JP2010078900A - プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】シンプルな構成であり、小型化が可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクタは、互いに波長が異なる波長光Lr、Lg、Lbをそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置11r、11g、11bと、複数のレーザ光源装置11r、11g、11bの各々に対応して設けられ、対応するレーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子14r、14g、14bと、複数のサブ画素からなる画素を有し複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置12と、複数の回折光学素子14r、14g、14bから射出された複数の波長光を波長ごとに複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】本発明のプロジェクタは、互いに波長が異なる波長光Lr、Lg、Lbをそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置11r、11g、11bと、複数のレーザ光源装置11r、11g、11bの各々に対応して設けられ、対応するレーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子14r、14g、14bと、複数のサブ画素からなる画素を有し複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置12と、複数の回折光学素子14r、14g、14bから射出された複数の波長光を波長ごとに複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、プロジェクタに関する。
近年、展示会や学会、会議等のプレゼンテーションに、あるいはホームシアター等にプロジェクタ(投射型表示装置)がよく用いられている。プロジェクタは、光源や、光源光を変調する光変調装置、変調後の光を拡大投射する投射レンズ等を備えている。プロジェクタは映像を示す光を拡大投射するので、直視型表示装置よりも大画面化が容易である。
カラー投射映像が得られるプロジェクタとして、3つの光変調装置を備えた三板式のプロジェクタが知られている。3つの光変調装置において、異なる色光を変調し、変調後の複数の色光を合成することにより、カラー投射映像が得られる。この他にも1つの光変調装置を備えた単板式のプロジェクタが開発されている。単板式のプロジェクタによれば、三板式のプロジェクタよりも装置を小型にすることや低コストにすることが可能である。単板式のプロジェクタによりカラー投射映像を形成する方式としては、カラーフィルタ方式、フィールドシーケンシャル方式、空間分離方式等が知られている。
カラーフィルタ方式は、カラー投射映像を構成する単色光の最小単位(サブ画素)ごとに、白色光の一部の波長光(がカラーフィルタを通るようにして、所定の色光を得る方法である。カラーフィルタ方式では、白色光の一部の波長光のみを利用するので、三板式のプロジェクタよりもエネルギー効率が低くなる。
フィールドシーケンシャル方式は、カラーホイールと白色光源とを組み合わせた照明系や、異なる波長光を射出する複数の光源からなる照明系等を用いて、光変調装置に入射する光の波長を時間的に切替える方式である。フィールドシーケンシャル方式では、視認者の眼球運動に伴ってカラー投射映像の一部が虹のように色分離して視認される現象(カラーブレイクアップ)を生じることがある。カラーブレークアップを生じると、実質的に映像品質が低下してしまう。
以上のような事情により、空間分離方式の単板式のプロジェクタが期待されている。単板式のプロジェクタとしては、特許文献1に開示されているものが挙げられる。特許文献1のカラー液晶表示装置は、白色光を異なる複数の波長光に分離して射出する照明系を有している。分離された波長光(例えば、赤、緑、青)は、互いの光軸が非平行になっており、光変調装置に入射する。光変調装置は、マイクロレンズアレイを有している。光変調装置に入射した波長光の各々は、マイクロレンズアレイによって波長光に対応した画素に分配されて変調される。このような構成によれば、光の利用効率が高く、しかもカラーブレークアップを生じない単板式のプロジェクタにすることができる。
特開平4−60538号公報
しかしながら、単板式のプロジェクタにも小型化や高解像度化が求められており、特許文献1の技術では、これらの要求に対応することが困難である。
一般に、ランプ光源から射出された光は、集光レンズ及び平行化レンズにより平行化された後に、光変調装置に入射する。ランプ光源からの光全体を集光レンズに入射させるためには、集光レンズにはある程度の大きさが必要となる。例えば、集光レンズとして径が50mm程度のものを想定する。
一般に、ランプ光源から射出された光は、集光レンズ及び平行化レンズにより平行化された後に、光変調装置に入射する。ランプ光源からの光全体を集光レンズに入射させるためには、集光レンズにはある程度の大きさが必要となる。例えば、集光レンズとして径が50mm程度のものを想定する。
プロジェクタに用いられる光変調装置の画素サイズは、例えば15μm程度である。このような光変調装置において、光を良好にスイッチングするためには、画素に対する入射光の角度が±3°以内であることが望まれる。前記の集光レンズ及び平行化レンズにより入射光の角度を±3°以内にするためには、集光レンズと平行化レンズとの間隔を470mm程度以上にする必要がある。このように、特許文献1の技術では、画素サイズが小さくなるほど装置が大型化してしまうため、プロジェクタの小型化や高解像度化に対応することが困難である。
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、シンプルな構成で小型化が可能であるとともに高解像度化に対応可能であり、またカラーブレークアップがなく、しかも光の利用効率が高い単板式のプロジェクタを提供することを目的の1つとする。
本発明のプロジェクタは、互いに波長が異なる波長光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、前記複数のレーザ光源装置の各々に対応して設けられ、対応する前記レーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子と、複数のサブ画素からなる画素を有し、前記複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置と、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光を波長ごとに前記複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えていることを特徴とする。
このようにすれば、複数のレーザ光源装置から射出された複数の波長光の各々は、対応する回折光学素子により強度分布が調整されて所望の断面形状の光束になる。所望の断面形状の光束になった複数の波長光は、色分離素子により波長ごとに複数のサブ画素の各々に入射して、波長ごとに光変調装置により変調される。光変調装置により変調された複数の波長光が投射されることにより投射映像が得られる。
前記の構成によれば、光変調装置が1つあれば投射映像が得られるので、複数の光変調装置を用いたプロジェクタよりも装置を小型化することができるとともに、低コスト化することもできる。また、複数の波長光の各々が色分離素子により複数のサブ画素の各々に分配されるので、光変調装置を照明する光の一部のみを用いるカラーフィルタ方式よりも光の利用効率が高くなる。また、光変調装置から複数の波長光の各々が時間的に連続して射出されるので、フィールドシーケンシャル方式と異なり、カラーブレークアップを生じない。
一般に、レーザ光源装置から射出されるレーザ光は、高圧水銀ランプ等のランプ光源から射出される白色光よりも平行度が格段に高い。したがって、レーザ光源装置から射出される波長光を平行化するために必要な光路長は、白色光を平行化する場合よりも短くなる。よって、光変調装置を照明する波長光を平行化する光学系を小型化することができるとともに、この光学系の構成をシンプルにすることができる。また、レーザ光源装置から射出された波長光ついて、光軸を調整する機能や断面形状を調整する機能、光束の断面積を調整する機能等を回折光学素子に複合して持たせることができるので、シンプルな構成のプロジェクタにすることができる。
また、光変調装置を照明する光の平行度を高くすることが容易になるので、複数の波長光を高精度に複数のサブ画素の各々に分配することができる。したがって、複数のサブ画素の寸法を細かくすることが可能になり、高解像度化に対応可能なプロジェクタになる。
以上のように本発明によれば、シンプルな構成で小型化が可能であるとともに高解像度化に対応可能であり、またカラーブレークアップがなく、しかも光の利用効率が高いプロジェクタを提供することができる。
以上のように本発明によれば、シンプルな構成で小型化が可能であるとともに高解像度化に対応可能であり、またカラーブレークアップがなく、しかも光の利用効率が高いプロジェクタを提供することができる。
また、前記色分離素子がマイクロレンズにより構成されており、該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が互いに非平行になっている構成にしてもよい。
このようにすれば、マイクロレンズに入射した複数の波長光が波長ごとに異なる位置に集光されるので、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。
このようにすれば、マイクロレンズに入射した複数の波長光が波長ごとに異なる位置に集光されるので、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。
また、前記複数の回折光学素子のうちの1以上の回折光学素子が該回折光学素子に対応するレーザ光源装置から射出された波長光の光軸を変化させ、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光が互いに重畳されて前記色分離素子に入射する構成にしてもよい。
このようにすれば、レーザ光源装置から射出された複数の波長光を重畳させて合成することができる。回折光学素子が、前記した機能に加えて複数の波長光を合成する機能も兼ね備えているので、これらの機能を独立した複数の部品に分担させるよりも装置の構成がシンプルになる。
このようにすれば、レーザ光源装置から射出された複数の波長光を重畳させて合成することができる。回折光学素子が、前記した機能に加えて複数の波長光を合成する機能も兼ね備えているので、これらの機能を独立した複数の部品に分担させるよりも装置の構成がシンプルになる。
また、前記複数の回折光学素子と前記色分離素子との間の光路に色合成素子を備え、前記色合成素子が、前記複数の回折光学素子から射出された前記複数の波長光の1以上の波長光について光軸を変化させて、前記複数の波長光を合成する構成にしてもよい。
このようにすれば、色合成素子が複数の波長光の1以上について光軸を変化させて複数の波長光を合成するので、複数の波長光を重畳させて合成する場合よりも複数の回折光学素子から射出される波長光の光軸に関する制約が緩やかになる。したがって、複数のレーザ光源装置の配置自由度が高くなり、装置を小型化することが可能になる。
このようにすれば、色合成素子が複数の波長光の1以上について光軸を変化させて複数の波長光を合成するので、複数の波長光を重畳させて合成する場合よりも複数の回折光学素子から射出される波長光の光軸に関する制約が緩やかになる。したがって、複数のレーザ光源装置の配置自由度が高くなり、装置を小型化することが可能になる。
また、前記複数のサブ画素が二次元的に配列されている構成にしてもよい。
色分離素子に入射する複数の波長光の光軸がサブ画素の配列に対応するように、レーザ光源装置や回折光学素子の配置を設定することにより、二次元的に配置されたサブ画素に複数の波長光を分配することができる。これにより、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができ、画素をサブ画素に区画することが容易になる。例えば、4つのサブ画素からなる正方形の画素について、一次元的にサブ画素が配置されている場合には、画素がサブ画素の配列方向に4つに区画されるので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の1/4程度である。一方、二次元的にサブ画素が配置されている場合には、正方形の一辺を2つに区画すればよいので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の1/2程度になる。このように、同じ画素サイズ(解像度)であれば、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができる。また、サブ画素を区画する細かさを同程度にすれば画素を細かくすることができ、高解像度にすることができる。
色分離素子に入射する複数の波長光の光軸がサブ画素の配列に対応するように、レーザ光源装置や回折光学素子の配置を設定することにより、二次元的に配置されたサブ画素に複数の波長光を分配することができる。これにより、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができ、画素をサブ画素に区画することが容易になる。例えば、4つのサブ画素からなる正方形の画素について、一次元的にサブ画素が配置されている場合には、画素がサブ画素の配列方向に4つに区画されるので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の1/4程度である。一方、二次元的にサブ画素が配置されている場合には、正方形の一辺を2つに区画すればよいので、サブ画素における最小の寸法は正方形の一辺の1/2程度になる。このように、同じ画素サイズ(解像度)であれば、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができる。また、サブ画素を区画する細かさを同程度にすれば画素を細かくすることができ、高解像度にすることができる。
また、前記色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されており、該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が略平行になっている構成にしてもよい。
ホログラフィック光学素子に入射した複数の波長光は、波長光ごとの回折角が異なることにより、波長ごとに分離されて複数のサブ画素の各々に分配される。このように、複数のレーザ光源装置から射出された複数の波長光を分離すれば、高圧水銀ランプ等のランプ光源から射出された白色光を複数の波長光に分離する場合よりも、複数の波長光の各々のスペクトル幅が狭くなり、色再現性が高くなる。
ホログラフィック光学素子に入射した複数の波長光は、波長光ごとの回折角が異なることにより、波長ごとに分離されて複数のサブ画素の各々に分配される。このように、複数のレーザ光源装置から射出された複数の波長光を分離すれば、高圧水銀ランプ等のランプ光源から射出された白色光を複数の波長光に分離する場合よりも、複数の波長光の各々のスペクトル幅が狭くなり、色再現性が高くなる。
また、前記光変調装置が、透過型液晶装置であって、前記色分離素子が該光変調装置と一体になっている構成にしてもよい。
このようにすれば、色分離素子のサブ画素に対する位置の精度を高くすることができ、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。したがって、複数のサブ画素の各々の高精細化が可能になり、高解像度にすることが容易になる。また、色分離素子が光変調装置から離間している場合に比べて、色分離素子がサブ画素に近づくので、色分離素子から射出される波長光のサブ画素に対する角度の制約が緩やかになる。
このようにすれば、色分離素子のサブ画素に対する位置の精度を高くすることができ、複数のサブ画素の各々に複数の波長光の各々を高精度に分配することができる。したがって、複数のサブ画素の各々の高精細化が可能になり、高解像度にすることが容易になる。また、色分離素子が光変調装置から離間している場合に比べて、色分離素子がサブ画素に近づくので、色分離素子から射出される波長光のサブ画素に対する角度の制約が緩やかになる。
また、前記光変調装置が、反射型液晶装置であって、前記色分離素子が該光変調装置と独立して設けられており、前記色分離素子から該光変調装置に入射する光と該光変調装置から射出される光とを分離する光分離素子を備えている構成にしてもよい。
光変調装置から射出された光が、光変調装置に入射する光と光分離素子により分離され、投射されることにより投射映像が得られる。前記の構成によれば、反射型液晶装置によりプロジェクタを構成することが可能になる。
光変調装置から射出された光が、光変調装置に入射する光と光分離素子により分離され、投射されることにより投射映像が得られる。前記の構成によれば、反射型液晶装置によりプロジェクタを構成することが可能になる。
以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。なお、互いに対応関係を有する構成要素には、同一の添え字の符号を付している。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態のプロジェクタ1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、プロジェクタ1は、複数のレーザ光源装置11r、11g、11bと、透過型の液晶装置(光変調装置)12と、投射レンズ13とを備えている。レーザ光源装置11rと液晶装置12との間の光路には、回折光学素子14rが配置されている。同様に、レーザ光源装置11g、11bの各々と液晶装置12との間の2つの光路には、それぞれ、回折光学素子14r、14bが配置されている。回折光学素子14r、14g、14bの各々と液晶装置12との間の3つ光路に共通して、フィールドレンズ15が配置されている。
図1は、第1実施形態のプロジェクタ1の概略構成を示す模式図である。図1に示すように、プロジェクタ1は、複数のレーザ光源装置11r、11g、11bと、透過型の液晶装置(光変調装置)12と、投射レンズ13とを備えている。レーザ光源装置11rと液晶装置12との間の光路には、回折光学素子14rが配置されている。同様に、レーザ光源装置11g、11bの各々と液晶装置12との間の2つの光路には、それぞれ、回折光学素子14r、14bが配置されている。回折光学素子14r、14g、14bの各々と液晶装置12との間の3つ光路に共通して、フィールドレンズ15が配置されている。
レーザ光源装置11r、11g、11bから射出されたレーザ光は、回折光学素子14r、14g、14bにより重畳されて合成され、フィールドレンズ15を経て液晶装置12の被照明領域を照明する。そして、液晶装置12を照明したレーザ光は、液晶装置12により変調された後に、投射レンズ13によりスクリーン(図示略)に拡大投射される。
レーザ光源装置11r、11g、11bは、互いに波長が異なる波長光を射出するようになっている。本実施形態では、レーザ光源装置11rが赤色レーザ光(波長光)Lrを、レーザ光源装置11gが緑色レーザ光(波長光)Lgを、レーザ光源装置11bが青色レーザ光(波長光)Lbを、それぞれ射出する。赤色レーザ光Lr、緑色レーザ光Lg、及び青色レーザ光Lbは、通常のレーザ光と同様に平行度が極めて高い光である。
レーザ光源装置11r、11g、11bは、一方向に並んで並列配置されており、互いの光軸が略平行になっている。レーザ光源装置11r、11g、11bの配列方向における一方の端から他方の端までの距離は、例えば50mm程度である。また、レーザ光源装置11r、11g、11bから射出される波長光Lr、Lg、Lbの間隔は、例えば10mm程度である。
複数のレーザ光源装置の各々から射出された波長光は、対応する回折光学素子に入射する。すなわち、レーザ光源装置11rから射出された赤色レーザ光Lrは回折光学素子14rに、レーザ光源装置11gから射出された緑色レーザ光Lgは回折光学素子14gに、レーザ光源装置11bから射出された青色レーザ光Lbは回折光学素子14bに、それぞれ入射する。
回折光学素子14r、14g、14bの各々は、入射光の光強度分布を調整するものである。回折光学素子14r、14g、14bとしては、体積振幅型や体積位相型、表面レリーフ型等の各種回折光学素子を用いることができる。本実施形態の回折光学素子14r、14g、14bは、入射側(レーザ光源装置11r、11g、11b側)の表面が凹凸形状に加工された表面レリーフ型である。回折光学素子14r、14g、14bの各々は、入射光の波長に応じて、凹部の幅や凹凸の配置パターン等が最適化されている。
回折光学素子14rに入射した赤色レーザ光Lrは、表面の凹凸により回折し、一次以上の回折光は入射光に対して傾いて射出される。回折光学素子14rから射出される光は、0次回折光を含んだ回折光を重ね合わせた光束になる。回折光学素子14rは、凹凸の配置パターン等が調整されていることにより、回折光学素子14rから射出される光束における光強度分布が調整される。これにより、赤色レーザ光Lrは、光束の断面形状が液晶装置12の被照明領域と同様の略矩形状に成形されるとともに、入射前よりも光束のビーム径(断面積)が広げられて射出される。
詳しくは後述するが、回折光学素子14rは赤色レーザ光Lrの光軸を調整するように、凹凸の配置パターン等が調整されている。回折光学素子14rから射出された赤色レーザ光Lrは、ビーム径が広げられたことにより回折光学素子14rに入射する前よりも、拡散角が大きくなっている。ここでは、液晶装置12において複数の画素が配置された画素領域の全体を照明するように、赤色レーザ光Lrの拡散角が調整されている。
回折光学素子14g、14bは、回折光学素子14rと同様の機能を有しており、緑色レーザ光Lg及び青色レーザ光Lbは、光束の断面形状が略矩形に成形されるとともに、入射前よりもビーム径が広げられて射出される。また、回折光学素子14g、14bの各々は、回折光学素子14rと同様に、緑色レーザ光Lg、青色レーザ光Lbの各々の光軸を調整する機能も有している。
このようにして、赤色レーザ光Lr、緑色レーザ光Lg、及び青色レーザ光Lbは、液晶装置12で重畳されて合成される。フィールドレンズ15を通過する波長光は、フィールドレンズ15により平行化されて射出され、液晶装置12に入射する。平行化に要する距離、すなわち、回折光学素子14r、14g、14bの各々とフィールドレンズ15との距離としては、例えば100mm程度である。
このようにして、赤色レーザ光Lr、緑色レーザ光Lg、及び青色レーザ光Lbは、フィールドレンズ15内で重畳されて合成される。フィールドレンズ15内で合成された波長光は、フィールドレンズ15により平行化されて射出され、液晶装置12に入射する。平行化に要する距離、すなわち、回折光学素子14r、14g、14bの各々とフィールドレンズ15との距離としては、例えば100mm程度である。
図2(a)〜(c)は、液晶装置12の概略構成を示す模式図である。図2(a)〜(c)には、それぞれ、赤色レーザ光Lrの光束、緑色レーザ光Lgの光束、青色レーザ光Lbの光束を2点鎖線で示している。液晶装置12は多数の画素を備えているが、図2(a)〜(c)には多数の画素のうちの1つを拡大して示している。
図2(a)に示すように、液晶装置12の画素Pは、赤色光を射出するサブ画素Pr、緑色光を射出するサブ画素Pg、及び青色光を射出するサブ画素Pbからなっている。サブ画素Pr、Pg、Pbの各々の大きさとしては、例えばその配列方向の長さが5μm程度である。サブ画素Pr、Pg、Pbの各々と重なる領域には、画素電極121が設けられている。複数の画素Pと重なる領域に共通電極122が設けられている。
画素電極121は島状のものであり、複数の画素電極121の間には遮光部BMが設けられている。複数の画素電極121の各々にスイッチング素子(図示略)が電気的に接続されており、スイッチング素子は信号源(図示略)と電気的に接続されている。スイッチング素子は、遮光部BMと重なる領域に配置されている。信号源は、スイッチング素子に映像信号及び制御信号を供給し、スイッチング素子は制御信号に基づいて映像信号をスイッチングして、画素電極121に映像信号を伝達するようになっている。
画素電極121と共通電極122との間に液晶層123が設けられている。液晶層123の厚みは、例えば数μm程度である。液晶層123と画素電極121との間には液晶層の配向状態を制御する配向膜124が設けられている。液晶層123と共通電極122との間には液晶層の配向状態を制御する配向膜125が設けられている。本実施形態の液晶装置12は、液晶層123に対して共通電極122側から光が入射するようになっている。
共通電極122の液晶層123と反対側にはガラス基板126が設けられている。ガラス基板126の液晶層123と反対側には、マイクロレンズアレイ(色分離素子)127が設けられている。マイクロレンズアレイ127の液晶層123と反対側には、入射側の偏光素子(図示略)が設けられている。画素電極121の液晶層123と反対側には、射出側の偏光素子(図示略)が設けられている。入射側の偏光素子や射出側の偏光素子は、ワイヤーグリッド偏光素子や偏光板等により構成されている。
なお、レーザ光源装置として、所定方向に振動する直線偏光を射出するものを用いる場合には、入射側の偏光素子を省くことができる。
なお、レーザ光源装置として、所定方向に振動する直線偏光を射出するものを用いる場合には、入射側の偏光素子を省くことができる。
液晶装置12に入射した光は、所定方向の偏光成分が入射側の偏光素子を通ることにより直線偏光になって、マイクロレンズアレイ127に入射する。マイクロレンズアレイ127は、複数のマイクロレンズを有している。複数のマイクロレンズの各々は、複数の画素Pの各々と重なり合うように配置されている。マイクロレンズに入射した波長光Lr、Lg、Lbは、波長ごとに光軸が非平行になっていることにより、波長ごとに異なる焦点に集光される。
図2(a)に示すように、赤色レーザ光Lrは、サブ画素Prと重なる部分の液晶層123を通るように、マイクロレンズにより集光される。赤色レーザ光Lrは、マイクロレンズの中央部を通る成分、端部を通る成分のいずれにおいても拡散角が±3°程度になっている。同様に、緑色レーザ光Lgは、サブ画素Pgと重なる部分の液晶層123を通るように集光され(図2(b)参照)、青色レーザ光Lbは、サブ画素Pbと重なる部分の液晶層123を通るように集光される(図2(c)参照)。
一方、複数の画素電極121の各々に映像信号が伝達されると、画素電極121と共通電極122との間にサブ画素ごとに電界が印加される。この電界により、液晶層123の液晶分子の方位角がサブ画素ごとに制御され、液晶層123を通る光の偏光状態がサブ画素ごとに変化する。サブ画素Prと重なる部分の液晶層123を通った赤色レーザ光Lrは偏光状態が変化した後に、赤色レーザ光Lrのうちの所定方向の偏光成分が射出側の偏光素子を通ることにより、映像信号に応じた階調の光になる。
同様にして、サブ画素Pgと重なる部分の液晶層123を通った緑色レーザ光Lg、及びサブ画素Pbと重なる部分の液晶層123を通った青色レーザ光Lbも映像信号に応じた諧調の光になる。このように、変調された赤色レーザ光Lr、緑色レーザ光Lg及び青色レーザ光Lbが、液晶装置12から射出され、投射レンズ13によりスクリーンに拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射映像が得られる。
以上のような第1実施形態のプロジェクタ1にあっては、レーザ光源装置11r、11g、11bから射出される光の平行度が高いので、回折光学素子14r、14g、14bから射出された光を平行化するための距離が短くなる。以下、具体例により詳しく説明する。
通常、高圧水銀ランプ等のランプ光源を用いたプロジェクタにあっては、ランプ光源から射出された白色光が、集光レンズと平行化レンズとにより平行化される。例えば、ランプ光源の寸法が、レーザ光源装置11r、11g、11bの配列方向の総計の寸法(例えば50mm)と同程度であるとすると、集光レンズの径が50mm以上となる。また、サブ画素のサイズが5μm程度であり、このようなサブ画素において入射光の拡散角を±3°以下にするためには、集光レンズと平行化レンズとの間の距離を470mm程度にする必要がある。
第1実施形態のプロジェクタ1においては、液晶装置12に入射する波長光Lr、Lg、Lbの各々を平行化するために必要な距離、すなわち回折光学素子14r、14g、14bの各々とフィールドレンズ15との間の距離が100mm程度である。このように、平行化に必要な距離を格段に短くすることができるので、装置を小型にすることができる。また、平行化に必要な距離を短くしつつ波長光Lr、Lg、Lbをサブ画素の各々に分配することができるので、サブ画素を細かくすることが可能になる。なお、具体例として用いた数値は一例であり、複数のレーザ光源装置から射出される波長光の間隔を狭くすることや、レーザ光源装置の数を減らすこと等により、回折光学素子とフィールドレンズとの距離を100mm以下にすることもできる。
レーザ光源装置11r、11g、11bから射出される波長光Lr、Lg、Lbは、通常のレーザ光と同様に、光束の断面積が液晶装置12の被照明領域の面積に比べて格段に狭くなっている。波長光Lr、Lg、Lbについて、回折光学素子14r、14g、14bにより光束の径を拡大しており、しかも光束の断面形状を被照明領域と同様の形状に成形しているので、被照明領域の全体を良好に照明することができる。
また、レーザ光源装置11r、11g、11bから射出された波長光Lr、Lg、Lbの各々の光軸を回折光学素子14r、14g、14bにより調整しているので、波長光Lr、Lg、Lbを重畳して合成することができる。これにより、合成された波長光Lr、Lg、Lbにおいて波長成分ごとの光軸が非平行になり、合成された波長光Lr、Lg、Lbを波長ごとに異なるサブ画素に分配することができる。したがって、1つの液晶装置12により波長光Lr、Lg、Lbを波長ごとに変調することができ、フルカラーの投射映像が得られる単板式のプロジェクタになっている。よって、カラーフィルタ方式に比べて光の利用効率が高く、しかもフィールドシーケンシャル方式と異なりカラーブレークアップを生じない、良好なプロジェクタになっている。
また、回折光学素子14r、14g、14bが、波長光Lr、Lg、Lbについて光束の断面形状を調整する機能と、光束のビーム径(断面積)を広げる機能と、光軸を調整する機能とを兼ね備えているので、これらの機能を独立した複数の光学素子に分担させる場合に比べて、装置構成をシンプルにすることができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態のプロジェクタを説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、1画素が4つのサブ画素で構成されている点と、4つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
次に、第2実施形態のプロジェクタを説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、1画素が4つのサブ画素で構成されている点と、4つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
図3(a)、(b)は、第2実施形態のプロジェクタ2の概略構成を模式的に示す斜視図である。図3(a)には、2つのサブ画素への入射光の光軸を2点鎖線で示している。図3(b)には、図3(a)と異なる2つのサブ画素への入射光の光軸を2点鎖線で示している。
図3(a)に示すように、第2実施形態のプロジェクタ2は、レーザ光源装置21r、21g、21b、21xと、液晶装置22と、投射レンズ(図示略)とを備えている。レーザ光源装置21rと液晶装置22との間の光路には、回折光学素子24rが配置されている。同様に、レーザ光源装置21gに対応させて回折光学素子24gが、レーザ光源装置21bに対応させて回折光学素子24bが、レーザ光源装置21xに対応させて回折光学素子24xが、それぞれ配置されている。回折光学素子24r、24g、24b、24xの各々と、液晶装置22との間の4つの光路に共通してフィールドレンズ25が配置されている。投射レンズ、フィールドレンズ25は、第1実施形態と同様の機能を有するものである。
レーザ光源装置21r、21g、21b、21xは、光軸が互いに平行になるように配置されており、光軸と直交する面方向において二次元的に配置されている。ここでは、前記の面方向を平面視した状態で、レーザ光源装置21r、21g、21b、21xが、2行2列の行列状に配置されている。
レーザ光源装置21r、21g、21bは、それぞれ、第1実施形態のレーザ光源装置11r、11g、11bと同様のものである。レーザ光源装置21xについては、レーザ光源装置21r、21g、21bのいずれかと同様のものであってもよいし、射出する光の波長がレーザ光源装置21r、21g、21bのいずれとも異なるものであってもよい。ここでは、レーザ光源装置21xとして、レーザ光源装置21gと同様のものを採用している。すなわち、図3(a)に示すようにレーザ光源装置21g、21xは、それぞれ緑色レーザ光(波長光)Lg、Lxを射出し、図3(b)に示すようにレーザ光源装置21r、21bは、それぞれ赤色レーザ光(波長光)Lr、青色レーザ光(波長光)Lbを射出する。
回折光学素子24r、24g、24b、24xは、第1実施形態と同様の機能、すなわち波長光Lr、Lg、Lb、Lxについて光束の断面形状を調整する機能と、光束の断面積を広げる機能と、光軸を調整する機能を有している。回折光学素子24r、24g、24b、24xから射出された波長光Lr、Lg、Lb、Lxは、液晶装置22において重畳されて合成される。
ここでは、波長光Lr、Lg、Lb、Lxの各々の光束が、液晶装置22で交差するようになっている。波長光Lr、Lg、Lb、Lxの各々は、フィールドレンズ25により平行化されて液晶装置22に入射する。液晶装置22に入射する波長光Lr、Lg、Lb、Lxは、光軸が互いに非平行になっている。
液晶装置22は、第1実施形態と同様の機能のものであるが、画素Pがサブ画素Pr、Pg、Pb、Pxにより構成されている点で第1実施形態と異なる。サブ画素Pr、Pg、Pb、Pxは、面方向において2つの独立した配列方向に沿って二次元的に配置されている。ここでは、4つのサブ画素Pr、Pg、Pb、Pxが2行2列の行列状に配置されている。
サブ画素Prは波長光Lrに対応しており、サブ画素Pgは波長光Lgに、サブ画素Pbは波長光Lbに、サブ画素Pxは波長光Lxにそれぞれ対応している。液晶装置22に入射した波長光Lr、Lg、Lb、Lxの各々は、マイクロレンズアレイにより集光され、対応するサブ画素に入射する。波長光Lr、Lg、Lb、Lxは、独立して変調されて液晶装置22から射出され、投射レンズにより拡大投射される。
以上のような第2実施形態のプロジェクタ2にあっては、1画素を構成するサブ画素の数が第1実施形態よりも多いので、高品質な投射映像が得られる。投射映像の品質は、緑色光の光量や色再現性に大きく影響されることが知られている。本実施形態のように、複数のレーザ光源装置21g、21xから射出される緑色レーザ光Lg、Lxを投射映像に用いることにより、緑色光の光量や色再現性を確保することができ、高品質な投射映像が得られるようになる。また、レーザ光源装置21xから射出される波長光の波長が、レーザ光源装置21r、21g、21bのいずれとも異なる構成を採用すれば、投射映像の色数を増やすことができ、高品質な投射映像が得られるようになる。
また、サブ画素Pr、Pg、Pb、Pxが2つの配列方向に沿って配置されているので、1つの配列方向に沿って配置されている場合に比べて1つの配列方向に配置されるサブ画素の数を減らすことができる。例えば、第1実施形態では1画素内において配列方向に3つのサブ画素が配置されているが、第2実施形態では1つの配列方向に2つのサブ画素が配置されている。これにより、同じ画素サイズであれば、サブ画素における最小の寸法を大きくすることができる。したがって、画素電極のパターニングが容易になり、液晶装置を構成することが容易になる。また、マイクロレンズに対する画素電極の位置に許容される誤差(マージン)が大きくなるので、マイクロレンズに入射した波長光が不足のサブ画素に入射する確率が低くなる。また、サブ画素を区画する細かさを同程度にすれば画素を細かくすることができ、高解像度にすることができる。
なお、第1、第2実施形態では、複数のレーザ光源装置の射出面が同一平面内に位置しているが、複数のレーザ光源装置で射出面が同一平面に位置していなくてもよい。例えば、1以上のレーザ光源装置をフィールドレンズから離れる方向に配置してもよい。この場合には、このレーザ光源装置に対応する回折光学素子の配置を変更しなくてもよいし、フィールドレンズから離れる方向に配置してもよい。いずれの場合であっても、回折光学素子の射出面の位置と、複数の波長光について各々の全体が重畳される位置とから、波長光の光軸の方向を求めることができる。これに基づいて、回折光学素子の特性を調整すればよい。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態のプロジェクタを説明する。第3実施形態が第1、第2実施形態と異なる点は、回折光学素子から射出された波長光が色合成素子により合成された後に、液晶装置により変調される点である。
次に、第3実施形態のプロジェクタを説明する。第3実施形態が第1、第2実施形態と異なる点は、回折光学素子から射出された波長光が色合成素子により合成された後に、液晶装置により変調される点である。
図4は、第3実施形態のプロジェクタ3の概略構成を示す模式図である。図4に示すように、プロジェクタ3は、レーザ光源装置31r、31g、31bと、液晶装置32と、投射レンズ33とを備えている。レーザ光源装置31r、31g、31bの各々と液晶装置32との間の3つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム(色合成素子)36が配置されている。レーザ光源装置31rとダイクロイックプリズム36との間の光路には、回折光学素子34rが配置されている。同様に、レーザ光源装置31gに対応させて回折光学素子34gが、レーザ光源装置31bに対応させて回折光学素子34bが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム36と液晶装置32との間の光路にはフィールドレンズ35が配置されている。
レーザ光源装置31r、31g、31b、液晶装置32、投射レンズ33、回折光学素子34r、34g、34b、フィールドレンズ35は、第1実施形態と同様の機能を有するものである。
本実施形態のダイクロイックプリズム36は、軸方向以外の方向から入射した光に対して波長選択性を有しており、軸方向に直交する断面が略正方形になっている。ダイクロイックプリズム36は、ほぼ同一形状の4つの三角プリズムが貼り合わされて形成されている。三角プリズムは、軸方向に直交する断面形状が略直角二等辺三角形になっており、軸方向に対する3つの側面のうち互いに直交する2面を内面として貼り合わされている。貼り合わされる面には、予め波長選択性を有する誘電多層膜が形成されている。
ダイクロイックプリズム36において軸方向周りの4面のうちの3面は、レーザ光源装置31r、31g、31bから射出された波長光Lr、Lg、Lbが入射する面になっている。また、ダイクロイックプリズム36において軸方向周りの4面のうちの残りの1面は、ダイクロイックプリズム36から光が射出される射出面になっている。この射出面に対向する面側にレーザ光源装置31gが配置されている。
前記の3面のうちの射出面と対向する面を除いた2面の各々の側に、レーザ光源装置31r、31bが配置されている。レーザ光源装置31r、31bは、互いに対向して配置されている。ダイクロイックプリズム36において、軸方向と直交する略正方形の断面において、一方の対角線に沿う内面は波長光Lrを反射する特性を有しており、他方の対角線に沿う内面は波長光Lbを反射する特性を有している。波長光Lr、Lbは、それぞれ内面で反射して光軸が変化し、ダイクロイックプリズム36の射出面から射出される。また、波長光Lgは、ダイクロイックプリズム36の内面を通って、射出面から射出される。
ダイクロイックプリズム36から射出された波長光Lr、Lg、Lbは、第1実施形態と同様に液晶装置32において、各々の光束全体が重なり合うようになっている。また、フィールドレンズ35から射出された波長光Lr、Lg、Lbは、液晶装置32により変調された後、投射レンズ33により拡大投射される。
第3実施形態のプロジェクタ3にあっては、第1実施形態に比べて、レーザ光源装置31r、31g、31bの配置自由度が高くなっている。
例えば、大型なレーザ光源装置を用いてプロジェクタを構成する場合に、第1実施形態のようにレーザ光源装置を並列に配置すると、レーザ光源装置が大型化したことにより複数の波長光の間隔が広くなる。したがって、配列の両端に配置されたレーザ光源装置から射出された波長光を重畳するためには、これらの波長光において互いの光軸がなす角度を大きくするか、フィールドレンズから離れる方向にレーザ光源装置の位置及び回折光学素子の位置を変更する必要がある。
例えば、大型なレーザ光源装置を用いてプロジェクタを構成する場合に、第1実施形態のようにレーザ光源装置を並列に配置すると、レーザ光源装置が大型化したことにより複数の波長光の間隔が広くなる。したがって、配列の両端に配置されたレーザ光源装置から射出された波長光を重畳するためには、これらの波長光において互いの光軸がなす角度を大きくするか、フィールドレンズから離れる方向にレーザ光源装置の位置及び回折光学素子の位置を変更する必要がある。
仮に、第1実施形態(図1参照)において、レーザ光源装置の配列方向の総計の寸法が2倍(100mm程度)になったとする。この場合に、回折光学素子とフィールドレンズとの間隔を100mm程度に保ちつつ、緑色レーザ光と赤色レーザ光を重畳するためには、赤色レーザ光の光軸が緑色レーザ光の光軸になす角度を17°程度にする必要がある。このような赤色レーザ光を、配列方向の寸法が5μm程度のサブ画素に入射させるためには、径が15μm程度、焦点距離が16μm程度のマイクロレンズにする必要がある。すると、例えば緑色レーザ光が液晶層に入射する角度が、最大で45°程度になり、緑色レーザ光の偏光状態を高精度に制御しうる入射角(例えば6°)を大きく超えてしまう。
一方、第3実施形態では、回折光学素子34r、34bから射出された波長光Lr、Lbの光軸をダイクロイックプリズム36により変化させて、波長光Lr、Lg、Lbを重畳している。したがって、レーザ光源装置31r、36g、36bの寸法に制約されることなく、ダイクロイックプリズム36から射出される波長光Lr、Lg、Lbの光軸を調整することができる。よって、例えばダイクロイックプリズム36から射出された波長光Lr、Lgの光軸が互いになす角度を6°程度にすることができ、レーザ光源装置とフィールドレンズとの間隔を広げることなく、波長光Lr、Lgの偏光状態を高精度に制御することができる。
以上のように、第3実施形態のプロジェクタ3にあっては、レーザ光源装置31r、31g、31bの配置自由度が格段に高くなるので、例えば大型のレーザ光源装置を採用することができ、レーザ光源装置を高出力にすることができる。これにより、高輝度な投射映像が得られるようになり、高品質な投射映像が得られるプロジェクタになる。また、例えば、大型であるが安価なレーザ光源装置を採用することもでき、プロジェクタを低コストにすることができる。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態のプロジェクタを説明する。第4実施形態では、第3実施形態と同様に色合成素子を用いている。第4実施形態が第3実施形態と異なる点は、第2実施形態と同様に1画素が4つのサブ画素で構成されている点と、4つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
次に、第4実施形態のプロジェクタを説明する。第4実施形態では、第3実施形態と同様に色合成素子を用いている。第4実施形態が第3実施形態と異なる点は、第2実施形態と同様に1画素が4つのサブ画素で構成されている点と、4つのサブ画素が二次元的に配置されている点である。
図5(a)、(b)は、第4実施形態のプロジェクタ4の概略構成を模式的に示す斜視図である。図5(a)には、2つのサブ画素への入射光の光軸を2点鎖線で示している。図5(b)には、図5(a)と異なる2つのサブ画素への入射光の光軸を2点鎖線で示している。
図5(a)に示すように、第4実施形態のプロジェクタ4は、レーザ光源装置41r、41g、41b、41xと、液晶装置42と、投射レンズ(図示略)とを備えている。レーザ光源装置41r、41g、41b、41xの各々と液晶装置42との間の4つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム46が配置されている。レーザ光源装置41rとダイクロイックプリズム46との間の光路には、回折光学素子44rが配置されている。同様に、レーザ光源装置41gに対応させて回折光学素子44gが、レーザ光源装置41bに対応させて回折光学素子44bが、レーザ光源装置41xに対応させて回折光学素子44xが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム46と液晶装置42との間の光路にはフィールドレンズ45が配置されている。
レーザ光源装置41r、41g、41b、41x、液晶装置42は、第2実施形態と同様のものである。投射レンズ、フィールドレンズ45、ダイクロイックプリズム46は、第3実施形態と同様のものである。回折光学素子44r、44g、44b、44x、は、第1〜3実施形態と同様の機能、すなわち波長光Lr、Lg、Lb、Lxについて光束の断面形状を調整する機能と、光束の断面積を広げる機能と、光軸を調整する機能を有している。
ダイクロイックプリズム46において軸方向周りの4面のうちの射出面に対向する面側に、レーザ光源装置41g、41xが配置されている。レーザ光源装置41g、41xは、ダイクロイックプリズム46の軸方向に並列に配置されている。前記の4面のうちの射出面及びその対向面を除いた2つの面の各々の側に、レーザ光源装置41r、41bが配置されている。レーザ光源装置41r、41bから射出される波長光Lr、Lbは、光軸が互いに平行になっており、ダイクロイックプリズム46の軸方向において離れている。これにより、ダイクロイックプリズム46から射出される波長光Lr、Lg、Lb、Lxの光束は、液晶装置42で交差するようになっている。
ダイクロイックプリズム46から射出された波長光Lr、Lg、Lb、Lxは、フィールドレンズ45内において各波長光の光束が平行化されて、液晶装置42に入射する。液晶装置42に入射した波長光Lr、Lg、Lb、Lxの各々は、マイクロレンズアレイ427により集光され、対応するサブ画素に入射する。波長光Lr、Lg、Lb、Lxは、独立して変調されて液晶装置42から射出され、投射レンズにより拡大投射される。
以上のような第4実施形態のプロジェクタ4にあっては、レーザ光源装置41r、41g、41b、41xの配置自由度が高くなっており、装置を小型にすることができる。また、1画素を構成するサブ画素の数が第1実施形態よりも多いので、高品質な投射映像が得られるプロジェクタになっている。
なお、レーザ光源装置41xとして、射出する光の波長がレーザ光源装置41gと異なるものを採用することもできる。この場合には、ダイクロイックプリズムの特性を、レーザ光源装置41g、41xが並ぶ方向において波長光Lgが入射する側と波長光Lxが入射する側とで異ならせればよい。また、第3、第4実施形態では、通常同様にダイクロイップリズムの軸方向に直交する断面が略正方形のものを採用しているが、本発明では回折光学素子を用いているので、小型化したダイクロイックプリズムを用いることもできる。以下、ダイクロイックプリズムの変形例を説明する。
図6(a)、(b)は、変形例のダイクロイックプリズム36Aの概略構成を示す斜視図である。図6(a)には、ダイクロイックプリズム36Aに射する光を二点鎖線で示している。図6(b)には、ダイクロイックプリズム36Aの分解斜視図を示している。
図6(a)に示すように、ダイクロイックプリズム36Aは、軸方向に直交する断面形状が略長方形になっている。軸方向周りの4つの側面のうちの、前記長方形の長辺を含んだ2つの側面の一方の側面は、第1の波長帯域の光L1が入射する外面になっており、他方の側面は射出面になっている。軸方向周りの4つの側面のうちの、前記長方形の短辺を含んだ2つの側面は、それぞれ、第2の波長帯域の光L2、第3の波長帯域の光L3が入射する外面になっている。
図6(a)に示すように、ダイクロイックプリズム36Aは3つの三角プリズム361、362、363を貼り合わせて形成されている。三角プリズム361、362、363は、いずれも軸方向に直交する断面形状が略直角二等辺三角形のものである。三角プリズム361は、軸方向周りの3つの側面のうちの互いに直交する2つの側面を内面361a、361bとし、残り1つの側面を外面として貼り合わされている。三角プリズム362、363は、同一形状のものであり、軸方向周りの3つの側面のうちの互いに直交する2つの側面を外面とし、残り1つの側面を内面362a、363aとして貼り合わされている。つまり、内面361aと内面362aとが貼り合わされており、内面361bと内面363aとが貼り合わされている。
三角プリズム361、362が貼り合せされる前に、内面361a、362aの少なくとも一方には、第2の波長帯域の波長光を反射する誘電多層膜が形成されている。三角プリズム361、363が貼り合せされる前に、内面361b、363aの少なくとも一方には、第3の波長帯域の波長光を反射する誘電多層膜が形成されている。
以上のような構成のダイクロイックプリズム36Aに光L1、L2、L3を入射させると、光L1は内面、射出面を通ってそのまま射出される。光L2は、内面361a、362aで反射して射出面を通り、光L1と同じ側に射出される。光L3は、内面361b、363aで反射して射出面を通り、光L1、L2と同じ側に射出される。このように、射出面から、光L1、L2、L3が合成された光L4が射出される。
本発明において、回折光学素子から射出された波長光は進行とともにビーム径が大きくなる。換言すれば、フィールドレンズと回折光学素子との間の光路において、回折光学素子に近づくほど、波長光のビーム径が小さくなる。したがって、ダイクロイックプリズムを回折光学素子に近づけて配置するほど、ダイクロイックプリズムにおいて、光が通る面の断面積を小さくすることができる。よって、ダイクロイックプリズムを小型化することができ、装置を小型にすることができる。
ところで、ダイクロイックプリズムの形成において、三角プリズムを貼り合わせる工程には高度な位置合わせ技術や高度な接着技術が必要とされている。前記のようなダイクロイックプリズム36Aにあっては、第3実施形態のダイクロイックプリズム36よりも三角プリズムの数を減らすことができるので、装置構成が容易になるとともに装置を低コストにすることができる。また、第3実施形態のダイクロイックプリズム36よりも光が通る内面が1つ減るので、光の利用効率が高くなる。
[第5実施形態]
次に、第5実施形態のプロジェクタを説明する。第5実施形態では、第3実施形態と同様に色合成素子を用いている。第5実施形態が第3実施形態と異なる点は、色合成素子により合成された光において複数の波長光で光軸が略平行になっているとともに、色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されている点である。
次に、第5実施形態のプロジェクタを説明する。第5実施形態では、第3実施形態と同様に色合成素子を用いている。第5実施形態が第3実施形態と異なる点は、色合成素子により合成された光において複数の波長光で光軸が略平行になっているとともに、色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されている点である。
図7は、第5実施形態のプロジェクタ5の概略構成を模式的に示す斜視図である。図7に示すように、プロジェクタ5は、レーザ光源装置51r、51g、51bと、液晶装置52と、投射レンズ53とを備えている。レーザ光源装置51r、51g、51bの各々と液晶装置52との間の3つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム56が配置されている。レーザ光源装置51rとダイクロイックプリズム56との間の光路には、回折光学素子54rが配置されている。同様に、レーザ光源装置51gに対応させて回折光学素子54gが、レーザ光源装置51bに対応させて回折光学素子54bが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム56と液晶装置52との間の光路にはフィールドレンズ55が配置されている。
レーザ光源装置51r、51g、51b、液晶装置52、投射レンズ53、フィールドレンズ55、ダイクロイックプリズム56は、第3実施形態と同様の機能を有するものである。回折光学素子54r、54g、54bは、波長光Lr、Lg、Lbについて光束の断面形状を調整する機能と、光束のビーム径を広げる機能とを備えている。また、本実施形態では、回折光学素子54r、54g、54bは、波長光Lr、Lg、Lbの光軸を変化させてないようになっている。
ダイクロイックプリズム56の軸方向周りの4つの側面のうちの1つの側面は、ダイクロイックプリズム56により合成された光を射出する面になっている。4つの側面のうちの残り3つの側面は、それぞれ波長光Lr、Lg、Lbが入射する面になっている。ここでは、波長光Lr、Lg、Lbが入射する面の各々は、入射する波長光の光軸と略直交している。すなわち、波長光Lr、Lbの光軸は、ダイクロイックプリズム56の内面と略45°の角度をなしている。
波長光Lgは、ダイクロイックプリズム56の内面を通り、そのまま射出される。波長光Lr、Lbは、ダイクロイックプリズム56の内面で反射して光軸が略90°折れ曲がる。これにより、波長光Lr、Lg、Lbは、光軸が互いに略平行になる。ここでは、波長光Lr、Lg、Lbの光軸が略一致するように、レーザ光源装置51r、51g、51b及び回折光学素子54r、54g、54bが配置されている。
ダイクロイックプリズム56から射出された波長光Lr、Lg、Lbは、フィールドレンズ55を経て液晶装置52に入射する。詳しくは後述するが、液晶装置52に入射する波長光Lr、Lg、Lbの光軸が、液晶層の厚み方向と非平行になるように、レーザ光源装置51r、51g、51bから液晶装置52に至る光学系に対する液晶装置52の配置が調整されている。
図8(a)〜(c)は、液晶装置52の概略構成を示す模式図である。図8(a)〜(c)には、それぞれ、赤色レーザ光Lrの光束、緑色レーザ光Lgの光束、青色レーザ光Lbの光束を2点鎖線で示している。なお、第1実施形態と同じ構成要素には、図8(a)〜(c)において同じ符号を付しており、その詳細な説明を省略する場合がある。
図8(a)に示すように、液晶装置52には、第1実施形態のマイクロレンズアレイ127の代わりに、ホログラフィックカラーフィルタ(色分離素子)527が設けられている。ホログラフィックカラーフィルタ527は、レリーフ型や位相型、振幅型等のホログラフィック光学素子により構成されている。液晶装置52に入射した波長光Lr、Lg、Lbは、ホログラフィックカラーフィルタ527において波長ごとに回折角が異なることにより分離される。そして、図8(a)に示すように赤色レーザ光Lrがサブ画素Prと重なる部分の液晶層123に入射する。同様に、緑色レーザ光Lgはサブ画素Pgと重なる部分の液晶層123に入射し(図8(b)参照)、青色レーザ光Lbはサブ画素Pbと重なる部分の液晶層123に入射する(図8(c)参照)。波長光Lr、Lg、Lbは、互いに独立して変調された後、投射レンズ53により拡大投射される。
以上のような第5実施形態のプロジェクタ5にあっては、ダイクロイックプリズム56により波長光Lr、Lg、Lbを合成するので、色分離素子としてホログラフィックカラーフィルタを用いていることが可能になっている。したがって、第1〜第4実施形態と異なり波長光Lr、Lg、Lbの光軸を非平行にする必要がなくなり、装置を構成することが容易になる。例えば、波長光Lr、Lg、Lbをサブ画素Pr、Pg、Pbに分配するためには、回折光学素子54r、54g、54bとフィールドレンズ55との光路長に依存する収差を考慮すればよいので、設計が容易になる。また、波長光Lr、Lg、Lbの光軸を非平行にするためにダイクロイックプリズムを大きくする必要がないので、装置を小型にすることができる。
また、狭帯域の波長光(レーザ光)が合成された光を色分離するので、ランプ光源等から射出された白色光(広帯域光)を色分離する場合に比べて、色再現性が高くなり、また光の利用効率も高くなる。
なお、第1〜5実施形態では、色分離素子が光変調装置と一体になっていたが、色分離素子が光変調装置と独立して設けられていてもよい。
なお、第1〜5実施形態では、色分離素子が光変調装置と一体になっていたが、色分離素子が光変調装置と独立して設けられていてもよい。
[第6実施形態]
次に、第6実施形態のプロジェクタを説明する。第4実施形態が第1〜5実施形態と異なる点は、透過型の液晶装置に代えて反射型の液晶装置(光変調装置)を用いている点である。
次に、第6実施形態のプロジェクタを説明する。第4実施形態が第1〜5実施形態と異なる点は、透過型の液晶装置に代えて反射型の液晶装置(光変調装置)を用いている点である。
図9は、第6実施形態のプロジェクタ6の概略構成を示す模式図である。図9に示すように、プロジェクタ6は、レーザ光源装置61r、61g、61bと、反射型の液晶装置62と、投射レンズ63とを備えている。レーザ光源装置61r、61g、61bの各々と液晶装置62との間の3つの光路に共通して、ダイクロイックプリズム66が配置されている。レーザ光源装置61rとダイクロイックプリズム66との間の光路には、回折光学素子64rが配置されている。同様に、レーザ光源装置61gに対応させて回折光学素子64gが、レーザ光源装置61bに対応させて回折光学素子64bが、それぞれ配置されている。ダイクロイックプリズム66と液晶装置62との間の光路にはフィールドレンズ65が配置されている。
レーザ光源装置61r、61g、61b、投射レンズ63、回折光学素子64r、64g、64b、フィールドレンズ65、ダイクロイックプリズム66は、第3実施形態と同様の機能を有するものである。なお、レーザ光源装置からフィールドレンズに至る光学系の構成としては、第1〜第5実施形態のいずれの構成を採用してもよい。
フィールドレンズ65と液晶装置62との間の光路には、偏光分離素子(光分離素子)68が配置されている。偏光分離素子68としては、偏光ビームスプリッタプリズム(PBSプリズム)やワイヤーグリッド偏光素子等を用いることができ、ここではPBSプリズムを用いている。PBSプリズムは、三角プリズムが貼り合わされて形成されており、貼り合わされた内面が偏光分離機能を有している。
詳しくは、PBSプリズムに入射した光のうちの前記内面に対するP偏光が内面を透過し、前記内面に対するS偏光が内面で反射するようになっている。以下、偏光分離素子68の内面に対するP偏光を単にP偏光と称する場合があり、偏光分離素子68の内面に対するS偏光を単にS偏光と称する場合がある。
波長光Lr、Lg、Lbの各々においてP偏光は、偏光分離素子68を通って液晶装置62に入射する。
波長光Lr、Lg、Lbの各々においてP偏光は、偏光分離素子68を通って液晶装置62に入射する。
本実施形態の液晶装置62は、第1実施形態の液晶装置12と異なり前記した偏光素子を備えていない。また、液晶装置62に入射した光は、液晶層を通った後に反射して折り返され、再度液晶層を通って射出される。液晶装置62から射出された波長光Lr、Lg、Lbは、偏光分離素子68に再度入射し、その一部が偏光状態に応じて偏光分離素子68の内面で反射する。内面で反射した波長光Lr、Lg、Lbは、偏光分離素子68に入射前と光軸が略90°変化して偏光分離素子68から射出され、投射レンズ63により拡大投射される。
例えば、液晶装置62においてサブ画素が電界非印加状態であると、液晶装置62に入射したP偏光は、偏光状態がほとんど変化せず液晶装置62から射出される。液晶装置62から射出された波長光がほぼP偏光であるので、波長光のほとんどが偏光分離素子68を透過する。これにより、偏光分離素子68から投射レンズ63側に光がほとんど射出されないことにより、暗表示の投射映像が得られる。
また、液晶装置62においてサブ画素が電界印加状態であると、液晶装置62に入射したP偏光は、楕円偏光もしくはS偏光の直線偏光になり液晶装置62から射出される。そして、S偏光が偏光分離素子68の内面で反射した後に、投射レンズ63により拡大投射され、明表示の投射映像が得られる。
また、液晶装置62においてサブ画素が電界印加状態であると、液晶装置62に入射したP偏光は、楕円偏光もしくはS偏光の直線偏光になり液晶装置62から射出される。そして、S偏光が偏光分離素子68の内面で反射した後に、投射レンズ63により拡大投射され、明表示の投射映像が得られる。
なお、第6実施形態では、偏光分離素子68を透過した光が液晶装置62に入射するようになっているが、偏光分離素子68の内面で反射した光が液晶装置62に入射する構成にしてもよい。
1、2、3、4、5、6・・・プロジェクタ、11r、11g、11b、21r、21g、22b、31r、31g、31b、41r、41g、41b、51r、51g、51b、61r、61g、61b・・・レーザ光源装置、14r、14g、14b、24r、24g、24b、34r、34g、34b、44r、44g、44b、54r、54g、54b、64r、64g、64b・・・回折光学素子、12、22、32、42、52・・・透過型の液晶装置(光変調装置)、62・・・反射型の液晶装置(光変調装置)36、36A,46、56、66・・・ダイクロイックプリズム(色合成素子)、67、127、427・・・マイクロレンズアレイ(色分離素子)、527・・・ホログラフィックカラーフィルタ(色分離素子)、68・・・偏光分離素子(光分離素子)
Claims (8)
- 互いに波長が異なる波長光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、
前記複数のレーザ光源装置の各々に対応して設けられ、対応する前記レーザ光源装置から射出された波長光の強度分布を調整する複数の回折光学素子と、
複数のサブ画素からなる画素を有し、前記複数のサブ画素の各々に入射する光を独立して変調する光変調装置と、
前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光を波長ごとに前記複数のサブ画素の各々に向けて射出する色分離素子と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記色分離素子がマイクロレンズにより構成されており、
該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が互いに非平行になっていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。 - 前記複数の回折光学素子のうちの1以上の回折光学素子が該回折光学素子に対応するレーザ光源装置から射出された波長光の光軸を変化させ、前記複数の回折光学素子から射出された複数の波長光が互いに重畳されて前記色分離素子に入射することを特徴とする請求項2に記載のプロジェクタ。
- 前記複数の回折光学素子と前記色分離素子との間の光路に色合成素子を備え、
前記色合成素子が、前記複数の回折光学素子から射出された前記複数の波長光の1以上の波長光について光軸を変化させて、前記複数の波長光を合成することを特徴とする請求項2に記載のプロジェクタ。 - 前記複数のサブ画素が二次元的に配列されていることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
- 前記色分離素子がホログラフィック光学素子により構成されており、
該色分離素子に入射する複数の波長光の光軸が略平行になっていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクタ。 - 前記光変調装置が、透過型液晶装置であって、
前記色分離素子が該光変調装置と一体になっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロジェクタ。 - 前記光変調装置が、反射型液晶装置であって、
前記色分離素子が該光変調装置と独立して設けられており、
前記色分離素子から該光変調装置に入射する光と該光変調装置から射出される光とを分離する光分離素子を備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
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-
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