(57)【要約】【課題】干渉縞に起因する輝度ムラの発生を低減する。【解決手段】光源装置は、光ビームを発する光源と、光源からの光ビームが照射されるマイクロレンズアレイ１７０を備えている。マイクロレンズアレイ１７０は、ｘｙ平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズ１７２を有している。各マイクロレンズ１７２は、ｘ軸とｙ軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状をしている。複数のマイクロレンズ１７２の四角形状はすべて同じサイズである。ｘ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２は、ｙ軸に沿ったずれを伴わずに配置されている。ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿ったずれを伴って配置されている。マイクロレンズアレイ上における光ビームのスポットは、ｙ軸に沿って隣接する複数のマイクロレンズに跨っている。【選択図】図４
2016062038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発する光源と、
前記光源からの前記光ビームが照射されるマイクロレンズアレイと
を備え、
前記マイクロレンズアレイは、互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、
各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズであり、
前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置され、
前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されていて、
前記マイクロレンズアレイ上における前記光ビームのスポットは、
前記第二の軸に沿って隣接する複数のマイクロレンズに跨っている、
光源装置。
【請求項２】
前記ビームスポットは、実質的に楕円形状をしている、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記楕円形状の長軸は、第二の軸に実質的に平行である、請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
各マイクロレンズは、前記第一の軸に沿った長さが、前記第二の軸に沿った長さよりも大きい、請求項１ないし３のいずれかひとつに記載の光源装置。
【請求項５】
各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さをＬ１、前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれをＤとしたとき、Ｄ≠Ｌ１／２である、請求項１ないし４のいずれかひとつに記載の光源装置。
【請求項６】
Ｌ１／Ｄは、非整数である、請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記ビームスポットと少なくとも部分的に重なるマイクロレンズの前記第二の軸に沿った個数をＮとしたとき、Ｄ・Ｎ＞Ｌ１（ただし、Ｄ≦Ｌ１／２）である、請求項５又は６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれは、二つ以上の値を含んでいる、請求項１ないし７のいずれかひとつに記載の光源装置。
【請求項９】
前記光源は、複数であって、
前記マイクロレンズアレイ上における前記複数の光ビームのビームスポットの間隔と各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さは互いに異なっている、請求項１ないし８のいずれかひとつに記載の光源装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかひとつに記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光ビームを、投影画像を有する投影光ビームに変換する画像表示デバイスと、
前記投影光ビームを投射する投影光学系を備えている、投影装置。
【請求項１１】
互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを備え、
各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズであり、
前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置され、
前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されていて、
各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さをＬ１、前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれをＤとしたとき、
Ｌ１／Ｄは、非整数である、
マイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、投影装置及びマイクロレンズアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置においては、放電ランプ、近年ではＬＥＤが光源として利用されている。それらは高輝度の表示をおこなうために、光源の発光面積を増加するように実装することにより発光光量を増加させている。しかしながら、発光面積が増加することによって、発光面積と立体角の積で表される光源系のエテンデューが大きくなる。その結果、画像表示デバイスの表示面積と画像表示デバイスの取り込み可能な立体角の積である表示系のエテンデューがより大きくなり、光源からの光利用率が低下する。光の利用効率を向上させるためには、光源の発光面積を小さくし、光源系のエテンデューを表示系のエテンデューより小さくすればよい。そこで、発光面積が小さい光源として、レーザー、特に半導体レーザー（ＬＤ）を利用した投影装置も開発されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
投影装置の光源装置では、画像表示デバイスに光源からの光をムラ無く照射するために、インテグレーターとしてたとえばマイクロレンズアレイを用いて光強度分布の均一化を図っている。マイクロレンズアレイは、格子状に縦横に配列された複数のマイクロレンズを有している。各マイクロレンズは、同じ曲率と同じサイズを有し、画像表示デバイス面に集光させるよう光学設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９０５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このマイクロレンズアレイにレーザー光が入射すると、レーザー光は干渉性が高いため、マイクロレンズアレイ上に干渉縞が形成される。干渉縞は、レーザー光が通過する各マイクロレンズの概ね同じ場所に位置する。このため、干渉縞は、画像表示デバイス上の同じ位置に重畳されるため、画像表示デバイス上には、はっきりとした干渉縞パターンが形成される。この干渉縞パターンは、輝度ムラとして認識されてしまう。
【０００６】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、干渉縞に起因する輝度ムラの発生を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光源装置は、光ビームを発する光源と、前記光源からの前記光ビームが照射されるマイクロレンズアレイを備えている。前記マイクロレンズアレイは、互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有している。各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズである。前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置されている。前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されている。前記マイクロレンズアレイ上における前記光ビームのスポットは、前記第二の軸に沿って隣接する複数のマイクロレンズに跨っている。
本発明による光源装置は、このような光源装置と、前記光源装置から射出された光ビームを、投影画像を有する投影光ビームに変換する画像表示デバイスと、前記投影光ビームを投射する投影光学系を備えている。
本発明によるマイクロレンズアレイは、互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを備えている。各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズである。前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置されている。前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されている。各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さをＬ１、前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれをＤとしたとき、Ｌ１／Ｄは、非整数である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、干渉縞に起因する輝度ムラの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態によるプロジェクタの外観斜視図である。
【図２】図２は、図１のプロジェクタのプロジェクタ制御系の機能ブロック図である。
【図３】図３は、図１のプロジェクタの内部構造を示す平面模式図である。
【図４】図４は、図１のプロジェクタの光源装置におけるマイクロレンズアレイの平面図である。
【図５】図５は、図４のマイクロレンズアレイを介して画像表示デバイス上に形成される干渉縞パターンを模式的に示した図である。
【図６】図６は、図４のマイクロレンズアレイに代替可能な別のマイクロレンズアレイの平面図である。
【図７】図７は、図６のマイクロレンズアレイを介して画像表示デバイス上に形成される干渉縞パターンを模式的に示した図である。
【図８】図８は、二つのビームスポットが形成されたマイクロレンズアレイの平面図である。
【図９】図９は、従来のマイクロレンズアレイの平面図である。
【図１０】図１０は、図９のマイクロレンズアレイを介して画像表示デバイス上に形成される干渉縞パターンを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、投影装置であるプロジェクタ１の外観斜視図である。以下の説明では、前後に関しては、プロジェクタ１の投影方向すなわちプロジェクタ１から射出される光ビームの進行方向を前方、その反対方向を後方とし、また、左右に関しては、投影方向を向いた状態において右手側を右方、左手側を左方とする。
【００１１】
プロジェクタ１は、内部構造を取り囲むほぼ直方体形状のプロジェクタ筐体を有している。プロジェクタ筐体は、互いに嵌合された上ケース５と下ケース６によって構成されている。
【００１２】
プロジェクタ筐体の前方に位置する正面板１２には、ほぼ中央に投影光学系１９０が配置され、その右方に吸気孔１８が形成されている。
【００１３】
また、プロジェクタ筐体の上方に位置する上面板１１にはキー／インジケータ部３７が設けられている。このキー／インジケータ部３７には、電源スイッチキー、投影のオン、オフを切りかえる投影スイッチキー等のキーや、電源のオン又はオフを報知するパワーインジケータ、光源ユニットや画像表示デバイス又は制御回路等が過熱したときに報知をする過熱インジケータのインジケータが配置されている。
【００１４】
さらに、プロジェクタ筐体の後方と右方にそれぞれ位置する背面板１３と右側板１５には、ＵＳＢ端子や電源アダプタプラグ、メモリカードの挿入口等の各種端子が設けられている。
【００１５】
次に、プロジェクタ１のプロジェクタ制御系について図２の機能ブロック図を用いて説明する。
【００１６】
プロジェクタ制御系は、制御部３８、入出力インターフェース２２、画像変換部２３、表示エンコーダ２４、表示駆動部２６等から構成されている。この制御部３８は、プロジェクタ１内の各回路の動作制御を司るものであって、演算装置としてのＣＰＵや、各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ、ワークメモリとして使用されるＲＡＭ等から構成されている。
【００１７】
このプロジェクタ制御系により、入出力コネクタ部２１から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース２２、システムバス（ＳＢ）を介して画像変換部２３に送られ、画像変換部２３によって、表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ２４に出力される。
【００１８】
表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶させた上で、このビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部２６に出力する。
【００１９】
表示駆動部２６は、表示エンコーダ２４から出力された画像信号に対応して適宜フレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）である画像表示デバイス１８０を駆動する。光源装置１００から射出された光ビームは、画像表示デバイス１８０に照射され、画像表示デバイス１８０によって反射されることによって、投影画像を有する投影光ビームとなる。この画像を有する投影光ビームは、投影光学系１９０（図１参照）を介して投射され、たとえばスクリーン（図示せず）に照射されることにより、スクリーン上に画像が投影される。投影光学系１９０は、少なくとも一つの可動レンズ１９１を含んでおり、この可動レンズ１９１は、ズーム調整やフォーカス調整のためにレンズモータ４５によって適宜移動される。
【００２０】
また、画像伸長部３１は、再生時にメモリカード３２に記録された画像データを読み出し、画像データを１フレーム単位で伸長し、この画像データを、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力し、メモリカード３２に記憶された画像データに基づいて動画等の表示を可能とする処理をおこなう。
【００２１】
プロジェクタ筐体の上ケース５に設けられたキー／インジケータ部３７からの操作信号は制御部３８に直接送出される。制御部３８には、システムバス（ＳＢ）を介して音声処理部４７が接続されている。この音声処理部４７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ４８を駆動して拡声放音させる。
【００２２】
また、制御部３８は、光源制御回路４１を制御する。この光源制御回路４１は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光ビームが光源装置１００から射出されるように、光源装置１００の後述する、励起光照射装置、赤色光源装置及び青色光源装置の発光を個別に制御する。
【００２３】
さらに、プロジェクタ制御系は、光源装置１００の射出光の照度を測定する照度センサ４２を備えている。制御部３８は、照度センサ４２から送出された各波長帯域光の出力に関する情報をもとに、光源装置１００の各光源に印加する電圧を調整し、製品出荷当初の輝度バランスを維持する。
【００２４】
次に、このプロジェクタ１の内部構造について述べる。図３は、プロジェクタ１の内部構造を示す平面模式図である。
【００２５】
プロジェクタ１は、前述したように、投影画像を作り出す画像表示デバイス１８０と、画像表示デバイス１８０に光ビームを照射する光源装置１００と、画像表示デバイス１８０によって反射された光ビームを投射する投影光学系１９０を備えている。
【００２６】
光源装置１００は、プロジェクタ筐体のほぼ中央に配置されており、画像表示デバイス１８０は、光源装置１００の左方に、背面板１３の近くに配置されており、投影光学系１９０は、光源装置１００の一部に並んで、正面板１２の近くに配置されている。
【００２７】
画像表示デバイス１８０は、矩形の反射領域を有しており、その反射領域は、マトリックス状に配列された複数の可動する矩形の反射素子から構成されている。複数の反射素子は、入射光ビームをそれぞれ反射して、画素に対応する複数の小ビームを作り出す。各反射素子は、その向きが異なる二つの状態の間で切り換え可能である。このような画像表示デバイス１８０は、たとえばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と呼ばれる。
【００２８】
このプロジェクタ１においては、画像表示デバイス１８０の反射素子は、反射光の小ビームを、投影光学系１９０に向かわせるオン状態と、投影光学系１９０に向かわせないオフ状態との間で切り換え、オン状態にある反射素子によって反射された光の小ビームは、投影光学系１９０を通して投射されるが、オフ状態にある反射素子によって反射された光の小ビームは、投影光学系１９０を通して投射されないように設計されている。これにより、オン状態にある複数の反射素子によって反射された光の小ビームの集まりは、投影画像を有する投影光ビームとなる。言い換えれば、画像表示デバイス１８０は、光源装置１００から射出された光ビームを、投影画像を有する投影光ビームに変換する。
【００２９】
光源装置１００は、緑色光ビームを射出する緑色光源装置１１０と、赤色光ビームを射出する赤色光源装置１４０と、青色光ビームを射出する青色光源装置１５０を備えている。
【００３０】
緑色光源装置１１０は、正面板１２の近くに配置された励起光照射装置１２０と、励起光照射装置１２０に対して背面板１３の側に、励起光照射装置１２０に対向して配置された蛍光発光装置１３０から構成されている。
【００３１】
励起光照射装置１２０は、発散性の励起光ビームを発する２個の励起光源１２１と、励起光源１２１から発せられた発散光ビームを平行光ビームに変換する２個のコリメータレンズ１２２と、コリメータレンズ１２２を通過した励起光ビームの強度分布を均一化するマイクロレンズアレイ１２３を備えている。励起光源１２１は、一般にレーザーたとえば半導体レーザーで構成され得る。
【００３２】
蛍光発光装置１３０は、励起光照射装置１２０から射出された励起光の一部を吸収して緑色波長帯域の蛍光すなわち緑色光を発する蛍光板１３１と、励起光照射装置１２０から射出された励起光ビームを蛍光板１３１に導くとともに蛍光板１３１から発せられた緑色光を集光して緑色光ビームを作り出す集光レンズ群１３２を備えている。
【００３３】
励起光照射装置１２０は、励起光ビームを後方に向けて射出し、蛍光発光装置１３０は、緑色光ビームを前方に向けて射出する。
【００３４】
赤色光源装置１４０は、緑色光源装置１１０に対して右側板１５の側に、前後方向に関して励起光照射装置１２０と蛍光発光装置１３０の間に配置されている。赤色光源装置１４０は、発散性の赤色光ビームを発する赤色光源１４１と、赤色光源１４１から発せられた発散光ビームを平行光ビームに変換するコリメータレンズ１４２を備えている。赤色光源装置１４０は、赤色光ビームを左方に向けて射出する。赤色光源１４１は、一般にレーザーたとえば半導体レーザーで構成される。また、このコリメータレンズ１４２は、赤色光ビームが、後述するように、マイクロレンズアレイ１７０の隣接する複数のマイクロレンズに跨って照射されるように整形する機能も有している。
【００３５】
青色光源装置１５０は、緑色光源装置１１０の励起光照射装置１２０に対して左側板１４の側、正面板１２の近くに配置されている。青色光源装置１５０は、発散性の青色光ビームを発する青色光源１５１と、青色光源１５１から発せられた発散光ビームを平行光ビームに変換するコリメータレンズ１５２を備えている。青色光源装置１５０は、青色光ビームを後方に向けて射出する。青色光源１５１は、一般にレーザーたとえば半導体レーザーで構成される。また、このコリメータレンズ１５２は、青色光ビームが、後述するように、マイクロレンズアレイ１７０の隣接する複数のマイクロレンズに跨って照射されるように整形する機能も有している。
【００３６】
光源装置１００はまた、蛍光発光装置１３０から射出された緑色光ビームと、赤色光源装置１４０から射出された赤色光ビームと、青色光源装置１５０から射出された青色光ビームを、同一光路に沿って画像表示デバイス１８０に導く導光光学系１６０を備えている。導光光学系１６０は、第一のダイクロイックミラー１６１と、第二のダイクロイックミラー１６２と、マイクロレンズアレイ１７０と、集光レンズ１６４と、光軸変更ミラー１６５と、集光レンズ１６６と、プリズム１６７（全反射（ＴＩＲ）プリズム）から構成されている。
【００３７】
第一のダイクロイックミラー１６１は、励起光照射装置１２０から射出された励起光を透過する特性を有している。さらに、第一のダイクロイックミラー１６１は、蛍光発光装置１３０から射出された緑色光ビームを反射するとともに赤色光源装置１４０から射出される赤色光ビームを透過して、緑色光ビームと赤色光ビームを同一光路に結合させる機能を有している。
【００３８】
第二のダイクロイックミラー１６２は、蛍光発光装置１３０から射出された緑色光ビームと赤色光源装置１４０から射出される赤色光ビームを反射するとともに青色光源装置１５０から射出された青色光ビームを透過して、緑色光ビームと赤色光ビームと青色光ビームを同一光路に結合させる機能を有している。
【００３９】
マイクロレンズアレイ１７０は、これに入射する光ビームの強度分布の均一化を図るためのものである。また、マイクロレンズアレイ１７０は、画像表示デバイス１８０の矩形の反射領域に合わせて光ビームを整形する機能を有している。
【００４０】
光軸変更ミラー１６５は、マイクロレンズアレイ１７０と集光レンズ１６４を通過した光ビームを、画像表示デバイス１８０に方向づけるように反射する機能を有している。
【００４１】
プリズム１６７は、集光レンズ１６４を通過した光ビームを、画像表示デバイス１８０に向けて導く機能を有している。プリズム１６７は、また、画像表示デバイス１８０によって生成された投影光ビームを、言い換えれば、画像表示デバイス１８０内のオン状態にある反射素子による反射光の小ビームを、選択的に投影光学系１９０に導く機能を有している。
【００４２】
投影光学系１９０は、少なくとも一つの可動レンズ１９１を有しており、さらに少なくとも一つの固定レンズを有していてもよく、レンズモータ４５によって可動レンズ１９１が移動されることにより、ズーム調整やフォーカス調整をおこなうことが可能である。
なお、投影光学系１９０と左側板１４との間にバッテリー部３００を備えている。
【００４３】
〔本実施形態のマイクロレンズアレイ〕
以下、本実施形態のプロジェクタ１の光源装置１００におけるマイクロレンズアレイ１７０について図４を参照しながら説明する。
【００４４】
マイクロレンズアレイ１７０は、互いに直交する第一の軸たとえばｘ軸と第二の軸たとえばｙ軸が張るｘｙ平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズ１７２を有している。各マイクロレンズ１７２は、ｘｙ平面上において、ｘ軸とｙ軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状をしている。また各マイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿った（ｘ軸方向の）長さが、ｙ軸に沿った（ｙ軸方向の）長さよりも大きい。複数のマイクロレンズ１７２はすべて光学的に実質的に同一の光学特性を有している。すなわち、複数のマイクロレンズ１７２の四角形状はすべて同じサイズであり、また、複数のマイクロレンズ１７２の表面の曲率もすべて同じである。
【００４５】
このマイクロレンズアレイ１７０では、ｘ軸に沿って隣接する（二つの）マイクロレンズ１７２は、ｙ軸に沿った（ｙ軸方向の）ずれを伴わずに配置されているが、ｙ軸に沿って隣接する（二つの）マイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿った（ｘ軸方向の）ずれを伴って配置されている。したがって、ｘ軸方向に隣り合うマイクロレンズ１７２の光学中心のｙ軸方向の位置は一致しているが、ｙ軸方向に隣り合うマイクロレンズ１７２の光学中心のｘ軸方向の位置は一致していない。
【００４６】
マイクロレンズアレイ１７０に入射した光ビームは、マイクロレンズアレイ１７０上にビームスポット２００を形成する。光ビームを構成する光が可干渉性の光である場合、ビームスポット２００の縁に干渉縞２０２が形成される。
【００４７】
ビームスポット２００は、ここでは、ｘ軸に沿った長さ（ｘ軸方向のスポット径）が、ｙ軸に沿った長さ（ｙ軸方向のスポット径）よりも小さい。ビームスポット２００は、これに限らないが、たとえば、実質的に楕円形状をしている。特に、光源装置１００の光源が半導体レーザーで構成されている場合、ビームスポット２００は、通常、楕円形状をしている。
【００４８】
楕円形状のビームスポット２００の長軸２１２は、図４に示された構成例では、ｙ軸に実質的に平行である。なお、楕円形状のビームスポット２００の長軸２１２は、上記構成例では、ｙ軸に平行であるが、４５度よりも小さい角度でｙ軸に対して傾斜されていてもよい。
そして、ビームスポット２００は、ｙ軸に沿って隣接する複数のマイクロレンズアレイ１７０に跨るように照射されている。
【００４９】
〔従来のマイクロレンズアレイ〕
ここで、比較例として、従来のマイクロレンズアレイ１７０Ｚについて図９を参照しながら説明する。マイクロレンズアレイ１７０Ｚは、マイクロレンズアレイ１７０と同様、ｘｙ平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズ１７２を有している。各マイクロレンズ１７２の構成は、マイクロレンズアレイ１７０のマイクロレンズ１７２と同様である。
【００５０】
マイクロレンズアレイ１７０Ｚでは、ｘ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２は、ｙ軸に沿ったずれを伴わずに配置されている。さらに、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２も、ｘ軸に沿ったずれを伴わずに配置されている。したがって、ｘ軸方向に隣り合うマイクロレンズ１７２の光学中心のｙ軸方向の位置は一致している。そして、ｙ軸方向に隣り合うマイクロレンズ１７２の光学中心のｘ軸方向の位置も一致している。
【００５１】
〔従来のマイクロレンズアレイと本実施形態のマイクロレンズアレイの対比〕
ここで、このようなマイクロレンズアレイ１７０Ｚを、図３のプロジェクタ１のマイクロレンズアレイ１７０に代えて適用した場合について考える。
【００５２】
ビームスポット２００はｙ軸に沿って長いため、干渉縞２０２のｘ軸に沿った位置はビームの長軸であるｙ軸方向の径内で比較的一定している。また、マイクロレンズアレイ１７０Ｚのマイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿ったずれを伴わずに、ｙ軸に沿って配置されている。すなわち、マイクロレンズアレイ１７０Ｚにおいて、ｙ軸に沿って並んでいる複数のマイクロレンズ１７２の光学中心はすべて、ｙ軸に平行な一本の直線上に位置している。したがって、各マイクロレンズ１７２における干渉縞２０２のｘ軸に沿った相対位置は概ね同じである。このため、マイクロレンズアレイ１７０Ｚ上の干渉縞２０２は、画像表示デバイス１８０上の同じ位置に重畳して投影される。その結果、画像表示デバイス１８０上には、図１０に示されるように、対称性や規則性の良いはっきりとした干渉縞パターン２０４Ｚが形成される。このような干渉縞パターン２０４Ｚは、投影画像における顕著な輝度ムラとして認識され易い。
【００５３】
これに対して、本実施形態のプロジェクタ１のマイクロレンズアレイ１７０では、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿ったずれを伴って配置されている。したがって、ビームスポット２００はｙ軸に沿って長く、干渉縞２０２のｘ軸に沿った位置はビームの長軸であるｙ軸方向の径内で比較的一定しているにもかかわらず、各マイクロレンズ１７２における干渉縞２０２のｘ軸に沿った相対位置は、マイクロレンズごとに比較的異なったものとなる。このため、マイクロレンズアレイ１７０上の干渉縞２０２は、画像表示デバイス１８０上に分散されて投影される。つまり、干渉縞２０２の重畳が低減される。これにより、画像表示デバイス１８０上に形成される干渉縞パターン２０４は、図５に示されるように、対称性や規則性の低いものとなる。その結果、投影画像における顕著な輝度ムラの発生が低減される。
【００５４】
〔干渉縞の別の重畳回避手法と本実施形態のマイクロレンズアレイの対比〕
干渉縞の対称性や規則性を低減する別の構成として、各マイクロレンズのサイズが干渉縞のサイズよりも小さいマイクロレンズアレイや、マイクロレンズ毎にサイズや曲率が異なるマイクロレンズアレイも考えられる。しかし、このようなマイクロレンズアレイは、レンズ成形型の加工に対して高精度の要求や複雑化をもたらすため、製造コストの増大を招く。特に、各マイクロレンズのサイズが干渉縞のサイズよりも小さいマイクロレンズアレイでは、マイクロレンズの個数が多くなるため、マイクロレンズアレイの有効エリア内においてマイクロレンズ間の稜線部が占める割合が多くなる。このような稜線部を通過する光は、レンズ作用を受けないため、光の利用効率の低下を招く。
【００５５】
これに対して、本実施形態のマイクロレンズアレイ１７０は、マイクロレンズ１７２はすべてサイズや曲率が同じであり、また四角形状といった単純な形状であるので、各マイクロレンズのサイズが干渉縞のサイズよりも小さいマイクロレンズアレイや、マイクロレンズ毎にサイズや曲率が異なるマイクロレンズアレイよりも、レンズ成形型の加工が容易であり、安価に作製可能である。
【００５６】
〔本実施形態のマイクロレンズアレイの詳細〕
図４に戻り、本実施形態のマイクロレンズアレイの好ましい設計について説明する。
投影画像における輝度ムラ、すなわち、光源装置から出射される光の輝度ムラの発生を低減するため、マイクロレンズアレイ１７０のマイクロレンズ１７２の配列パターンは、規則性の低いものであるとよい。
【００５７】
各マイクロレンズ１７２のｘ軸に沿った長さ（ピッチ）をＬ１、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２の間のｘ軸に沿ったずれをＤ（０＜Ｄ＜Ｌ１）としたとき、たとえば、２Ｄ＝Ｌ１であってもよいが、好ましくは、Ｄ＜Ｌ１／２、又は、Ｄ＞Ｌ１／２、すなわち、Ｄ≠Ｌ１／２であるとよい。２Ｄ＝Ｌ１である場合、ｘ軸に沿ったマイクロレンズ１７２の配列パターンは、ｙ軸に沿って一つおきに同じものになる。これに対して、Ｄ≠Ｌ１／２である場合、そのようなことが避けられ、ｘ軸に沿ったマイクロレンズ１７２の同一の配列パターンが、ｙ軸に沿って繰り返される頻度が低減されるか、ｙ軸に沿って再び現れることが回避される。これにより、マイクロレンズ１７２の配列パターンは規則性のより低いものになる。
【００５８】
また、任意の２以上の自然数をｍとして、ｍ・Ｄ＝Ｌ１であってよいが、好ましくは、Ｌ１／Ｄは、非整数であるとよい。
より好ましくは、Ｌ１／Ｄが無理数であるとよい。その場合、ｘ軸に沿って延びている任意の（二つの）行の間において、ｘ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２の境界は一致することがない。すなわち、マイクロレンズアレイ１７０のマイクロレンズ１７２の配列のパターンは、ｙ軸に沿って周期性をもたない。これは、マイクロレンズ１７２の配列パターンの規則性の低減に寄与する。
【００５９】
なお、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿ったずれが非常に小さい場合には、画像表示デバイス１８０上において干渉縞２０２がほとんど分散されずに投影されると予想される。したがって、投影画像における輝度ムラの発生を低減するため、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２は、ｘ軸に沿って適度にずれていることがよいと考えられる。
【００６０】
このため、ビームスポット２００と少なくとも部分的に重なるマイクロレンズ１７２のｙ軸に沿った個数をＮとしたとき（図４においては、Ｎ＝６）、たとえば、Ｄ・Ｎ＞Ｌ１とすることが好ましい。（Ｄの計り方としては、左右方向に２通りある（Ｄａ＋Ｄｂ＝Ｌ１）が、ここでのＤは、Ｌ１／２以下の値、つまり、Ｄａ、Ｄｂのうち小さい方の値とする。）この場合、ビームスポット２００のｙ軸に沿った両端にそれぞれ位置する二つのマイクロレンズ１７２は、一つのマイクロレンズ１７２の幅（ｘ軸に沿った長さ）よりも大きくずれていることになる。これによって、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿った適度なずれが確保される。
【００６１】
〔本実施形態の別のマイクロレンズアレイ〕
図４のマイクロレンズアレイ１７０に代替可能な別の構成をマイクロレンズアレイ１７０Ａとして図６に示す。このマイクロレンズアレイ１７０Ａでは、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿ったずれは、一定ではない。図６において、ｙ軸に沿って最も上に位置するマイクロレンズ１７２とｙ軸に沿って上から二番目に位置するマイクロレンズ１７２の間のずれＤ１と、ｙ軸に沿って最も下に位置するマイクロレンズ１７２とｙ軸に沿って下から二番目に位置するマイクロレンズ１７２の間のずれＤ５は、明らかに異なっている。
【００６２】
このため、マイクロレンズアレイ１７０Ａにおけるマイクロレンズ１７２の配列パターンは、マイクロレンズアレイ１７０におけるマイクロレンズ１７２の配列パターンよりも、さらに規則性の低いものとなっている。これにより、画像表示デバイス１８０上に形成される干渉縞パターン２０４Ａは、図７に示されるように、図５に示された干渉縞パターン２０４よりも、さらに対称性や規則性の低いものとなる。その結果、光源装置から出射される光の輝度ムラ、すなわち、投影画像における顕著な輝度ムラの発生がさらに低減される。
【００６３】
また図６では、ｙ軸に沿って上から二番目に位置するマイクロレンズ１７２ないしｙ軸に沿って上から五番目に位置するマイクロレンズ１７２において、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿ったずれ（図示しないが、Ｄ２〜Ｄ４）は、ずれＤ１と等しいように見えるが、それらは、ずれＤ１と等しくてもよいし、ずれＤ１と異なっていてもよい。
【００６４】
このように、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿ったずれは、すべてが互いに異なる値を有していてもよいし、それらのうちのいくつかのみが等しい値を有していてもよい。すなわち、マイクロレンズアレイ１７０Ａでは、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズ１７２のｘ軸に沿ったずれは、二つ以上の値を含んでいる。これは、マイクロレンズ１７２の配列パターンの規則性の低減に寄与し、その結果、投影画像における輝度ムラの発生の低減に有効である。
【００６５】
〔光源装置の別の構成例と本実施形態のマイクロレンズアレイ〕
これまでの説明においては、光源装置１００から射出される各光ビームの光源すなわち赤色光源装置１４０の赤色光源１４１と青色光源装置１５０の青色光源１５１と緑色光源装置１１０の蛍光板１３１は、図３に示されるように、単一の素子または部材で構成されているが、各光源は、複数の素子または部材で構成されてもよい。この場合、マイクロレンズアレイ１７０上には、複数のビームスポットが形成される。
【００６６】
図８は、代表的に、マイクロレンズアレイ１７０上に二つのビームスポットが形成される例を示している。このような構成例においては、ビームスポット２００の間隔ＢＳと各マイクロレンズ１７２のｘ軸に沿った長さＬ１は互いに異なっているとよい。この場合、マイクロレンズ１７２に対するビームスポット２００の相対位置関係が二つのビームスポット２００の間で相違するため、画像表示デバイス１８０上に対するマイクロレンズアレイ１７０上の干渉縞２０２のさらに不規則な分散投影が期待できる。その結果、光源装置から出射される光の輝度ムラ、すなわち、投影画像における顕著な輝度ムラの発生のより効果的な低減が期待される。
【００６７】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【００６８】
たとえば、上記説明では、ｙ軸に沿って隣接するマイクロレンズがｘ軸に沿ったずれを伴っているものとしたが、これは、マイクロレンズ上に形成されるビームスポットの形状との相対関係に基づいており、ビームスポットがｘ軸に沿って長く、ｘ軸に沿って隣接するマイクロレンズがｙ軸に沿ったずれを伴っている構成であってもよい。すなわち、ｘ軸とｙ軸は、互いに置き換え可能である。
【００６９】
なお、上記説明では、半導体レーザーのビームの形状が一般的に長軸短軸を有する楕円形状のビームとして、そのままの形状でマイクロレンズアレイ１７０に照射される例で説明したが、コリメータレンズで、長軸短軸の関係が変化するように整形されたとしても、マイクロレンズアレイ１７０の隣接する複数のマイクロレンズに跨って照射されるようになっていれば、本発明の効果は得られる。例えば、図４、６、８等において、半導体レーザーのビームの形状が、ｘ軸方向に広げられて、円形状のビーム、あるいは、横長の楕円形状のビームになっていても、本発明の効果は得られる。
【００７０】
また、上記説明では、赤色光源装置、青色光源装置がともに半導体レーザーで構成される例で説明したが、どちらかがＬＥＤで構成されていてもよい。
【００７１】
また、上記説明では、マイクロレンズアレイ、光源装置は、投影装置に利用される例で説明したが、本発明は、それに限定されない。たとえば、照明装置に利用されるものであってもよいことは言うまでもない。
【００７２】
〈付記〉
本願の明細書および図面に開示されている発明の一部を以下に列記する。
［１］光ビームを発する光源と、
前記光源からの前記光ビームが照射されるマイクロレンズアレイと
を備え、
前記マイクロレンズアレイは、互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有し、
各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズであり、
前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置され、
前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されていて、
前記マイクロレンズアレイ上における前記光ビームのスポットは、
前記第二の軸に沿って隣接する複数のマイクロレンズに跨っている、
光源装置。
［２］前記ビームスポットは、実質的に楕円形状をしている、［１］に記載の光源装置。
［３］前記楕円形状の長軸は、第二の軸に実質的に平行である、［１］又は［２］に記載の光源装置。
［４］各マイクロレンズは、前記第一の軸に沿った長さが、前記第二の軸に沿った長さよりも大きい、［１］ないし［３］のいずれかひとつに記載の光源装置。
［５］各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さをＬ１、前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれをＤとしたとき、Ｄ≠Ｌ１／２である、［１］ないし［４］のいずれかひとつに記載の光源装置。
［６］Ｌ１／Ｄは、非整数である、［５］に記載の光源装置。
［７］前記ビームスポットと少なくとも部分的に重なるマイクロレンズの前記第二の軸に沿った個数をＮとしたとき、Ｄ・Ｎ＞Ｌ１（ただし、Ｄ≦Ｌ１／２）である、［５］又は［６］に記載の光源装置。
［８］前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれは、二つ以上の値を含んでいる、［１］ないし［７］のいずれかひとつに記載の光源装置。
［９］前記光源は、複数であって、
前記マイクロレンズアレイ上における前記複数の光ビームのビームスポットの間隔と各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さは互いに異なっている、［１］ないし［８］のいずれかひとつに記載の光源装置。
［１０］［１］ないし［９］のいずれかひとつに記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光ビームを、投影画像を有する投影光ビームに変換する画像表示デバイスと、
前記投影光ビームを投射する投影光学系を備えている、投影装置。
［１１］互いに直交する第一の軸と第二の軸が張る平面上において二次元的に配列された複数のマイクロレンズを備え、
各マイクロレンズは、前記平面上において、前記第一の軸と前記第二の軸にそれぞれ平行な二組の対辺を有する四角形状であるとともに、前記複数のマイクロレンズの四角形状はすべて同じサイズであり、
前記第一の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第二の軸に沿ったずれを伴わずに配置され、
前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズは、前記第一の軸に沿ったずれを伴って配置されていて、
各マイクロレンズの前記第一の軸に沿った長さをＬ１、前記第二の軸に沿って隣接するマイクロレンズの間の前記第一の軸に沿ったずれをＤとしたとき、
Ｌ１／Ｄは、非整数である、
マイクロレンズアレイ。
【符号の説明】
【００７３】
１…プロジェクタ、５…上ケース、６…下ケース、１１…上面板、１２…正面板、１３…背面板、１４…左側板、１５…右側板、１８…吸気孔、２１…入出力コネクタ部、２２…入出力インターフェース、２３…画像変換部、２４…表示エンコーダ、２５…ビデオＲＡＭ、２６…表示駆動部、３１…画像伸長部、３２…メモリカード、３７…キー／インジケータ部、３８…制御部、４１…光源制御回路、４２…照度センサ、４５…レンズモータ、４７…音声処理部、４８…スピーカ、１００…光源装置、１１０…緑色光源装置、１２０…励起光照射装置、１２１…励起光源、１２２…コリメータレンズ、１２３…マイクロレンズアレイ、１３０…蛍光発光装置、１３１…蛍光板、１３２…集光レンズ群、１４０…赤色光源装置、１４１…赤色光源、１４２…コリメータレンズ、１５０…青色光源装置、１５１…青色光源、１５２…コリメータレンズ、１６０…導光光学系、１６１，１６２…ダイクロイックミラー、１６４…集光レンズ、１６５…光軸変更ミラー、１６６…集光レンズ、１６７…プリズム、１７０，１７０Ａ，１７０Ｚ…マイクロレンズアレイ、１７２…マイクロレンズ、１８０…画像表示デバイス、１９０…投影光学系、１９１…可動レンズ、２００…ビームスポット、２０２…干渉縞、２０４，２０４Ａ，２０４Ｚ…干渉縞パターン、２１２…長軸、３００…バッテリー部。
【図２】
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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１】
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【図３】
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