JP2014191177A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】光変調素子に入射する照明光の利用効率を高めることを可能としたプロジェクターを提供する。
【解決手段】光源と、光源から射出された光が入射する回折光学素子と、回折光学素子から射出された回折光が入射する光変調素子と、を備え、光変調素子は、各々が少なくとも１個の画素からなる複数の画素群が配列された画像形成領域Ｇを有し、回折光は、画像形成領域Ｇ内に被照明領域ＳＡを形成し、被照明領域ＳＡ上における回折光の強度分布は、画素群の配列に対応した強度分布を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来より、光源から射出された照明光により光変調素子を照明し、その光変調素子により変調されて射出された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが広く知られている。

ところで、プロジェクターにおいて表示品質に優れた明るい映像表示を行うためには、光変調素子の複数の画素が配列された画像形成領域に対して、照明光を効率良く入射させることが求められる。

このため、レーザー光源を用いたプロジェクターでは、コヒーレント光であるレーザー光を回折光学素子に入射し、この回折光学素子から射出される回折光を用いて、画像形成領域に合わせて整形された照明光を画像形成領域に照射することが行われている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−２０４６０３号公報

しかしながら、従来のプロジェクターでは、画像形成領域のうち画像光の形成に寄与しない領域、例えば隣り合う画素の間や、画素内のマスク層で覆われた遮光部分などにも照明光が入射することになる。したがって、このような領域に照明光が入射する分だけ照明光の利用効率が悪くなるといった問題があった。

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、光変調素子に入射する照明光の利用効率を高めることを可能としたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係るプロジェクターは、光源と、前記光源から射出された光が入射する回折光学素子と、前記回折光学素子から射出された回折光が入射する光変調素子と、を備え、前記光変調素子は、各々が少なくとも１個の画素からなる複数の画素群が配列された画像形成領域を有し、前記回折光は、前記画像形成領域内に被照明領域を形成し、前記被照明領域上における前記回折光の強度分布は、前記画素群の配列に対応した強度分布を有することを特徴とする。

上記プロジェクターの構成によれば、画像形成領域上において複数の画素群の配列に対応した強度分布を有する回折光を画像形成領域の各画素群に対して効率良く入射させることができる。したがって、上記プロジェクターの構成によれば、画像形成領域に入射する回折光の利用効率を高めることができ、その結果、画像品質に優れた明るい表示を行うことが可能となる。

また、前記被照明領域上における前記回折光の前記強度分布において、前記複数の画素群のうち第１の画素群に入射する光の強度が、前記第１の画素群に隣り合う第２の画素群と前記第１の画素群との間の領域に入射する光の強度よりも高いことが好ましい。

この構成によれば、画像形成領域に入射する回折光の利用効率を高めることができる。

さらに、前記第１の画素群と前記第２の画素群との間の領域に前記回折光が入射しないことが好ましい。

この構成によれば、画像形成領域に入射する回折光の利用効率を更に高めることができる。

また、前記複数の画素群の各々は、１個の画素からなることが好ましい。

この構成によれば、画像形成領域に入射する回折光の利用効率を充分に高めることができる。

また、前記被照明領域は、前記複数の画素群に対応した複数のサブ被照明領域からなり、前記複数のサブ被照明領域のうち一のサブ被照明領域の形状は、回転対称性を持たないことが好ましい。

この構成によれば、仮に一の画素群において実質的に表示に寄与する領域、例えばブラックマトリクスの開口部の形状が回転対称性を持たない場合であっても、一の画素群の開口部に対して回折光を効率良く入射させることができる。

また、前記回折光学素子から射出された回折光のうち、前記被照明領域の中心に入射する光線を主光線としたとき、前記主光線が前記被照明領域に対して斜めに入射し、前記主光線に対して垂直な前記回折光の断面の形状が、前記主光線の入射方向から見た前記被照明領域の斜視形状と相似形をなしていることが好ましい。

この構成によれば、被照明領域に対して斜め方向から回折光が入射する場合に、被照明領域に入射する光の断面形状を被照明領域に合わせることができるため、光源からの光を効率的に利用できる。

さらに、前記主光線の前記被照明領域への入射面と直交し、かつ前記主光線を含む面を基準面としたとき、前記回折光が前記基準面に対して非対称な強度分布を有することが好ましい。

この構成によれば、光変調素子に対して斜め方向から回折光が入射する場合でも、光変調素子の被照明領域での回折光の照度分布を均一化し、且つ、回折光を効率的に入射させることができる。

また、前記断面において、前記回折光は、前記回折光学素子の光射出領域から前記被照明領域までの前記回折光の光路長に応じた強度分布を有していることが好ましい。

この構成によれば、被照明領域に対して斜め方向から回折光が入射する場合に、光変調素子の被照明領域での照度分布を効率的に均一化することができる。

さらに、前記断面において、前記基準面を挟んで前記光路長が長い側の前記回折光の強度が、前記基準面を挟んで前記光路長が短い側の前記回折光の強度よりも大きいことが好ましい。

この構成によれば、被照明領域に対して斜め方向から回折光が入射する場合に、光変調素子の被照明領域での照度分布を更に効率的に均一化することができる。

また、前記回折光学素子として、計算機合成ホログラムを用いることができる。

この構成によれば、画素形成領域に入射する回折光の強度分布や形状を画素の配列に対応して調整することができる。

また、前記光源として、半導体レーザーを用いることができる。

この構成によれば、高輝度・高出力な光が得られると共に、光源の小型化を図ることができる。

また、前記光源として、複数の前記半導体レーザーを配列したアレイ光源を用いることができる。

この構成によれば、複数の半導体レーザーを配列したアレイ光源を用いて、更に高輝度・高出力な光を得ることができる。

また、前記光源と前記回折光学素子との間の光路中にコリメータ光学系が配置された構成であってもよい。

この構成によれば、光源から射出された光をコリメータ光学系により平行光に変換して回折光学素子に入射させることができる。

また、前記光源と前記回折光学素子との間の光路中にアフォーカル光学系が配置された構成であってもよい。

この構成によれば、光源から射出された光のスポット径を調整しながら、回折光学素子に効率的に入射させることができる。

第１の実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 画像形成領域とその一部の画素を拡大して示す平面図である。 非対称な強度分布を有する回折光の照明領域を表す平面図である。 （ａ）被照明領域が分断されている場合の回折光の強度分布を示すグラフ、（ｂ）被照明領域が連続している場合の回折光の強度分布を示すグラフである。 （ａ）画素群が構成された場合の回折光の強度分布を示すグラフ、（ｂ）画素列が構成された場合の回折光の強度分布を示すグラフである。 第２の実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す模式図である。 反射型光変調素子の画像形成領域に入射する照明光を反射型光変調素子の側方から見た図である。 図８（ａ）は、主光線に対して垂直な回折光の断面の形状を示す図であり、図８（ｂ）は、主光線の入射方向から見た画像形成領域の斜視形状を示す図である。 本発明の画像形成領域上における被照明領域の形状を表す平面図である。 従来の画像形成領域上における被照明領域の形状を表す平面図である。 第３の実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として例えば図１に示すプロジェクター１０の一例について説明する。なお、図１は、このプロジェクター１０の概略構成を示す模式図である。

プロジェクター１０は、図１に示すように、スクリーン（被投射面）ＳＣＲ上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。また、プロジェクター１０は、光変調素子として、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の各色光に対応した３つの液晶ライトバルブ（液晶パネル）を用いている。さらに、プロジェクター１０は、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザ（レーザ光源）を用いている。

具体的に、プロジェクター１０は、第１の色光である赤色光（Ｒ）を照射する第１の照明装置１１Ｒと、第２の色光である緑色光（Ｇ）を照射する第２の照明装置１１Ｇと、第３の色光である青色光（Ｂ）を照射する第３の照明装置１１Ｂと、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを画像情報に応じて変調し、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した画像光をそれぞれ形成する光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂと、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂの各々からの画像光を合成する合成光学系１３と、合成光学系１３からの画像光をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系１４と、を概略備えている。

第１の照明装置１１Ｒ、第２の照明装置１１Ｇ及び第３の照明装置１１Ｂは、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂに対応したレーザー光をそれぞれ射出するレーザー光源１５Ｒ，レーザー光源１５Ｇ，レーザー光源１５Ｂを備える以外は同じ構成を有している。したがって、以下の説明では、第１の照明装置１１Ｒについて説明し、第２の照明装置１１Ｇ及び第３の照明装置１１Ｂの説明は省略するものとする。

第１の照明装置１１Ｒは、レーザー光を射出するレーザー光源１５Ｒと、レーザー光源１５Ｒのからのレーザー光が入射する回折光学素子１６と、回折光学素子１６からの回折光Ｌ２が入射する平行化レンズ１７と、を有している。

レーザー光源１５Ｒは、例えば半導体レーザーからなり、コヒーレント光であるレーザー光を回折光学素子１６に向かって射出する。なお、レーザー光源１５Ｒは、１つの半導体レーザーを配置したものに限らず、複数の半導体レーザーを配列したアレイ光源であってもよい。

回折光学素子１６は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）からなる。回折光学素子１６は、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂのそれぞれを照明する照明光を形成する。

平行化レンズ１７は、光変調素子１２Ｒの光入射面側に配置されて、この光変調素子１２Ｒに入射する回折光Ｌ２を平行化する機能を有する。

光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂの各々は、透過型の液晶ライトバルブ（液晶パネル）からなる。そして、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂの各々は、色光Ｒ，色光Ｇ，色光Ｂの各々を画像情報に応じて変調した画像光を形成する。なお、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂの各々の光入射側及び光射出側には、一対の偏光板（図示せず。）が配置されており、特定の方向の直線偏光の光のみを通過させる仕組みとなっている。

合成光学系１３は、クロスダイクロイックプリズムからなり、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂの各々から入射した画像光を合成し、この合成された画像光を投射光学系１４に向かって射出する。

投射光学系１４は、投射レンズからなり、合成光学系１３により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

本実施形態のプロジェクター１０においては、光変調素子１２Ｒ，光変調素子１２Ｇ，光変調素子１２Ｂ上での照度分布が、画素群の配列に対応した強度分布を有する。

ここで、図２を用いて、本実施形態を具体的に説明する。
なお、図２は、光変調素子１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂに用いられる液晶ライトバルブＬＶの概略平面図であり、液晶ライトバルブＬＶの画像形成領域Ｇと、画像形成領域Ｇが備える複数の画素Ｐの一部の画素Ｐを拡大して示している。

図２に示す液晶ライトバルブＬＶは、例えばアクティブマトリックス駆動方式を採用した液晶パネルからなり、互いに対向する素子基板と対向基板との間に液晶層が挟持された構造を有している。

液晶ライトバルブＬＶの面内には、複数の画素Ｐがマトリックス状に配列されることによって、矩形状の画像形成領域Ｇが形成されている。具体的に、素子基板の液晶層と対向する面上には、画素Ｐとなる複数の画素電極がマトリクス状に配置され、各画素電極には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのスイッチング素子（図示せず。）が接続されている。液晶ライトバルブＬＶは、このスイッチング素子によって各画素電極に印加される駆動電圧のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り換えながら、入射する光を画像信号に応じて変調し、その変調された光（画像光）を射出することが可能となっている。
画像形成領域Ｇに設けられた複数の画素Ｐは、仮想的な複数の画素群ＰＸに分割することができる。本実施形態では、画素群ＰＸは１個の画素からなるものとする。

また、画像形成領域Ｇには、各画素Ｐに対応した領域をマトリックス状に区画する遮光性のマスク層ＢＭが設けられている。さらに、マスク層ＢＭは、スイッチング素子に入射する光を遮光するため、各画素Ｐに対応した領域の内側にも一部設けられている。したがって、マスク層ＢＭで覆われた領域は、画像光の形成に寄与しない領域となっている。マスク層ＢＭの開口部ＡＰが、画素Ｐである。開口部ＡＰは、画像光の形成に寄与する領域である。

図２に示したように、回折光Ｌ２は、画像形成領域Ｇ内に被照明領域ＳＡを形成する。本実施形態では、被照明領域ＳＡが画像形成領域Ｇと一致するように回折光学素子１６を設計している。また、被照明領域ＳＡは、複数の画素群ＰＸに対応した複数のサブ被照明領域Ｓからなる。

本実施形態では、被照明領域ＳＡの照度分布、すなわち被照明領域ＳＡ上における回折光Ｌ２の強度分布は、複数の画素群ＰＸの配列に対応した分布を有している。具体的に、回折光学素子１６から射出された回折光Ｌ２は、被照明領域ＳＡの面上において、一の画素群ＰＸに対応した位置に当該画素群ＰＸに対応した形状のサブ被照明領域Ｓを形成する。

図４（ａ）は、被照明領域ＳＡ上における回折光Ｌ２の強度分布を示したグラフである。図４（ａ）に示すように、互いに隣り合う第１の画素群ＰＸ１と第２の画素群ＰＸ２との間の領域に回折光が入射しないように、回折光学素子１６を設計することがより好ましい。これにより、従来のように、被照明領域ＳＡのうち画像光の形成に寄与しない領域、すなわちマスク層ＢＭで覆われた領域にも回折光が入射する場合よりも、回折光の利用効率を高めることができる。

以上のようにして、このプロジェクター１０では、被照明領域ＳＡに入射する回折光の利用効率を高めることができる。その結果、画像品質に優れた明るい表示を行うことが可能となる。

（変形例１）
図３に、変形例１によるサブ被照明領域Ｓを示す。本変形例において、開口部ＡＰは、図３に示すように矩形ではない。回折光学素子１６を用いて矩形のサブ被照明領域を形成した場合、画像光の形成に寄与する領域である開口部ＡＰのうち、利用できない領域が生じる。そこで、本変形例では、開口部ＡＰの形状に対応させてサブ被照明領域Ｓを変形させる。具体的には、開口部ＡＰの形状は台形であると近似して、サブ被照明領域Ｓの形状を台形としている。

このように、開口部ＡＰの形状が台形状に近似できる場合には、これに合わせてサブ被照明領域Ｓの形状も台形とした方が、図２に示したようにサブ被照明領域Ｓが矩形の形状を有している場合よりも、画素Ｐ（画像光の形成に寄与する領域）に対して回折光Ｌ２を更に効率良く入射させることができる。そのため、回折光Ｌ２の利用効率を更に高めることができる。なお、サブ被照明領域Ｓの形状は台形に限定されず、開口部ＡＰの形状に応じて設計すればよい。開口部ＡＰの形状が回転対称性を持たない場合、サブ被照明領域Ｓの形状を、回転対称性を持たない形状にすることが好ましい。

（変形例２）
第１の実施形態及び変形例１では、図４（ａ）に示したように、互いに隣り合う二つのサブ被照明領域Ｓが、互いに分断されていたが、本変形例では、互いに隣り合う２つのサブ被照明領域Ｓが連続している。

この場合、画素群ＰＸに入射する回折光Ｌ２の強度を、互いに隣り合う２つの画素群ＰＸの間の領域に入射する回折光Ｌ２の強度よりも高くすればよい。これにより、回折光Ｌ２の利用効率を高めることができる。

例えば、図４（ｂ）は、第１の画素群ＰＸ１と第２の画素群ＰＸ２との間でサブ被照明領域Ｓが連続している場合について、被照明領域ＳＡ上における回折光の強度分布を示したグラフである。

本変形例では、図４（ｂ）に示すように、被照明領域ＳＡのうち画像光の形成に寄与しない領域、すなわち上述したマスク層ＢＭで覆われた領域における回折光Ｌ２の強度よりも、画像光の形成に寄与する領域における回折光Ｌ２の強度が高くなっている。これにより、被照明領域ＳＡに入射する回折光Ｌ２の利用効率を高めることができ、その結果、画像品質に優れた明るい表示を行うことが可能となる。

（変形例３）
また、第１の実施形態及び変形例１，２では、画素群ＰＸは１個の画素Ｐから構成されていたが、本変形例では、画素群ＰＸは複数個の画素Ｐから構成されている。

例えば、図５（ａ）は、行方向Ｘと列方向Ｙとに互いに隣り合う４つの画素Ｐによって１つの画素群ＰＸが構成された場合について、被照明領域ＳＡ上における回折光Ｌ２の強度分布を示したグラフである。一方、図５（ｂ）は、列方向Ｙに並ぶ複数の画素Ｐによって１つの画素列ＰＹが構成された場合について、被照明領域ＳＡ上における回折光Ｌ２の強度分布を示したグラフである。

本変形例では、図５（ａ）に示すように、画素群ＰＸに入射する回折光Ｌ２の強度が、互いに隣り合う２つの画素群ＰＸの間の領域に入射する回折光Ｌ２の強度よりも高くなっている。同様に、図５（ｂ）に示すように、画素群ＰＹに入射する回折光Ｌ２の強度が、互いに隣り合う２つの画素群ＰＹの間の領域に入射する回折光Ｌ２の強度よりも高くなっている。これにより、本変形例では、従来のように、被照明領域ＳＡのうち画像光の形成に寄与しない領域、すなわちマスク層ＢＭで覆われた領域にも回折光Ｌ２が入射する場合よりも、回折光Ｌ２の利用効率を高めることができる。

また、画素群に対応したサブ被照明領域Ｓ内において、画素Ｐに入射する回折光Ｌ２の強度を、互いに隣り合う２つの画素Ｐの間の領域に入射する回折光Ｌ２の強度よりも高くしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として例えば図６に示すプロジェクター１の一例について説明する。なお、図６は、このプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。

このプロジェクター１は、図６に示すように、複数の半導体レーザー２ａが配列されたアレイ光源２と、各半導体レーザー２ａから射出された光Ｌ１（レーザ光）が入射するコリメータ光学系３と、コリメータ光学系３により平行光に変換された光Ｌ１が入射するアフォーカル光学系４と、アフォーカル光学系４によりスポット径が調整された光Ｌ１が入射する回折光学素子５と、回折光学素子５により回折された光（回折光）Ｌ２が入射する重畳光学系６と、重畳光学系６によって重畳された回折光（照明光）Ｌ３を画像信号に応じて変調し、その変調した光（画像光）Ｌ４を射出する反射型光変調素子７と、反射型光変調素子８からの画像光Ｌ４をスクリーンＳＣＲに向かって投射する投射光学系８と、を概略備えている。

アレイ光源２は、複数の半導体レーザー２ａがアレイ状に並ぶことによって構成されている。また、各半導体レーザー２ａから射出される光Ｌ１は、コヒーレントな直線偏光の光であり、互いに平行に射出される。

コリメータ光学系３は、各半導体レーザー２ａに対応してアレイ状に並んで配置された複数のコリメータレンズ３ａからなる。そして、各コリメータレンズ３ａにより平行光に変換された光Ｌ１は、アフォーカル光学系４に入射される。光Ｌ１はコリメータレンズ３ａによって平行化され、アフォーカル光学系４を介して回折光学素子５に入射するため、回折光学素子５の設計が容易となる。

アフォーカル光学系４は、レンズ４ａ，レンズ４ｂから構成されている。そして、このアフォーカル光学系４によりスポット径が調整された光Ｌ１は、回折光学素子３に入射される。

回折光学素子５は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）からなる。回折光学素子５には、アレイ光源２の各半導体レーザー２ａから射出された複数の光Ｌ１が入射する。このため、回折光学素子５からは、複数の光Ｌ１の本数に応じた数の複数の回折光Ｌ２が射出される。

回折光学素子５に対して光Ｌ１を垂直に入射させることが好ましい。これにより、上述した回折光Ｌ２を得るためのＣＧＨの回折光学設計が容易となる。一方、回折光Ｌ２は、アフォーカル光学系４の光軸ａｘ１に対して傾いた方向に射出される。

重畳光学系６は、重畳レンズ６ａとフィールドレンズ６ｂとの２枚のレンズから構成されている。そして、重畳光学系６は、その光軸ａｘ２が回折光Ｌ２の回折方向と平行であり、かつ複数の回折光Ｌ２の束の中心を通るように配置されている。これにより、回折光学素子５から射出される回折光Ｌ２を重畳光学系６に対して効率的に入射させることができる。

そして、この重畳光学系６は、回折光学素子５からの複数の回折光Ｌ２を重畳することによって照明光Ｌ３を形成し、照明光Ｌ３を反射型光変調素子８に照射する。

反射型光変調素子７は、ＤＭＤからなる。ＤＭＤは、ねじれ軸周りに±１２゜の角度範囲で傾きを変えることができる複数のマイクロミラー７ａを配列したものからなる。本実施形態では、一の画素群は一のマイクロミラー７ａからなる。
反射型光変調素子７では、照明光Ｌ３が入射する面上において、これら複数のマイクロミラー７ａが平面視で矩形状を為す画像形成領域Ｍを構成している。また、このような反射型光変調素子７を用いた場合、照明光Ｌ３が反射型光変調素子７の画像形成領域Ｍに対して斜め方向から入射することになる。

そして、この反射型光変調素子７では、各マイクロミラー７ａの傾きを画像信号に応じて切り換えながら、照明光Ｌ３の反射方向を制御し、各マイクロミラー７ａからの反射光の有無によって画像光Ｌ４を形成することが可能となっている。

投射光学系９は、投射レンズ群からなり、反射型光変調素子７からの画像光Ｌ４をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像（画像）が表示される。

ここで、図７、図８及び図９を用いて、本発明を具体的に説明する。プロジェクター１では、複数の回折光Ｌ２が回折光学素子５から射出されるが、ここでは、複数の回折光Ｌ２のうち一の回折光Ｌ２ａを用いて本発明を説明する。画像形成領域Ｍのうち回折光Ｌ２ａが照射される領域を、回折光Ｌ２ａによる被照明領域ＳＡとする。本実施形態では、反射型光変調素子７の画像形成領域Ｍの全面に回折光Ｌ２ａが照射されるように回折光学素子５が設計されているため、後で示すように画像形成領域Ｍは被照明領域ＳＡと一致している。

なお、図７は、反射型光変調素子７の画像形成領域Ｍに入射する回折光Ｌ２ａを反射型光変調素子７の側方から見た図である。図７において、重畳光学系６は省略してある。回折光学素子５から射出された回折光Ｌ２ａのうち、被照明領域ＳＡの中心ＳＡｃに入射する光線を回折光Ｌ２ａの主光線Ｔとする。図８（ａ）は、主光線Ｔに対して垂直な回折光Ｌ２ａの断面Ｕの形状を示す図であり、図８（ｂ）は、主光線Ｔの入射方向から見た画像形成領域Ｍの斜視形状を示す図である。図９は、反射型光変調素子７上における、被照明領域ＳＡの形状と画像形成領域Ｍの形状とを表す平面図である。

図７に示すように、反射型光変調素子７の被照明領域ＳＡには、０°以外の所定の入射角θで主光線Ｔが入射する。
ここで、回折光学素子５から回折光Ｌ２ａが射出される領域Ｖと被照明領域ＳＡの手前側の端部Ａ’との間の回折光の光路長をＴ_Ａとし、領域Ｖと被照明領域ＳＡの奥側の端部Ｂ’との間の回折光の光路長をＴ_Ｂとする。光路長Ｔ_Ａは光路長Ｔ_Ｂよりも短い。このため、図６に示した従来例のように、断面形状が画像形成領域Ｍ’と相似形である方形状の照明光を画像形成領域Ｍ’に対して斜め方向から入射した場合には、照明光が画像形成領域Ｍ’の面上において、この画像形成領域Ｍ’とは異なる歪んだ四角形の被照明領域ＳＡ’を形成することになる。

これに対して、本実施形態では、図８に示すように、主光線Ｔの入射方向から見た画像形成領域Ｍ（被照明領域ＳＡ）の斜視形状と相似形をなす断面形状Ｕを持つ回折光Ｌ２ａを画像形成領域Ｇに斜め方向から入射させる。これにより、回折光Ｌ２ａは、図９に示すように、画像形成領域Ｍの面上において、この画像形成領域Ｍとほぼ一致した形状の被照明領域ＳＡを形成することになる。

また、本実施形態では、主光線Ｔの被照明領域ＳＡへの入射面と直交し、かつ主光線Ｔを含む面を基準面Ｗとしたとき、断面Ｕにおいて、回折光Ｌ２ａが基準面Ｗに対して非対称な強度分布を有する。より詳しくは、断面Ｕにおいて、回折光Ｌ２ａは、領域Ｖと被照明領域ＳＡへの入射位置との間の光路長に応じた強度分布を有している。

ここで、図１０に示すように、断面における強度分布が均一な照明光を画像形成領域Ｍ’に対して斜め方向から照射すると、被照明領域での照度分布は、光路長が短い画像形成領域Ｍ’の手前側ａで相対的に強くなり、光路長が長い画像形成領域Ｍ’の奥側ｂで相対的に弱くなる。

これに対して、本実施形態では、断面Ｕにおいて、基準面Ｗを挟んで光路長が長い奥側の端部Ｂの回折光Ｌ２ａの強度が、基準面Ｗを挟んで光路長が短い手前側の端部Ａの回折光Ｌ２ａの強度よりも大きくなっている。
これにより、回折光Ｌ２ａは、被照明領域ＳＡである画像形成領域Ｍを均一な照度分布で照明することができる。

さらに、本実施形態では、上記図２に示す場合と同様に、回折光Ｌ２ａが複数の画素群の配列に対応した強度分布を有している。具体的に、回折光学素子５から射出された回折光Ｌ２ａは、被照明領域ＳＡの面上において、各マイクロミラー７ａに対応した位置に各マイクロミラー７ａに対応した形状のサブ被照明領域Ｓを形成する。

すなわち、上述した回折光学素子５を用いて、被照明領域ＳＡの面上における回折光Ｌ２ａの形状及び強度分布をマイクロミラー７ａに対応したものに変換し、それぞれのマイクロミラー７ａに対して回折光Ｌ２ａを均一に照射する。

これにより、従来のように、被照明領域ＳＡのうち照明光Ｌ３の形成に寄与しない領域、すなわち互いに隣り合うマイクロミラー７ａの間にも回折光Ｌ２ａが入射する場合よりも、回折光Ｌ２ａを被照明領域ＳＡの各マイクロミラー７ａに対して効率良く入射させることができる。

本実施形態では、上述した回折光学素子５を用いることによって、断面Ｕの形状を画像形成領域Ｍの斜視形状に対応した形状に変換し、さらに、断面Ｕにおける回折光Ｌ２ａの強度分布を基準面Ｗに対して非対称なものに変換することができる。これにより、画像形成領域Ｍに入射する回折光Ｌ２ａの形状を補正するだけでなく、画像形成領域Ｍ（被照明領域）での照度分布を均一化することが可能である。さらに、画素群（マイクロミラー７ａ）の配列に対応した強度分布を有する回折光Ｌ２ａを画像形成領域Ｍの各マイクロミラー７ａに対して効率良く入射させることができる。

なお、複数の回折光のうち少なくとも一つの回折光が上記の特徴を備えていればよく、全ての回折光が上記の特徴を備えていてもよい。また、複数の回折光の束を一つの回折光とみなした時、当該回折光が上記の特徴を備えていてもよい。

以上のようにして、本発明では、反射型光変調素子７に対して斜め方向から回折光Ｌ２ａが入射する場合でも、均一な照度で反射型光変調素子７を照明することができ、且つ、回折光Ｌ２ａを反射型光変調素子７に効率的に入射させることができる。したがって、本発明を適用したプロジェクター１では、画像品質に優れた明るい表示を行うことができる。

また、本実施形態では、回折光学素子５を用いることで、従来のような照明光の強度分布を均一化するためのレンズアレイやロッドレンズと、照明光の形状を補正するための被照明領域補正用光学素子とを別々に備える必要がないため、プロジェクター１を小型（軽量）化することが可能である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として図１１に示すプロジェクター５０について説明する。
なお、以下の説明では、図６に示すプロジェクター１と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

このプロジェクター５０は、図１１に示すように、ＤＭＤからなる反射型光変調素子７の代わりに、反射型液晶パネルからなる反射型光変調素子５１を用いた構成である。反射型液晶パネルは、素子基板と対向基板との間に液晶層が挟持された構造を有している。また、素子基板の液晶層と対向する面上には、画像表示の一単位となる複数の反射電極（画素電極）がマトリクス状に配置されている。反射型光変調素子５１では、これら複数の反射電極が平面視で矩形状を為す画像表示領域Ｍを構成している。

また、反射型光変調素子５１の入射側及び射出側には、一対の偏光板５２，５３が配置されており、特定の方向の直線偏光の光のみを通過させる仕組みとなっている。そして、このプロジェクター５０では、照明光Ｌ３が反射型光変調素子５１の画像形成領域Ｍに対して斜め方向から入射することになる。

本実施形態では、このような反射型光変調素子５１を用いたプロジェクター５０においても、第２の実施形態のプロジェクター１と同様の効果を得ることが可能である。また、透過型光変調素子を用いたプロジェクターにおいても、第１の実施形態に示すプロジェクター１と同様の効果を得ることが可能である。

なお、上記の実施形態では、画像形成領域Ｍが被照明領域ＳＡと一致する例を示したが、それに限られない。回折光学素子５から射出される複数の回折光各々が、画像形成領域Ｍの互いに異なる領域を照明してもよい。

なお、上記の実施形態及び変形例は、適宜組み合わせることができる。

１…プロジェクター（第２の実施形態） ２…アレイ光源 ２ａ…半導体レーザー ３…コリメータ光学系 ３ａ…コリメータレンズ ４…アフォーカル光学系 ４ａ，４ｂ…アフォーカルレンズ ５…回折光学素子（ＣＧＨ） ６…重畳光学系 ６ａ…重畳レンズ ６ｂ…フィールドレンズ ７…反射型光変調素子（ＤＭＤ） ８…投射光学系
１０…プロジェクター（第１の実施形態） １１Ｒ…第１の照明装置 １１Ｇ…第２の照明装置 １１Ｂ…第３の照明装置 １２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…光変調素子（液晶ライトバルブ） １３…合成光学系 １４…投射光学系 １５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ…レーザー光源 １６…回折光学素子 １７…平行化レンズ ５０…プロジェクター（第３の実施形態） ５１…反射型光変調素子（液晶パネル） ５２，５３…偏光板 ＳＣＲ…スクリーン Ｇ…画像形成領域 Ｐ…画素 ＰＸ…画素群 ＰＹ…画素列 ＢＭ…マスク層 Ｍ…画像形成領域 ＳＡ…被照明領域 Ｓ…サブ被照明領域 Ｔ…主光線 Ｕ…断面 Ｗ…基準面

Claims (14)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光が入射する回折光学素子と、
   前記回折光学素子から射出された回折光が入射する光変調素子と、を備え、
   前記光変調素子は、各々が少なくとも１個の画素からなる複数の画素群が配列された画像形成領域を有し、
   前記回折光は、前記画像形成領域内に被照明領域を形成し、
   前記被照明領域上における前記回折光の強度分布は、前記画素群の配列に対応した強度分布を有することを特徴とするプロジェクター。
2. 前記被照明領域上における前記回折光の前記強度分布において、前記複数の画素群のうち第１の画素群に入射する光の強度が、前記第１の画素群に隣り合う第２の画素群と前記第１の画素群との間の領域に入射する光の強度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記第１の画素群と前記第２の画素群との間の領域に前記回折光が入射しないことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記複数の画素群の各々は、１個の画素からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項にプロジェクター。
5. 前記被照明領域は、前記複数の画素群に対応した複数のサブ被照明領域からなり、
   前記複数のサブ被照明領域のうち一のサブ被照明領域の形状は、回転対称性を持たないことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項にプロジェクター。
6. 前記回折光学素子から射出された回折光のうち、前記被照明領域の中心に入射する光線を主光線としたとき、前記主光線が前記被照明領域に対して斜めに入射し、
   前記主光線に対して垂直な前記回折光の断面の形状が、前記主光線の入射方向から見た前記被照明領域の斜視形状と相似形をなしていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記主光線の前記被照明領域への入射面と直交し、かつ前記主光線を含む面を基準面としたとき、前記回折光が前記基準面に対して非対称な強度分布を有することを特徴とする請求項６に記載のプロジェクター。
8. 前記断面において、前記回折光は、前記回折光学素子の光射出領域から前記被照明領域までの前記回折光の光路長に応じた強度分布を有していることを特徴とする請求項７に記載のプロジェクター。
9. 前記断面において、前記基準面を挟んで前記光路長が長い側の前記回折光の強度が、前記基準面を挟んで前記光路長が短い側の前記回折光の強度よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載のプロジェクター。
10. 前記回折光学素子は、計算機合成ホログラムであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のプロジェクター。
11. 前記光源は、半導体レーザーであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載のプロジェクター。
12. 前記光源は、複数の前記半導体レーザーを配列したアレイ光源であることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクター。
13. 前記光源と前記回折光学素子との間の光路中にコリメータ光学系が配置されていることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載のプロジェクター。
14. 前記光源と前記回折光学素子との間の光路中にアフォーカル光学系が配置されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載のプロジェクター。

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