JP2009168882A - Projector - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a projector, and more particularly to a technology of a projector that displays an image using laser light.
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。
In recent years, a technique using a laser light source as a light source of a projector has been proposed. For example, a diffractive optical element can be used as superimposing means for superimposing laser light in the spatial light modulation device of the projector. The diffractive optical element diffracts the laser beam, which is coherent light, to shape and enlarge the irradiation region and to uniformize the light amount distribution in the irradiation region. By performing a plurality of functions with the diffractive optical element, the projector can have a small number of parts, and can be easily reduced in size and space. Conventionally, a technique using a diffractive optical element as superimposing means has been proposed in
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。 As the spatial light modulation device, for example, a transmissive liquid crystal display device can be used. In the transmissive liquid crystal display device, linearly polarized light having a predetermined polarization plane is incident on the liquid crystal layer using a polarizer provided on the incident side of the liquid crystal layer. The liquid crystal layer appropriately changes the polarization direction of linearly polarized light. An analyzer provided on the exit side of the liquid crystal layer transmits only a specific linearly polarized light, thereby converting a change in the polarization direction in the liquid crystal layer into a change in light intensity. If only linearly polarized light whose polarization direction can be controlled by the liquid crystal layer can be incident on the liquid crystal layer from the polarizer, an image with high contrast can be obtained. In order to allow only linearly polarized light having a predetermined polarization plane to be emitted from the polarizer, it is desirable to supply light having a light beam angle as small as possible between the optical axis and the light beam to the polarizer. Thus, the projector can obtain a high-contrast image by efficiently supplying light having a light beam angle that can be effectively modulated by the spatial light modulator to the spatial light modulator. On the other hand, when the diffracted light emitted from the diffractive optical element is used for illumination of the spatial light modulator, the light whose beam angle is widened by the expansion of the diffractive optical element enters the spatial light modulator. According to the prior art, when a diffractive optical element is used, there is a problem that the contrast of an image may be lowered due to light having a large light beam angle entering the spatial light modulator. SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a projector that can reduce a decrease in contrast of an image in a configuration using diffracted light emitted from a diffractive optical element.
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。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a projector according to the present invention emits diffracted light by diffracting one or more light sources that emit coherent light, and coherent light emitted from the light source device. A diffractive optical element; a collimating lens that collimates a light beam of diffracted light emitted from the diffractive optical element; and a spatial light modulator that modulates light emitted from the collimated lens according to an image signal. The optical distance between the optical element and the collimating lens is such that the optical axis of the collimating lens intersects the incident surface of the diffractive optical element on which coherent light from the light source device is incident or the extended surface obtained by extending the incident surface; It is more than 8 times the maximum value of the length between the incident surface and the position where the coherent light is incident.
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。 By making the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens at least eight times the maximum length between the optical axis and the position where the coherent light is incident, the light incident on the spatial light modulator is reduced. Suppresses the spread of the ray angle. By making light of a light beam angle that can be effectively modulated by the spatial light modulation device efficiently incident on the spatial light modulation device, it is possible to reduce a decrease in contrast of the image. As a result, a projector capable of reducing a decrease in image contrast in a configuration using diffracted light emitted from the diffractive optical element can be obtained.
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。 Furthermore, a projector according to the present invention includes a light source device that emits one or more coherent lights, a diffractive optical element that diffracts the coherent light emitted from the light source apparatus, and emits diffracted light, and a diffraction that is emitted from the diffractive optical element. A collimating lens that collimates the light beam of light; and a spatial light modulator that modulates the light emitted from the collimating lens in accordance with an image signal, and reflects and collimates the diffracted light emitted from the diffractive optical element. It has the reflection part which injects into an optical lens, It is characterized by the above-mentioned.
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。 By providing the reflecting portion in the optical path between the diffractive optical element and the collimating lens, it is possible to ensure a long optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in a certain space. By appropriately securing the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens, the spread of the light beam angle of the light incident on the spatial light modulator is suppressed. As a result, a projector capable of reducing a decrease in image contrast in a configuration using diffracted light emitted from the diffractive optical element can be obtained. Moreover, the projector can be made compact by making it possible to install the diffractive optical element and the collimating lens in a fixed space.
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。 In a preferred embodiment of the present invention, the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens is an incident surface of the diffractive optical element on which coherent light from the light source device is incident or an extended surface obtained by extending the incident surface. It is desirable that it is 8 times or more the maximum value of the length between the position where the optical axes of the collimating lenses intersect and the position where the coherent light is incident on the incident surface. Thereby, light having a light beam angle that can be effectively modulated by the spatial light modulator can be efficiently incident on the spatial light modulator.
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。 Furthermore, a projector according to the present invention includes a first illumination device that supplies first color light, a second illumination device that supplies second color light, a third illumination device that supplies third color light, and a first illumination device. A first spatial light modulator that modulates the supplied first color light according to the image signal; a second spatial light modulator that modulates the second color light supplied by the second illumination device according to the image signal; A third spatial light modulation device that modulates the third color light supplied by the three illumination devices in accordance with an image signal, and the first illumination device, the second illumination device, and the third illumination device include at least one A light source device that emits coherent light, a diffractive optical element that diffracts coherent light emitted from the light source device, and emits diffracted light; and a parallelizing lens that collimates a light beam of diffracted light emitted from the diffractive optical element. And diffraction in the first lighting device The optical distance between the optical element and the collimating lens is the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the second illumination device, and the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the third illumination device. It is characterized by being longer than any of the above.
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。 It is assumed that the first color light is light that the human eye feels stronger than the second color light and the third color light, in other words, light with high visibility. With respect to the first illumination device, it is possible to reduce the decrease in contrast of the first color light by appropriately securing the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens. A high contrast color image can be obtained by reducing the decrease in contrast of the first color light having high visibility with respect to the second color light and the third color light. As a result, a projector capable of reducing a decrease in image contrast in a configuration using diffracted light emitted from the diffractive optical element can be obtained. Further, the projector can be made compact as compared with the case where the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens is increased for all color lights.
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。 In a preferred embodiment of the present invention, the first color light is desirably green light. A high contrast color image can be obtained by reducing the decrease in contrast of green light having the highest visibility among red light, green light, and blue light.
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。 As a preferred aspect of the present invention, in the first illumination device, the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens extends the incident surface or the incident surface of the diffractive optical element on which coherent light from the light source device is incident. It is desirable that it is 8 times or more of the maximum value of the length between the position where the optical axes of the collimating lenses intersect and the position where the coherent light is incident on the incident surface. As a result, light having a light beam angle that can be effectively modulated by the first spatial light modulator can be efficiently incident on the first spatial light modulator.
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。 Moreover, as a preferable aspect of the present invention, it is desirable that the first illumination device has a reflection portion that reflects the diffracted light emitted from the diffractive optical element and enters the collimating lens. Thereby, a long optical distance can be ensured between the diffractive optical element and the collimating lens in a certain space for the first illumination device.
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。 As a preferred aspect of the present invention, the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the second illumination device is longer than the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the third illumination device. desirable. It is assumed that the second color light has low visibility compared to the first color light and high visibility compared to the third color light. As a result, a reduction in contrast of the image can be further reduced.
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。 As a preferred embodiment of the present invention, the second color light is desirably red light. It is possible to obtain a color image with a higher contrast by reducing the decrease in contrast of red light having the highest visibility after green light among red light, green light, and blue light.
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。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 shows a schematic top configuration of a
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。
The
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。
The diffractive
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。
The
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。
The 3rd illuminating
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。
Each
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。
The cross
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。
FIG. 2 schematically shows the
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。
The
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。
For example, the diffractive
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。
FIG. 4 shows a schematic side configuration of the
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。
FIG. 5 illustrates the light beam angle of light incident from the diffractive
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)
The position P is a position farthest on the incident surface S1 from the central position O where the optical axes AX intersect on the incident surface S1. The light ray angle θ of the light passing through the position P and exiting from the exit surface S2 can be regarded as the maximum light ray angle of the light incident on the first spatial
f ≧ 4 × D (= 8 × D / 2) (2)
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。
For example, it is assumed that the height h of the diffractive
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。
Next, it is assumed that the height h of the diffractive
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。
By supplying light having the smallest possible beam angle to the first spatial
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。
Thus, by securing an optical distance f that is at least eight times the maximum value of the length between the position where the optical axis AX intersects on the incident surface S1 and the position where the laser light is incident on the incident surface S1. The spread of the light beam angle of the light incident on each of the spatial
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。
Here, the maximum value of the optical distance f between the diffractive
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。
FIG. 7 explains one of the reasons why the optical distance f is desirably 50 times or less of D. As shown in FIG. 7, for example, the
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。
It is assumed that the full width at half maximum (FWHM) of laser light emitted from the
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。
FIG. 8 shows the relationship between f / D and the maximum ray angle θ. From the relationship shown in FIG. 8, it can be seen that even when f / D is set to 50 or more, the maximum ray angle θ hardly changes. From the description using FIG. 7 and FIG. 8, it can be said that the optical distance f is desirably 50 times or less of D (100 times or less of D / 2). As described above, the optical distance f between the diffractive
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。
The
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。
In the present embodiment, the range of the optical distance f is set by using the rectangular diagonal length D of the diffractive
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。
The diffractive
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。
FIG. 9 is a diagram for explaining a characteristic part of the projector according to the second embodiment of the invention. The projector of the present embodiment can apply the
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。
The diffractive
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。
The
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。
As in the first embodiment, the optical distance f between the diffractive
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。
The light is turned back by the
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。
FIG. 10 illustrates a characteristic part of a projector according to a modification of the present embodiment. The projector of this modification can apply the
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。
The
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)。
The light emitted from the diffractive
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。
FIG. 11 shows a schematic top configuration of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
With respect to the
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。
In the
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。 The projectors of the above embodiments are not limited to the case where a laser light source including a semiconductor laser is used, and a laser light source including a solid laser, a liquid laser, a gas laser, or the like may be used. The light source device is not limited to one having a laser light source. The light source device may have a solid light source such as a light emitting diode (LED) or a super luminescence diode (SLD). The projector is not limited to the case where a transmissive liquid crystal display device is used as the spatial light modulation device. As the spatial light modulator, a reflective liquid crystal display (Liquid Crystal On Silicon; LCOS), DMD (Digital Micromirror Device), GLV (Grating Light Valve), or the like may be used. The projector is not limited to a configuration including a spatial light modulator for each color light. The projector may be configured to modulate two or three or more color lights with one spatial light modulator. The projector is not limited to using a spatial light modulator. The projector may be a slide projector that uses a slide having image information. The projector may be a so-called rear projector that supplies light to one surface of the screen and observes an image by observing light emitted from the other surface of the screen.
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
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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。 A light source device that emits one or more coherent lights;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light emitted from the light source device and emits diffracted light;
A collimating lens that collimates the light beam of the diffracted light emitted from the diffractive optical element;
A spatial light modulator that modulates light emitted from the collimating lens according to an image signal,
An optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens is such that the collimating lens is an incident surface of the diffractive optical element on which the coherent light from the light source device is incident or an extended surface obtained by extending the incident surface. The projector is characterized in that it is at least eight times the maximum value of the length between the position where the optical axes intersect and the position where the coherent light is incident on the incident surface.
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。 A light source device that emits one or more coherent lights;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light emitted from the light source device and emits diffracted light;
A collimating lens that collimates the light beam of the diffracted light emitted from the diffractive optical element;
A spatial light modulator that modulates light emitted from the collimating lens according to an image signal,
A projector, comprising: a reflection unit configured to reflect the diffracted light emitted from the diffractive optical element and to enter the collimating lens.
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。 A first lighting device for supplying a first color light;
A second lighting device for supplying second color light;
A third lighting device for supplying third color light;
A first spatial light modulator that modulates the first color light supplied by the first illumination device according to an image signal;
A second spatial light modulator that modulates the second color light supplied by the second illumination device according to an image signal;
A third spatial light modulator that modulates the third color light supplied by the third illumination device according to an image signal;
The first lighting device, the second lighting device, and the third lighting device are:
A light source device that emits one or more coherent lights;
A diffractive optical element that diffracts the coherent light emitted from the light source device and emits diffracted light;
A collimating lens that collimates the light beam of the diffracted light emitted from the diffractive optical element,
The optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the first illumination device is equal to the optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens in the second illumination device, and in the third illumination device. A projector having a longer optical distance between the diffractive optical element and the collimating lens.
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