(57)【要約】  光源（１１Ｂ）と、前記光源からの光が入射する回折素子（１３Ｂ）と、前記回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する空間光変調素子（１５Ｂ）と、前記空間光変調素子を通過した光が入射する投射光学系とを備えた投射型表示装置。
2018020855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、  前記光源からの光が入射する回折素子と、  前記回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する空間光変調素子と、  前記空間光変調素子を通過した光が入射する投射光学系と  を備えた投射型表示装置。
【請求項２】
前記回折素子は透過型である  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記空間光変調素子が、前記回折素子と対向して設けられている  請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記回折素子は反射型である  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記空間光変調素子は透過型である  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記空間光変調素子は反射型である  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
更に、前記回折素子と前記空間光変調素子との間の光路にレンズを有する  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記レンズは、前記空間光変調素子の位置での前記０次光の照射領域を拡大する  請求項７に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記空間光変調素子の開口全面に前記０次光が照射される  請求項８に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記光源からの光の光軸上に、前記空間光変調素子が設けられている  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
前記光源は、赤色光源、緑色光源および青色光源を含み、  前記回折素子は、前記赤色光源からの赤色光が入射する赤用回折素子、前記緑色光源からの緑色光が入射する緑用回折素子、および前記青色光源からの青色光が入射する青用回折素子を含み、  前記空間光変調素子は、前記赤用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する赤用空間光変調素子、前記緑用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する緑用空間光変調素子、および前記青用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する青用空間光変調素子を含む  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
更に、  入力された画像信号から、高輝度領域に関する情報を抽出する高輝度領域抽出回路と、  前記高輝度領域抽出回路からの高輝度領域情報に基づいて前記回折素子を駆動するための信号を生成する回折パターン計算回路と、  前記高輝度領域抽出回路からの前記高輝度領域情報と前記画像信号とに基づいて前記空間光変調素子を駆動するための信号を生成する表示パターン計算回路とを備えた  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１３】
前記光源は白色光源であり、  前記回折素子に前記白色光源からの光が入射する  請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項１４】
前記光源は、半導体レーザ（ＬＤ）により構成されている  請求項１に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本技術は、回折素子および空間光変調素子を有する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  これまでに、回折素子および空間光変調素子を有するプロジェクタ（投射型表示装置）が報告されている（例えば、特許文献１，２）。回折素子からは、回折光として１次回折光が取り出されて利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９２７２５号公報
【特許文献２】特開２００８−８９６８６号公報
【発明の概要】
【０００４】  このようなプロジェクタでは、１次回折光の回折効率が低下しやすく、これに起因して光の利用効率も低下する。
【０００５】  したがって光の利用効率を向上させた投射型表示装置を提供することが望ましい。
【０００６】  本技術の一実施の形態の投射型表示装置は、光源と、光源からの光が入射する回折素子と、回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する空間光変調素子と、空間光変調素子を通過した光が入射する投射光学系とを備えたものである。
【０００７】  本技術の一実施の形態の投射型表示装置では、空間光変調素子に１次回折光とともに、０次光の少なくとも一部が入射するようになっている。したがって、１次回折光と０次光との分離が不要であり、例えば回折素子の回折角度等を考慮することなく、高い回折効率の回折素子を設けることができる。
【０００８】  本技術の一実施の形態の投射型表示装置によれば、空間光変調素子に１次回折光とともに、０次光の少なくとも一部が入射するようにしたので、１次回折光の回折効率を向上させることが可能となる。よって、光の利用効率を向上させることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本技術の一実施の形態に係る投射型表示装置の全体構成を表す模式図である。
【図２】図１に示した青用回折素子を通過する光について説明するための図である。
【図３】図１に示した青用回折素子から青用空間光変調素子に入射する光について説明するための図である。
【図４】図１に示した制御部の構成を光学部とともに表す模式図である。
【図５】図４に示した画像信号として入力される映像の一例を表す平面図である。
【図６Ａ】回折素子の回折角度に対する回折効率を表すグラフである。
【図６Ｂ】回折素子の階調に対する回折効率を表すグラフである。
【図７】変形例１に係る投射型表示装置の青色光学部の構成を表す模式図である。
【図８Ａ】図７に示したレンズの効果について説明するための平面図（１）である。
【図８Ｂ】図７に示したレンズの効果について説明するための平面図（２）である。
【図９】変形例２に係る投射型表示装置の光学部の構成を表す模式図である。
【図１０】変形例３に係る投射型表示装置の光学部の構成を表す模式図である。
【図１１】変形例４に係る投射型表示装置の光学部の構成を表す模式図である。
【図１２】変形例５に係る投射型表示装置の光学部の構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  以下、本技術の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。    １．実施の形態        透過型の回折素子と反射型の空間光変調素子とを有する例    ２．変形例１        回折素子と空間光変調素子との間の光路にレンズを有する例    ３．変形例２        透過型の回折素子と透過型の空間光変調素子とを有する例    ４．変形例３        反射型の回折素子と透過型の空間光変調素子とを有する例    ５．変形例４        反射型の回折素子と反射型の空間光変調素子とを有する例    ６．変形例５        白色光源を有する例
【００１１】  〔実施の形態〕  （構成）  図１は本技術の一実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の全体構成を表す模式図である。この投射型表示装置１は、例えばスクリーンに画像を投射する表示装置である。投射型表示装置１は、例えばＰＣ等のコンピュータや各種画像プレーヤ等の外部の画像信号出力装置（例えば後述の図４の画像信号出力装置１２０）にＩ／Ｆ（インターフェイス）を介して接続されており、このＩ／Ｆに入力される画像信号に基づいて、スクリーンへの投影を行うものである。なお、以下に説明する投射型表示装置１の構成は一例であり、本技術の投射型表示装置は、このような構成に限定されるものではない。
【００１２】  投射型表示装置１は、光学部１０と、光学部１０の動作を制御する制御部２０とを備えている。光学部１０は、赤色光源１１Ｒを有する赤色光学部１０Ｒ、緑色光源１１Ｇを有する緑色光学部１０Ｇ、青色光源１１Ｂを有する青色光学部１０Ｂ、色合成素子１６および投射光学系１７を含むものである。赤色光学部１０Ｒでは、赤色光源１１Ｒから出射される赤色光ＬRの光路に、赤色光源１１Ｒに近い位置から、赤用整形光学系１２Ｒ、赤用回折素子１３Ｒ、赤用偏光分離素子１４Ｒおよび赤用空間光変調素子１５Ｒが設けられている。緑色光学部１０Ｇでは、緑色光源１１Ｇから出射される緑色光ＬGの光路に、緑色光源１１Ｇに近い位置から、緑用整形光学系１２Ｇ、緑用回折素子１３Ｇ、緑用偏光分離素子１４Ｇおよび緑用空間光変調素子１５Ｇが設けられている。青色光学部１０Ｂでは、青色光源１１Ｂから出射される青色光ＬBの光路に、青色光源１１Ｂに近い位置から、青用整形光学系１２Ｂ、青用回折素子１３Ｂ、青用偏光分離素子１４Ｂおよび青用空間光変調素子１５Ｂが設けられている。赤色光学部１０Ｒ、緑色光学部１０Ｇおよび青色光学部１０Ｂそれぞれからの光（赤色光，緑色光，青色光）が、色合成素子１６に入射し、色合成素子１６から投射光学系１７に導かれるようになっている。
【００１３】  赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂは、それぞれ赤色波長帯域、緑色波長帯域、青色波長帯域の光を出射する光源であり、例えば、固体光源により構成されている。赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂは、コヒーレンス性の高い光を発生させることが好ましく、例えば半導体レーザ（ＬＤ）により構成されている。
【００１４】  赤用整形光学系１２Ｒ、緑用整形光学系１２Ｇおよび青用整形光学系１２Ｂは、例えばレンズ群および偏光変換素子等により構成されている。レンズ群は、例えば、ビームエキスパンダおよびフライアイレンズ等であり、偏光変換素子は、例えば、波長板および偏光子等である。赤用整形光学系１２Ｒは、赤色光源１１Ｒから出射された赤色光ＬRのビーム形状を所望の形状へと変換して、赤用回折素子１３Ｒに照射するためのものである。同様に、緑用整形光学系１２Ｇは、緑色光源１１Ｇから出射された緑色光ＬGを所望のビーム形状に変換して緑用回折素子１３Ｇに照射し、青用整形光学系１２Ｂは、青色光源１１Ｂから出射された青色光ＬBのビーム形状を所望の形状へと変換して青用回折素子１３Ｂに照射する。赤用整形光学系１２Ｒ、緑用整形光学系１２Ｇおよび青用整形光学系１２Ｂは、このようなビーム形状の変換とともに、それぞれ赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬBの偏光を揃えて赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂでの位相変調の効率を高める役割を担っている。
【００１５】  赤用回折素子１３Ｒ、緑用回折素子１３Ｇおよび青用回折素子１３Ｂは、例えば液晶パネルにより構成されている。赤用回折素子１３Ｒ、緑用回折素子１３Ｇおよび青用回折素子１３Ｂは、例えば透過型の回折素子であり、裏面側から入射した光（赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬB）の回折光が、表面側から取り出される。赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂでは、入力された画像信号（後述の図４の画像信号ＳV）に応じて、それぞれ赤用空間光変調素子１５Ｒ、緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに照射するための、所定の強度分布の照明光が生成されるようになっている。
【００１６】  図２は、青用回折素子１３Ｂを通過する青色光ＬBの状態を模式的に表したものである。青用回折素子１３Ｂに青色光ＬBが入射すると、そのまま透過する方向の０次光ＬD0と、０次光ＬD0と回折角度θをなす１次回折光ＬD1が発生する。赤用回折素子１３Ｒおよび緑用回折素子１３Ｇについても同様である。０次光ＬD0および１次回折光ＬD1の他、高次の回折光およびマイナスの回折光等も発生するが、ここでは説明を省略する。
【００１７】  詳細は後述するが、赤用回折素子１３Ｒ、緑用回折素子１３Ｇおよび青用回折素子１３Ｂでは、低輝度の画素領域に照射される光の一部または全部が高輝度の画素領域に分配される。これにより、ＨＤＲ（High Dynamic Range）を実現しつつ、光の利用効率の低下を抑えることができる。
【００１８】  赤用偏光分離素子１４Ｒ、緑用偏光分離素子１４Ｇおよび青用偏光分離素子１４Ｂは、例えば、偏光ビームスプリッタまたはワイヤーグリッド偏光子により構成されている。赤用偏光分離素子１４Ｒは、赤用回折素子１３Ｒからの０次光および１次回折光を赤用空間光変調素子１５Ｒへと導くとともに、変調後の赤色光を色合成素子１６へ向けて導くようになっている。同様に、緑用偏光分離素子１４Ｇは、緑用回折素子１３Ｇからの０次光および１次回折光を緑用空間光変調素子１５Ｇへと導くとともに、変調後の緑色光を色合成素子１６へ向けて導き、青用偏光分離素子１４Ｂは、青用回折素子１３Ｂからの０次光および１次回折光を青用空間光変調素子１５Ｂへと導くとともに、変調後の青色光を色合成素子１６へ向けて導くようになっている。
【００１９】  赤用空間光変調素子１５Ｒ、緑用空間光変調素子１５Ｇおよび青用空間光変調素子１５Ｂは、例えば液晶パネルまたはＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などにより構成されている。赤用空間光変調素子１５Ｒ、緑用空間光変調素子１５Ｇおよび青用空間光変調素子１５Ｂは、例えば、反射型の空間光変調素子であり、表面側から入射した光が強度変調され、表面側から取り出される。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂでは、入力された画像信号（後述の図４の画像信号ＳV）に応じて、入射した赤色光，緑色光，青色光それぞれの強度変調がなされて所望のパターン（映像）が形成されるようになっている。このそれぞれのパターンが、赤用偏光分離素子１４Ｒ，緑用偏光分離素子１４Ｇ，青用偏光分離素子１４Ｂにより色合成素子１６に導かれる。
【００２０】  本実施の形態では、図３に示したように、青用空間光変調素子１５Ｂに、青用回折素子１３Ｂの０次光ＬD0の少なくとも一部および１次回折光ＬD1が入射するようになっている。同様に、赤用空間光変調素子１５Ｒには、赤用回折素子１３Ｒの０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射し、緑用空間光変調素子１５Ｇには、緑用回折素子１３Ｇの０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する。詳細は後述するが、これにより、１次回折光の回折効率を高めることができるので、光の利用効率を向上させることができる。赤用空間光変調素子１５Ｒ、緑用空間光変調素子１５Ｇおよび青用空間光変調素子１５Ｂには、０次光の全ておよび１次回折光が入射するようになっていてもよい。
【００２１】  赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、それぞれ赤色光源１１Ｒからの赤色光ＬR，緑色光源１１Ｇからの緑色光ＬG，青色光源１１Ｂからの青色光ＬBの光軸上に配置されている。ここでの光軸は、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの０次光の進行方向と同じ向きの光線を表す。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、それぞれ実質的に赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬBの光軸上に配置されていればよく、製造誤差等のずれは許容範囲である。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、それぞれ、例えば透過型の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂと対向して配置されている。
【００２２】  色合成素子１６は、赤用偏光分離素子１４Ｒ，緑用偏光分離素子１４Ｇ，青用偏光分離素子１４Ｂ（赤色光学部１０Ｒ，緑色光学部１０Ｇ，青色光学部１０Ｂ）それぞれから導かれてきた赤色光，緑色光，青色光を合成（色合成）して投射光学系１７に導くための素子である。色合成素子１６は、例えばクロスダイクロイックプリズムにより構成されている。
【００２３】  投射光学系１７は、色合成素子１６で合成された光をスクリーン１１０上に投射して結像させるための光学系であり、例えばレンズ群を含んで構成されている。
【００２４】  制御部２０は、図４に示したように、例えば、高輝度領域抽出回路２１、回折パターン計算回路２２、回折素子駆動回路２３、表示パターン計算回路２４、空間光変調素子駆動回路２５およびタイミング制御回路２６を有している。高輝度領域抽出回路２１、回折パターン計算回路２２および回折素子駆動回路２３により、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂを駆動するための信号が生成され、表示パターン計算回路２４および空間光変調素子駆動回路２５により、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂを駆動するための信号が生成される。
【００２５】  高輝度領域抽出回路２１は、外部の画像信号出力装置１２０から送られる画像信号ＳVから、高輝度の領域に関する情報（高輝度領域情報Ｉ）を抽出するものである。高輝度領域抽出回路２１は、この高輝度領域情報Ｉを回折パターン計算回路２２とともに、表示パターン計算回路２４に送るようになっている。
【００２６】  回折パターン計算回路２２は、この高輝度領域情報Ｉに応じて、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂで所望の回折パターンを形成するための信号を生成する。回折パターン計算回路２２は、例えば、逆フーリエ変換（ＩＦＴ：Inverse Fourier Transform）とフーリエ変換との繰り返し計算を行うことにより、回折素子駆動回路２３に送る信号を生成する。
【００２７】  回折素子駆動回路２３は、回折パターン計算回路２２で生成された信号をもとに、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂを駆動する。これにより、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂは、回折光を生成する。この回折光は、所定の強度分布を有する照明光として、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに照射される。
【００２８】  表示パターン計算回路２４は、画像信号ＳVと、高輝度領域抽出回路２１から送られる高輝度領域情報Ｉとから、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂを駆動するための信号を生成する。空間光変調素子駆動回路２５では、この表示パターン計算回路２４からの信号に応じて赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂを駆動するようになっている。
【００２９】  タイミング制御回路２６は、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂと赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂとが互いに同期して駆動されるように、これらの駆動のタイミングを制御するためのものである。例えば、タイミング制御回路２６から、回折素子駆動回路２３および空間光変調素子駆動回路２５にタイミング信号が送られるようになっている。
【００３０】  （動作）  以下、本実施の形態の投射型表示装置１の動作について説明する。外部から画像信号ＳVとして、図５に示した映像が入力された場合を例に挙げて説明する。図５は、月の部分の領域１Ｒ１、山の部分の領域２Ｒ２および背景の領域３Ｒ３を含むものである。この映像は、例えば、領域１Ｒ１の輝度レベルが１０００、領域２Ｒ２の輝度レベルが５０、領域３Ｒ３の輝度レベルが０となっている。即ち、領域１Ｒ１と領域２Ｒ２との輝度レベルの比が、２０：１となっている。
【００３１】  赤色光源１１Ｒ，緑色光源１１Ｇ，青色光源１１Ｂが駆動されると、それぞれから出射された赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬBは、まず、赤用整形光学系１２Ｒ，緑用整形光学系１２Ｇ，青用整形光学系１２Ｂを通過する。これにより、ビーム形状が変換されるとともに、偏光方向が揃えられ、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂに入射する。
【００３２】  高輝度領域抽出回路２１は、例えば画像信号ＳVのうち、領域１Ｒ１と領域２Ｒ２とを抽出し、この情報を高輝度領域情報Ｉとして、回折パターン計算回路２２および表示パターン計算回路２４に送る。高輝度領域情報Ｉは、例えば、領域１Ｒ１および領域２Ｒ２の輝度がともに１０００ｃｄ／ｍ2となるようなパターンが、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂから、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに照射されるような情報を含んでいる。回折パターン計算回路２２では、この高輝度領域情報Ｉをもとに信号を生成し、この信号を回折素子駆動回路２３に送る。これにより赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂが駆動される。
【００３３】  赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂそれぞれからの０次光および１次回折光は、赤用偏光分離素子１４Ｒ，緑用偏光分離素子１４Ｇ，青用偏光分離素子１４Ｂを通過して、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに入射する。これにより、高輝度領域情報Ｉに応じたパターン、即ち、領域１Ｒ１および領域２Ｒ２の輝度がともに１０００ｃｄ／ｍ2のパターンが赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに照明光として照射される。
【００３４】  一方、表示パターン計算回路２４は、上記の高輝度領域情報Ｉに応じたパターンが赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに照明されることを考慮したうえで、空間光変調素子駆動回路２５に送る信号を生成する。例えば、表示パターン計算回路２４は、領域１Ｒ１の輝度レベルが２００、領域２Ｒ３の輝度レベルが１０、領域３Ｒ３の輝度レベルが０である映像が赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂで形成されるように信号を生成する。
【００３５】  この信号が、空間光変調素子駆動回路２５に送られて赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂが駆動される。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂからの照明光を変調する。これにより、領域１Ｒ１と領域２Ｒ２との輝度レベルの比が、２０：１である映像、即ち、画像信号ＳVに応じた映像が形成される。この変調後の赤色光，緑色光，青色光が色合成素子１６に入射し、色合成素子１６で合成される。この合成光が投射光学系１７によりスクリーン１１０に投影されて、表示がなされる。
【００３６】  （作用・効果）  本実施の形態の投射型表示装置１では、赤用回折素子１３Ｒの０次光の少なくとも一部および１次回折光が、赤用空間光変調素子１５Ｒに入射する。同様に、緑用回折素子１３Ｇの０次光の少なくとも一部および１次回折光が緑用空間光変調素子１５Ｇに入射し、青用回折素子１３Ｂの０次光の少なくとも一部および１次回折光が青用空間光変調素子１５Ｂに入射する。これにより、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの１次回折光の回折効率を高めることができるので、光の利用効率を向上させることができる。以下、これについて説明する。
【００３７】  回折素子の０次光にはパターンが形成されないため、一般的に、０次光は不要な光であると認識されている。このような０次光は、１次回折光から分離され、１次回折光のみが利用される。１次回折光と０次光とを分離する方法として、例えば、回折角度（例えば、図２の回折角度θ）を大きくする方法が挙げられる。
【００３８】  図６Ａは、回折素子（ピクセルピッチが８μｍ）の回折角度と回折効率との関係を表すグラフである。このグラフは縦軸が１次回折光の回折効率（％）、縦軸が回折角度（ｄｅｇ.）を表している。このように、回折角度を大きくすると、回折効率は低下することになる。したがって、回折角度を大きくした場合には、回折効率の低下に伴って、回折素子を含む光学系の光の利用効率が低下する。回折角度を小さくしたまま（回折効率を維持したまま）、１次回折光と０次光とを分離するためには、行路を長くとらなければならない。これでは、装置の小型化ができなくなる。
【００３９】  これに対し、投射型表示装置１では、赤用回折素子１３Ｒ（または、緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂ）の０次光の少なくとも一部および１次回折光が、赤用空間光変調素子１５Ｒ（または、緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂ）に入射する。換言すれば、赤用回折素子１３Ｒの０次光と１次回折光とを分離しないので、回折角度を気にすることなく、回折効率の高い赤用回折素子１３Ｒを設けることができる。
【００４０】  液晶パネルからなる回折素子では、図６Ｂに示したように、例えば、回折素子の階調により回折効率が変化する。例えば、６ビット以上の階調の回折素子（液晶パネル）を用いることにより、高い回折効率を得ることができる。この他にも、回折素子の回折効率は様々な条件により変化する。
【００４１】  また、赤用回折素子１３Ｒの０次光と１次回折光とを分離しないので、長い行路も不要であり、装置の小型化も可能である。
【００４２】  更に、赤用回折素子１３Ｒの０次光は回折光としての機能はないが、照明光として利用可能である。
【００４３】  以上のように、本実施の形態では、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの０次光の少なくとも一部および１次回折光が、赤用空間光変調素子１５Ｒに入射する。即ち、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの０次光と１次回折光との分離が不要なので、回折角度を考慮することなく、高い回折効率の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂを用いることができる。したがって、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。更に、０次光を照明光として利用することができるので、より光の利用効率を向上させることができる。加えて、長い行路が不要であるので、装置を小型化することができる。
【００４４】  また、投射型表示装置１では、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂと赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂとを組み合わせているので、ＨＤＲを実現しつつ、光の利用効率の低下を抑えることができる。以下、これについても説明する。
【００４５】  ＨＤＲを実現する方法として、強度変調を行う空間光変調素子を複数組み合わせることが考え得る。しかしながら、強度変調を行う空間光変調素子は、光を遮断して強度変調を行うため、光の利用効率が低くなる。特に、画面全体が暗い画像を表示する場合には、光の利用効率が著しく低くなる。また、本来は光が遮断される領域に光が漏れることがあり、コントラストが低下しやすい。
【００４６】  一方、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂでは、低輝度の画素領域に照射される光が高輝度の画素領域に分配されるので、強度変調を行う空間光変調素子を設けた場合と比べて、光の利用効率の低下を抑えることができる。したがって、ＨＤＲを実現しつつ、光の利用効率の低下を抑えることができる。また、コントラストの低下も抑えることもできる。
【００４７】  以下、上記実施の形態の変形例について説明するが、上記実施の形態と共通の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【００４８】  〔変形例１〕  図７は、変形例１に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ａ）の青色光学部１０Ｂの構成を模式的に表したものである。この青色光学部１０Ｂでは、青用回折素子１３Ｂと青用空間光変調素子１５Ｂとの間の光路、より具体的には青用回折素子１３Ｂと青用偏光分離素子１４Ｂとの間の光路にレンズ（レンズ１８）が設けられている。図示は省略するが、投射型表示装置１Ａでは、赤用回折素子１３Ｒと赤用空間光変調素子１５Ｒとの間、および緑用回折素子１３Ｇと緑用空間光変調素子１５Ｇとの間の光路にも、レンズが設けられている。この点において、投射型表示装置１Ａは、上記実施の形態の投射型表示装置１と異なっている。
【００４９】  レンズ１８は、凸レンズまたは凹レンズにより構成されている。このレンズ１８は、青用回折素子１３Ｂの０次光が、青用空間光変調素子１５Ｂを照射する領域を拡大するためのものである。
【００５０】  図８Ａ，図８Ｂは、青用回折素子１３Ｂの０次光が青用空間光変調素子１５Ｂの開口（開口Ｍ）を照射する領域（０次光照射領域Ａ）を模式的に表している。図８Ａは、レンズ１８を設けない場合の０次光照射領域Ａを表し、図８Ｂは、レンズ１８を設けたときの０次光照射領域Ａを表している。レンズ１８の焦点距離および位置を調整することにより、青用回折素子１３Ｂの０次光を大きく発散させることが可能であり、これにより、青用空間光変調素子１５Ｂの開口Ｍよりも、０次光照射領域Ａを大きくして、開口Ｍ全面に０次光を照射することができる。これにより、青用回折素子１３Ｂからの照明光のムラを低減することができる。レンズ１８の焦点距離を調整することにより、青用回折素子１３Ｂの０次光を発散させつつ、１次回折光のパターンを青用空間光変調素子１５Ｂ上に形成することが可能である。青用空間光変調素子１５Ｂは、レンズ１８のフーリエ面を避けて配置することが好ましい。レンズ１８のフーリエ面に青用空間光変調素子１５Ｂが配置されている場合には、０次光が、青用空間光変調素子１５Ｂ上に輝点として形成され、画質を劣化させる虞がある。
【００５１】  投射型表示装置１Ａは、上記投射型表示装置１と同様に、青用回折素子１３Ｂ（または、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ）の回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。更に、青用回折素子１３Ｂ（または、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ）と青用空間光変調素子１５Ｂ（または、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ）との間の光路にレンズ１８が設けられているので、青用回折素子１３Ｂの０次光を発散させて、青用回折素子１３Ｂからの照明光の照射ムラを低減させることが可能である。
【００５２】  〔変形例２〕  図９は、変形例２に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ｂ）の光学部１０の構成を模式的に表したものである。この投射型表示装置１Ｂは、透過型の赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂを有している。この点において、投射型表示装置１Ｂは、上記実施の形態の投射型表示装置１と異なっている。
【００５３】  透過型の赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂでは、例えば、裏面側から入射した光が、強度変調されて、表面側から取り出される。
【００５４】  このような投射型表示装置１Ｂも、上記投射型表示装置１と同様に、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。
【００５５】  〔変形例３〕  図１０は、変形例３に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ｃ）の光学部１０の構成を模式的に表したものである。この投射型表示装置１Ｃは、反射型の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂと、透過型の赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂとを有している。この点において、投射型表示装置１Ｃは、上記実施の形態の投射型表示装置１と異なっている。
【００５６】  反射型の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂでは、例えば、表面側から入射した光（赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬB）の回折光が、表面側から取り出される。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、それぞれ赤色光ＬR，緑色光ＬG，青色光ＬBの光軸上に配置されている。具体的に、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは、反射型の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの０次光方向、即ち、反射光の方向に配置されている。
【００５７】  このような投射型表示装置１Ｃも、上記投射型表示装置１と同様に、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。
【００５８】  〔変形例４〕  図１１は、変形例４に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ｄ）の光学部１０の構成を模式的に表したものである。この投射型表示装置１Ｄは、反射型の赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂを有している。この点において、投射型表示装置１Ｄは、上記実施の形態の投射型表示装置１と異なっている。赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂは例えば、反射型である。
【００５９】  このような投射型表示装置１Ｄも、上記投射型表示装置１と同様に、赤用回折素子１３Ｒ，緑用回折素子１３Ｇ，青用回折素子１３Ｂの回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。
【００６０】  〔変形例５〕  図１２は、変形例５に係る投射型表示装置（投射型表示装置１Ｅ）の光学部１０の構成を模式的に表したものである。この投射型表示装置１Ｅは、赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇおよび青色光源１１Ｂに代えて、白色光を出射する白色光源１１Ｗを有しており、白色光源１１Ｗから出射された白色光ＬWは、白用整形光学系１２Ｗおよび白用回折素子１３Ｗをこの順に通過する。この点において、投射型表示装置１Ｅは、上記実施の形態の投射型表示装置１と異なっている。
【００６１】  この投射型表示装置１Ｅでは、白用回折素子１３Ｗの０次光の少なくとも一部および１次回折光が、赤色光ＬWR，緑色光ＬWG，青色光ＬWBに色分離されて、それぞれ赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに入射する。具体的には、白用回折素子１３Ｗの０次光の少なくとも一部および１次回折光は、まず色分離素子１９に入射する。色分離素子１９は、この入射光を、赤色光ＬWRおよび緑色光ＬWGと、青色光ＬWBとに分離するとともに、赤色光ＬWRおよび緑色光ＬWGを色分離素子３１へと導き、青色光ＬWBを青用偏光分離素子１４Ｂへと導く。赤色光ＬWRおよび緑色光ＬWGは、色分離素子３１により、赤色光ＬWRと緑色光ＬWGとに分離され、赤色光ＬWRは赤用偏光分離素子１４Ｒへ、緑色光ＬWGは緑用偏光分離素子１４Ｇへと導かれる。青色光ＬWBは、青用偏光分離素子１４Ｂから青用空間光変調素子１５Ｂに入射して変調された後、青用偏光分離素子１４Ｂを介して色合成素子１６に入射する。赤色光ＬWRは、赤用偏光分離素子１４Ｒから赤用空間光変調素子１５Ｒに入射して変調された後、赤用偏光分離素子１４Ｒを介して色合成素子１６に入射する。緑色光ＬWGは、緑用偏光分離素子１４Ｇから緑用空間光変調素子１５Ｇに入射して変調された後、緑用偏光分離素子１４Ｇを介して色合成素子１６に入射する。色合成素子１６で合成された赤色光、緑色光および青色光が投射光学系１７を介してスクリーン１１０に投影される。色分離素子１９，３１は、例えばダイクロイックミラーにより構成されている。
【００６２】  このような投射型表示装置１Ｅも、上記投射型表示装置１と同様に、白用回折素子１３Ｗの０次光の少なくとも一部および１次回折光が、色分離された後、赤用空間光変調素子１５Ｒ，緑用空間光変調素子１５Ｇ，青用空間光変調素子１５Ｂに入射するので、白用回折素子１３Ｗの回折効率を高め、光の利用効率を向上させることができる。
【００６３】  以上、実施の形態および変形例を挙げて本技術を説明したが、本技術は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態において例示した光学部の構成要素、配置および数等は、あくまで一例であり、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
【００６４】  例えば、上記実施の形態等では、赤色光学部１０Ｒ、緑色光学部１０Ｇおよび青色光学部１０Ｂの全てにおいて、回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が空間光変調素子に入射する例について説明した。しかし、赤色光学部１０Ｒ，緑色光学部１０Ｇ，青色光学部１０Ｂの少なくとも１つにおいて、回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が空間光変調素子に入射するようになっていればよい。
【００６５】  なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であってこれに限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００６６】  なお、本技術は、以下のような構成も可能である。（１）  光源と、  前記光源からの光が入射する回折素子と、  前記回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する空間光変調素子と、  前記空間光変調素子を通過した光が入射する投射光学系と  を備えた投射型表示装置。（２）  前記回折素子は透過型である  前記（１）に記載の投射型表示装置。（３）  前記空間光変調素子が、前記回折素子と対向して設けられている  前記（２）に記載の投射型表示装置。（４）  前記回折素子は反射型である  前記（１）に記載の投射型表示装置。（５）  前記空間光変調素子は透過型である  前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（６）  前記空間光変調素子は反射型である  前記（１）乃至（４）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（７）  更に、前記回折素子と前記空間光変調素子との間の光路にレンズを有する  前記（１）乃至（６）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（８）  前記レンズは、前記空間光変調素子の位置での前記０次光の照射領域を拡大する  前記（７）に記載の投射型表示装置。（９）  前記空間光変調素子の開口全面に前記０次光が照射される  前記（７）または（８）に記載の投射型表示装置。（１０）  前記光源からの光の光軸上に、前記空間光変調素子が設けられている  前記（１）乃至（９）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（１１）  前記光源は、赤色光源、緑色光源および青色光源を含み、  前記回折素子は、前記赤色光源からの赤色光が入射する赤用回折素子、前記緑色光源からの緑色光が入射する緑用回折素子、および前記青色光源からの青色光が入射する青用回折素子を含み、  前記空間光変調素子は、前記赤用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する赤用空間光変調素子、前記緑用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する緑用空間光変調素子、および前記青用回折素子の０次光の少なくとも一部および１次回折光が入射する青用空間光変調素子を含む  前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（１２）  更に、  入力された画像信号から、高輝度領域に関する情報を抽出する高輝度領域抽出回路と、  前記高輝度領域抽出回路からの高輝度領域情報に基づいて前記回折素子を駆動するための信号を生成する回折パターン計算回路と、  前記高輝度領域抽出回路からの前記高輝度領域情報と前記画像信号とに基づいて前記空間光変調素子を駆動するための信号を生成する表示パターン計算回路とを備えた  前記（１）乃至（１１）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（１３）  前記光源は白色光源であり、  前記回折素子に前記白色光源からの光が入射する  前記（１）乃至（１０）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。（１４）  前記光源は、半導体レーザ（ＬＤ）により構成されている  前記（１）乃至（１３）のうちいずれか１つに記載の投射型表示装置。
【００６７】  本出願は、日本国特許庁において２０１６年７月２６日に出願された日本特許出願番号第２０１６−１４６５６０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
【００６８】  当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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