JP2019184947A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】青、緑、赤色の固体光源と、固体光源から光を合成するダイクロイックミラーと、動的位相差板と動的拡散板により、スペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で小型、高輝度な光源装置、及びそれを使用した投写型表示装置を提供する。【解決手段】光源装置６３は、赤、緑、青色のレーザ光源３３、３９、４５と、これらレーザ光源からの色光を合成する赤反射のダイクロイックミラー４８、及び青反射のダイクロイックミラー４９からの合成光が集光および発散する位置に配置された、回転位相差板５７およびこの回転位相差板の近傍に配置された回転拡散板６０を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、画像形成素子に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。

ミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルの画像形成素子を用いた投写型表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザや発光ダイオードの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、青、緑、赤色のレーザ光源を用いた広色域で高効率な光源装置において、スペックルノイズを解消する技術が例えば、特許文献１または、特許文献２に開示されている。

特開平６−２０８０８９号公報 特開２０１６−１８４０６４号公報

本開示は、青、緑、赤色の固体光源と、固体光源から光を合成するダイクロイックミラーと、動的位相差板と動的拡散板により、スペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で小型、高輝度な光源装置、及びそれを使用した投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、青、緑、赤色の固体光源と、固体光源からの色光を合成する複数のダイクロイッミラーと、ダイクロイックミラーからの合成光が集光および発散する位置に配置され、固体光源光のスペックルノイズと輝度むらを低減する、動的位相差板、及びこの動的位相差板の近傍に配置された動的拡散板と、を備える。

本開示によれば、青、緑、赤色の固体光源と、固体光源から光を合成するダイクロイックミラーと、動的位相差板と動的拡散板により、スペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ、広色域で小型、高輝度な光源装置が構成できる。このため、スペックルノイズと微小輝度むらを解消した広色域で、小型、高輝度な投写型表示装置が実現できる。

実施の形態１における光源装置の構成図 回転位相差板の構成図 回転拡散板の構成図 第１の回転拡散位相差板の構成図 第２の回転拡散位相差板の構成図 実施の形態２における光源装置の構成図 実施の形態３における投写型表示装置の構成図 実施の形態４における投写型表示装置の構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態を示す光源装置の構成図である。

光源装置６３は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５を備える。赤色レーザ光源３３は、赤色固体光源である赤色半導体レーザ３０とコリメートレンズ３１と放熱板３２から構成される。緑色レーザ光源３９は緑色固体光源である緑色半導体レーザ３６とコリメートレンズ３７と放熱板３８から構成される。青色レーザ光源４５は青色固体光源である青色半導体レーザ４２とコリメートレンズ４３と放熱板４４から構成される。赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５は、それぞれヒートシンク３４、４０、４６を備える。

光源装置６３は、また、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９、コンデンサレンズ５０、５１、５２、６１、拡散板５３、ミラー５４を備える。光源装置６３は、さらに、円形位相差板５５とモーター５６で構成された動的位相差板である回転位相差板５７、円形拡散板５８とモーター５９で構成された動的拡散板である回転拡散板６０を備える。図１に示されるように回転位相差板５７の近傍に回転拡散板６０が配置され、これら回転位相差板５７と回転拡散板６０は、赤反射のダイクロイックミラー４８と青反射のダイクロイックミラー４９の合成光が集光および発散する位置に配置される。図１では、半導体レーザ光源から出射する各光束３５、４１、４７の様相と、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９へ入射および出射する光の偏光方向と、コンデンサレンズ６１を出射する偏光の様相６２を示している。

赤色レーザ光源３３は、２４個（６×４）を正方配置した赤色半導体レーザ３０とコリメートレンズ３１を放熱板３２上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。赤色半導体レーザ３０は、６３２ｎｍから６４８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、直線偏光を出射する。赤色半導体レーザ３０を出射した光は対応するコリメートレンズ３１により、それぞれ集光され平行な光束３５に変換される。光束３５群は赤反射のダイクロイックミラー４８に入射する。ヒートシンク３４は赤色レーザ光源３３を冷却するためのものである。

緑色レーザ光源３９は、２４個（６×４）を正方配置した緑色半導体レーザ３６とコリメートレンズ３７を放熱板３８上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。緑色半導体レーザ３６は、５１７ｎｍから５３３ｎｍの波長幅で緑の色光を発光し、直線偏光を出射する。緑色半導体レーザ３６を出射した光は対応するコリメートレンズ３７により、それぞれ集光され平行な光束４１に変換される。光束４１群は赤反射のダイクロイックミラー４８に入射する。緑、赤色半導体レーザ３０、３６から出射する偏光は赤反射のダイクロイックミラー４８の入射面に対してＳ偏光となるように、各色の半導体レーザを配置している。ヒートシンク４０は緑色レーザ光源３９を冷却するためのものである。

青色レーザ光源４５は、８個（２×４）を正方配置した青色半導体レーザとコリメートレンズ４３を放熱板４４上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。青色半導体レーザ４２は、４４７ｎｍから４６２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。青色半導体レーザは、赤、緑の半導体レーザに対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、１／３程度の半導体レーザ個数で構成している。

青色半導体レーザ４２を出射した光は対応するコリメートレンズ４３により、それぞれ集光され平行な光束４７に変換される。光束４７群はコンデンサレンズ５１に入射する。青色半導体レーザ４２から出射する偏光は青反射のダイクロイックミラー４９の入射面に対してＳ偏光となるように、半導体レーザを配置している。ヒートシンク４６は青色レーザ光源４５を冷却するためのものである。

赤反射のダイクロイックミラー４８で合成された赤色レーザ光と緑色レーザ光はコンデンサレンズ５０に入射する。コンデンサレンズ５０は入射する平行光を約±１２度の集光する光に変換する。コンデンサレンズ５０を透過した光は青反射のダイクロイックミラー４９に入射する。一方、青色レーザ光はコンデンサレンズ５１で集光する光に変換された後、青反射のダイクロイックミラー４９に入射する。

赤反射のダイクロイックミラー４８は、入射角が４５度となる配置で緑色レーザ光を９６％以上で透過し、赤色レーザ光を９８％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長は緑色レーザ光の主波長５２５ｎｍと赤色レーザ光の主波長６４０ｎｍの中間の波長である５８３ｎｍとしている。青反射のダイクロイックミラー４９は、入射角が４５度となる配置で、赤色レーザ光と緑色レーザ光を９６％以上で透過し、青色レーザ光を９８％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長は青色レーザ光の主波長４６５ｎｍと緑色レーザ光の主波長５２５ｎｍの中間の波長である４９５ｎｍとしている。

青反射のダイクロイックミラー４９を透過、反射した各レーザ光は、コンデンサレンズ５２に入射する。コンデンサレンズ５２は、コンデンサレンズ５０および５１と組み合わせて、各レーザ光が回転位相差板５７と回転拡散板６０の近傍で集光するように、そのレンズ形状を決めている。コンデンサレンズ５２を透過したレーザ光は、拡散板５３で拡散された後、ミラー５４で反射し、回転位相差板５７に入射する。拡散板５３はガラス基板上に形成された微細なマイクロレンズをアレイ状に形成して拡散面を構成したものであり、入射する光を拡散する。マイクロレンズ形状とすることにより、フッ酸などの溶液を用いて、ガラス表面を微細な凹凸形状に加工する化学処理の拡散板よりも、最大拡がり角度を低減で拡散損失を低減できる。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略５度と小さく、偏光特性を保持する。光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が３ｍｍ〜５ｍｍのスポット光に重畳され、回転位相差板５７の近傍に入射する。拡散板５３はそのスポット光の径が所望のスポット径となるよう光を拡散させている。

図２に、回転位相差板の構成を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図を示す。回転位相差板５７はガラス基板上に、円周状に位相差層６４を形成した円形位相差板５５と中央部にモーター５６を備えたものであり、回転制御が可能である。回転位相差板は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な位相差板である。円形位相差板５５は１／２波長板である。円形位相差板５５の位相差層６４の光学軸６５（図２（ｃ）参照）は、４５度に形成している。円形位相差板５５は誘電体材料の斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板（特開２０１２−２４２４４９号公報参照）を用いている。位相差板を斜め蒸着膜で形成するため、円形位相差板５５は厚膜形成が比較的容易で、広帯域な１／２波長板として構成できる。また、薄膜位相差板は無機材料で構成され、水晶などの無機光学結晶と同様に耐久性、信頼性に優れる。さらに、薄膜位相差板は、水晶などの光学結晶よりも、入射角に対する位相差変化が小さいため、円形位相差板５５として使用する場合には図１に示すように集光または、発散光が入射する位置に配置している。円形位相差板５５に入射するスポット光６６の様相を示している。円形位相差板５５に入射するＳ偏光の光は１／２波長板である円形位相差板５５により、偏光の方位が変換される。回転位相差板５７の回転により、入射する偏光に対して、円形位相差板５５の光学軸６５が回転するため、出射する光の偏光方向が回転する。回転位相差板５７の１回転でＰ偏光からＳ偏光に８回変換される。時間的に偏光方向が変化することにより、レーザ光起因にするスクリーン上でのランダムな干渉パターンが高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。

円形位相差板５５は、１／４波長板で構成してもよく、入射するＳ偏光の光は、光学軸の回転に応じて、円偏光、楕円偏光、直線偏光の状態に変換される。この場合には、回転位相差板５７の１回転で、円偏光、楕円偏光から直線偏光の状態に、８回変換される。時間的に偏光状態が変化することにより、レーザ光起因にするスクリーン上でのランダムな干渉パターンが高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。回転位相差板５７で時間的に偏光多重化された光は、レーザ光の性質がほぼ解消された光となり、近接して配置した回転拡散板６０に入射する。

円形位相差板５５は、ランダムな方向に光学軸を形成した位相差板で構成してもよく、その場合、入射するＳ偏光の光はランダム偏光となり、出射する。円形位相差板５５からの光がランダム偏光となるため、レーザ光起因にするスクリーン上でのランダムな干渉パターンが高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。

円形位相差板の位相差層には、ガラス基板上に無機材料で微細構造を形成し、複屈折により位相差を生じる微細構造性位相差板（国際公開第２０１７／０６１１７０号参照）を用いてもよい。薄膜位相差板と同様に耐久性が高く、入射角に対する位相差変化も小さい。

図３に、回転拡散板の構成図を示し、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図を示す。回転拡散板６０はガラス基板上に円周状に拡散層６７を形成した円形拡散板５８と中央部にモーター５９を備えたものであり、回転制御が可能である。回転拡散板は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な拡散板である。拡散層６７には化学処理によりガラス基板の表面に微細な凹凸形状を円周状に形成した拡散板を用い、拡散角は略１２度で、偏光特性を維持する。円形拡散板５８に入射するスポット光６８の様相を示している。化学処理の拡散板はガラス基板への両面形成も可能であり、マイクロレンズアレイの拡散板よりも、拡散角を大きくできるとともに、大型サイズの拡散板が比較的安価に構成できる。化学処理の拡散板は最大拡がり角が大きくなるが、コンデンサレンズ６１で効率よく、集光できる。拡散面を回転することにより、レーザ光起因にするスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、レーザ光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。回転拡散板６０の回転は、回転位相差板と非同期で回転する。非同期とすることにより、多数の拡散光に対する偏光状態が時間的にランダムに変動するため、スペックルにノイズの解消効果が大きくなる。

回転拡散板６０により、多数の拡散角度で時間的に多重化された光は、レーザ光の性質がさらに解消された光となり、コンデンサレンズ６１で集光され、略平行光に変換される。コンデンサレンズ６１は、回転位相差板５７と回転拡散板６０の近傍のスポット光を平行光となるように、その形状を決めている。コンデンサレンズ６１からの出射光の偏光状態は、回転位相差板の回転に応じて、直線偏光が回転する光となる。

回転拡散板６０には、回転位相差板５７からの光が入射する構成を示しているが、回転位相差板５７に、回転拡散板６０からの光が入射する構成としてもよい。

動的位相差板と動的拡散板は、１つのモーターで駆動する動的拡散位相差板である回転拡散位相差板を用いてもよい。

図４に、第１の動的拡散位相差板である第１の回転拡散位相差板の構成を示す。図４（ａ）の平面図、同図（ｂ）の側面図、同図（ｃ）の平面図に示される回転拡散位相差板７１は、ガラス基板の一方の面に動的位相差板としての位相差層７２（図４（ａ）参照）を、他方の面に動的拡散板としての拡散層７５を形成した円形拡散位相差板６９と中央部にモーター７０を備え、回転制御が可能である。回転拡散位相差板７１は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な円形拡散位相差板である。円形拡散位相差板６９の位相差層７２は１／２波長板で、その光学軸７３（図４（ｄ）参照）は、４５度に形成している。円形拡散位相差板６９の拡散層７５には化学処理の拡散板を用い、拡散角は略１２度で、偏光特性を維持する。図４には円形拡散位相差板６９に入射するスポット光７４の様相を示している。回転拡散位相差板７１は、位相差層７２と拡散層７５が同期して回転するため、回転位相差板と回転拡散板をそれぞれ用いる構成よりも、スペックルノイズの低減効果は小さくなるが、１枚のガラス基板に位相差層と拡散層を形成し、１つのモーターで駆動するため、より小型な光源装置の構成が可能となる。

図５に、第２の動的拡散位相差板である第１の回転拡散位相差板の構成を示す。第２の回転拡散位相差板７９は、図５（ａ）の平面図、同図（ｂ）の側面図で示される円形位相差板７６と、図５（ｂ）の側面図、同図（ｃ）の平面図で示される円形拡散板７７と中央部にモーター７８を備え、回転制御が可能である。回転拡散位相差板７９は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な拡散位相差板である。円形位相差板７６の位相差層８０は１／２波長板で、その光学軸８１（図５（ｄ）参照）は、４５度に形成している。円形拡散板７７の拡散層８３には化学処理の拡散板を用い、拡散角は略１２度で、偏光特性を維持する。図５（ｂ）には回転拡散位相差板７９に入射するスポット光８２の様相を示している。図４の第１の回転拡散位相板と比較して、２枚のガラス基板で、円形位相差板と円形拡散板を用いて構成しているため、安価に構成できる。

本実施の形態では、赤色、緑色、青色レーザ光源３３、３９、４５からの光は、Ｓ偏光として説明したが、直線偏光であればよい。

また、赤反射のダイクロイックミラー４８を緑反射のダイクロイックミラーとして、緑色のレーザ光源と赤色のレーザ光源の配置を変更してもよい。

赤反射のダイクロイックミラー４８には平行光が入射する構成を示したが、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源から出射する光をコンデンサレンズで集光光にして、赤反射のダイクロイックミラーを配置し、小型化してもよい。

拡散板５３はマイクロレンズアレイの拡散板を用いて説明したが、集光効率はやや低下するが、安価な化学処理の拡散板を用いてもよい。

赤色レーザ光源と緑色レーザ光源、青色レーザ光源はそれぞれ２４個、２４個、８個の半導体レーザ素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、さらに多数の半導体レーザを用いて構成してもよい。

以上のように、本開示の光源装置は、青、緑、赤の固体光源からの集光および発散光が入射する位置に配置した動的位相差板と動的拡散板の両者により、固体光源光に対して、偏光多重化と拡散角度多重化するため、スペックルノイズを解消するとともに、微小な輝度むらを解消する。このため、スペックルノイズを解消した広色域で、小型な光源装置が構成できる。
（実施の形態２）
図６は本開示の実施の形態２を示す光源装置の構成図である。図６（ａ）に、光源装置の構成図を示す。図６（ｂ）に、偏光変換素子からの出射する光束の様相を示す。

光源装置９５は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９、コンデンサレンズ５０、５１、５２、拡散板５３、ミラー５４、円形位相差板５５とモーター５６を備えた回転位相差板５７、円形拡散板５８とモーター５９を備えた回転拡散板６０、コンデンサレンズ６１を備えている。円形位相差板５５は１／２波長板の場合を示している。以上は本開示の実施の形態１の光源装置６３と同様である。

本実施の形態の光源装置９５は、さらに、第１のレンズアレイ板９０、第２のレンズアレイ板９１、複数の偏光分離膜と反射膜を備えた偏光分離プリズムと１／２波長板より構成された偏光変換素子９２を備える。図６中には、偏光変換素子９２に入射するＰ偏光成分をＳ偏光に変換した光束９３と、偏光変換素子９２に入射するＳ偏光成分の光束９４をそれぞれ示している。コンデンサレンズ６１から出射する光は時間的に直線偏光が回転する光となる。その偏光の様相を６２に示す。コンデンサレンズ６１からの光は複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板９０に入射する。第１のレンズアレイ板９０に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板９１に収束する。第１のレンズアレイ板９０のレンズ素子は、照明される画像形成素子と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板９１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板９０と画像形成素子とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板９１からの分割された光は、偏光変換素子９２に入射する。偏光変換素子９２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成される。

偏光変換素子９２に入射する光は、時間的に直線偏光が回転する光であり、偏光分離プリズムの偏光分離膜で透過したＰ偏光成分の光束９３は、１／２波長板でＳ偏光に変換される。一方、偏光分離プリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光成分の光束９４は、偏光分離プリズムの反射膜で反射した後、出射する。図６（ｂ）に、偏光変換素子からの出射する光束９３、９４の様相を示している。光束９３、９４は水平方向に対照で、片側３列で交互に出射する光束である。回転位相差板５７の回転に応じて、光束９３の強度が最小から最大になるとき、光束９４の強度は最大から最小に変化する。このようにして、偏光変換素子から出射する光の強度分布は時間的に変化する。このため、固体光源光に対する偏光多重化と拡散角度多重化に加え、出射光の強度分布の時間的変化により、スペックルノイズを解消することができる。

回転位相差板の円形位相差板が１／４波長板の場合には、直線偏光から楕円および円偏光に変化するため、偏光変換素子から出射する光の強度分布は時間的に変化する。強度分布の変化は１／２波長板を用いた場合よりも小さい。

以上のように、本開示の光源装置は、青、緑、赤の固体光源からの集光および発散光が入射する位置に配置した動的位相差板と動的拡散板と、偏光変換素子により、固体光源光に対する偏光多重化と拡散角度多重化と、照明光強度分布の時間変化により、スペックルノイズを解消するとともに、微小な輝度むらを解消する。このため、スペックルノイズを解消した広色域で、小型な光源装置が構成できる。
（実施の形態３）
図７は、本開示の実施の形態３にかかる第１の投写型表示装置である。画像形成手段として、ＴＮモードもしくはＶＡモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネルを用いている。

光源装置６３は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９、コンデンサレンズ５０、５１、５２、拡散板５３、ミラー５４、円形位相差板５５とモーター５６を備えた回転位相差板５７、円形拡散板５８とモーターを備えた回転拡散板６０、コンデンサレンズ６１で構成される。円形位相差板５５は１／２波長板である。以上は本開示の実施の形態１の光源装置である。

第１の投写型表示装置は、また、第１、第２のレンズアレイ板９０、９１、偏光変換素子９２、重畳用レンズ２０３、青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５、反射ミラー２０６、２０７、２０８、リレーレンズ２０９、２１０、フィールドレンズ２１１、２１２、２１３、入射側偏光板２１４、２１５、２１６、液晶パネル２１７、２１８、２１９、出射側偏光板２２０、２２１、２２２、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成される色合成プリズム２２３、投写レンズ２２４を備える。

光源装置６３から出射する光は時間的に直線偏光が回転する光である。光源装置６３からの光は複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板９０に入射する。第１のレンズアレイ板９０に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板９１に収束する。第１のレンズアレイ板９０のレンズ素子は、液晶パネル２１７，２８１、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板９１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板９０と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板９１からの分割された光は、偏光変換素子９２に入射する。偏光変換素子９２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成される。偏光変換素子９２に入射する光は、時間的に直線偏光が回転する光である。偏光分離プリズムの偏光分離膜で透過したＰ偏光成分の光束９３は、１／２波長板でＳ偏光に変換される。一方、偏光分離プリズムの偏光分離膜で反射されたＳ偏光成分の光束９４は、偏光分離プリズムの反射膜で反射した後、出射する。偏光変換素子９２から出射する光の強度分布は時間的に変化する。

偏光変換素子９２を出射した光は重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は第２のレンズアレイ板９１の各レンズ素子からの出射した光を集光し、液晶パネル２１７、２１８、２１９上（被照明領域）に重畳照明するためのレンズである。第１および第２のレンズアレイ板９０、９１と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。重畳用レンズ２０３からの光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青の色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２０７、２０８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル２１７、２１８、２１９の両側に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏光板２１４、２１５、２１６および出射側偏光板２２０、２２１、２２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した各色光は色合成プリズム２２３により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写レンズ２２４に入射する。投写レンズ２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、赤、緑、青色のレーザ光源を用いて小型に構成され、３原色の色純度が高い白色光で、スペックルノイズに起因するレーザ光の性質を解消した光を出射するため、小型、広色域でスペックルノイズが解消された投写型表示装置を実現できる。また、画像形成素子には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

以上のように、本開示の第１の投写型表示装置は、赤色、青色、緑色のレーザ光源と、各レーザ光源光を合成するダイクロイックミラーと、回転位相差板と回転拡散板と偏光変換素子とを備えた光源装置を用いる。このため、偏光多重化、拡散角度多重化、照明光強度分布の時間的変化により、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、広色域な投写型表示装置が構成できる。

画像形成手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型表示装置が構成できる。

（実施の形態４）
図８は、本開示の実施の形態を示す第２の投写型表示装置である。画像形成素子として、３つのミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いている。

光源装置１００は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９、コンデンサレンズ５０、５１、５２、拡散板５３、ミラー５４、円形位相差板５５とモーター５６を備えた回転位相差板５７、円形拡散板５８とモーター５９を備えた回転拡散板６０で構成される。円形位相差板５５は１／２波長板である。本開示の実施の形態１の光源装置と異なるのは、コンデンサレンズ６１を配置しない点である。

光源装置１００から出射する光は時間的に直線偏光が回転する光である。光源装置１００から出射した光は、ロッド１０１へ集光する。ロッド１０１への入射光はロッド内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド１０１からの出射光はリレーレンズ１０２により集光され、反射ミラー１０３で反射した後、フィールドレンズ１０４を透過し、全反射プリズム１０５に入射する。

全反射プリズム１０５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層１０６を形成している。空気層１０６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ１０４からの光は全反射プリズム１０５の全反射面で反射されて、カラープリズム１０７に入射する。カラープリズム１０７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９が形成されている。カラープリズム１０７の青反射のダイクロイックミラー１０８と赤反射のダイクロイックミラー１０９により、入射光は青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ１１０、１１１、１１２に入射する。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１１３に入射する光と、投写レンズ１１３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により反射された光は、再度、カラープリズム１０７を透過する。カラープリズム１０７を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム１０５に入射する。全反射プリズム１０５に入射した光は空気層１０６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ１１０、１１１、１１２により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

光源装置は、赤、緑、青色のレーザ光源を用いて小型に構成され、３原色の色純度が高い白色光で、スペックルノイズに起因するレーザ光の性質を解消した光を出射するため、小型、広色域でスペックルノイズが解消された投写型表示装置を実現できる。画像形成素子にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成素子と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つのＤＭＤを用いているため、色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。

以上のように、本開示の第２の投写型表示装置は、赤色、青色、緑色のレーザ光源と、各レーザ光源光を合成するダイクロイックミラーと、回転位相差板と回転拡散板とを備えた光源装置を用いる。このため、偏光多重化、拡散角度多重化により、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、広色域な投写型表示装置が構成できる。

本開示は、液晶パネルやＤＭＤなどの画像形成素子を用いた投写型表示装置に関するものである。

３０ 赤色半導体レーザ
３１、３７、４３ コリメートレンズ
３２、３８、４４ 放熱板
３３ 赤色レーザ光源
３４、４０、４６ ヒートシンク
３５、４１、４７ 光束
３６ 緑色半導体レーザ
３９ 緑色レーザ光源
４２ 青色半導体レーザ
４５ 青色レーザ光源
４８、１０９ 赤反射のダイクロイックミラー
４９、１０８、２０４ 青反射のダイクロイックミラー
５０、５１、５２、６１ コンデンサレンズ
５３ 拡散板
５４ ミラー
５５、７６ 円形位相差板
５６、５９、７０、７８ モーター
５７ 回転位相差板
５８、７７ 円形拡散板
６０ 回転拡散板
６３、９５、１００ 光源装置
６４、７２、８０ 位相差層
６５、７３、８１ 光学軸
６６、６８、７４、８２ スポット光
６７、７５、８３ 拡散層
６９ 円形拡散位相差板
７１、７９ 回転拡散位相差板
９０ 第１のレンズアレイ板
９１ 第２のレンズアレイ板
９２ 偏光変換素子
９３、９４ 光束
１０１ ロッド
１０２、２０９、２１０ リレーレンズ
１０３、２０６、２０７、２０８ 反射ミラー
１０４、２１１、２１２、２１３ フィールドレンズ
１０５ 全反射プリズム
１０６ 空気層
１０７ カラープリズム
１１０、１１１、１１２ ＤＭＤ
１１３、２２４ 投写レンズ
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２１４、２１５、２１６ 入射側偏光板
２１７、２１８、２１９ 液晶パネル
２２０、２２１、２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム

Claims (18)

1. 青、緑、赤色の固体光源と、
   前記固体光源からの色光を合成する複数のダイクロイッミラーと、
   前記ダイクロイックミラーからの合成光が集光および発散する位置に配置され、前記固体光源光のスペックルノイズと輝度むらを低減する、動的位相差板、及び前記動的位相差板の近傍に配置された動的拡散板と、
   を備えた光源装置。
2. 青、緑、赤色の固体光源と、
   前記固体光源からの色光を合成する複数のダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーからの合成光が集光および発散する位置に配置され、前記固体光源光のスペックルノイズと輝度むらを低減する、動的位相差板、及び前記動的位相差板の近傍に配置された動的拡散板と、
   前記動的位相差板からの光の偏光方向を変換する偏光変換素子と、
   を備えた光源装置。
3. 動的位相差板はガラス基板に位相差層を形成した円形位相差板とモーターを備えた回転位相差板である、請求項１、または２記載の光源装置。
4. 円形位相差板は１／２波長板である、請求項３記載の光源装置。
5. 円形位相差板は１／４波長板である、請求項３記載の光源装置。
6. 円形位相差板はランダムな方向に光学軸を形成した位相差板である、請求項３記載の光源装置。
7. 円形位相差板は斜め蒸着による複屈折を用いた薄膜位相差板である、請求項３記載の光源装置。
8. 円形位相差板は微細構造による複屈折を用いた微細構造性位相差板である、請求項３記載の光源装置。
9. 動的拡散板はガラス基板の表面に微細な凹凸形状を円周状に形成した円形拡散板とモーターを備えた回転拡散板である、請求項１、または２記載の光源装置。
10. 動的拡散板と動的位相差板は非同期で回転する、請求項１、または２記載の光源装置。
11. 動的拡散板と動的位相差板が１つのモーターで駆動される動的拡散位相差板である、請求項１、または２記載の光源装置。
12. 動的拡散位相差板は、円形拡散板と円形位相差板を備えた、請求項１１記載の光源装置。
13. 動的拡散位相差板は、ガラス基板上に拡散層と位相差層を形成した、請求項１１記載の光源装置。
14. 青、緑、赤色固体光源は半導体レーザである請求項１、または２記載の光源装置。
15. 固体光源を出射する光が直線偏光の光である、請求項１、または２記載の光源装置。
16. 光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系と、映像信号に応じて画像を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズを備え、前記光源が請求項１、または２記載の光源装置である投写型表示装置。
17. 画像形成素子が液晶パネルである、請求項１６記載の投写型表示装置。
18. 画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である、請求項１６記載の投写型表示装置。

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