JP2014215319A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高効率かつ高コントラストのプロジェクターを提供することを目的とする。【解決手段】第１の色のレーザー光を発する第１の光源装置と、第２の色の光と第３の色の光とを発する第２の光源装置と、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子と、前記第１の光源装置と前記第１の光変調素子との間の光路上に配置された回折素子と、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子および前記第３の光変調素子からの光を合成するクロスプリズムと、投射光学系と、を備えるプロジェクター。【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

クロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用いたプロジェクターとして、特許文献１には、光源とライトバルブの間に拡散板を配置したものが提案されている。この構成によれば、光源から射出される光が拡散されることで、クロスダイクロイックプリズムの中央の交差部を回り込む光の量が増え、交差部の影が映り込むことによる表示品質の劣化を低減できる。

特開２００４−２９８１８号公報

しかし、拡散板によって拡散された光のうち、拡散角度の大きい光は光路上から外れてしまうため、光の利用効率が悪くなるという問題があった。また、光路上から外れた光は迷光となり、その結果、投影像のコントラストが低下するという問題もあった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであって、高効率かつ高コントラストのプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクターは、第１の色のレーザー光を発する第１の光源装置と、第２の色の光と第３の色の光とを発する第２の光源装置と、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子と、前記第１の光源装置と前記第１の光変調素子との間の光路上に配置された回折素子と、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子および前記第３の光変調素子からの光を合成するクロスプリズムと、投射光学系と、を備える。

この構成によれば、第１のレーザー光源装置から射出されたレーザー光は、回折素子に入射し、回折素子で拡散される。回折素子は、乱反射を利用した拡散板のように光を全方位に拡散させるのではなく、入射光を各々が特定の回折角度を有する方向に分岐させて射出する。拡散板を用いた場合、一部の拡散光はその拡散角度が大きすぎるために光路上から外れてしまうが、回折素子の場合には射出光の方向が所定の角度範囲内に規制されるため、光路から外れる光を低減でき、拡散板と比較して光の利用効率を向上することができる。また、回折素子によって回折された光には迷光が少ないため、投影像のコントラストの低下を抑制できる。したがって、高効率かつ高コントラストのプロジェクターが得られる。

また、回折素子から射出された光は、第１の光変調素子を介して、クロスプリズムに入射される。クロスプリズムに入射される光は、回折素子によって回折された回折光であるため、クロスプリズムの中央の交差部を回り込む光の量が多く、交差部の影が映り込むことによる表示品質の劣化を低減できる。
これまでは、第１の色のレーザー光を発する光源装置と、第２の色の非レーザー光を発する光源装置とを備えたプロジェクターにおいて、光の利用効率の低下を小さく抑えつつ、クロスプリズムの交差部の影の影響を簡易な構成で低減する手段は知られていなかった。しかし、本発明によれば、非レーザー光に影響を与えることなく、レーザー光とクロスプリズムとの組み合わせによって生ずるクロスプリズムの交差部の影の影響を簡易な構成で低減することが可能である。

本発明のプロジェクターは、第１の色のレーザー光を発する第１の光源装置と、第２の色のレーザー光を発する第２の光源装置と、第３の色の光を発する第３の光源装置と、第１の光変調素子と、第２の光変調素子と、第３の光変調素子と、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子および前記第３の光変調素子からの光を合成するクロスプリズムと、投射光学系と、を備え、前記第１の光源装置と前記光変調素子との間の光路上に第１の回折素子が配置され、前記第２の光源装置と前記光変調素子との間の光路上に第２の回折素子が配置されている。

この構成によれば、レーザー光源を２つ以上用いるような場合であっても、クロスプリズムの交差部の影が映り込むことによる表示品質の劣化を低減し、高効率かつ高コントラストのプロジェクターが得られる。

前記第１の光源装置と前記回折素子との間の光路上に配置された拡散板を備えていてもよい。
この構成によれば、レーザー光源装置から射出されたレーザー光は、拡散板を介して、回折素子に入射される。これにより、拡散板によって拡散された光が、さらに回折素子によって回折される。回折素子は、光を全方位に拡散させることなく、各々が特定の回折角度を有する方向に分岐させるため、拡散板と回折素子を用いる構成により、光の拡散角度をある程度制御することが可能である。そのため、クロスプリズムの交差部の影が映り込むことによる表示品質の劣化を低減するために十分で、かつ、光漏れを抑制できる光の拡散角度を得ることができる。
また、投射光学系に入射される光は、拡散板によって拡散されることで、空間的な多重度が大きくなる。そのため、光のコヒーレンス性が低減され、スペックルノイズを低減することができる。

前記拡散板は、回転拡散板であってもよい。
この構成によれば、回転拡散板から射出される光は、時間ごとに拡散光の分布や位相が変化する。そのため、回折素子、光変調素子およびクロスプリズムを介して、投射光学系に入射される光は、時間的な多重度が大きくなる。したがって、光のコヒーレンス性が低減され、スペックルノイズを低減することができる。

前記回折素子の断面形状は正弦波形状であってもよい。
この構成によれば、回折光に含まれる回折角度の大きい高次の回折光の割合を低減でき、光の利用効率を向上できる。

前記回折素子は２次元回折素子であってもよい。
この構成によれば、２次元的に光が回折されるため、光の空間的な多重度が大きくなり、スペックルノイズを低減できる。

前記正弦波形状のピッチは、５３μｍ以上、５００μｍ以下であってもよい。
この構成によれば、回折素子によって回折された光に含まれる±１次回折光の回折角度を０．５°以内にすることができる。

前記正弦波形状の振幅は、０．０５μｍ以上、０．２μｍ以下であってもよい。
この構成によれば、回折素子によって回折された光における、０次回折光と±１次回折光の割合を９０％以上にすることができる。

第１実施形態のプロジェクターを示す模式図である。 第１実施形態の正弦波回折格子を示す斜視図である。 第１実施形態の正弦波回折格子の図２におけるＡ−Ａ断面図である。 第２実施形態の正弦波回折格子を示す斜視図である。 第２実施形態の正弦波回折格子を説明する説明図である。 本実施例の正弦波回折格子の特性を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態のプロジェクター１０００を示す模式図である。
本実施形態のプロジェクター１０００は、光源装置１００と、色分離導光光学系２００と、光変調装置（第２の光変調素子）４００Ｒと、光変調装置（第３の光変調素子）４００Ｇと、光変調装置（第１の光変調素子）４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム（クロスプリズム）５００と、投射光学系６００と、を備えている。

光源装置１００は、第１の光源装置１００ａと、第１集光レンズ６０と、拡散部材としての回転拡散板７０と、第１ピックアップ光学系８０と、正弦波回折格子（回折素子）１と、第２の光源装置１００ｂと、フライアイインテグレーター９０と、偏光変換素子９３と、第２平行化レンズ９４と、を備えている。

第１の光源装置１００ａは、第１光源５０と、第１コリメーターレンズアレイ５３と、を備えている。後で説明するように、第１の光源装置１００ａは、レーザー光を射出する。

第２の光源装置１００ｂは、第２光源１０と、第２コリメーターレンズアレイ１３と、第２集光レンズ２０と、第１平行化レンズ２１と、ダイクロイックミラー２２と、第２ピックアップ光学系４０と、蛍光発光素子３０と、を備えている。後で説明するように、第２の光源装置１００ｂは、非レーザー光を射出する。

第１光源５０は、第１基台５１と、第１基台５１上に並べて配置された複数の第１固体発光素子５２とを備えた光源アレイである。第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２によって反射可能な青色光を射出する光源である。本実施形態の場合、第１固体発光素子５２は、青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）のレーザー光を射出する半導体レーザーであるが、第１固体発光素子５２は、ダイクロイックミラー２２で反射される波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。

第１コリメーターレンズアレイ５３は、各第１固体発光素子５２と１対１に対応した複数の第１マイクロレンズ５３０を備えている。複数の第１マイクロレンズ５３０は、第１基台５１上に並べて配置されている。各第１マイクロレンズ５３０は、対応する第１固体発光素子５２から射出される青色光の光軸上に設置され、当該青色光を平行化して射出する。これにより、第１の光源装置１００ａから、青色のレーザー光が射出される。
第１コリメーターレンズアレイ５３から射出された青色光（第１の光源装置１００ａから射出された青色のレーザー光）は、凸レンズからなる第１集光レンズ６０で集光される。第１コリメーターレンズアレイ５３と第１集光レンズ６０によって、第１光源５０から射出された複数の青色光を集光する第１集光光学系５５が形成されている。

拡散部材としての回転拡散板７０は、入射した青色光を拡散して入射側とは反対側の面から射出する透過型の回転拡散板である。回転拡散板７０は、モーター７３により回転駆動される拡散部材としての基板７１を備えている。基板７１としては、公知の拡散板、たとえば、磨りガラスや、ホログラフィックディフューザー、透明基板の表面にブラスト処理を施したもの、透明基板の内部にビーズのような散乱材を分散させ、散乱材によって光を散乱させるものなどを用いることができる。本実施形態では基板７１として円板を用いているが、基板７１の形状は円板に限られない。回転拡散板７０では、基板７１を回転駆動することによって、青色光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、青色光が照射される領域（光照射領域）Ｓ１に対して相対的に移動する。

回転拡散板７０から射出された光は、第１ピックアップ光学系８０に入射される。
第１ピックアップ光学系８０は、正弦波回折格子１と回転拡散板７０との間の光の光路上に配置されている。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光が入射するピックアップレンズとしての第１レンズ８１と、第１レンズ８１から射出される光を平行化する第２レンズ８２とを含んで構成されている。第１レンズ８１は、たとえば、光入射面が平面状であり、光射出面が凸の曲面状をなす平凸レンズからなる。第２レンズ８２は、たとえば凸レンズからなる。第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０からの光を、略平行化して正弦波回折格子１に入射させる。

なお、第１ピックアップ光学系８０は、回転拡散板７０から射出される青色光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められる。また、レンズの数も２つに限らず、１つまたは３つ以上の複数個とすることもできる。

図２および図３は、本実施形態の正弦波回折格子１を示す図である。図２は斜視図、図３は凸条部１ｂの延在方向と直交する面（ＹＺ面）で切った断面図（図２に示すＡ−Ａ断面図）である。
図２および図３における説明中の方向は、図２に示すＸＹＺ軸の方向に従うものとする。すなわち、Ｘ軸を凸条部１ｂの延在方向、Ｙ軸をＸ軸に垂直で基部１ａの底面と平行な方向、Ｚ軸をＸ軸およびＹ軸と垂直に交わる方向に取る。

正弦波回折格子１は、図２に示すように、平板状の基部１ａと、基部１ａ上に形成された複数の凸条部１ｂと、を備える。複数の凸条部１ｂの表面は、角のないなめらかな曲面形状である。正弦波回折格子１の図２における平面視形状は、特に限定されず、矩形状であっても、円形状であってもよい。凸条部１ｂは、一方の方向（Ｘ軸方向）に沿って延在しており、延在する方向と垂直で、基部１ａの裏面と平行な方向（Ｙ軸方向）に沿って隙間なく配置されている。

複数の凸条部１ｂのＹＺ面と平行な断面は、図３に示すように、正弦波形状となっている。
凸条部１ｂのピッチｐを変化させることにより、回折光Ｌｄの回折角度θ１およびθ２を調整することができる。凸条部１ｂのピッチｐは、光漏れを抑制できるような回折角度θ１およびθ２が得られる範囲内において、特に限定されない。凸条部１ｂのピッチｐは、たとえば、５３μｍとできる。

凸条部１ｂの高さ（Ｚ軸方向長さ）ｈ１は、正弦波形状の振幅ａ１の２倍の長さである。凸条部１ｂの高さｈ１を変化させることにより、回折光に含まれる高次の回折光の割合を調整することができる。凸条部１ｂの高さｈ１は、光漏れが生じる回折角度を有する高次の回折光の割合を十分に低減できる範囲内において、特に限定されない。凸条部１ｂの高さｈ１は、たとえば、０．４μｍとできる。
正弦波回折格子１の材質としては、たとえば、ガラス、石英、合成樹脂等を用いることができる。

正弦波回折格子１は、図１に示すように、第１ピックアップ光学系８０から射出された光が正弦波回折格子１の基部１ａ側に入射するようにして、第１ピックアップ光学系８０とダイクロイックミラー２２との間の光路上に配置されている。また、正弦波回折格子１は、凸条部１ｂの延在方向が、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向（図１における紙面垂直方向）と略平行になるようにして配置される。正弦波回折格子１は凸条部１ｂの延在方向と直交する方向に光を回折するため、このように配置することで、回折光Ｌｄの回折方向が、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向と略直交する方向となる。

正弦波回折格子１は、第１ピックアップ光学系８０から入射された入射光Ｌｃを、各々が所定の回折角度を有する方向に分岐する。分岐された光は回折光Ｌｄとして、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、正弦波回折格子１から射出された回折光Ｌｄの光路上に配置されている。その表面は、回折光Ｌｄの光路方向に対して約４５°の角度をなしている。ダイクロイックミラー２２の、回折光Ｌｄが入射する側の面は、フライアイインテグレーター９０の側を向いている。ダイクロイックミラー２２は、正弦波回折格子１から入射する青色光（回折光Ｌｄ）を９０°折り曲げてフライアイインテグレーター９０側に反射する。

第２光源１０は、第２基台１１と、第２基台１１上に並べて配置された複数の第２固体発光素子１２とを備えている。第２固体発光素子１２は、蛍光発光素子３０に備えられた蛍光体３２を励起させる励起光を射出する光源である。本実施形態の場合、第２固体発光素子１２は、励起光として青色（発光強度のピーク：４５０ｎｍ付近）の光を射出するＬＥＤであるが、第２固体発光素子１２は、蛍光体３２を励起させることができる波長の光であれば、４５０ｎｍ以外のピーク波長を有する光を射出するものであっても構わない。

第２コリメーターレンズアレイ１３は、各第２固体発光素子１２と１対１に対応した複数の第２マイクロレンズ１３０を備えている。複数の第２マイクロレンズ１３０は、第２基台１１上に並べて配置されている。各第２マイクロレンズ１３０は、対応する第２固体発光素子１２から射出される励起光の光軸上に設置され、当該励起光を平行化する。第２コリメーターレンズアレイ１３から射出された励起光は、凸レンズからなる第２集光レンズ２０で集光される。

第２集光レンズ２０とダイクロイックミラー２２との間の励起光の光路上には、両凹レンズからなる第１平行化レンズ２１が配置されている。第１平行化レンズ２１は、第２集光レンズ２０と、第２集光レンズ２０における焦点位置との間に配置され、第２集光レンズ２０から入射する励起光を平行化してダイクロイックミラー２２に射出する。

ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から射出された光の光路上に配置され、その表面は、第１平行化レンズ２１から射出された光の光路方向に対して約４５°の角度をなしている。ダイクロイックミラー２２の、第１平行化レンズ２１から射出された光が入射する側の面は、第２ピックアップ光学系４０の側を向いている。ダイクロイックミラー２２は、第１平行化レンズ２１から入射する励起光（青色光成分）を９０°折り曲げて第２ピックアップ光学系４０側に反射するとともに、第２ピックアップ光学系４０から入射する蛍光（赤色光成分および緑色光成分）を透過させる。

第２ピックアップ光学系４０は、蛍光発光素子３０からの蛍光を略平行化した状態でダイクロイックミラー２２に入射させる。また、第２ピックアップ光学系４０の第１レンズ４１および第２レンズ４２は、ダイクロイックミラー２２から入射する励起光を集光する機能を兼ねており、励起光を集光させた状態で蛍光発光素子３０に入射させる。すなわち、第２コリメーターレンズアレイ１３と第２集光レンズ２０と第１平行化レンズ２１とダイクロイックミラー２２と第２ピックアップ光学系４０によって、第２光源１０から射出された複数の励起光を集光する第２集光光学系１５が形成されている。

なお、第２ピックアップ光学系４０は、蛍光発光素子３０から射出される蛍光の広がりに応じて、使用するレンズの屈折率や形状が決められ、レンズの数も２つに限らず、１つまたは３つ以上の複数個とすることもできる。

蛍光発光素子３０は、励起光の入射方向と同じ方向に蛍光を射出させる反射型の蛍光発光素子である。蛍光発光素子３０は、モーター３３により回転駆動される基板３１と、基板３１の表面に形成された蛍光体３２とを備えている。基板３１は、蛍光体３２が発する蛍光を反射する材料よりなる。基板３１は、Ａｌ等の熱伝導率の高い金属材料等からなることが好ましく、これにより基板３１を放熱板として機能させることができる。蛍光体３２は、励起光が入射する領域に対応して、基板３１の回転方向に沿ってリング状に形成されている。本実施形態では基板３１として円板を用いているが、基板３１の形状は円板に限られない。

蛍光体３２は、第２固体発光素子１２から射出される励起光を吸収し、蛍光を発する粒子状の蛍光物質（蛍光体粒子）を有する。蛍光体３２は、波長が約４５０ｎｍの励起光（青色光）を吸収し、概ね４９０〜７５０ｎｍ（発光強度のピーク：５７０ｎｍ）の蛍光に変換する機能を有する。蛍光には、緑色光（波長５３０ｎｍ付近）および赤色光（波長６３０ｎｍ付近）が含まれる。

蛍光体粒子としては、通常知られたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることができる。たとえば、平均粒径が１０μｍの（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される組成のＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。なお、蛍光体粒子の形成材料は、１種であってもよく、２種以上の形成材料を用いて形成されている粒子を混合したものを蛍光体粒子として用いることとしてもよい。

蛍光発光素子３０には、第１レンズ４１および第２レンズ４２によって集光された励起光（青色光）が、蛍光体３２の表面から入射する。蛍光発光素子３０は、励起光が入射する側と同じ側に向けて、蛍光体３２が発した赤色光および緑色光（蛍光）を射出する。蛍光発光素子３０では、基板３１を回転駆動することによって、蛍光体３２の励起光が照射された部分（被照射部分）が円を描くように、励起光が照射される領域（光照射領域）Ｓ２に対して相対的に移動する。

蛍光発光素子３０から射出された光は、第２ピックアップ光学系４０で平行化され、ダイクロイックミラー２２に入射する。ダイクロイックミラー２２は、第２ピックアップ光学系４０から入射する光のうち、励起光（青色光）を反射して除去し、緑色光および赤色光を透過させる。これにより、第２の光源装置１００ｂから、緑色の非レーザー光および赤色の非レーザー光が射出される。

また、ダイクロイックミラー２２には、第２ピックアップ光学系４０からの光が入射する入射面と反対側の表面に、第１光源５０から射出された青色光が入射し、第１光源５０から射出された青色光は第２ピックアップ光学系４０から射出された光の光軸と平行な方向に反射される。これにより、第２ピックアップ光学系４０から射出された緑色光および赤色光と、第１ピックアップ光学系８０から射出された青色光とが合成されて白色光となる。

ダイクロイックミラー２２で合成された緑色光、赤色光および青色光は、第１フライアイレンズアレイ９１および第２フライアイレンズアレイ９２からなるフライアイインテグレーター９０に入射し、光量分布が均一化される。フライアイインテグレーター９０から射出された緑色光、赤色光および青色光は、偏光変換素子９３によって偏光方向が一方向に揃えられた直線偏光に変換され、第２平行化レンズ９４により平行化され、光源装置１００から射出される。なお、フライアイインテグレーター９０および偏光変換素子９３は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報にその詳細が開示されている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０、反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０およびリレーレンズ２６０を備えている。色分離導光光学系２００は、光源装置１００からの光を赤色光、緑色光および青色光に分離し、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂに導光する機能を有する。

ダイクロイックミラー２１０、ダイクロイックミラー２２０は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を透過させる誘電体多層膜からなる波長選択透過膜が形成されたミラーである。具体的には、ダイクロイックミラー２１０は、青色光成分を透過させ、赤色光成分および緑色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、赤色光成分を透過させる。

反射ミラー２３０、反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、入射した光を反射するミラーである。具体的には、反射ミラー２３０は、ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光成分を反射する。反射ミラー２４０、反射ミラー２５０は、ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光成分を反射する。

ダイクロイックミラー２１０を透過した青色光は、反射ミラー２３０で反射され、青色光用の光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、緑色光用の光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した赤色光は、入射側の反射ミラー２４０、リレーレンズ２６０、射出側の反射ミラー２５０を経て赤色光用の光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、通常知られたものを用いることができ、たとえば、液晶素子４１０と液晶素子４１０を挟持する偏光素子４２０、４３０とを有した、透過型の液晶ライトバルブ等の光変調装置により構成される。偏光素子４２０、４３０は、たとえば透過軸が互いに直交する構成（クロスニコル配置）となっている。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置１００の照明対象となる。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇおよび光変調装置４００Ｂによって、入射された各色光の光変調が行われる。

たとえば、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、光変調装置４００Ｂは、一対の透明基板に液晶を密閉封入した透過型の光変調装置であり、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光素子４２０から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

クロスダイクロイックプリズム５００は、射出側偏光素子４３０から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合せた平面視略正方形状をなしている。直角プリズムを貼り合せた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光および青色光は曲折され、赤色光の進行方向および青色光の進行方向が緑色光の進行方向に揃えられることにより、３つの色光が合成される。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学系６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

以上に詳細に説明した、本実施形態のプロジェクター１０００によれば、第１の光源５０から射出されたレーザー光（青色光）が回転拡散板７０によって拡散される。そして、拡散された光は、第１ピックアップ光学系８０で集光され、正弦波回折格子１に入射される。正弦波回折格子１は、入射された光（入射光Ｌｃ）を、各々が所定の回折角度を有する方向に分岐する。分岐された光は回折光Ｌｄとして正弦波回折格子１から射出する。これにより、正弦波回折格子１から射出された回折光Ｌｄの方向は所定の角度範囲内に規制されているため、光路から外れる光を低減でき、光の利用効率を向上することができる。また、光路から外れる光を低減できることにより、迷光が低減され、投影像のコントラストの低下を抑制できる。したがって、高効率かつ高コントラストのプロジェクターが得られる。

また、正弦波回折格子１から射出された光は、ダイクロイックミラー２２によって反射され、フライアイインテグレーター９０、偏光変換素子９３、第２平行化レンズ９４、色分離導光光学系２００および光変調装置４００Ｂを介して、クロスダイクロイックプリズム５００に入射される。クロスダイクロイックプリズム５００に入射された光は、回転拡散板７０および正弦波回折格子１によって十分に拡散されているため、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部を回り込む光の量が増加する。したがって、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の影が映り込むことによる表示品質の低下を抑えることができる。
また、画像の観察者によって認識しうるような当該影を発生させない非レーザー光（第２の光源装置１００ｂから射出される光）の光路には、正弦波回折格子１を設けていない。そのため、非レーザー光が必要以上に散乱されることによる非レーザー光の利用効率の低下は発生しない。

プロジェクターの光源としてレーザー光源を用いる場合、投射光学系から射出された光が、スクリーン上の微小な凹凸によって散乱され、散乱された光が干渉することによって、スペックルノイズと呼ばれる斑点模様が生じる。スペックルノイズの低減方法としては、光の時間的・空間的な多重度を大きくすることで、光のコヒーレンス性を低減する方法が知られている。
これに対して、本実施形態によれば、回転拡散板７０によって光が拡散されることによって、光の空間的な多重度が大きくなる。また、回転拡散板７０は回転しているため、回転拡散板７０から射出される光は時間ごとに位相が変化し、時間的な多重度も大きくなる。したがって、光のコヒーレンス性が低減され、スペックルノイズを低減することができる。

また、本実施形態によれば、正弦波回折格子１の凸条部１ｂの断面形状は正弦波形状となっている。そのため、凸条部１ｂの高さｈ１を調整することにより、回折光に含まれる高次の回折光の割合を低減することができる。したがって、回折角度が大きい光を低減できる結果、各種光学部材が飲み込めない光を減らし、光の利用効率を向上できる。

なお、本実施形態においては、下記の構成を採用することもできる。

正弦波回折格子１の配置は、回転拡散板７０と、光変調装置４００Ｂとの間の光路上である範囲内において、図１に示す位置以外のいずれの位置にも変更できる。

光源装置を３つ用いてもよい。この場合においては、各光源装置は、それぞれ赤色と、緑色と、青色の光を発する。例えば青色光を発する光源装置がレーザー光源装置から構成されている場合、青色光の光路上に正弦波回折格子を設ければよい。赤色の非レーザー光の光路上と緑色の非レーザー光の光路上には正弦波回折格子を設けない。なお、この場合、赤色光を発する光源装置と緑色光を発する光源装置とを合わせて第２の光源装置とみなしてもよい。

レーザー光を発する光源装置を２つ以上備えていてもよい。この場合においては、それぞれのレーザー光の光路上に、正弦波回折格子を設ける。例えば、青色光を発する光源装置（第１の光源装置）が青色のレーザー光を発し、赤色光を発する光源装置（第２の光源装置）が赤色のレーザー光を発し、緑色光を発する光源装置（第３の光源装置）が緑色の非レーザー光を発する場合、青色光の光路上に正弦波回折格子（第１の回折素子）を設け、赤色光の光路上に正弦波回折格子（第２の回折素子）を設け、緑色光の光路上には正弦波回折格子を設けない。

［第２実施形態］
本実施形態は、第１実施形態における正弦波回折格子１として、２次元の正弦波回折格子を用いたものである。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。

図４および図５は、本実施形態の正弦波回折格子２を示す図である。図４は斜視図、図５は平面視における凸部２ｂの配置を模式的に示した説明図である。図５においては、凸部２ｂの位置を円で示している。
図４および図５における説明中の方向は、図４，５に示すＸＹＺ軸の方向に従うものとする。すなわち、Ｘ軸を行線Ｒ方向、Ｙ軸をＸ軸に垂直で基部２ａの底面と平行な方向（列線Ｃ方向）、Ｚ軸をＸ軸およびＹ軸と垂直に交わる方向に取る。

正弦波回折格子２は、図４に示すように、平板状の基部２ａと、基部２ａ上に形成された複数の凸部２ｂと、を備える。凸部２ｂの表面は角のないなめらかな曲面形状である。正弦波回折格子２の平面視形状は、特に限定されず、矩形状であっても、円形状であってもよい。

複数の凸部２ｂは、基部２ａ上に二次元的に配列されている。
図５に示すように、凸部２ｂは、平面視で、行線Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…）に沿って（Ｘ軸方向）ピッチｐ_Ｘで配置されている。また、凸部２ｂは、行線Ｒと垂直に交わる列線Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…）に沿って（Ｙ軸方向）ピッチｐ_Ｙで配置されている。互いに隣り合う２本の行線Ｒ上に配置された複数の凸部２ｂは、列線Ｃの方向（Ｙ軸方向）から見た際に、それぞれの行線Ｒ上の凸部２ｂが重ならないようにして、互い違いに配置されている。また、互いに隣り合う２本の列線Ｃ上に配置された複数の凸部２ｂは、行線Ｒの方向（Ｘ軸方向）から見た際に、それぞれの列線Ｃ上の凸部２ｂが重ならないようにして、互い違いに配置されている。本実施形態において、ピッチｐ_Ｘとピッチｐ_Ｙは同一の値である。

正弦波回折格子２の、一つの直線（たとえば、図５に示す行線Ｒまたは列線Ｃのうちの一つの線）上に配置された複数の凸部２ｂの頂点を結んだ線に沿って垂直に切断した断面（たとえば、ＸＺ面またはＹＺ面）は、図３に示す第１実施形態と同様に、正弦波形状となっている。

たとえば行線Ｒと平行な方向を直線配列方向としたとき、第１ピックアップ光学系８０の光軸周りの正弦波回折格子２の配置角度は、直線配列方向が、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向（図１における紙面垂直方向）と略垂直となるように設定する。正弦波回折格子２は凸部２ｂの直線配列方向と、正弦波回折格子２に入射する光の方向と、が含まれる面上において、正弦波回折格子２に入射する光を、各々が所定の回折角度を有する方向に分岐する。そのため、このように配置することで、回折光の回折方向が、少なくとも、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向と、正弦波回折格子２に入射する光の方向と、が含まれる面と交差する方向成分を含むこととなる。

図１に示した第１実施形態と同様にして、第１光源５０から射出された光は、第１集光光学系５５、回転拡散板７０および第１ピックアップ光学系８０を介して、正弦波回折格子２に入射される。正弦波回折格子２は、入射された光を回折し、回折光をダイクロイックミラー２２に射出する。射出された光は、光源装置１００ｂから射出された光と合成され、フライアイインテグレーター９０、偏光変換素子９３および第２平行化レンズ９４を介して光源装置１００から射出される。その後、光源装置１００から射出された光は、色分離導光光学系２００、光変調装置（４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ）、クロスダイクロイックプリズム５００および投射光学系６００を介して、ＳＣＲ上に投射され、画像を形成する。

本実施形態によれば、正弦波回折格子２は二次元的に配置された複数の凸部２ｂを備えているため、正弦波回折格子２に入射した光は、凸部２ｂが直線的に配列されている複数の配列方向に対して、それぞれ所定の角度をもって分岐する。そのため、回折光は、様々な方向に分岐された光を含むこととなる。その結果、光の空間的な多重度が大きくなるため、光のコヒーレンス性が低減され、スペックルノイズを低減することができる。

なお、第１ピックアップ光学系８０の光軸周りの正弦波回折格子２の配置角度は、クロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向に対して略垂直な方向に複数の凸部２ｂが直線的に並んでいれば、前述した配置角度と異なる配置角度となるように設定されてもよい。たとえば、図５に示した対角線方向Ｗを直線配列方向とみなして、対角線方向Ｗがクロスダイクロイックプリズム５００の交差部の延在方向に対して略直交するように正弦波回折格子２を配置してもよい。

［実施例］
本実施例においては、第１実施形態における、正弦波回折格子１のピッチｐおよび高さｈ１について、具体的な値を例示する。本実施例において、正弦波回折格子１の材質はガラスで、屈折率が１．５であるものとする。

凸条部１ｂのピッチｐは５３μｍ以上、５００μｍ以下である。
本実施例においては、ピッチｐが５３μｍ以上、５００μｍ以下であれば、図３に示す、回折角度（１次回折光の回折角度）θ１および回折角度（−１次回折光の回折角度）θ２を、０．５°より小さくできる。

凸条部１ｂの高さｈ１は、０．１μｍ以上、０．４μｍ以下である。
本実施例においては、高さｈ１が、０．１μｍ以上、０．４μｍ以下であれば、回折光に含まれる０次回折光と±１次回折光とを合わせた成分の割合を９０％以上にできる。

図６は、本実施例において、凸条部１ｂの高さｈ１を変化させた場合における、回折光に含まれる０次回折光と±１次回折光とを合わせた成分の割合を示すグラフである。
図６に示すように、凸条部１ｂの高さｈ１が０．４μｍにおいて、０次回折光と±１次回折光とを合わせた成分の割合が９０％程度となっていることから、凸条部１ｂの高さｈ１を０．４μｍ以下とすることにより、回折光に含まれる０次回折光と±１次回折光とを合わせた成分の割合を９０％以上にできることが確認できる。

本実施例によれば、正弦波回折格子１の凸条部１ｂの断面形状のピッチｐは５３μｍ以上、５００μｍ以下であるため、正弦波回折格子１から射出される光に含まれる±１次回折光の回折角度が０．５°以下となる。そのため、回転拡散板７０で拡散された光が、正弦波回折格子１によって必要以上に拡散されることがなく、光漏れが抑制される。したがって、光の利用効率を向上することができる。

また、本実施例によれば、正弦波回折格子１の凸条部１ｂの断面形状の高さｈ１は、０．１μｍ以上、０．４μｍ以下であるため、正弦波回折格子１から射出される光に含まれる０次回折光と±１次回折光とを合わせた成分の割合が９０％以上となる。そのため、回折角度が大きい２次以上の回折光が少なく、光漏れが抑制される。したがって、光の利用効率を向上することができる。

１，２…正弦波回折格子（回折素子）、７０…回転拡散板（拡散板）、１００ａ…第１の光源装置、１００ｂ…第２の光源装置、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ…光変調装置（光変調素子）、５００…クロスダイクロイックプリズム（クロスプリズム）、６００…投射光学系、１０００…プロジェクター、ａ１…正弦波形状の振幅、ｐ…正弦波形状のピッチ

Claims (8)

1. 第１の色のレーザー光を発する第１の光源装置と、
   第２の色の光と第３の色の光とを発する第２の光源装置と、
   第１の光変調素子と、
   第２の光変調素子と、
   第３の光変調素子と、
   前記第１の光源装置と前記第１の光変調素子との間の光路上に配置された回折素子と、
   前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子および前記第３の光変調素子からの光を合成するクロスプリズムと、
   投射光学系と、
   を備えるプロジェクター。
2. 第１の色のレーザー光を発する第１の光源装置と、
   第２の色のレーザー光を発する第２の光源装置と、
   第３の色の光を発する第３の光源装置と、
   第１の光変調素子と、
   第２の光変調素子と、
   第３の光変調素子と、
   前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子および前記第３の光変調素子からの光を合成するクロスプリズムと、
   投射光学系と、
   を備え、
   前記第１の光源装置と前記光変調素子との間の光路上に第１の回折素子が配置され、
   前記第２の光源装置と前記光変調素子との間の光路上に第２の回折素子が配置されているプロジェクター。
3. 前記第１の光源装置と前記回折素子との間の光路上に配置された拡散板を備える、請求項１または２に記載のプロジェクター。
4. 前記拡散板は、回転拡散板である、請求項３に記載のプロジェクター。
5. 前記回折素子の断面形状は正弦波形状である、請求項１から４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
6. 前記回折素子は２次元回折素子である、請求項１から５のいずれか１項に記載のプロジェクター。
7. 前記正弦波形状のピッチは、５３μｍ以上、５００μｍ以下である、請求項５に記載のプロジェクター。
8. 前記正弦波形状の振幅は、０．０５μｍ以上、０．２μｍ以下である、請求項５または７に記載のプロジェクター。