JP2021063907A - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】青、緑、赤のレーザー光源を用いて、投写画像におけるスペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、小型で高効率な光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。【解決手段】本開示の光源装置は、青３０、緑２６、赤色レーザー光源２２と、青、緑、赤色レーザー光源からの直線偏光の青、緑、赤色レーザー光を偏光分離及び合成する偏光ビームスプリッタ３５と、偏光ビームスプリッタ３５を透過する光を円偏光に変換する位相差板３７と、位相差板３７を透過した青、緑、赤色レーザー光を拡散する動的拡散板４１と、動的拡散板４１で拡散されたレーザー光を反射する第一の反射素子４２と、偏光ビームスプリッタ３５で反射する光を反射する第二の反射素子４３と、を備えている。【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）や液晶パネルなど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ーや発光ダイオードなど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、赤色のレーザー光源を用いた広色域で高効率な光源装置が開示されている（特許文献１参照）。

可干渉性の高いレーザー光を用いてスクリーン上に画像を形成した場合、スクリーン上にスペックルノイズを生じる。このスペックルノイズは微細な凹凸を有するスクリーンから反射したレーザー光が干渉し合うことによって生じるランダムな干渉パターンであり、明暗の斑点模様として観察される。

従来の光源装置は、青色、緑色、赤色のレーザー光源と、レーザー光源からの集光光を合成する小型なダイクロイックミラーと、透過型の回転拡散板と回転拡散板の前に配置した拡散板により、スペックルノイズと微小な輝度むらを解消しつつ、小型な光源装置を構成するものである。

特開２０１９−４０１７７号公報

本開示は、青、緑、赤のレーザー光源を用いて、投写画像におけるスペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、小型で高効率な光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、青、緑、赤色レーザー光源と、青、緑、赤色レーザー光源からの直線偏光の青、緑、赤色レーザー光を偏光分離及び合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過する光を円偏光に変換する位相差板と、位相差板を透過した青、緑、赤色レーザー光を拡散する動的拡散板と、動的拡散板で拡散されたレーザー光を反射する第一の反射素子と、偏光ビームスプリッタで反射する光を反射する第二の反射素子と、を備えている。

本開示によれば、投写画像におけるスペックルノイズを解消しつつ、広色域で小型、高効率な光源装置を提供できる。さらに、スペックルノイズを解消した広色域で、小型、高効率な投写型表示装置が実現できる。

本開示の実施の形態１における光源装置の構成図 実施の形態１における偏光ビームスプリッタの分光特性を示す図 実施の形態１における偏光ビームスプリッタの入射角に対する分光特性を示す図 第一の反射素子における光線図 本開示の実施の形態２における投写型表示装置の構成図 本開示の実施の形態３における投写型表示装置の構成図

以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態１にかかる光源装置の構成図である。

光源装置４４は複数の緑色半導体レーザー素子を配置した緑色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１からなる緑色レーザー光源２２と、複数の赤色半導体レーザー素子を配置した赤色半導体レーザー基板２４とコリメートレンズアレイ２５からなる赤色レーザー光源２６と、複数の青色半導体レーザー素子を配置した青色半導体レーザー基板２８とコリメートレンズアレイ２９からなる青色レーザー光源３０とを備える。緑色レーザー光源２２には放熱板２３が、赤色レーザー光源２６には放熱板２７が、青色レーザー光源３０には放熱板３１が取り付けられる。光源装置４４は、また、赤反射のダイクロイックミラー３２、青反射のダイクロイックミラー３３、拡散板３４、偏光ビームスプリッタ３５、偏光ビームスプリッタの光学薄膜３６、１／４波長板である位相差板３７、コンデンサレンズ３８、動的拡散板であって、円形拡散板３９とモーター４０から構成される回転拡散板４１、第一の反射素子である第一の反射ミラー４２、第二の反射素子である第二の反射ミラー４３を備える。

図中には、レーザー光源から出射する光と、赤反射のダイクロイックミラー３２、青反射のダイクロイックミラー３３や偏光ビームスプリッタ３５へ入射および出射する光の偏光方向を示している。すなわち、図１において、蛇の目の記号はＳ偏光を、両矢印の記号はＰ偏光を、また、これら偏光を示す記号とともに記載された上下左右向矢印は偏光の進行方向を示している。

緑色レーザー光源２２は、２４個（６×４）の緑色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した緑色半導体レーザー基板２０とコリメートレンズアレイ２１で構成される。緑色半導体レーザー基板２０は、５２５±８ｎｍ波長幅で緑の色光を発光し、直線偏光を出射する。緑色半導体レーザー基板２０を出射した光は、対応するコリメートレンズアレイ２１により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板２３は緑色半導体レーザー基板２０を冷却するものである。

赤色レーザー光源２６は、２４個（６×４）の赤色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した赤色半導体レーザー基板２４とコリメートレンズアレイ２５で構成される。赤色半導体レーザー基板２４は、６４０±８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、直線偏光を出射する。赤色半導体レーザー基板２４を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ２５により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板２７は赤色半導体レーザー基板２４を冷却するためのものである。

青色レーザー光源３０は、８個（２×４）の青色半導体レーザー素子を一定の間隔で２次元状に配置した青色半導体レーザー基板２８とコリメートレンズアレイ２９で構成される。青色半導体レーザー基板２８は、４６５±８ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光を出射する。青色半導体レーザーは、赤、緑の半導体レーザーに対して、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ー個数で構成している。青色半導体レーザー基板２８を出射した光は対応するコリメートレンズアレイ２９により、それぞれ集光され平行な光束に変換される。放熱板３１は青色半導体レーザー基板２８を冷却するためのものである。

緑色レーザー光源２２、赤色レーザー光源２６からのレーザー光はそれぞれＰ偏光で、赤反射のダイクロイックミラー３２に入射する。赤反射のダイクロイックミラー３２は、入射角が４５度となる配置で緑色レーザー光を９５％以上で透過し、赤色レーザー光を９７％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Ｐ偏光で５８３ｎｍとしている。緑色レーザー光と赤色レーザー光は赤反射のダイクロイックミラー３２で合成された後、青反射のダイクロイックミラー３３に入射する。青反射のダイクロイックミラー３３は、入射角が４５度となる配置で、赤色レーザー光と緑色レーザー光を９５％以上で透過し、青色レーザー光を９７％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Ｐ偏光で４９５ｎｍとしている。青色レーザー光源３０からのレーザー光はＰ偏光で、青反射のダイクロイックミラーに入射する。

赤反射のダイクロイックミラー３２と青反射のダイクロイックミラー３３で合成された青、緑、赤色の各レーザー光は拡散板３４に入射する。拡散板３４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。拡散面を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きるため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２度と小さく、偏光特性を保持する。拡散板３４からの光は、レーザー光の発光拡がりと拡散により、０±５度以下の角度で偏光ビームスプリッタ３５に入射する。拡散板３４は、偏光ビームスプリッタ３５を透過するレーザー光の光強度密度を小さくし、局所的な高温化にともなう複屈折や透過率の低下を抑制する。

偏光ビームスプリッタ３５は、有機材料を含んだ接着剤を用いずに、２つの直角プリズムを光学的に接合したプリズム型偏光ビームスプリッタである。プリズムには石英ガラスを用いている。一方のプリズムの接合面には光学薄膜３６を形成している。光学薄膜３６への光の入射角は４５度である。プリズムの光学的な接合は、接着剤を用いた偏光ビームスプリッタよりも高コストとなるが、耐光性や耐熱性に優れ、接着剤の経年劣化がないため、長期信頼性が確保できる。プリズムに石英ガラスを用いることで、耐光性や耐熱性に優れ、かつ、レーザー光による局所的なプリズムの高温化に伴う複屈折、透過率の低下を生じないため、高効率で偏光を分離、及び合成できる。

図２に、偏光ビームスプリッタの分光透過率特性を示す。入射角が４５度でのＰ偏光とＳ偏光の分光透過率特性を示している。偏光ビームスプリッタ３５は、Ｐ偏光の場合、波長４２０ｎｍ~７００ｎｍで９８％以上の透過率で透過する特性である。Ｓ偏光の場合、波長４２０ｎｍ~７００ｎｍで透過率が２％以下であり、９８％以上の光を反射する特性である。図２の分光特性はプリズムの接合面に形成した光学薄膜３６を、屈折率１．６３の酸化アルミニウムＡＬ２Ｏ３と、屈折率１．３８のフッ化マグネシウムＭｇＦ２を交互に６９層形成して設計した事例である。

図３に、偏光ビームスプリッタの入射角に対する分光透過率特性を示す。光学薄膜３６面への入射角が４５度±３．４度でのＰ偏光とＳ偏光での透過率を示している。角度±３．４度はガラス媒質中での角度であり、空気中での換算角度は±５度である。Ｓ偏光の場合、４５度入射に対する透過率の変化は２％以下と小さいが、Ｐ偏光の場合、入射角に対する透過率の低下が大きい。青色レーザー光の波長４６５ｎｍ、緑色レーザー光の波長５２５ｎｍ、赤色レーザー光の波長６４０ｎｍにおいて、４５度入射に対する４１．６度入射のＰ偏光透過率は、それぞれ１２．８％、８．８％、５．３％低下する。また、４８．４度入射のＰ偏光透過率は、それぞれ４．２％、０．６％、０．６％低下する。

Ｐ偏光の青、緑、赤色のレーザー光は偏光ビームスプリッタ３５を高効率で透過する。しかしながら、Ｐ偏光で入射角の変化量が大きくなると、偏光ビームスプリッタ３５を反射する光が増大する。

Ｐ偏光の青、緑、赤色のレーザー光は偏光ビームスプリッタ３５を透過後、位相差板３７に入射する。位相差板３７は、４４０ｎｍ~６８０ｎｍで位相差が約１／４波長となる広帯域の１／４波長板であり、斜め蒸着による複屈折を利用した薄膜位相差板で構成している。図中のＰ偏光方向を０度とした場合に、位相差板３７の光学軸を４５度で配置している。位相差板３７により、Ｐ偏光の光は円偏光の光に変換される。円偏光の光はコンデンサレンズ３８に入射して、集光する。コンデンサレンズ３８から集光する光は回転拡散板４１を透過後、第一の反射ミラー４２に入射する。コンデンサレンズ３８の焦点距離は集光角度が４０度以下となるようにし、第一の反射ミラー４２の近傍に集光スポットを形成する。回転拡散板４１はガラス基板の一方の面に拡散層を形成した円形拡散板３９と、中央部にモーター４０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。円形拡散板３９の拡散は化学処理の拡散板を用い、拡散角は略１０度で、偏光特性を維持する。

図４に、第一の反射ミラーでの光線の様相を示す。第一の反射ミラー４２は、厚み１．０ｍｍのガラス基板の一方の面に反射率が３０％となる誘電体多層膜を形成し、もう一方の面に反射率が９９％以上となる誘電体多層膜を形成した多重反射ミラーである。第一の反射ミラー４２へ入射する光線４５は、第一の反射ミラー４２で多重反射するため、光線群４６へ分割される。図４には、６分割されるまでの光線の様相を示している。６分割での各光線強度は入射光強度を１００％とすると、反射回数順に、それぞれ３０％、４８．５％、１４．４％、４．３％、１．３％、０．４％となって出射する。分割された光線群のサイズは、ガラス基板の屈折率と厚みに依存する。多重反射により、等価的にレーザー光の発光サイズを大きくし、発光数を増大させる。

第一の反射ミラー４２で反射した光は、位相が反転され、逆回りの円偏光で発散光となり、再び、回転拡散板４１を拡散、透過した後、コンデンサレンズ３８で集光され、平行光に変換される。平行光に変換された光は、位相差板３７を透過し、Ｓ偏光に変換される。位相差板３７で変換されたＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ３５で反射する。Ｓ偏光の光は、図３に示すように、入射角に対する分光特性の変化が小さく、拡散度合が大きい光であっても、高い反射率で反射する。

複数回を透過する回転拡散板と、多重反射ミラーにより、レーザー光に起因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、レーザー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。

一方、入射角に対する分光特性の変化により、偏光ビームスプリッタ３５を反射したＰ偏光の光は、第二の反射ミラー４３に入射する。第二の反射ミラー４３は、第一の反射ミラー４２と同様に、厚み１．０ｍｍのガラス基板の一方の面に反射率が３０％となる誘電体多層膜を形成し、もう一方の面に反射率が９９％以上となる誘電体多層膜を形成した多重反射ミラーである。図４に示す第一の反射ミラー４２と同様に、入射する光線を多数に分割し、反射する。多重反射光は偏光を維持する。

第二の反射ミラー４３で分割されたＰ偏光の光は、再び、偏光ビームスプリッタ３５に入射して、透過する。偏光ビームスプリッタ３５の光学薄膜３６への入射角度は、偏光ビームスプリッタ３５での反射光が４１．６度入射の場合、第二の反射ミラー４３で反射して、再び、光学薄膜３６へ入射する光は４８．４度入射に変換されて、分光透過率特性が高くなる。第二の反射ミラー４３により、偏光ビームスプリッタ３５を反射した光は、第二の反射ミラーで多重反射され、光源装置４４を出射する有効な光となる。

このように、偏光ビームスプリッタを透過した一方の青、緑、赤色のレーザー光は、回転拡散板を透過後、第一の反射ミラーで多重反射し、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタを反射する。偏光ビームスプリッタを反射した、もう一方の青、緑、赤色のレーザー光は第二の反射ミラーで多重反射した後、偏光ビームスプリッタを透過する。偏光ビームスプリッタで合成されたＳ偏光とＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ３５を出射する。出射した光は、スペックルノイズが解消された白色光となる。

偏光ビームスプリッタ３５は石英ガラスとしたが、レーザー光による偏光ビームスプリッタの複屈折レベルが小さい場合には、偏光分離、合成の効率低下を生じない他の光学ガラスを用いてもよい。他の光学ガラスを用いることにより、偏光ビームスプリッタを低コスト化できる。

拡散板３４を配置しているが、レーザー光による偏光ビームスプリッタの複屈折レベルが小さい場合には、拡散板を配置しなくてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタへの入射角の拡がりが小さくなり、高い効率で偏光分離、合成できる。

位相差板３７は、偏光ビームスプリッタ３５とコンデンサレンズ３８との間に配置した構成を示したが、偏光ビームスプリッタ３５と第一の反射ミラー４２の間であれば、直線偏光を円偏光、または円偏光を直線偏光に変換できるため、いずれに配置してもよい。

回転拡散板４１は、円形はガラス基板の一方の面に拡散層を形成し、もう一方の面に、反射層を形成した円形拡散反射板と、中央部にモーターを備えたものでもよい。この反射層は第一の反射素子となり、回転拡散板は、動的拡散板と第一の反射素子を一体化したものとなる。この場合、図１に示す第一の反射ミラー４２の配置は不要となり、より小型化できる。円形拡散反射板の反射層は誘電体多層膜で形成し、青、緑、赤のレーザー光を高い反射率で反射する。円形拡散反射板は多重反射しないが、拡散面が回転することにより、レーザー光に起因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、レーザー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。

動的拡散板として、回転拡散板ではなく、時間的に、空間的に変動する揺動や振動する揺動拡散板や振動拡散板を用いてもよい。

緑色レーザー光源と赤色レーザー光源、青色レーザー光源は、それぞれ２４個、２４個、８個の半導体レーザー素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、それぞれ、より多数の半導体レーザー素子を用いて構成してもよい。

青、緑、赤色レーザー光源は、青、緑、赤色の半導体レーザー素子をひとつのグループとして、ひとつの基板上に、単一もしくは複数グループが形成され、発光する各色光をコリメートレンズアレイで集光する構成のレーザー光源を用いてもよい。この場合、レーザー光源からは青、緑、赤色光が出射するため、青、緑、赤色のレーザー光を合成する複数のダイクロイックミラーが不要となり、より小型な光源装置が構成できる。

偏光ビームスプリッタと第二の反射ミラーの間に、コンデンサレンズと拡散板を配置して、構成してもよい。コンデンサレンズと拡散板を配置することにより、多重反射した光を拡散し、集光することができるため、効率を低下させることなく、スペックルノイズをさらに低減できる。

以上のように、偏光ビームスプリッタと動的拡散板と第一の反射ミラーにより、小型な光源装置を構成し、スペックルノイズを低減する。また、第二の反射ミラーにより、偏光ビームスプリッタで反射し、損失する光を、効率よくスペックルノイズが低減された有効な光に変換することができる。このため、スペックルノイズや微小な輝度むらを解消しつつ、小型、高効率で広色域な光源装置が構成できる。
（実施の形態２）
図５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。画像形成素子として、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４４は本開示の実施の形態１で示す光源装置である。

第１の投写型表示装置は、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、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。ここで、液晶パネルの画素領域は被照明領域の一例であり、第１のレンズアレイ板２００、第２のレンズアレイ板２０１、偏光変換素子２０２、重畳用レンズ２０３は光源装置からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系の一例である。

光源装置４４から出射する青、緑、赤色の光は、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２００に入射する。第１のレンズアレイ板２００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２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は、液晶パネル２１７，２１８、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２００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２０１からの分割された光は、偏光変換素子２０２に入射する。偏光変換素子２０２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２０２は、入射するＰ偏光の光はＳ偏光に変換し、入射するＳ偏光の光はＳ偏光で出射させる。偏光変換素子２０２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２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７、２１８、２１９上に重畳照明するためのレンズである。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。

画像形成手段には、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、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタと動的拡散板と第一の反射ミラーにより、小型な光学系を構成しつつ、スペックルノイズを解消し、第二の反射ミラーにより、偏光ビームスプリッタで反射損失する光を、スペックルノイズが解消された有効な光に変換する光源装置を用いる。このため、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、高効率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３）
図６は、本開示の実施の形態３にかかる第２の投写型表示装置である。画像形成手段として、３つのＤＭＤを用いている。光源装置は本開示の実施の形態１で示す光源装置４４である。第２の投写型表示装置は、コンデンサレンズ３００、ロッド３０１、リレーレンズ３０２、反射ミラー３０３、フィールドレンズ３０４、全反射プリズム３０５、空気層３０６、青反射のダイクロイックミラー３０８、赤反射のダイクロイックミラー３０９を形成した３つのプリズムから構成されるカラープリズム３０７、ＤＭＤ３１０、３１１、３１２、投写レンズ３１３を備える。ここで、ＤＭＤ３１０、３１１、３１２は画素形成素子の一例である。

光源装置４４から出射する青、緑、赤の光は、コンデンサレンズ３００でロッド３０１へ集光する。ロッド３０１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３０１からの出射光はリレーレンズ３０２により集光され、反射ミラー３０３で反射した後、フィールドレンズ３０４を透過し、全反射プリズム３０５に入射する。全反射プリズム３０５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３０６を形成している。空気層３０６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３０４からの光は全反射プリズム３０５の全反射面で反射されて、カラープリズム３０７に入射する。カラープリズム３０７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３０８と赤反射のダイクロイックミラー３０９が形成されている。カラープリズム３０７の青反射のダイクロイックミラー３０８と赤反射のダイクロイックミラー３０９により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ３１０、３１１、３１２に入射する。ＤＭＤ３１０、３１１、３１２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３１３に入射する光と、投写レンズ３１３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ３１０、３１１、３１２においてマイクロミラーが配置された光を反射する領域は被照明領域の一例であり、コンデンサレンズ３００、ロッド３０１、リレーレンズ３０２、反射ミラー３０３、フィールドレンズ３０４は光源装置からの光を集光し被照明領域に照明する照明光学系の一例である。ＤＭＤ３１０、３１１、３１２により反射された光は、再度、カラープリズム３０７を透過する。カラープリズム３０７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３０５に入射する。全反射プリズム３０５に入射した光は空気層３０６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ３１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ３１０、３１１、３１２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。

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手段と比べて、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、青、緑、赤色のレーザー光源と、偏光ビームスプリッタと動的拡散板と第一の反射ミラーにより、小型な光学系を構成しつつ、スペックルノイズを解消し、第二の反射ミラーにより、偏光ビームスプリッタで反射損失する光を、スペックルノイズが解消された有効な光に変換する、光源装置を用いる。このため、スペックルノイズと輝度むらを解消しつつ、小型で、高効率な投写型表示装置が構成できる。

本開示は、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。

２０ 緑色半導体レーザー基板
２１、２５、２９ コリメートレンズアレイ
２２ 緑色レーザー光源
２３、２７、３１ 放熱板
２４ 赤色半導体レーザー基板
２６ 赤色レーザー光源
２８ 青色半導体レーザー基板
３０ 青色レーザー光源
３２、３０９ 赤反射のダイクロイックミラー
３３、２０４、３０８ 青反射のダイクロイックミラー
３４ 拡散板
３５ 偏光ビームスプリッタ
３６ 光学薄膜
３７ 位相差板
３８、３００ コンデンサレンズ
３９ 円形拡散板
４０ モーター
４１ 回転拡散板
４２ 第一の反射ミラー
４３ 第二の反射ミラー
４４ 光源装置
４５ 光線
４６ 光線群
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２０６、２０７、２０８、３０３ 反射ミラー
２０９、２１０、３０２ リレーレンズ
２１１、２１２、２１３、３０４ フィールドレンズ
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
２２４、３１３ 投写レンズ
３０１ ロッド
３０５ 全反射プリズム
３０６ 空気層
３０７ カラープリズム
３１０、３１１、３１２ ＤＭＤ

Claims (13)

1. 青、緑、赤色レーザー光源と、
   前記青、緑、赤色レーザー光源からの直線偏光の青、緑、赤色レーザー光を偏光分離及び合成する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタを透過する光を円偏光に変換する位相差板と、
   前記位相差板を透過した前記青、緑、赤色レーザー光を拡散する動的拡散板と、
   前記動的拡散板で拡散されたレーザー光を反射する第一の反射素子と、
   前記偏光ビームスプリッタで反射する光を反射する第二の反射素子と、
   を備えた光源装置。
2. 前記偏光ビームスプリッタは、接着剤を用いずに光学的に接合したプリズム型偏光ビームスプリッタである請求項１記載の光源装置。
3. 前記偏光ビームスプリッタは、石英ガラスのプリズムで構成したプリズム型偏光ビームスプリッタである請求項１記載の光源装置。
4. 前記位相差板は、１／４波長板である請求項１記載の光源装置。
5. 前記位相差板は、偏光ビームスプリッタと第一の反射素子との間に配置された請求項１記載の光源装置。
6. 前記動的拡散板は、ガラス基板の一方の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記載の光源装置。
7. 前記動的拡散板は、ガラス基板の一方の面に微細な凹凸形状を円周状に形成し、もう一方の面に、第一の反射素子となる反射層を形成した円形拡散反射板とモーターを備えた回転拡散板である請求項１記載の光源装置。
8. 前記第一の反射素子は、多重反射ミラーである請求項１記載の光源装置。
9. 前記第二の反射素子は、多重反射ミラーである請求項１記載の光源装置。
10. 前記青、緑、赤色のレーザー光源は半導体レーザーである請求項１記載の光源装置。
11. 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記載の光源装置である投写型表示装置。
12. 前記画像形成素子が液晶パネルである請求項１１記載の投写型表示装置。
13. 前記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１１記載の投写型表示装置。
    

Images