび、画角等を場合に応じて最適化し、安全性の確保およびスペックル低減した液晶プロジェクタを実現している。
本実施形態においては、レーザ光を使用したプロジェクタを点灯状態で、投影レンズを直に裸眼で覗いた場合に、クラス１を達成するマイクロレンズおよびＬＣＤの形成条件が設定されている。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
１）安全を達成しうるレーザ光源を用いたプロジェクタを実現できる。
２）スペックル対応も行うことができる。
３）レーザ光源はエテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）が小さく、単板方式でも３板方式と同じ程度の光出力の効率を達成でき、ＭＬ単板式の場合、斜入射光の角度が発生するため、入射光の発散角を絞る必要がある。そのため結果的に３板式に比較し、輝度を落とすことになる。しかし、レーザ光を光源にした場合は、もともと光発散角が小さいため輝度を落とすことなくしかも、斜入射光角度もランプ系光源に比較して小さくできる。
４）小型で高効率化を図ることができる（約３０％）。
これにより、レーザ光のパワーが少なくて済み、熱対策、および安全仕様対策上非常に有利である。その結果小型化に寄与する。
高効率化が達成可能なのは、レーザ光使用のための光発散角が抑えられることに由来する。
特に、単板ＭＬ方式の場合、通常の光源では、アパーチャー等を利用しないと混色が発生し、色純度が上昇しない。この点、レーザ光発散角αは１度程度で非常に小さく、それ故高透過率化可能である。
ＤＯＥの最大回折角または拡散角は、輝度均一性とトレードオフ（trade off）であるが、３０度程度まで可能であり、さらに小型化に寄与する。
本実施形態の光学系は、幅１ｃｍ×１ｃｍ×長さ３．５ｃｍ程度まで小型化可能で、大きさ的にはＤＳＣ、カムコーダー、等の色々な機器に装着可能な大きさになった。
【０１０５】
＜第２の実施形態＞
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型液晶表示装置の他例を示す概略構成図である。
【０１０６】
本第２の実施形態が上述した第１の実施形態と異なる点は、光学系の回折光学素子の代わりに屈折型光学素子（たとえば屈折率型拡散板）２４Ａを用いたことにある。
【０１０７】
この場合、光学系２Ａにおいて、赤色光用のダイクロイックミラー２３Ｒおよび青色光用のダイクロイックミラー２４Ｂは、緑色光用のダイクロイックミラー２３Ｇの配置位置を中央として、各＋１．５度、−１．５傾斜させている。
換言すれば、両側のレーザ光ビーム１Ｒおよび１Ｂが、フィールドレンズ３１の主点に向かうように、中央のレーザ光ビーム１Ｇに対して、それぞれ所定角度で傾斜するように、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂを配置する。
【０１０８】
これは、屈折型光学素子の場合には、上述した回折光学素子の場合と異なり、中心光は斜めに入射させて出射光の中心線を一致させた方が、光学系の設計が簡単であるからである。もちろん、図１の例と同様に、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを平行にしてもよい。
【０１０９】
屈折型光学素子それ自体は、知られており、インターネット上（たとえば、ＵＲＬ；http://www.rpcphotonics.com/engineer_diffuser.htm）などで参照することができる。
【０１１０】
屈折型光学素子は、多様な形状および曲率をもったマイクロレンズを２次元的に集合させたもので、光の屈折によって光ビームを拡散成形することができる。各マイクロレンズは、辺の長さが５０μｍ程度の、異なった曲率、半径のもので、各マイクロレンズに入射した光は、マイクロレンズで屈折され、重なり合って、最終的に所定の形状に成形され、輝度分布も均一にすることができる。
【０１１１】
回折光学素子の場合は、表面に形成された微小な回折パターンが回折像を形成し、それら回折光を重ね合わせるのに対して、屈折型光学素子の場合は、各マイクロレンズが、入射光を屈折させ、集光拡散させ、重畳することによって、所定の形状に成形され、輝度分布の均一性も得られる。
回折光学素子は高次回折光も生成するため、プロジェクタに採用する場合、屈折型光学素子の方が、光利用効率が高く、好適である。
【０１１２】
本第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態として、赤、緑および青の３色につき別個の液晶表示パネル（液晶ライトバルブ）を用いる３板式の場合を示す。
【０１１４】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る３板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。
【０１１５】
この例では、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂは、別の箇所に配置され、赤色用回折または屈折型光学素子２４Ｒによって、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒが、液晶表示パネル４Ｒの表示領域の全域にわたり、かつその各画素に入射するように拡散成形され、緑色用回折または屈折型光学素子２４Ｇによって、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇは、液晶表示パネル４Ｇの表示領域の全域にわたり、かつその各画素に入射するように拡散成形され、反射型の青色用回折または屈折型光学素子２４Ｂによって、青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂは、反射させるとともに、後述の液晶表示パネル４Ｂの表示領域の全域にわたり、かつその各画素に入射するように拡散成形される。
【０１１６】
赤色用光学素子２４Ｒによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒは、ミラー６Ｒで反射され、フィールドレンズ３１Ｒによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｒに変換されて、液晶表示パネル４Ｒに入射される。
緑色用光学素子２４Ｇによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｇは、フィールドレンズ３１Ｇによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｇに変換されて、液晶表示パネル４Ｇに入射される。
青色用光学素子２４Ｂによって反射し拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｂは、ミラー６Ｂで反射され、フィールドレンズ３１Ｂによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｂに変換されて、液晶表示パネル４Ｂに入射される。
【０１１７】
液晶表示パネル４Ｒは赤用の、液晶表示パネル４Ｇは緑用の、液晶表示パネル４Ｂは青用の、それぞれ単色表示用の液晶表示装置である。
【０１１８】
したがって、液晶表示パネル４Ｒを透過したレーザ光として、赤の画像光が得られ、液晶表示パネル４Ｇを透過したレーザ光として、緑の画像光が得られ、液晶表示パネル４Ｂを透過したレーザ光として、青の画像光が得られる。
【０１１９】
図１１の例では、その緑の画像光は、合成光学手段としてのクロスダイクロイックプリズム７を透過して、投射レンズ５に入射され、赤の画像光は、クロスダイクロイックプリズム７の反射膜７ｒで反射されて、投射レンズ５に入射され、青の画像光は、クロスダイクロイックプリズム７の反射膜７ｂで反射されて、投射レンズ５に入射される。
【０１２０】
したがって、単板式の場合と同様に、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光を投射することができる。
【０１２１】
なお、この３板式液晶プロジェクタにおいて、たとえば＃Ｆ１．７の投射レンズ５を使用し、図１２に示すように、マイクロレンズの曲率を変え、集光全角をランダム変化させることも可能である。すなわち、マイクロレンズの曲率を選択的に異なるように形成して構成することも可能である。この場合、たとえば、対角０．６インチにおいては、集光全角２０度〜３０度とすることができる。このような場合、スペックル低減に効果がある。
また、図１３に示すように、マイクロレンズの曲率は変えず、厚さを変えるようにすることも可能である。すなわち、マイクロレンズの厚さを選択的に異なるように形成して構成することも可能である。
【０１２２】
なお、透過型の赤用光学素子２４Ｒの代わりに、ミラー６Ｒの位置に反射型の赤用回折光学素子を配置し、反射型の青用光学素子２４Ｂの代わりに、青用光学素子２４Ｂの位置にミラーを配置し、その手前の位置に透過型の青用光学素子を配置してもよい。
【０１２３】
また、以上の説明では、透過型ＬＣＤを例に説明したが、本発明は反射型にも応用可能である。
【０１２４】
＜第４の実施形態＞
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る電子機器としての携帯電話端末の一例を示す図である。
【０１２５】
この例は、携帯電話端末１００に、この発明の液晶プロジェクタとして、図１の例のような単板式の液晶プロジェクタ１１０を内蔵したものである。
【０１２６】
具体的に、携帯電話端末１００は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイおよび受話用スピーカが設けられた開閉部１０１を、各種キーおよび送話用マイクロホンが設けられた基底部１０２に対して開閉できる折り畳み型のもので、たとえば、その基底部１０２の、アンテナ１０３が設けられた側とは反対側の側部に、液晶プロジェクタ１１０を内蔵する。
【０１２７】
これによれば、携帯電話通信網によって取得され、または携帯電話端末１００に内蔵されたカメラで被写体を撮影することにより得られて、携帯電話端末１００に内蔵された半導体メモリやハードディスク、または携帯電話端末１００に装着されたメモリカードなどの記録媒体に記録されている画像データを、携帯電話端末１００の内部の画像処理部で処理し、赤、緑および青の画像信号に変換して、液晶プロジェクタ１１０の液晶表示パネル４０に印加することによって、携帯電話端末１００の外部のスクリーン２００上に多色画像光ＩＭを投射することができる。
【０１２８】
スクリーン２００としては、部屋の壁、机の天板、机上に置かれた用紙などを利用することができる。
【０１２９】
この発明の液晶プロジェクタは、携帯電話端末に限らず、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）、ビデオカメラ、モバイルコンピュータ、ゲーム機など、内蔵または装着された記録媒体（記憶装置）に記録されている画像データを処理して、画像を再生する装置に内蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型液晶表示装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】光源部の一例を示す図である。
【図３】本第１の実施形態に係る液晶表示パネルの基本的な構成例を示す図である。
【図４】マイクロレンズの集光全角について説明するための図である。
【図５】化学的網膜障害基準について説明するための図である。
【図６】基準値について説明するための図である。
【図７】眼球１．１ｍｍ開口入力Ｂ光線パワーのシミュレーションを行った系を示す図である。
【図８】本実施形態において安全基準クラス１を満たす条件を要約して示す図である。
【図９】マイクロレンズ発散角と最小ＬＣＤ対角との関係と、クラス１を達成する領域を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示素子を採用した投射型液晶表示装置の他例を示す概略構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る３板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。
【図１２】マイクロレンズの曲率を変えた変形例を示す図である。
【図１３】マイクロレンズの暑さを変えた変形例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る電子機器としての携帯電話端末の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３１】
ＰＲＪ・・・投射型表示装置、１・・・光源部、２・・・光学系、３・・・フィールドレンズ、４・・・液晶表示パネル（ＬＣＤ、液晶表示素子）、５・・・投射レンズ、７・・・クロスダイクロイックプリズム、４１・・・ＴＦＴ基板、４２・・・マイクロレンズ対向基板、４３・・・液晶層、４２３・・・マイクロレンズアレイ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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