JP2015169710A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルを低減でき、表示品質に優れたプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクター１は、第１の光ビームと第２の光ビームとを含む照明光を射出する照明装置２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、照明光を変調することで画像光を生成する液晶ライトバルブ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ（光変調装置）と、射出瞳を有し、光変調装置から射出される画像光を被投射面に投射する投射光学系５と、を備える。画像光は、照明光と光変調装置とによって生成された複数の回折光と複数の０次光とからなる。射出瞳において、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと、第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの、少なくとも一方の少なくとも一部と重なっている。【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

レーザー光源を用いたプロジェクターは、装置の小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、光源の寿命が長い、等の利点を有している。一方、レーザー光源から発せられるレーザー光は、一般的にコヒーレント光である。そのため、この種のプロジェクターでは、レーザー光の干渉により生じる斑点模様、いわゆるスペックルがスクリーン上に視認される場合がある。これにより、表示品質が大きく低下する。

レーザー光源を用いたプロジェクターにおいて、スペックルに起因する表示品質の低下を抑えるための対策が採られている。特許文献１に、光源と光変調素子との間に、投射光学系の射出瞳における光強度の空間分布を均一化する均一化光学素子（拡散光学素子）を備えた投射型映像表示装置が開示されている。
また、特許文献２には、レーザーアレイ光源を備えた画像表示装置において、入射光を重畳して被照射面を均一に照明するために第１フライアイレンズと第２フライアイレンズとからなるインテグレーター光学系を用いることが開示されている。

特開２０１１−１８０２８１号公報 特開２０１３−１５７６２号公報

特許文献１の投射型映像表示装置は均一化光学素子を備えているが、単に均一化光学素子を備えただけではスペックルの低減効果が未だ不十分である。また、特許文献２については、レーザー光源を用いた画像表示装置であるが、スペックルについては何ら考慮されていない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものである。本発明の一つの態様は、スペックルを充分に低減でき、表示品質に優れたプロジェクターを提供することを目的の一つとする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様のプロジェクターは、第１の光ビームと第２の光ビームとを含む照明光を射出する照明装置と、前記照明光を変調することで画像光を生成する光変調装置と、射出瞳を有し、前記光変調装置から射出される画像光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、前記画像光は、前記照明光と前記光変調装置とによって生成された複数の回折光と複数の０次光とからなり、前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの、少なくとも一方の少なくとも一部と重なっている。

本発明者は、光変調装置が入射光を変調するだけでなく、回折格子としても機能し、光変調装置から射出される画像光が０次光と回折光とを含むことに着目した。そこで、本発明者は、射出瞳における照度分布のムラを小さくするためには、０次光によるスポットと回折光によるスポットの双方の配置を考慮する必要があることに想到した。一方、上記の特許文献１では、光変調装置から生じる回折光について何ら考慮していない。なお、本明細書では、０次光によるスポットのことを０次スポットと呼び、回折光によるスポットのことを回折スポットと呼ぶことがある。

光変調装置での回折を考慮した場合、一般的には光変調装置に入射した光が回折することにより照明光軸に近い領域の照度が高まり、照明光軸から遠い領域の照度が低くなる。その結果、射出瞳における照度の均一性が低くなり、スペックルが視認されやすくなる。これに対し、本発明の一つの態様のプロジェクターによれば、投射光学系の射出瞳において、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと、第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの、少なくとも一方の少なくとも一部と重なっている。これにより、投射光学系の射出瞳に形成されるスポット毎の照度の差が小さくなる結果、射出瞳における照度の均一性が高くなり、スペックルを視認し難くすることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットが、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットの少なくとも一部と重なっている構成としてもよい。
例えば第１の光ビームに対応する０次スポットの強度と第２の光ビームに対応する０次スポットの強度との差が比較的大きい場合、上記の構成によれば、第１の光ビームに対応する０次スポットが形成される位置の照度と、第２の光ビームに対応する０次スポットが形成される位置の照度と、の差を小さくすることができる。その結果、スペックルを視認し難くすることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと部分的に重なっていてもよい。
この構成によれば、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットと、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一方と、が重なる際に、２つのスポットが完全には重ならず、部分的に重なることになる。これにより、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいては、前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一部と重なっている構成としてもよい。
例えば、回折スポットの強度が０次スポットの強度の半分である場合、この構成によれば、回折スポットが形成される位置の照度を、０次スポットが形成される位置の照度と等しくすることができる。従って、射出瞳における照度の均一性が高くなり、スペックルを視認し難くすることができる。
また、回折スポットの強度が０次スポットの強度の半分とは異なる場合であっても、第１の光ビームに対応する０次スポットと第２の光ビームに対応する０次スポットとの間に２つの回折スポットが重なり合ったスポットが生成される。これにより、射出瞳における照度の均一性が高くなり、スペックルを視認し難くすることができる。
このように、照度の均一性が高い領域を照明光軸から離れた位置まで広げることができるため、スペックルを視認し難くすることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットと部分的に重なっていてもよい。
この構成によれば、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットと、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一方と、が重なる際に、２つのスポットが完全には重ならず、部分的に重なることになる。これにより、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記照明装置は、光源装置と、インテグレーター光学系と、コンデンサレンズと、を備え、前記インテグレーター光学系は、光束分割素子と、レンズアレイと、を備え、前記光束分割素子は、前記光源装置からの光を前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを含む複数の光束に分割し、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを互いに異なる方向に射出する構成としてもよい。
この構成によれば、光束分割素子が光源装置からの光を第１の光ビームと第２の光ビームとを含む複数の光束に分割し、第１の光ビームと第２の光ビームとを互いに異なる方向に射出する。光束分割素子から射出された第１の光ビームと第２の光ビームとは、レンズアレイとコンデンサレンズとにより光変調装置に照射される。光束分割素子による第１の光ビームと第２の光ビームそれぞれの射出方向を適宜調整することにより、０次スポットと回折スポットとの重なり具合や回折スポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光束分割素子は、偏芯マルチレンズであってもよい。
この構成によれば、偏芯マルチレンズの構成を変えることにより、０次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合や回折光によるスポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記光束分割素子は、計算器合成ホログラムであってもよい。
この構成によれば、計算器合成ホログラムの構成を変えることにより、０次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合や回折光によるスポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいては、前記射出瞳において、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットのサイズ、および第２の光ビームに対応する回折光によるスポットのサイズは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットとの間隔よりも小さい構成としてもよい。
この構成によれば、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと第２の光ビームに対応する回折光によるスポットとが重ならず、射出瞳における照度分布の均一性を高めやすい。

第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。 （Ａ）液晶ライトバルブの正面図、（Ｂ）液晶ライトバルブを透過する光の回折の様子を示す図、（Ｃ）回折によるスポットの変化を示す図、である。 第１のフライアイレンズ（光束分割素子）を示す斜視図である。 第２のフライアイレンズの正面図である。 液晶ライトバルブを透過する光の回折の様子を詳細に示す図である。 ０次光によるスポットと回折光によるスポットの配置の第１の例を示す図である。 ０次光によるスポットと回折光によるスポットの配置の第２の例を示す図である。 第２実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。 照度分布のシミュレーション結果を示す図であって、（Ａ）比較例の射出瞳における照度分布を示す図、（Ｂ）実施例１の射出瞳における０次光の位置を示す図、（Ｃ）実施例１の射出瞳における照度分布を示す図、（Ｄ）実施例２の射出瞳における照度分布を示す図、である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態では、複数のレーザー光源を備えた照明装置を用いたプロジェクターの一例を示す。
図１は、第１実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１に示すように、プロジェクター１は、赤色光用照明装置２Ｒと、緑色光用照明装置２Ｇと、青色光用照明装置２Ｂと、赤色光用液晶ライトバルブ３Ｒと、緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇと、青色光用液晶ライトバルブ３Ｂと、色合成素子４と、投射光学系５と、を備えている。
本実施形態の赤色光用照明装置２Ｒ、緑色光用照明装置２Ｇおよび青色光用照明装置２Ｂは、特許請求の範囲の照明装置に対応する。本実施形態の赤色光用液晶ライトバルブ３Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇおよび青色光用液晶ライトバルブ３Ｂは、特許請求の範囲の光変調装置に対応する。

プロジェクター１は、概略すると以下のように動作する。
赤色光用照明装置２Ｒから射出された赤色のレーザー光は、赤色光用液晶ライトバルブ３Ｒに入射して変調される。同様に、緑色光用照明装置２Ｇから射出された緑色のレーザー光は、緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇに入射して変調される。青色光用光源装置２Ｂから射出された青色のレーザー光は、青色光用液晶ライトバルブ３Ｂに入射して変調される。赤色光用液晶ライトバルブ３Ｒにより変調された赤色レーザー光、緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇにより変調された緑色レーザー光、および青色光用液晶ライトバルブ３Ｂにより変調された青色レーザー光は、色合成素子４に入射して合成される。色合成素子４により合成された光（画像光）は、投射光学系５によりスクリーン６に拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射画像が表示される。

以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
赤色光用照明装置２Ｒ、緑色光用照明装置２Ｇ、および青色光用照明装置２Ｂは、射出される光の色が異なるだけであり、構成は同様である。したがって、以下では、緑色光用照明装置２Ｇについてのみ説明し、赤色光用照明装置２Ｒおよび青色光用照明装置２Ｂについては説明を省略する。
緑色光用照明装置２Ｇは、第１の光ビームと第２の光ビームとを含む複数の緑色の光ビームを照明光として射出する。緑色光用照明装置２Ｇは、レーザー光源アレイ８Ｇと、コリメート光学系９と、インテグレーター光学系１０と、コンデンサレンズ１１と、フィールドレンズ１２と、を備えている。

レーザー光源アレイ８Ｇは、緑色光を射出する複数のレーザー光源１４Ｇを備える。複数のレーザー光源１４Ｇは、等しいピッチで規則的に配列されている。図１では、５個のレーザー光源１４Ｇのみを図示するが、複数のレーザー光源１４Ｇは、照明光軸ＡＸに垂直な面内において、紙面に平行な方向だけでなく、紙面に垂直方向にも配列されている。複数のレーザー光源１４Ｇは、全体として複数行、複数列（例えば５行５列）のアレイ状に配列されている。以下の説明では、５行５列に配列された２５個のレーザー光源１４Ｇのうち、任意の２個のレーザー光源をそれぞれ第１のレーザー光源、第２のレーザー光源とする。また、第１のレーザー光源から射出される光を第１の光ビーム、第２のレーザー光源から射出される光を第２の光ビーム、とする。
照明光軸ＡＸは、複数のレーザー光源８から射出された複数の光ビームの束を１本の光ビームとみなしたときの、その光ビームの中心軸のことである。

赤色光用照明装置２Ｒ、青色光用照明装置２Ｂの構成も同様である。赤色光を射出するレーザー光源をレーザー光源１４Ｒとし、複数の赤色光用のレーザー光源１４Ｒをアレイ状に配列したものをレーザー光源アレイ８Ｒとする。また、青色光を射出するレーザー光源をレーザー光源１４Ｂとし、複数の青色光用のレーザー光源１４Ｂをアレイ状に配列したものをレーザー光源アレイ８Ｂとする。一例として、赤色光用のレーザー光源１４Ｒは、概ね５８５ｎｍ〜７２０ｎｍの波長域の光を射出する。緑色光用のレーザー光源１４Ｇは、概ね４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域の光を射出する。青色光用のレーザー光源１４Ｂは、概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域の光を射出する。

コリメート光学系９は、第１レンズ１５と、第２レンズ１６と、を備えている。第１レンズ１５は、複数のシリンドリカルレンズで構成されている。複数のシリンドリカルレンズは、各々のシリンドリカルレンズの長手方向と直交する方向に配列されている。第２レンズの構成１６は、第１レンズ１５の構成と同様である。第１レンズ１５と第２レンズ１６とは、第１レンズ１５を構成するシリンドリカルレンズの長手方向と、第２レンズ１６を構成するシリンドリカルレンズの長手方向と、が直交するように配置されている。

図１の例では、第１レンズ１５を構成するシリンドリカルレンズの各々は、紙面に平行な方向に並ぶ複数（例えば５個）のレーザー光源１４Ｇに対応して配置されている。第２レンズ１６を構成するシリンドリカルレンズの各々は、紙面に垂直な方向に並ぶ複数（例えば５個）のレーザー光源１４Ｇに対応して配置されている。レーザー光源１４Ｇの各々から射出されたレーザー光は、コリメート光学系９の第１レンズ１５および第２レンズ１６の作用によって略平行化される。

インテグレーター光学系１０は、第１のレンズアレイ１８と、第２のレンズアレイ１９と、を有している。第１のレンズアレイ１８は、複数のレンズが照明光軸ＡＸと直交する面内に複数行、複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。第１のレンズアレイ１８は、コリメート光学系９から射出された光を複数の部分光束に分割する光束分割素子として機能する。図示による説明は省略するが、レンズの外形形状は、後述する液晶ライトバルブ３Ｇの画像形成領域の外形形状と略相似形である。本実施形態では、第１のレンズアレイ１８として偏芯マルチレンズを用いている。偏芯マルチレンズを用いたときの効果については後述する。

第２のレンズアレイ１９は、第１のレンズアレイ１８と同様、複数のレンズが照明光軸ＡＸに直交する面内に複数行、複数列のマトリクス状に配列された構成を有する。第２のレンズアレイ１９は、後段のコンデンサレンズ１１とともに、第１のレンズアレイ１８の各レンズの像を液晶ライトバルブ３Ｇの画像形成領域近傍に結像させる機能を有する。

インテグレーター光学系１０と液晶ライトバルブ３Ｇとの間の光路上に、コンデンサレンズ１１とフィールドレンズ１２とが設けられている。コンデンサレンズ１１とフィールドレンズ１２とは、第２のレンズアレイ１９から射出された複数の光束を被照明領域である液晶ライトバルブ３Ｇ上で互いに重畳させる。第２のレンズアレイ１９から射出されたレーザー光の複数の光束は、コンデンサレンズ１１とフィールドレンズ１２とを介して液晶ライトバルブ３Ｇに入射する。複数の光束は、コンデンサレンズ１１とフィールドレンズ１２とによって液晶ライトバルブ３Ｇ上で互いに重畳される。これにより、液晶ライトバルブ３Ｇにおける照度分布が均一化されるとともに、照明光軸ＡＸ周りの軸対称性が高められる。

緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇは、図示を省略するが、一対のガラス基板の間に液晶層が挟持された液晶パネルと、液晶パネルの光入射側に配置される光入射側偏光板と、液晶パネルの光射出側に配置される光射出側偏光板と、を備える。液晶の動作モードは、ＴＮモード、ＶＡモード、横電界モード等、特に限定されるものではない。赤色光用液晶ライトバルブ３Ｒ、青色光用液晶ライトバルブ３Ｂも、同様の構成である。

色合成素子４は、クロスダイクロイックプリズム等により構成される。クロスダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造を有する。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズムの内面になる。クロスダイクロイックプリズムの内面では、赤色光が反射して緑色光が透過するミラー面と、青色光が反射して緑色光が透過するミラー面と、が互いに直交している。クロスダイクロイックプリズムに入射した緑色光は、ミラー面を透過してそのまま射出される。クロスダイクロイックプリズムに入射した赤色光および青色光は、ミラー面で選択的に反射して緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学系５に向けて射出される。投射光学系５は、例えば複数のレンズにより構成され、射出瞳を有する。

以下の説明では、緑色光用液晶ライトバルブ３Ｇを液晶ライトバルブ３と称する。
図２（Ａ）は、液晶ライトバルブ３の正面図である。図２（Ｂ）は、液晶ライトバルブ３を透過する１本の光ビームの回折の様子を示す図である。図２（Ｃ）は、回折によって生じる回折パターンを示す図である。

液晶ライトバルブ３を構成する液晶パネル２１は、図２（Ａ）に示すように、格子状の遮光膜、いわゆるブラックマトリクス２２やマイクロレンズアレイ（図示略）を備えている。ブラックマトリクス２２は、配線やＴＦＴを遮光するとともに、複数の画素領域を規定するものである。マイクロレンズアレイは、マトリクス状に配置された複数の微小レンズからなり、ブラックマトリクス２２の開口部に光を集光するものである。液晶パネル２１は、この種の規則的な格子状の微細パターンを有することから、透過光に対して回折格子として機能する。

図２（Ｂ）に示すように、液晶パネル２１に光Ｌａが入射したとき、液晶パネル２１で回折されない０次光Ｌｂ０と、液晶パネル２１で回折されて生じた回折光Ｌｂ１と、の双方が射出される。すなわち、液晶パネル２１により生成される画像光は、照明装置から射出された照明光と液晶パネル２１とにより生成された複数の０次光と複数の回折光とからなる。
なお、図２（Ｂ）では、±１次回折光（符号Ｌｂ１）のみを示し、高次の回折光の図示を省略する。０次光Ｌｂ０の中心軸と回折光（例えば＋１次回折光Ｌｂ１）の中心軸とのなす角度を回折角θと称する。

図２（Ａ）に示すように、液晶パネル２１を法線方向から見たとき、ブラックマトリクス２２は水平方向と垂直方向とに沿って設けられている。そのため、入射光Ｌａ（図２（Ｂ）参照）が主に回折する方向は、矢印Ｋ１，Ｋ２で示すように、液晶パネル２１の水平方向と垂直方向となる。以下の説明では、入射光Ｌａが主に回折する方向を回折方向と称する。

したがって、図２（Ｃ）に示すように、液晶パネル２１に光が入射する前の時点で照明光のスポットＧが１個存在する場合、液晶パネル２１を光が透過した後では０次光のスポットＧ０と回折方向（水平方向および垂直方向）への回折光によるスポットＧ１とが形成される結果、像の数が全体として増える。

実際には、２次以上の高次の回折光や液晶パネル２１の水平方向、垂直方向以外の方向に回折する回折光も存在するが、ここでは最も影響が大きい主な回折光として、液晶パネル２１の水平方向と垂直方向とに回折する±１次回折光を考慮する。図２（Ｃ）の例で言えば、０次光による１個のスポットＧ０の上下左右に回折光による４個のスポットＧ１が形成される。レーザー光源を用いた場合、射出光の波長が単一であり、回折角θが一義的に決まるため、回折光によるスポットＧ１は鮮明に形成される。

特にレーザー光源を用いたプロジェクターの場合、レーザー光源から発せられる光がコヒーレント光であるため、スクリーン上で発生する干渉現象と同等の現象が目の網膜上で発生する。観察者にとってはこの網膜上の干渉現象がスペックルとして感じられる。本発明者は、スペックルの見えやすさと投射光学系の射出瞳における照度分布との間に相関があることに着目した。本発明者は、上述の画像光を構成する０次スポットと回折スポットを適切に重ね合わせ、投射光学系の射出瞳における照度分布の均一性を高めることによりスペックルを見え難くできることに想到した。

本実施形態においては、０次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合は、インテグレーター光学系１０の第１のレンズアレイ１８を構成する個々のレンズの偏芯の度合いによって調整される。
図３は、第１のレンズアレイ１８（光束分割素子）を示す斜視図である。
図４は、第２のレンズアレイ１９の正面図である。図４において、符号Ｃは第２のレンズアレイ１９を構成する各レンズの光軸を示し、符号Ｆは２次光源像（第１のレンズアレイ１８から射出された光の照射領域）を示す。
なお、図３および図４では、第１のレンズアレイ１８および第２のレンズアレイ１９を構成する複数のレンズのうち、２行２列の合計４個のレンズのみを取り出して示す。

本実施形態では、図３に示すように、第１のレンズアレイ１８として偏芯マルチレンズを用いている。偏芯マルチレンズを構成する複数のレンズ２４の各々は球面凸レンズである。各レンズ２４の光軸ＡＸ２は、照明光軸ＡＸに垂直な面内においてそれぞれ互いに異なる方向に偏芯している。これにより、図４に示すように、複数のレンズ２５のうち一つのレンズ２５に生成される二次光源像Ｆは、レンズ２５に対応するレンズ２４の偏芯方向に応じた方向にレンズ２５の光軸Ｃからずれた位置に形成される。

図２（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明した液晶パネル２１による回折の影響をプロジェクター１の構成に即して説明すると、以下のようになる。
図５は、液晶パネル２１を透過する光の回折の様子を詳細に示す図である。
図５に示すように、コンデンサレンズ１１およびフィールドレンズ１２を介して第２のレンズアレイ１９は投射光学系５の射出瞳Ｈと共役関係にある。そのため、第２のレンズアレイ１９上の各光ビームの像が投射光学系５の射出瞳Ｈに形成される。このとき、液晶パネル２１を透過した０次光によるスポットと回折光によるスポットとが投射光学系５の射出瞳Ｈに形成される。
図５では、レンズ２５ａを透過する光ビームＬＬａと、レンズ２５ａと隣り合うレンズ２５ｂを透過する光ビームＬＬｂと、光ビームＬＬａに対応する０次光ＬＬａ０および回折光ＬＬａ１と、光ビームＬＬｂに対応する０次光ＬＬｂ０および回折光ＬＬｂ１と、を示してある。

レンズ２５ａを透過する光ビームＬＬａを例にとって、レンズ２４の偏芯の効果を説明する。レンズ２５ａ上の二次光源像Ｆの位置が変化すると、液晶パネル２１への０次光の入射角度が変化し、これにより、射出瞳Ｈにおける光ビームＬＬａに対応する０次スポットおよび回折スポットの位置が変化する。したがって、投射光学系５の射出瞳Ｈにおける各光ビームに対応する０次スポットおよび回折スポットの位置は、第１のレンズアレイ１８の各レンズ２４の偏芯の方向とその大きさとによって調整できる。言い換えると、０次スポットと回折スポットとの重なり具合は、第１のレンズアレイ１８の各レンズ２４の偏芯状態によって調整できる。

図６は、０次光によるスポットと回折光によるスポットの配置の第１の例を示す図である。
ハッチングを付した四角形は０次光によるスポットＧ０を示し、ハッチングを付していない四角形は回折光によるスポットＧ１を示す。また、０次光によるスポットＧ０と回折光によるスポットＧ１とを含む右側の５個のスポットを第１の光ビームによるスポットとし、０次光によるスポットＧ０と回折光によるスポットＧ１とを含む左側の５個のスポットを第２の光ビームによるスポットとする。

第１の例では、投射光学系５の射出瞳Ｈにおいて、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ１１が、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットＧ２０と重なっている。また、第２の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ２１が、第１の光ビームに対応する０次光によるスポットＧ１０と重なっている。ここでは、回折光によるスポットＧ１の略全てと０次光によるスポットＧ０の略全てとが重なっている例を示すが、必ずしもスポットの全てが互いに重なっていなくてもよい。回折光によるスポットＧ１と０次光によるスポットＧ０とを互いに部分的に重ねることによって、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。

例えば第１の光ビームの強度と第２の光ビームの強度との差が比較的大きい場合、仮にスポット同士を重ねない配置を採ったとすると、射出瞳Ｈにおける照度の均一性を高めることが難しい。これに対し、図６に示すように、一方の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ１を他方の光ビームに対応する０次光によるスポットＧ０と重ねると、第１の光ビームに対応する０次スポットが形成される位置の照度と、第２の光ビームに対応する０次スポットが形成される位置の照度と、の差を小さくすることができる。その結果、投射光学系５の射出瞳Ｈにおける照度分布の均一性が高まるため、スペックルを視認し難くすることができる。

また、射出瞳Ｈにおいて、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ１１と第２の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ２１との間隔ａは、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ１１、第２の光ビームに対応する０次光によるスポットＧ２０、および第２の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ２１のサイズｂよりも大きいことが望ましい。これにより、射出瞳Ｈにおいて照度の均一性が高められる領域を広げることができる。

図７は、０次光によるスポットと回折光によるスポットの配置の第２の例を示す図である。
ハッチングを付した四角形は０次光によるスポットＧ０を示し、ハッチングを付していない四角形は回折光によるスポットＧ１を示す。また、０次光によるスポットＧ０と回折光によるスポットＧ１とを含む右側の５個のスポットを第１の光ビームによるスポットとし、０次光によるスポットＧ０と回折光によるスポットＧ１とを含む左側の５個のスポットを第２の光ビームによるスポットとする。

第２の例では、投射光学系５の射出瞳Ｈにおいて、第１の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ１１は、第２の光ビームに対応する回折光によるスポットＧ２１と重なっている。すなわち、２つの光ビームに対応する２つの回折スポットＧ１同士が重なっている。ここでは、２つの回折スポットＧ１の略全てが互いに重なっている例を示すが、必ずしもスポットの全てが重なっていなくてもよい。２つの回折スポットＧ１を互いに部分的に重ねることによって、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。

回折スポットＧ１の強度が０次スポットＧ０の強度の半分の場合、２つの回折スポットＧ１同士を重ねることによって、２つの回折スポットＧ１が形成される位置の照度を、０次スポットＧ０が形成される位置の照度と等しくすることができる。
また、回折スポットＧ１の強度が０次スポットＧ０の強度の半分とは異なる場合であっても、第１の光ビームに対応する０次スポットＧ１０と第２の光ビームに対応する０次スポットＧ２０との間の領域に、回折スポットＧ１１が回折スポットＧ２１と重ねられたスポットが生成される。
このように、射出瞳Ｈにおける照度の均一性が高くなり、さらに、照度の均一性が高い領域を照明光軸から離れた位置まで広げることができるため、スペックルを視認し難くすることができる。

また、液晶パネル２１の画素のピッチをｄ、レーザー光源１４Ｇから射出される光の波長をλ、光の回折角をθ（図２（ｂ）参照）とした場合、１次の回折の近似式は、
ｄ×sinθ＝ｎ×λ（ｎ＝１） …（１）
液晶パネル２１から射出瞳Ｈまでの距離をｆ、射出瞳Ｈの１次回折位置をＬとした場合、
Ｌ＝ｆ×tanθ …（２）
である。
投射光学系５の倍率をｍとした場合、第２のレンズアレイ１９における二次光源像ＦのサイズＤ０が式（３）を満足する場合、射出瞳Ｈにおいて、一つの光ビームに対応する０次スポットと回折スポットとが互いに接する。
Ｄ０＝Ｌ／ｍ …（３）

射出瞳Ｈにおける一の光ビームに対応する０次スポットと回折スポットのサイズは、０次スポットと回折スポットとの間隔よりも小さいことが望ましい。この構成によれば、回折スポットは０次スポットと全く重ならないため、射出瞳Ｈにおける照度分布の均一性を高めやすい。したがって、二次光源像ＦのサイズＤ０をＬ／ｍよりも小さくすることが好ましい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を参照して説明する。
第２実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、照明装置の構成が第１実施形態と異なる。
図８は、第２実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図８において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第２実施形態のプロジェクター３１において、緑色光用照明装置３２Ｇは、第１の光ビームと第２の光ビームとを含む複数の緑色の光ビームを照明光として射出する。緑色光用照明装置３２Ｇは、レーザー光源アレイ８Ｇと、コリメート光学系９と、インテグレーター光学系３３と、コンデンサレンズ１１と、フィールドレンズ１２と、を備えている。

インテグレーター光学系３３は、計算機合成ホログラム３４（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）と、第２のレンズアレイ１９と、を有している。以下、計算機合成ホログラムをＣＧＨと称する。ＣＧＨ３４は、コリメート光学系９から射出された光を複数の部分光束に分割する光束分割素子として機能する。すなわち、第２実施形態の緑色光用照明装置３２Ｇは、第１実施形態の緑色光用照明装置２Ｇの第１のレンズアレイ１８に代えて、ＣＧＨ３４を備えている。第２のレンズアレイ１９の構成は、第１実施形態と同様である。第２実施形態においても、赤色光用照明装置３２Ｒおよび青色光用照明装置３２Ｂの構成は、緑色光用照明装置３２Ｇの構成と同様である。

コリメート光学系９から射出された緑色のレーザー光は、ＣＧＨ３４に入射する。ＣＧＨ３４は、例えば石英（ガラス）や合成樹脂などの光透過性材料からなる基材の表面に、計算機によって設計された微細な凹凸を有する表面レリーフ型のホログラム素子である。ＣＧＨ３４は、レーザー光源アレイ８Ｇから射出された光を第１の光ビームと第２の光ビームとを含む複数の光束に分割し、第１の光ビームと第２の光ビームとを互いに異なる方向に射出する。ＣＧＨ３４の凹凸のパターンを変えることにより、投射光学系５の射出瞳Ｈにおける０次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合を調整することができる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様、投射光学系５の射出瞳Ｈにおいて、照度分布の均一性を高めることができる。その結果、スペックルが視認されにくいプロジェクターを実現することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、複数のレーザー光源が等しいピッチで規則的に配列された構成を示したが、この構成に代えて、複数のレーザー光源が異なるピッチもしくはランダムに配列されていてもよい。この場合も、投射光学系の射出瞳において照度分布の均一性を高めることができ、スペックルが視認されにくくなる。

上記実施形態では、光変調装置が液晶ライトバルブである例を示したが、光変調装置としてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いてもよい。
その他、上記実施形態で開示したプロジェクターの各種の構成要件の数、配置等については適宜変更が可能である。

本発明者は、本発明の効果を実証するために、投射光学系の射出瞳における照度分布のシミュレーションを行った。その結果について、以下、説明する。
上記実施形態で説明したように、インテグレーター光学系の第１のレンズアレイ（光束分割素子）として、偏芯していない通常のレンズアレイを用いたものを比較例のプロジェクターとし、偏芯マルチレンズを用いたものを実施例１のプロジェクターとし、ＣＧＨを用いたものを実施例２のプロジェクターとした。

図９（Ａ）〜（Ｄ）は、照度分布のシミュレーション結果を示す図である。
図９（Ａ）は、比較例のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。図９（Ｂ）は、実施例１のプロジェクターにおいて、射出瞳における０次スポットの位置を示す図である。図９（Ｃ）は、実施例１のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。図９（Ｄ）は、実施例２のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。

図９（Ａ）に示すように、比較例のプロジェクターにおいては、液晶パネルで入射光の回折が生じることにより、回折光によるスポットが中央寄りの領域に集められる。その結果、射出瞳の照度分布を見ると、中央部のスポットの照度が高まり、周辺部のスポットの照度が極めて低いことが判った。このように、比較例のプロジェクターでは、射出瞳における照度分布の均一性が極めて低いため、スペックルが視認されやすくなる。

以下、実施例１、実施例２のシミュレーションにおいては、０次光の位置を図９（Ｂ）に示す位置に設定した。シミュレーションでは、８本の光ビームを用いているため、０次光のスポットは８個ある。また、０次光によるスポットと回折光によるスポットの配置を、上記実施形態の第１の例に合わせた。すなわち、投射光学系の射出瞳において、第１の光ビームによる回折光のスポットが、第２の光ビームによる０次光のスポットと重なり、第２の光ビームによる回折光のスポットが、第１の光ビームによる０次光のスポットと重なるようにした。

図９（Ｃ）に示すように、一方の光ビームの０次スポットと他方の光ビームの回折スポットとが互いに重なるような光ビームの対を、４対形成した。実施例１のプロジェクターにおいては、０次光によるスポットと回折光によるスポットとが重なり合う結果、図９（Ａ）に示す比較例のプロジェクターに比べて、照度分布の均一性が高いことが判った。
図９（Ｄ）に示すように、実施例２のプロジェクターにおいても、一方の光ビームの０次スポットと他方の光ビームの回折スポットとが互いに重なるような光ビームの対を、４対形成した。０次光によるスポットと回折光によるスポットとが重なり合う結果、図９（Ａ）に示す比較例のプロジェクターに比べて、照度分布の均一性が高いことが判った。また、実施例２では、ＣＧＨを用いて照度分布を最適化することにより、実施例１に比べてさらに照度分布の均一性を高めることができることがわかった。

表１にシミュレーションの結果をまとめた。比較例では照度分布の均一性は相対的に低いものであるのに対し、実施例１では照度分布の均一性は相対的に高まり、実施例２では照度分布の均一性はさらに高まることが判った。これにより、実施例１、実施例２によれば、スペックルを見え難くすることができる。

１，３１…プロジェクター、２Ｒ，３２Ｒ…赤色光用照明装置、２Ｇ，３２Ｇ…緑色光用照明装置、２Ｂ，３２Ｂ…青色光用照明装置、３Ｒ…赤色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、３Ｇ…緑色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、３Ｂ…青色光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、５…投射光学系、６…スクリーン（被投射面）、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…レーザー光源アレイ（光源装置）、１０，３３…インテグレーター光学系、１１…コンデンサレンズ、１８…第１のレンズアレイ（光束分割素子）、１９…第２のレンズアレイ、３４…ＣＧＨ。

Claims (9)

1. 第１の光ビームと第２の光ビームとを含む照明光を射出する照明装置と、
   前記照明光を変調することで画像光を生成する光変調装置と、
   射出瞳を有し、前記光変調装置から射出される画像光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、
   前記画像光は、前記照明光と前記光変調装置とによって生成された複数の回折光と複数の０次光とからなり、
   前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの、少なくとも一方の少なくとも一部と重なっていることを特徴とするプロジェクター。
2. 前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットの少なくとも一部と重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ー。
3. 前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと部分的に重なっていることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一部と重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ー。
5. 前記射出瞳において、前記第１の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットと部分的に重なっていることを特徴とする請求項４に記載のプロジェクター。
6. 前記照明装置は、光源装置と、インテグレーター光学系と、コンデンサレンズと、を備え、
   前記インテグレーター光学系は、光束分割素子と、レンズアレイと、を備え、
   前記光束分割素子は、前記光源装置からの光を前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを含む複数の光束に分割し、前記第１の光ビームと前記第２の光ビームとを互いに異なる方向に射出することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記光束分割素子は、偏芯マルチレンズであ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. 前記光束分割素子は、計算器合成ホログラムであることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクター。
9. 前記射出瞳において、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットのサイズ、および第２の光ビームに対応する回折光によるスポットのサイズは、前記第２の光ビームに対応する０次光によるスポットと前記第２の光ビームに対応する回折光によるスポットとの間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のプロジェクター。