(57)【要約】【課題】回折光学素子から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能なプロジェクタを提供すること。【解決手段】一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂと、光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂから射出したコヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子１４と、回折光学素子１４から射出した回折光の光束を平行化させる平行化レンズ１５と、平行化レンズ１５から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂと、を有し、回折光学素子１４及び平行化レンズ１５の間の光学距離が、光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂからのコヒーレント光が入射する回折光学素子１４の入射面又は入射面を延長させた延長面のうち平行化レンズ１５の光軸が交わる位置と、入射面のうちコヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出した前記コヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、
前記回折光学素子から射出した前記回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、
前記平行化レンズから射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、
前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離が、前記光源装置からの前記コヒーレント光が入射する前記回折光学素子の入射面又は前記入射面を延長させた延長面のうち前記平行化レンズの光軸が交わる位置と、前記入射面のうち前記コヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出した前記コヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、
前記回折光学素子から射出した前記回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、
前記平行化レンズから射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、
前記回折光学素子から射出した前記回折光を反射して前記平行化レンズへ入射させる反射部を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離が、前記光源装置からの前記コヒーレント光が入射する前記回折光学素子の入射面又は前記入射面を延長させた延長面のうち前記平行化レンズの光軸が交わる位置と、前記入射面のうち前記コヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
第１色光を供給する第１照明装置と、
第２色光を供給する第２照明装置と、
第３色光を供給する第３照明装置と、
前記第１照明装置により供給された前記第１色光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置と、
前記第２照明装置により供給された前記第２色光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置と、
前記第３照明装置により供給された前記第３色光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置と、を有し、
前記第１照明装置、前記第２照明装置及び前記第３照明装置は、
一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、
前記光源装置から射出した前記コヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、
前記回折光学素子から射出した前記回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、を有し、
前記第１照明装置における前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離は、前記第２照明装置における前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離と、前記第３照明装置における前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離とのいずれよりも長いことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
前記第１色光は、緑色光であることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記第１照明装置は、前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離が、前記光源装置からの前記コヒーレント光が入射する前記回折光学素子の入射面又は前記入射面を延長させた延長面のうち前記平行化レンズの光軸が交わる位置と、前記入射面のうち前記コヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることを特徴とする請求項４又は５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記第１照明装置は、前記回折光学素子から射出した前記回折光を反射して前記平行化レンズへ入射させる反射部を有することを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記第２照明装置における前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離は、前記第３照明装置における前記回折光学素子及び前記平行化レンズの間の光学距離より長いことを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記第２色光は、赤色光であることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ、特に、レーザ光を用いて画像を表示するプロジェクタの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクタの光源としてレーザ光源を用いる技術が提案されている。プロジェクタの空間光変調装置においてレーザ光を重畳させる重畳手段には、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、コヒーレント光であるレーザ光を回折させることにより、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。回折光学素子により複数の機能を果たすことで、プロジェクタは、少ない部品点数にでき、小型化、省スペース化が容易となる。従来、重畳手段として回折光学素子を用いる技術は、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空間光変調装置としては、例えば、透過型液晶表示装置を用いることができる。透過型液晶表示装置は、液晶層の入射側に設けられた偏光子を用いて、所定の偏光面を有する直線偏光を液晶層へ入射させる。液晶層は、直線偏光の偏光方向を適宜変化させる。液晶層の射出側に設けられた検光子は、特定の直線偏光のみを透過させることで、液晶層における偏光方向の変化を光強度の変化へと変換する。液晶層にて偏光方向を制御可能な直線偏光のみを、偏光子から液晶層へ入射可能であると、高いコントラストの画像を得ることが可能となる。所定の偏光面を有する直線偏光のみを偏光子から射出可能とするためには、光軸と光線とがなす光線角度ができるだけ小さい光を偏光子へ供給することが望ましい。このように、プロジェクタは、空間光変調装置で有効に変調可能な光線角度の光を効率良く空間光変調装置へ供給することで、高いコントラストの画像を得ることが可能となる。これに対して、回折光学素子から射出した回折光を空間光変調装置の照明に用いると、回折光学素子での拡張により光線角度が広げられた光が空間光変調装置へ入射することになる。従来の技術によると、回折光学素子を用いる場合に、光線角度が大きい光が空間光変調装置へ入射することにより、画像のコントラストが低下する場合があるという問題が生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、回折光学素子から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタは、一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、光源装置から射出したコヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、回折光学素子から射出した回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、平行化レンズから射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離が、光源装置からのコヒーレント光が入射する回折光学素子の入射面又は入射面を延長させた延長面のうち平行化レンズの光軸が交わる位置と、入射面のうちコヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることを特徴とする。
【０００６】
回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離を、光軸とコヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上とすることにより、空間光変調装置へ入射する光の光線角度の広がりを抑制する。空間光変調装置で有効に変調可能な光線角度の光を効率良く空間光変調装置へ入射させることで、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能となる。これにより、回折光学素子から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能なプロジェクタを得られる。
【０００７】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、光源装置から射出したコヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、回折光学素子から射出した回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、平行化レンズから射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有し、回折光学素子から射出した回折光を反射して平行化レンズへ入射させる反射部を有することを特徴とする。
【０００８】
回折光学素子及び平行化レンズの間の光路に反射部を設けることにより、一定のスペースにおいて、回折光学素子及び平行化レンズの間に長い光学距離を確保することが可能となる。回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離を適宜確保することにより、空間光変調装置へ入射する光の光線角度の広がりを抑制する。これにより、回折光学素子から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能なプロジェクタを得られる。また、一定のスペースに回折光学素子及び平行化レンズを設置可能とすることで、プロジェクタをコンパクトにできる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離が、光源装置からのコヒーレント光が入射する回折光学素子の入射面又は入射面を延長させた延長面のうち平行化レンズの光軸が交わる位置と、入射面のうちコヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることが望ましい。これにより、空間光変調装置で有効に変調可能な光線角度の光を効率良く空間光変調装置へ入射させることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係るプロジェクタは、第１色光を供給する第１照明装置と、第２色光を供給する第２照明装置と、第３色光を供給する第３照明装置と、第１照明装置により供給された第１色光を画像信号に応じて変調する第１空間光変調装置と、第２照明装置により供給された第２色光を画像信号に応じて変調する第２空間光変調装置と、第３照明装置により供給された第３色光を画像信号に応じて変調する第３空間光変調装置と、を有し、第１照明装置、第２照明装置及び第３照明装置は、一つ以上のコヒーレント光を射出する光源装置と、光源装置から射出したコヒーレント光を回折させ、回折光を射出する回折光学素子と、回折光学素子から射出した回折光の光束を平行化させる平行化レンズと、を有し、第１照明装置における回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離は、第２照明装置における回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離と、第３照明装置における回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離とのいずれよりも長いことを特徴とする。
【００１１】
第１色光は、第２色光及び第３色光と比較して、人の目が強く感じる光、言い換えると高い視感度の光であるとする。第１照明装置について、回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離を適宜確保することにより、第１色光についてコントラスト低下を軽減させることが可能となる。第２色光及び第３色光に対して高い視感度の第１色光についてコントラスト低下を軽減させることで、高いコントラストのカラー画像を得ることができる。これにより、回折光学素子から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能なプロジェクタを得られる。また、全ての色光について回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離を長くする場合に比較して、プロジェクタをコンパクトにできる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、第１色光は、緑色光であることが望ましい。赤色光、緑色光、及び青色光のうち最も高い視感度の緑色光についてコントラスト低下を軽減させることで、高いコントラストのカラー画像を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、第１照明装置は、回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離が、光源装置からのコヒーレント光が入射する回折光学素子の入射面又は入射面を延長させた延長面のうち平行化レンズの光軸が交わる位置と、入射面のうちコヒーレント光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上であることが望ましい。これにより、第１空間光変調装置で有効に変調可能な光線角度の光を効率良く第１空間光変調装置へ入射させることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、第１照明装置は、回折光学素子から射出した回折光を反射して平行化レンズへ入射させる反射部を有することが望ましい。これにより、第１照明装置について、一定のスペースにおいて回折光学素子及び平行化レンズの間に長い光学距離を確保することができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様としては、第２照明装置における回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離は、第３照明装置における回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離より長いことが望ましい。第２色光は、第１色光と比較して低い視感度であって、第３色光と比較して高い視感度の光であるとする。これにより、画像のコントラスト低下をさらに軽減させることができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、第２色光は、赤色光であることが望ましい。赤色光、緑色光、及び青色光のうち緑色光に次いで高い視感度の赤色光についてコントラスト低下を軽減させることで、さらに高いコントラストのカラー画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の上面概略構成を示す。プロジェクタ１０は、スクリーン（不図示）に光を投写させ、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１０は、第１照明装置１１Ｇ、第２照明装置１１Ｒ、第３照明装置１１Ｂを有する。第１照明装置１１Ｇは、第１色光である緑色（Ｇ）光を供給する。第２照明装置１１Ｒは、第２色光である赤色（Ｒ）光を供給する。第３照明装置１１Ｂは、第３色光である青色（Ｂ）光を供給する。
【００１９】
第１照明装置１１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置１２Ｇ、回折光学素子１４、及び平行化レンズ１５を有する。光源装置１２Ｇは、コヒーレント光である１２本のレーザ光を射出する。光源装置１２Ｇは、レーザ光を射出する１２個のレーザ光源１３を有する。１２個のレーザ光源１３は、紙面に平行な方向へ４個、及び紙面に垂直な方向へ３個のアレイ状に配置されている。図１では、光源装置１２Ｇの１２個のレーザ光源１３のうち、紙面手前側の一列に配置された４個のレーザ光源１３のみを示している。レーザ光源１３は、例えば、端面発光型の半導体レーザを備える。
【００２０】
回折光学素子１４は、光源装置１２ＧからのＧ光を回折させ、回折光を射出する。回折光学素子１４は、第１空間光変調装置１６Ｇの被照射面上に、矩形形状、かつ均一化された光量分布の照射領域を形成する。回折光学素子１４は、照射領域の整形及び拡大、照射領域における光量分布の均一化を行う。平行化レンズ１５は、回折光学素子１４から射出した回折光の光束を平行化させる。第１空間光変調装置１６Ｇは、第１照明装置１１Ｇの平行化レンズ１５から射出したＧ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第１空間光変調装置１６Ｇから射出したＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１７へ入射する。
【００２１】
第２照明装置１１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置１２Ｒを有する。第２照明装置１１Ｒは、供給する色光、及び配置する向きが異なる他は、第１照明装置１１Ｇと同様の構成を有する。第２空間光変調装置１６Ｒは、第２照明装置１１Ｒの平行化レンズ１５から射出したＲ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第２空間光変調装置１６Ｒから射出したＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１７のうち、Ｇ光が入射する面とは異なる面へ入射する。
【００２２】
第３照明装置１１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置１２Ｂを有する。第３照明装置１１Ｂは、供給する色光、及び配置する向きが異なる他は、第１照明装置１１Ｇと同様の構成を有する。第３空間光変調装置１６Ｂは、第３照明装置１１Ｂの平行化レンズ１５から射出したＢ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。第３空間光変調装置１６Ｂから射出したＢ光は、クロスダイクロイックプリズム１７のうち、Ｇ光が入射する面、Ｒ光が入射する面のいずれとも異なる面へ入射する。
【００２３】
各照明装置１１Ｇ、１１Ｒ、１１Ｂは、回折光学素子１４として、例えば、計算機合成ホログラム（Computer  Generated  Hologram；ＣＧＨ）を用いることができる。透過型液晶表示装置としては、例えば、高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High  Temperature  Polysilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。
【００２４】
クロスダイクロイックプリズム１７は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜１８、１９を有する。第１ダイクロイック膜１８は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１９は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１７は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ２０の方向へ射出する。投写レンズ２０は、クロスダイクロイックプリズム１７から射出した光を投写する。
【００２５】
図２は、回折光学素子１４に形成された回折格子２２を模式的に表したものである。図３は、図２のＡＡ断面構成を示す。回折格子２２は、回折光学素子１４のうちレーザ光が入射する各位置に形成されている。回折格子２２は、回折光学素子１４の表面、例えば、光を射出する射出面に形成されている。回折格子２２は、矩形領域２１を単位として形成された複数の凹凸を備える。かかる凹凸は、図３に示す断面において矩形形状をなしている。図２において、各矩形領域２１に塗潰しやハッチング等を付すことで、紙面に垂直な方向への高低差が設けられていることを表している。
【００２６】
回折格子２２は、矩形領域２１ごとにレーザ光の位相を変化させる。回折光学素子１４は、回折格子２２においてレーザ光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。矩形領域２１のピッチ及び凹凸の高さを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子１４に所定の機能を持たせることができる。回折格子２２の表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いることができる。回折光学素子１４は、断面において矩形形状をなす凹凸を備える回折格子２２を設ける他、断面において三角形状をなす凹凸を備える回折格子を設けることとしても良い。
【００２７】
例えば、回折光学素子１４は、所望の形状を備えるモールド（型）を形成した後、モールドの形状を基板に熱転写する、いわゆるナノインプリントの手法を用いて製造することができる。この他、回折光学素子１４は、所望の形状を形成可能であれば、従来用いられる他の手法により製造することとしても良い。
【００２８】
図４は、プロジェクタ１０のうち、第１照明装置１１Ｇ及び第１空間光変調装置１６Ｇの側面概略構成を示す。以下、各色光について設けられた構成のうち、Ｇ光について設けられた第１照明装置１１Ｇ及び第１空間光変調装置１６Ｇを代表例として説明する。図４では、光源装置１２Ｇの１２個のレーザ光源１３のうち、紙面手前側の一列に配置された３個のレーザ光源１３のみを示している。回折光学素子１４、第１空間光変調装置１６Ｇは、いずれも、平行化レンズ１５の光軸ＡＸ上に設けられている。回折光学素子１４は、回折光学素子１４のうち光源装置１２Ｇからのレーザ光が入射する入射面Ｓ１の中心位置を、光軸ＡＸが貫くように配置されている。第１空間光変調装置１６Ｇは、被照射面Ｓ３のうち、第１照明装置１１Ｇにより供給されたＧ光が入射する照射領域の中心位置を、光軸ＡＸが貫くように配置されている。平行化レンズ１５の前側焦点は、回折光学素子１４のうち回折格子２２（図２参照）が形成された射出面Ｓ２に略一致する。これにより、回折光学素子１４から拡散させた光束を、平行化レンズ１５により平行化させることができる。
【００２９】
図５は、回折光学素子１４から第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する光の光線角度について説明するものである。図６は、回折光学素子１４の入射面Ｓ１を示す。光線角度とは、光軸ＡＸと光線とがなす角度であるとする。回折光学素子１４の入射面Ｓ１は、高さｈ、幅ｗ、対角線の長さＤの矩形形状をなしている。例えば、入射面Ｓ１のうち対角線の一端である位置Ｐへ入射した光が、図５に示すように回折光学素子１４の射出面Ｓ２から拡散したとする。位置Ｐを通過して射出面Ｓ２から射出した光の光線角度θは、以下の式（１）により求めることができる。
【００３０】
【数１】
2009168882.tif 000003
【００３１】
位置Ｐは、入射面Ｓ１のうち光軸ＡＸが交わる中心位置Ｏから、入射面Ｓ１上で最も離れた位置である。位置Ｐを通過して射出面Ｓ２から射出した光の光線角度θは、回折光学素子１４から第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する光の最大光線角度とみなせる。上記の式（１）中、Ｄ／２は、入射面Ｓ１のうち光軸ＡＸが交わる中心位置Ｏと、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値を表す。回折光学素子１４及び平行化レンズ１５の間の光学距離ｆは、以下の条件を満たす。
ｆ≧４×Ｄ（＝８×Ｄ／２）    ・・・（２）
【００３２】
例えば、回折光学素子１４の高さｈが３ｍｍ、幅ｗが４ｍｍ、回折光学素子１４及び平行化レンズ１５の間の光学距離ｆが２０ｍｍであるとする。対角線の長さＤは、５ｍｍ｛＝（３２＋４２）１／２｝である。このとき、ｆ＝４×Ｄ（＝２０ｍｍ）の関係が成り立つため、上記の式（２）を満たす。上記の式（１）に各数値を代入すると、最大光線角度θはおよそ７．１度となる。従って、Ｄ／２の８倍に相当する光学距離ｆを確保することにより、第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する光の光線角度を、およそ７．１度以下とすることができる。
【００３３】
次に、回折光学素子１４の高さｈが３ｍｍ、幅ｗが４ｍｍ、回折光学素子１４及び平行化レンズ１５の間の光学距離ｆが１００ｍｍであるとする。光学距離ｆは、Ｄの２０倍（Ｄ／２の４０倍）に相当する。ｆ＞４×Ｄ（＝２０ｍｍ）の関係が成り立つため、上記の式（２）を満たす。上記の式（１）に各数値を代入すると、最大光線角度θはおよそ１．４度となる。従って、Ｄ／２の８倍より大きい光学距離ｆを確保することにより、第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する光の光線角度の広がりをさらに抑制することができる。
【００３４】
光線角度ができるだけ小さい光を第１空間光変調装置１６Ｇへ供給することにより、第１空間光変調装置１６Ｇは、光を有効に変調することができる。透過型液晶表示装置を用いて高いコントラストの画像を得るには、透過型液晶表示装置へ入射する光の光線角度が例えば６度以下であることが望まれる。上述のように、Ｄ／２の８倍に相当する光学距離ｆを確保することにより、第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する光の光線角度の最大値を６度に近いおよそ７．１度にできる。Ｄ／２の８倍より大きい光学距離ｆを確保することで、光線角度の最大値をさらに小さくできる。
【００３５】
このように、入射面Ｓ１のうち光軸ＡＸが交わる位置と、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上の光学距離ｆを確保することにより、各空間光変調装置１６Ｇ、１６Ｒ、１６Ｂへ入射する光の光線角度の広がりを抑制する。各空間光変調装置１６Ｇ、１６Ｒ、１６Ｂで有効に変調可能な光線角度の光を効率良く各空間光変調装置１６Ｇ、１６Ｒ、１６Ｂへ入射させることで、画像のコントラスト低下を軽減させることが可能となる。これにより、回折光学素子１４から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることができるという効果を奏する。
【００３６】
ここで、回折光学素子１４及び第１空間光変調装置１６Ｇとの間の光学距離ｆの最大値について説明する。光学距離ｆを大きくするほど、プロジェクタ１０は大型化することになる。例えば、光学距離ｆは、Ｄの５０倍以下（Ｄ／２の１００倍以下）と設定することができる。上述と同様に、対角線の長さＤが５ｍｍである場合に、光学距離ｆが２５０ｍｍ（＝Ｄ×５０＝Ｄ／２×１００）であるとする。上記の式（１）に各数値を代入すると、最大光線角度θはおよそ０．５７度となる。
【００３７】
図７は、光学距離ｆが、Ｄの５０倍以下であることが望ましい理由の一つを説明するものである。図７に示すように、例えば、プロジェクタ１０は、光軸ＡＸから離れた位置に第１空間光変調装置１６Ｇを配置することとしても良い。回折光学素子１４から射出した回折光は、光軸ＡＸに対して斜めに進行し、平行化レンズ１５を経て第１空間光変調装置１６Ｇへ入射する。回折光学素子１４から射出したゼロ次光は、光軸ＡＸ上に設けられた光吸収部２４へ入射する。被照射面Ｓ３以外の位置へゼロ次光を進行させることで、照射領域における光量分布の均一化が容易となる利点がある。また、光吸収部２４でゼロ次光を吸収することで、迷光の発生を低減させることができる。
【００３８】
光源装置１２Ｇから射出するレーザ光の半値全幅（ＦＷＨＭ）が、例えば、１０〜２０ｍｒａｄであるとする。この場合、回折光学素子１４から射出するゼロ次光の光線角度（α／２）は、例えば０．６度〜１．２度となる。光学距離ｆが長くなるほどゼロ次光は拡散するため、光吸収部２４が大型になる。光吸収部２４が大型になるほど、回折光学素子１４から射出する回折光を光軸ＡＸから遠くへ進行させる必要が生じる。光軸ＡＸから遠くへ回折光を進行させるほど、光軸ＡＸから遠い位置に第１空間光変調装置１６Ｇを配置することになる。回折光学素子１４及び第１空間光変調装置１６Ｇを配置する空間の幅Ｌは、例えば、３０ｍｍ程度より大きくすることは困難である。これらを考慮すると、光学距離ｆは、回折光学素子１４の対角線の長さＤに対して最大５０倍程度とするのが望ましい。
【００３９】
図８は、ｆ／Ｄと最大光線角度θとの関係を示す。図８に示す関係から、ｆ／Ｄを５０以上としても、最大光線角度θは殆ど変化がないことがわかる。図７及び図８を用いた説明から、光学距離ｆは、Ｄの５０倍以下（Ｄ／２の１００倍以下）とすることが望ましいといえる。以上により、回折光学素子１４及び平行化レンズ１５の間の光学距離ｆは、入射面Ｓ１のうち光軸ＡＸが交わる位置と、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上、かつ１００倍以下と設定することができる。
【００４０】
各照明装置１１Ｇ、１１Ｒ、１１Ｂに設けられる光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂは、本実施例で説明する構成である場合に限られない。光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂは、一つ以上のレーザ光源１３を有するものであれば良い。光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂは、端面発光型の半導体レーザを備えるレーザ光源１３を有するものに限られず、面発光型の半導体レーザを備えるものであっても良い。光源装置１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂは、複数の発光部を有する半導体レーザを用いて、複数のレーザ光を射出するものであっても良い。
【００４１】
本実施例では、回折光学素子１４の矩形形状の対角線の長さＤを用いて光学距離ｆの範囲を設定することとしたが、これに限られない。回折光学素子１４の形状に関わらず、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置であって光軸ＡＸから最も離れた位置と、入射面Ｓ１のうち光軸ＡＸと交わる位置との間の長さを用いて、光学距離ｆの範囲を設定することができる。
【００４２】
回折光学素子１４は、入射面Ｓ１の中心位置Ｏを光軸ＡＸが貫くように配置される場合に限られない。回折光学素子１４は、入射面Ｓ１の中心位置Ｏ以外の位置を光軸ＡＸが貫くように配置することとしても良い。さらに、回折光学素子１４は、光軸ＡＸから離れた位置に配置することとしても良い。この場合、光学距離ｆは、回折光学素子１４の入射面Ｓ１を延長させた延長面のうち光軸ＡＸが交わる位置と、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上とすることができる。
【実施例２】
【００４３】
図９は、本発明の実施例２に係るプロジェクタの特徴的部分を説明するものである。本実施例のプロジェクタは、各色光について、以下に説明する照明装置３０を適用することができる。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。照明装置３０は、光源装置３１、回折光学素子３２、第１ミラー３３、第２ミラー３４、及び平行化レンズ１５を有する。光源装置３１は、コヒーレント光であるレーザ光を射出する複数のレーザ光源１３を有する。図９では、アレイ状に配置された複数のレーザ光源１３のうち、紙面手前側の一列に配置された２個のレーザ光源１３のみを示している。
【００４４】
回折光学素子３２は、光源装置３１からのレーザ光を回折させ、回折光を射出する。第１ミラー３３は、回折光学素子３２から射出した回折光を、第２ミラー３４へ向けて反射する。第２ミラー３４は、第１ミラー３３で反射した回折光を、平行化レンズ１５へ向けて反射する。第１ミラー３３及び第２ミラー３４は、回折光学素子３２から射出した回折光を反射して平行化レンズ１５へ入射させる反射部として機能する。第１ミラー３３、第２ミラー３４は、高反射性部材、例えば、金属部材や誘電体多層膜を用いて構成されている。平行化レンズ１５は、第２ミラー３４からの回折光の光束を平行化させる。空間光変調装置１６は、照明装置３０の平行化レンズ１５から射出した光を画像信号に応じて変調する透過型液晶表示装置である。
【００４５】
第１ミラー３３及び第２ミラー３４は、光軸ＡＸに対して略４５度傾けて配置されている。回折光学素子３２から第１ミラー３３へ入射した光は、第１ミラー３３での反射により、光路が略９０度折り曲げられる。第１ミラー３３から第２ミラー３４へ入射した光は、第２ミラー３４での反射により、光路が略９０度折り曲げられる。第１ミラー３３及び第２ミラー３４での反射により、光路が略１８０度折り曲げられる。このように、回折光学素子３２から射出した光は、第１ミラー３３及び第２ミラー３４により進行方向が逆向きになるように折り返された後、平行化レンズ１５へ入射する。
【００４６】
上記実施例１と同様に、回折光学素子３２及び平行化レンズ１５の間の光学距離ｆは、回折光学素子３２の入射面Ｓ１又は入射面Ｓ１を延長させた延長面のうち光軸ＡＸが交わる位置と、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上とする。さらに、光学距離ｆは、入射面Ｓ１又は入射面Ｓ１を延長させた延長面のうち光軸ＡＸが交わる位置と、入射面Ｓ１のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上、かつ１００倍以下と設定することができる。
【００４７】
第１ミラー３３及び第２ミラー３４で光を折り返すことにより、回折光学素子３２から平行化レンズ１５へ光を直進させる場合に対して、プロジェクタ内部の限られたスペースにおいて、回折光学素子３２及び平行化レンズ１５の間の光学距離を長く確保することが可能となる。回折光学素子３２及び平行化レンズ１５の間の光学距離を適宜確保することにより、空間光変調装置１６へ入射する光の光線角度の広がりを抑制する。これにより、回折光学素子３２から射出した回折光を用いる構成において、画像のコントラスト低下を軽減させることができる。また、一定のスペースに回折光学素子３２及び平行化レンズ１５を設置可能とすることで、プロジェクタをコンパクトにできる。
【００４８】
図１０は、本実施例の変形例に係るプロジェクタの特徴的部分を説明するものである。本変形例のプロジェクタは、各色光について、以下に説明する照明装置３５を適用することができる。照明装置３５は、光源装置３１、回折光学素子３６、ミラー３７、及び平行化レンズ１５を有する。回折光学素子３６は、光源装置３１からのレーザ光を回折させ、回折光を射出する。
【００４９】
ミラー３７は、回折光学素子３６から射出した回折光を、平行化レンズ１５へ向けて反射する。ミラー３７は、回折光学素子３６から射出した回折光を反射して平行化レンズ１５へ入射させる反射部として機能する。ミラー３７は、高反射性部材、例えば、金属部材や誘電体多層膜を用いて構成されている。平行化レンズ１５は、ミラー３７からの回折光の光束を平行化させる。
【００５０】
回折光学素子３６から射出した光は、ミラー３７により進行方向が逆向き近くになるように折り返された後、平行化レンズ１５へ入射する。本変形例では照明装置３５は、反射部として一つのミラー３７を用いることから、二つのミラー３３、３４（図９参照）を用いる場合に対して、プロジェクタの部品点数を減少させ、プロジェクタを簡易な構成にできる。本変形例の場合、光軸ＡＸから離れた位置に回折光学素子３６が配置される。光軸ＡＸ上に回折光学素子３２を配置する図９の場合に比較して、平行化レンズ１５へ入射する光の光線角度は大きくなる。このことから、二つのミラー３３、３４を用いることで光軸ＡＸ上に回折光学素子３２を配置する場合、一つのミラー３７を用いることで光軸ＡＸから離れた位置に回折光学素子３６を配置する場合に対して、光線角度の広がりを抑制できる利点がある。なお、反射部は、進行方向が逆向き、又は逆向き近くになるように回折光学素子３２、３６からの回折光を折り返すものに限られない。反射部は、反射により、回折光の進行方向を変換可能なものであれば良い。ミラー（反射光学素子）は、一つ又は二つである場合に限られず、三つ以上としても良い（すなわち、少なくとも一つ以上設ければ良い）。
【実施例３】
【００５１】
図１１は、本発明の実施例３に係るプロジェクタ４０の上面概略構成を示す。本実施例のプロジェクタ４０は、色光ごとに回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離を異ならせたことを特徴とする。上記実施例と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。プロジェクタ４０は、第１照明装置４１Ｇ、第２照明装置４１Ｒ、第３照明装置４１Ｂを有する。第１照明装置４１Ｇは、第１色光であるＧ光を供給する。第２照明装置４１Ｒは、第２色光であるＲ光を供給する。第３照明装置４１Ｂは、第３色光であるＢ光を供給する。
【００５２】
第１照明装置４１Ｇは、Ｇ光を射出する光源装置４２Ｇ、回折光学素子４３、第１ミラー４４、第２ミラー４５、及び平行化レンズ１５を有する。光源装置４２Ｇは、コヒーレント光である複数のレーザ光を射出する。光源装置４２Ｇは、複数の発光部を備える面発光型の半導体レーザを備える。回折光学素子４３は、光源装置４２ＧからのＧ光を回折させ、回折光を射出する。第１ミラー４４は、回折光学素子４３から射出した回折光を、第２ミラー４５に向けて反射する。第２ミラー４５は、第１ミラー４４で反射した回折光を、平行化レンズ１５へ向けて反射する。第１ミラー４４及び第２ミラー４５は、回折光学素子４３から射出した回折光を反射して平行化レンズ１５へ入射させる反射部として機能する。平行化レンズ１５は、第２ミラー４５からの回折光の光束を平行化させる。
【００５３】
第２照明装置４１Ｒは、Ｒ光を射出する光源装置４２Ｒ、回折光学素子４３、第３ミラー４６、及び平行化レンズ１５を有する。光源装置４２Ｒは、コヒーレント光である複数のレーザ光を射出する。光源装置４２Ｒは、複数の発光部を備える面発光型の半導体レーザを備える。回折光学素子４３は、光源装置４２ＲからのＲ光を回折させ、回折光を射出する。第３ミラー４６は、回折光学素子４３から射出した回折光を、平行化レンズ１５へ向けて反射する。第３ミラー４６は、回折光学素子４３から射出した回折光を反射して平行化レンズ１５へ入射させる反射部として機能する。平行化レンズ１５は、第３ミラー４６からの回折光の光束を平行化させる。第１ミラー４４、第２ミラー４５、第３ミラー４６は、いずれも、高反射性部材、例えば、金属部材や誘電体多層膜を用いて構成されている。
【００５４】
第３照明装置４１Ｂは、Ｂ光を射出する光源装置４２Ｂ、回折光学素子４３、及び平行化レンズ１５を有する。光源装置４２Ｂは、複数の発光部を備える面発光型の半導体レーザを備える。回折光学素子４３は、光源装置４２ＢからのＢ光を回折させ、回折光を射出する。平行化レンズ１５は、回折光学素子４３からの回折光の光束を平行化させる。クロスダイクロイックプリズム４７は、互いに略直交させて配置された２つのダイクロイック膜４８、４９を有する。第１ダイクロイック膜４８は、Ｇ光を反射し、Ｂ光及びＲ光を透過させる。第２ダイクロイック膜４９は、Ｒ光を反射し、Ｂ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム４７は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ２０の方向へ射出する。
【００５５】
筐体５０は、画像信号に応じた画像を形成するための各構成を収納する。筐体５０は、略矩形形状をなしている。第１照明装置４１Ｇを構成する光源装置４２Ｇ、第１ミラー４４、第２ミラー４５は、それぞれ筐体５０の矩形形状が有する四隅のうちの三箇所を占めている。四隅のうち残る一箇所には、第２照明装置４１Ｒを構成する第３ミラー４６が設けられている。第２照明装置４１Ｒを構成する光源装置４２Ｒは、第１照明装置４１Ｇの光源装置４２Ｇの近傍に設けられている。第３照明装置４１Ｂは、第１照明装置４１Ｇを構成する回折光学素子４３及び第１ミラー４４の間の光路と、クロスダイクロイックプリズム４７との間に設けられている。プロジェクタ４０は、回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離が、第３照明装置４１Ｂ、第２照明装置４１Ｒ、第１照明装置４１Ｇの順に長くなるように構成されている。第１照明装置４１Ｇは、回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離が、回折光学素子４３の入射面又は入射面の延長面のうち光軸が交わる位置と、入射面のうちレーザ光が入射する位置との間の長さの最大値の８倍以上である。
【００５６】
第１照明装置４１Ｇについて、回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離を適宜確保することにより、Ｇ光についてコントラスト低下を軽減させることが可能となる。各色光の視感度は、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光の順に高くなる。回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離をＢ光、Ｒ光、Ｇ光の順に長く確保することにより、高いコントラストのカラー画像を得ることができる。また、全ての色光について回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離を長くする場合に比較して、プロジェクタ４０をコンパクトにできる。
【００５７】
プロジェクタ４０は、回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離が、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光の順に長ければ良く、本実施例で説明する構成である場合に限られない。また、プロジェクタ４０は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のうち少なくともＧ光について、Ｒ光及びＢ光よりも回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離が長ければ良い。例えば、Ｒ光及びＧ光については、回折光学素子４３及び平行化レンズ１５の間の光学距離の長さが略同じであっても良い。
【００５８】
なお、上記各実施例のプロジェクタは、半導体レーザを備えるレーザ光源を用いる場合に限られず、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を備えるレーザ光源を用いても良い。光源装置は、レーザ光源を有するものに限られない。光源装置は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）等の固体光源を有するものであっても良い。プロジェクタは、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid  Crystal  On  Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）、ＧＬＶ（Grating  Light  Valve）等を用いても良い。プロジェクタは、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタは、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタは、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタは、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタは、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの上面概略構成を示す図。
【図２】回折格子を模式的に表した図。
【図３】図２のＡＡ断面構成を示す図。
【図４】第１照明装置及び第１空間光変調装置の側面概略構成を示す図。
【図５】第１空間光変調装置へ入射する光の光線角度について説明する図。
【図６】回折光学素子の入射面を示す図。
【図７】回折光学素子及び平行化レンズの間の光学距離の範囲について説明する図。
【図８】ｆ／Ｄと最大光線角度との関係を示す図。
【図９】本発明の実施例２に係るプロジェクタの特徴的部分を説明する図。
【図１０】実施例２の変形例に係るプロジェクタの特徴的部分を説明する図。
【図１１】本発明の実施例３に係るプロジェクタの上面概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１０  プロジェクタ、１１Ｇ  第１照明装置、１１Ｒ  第２照明装置、１１Ｂ  第３照明装置、１２Ｇ、１２Ｒ、１２Ｂ  光源装置、１３  レーザ光源、１４  回折光学素子、１５  平行化レンズ、１６Ｇ  第１空間光変調装置、１６Ｒ  第２空間光変調装置、１６Ｂ  第３空間光変調装置、１６  空間光変調装置、１７  クロスダイクロイックプリズム、１８  第１ダイクロイック膜、１９  第２ダイクロイック膜、２０  投写レンズ、２１  矩形領域、２２  回折格子、ＡＸ  光軸、Ｓ１  入射面、Ｓ２  射出面、Ｓ３  被照射面、２４  光吸収部、３０  照明装置、３１  光源装置、３２  回折光学素子、３３  第１ミラー、３４  第２ミラー、３５  照明装置、３６  回折光学素子、３７  ミラー、４０  プロジェクタ、４１Ｇ  第１照明装置、４１Ｒ  第２照明装置、４１Ｂ  第３照明装置、４２Ｇ、４２Ｒ、４２Ｂ  光源装置、４３  回折光学素子、４４  第１ミラー、４５  第２ミラー、４６  第３ミラー、４７  クロスダイクロイックプリズム、４８  第１ダイクロイック膜、４９  第２ダイクロイック膜、５０  筐体
【図１】
2009168882.tif 000004
【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】
2009168882.tif 000010
【図８】
2009168882.tif 000011
【図９】
2009168882.tif 000012
【図１０】
2009168882.tif 000013
【図１１】
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