JP3433647B2

JP3433647B2 - プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP3433647B2
Application number: JP10611497A
Authority: JP
Inventors: 喜一上柳; 孝夫友野; 康裕小笠原
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2003-08-04
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JPH10301201A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元の空間光変
調器を用いて多階調の画像を投影するプロジェクタ装置
に関し、特に、光利用効率が高くて表示画面が明るく、
低消費電力で光源寿命の長いプロジェクタ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】昨今、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）等の出
現やパーソナルコンピュータの普及とそのマルチメディ
ア化により、複数人で使用する数十インチから２００イ
ンチの高精細・大画面の画像表示と小型・軽量化への要
求が高まってきており、それに向けた各種方式の製品が
開発されてきている。この要求に対応するものとして、
従来より、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，
発光ダイオードディスプレイ等の平面ディスプレイがあ
る。

【０００３】液晶ディスプレイは、近年、１４インチの
卓上型から大型化が進み、液晶空間光変調器を２枚張り
合わせた２５インチのものも発表されている。しかし、
液晶ディスプレイの場合、液晶空間光変調器を作製する
プロセスが複雑で長く、大型のものができない、高価格
となる等の本質的な問題があり、数十インチ以上の大型
化は難しく、なされたとしても数枚の液晶空間光変調器
を張り合わせて作られるため、そのつなぎ目が問題とな
る外、高価格となることは否めない。

【０００４】プラズマディスプレイは、上記液晶ディス
プレイに対抗する大画面ディスプレイとして、最近出現
し注目を集めている。それは、プラズマディスプレイ
は、構造が簡単で、作製プロセスが短く、大画面のもの
が作り易いこと、プラズマからの紫外光による励起に適
した蛍光体の開発により、色再現性の良いディスプレイ
が可能になったこと等による。しかし、プラズマディス
プレイの場合、発光効率が悪いため、４０インチでも３
００Ｗ程度の大入力が必要である、放電電圧が２００〜
３００Ｖと高いため、高耐圧の駆動回路が必要となる等
の問題がある。また、平面ディスプレイといっても実際
には筐体も含めて１０センチ程度の厚さとなり、重量も
４０インチ程度で数十キログラムと重く、壁掛け型とし
て使用するには特別の工事が必要となる。

【０００５】発光ダイオードディスプレイは、近年開発
された高輝度・高効率の緑色や青色の発光ダイオード
と、既存の高効率の赤色発光ダイオードとを組み合わせ
て画素を構成したものが開発されている。この場合、１
画素を３つの発光ダイオードで構成するため、通常のパ
ソコン程度の画素数（４８０×６００）でも約９０万個
の発光ダイオードが必要となる。従って、将来発光ダイ
オードの価格が１個１０円程度に下がったとしても、発
光ダイオードのコストだけでも１千万円程度と高価格に
なり、家庭や小会議室で用いるには不向きである。

【０００６】上述した平面ディスプレイの有する問題を
回避するものとして、プロジェクタ装置が製品化されて
いる。このプロジェクタ装置は、従来より、光源や空間
光変調器、３原色分離合成用光学系等の種類により色々
なタイプのプロジェクタ装置が商品化されており、空間
光変調器としては、透過型あるいは反射型の液晶空間光
変調器や、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ等の各種の
ものがある。プロジェクタ装置では、画像表示部として
画像光を投影するスクリーンないし白色の壁があればよ
く、像表示部は軽量にできる、また、使用場所の広さに
応じて画面サイズを自由に変えられる等の利点がある。
また、空間光変調器で形成された画像光を投影レンズを
用いて数十倍に拡大投影するため、空間光変調器自体は
２〜３インチと通常のディスプレイに比べて非常に小型
のものでよく、低価格化の可能性を内包した装置である
と言える。

【０００７】図１１は、従来のプロジェクタ装置として
空間光変調器に液晶空間光変調器を用いたものを示す
（光学、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．６、Ｐ．３０１、１９９
６参照）。このプロジェクタ装置１００は、白色光を発
光するメタルハライドランプ１０１、およびこのランプ
１０１の出力光を一旦集光した後、所定の方向に反射す
る放物線状のリフレクタ１０２からなる光源部１０３
と、光源部１０３からの光１０３ａを略平行光１０４ａ
にするコリメータレンズ１０４と、略平行光１０４ａか
らＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色光Ｌｒ，Ｌ
ｇ，Ｌｂにそれぞれ分離するダイクロイックミラー１０
５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂと、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光Ｌ
ｒ，Ｌｇ，Ｌｂに各色の画像信号に応じて透過光量が変
化する空間変調をそれぞれ施す液晶空間光変調器１０６
Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂと、液晶空間光変調器１０６
Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂによって空間変調されたＲ，
Ｇ，Ｂの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを合成するダイクロ
イックミラー１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂと、ダイク
ロイックミラー１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂによって
一本の光束（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）に合成された画像光１
０９ａをスクリーン１０８に拡大投影する投影レンズ１
０９とを備えている。

【０００８】このプロジェクタ装置１００において、光
源部１０３からの光１０３ａは、コリメータレンズ１０
４で略平行光１０４ａとなり、ダイクロイックミラー１
０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５ＢによってＲ，Ｇ，Ｂの３原
色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに分離された後、対応する液晶空
間光変調器１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂで各色の画像
信号に応じて透過光量が変化する空間変調が施され、対
応するダイクロイックミラー１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０
７Ｂによって一本の光束（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）に合成さ
れた後、投影レンズ１０９によりスクリーン１０８に拡
大投影される。このようにして、スクリーン１０８にフ
ルカラー画像が大画面で表示される。

【０００９】図１２は、従来のプロジェクタ装置として
空間光変調器に２次元マイクロ偏向ミラーアレイを用い
たものを示す（ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ
II，Ｐ．１９３，１９９６：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ
ｏｆＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．２６５０）。なお、同図に
おいて、破線は変調前、実線は変調後を示す。このプロ
ジェクタ装置２００において、キセノンランンプ２０１
からの出力光は、リフレクタ２０２により集光され、コ
ンデンサレンズ２０３，折り返しミラー２０４を介して
色分離合成プリズムシステム２０５へ供給され、Ｒ，
Ｇ，Ｂの３原色光に分離される。各３原色の成分は、特
定の色に寄与する２次元マイクロ偏向ミラーアレイ（Di
gital Micromirror Dvice 、以下略して「ＤＭＤ」とい
う。）２０７Ｒ，２０７Ｇ，２０７Ｂに供給される。Ｄ
ＭＤ２０７Ｒ，２０７Ｇ，２０７Ｂは、１６μｍ角のマ
イクロミラーが２次元に画素数に対応して配列されてお
り、画像信号に応じてそれぞれのミラーを偏向すること
で、供給された各色の光から画像信号光を得る。この画
像信号光は、色分離合成プリズムシステム２０５によっ
て合成された後、投影レンズ２０８によってスクリーン
（図示省略）に拡大されて投影される。このようにし
て、フルカラー画像がスクリーンに大画面で表示され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１１に示す
従来のプロジェクタ装置１００によると、以下の問題が
ある。

【００１１】(1) 光利用効率が悪く、表示画面が暗い。
光源部１０３の集光効率は５０％程度、ダイクロイック
ミラー１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ，１０７Ｒ，１０
７Ｇ，１０７Ｂの色分離合成効率は５０％程度、液晶空
間光変調器１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂでの偏光効率
および開口率はそれぞれ３２％，３５％、投影レンズ１
０９の投影効率は８０％であり、総合の光利用効率は２
％程度と非常に悪くなり、表示画面が８０ｌｍ程度に暗
くなる。この主要原因は、メタルハライドランプ１０１
の放電電極の間隔（電極間隔）が数ミリと大きく、か
つ、出射光に指向性がないことと、液晶空間光変調器１
０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂの開口を３インチ程度以下
と小さく、かつ、それへの入射光をほぼ均一な光強度分
布を有する平行光としなければならないことのため、集
光効率が低くなることにある。

【００１２】(2) 消費電力が大きい。光利用効率が悪い
ことから、メタルハライドランプ１０１のように高輝度
の光源を使用しなければならず、そのために消費電力が
１５０Ｗと大きくなり、電源部の大型化に伴い、プロジ
ェクタ装置も大型になる。

【００１３】(3) ランプの寿命が短い。集光効率を上げ
るために電極間隔を３ミリ程度と短くする努力がなされ
ているが、電極間隔とランプ寿命とは相反的であり、ま
た入力も大きく取れなく（せいぜい１５０Ｗ）、輝度が
むしろ低下する等の問題がある。また、寿命自体問題で
あり、７ミリ間隔のものですら中心強度が５０％低下す
るまでの時間で評価して１０００時間である（照明学会
誌、第７７巻、第１２号、Ｐ．７４８、平成５年）。こ
れは８時間／日の使用頻度で４か月程度の寿命となり、
頻繁なランプ交換が必要となる。しかし、ランプ表面は
高温となるため、わずかでも汚れがあるとランプが爆発
する危険がある、ランプに位置ずれがあると集光効率が
下がったり、画質が低下する等の問題があり、素人によ
るランプ交換は難しい。

【００１４】これらのことが、高価格であることの外
に、プロジェクタ装置が家庭や小会議室等になかなか普
及しないことの大きな原因である。

【００１５】また、図１２に示す従来のプロジェクタ装
置２００によると、ＤＭＤ２０７Ｒ，２０７Ｇ，２０７
Ｂではマイクロミラーにアルミニウム蒸着膜を使用して
いるので、反射率は９０％程度と高いので、この方式で
は空間光変調器での光損失は少ないが、図１１に示す従
来のプロジェクタ装置１００と同様の問題を有してい
る。すなわち、集光効率と色分離合成効率がそれぞれ５
０％程度と低くこれらが光利用効率を数％以下まで下げ
ており、表示画面も暗くなる。また、キセノンランンプ
２０１の消費電力が大きく、ランプ寿命が短くて頻繁な
ランプ交換を要する。

【００１６】従って、本発明の目的は、光利用効率の向
上を図り、表示画面の明るいプロジェクタ装置を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、低消費電力
化を図ったプロジェクタ装置を提供することにある。ま
た、本発明の他の目的は、光源の長寿命化を図ったプロ
ジェクタ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、２次元に配列された複数のレーザ素子を有
し、前記複数のレーザ素子から所定の直線偏光の複数の
レーザ光を出射する面発光型あるいは端面発光型のレー
ザダイオードアレイと、前記複数のレーザ素子から出射
された前記複数のレーザ光を所定のサイズの平行光に整
形する整形光学系と、前記所定のサイズに対応した画素
領域を有し、前記平行光に画像信号に応じた空間変調を
画素毎に施して画像信号光を出力する空間光変調手段
と、前記空間光変調手段によって空間変調された前記画
像信号光をスクリーンに拡大して投影する投影光学系を
備え、前記空間光変調手段は、前記整形光学系側に偏光
子を設けず、前記投影光学系側に検光子を設けた液晶空
間光変調器であり、前記検光子の透過偏波面と前記レー
ザダイオードアレイからの前記複数のレーザ光の偏波面
とが直交するようにしたことを特徴とするのプロジェク
タ装置を提供する。本発明は、上記目的を達成するた
め、２次元に配列された複数の半導体発光素子を有し、
前記複数の半導体発光素子から指向性を有する複数の出
力光を出射する発光素子アレイと、前記複数の半導体発
光素子から出射された前記複数の出力光を所定のサイズ
の平行光に整形する整形光学系と、前記所定のサイズに
対応した画素領域を有し、前記平行光に画像信号に応じ
た空間変調を画素毎に施して画像信号光を出力する空間
光変調手段と、前記空間光変調手段によって空間変調さ
れた前記画像信号光をスクリーンに拡大して投影する投
影光学系を備え、前記複数の半導体発光素子は、水平お
よび垂直のブランキング期間に消灯されることを特徴と
するプロジェクタ装置を提供する。本発明は、上記目的
を達成するため、複数の半導体発光素子を有し、前記複
数の半導体発光素子から複数の赤色光、緑色光、青色光
をそれぞれ出射する３つの発光素子アレイと、前記３つ
の発光素子アレイの前記複数の半導体発光素子から出射
された前記複数の赤色光、緑色光、青色光を所定のサイ
ズの平行光にそれぞれ整形する３つの整形光学系と、前
記所定のサイズに対応した画素領域を有し、前記３つの
整形光学系によってそれぞれ整形された前記平行光に画
像信号に応じた空間変調を画素毎に施して前記複数の赤
色光、緑色光、青色光に対応した３つの画像信号光を出
力する３つの空間光変調手段と、前記３つの空間光変調
手段から出力された前記３つの画像信号光を３つのダイ
クロイックミラーによってそれぞれ所定の方向に反射あ
るいは通過させることにより前記３つの画像信号光を合
成する合成光学系と、前記合成光学系によって合成され
た画像光をスクリーンに拡大して投影する投影光学系を
備えたことを特徴とするプロジェクタ装置を提供する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係るプロジェクタ装置を示す。このプロジェクタ装
置１は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色光Ｌ
ｒ，Ｌｇ，Ｌｂを発光する発光素子アレイ部２と、発光
素子アレイ部２からの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを平行
光に整形する整形光学系３と、平行光に整形された３原
色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに各色の画像信号Ｓに応じて透過
光量が変化する処理（空間変調）を施す空間光変調部４
と、空間光変調部４によって空間変調された３原色光Ｌ
ｒ，Ｌｇ，Ｌｂを合成する合成光学系５と、合成光学系
５によって合成された画像光７ａをスクリーン６に拡大
投影する投影レンズの如き投影光学系７と、発光素子ア
レイ部２を駆動する発光素子アレイ部ドライバー８と、
空間光変調部４を駆動する空間光変調部ドライバー９
と、画像信号Ｓに基づいて発光素子アレイ部ドライバー
８および空間光変調部ドライバー９を制御する制御部１
０とを具備し、この第１の実施の形態では、発光素子ア
レイ部２に半導体発光素子としての発光ダイオード（以
下「ＬＥＤ」という。）を用いている。

【００１９】発光素子アレイ部２は、赤色光Ｌｒを発光
する赤色ＬＥＤアレイ２０Ｒと、緑色光Ｌｇを発光する
緑色ＬＥＤアレイ２０Ｇと、青色光Ｌｂを発光する青色
ＬＥＤアレイ２０Ｂと、各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂの前面にそれぞれ配置されたマスク２１とを
備えている。

【００２０】整形光学系３は、発光素子アレイ部２から
の３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを平行光に整形する２次元
のマイクロレンズアレイ３０と、マイクロレンズアレイ
３０によって整形された３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを空
間光変調部４の後述する液晶空間光変調器４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂの開口に対応して縮小する、凸レンズ３１お
よび凹レンズ３２を組み合わせて構成された縮小光学器
３３とを備えている。なお、マイクロレンズアレイ３０
の代わりに、ガラス等の透明媒体からなる微小な凹凸面
を有するホモジナイザ等を用いてもよい。この場合は、
ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂからの入射光が微
小凹凸面により散乱され、この微小凹凸面が２次的な光
源面として機能し、この散乱光は縮小光学器３３によっ
て平行光に整形される。

【００２１】空間光変調部４は、発光素子アレイ部２か
らの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに空間変調を画素毎に施
す液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、各液晶
空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの前段にそれぞれ
配置された２次元の微小レンズアレイ４１と、各液晶空
間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの後段にそれぞれ配
置されたコリメータレンズ４２とからなる。

【００２２】合成光学系５は、液晶空間光変調器４０Ｒ
によって空間変調された赤色光Ｌｒを反射するダイクロ
イックミラー５Ｒと、液晶空間光変調器４０Ｇによって
空間変調された緑色光Ｌｇを反射するとともに、ダイク
ロイックミラー５Ｒからの赤色光Ｌｒを透過させるダイ
クロイックミラー５Ｇと、液晶空間光変調器４０Ｂによ
って空間変調された青色光Ｌｂを透過させるとともに、
ダイクロイックミラー５Ｇからの赤色光Ｌｒおよび緑色
光Ｌｇを反射させ、１つの光束（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）に
合成するダイクロイックミラー５Ｂとからなる。

【００２３】制御部１０は、各色のビデオ信号等の画像
信号Ｓに基づいて、発光素子アレイ部ドライバー８に対
し、発光素子アレイ部２の発光素子の点灯制御を行うと
ともに、空間光変調部ドライバー９に対し、空間光変調
部４における通過（反射）の光量制御を行うものであ
る。この光量制御により多階調（フルカラー）の画像表
示が可能になる。また、制御部１０は、水平および垂直
ブランキング期間は、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２
０Ｂを消灯するように発光素子アレイ部ドライバー８を
制御するようになっている。

【００２４】次に、発光素子アレイ部２および整形光学
系３の詳細について図２および図３を参照して説明す
る。

【００２５】図２は、ＬＥＤの出力光の指向性を示し、
図３は、発光素子アレイ部２と整形光学系３との関係を
示す。各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、共
に、図２に示すような出力光の光量分布２２ａを有した
サイズ３ｍｍφのＬＥＤ２２を図３に示すように基板２
３上に配列ピッチ４ｍｍで２次元に５８８（２１×２
８）個配列し、アレイサイズを約８４×１１２ｍｍと
し、ＬＥＤ２２を行単位（２８個）で直列に配線し、か
つ、各行を並列に配線したものである。ＬＥＤ２２を２
次元に配列することにより、必要な光束を得ることがで
きる。また、各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの
サイズの縦横比を３：４とし、後述する液晶空間光変調
器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれと合わせることで、光
利用効率をさらに高めることができる。半導体発光素子
（ここではＬＥＤ２２）の出力光は、指向性が強く、発
光部面積も小さいため、集光効率が高くなる。また、半
導体発光素子のスペクトル幅が数十ｎｍ以下と比較的狭
い単色光を出力するので、色合成効率が高くなる。

【００２６】マスク２１は、図３に示すように、開口部
２１ａによって各ＬＥＤ２２の出力光２２ａのうち周辺
部をカットし、中心部の出力光２２ｂのみを透過させる
ものである。

【００２７】マイクロレンズアレイ３０は、図３に示す
ように、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの各ＬＥ
Ｄ２２の光軸と一致するように正方形の複数のマイクロ
レンズ３０ａを隙間なく２次元に配列し、各マイクロレ
ンズ３０ａの焦点距離をＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，
２０Ｂとマイクロレンズアレイ３０との距離Ｄ₁にほぼ
等しくしている。また、マイクロレンズアレイ３０の各
マイクロレンズ３０ａの開口数ＷをＬＥＤ２２の中心部
の出力光２２ｂの広がり角（約３０度）θに対応させて
いる。これにより、ＬＥＤ２２の出力光２２ｂは、ほぼ
均一な光強度分布を有する平行光３０ｂとなる。

【００２８】図４は、縮小光学器３３の詳細を示す。縮
小光学器３３は、マイクロレンズアレイ３０の各マイク
ロレンズ３０ａからの平行光３０ｂを凸レンズ３１と凹
レンズ３２によって縮小して微小レンズアレイ４１を通
って液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに平行光
３３ａとして入射させるようになっている。縮小光学器
３３の縮小率は、各液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，
４０ＢのサイズとＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ
のサイズの比率より若干小さい値（例えば、０．５５／
１）とする。これにより、整形光学系３からの平行光３
０ｂを再度平行光３３ａとして液晶空間光変調器４０
Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにほぼ均一に照射することができ
る。

【００２９】図５は、空間光変調部４の詳細を示す。微
小レンズアレイ４１は、空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，
４０Ｂの各画素にそれぞれ対向して配置された微小レン
ズ４１ａからなる。液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，
４０Ｂは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって駆動さ
れる画素領域が４５×６０ｍｍ（３型）のものを用いて
いる。液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、液
晶４００を介して一対の透明電極４０１，４０１が対向
するように配置された前側基板４０２および後側基板４
０３と、前側基板４０２の前側に配置され、直線偏光を
形成する偏向子（ポーラライザ）４０４と、後側基板４
０３の後側に配置され、偏向子４０４との間でクロスニ
コルを形成するように構成された検光子（アナライザ）
４０５とを備えている。液晶空間光変調器４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂに入射する平行光３０ｂは、微小レンズアレ
イ４１を通り、偏向子４０４で直線偏光となり、液晶４
００で空間光変調部ドライバー９から一対の透明電極４
０１，４０１に印加される電圧に応じて直線偏光の方向
が変化する。従って、一対の透明電極４０１，４０１に
印加する電圧を変化させることにより、透過光量が０〜
１００％の範囲で変化する。

【００３０】図５に示すように、微小レンズアレイ４１
の微小レンズ４１ａの焦点距離を微小レンズアレイ４１
と液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの各画素と
の距離Ｄ₂にほぼ等しくし、また、コリメータレンズ４
２の焦点距離を液晶空間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０
Ｂの各画素とコリメータレンズ４２との距離Ｄ₃にほぼ
等しくしている。これにより、縮小光学器３３からの平
行光３３ａが効率良く液晶空間光変調器４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂの各画素に集光され、かつ、液晶空間光変調
器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの透過後は再度平行光４２ａ
に整形される。従って、液晶空間光変調器４０Ｒ，４０
Ｇ，４０Ｂの開口による光のけられがなくなり、光利用
効率は大幅に向上する。一般に液晶の開口率は３０％余
りなので、光利用効率は約３倍向上する。

【００３１】次に、上述した第１の実施の形態に係るプ
ロジェクタ装置１の動作を説明する。制御部１０は、各
色の画像信号Ｓに基づいて発光素子アレイ部ドライバー
８および空間光変調部ドライバー９を制御する。発光素
子アレイ部ドライバー８は、制御部１０の点灯制御によ
り発光素子アレイ部２の各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂを駆動する。空間光変調部ドライバー９は、
制御部１０の光量制御により空間光変調部４の各液晶空
間光変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを駆動する。赤色Ｌ
ＥＤアレイ２０Ｒは赤色光Ｌｒを発光し、緑色ＬＥＤア
レイ２０Ｇは緑色光Ｌｇを発光し、青色ＬＥＤアレイ２
０Ｂは青色光Ｌｂを発光する。各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，
２０Ｇ，２０Ｂで発光した赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇおよ
び青色光Ｌｂは、マスク２１によって周辺部がカットさ
れた後、整形光学系３のマイクロレンズアレイ３０を構
成するマイクロレンズ３０ａによって平行光３０ｂに整
形され、縮小光学器３３によって縮小され、空間光変調
部４に平行光３３ａとして入射する。空間光変調部４に
入射した平行光３３ａは、微小レンズアレイ４１の各微
小レンズ４１ａによって対応する液晶空間光変調器４０
Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの液晶４００に集光し、液晶空間光
変調器４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを透過した後は、コリメ
ータレンズ４２によって再度平行光４２ａに整形され
る。発光素子アレイ部２からのＲ，Ｇ，Ｂの３原色光Ｌ
ｒ，Ｌｇ，Ｌｂは、空間光変調部４を通過する際に、空
間光変調部ドライバー９によって各色の画像信号Ｓに応
じて通過光量が変化する空間変調が画素毎に施される。
液晶空間光変調器４０Ｒによって空間変調された赤色光
Ｌｒは、ダイクロイックミラー５Ｒで反射し、ダイクロ
イックミラー５Ｇを透過してダイクロイックミラー５Ｂ
で反射する。液晶空間光変調器４０Ｇによって空間変調
された緑色光Ｌｇは、ダイクロイックミラー５Ｇで反射
し、さらにダイクロイックミラー５Ｂで反射する。液晶
空間光変調器４０Ｂによって空間変調された青色光Ｌｂ
は、ダイクロイックミラー５Ｂを透過する。従って、ダ
イクロイックミラー５Ｂで赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青
色光Ｌｂが１つの光束（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）に合成され
る。投影光学系７は、合成された画像光７ａをスクリー
ン６に拡大投影する。このようにして、フルカラー画像
がスクリーン６に大画面で表示される。

【００３２】次に、上記第１の実施の形態に係るプロジ
ェクタ装置１の効果を説明する。 (イ) 光利用効率が向上し、明るい表示画面が得られる。
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色別の光源を用いているので、色分離が
不要となり、色分離時の光損失を避けることができる。
このため、従来の光源に比べて集光効率と色合成効率の
積を０．７７と従来の３倍以上に高めることが可能にな
る。また、指向性良く集光できるため、投影光学系７の
投影効率を８５％以上に高くできる。この結果、この装
置１の光学系における光透過効率は、発光素子アレイ部
２および整形光学系３では９０％、空間光変調部４では
開口による光のけられがなくなり、偏向子４０４，検光
子４０５による減衰が主となるため、従来の約３倍の３
５％、合成光学系５では８５％、投影光学系７では８５
％となるので、総合の光利用効率は約２３％と従来の約
１１倍に向上した。また、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ２２の出
力光の波長，色度座標，出力が、それぞれ６５０ｎｍ：
（０．７、０．２８）：１０ｍＷ、５２０ｎｍ：（０．
１７、０．７）：３．５ｍＷ、４５０ｎｍ：（０．１
３、０．０７５）：２ｍＷであるので、合成白色光の色
度座標は（０．３６、０．３７）で僅かに黄色味がかっ
た白色となり、全アレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの明る
さは約２，０００ｌｍが得られた。従って、投影光束で
ある画像光７ａとして４６０ｌｍと従来の５．８倍の明
るさが得られた。

【００３３】(ロ) 低消費電力化を達成できる。ＬＥＤ２
２の１個当たりの消費電力は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ４０
ｍＷ，５５ｍＷ，７０ｍＷ（電流は各２０ｍＡ）である
ので、連続点灯した時の全消費電力は約１００Ｗとなっ
た。ＬＥＤ２２の１個当たりの動作電圧は２〜３．６Ｖ
であり、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの動作電
圧と電流を扱い易い値（＜１００Ｖ、＜１Ａ）に抑える
ために、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ中のＬＥ
Ｄ２２を行単位（２８個）で直列に配線し、かつ、各行
を並列に配線しているので、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０
Ｇ，２０Ｂ毎の動作電圧と電流は、それぞれ４０〜８０
Ｖ、０．５６Ａとなった。また、各ＬＥＤアレイ２０
Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、水平ブランキング（ＮＴＳＣ信
号では約１３％）と垂直ブランキング（８％）の期間は
消灯した。これにより、約２割の電力と発熱量の低減が
図られ、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの全消費
電力は約８０Ｗ以下と従来の約１／２に抑えられた。

【００３４】(ハ) 光源の長寿命化が図れる。光源である
ＬＥＤ２２の寿命は１万時間以上と従来の１０倍以上で
あるため、光源の大幅な長寿命化が図れ、８時間／日程
度の使用頻度で４年近く継続して使用可能になる。

【００３５】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る
プロジェクタ装置を示す。この第２の実施の形態に係る
プロジェクタ装置１は、発光素子アレイ部２に、直線偏
光の赤色レーザ光Ｌｒ′を発光する面発光レーザ（ＶＣ
ＳＥＬ）アレイ２４を用い、空間光変調部４に、直線偏
光形成用の偏向子を設けていない液晶空間光変調器４０
Ｒ′を用い、整形光学系３に拡大光学器３４を用いたも
のであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されてい
る。

【００３６】２次元アレイ部２Ｂは、赤色レーザ光Ｌ
ｒ′を発光する面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ２４
の他に、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）アレイ２４の前面
に配置された第１の実施の形態と同様のマスク２１を備
えている。ＶＣＳＥＬアレイ２４は、出力光（Ｌｒ′）
の波長とパワーがそれぞれ６５０ｎｍ，１０ｍＷ、広が
り角が約８度のＶＣＳＥＬ素子を、単一のＧａＡｓ基板
上に配列ピッチ１００μｍで２次元アレイ状に３００
（１５×２０）個配列し、アレイサイズを約９×１２ｍ
ｍとしたものである。また、ＶＣＳＥＬアレイ２４中の
各ＶＣＳＥＬ素子は、一般に陰極が共通で陽極が個別電
極を有するように形成されているが、本実施の形態のＶ
ＣＳＥＬアレイ２４は、ＶＣＳＥＬ素子の陽極を行単位
で直列に結合し、かつ、各行を並列に結合している。

【００３７】整形光学系３は、ＶＣＳＥＬアレイ２４か
らの赤色レーザ光Ｌｒ′を平行光に整形する２次元のマ
イクロレンズアレイ３０と、マイクロレンズアレイ３０
によって整形された赤色レーザ光Ｌｒ′を空間光変調部
４の液晶空間光変調器４０Ｒ′の開口に対応して拡大す
る、凹レンズ３２および凸レンズ３１を組み合わせて構
成された拡大光学器３４とを備えている。また、マイク
ロレンズアレイ３０とＶＣＳＥＬアレイ２４との距離Ｄ
₄は、マイクロレンズアレイ３０の各マイクロレンズの
焦点距離とほぼ等しく、１．４ｍｍとしている。なお、
マイクロレンズアレイ３０の代わりにホモジナイザを用
いてもよい。

【００３８】空間光変調部４の液晶空間光変調器４０
Ｒ′は、図５に示す偏向子４０４を設けず、かつ、図５
に示す検光子４０５の透過偏波面とＶＣＳＥＬアレイ２
４の出力光の偏波面とが直交するように、すなわち、両
者でクロスニコルを形成するように検光子４０５を構成
している。これにより、偏向子４０４による光減衰がな
いため、光空間変調部４の透過率を２倍以上に改善でき
る。

【００３９】次に、上述した第２の実施の形態に係るプ
ロジェクタ装置１の動作を説明する。制御部１０は、画
像信号Ｓに基づいて発光素子アレイ部ドライバー８およ
び空間光変調部ドライバー９を制御する。発光素子アレ
イ部ドライバー８は、制御部１０の点灯制御によりＶＣ
ＳＥＬアレイ２４を駆動する。空間光変調部ドライバー
９は、制御部１０の光量制御により液晶空間光変調器４
０Ｒ′を駆動する。ＶＣＳＥＬアレイ２４は、直線偏光
の赤色レーザ光Ｌｒ′を発光し、その赤色レーザ光Ｌ
ｒ′は、マスク２１によって周辺部がカットされた後、
マイクロレンズアレイ３０によって平行光に整形され、
拡大光学器３４によって拡大され、空間光変調部４に平
行光として入射する。空間光変調部４に入射した平行光
は、微小レンズアレイ４１によって液晶空間光変調器４
０Ｒ′の液晶４００に集光し、液晶空間光変調器４０
Ｒ′を透過した後は、コリメータレンズ４２によって再
度平行光に整形される。ＶＣＳＥＬアレイ２４からの赤
色レーザ光Ｌｒ′は、空間光変調部４を通過する際に、
空間光変調部ドライバー９によって画像信号Ｓに応じて
通過光量が変化する空間変調が画素毎に施される。液晶
空間光変調器４０Ｒ′によって空間変調された赤色レー
ザ光Ｌｒ′は、投影光学系７によって画像光７ａとして
スクリーン６に拡大投影される。このようにして、赤色
からなる多階調の画像がスクリーン６に大画面で表示さ
れる。

【００４０】上記第２の実施の形態に係るプロジェクタ
装置１によれば、以下の効果が得られる。 (イ) 光利用効率が向上し、明るい表示画面が得られる。
この装置１の光学系における光透過効率は、ＶＣＳＥＬ
アレイ２４および整形光学系３では９０％、空間光変調
部４では開口による光のけられがなくなり、偏光子４０
４による光減衰がないために９０％、投影光学系７では
８５％であるので、総合の光利用効率は６１％と従来の
約３０倍に向上した。また、全出力光束の明るさで約２
２０ｌｍが得られ、投影光束である画像光７ａとして１
３５ｌｍと従来の約１．７倍の明るさが得られた。

【００４１】(ロ) 低消費電力化を達成でき、小型化が図
れる。ＶＣＳＥＬ素子の１個当たりの動作電圧は２．５
ｖ、動作電流値は４０ｍＡである。ＶＣＳＥＬアレイ２
４のＶＣＳＥＬ素子の陽極を行単位で直列に結合し、か
つ、各行を並列に結合しているので、第１の実施の形態
と同様に全電流電圧を適当な値（１Ａ以下、１００Ｖ以
下）に抑えることができた。また、第１の実施の形態と
同様に、ＶＣＳＥＬアレイ２４は、水平および垂直ブラ
ンキング期間は消灯した。この結果、第１の実施の形態
と同様に約２割の消費電力と発熱の低減が図れ、ＶＣＳ
ＥＬアレイ２４の消費電力は３０Ｗと従来の約１／５に
抑えられた。また、光源面積を微小化できることから、
プロジェクタ装置の小型化が図れる。

【００４２】(ハ) 光源の長寿命化が図れる。第１の実施
の形態と同様に、光源であるＶＣＳＥＬ素子の寿命は１
万時間以上と従来の１０倍以上であるため、光源の大幅
な長寿命化が図れる。

【００４３】なお、レーザダイオードを画像表示に使用
した場合、出力光の可干渉長さが長いために、スペック
ルノイズや眼球による網膜への集光が問題となるが、液
晶空間光変調器４０Ｒ′の液晶の各画素がレーザ光Ｌ
ｒ′に対して位相シフタとして働くために、画素間での
干渉性が薄れるため、本実施の形態では問題とならなか
った。また、緑色や青色のＶＣＳＥＬ素子も開発中であ
るが、実用化されれば、上記の赤色用のプロジェクタ装
置と同様の構成で使用することができ、また、上記赤
色，緑色，青色の画像変調光を合成することにより、フ
ルカラーのプロジェクタ装置が実現できることは言う迄
もない。また、本実施の形態では２次元の面発光レーザ
アレイを使用したが、小型のプロジェクタ装置の場合に
は、１次元の面発光レーザアレイを用いても実現可能で
ある。

【００４４】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る
プロジェクタ装置を示す。この第３の実施の形態に係る
プロジェクタ装置１は、発光素子アレイ部２に、直線偏
光の赤色レーザ光Ｌｒ′を発光する端面発光型の半導体
レーザ（ＬＤ）アレイ２５Ｒ、および直線偏光の青色レ
ーザ光Ｌｂ′を発光する同じく端面発光型のＬＤ２５Ｂ
を用い、空間光変調部４に、第２の実施の形態と同様
に、直線偏光形成用の偏向子を設けていない液晶空間光
変調器４０Ｒ′，４０Ｂ′を用い、整形光学系３に、第
２の実施の形態と同様に、拡大光学器３４を用いたもの
であり、他は第１の実施の形態と同様に構成されてい
る。

【００４５】整形光学系３は、ＬＤアレイ２５Ｒからの
赤色レーザ光Ｌｒ′、およびＬＤアレイ２５Ｂからの青
色レーザ光Ｌｂ′を平行に整形するマイクロシリンドリ
カルレンズアレイ３５およびシリンドリカルレンズ３６
と、凹レンズ３２および凸レンズ３１を組み合わせて構
成された拡大光学器３４とを備えている。

【００４６】次に、発光素子アレイ部２および整形光学
系３の詳細について図８および図９(a) ，(b) を参照し
て説明する。

【００４７】図８は、ＬＤの出力光の指向性を示し、図
９は、発光素子アレイ部２と整形光学系３との関係を示
す。なお、図９の(a) ，(b) はそれぞれ側面図，正面図
である。赤色レーザ光Ｌｒ′を発光するＬＤアレイ２５
Ｒに、例えば、波長６４０ｎｍ、出力３０ｍＷ、素子１
個当たりの消費電力２２０ｍＷ、アレイ２５Ｒ全体の消
費電力１１ＷのＡｌＧａＩｎＰレーザを用いる。青色レ
ーザ光Ｌｂ′を発光するＬＤアレイ２５Ｂに、例えば、
波長４５０ｎｍ、出力２０ｍＷ、素子１個当たりの消費
電力５００ｍＷ、アレイ２５Ｂ全体の消費電力２５Ｗの
ＩｎＧａＮ系レーザを用いる。ＬＤは、図８に示すよう
に、ＧａＡｓ基板２５０の発振部２５１からの出力光２
５２が、端面２５３から基板２５０に対して平行方向に
出力され、その出力光２５２は、基板２５０に対する垂
直方向の広がり角θｖが約３０度、水平方向の広がり角
θｈが約８度であり、また基板２５０の面に平行な方向
に偏光している。また、ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂは、
図９(a) ，(b) に示すように、上記のＬＤをＧａＡｓ基
板２５０上に発振部２５１を配列ピッチ１００μｍで１
次元アレイ状に５０個配列し、アレイ長約５ｍｍとして
いる。これにより、必要光束を得ることができる。

【００４８】マイクロシリンドリカルレンズアレイ３５
は、図９(b) に示すように、ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂ
の長手方向に曲率を有し、焦点距離０．７ｍｍ、幅１０
０μｍのマイクロシリンドリカルレンズ３５ａをＬＤア
レイ２５Ｒ，２５Ｂの長手方向に１次元に配列してい
る。マイクロシリンドリカルレンズアレイ３５とＬＤア
レイ２５Ｒ，２５Ｂとの距離Ｄ₅は、マイクロシリンド
リカルレンズ３５ａの焦点距離とほぼ等しい０．７ｍｍ
である。

【００４９】シリンドリカルレンズ３６は、図９(a) に
示すように、ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂの垂直方向に曲
率を有し、焦点距離１５ｍｍ、マイクロシリンドリカル
レンズアレイ３５と垂直方向の幅４ｍｍを有している。
シリンドリカルレンズ３６とＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂ
との距離Ｄ₆は、シリンドリカルレンズ３６の焦点距離
とほぼ等しい１５ｍｍである。

【００５０】上記のようにマイクロシリンドリカルレン
ズアレイ３５およびシリンドリカルレンズ３６を構成す
ることにより、縦横比３：４（約３．８×５．１ｍｍ）
でほぼ均一な光強度分布を有する平行光３６ａが得られ
る。

【００５１】拡大光学器３４は、シリンドリカルレンズ
３６からの平行光３６ａを液晶空間光変調器４０Ｒ′、
４０Ｂ′全面に照射し得る拡大率を有している。この実
施の形態では、ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂの平行光３６
ａのサイズはいずれも３．８×５．１ｍｍなので、拡大
率を約１２倍とした。

【００５２】次に、上述した第３の実施の形態に係るプ
ロジェクタ装置１の動作を説明する。制御部１０は、各
色の画像信号Ｓに基づいて発光素子アレイ部ドライバー
８および空間光変調部ドライバー９を制御する。発光素
子アレイ部ドライバー８は、制御部１０の点灯制御によ
り発光素子アレイ部２の各ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂを
駆動する。空間光変調部ドライバー９は、制御部１０の
光量制御により空間光変調部４の各液晶空間光変調器４
０Ｒ′，４０Ｂ′を駆動する。赤色ＬＤアレイ２５Ｒは
赤色レーザ光Ｌｒ′を発光し、青色ＬＤアレイ２５Ｂは
青色レーザ光Ｌｂ′を発光する。各ＬＤアレイ２５Ｒ，
２５Ｂで発光した赤色レーザ光Ｌｒ′および青色レーザ
光Ｌｂ′は、マスク２１によって周辺部がカットされた
後、整形光学系３のマイクロシリンドリカルレンズアレ
イ３５とシリンドリカルレンズ３６によって平行光３６
ａに整形され、拡大光学器３４によって拡大され、空間
光変調部４に平行光として入射する。空間光変調部４に
入射した平行光は、微小レンズアレイ４１によって対応
する液晶空間光変調器４０Ｒ′，４０Ｂ′の液晶４００
に集光し、液晶空間光変調器４０Ｒ′，４０Ｂ′を透過
した後は、コリメータレンズ４２によって再度平行光に
整形される。ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂからの赤色レー
ザ光Ｌｒ′および青色レーザ光Ｌｂ′は、空間光変調部
４を通過する際に、空間光変調部ドライバー９によって
各色の画像信号Ｓに応じて通過光量が変化する空間変調
が画素毎に施される。液晶空間光変調器４０Ｒ′によっ
て空間変調された赤色レーザ光Ｌｒ′は、ダイクロイッ
クミラー５Ｒで反射し、さらにダイクロイックミラー５
Ｂで反射する。液晶空間光変調器４０Ｂ′によって空間
変調された青色レーザ光Ｌｂ′は、ダイクロイックミラ
ー５Ｂを透過する。従って、ダイクロイックミラー５Ｂ
で赤色レーザ光Ｌｒ′と青色レーザ光Ｌｂ′が１つの光
束（Ｌｒ′，Ｌｂ′）に合成される。投影光学系７は、
合成された画像光７ａをスクリーン６に拡大投影する。
このようにして、赤色、青色、赤色と青色の混色からな
る多階調のカラー画像がスクリーン６に大画面で表示さ
れる。

【００５３】上記第３の実施の形態に係るプロジェクタ
装置１によれば、以下の効果が得られる。 (イ) 光利用効率が向上し、明るい表示画面が得られる。
この装置１の光学系における光透過効率は、発光素子ア
レイ部および整形光学系３では８５％、空間光変調部４
では開口による光のけられがなくなり、偏光子４０４に
よる光減衰がないために９０％、投影光学系７では８５
％であるので、総合の光利用効率は５８％と従来の約２
９倍に向上した。また、投影光束である画像光８ａとし
て１３０ｌｍと従来の約１．６倍の明るさが得られた。

【００５４】(ロ) 低消費電力化を達成でき、小型化が図
れる。発光効率の高いＬＤを用い、第１および第２の実
施の形態と同様に水平および垂直のブランキング期間
は、ＬＤアレイ２５Ｒ，２５Ｂを消灯しているので、約
２割の消費電力と発熱の低減が図れ、消費電力は４０Ｗ
と従来の約１／４に抑えられた。また、発光部面積を微
小化できることから、プロジェクタ装置の小型化が図れ
る。

【００５５】(ハ) 光源の長寿命化が図れる。第１の実施
の形態と同様に、光源であるＬＤの寿命は１万時間以上
と従来の１０倍以上であるため、光源の大幅な長寿命化
が図れる。

【００５６】なお、レーザダイオードを画像表示に使用
した場合、出力光の可干渉長さが長いために、スペック
ルノイズや眼球による網膜への集光が問題となるが、液
晶空間光変調器４０Ｒ、４０Ｂの液晶の各画素がレーザ
光Ｌｒ′，Ｌｂ′に対して位相シフタとして働くため
に、画素間での干渉性が薄れるため、第２の実施の形態
と同様に本実施の形態でも問題とならなかった。また、
第３の実施の形態では、端面発光レーザの１次元アレイ
を使用したが、この１次元アレイを複数列並べて形成し
た２次元端面発光レーザアレイを使用してもよい。これ
により、さらに明るい光束が得られる。また、緑色ＬＤ
も開発中であるが、実用化されれば、上記の青色と赤色
のＬＤアレイとを使用してフルカラーのプロジェクタ装
置が実現できることは言う迄もない。また、第１の実施
の形態で使用した緑色のＬＥＤアレイを併用することで
フルカラーを達成することも可能であり、これによって
第１の実施の形態と比べて赤色と青色の光透過効率が高
い分、第１の実施の形態よりも低消費電力化が図れる。

【００５７】図１０は、本発明の第４の実施の形態に係
るプロジェクタ装置を示す。この第４の実施の形態に係
るプロジェクタ装置１は、空間光変調部４に、２次元マ
イクロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂを用い
たものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成され
ている。

【００５８】空間光変調部４は、赤色ＬＥＤアレイ２０
Ｒからの赤色光Ｌｒに空間変調を画素毎に施す２次元マ
イクロ偏向ミラーアレイ４３Ｒと、緑色ＬＥＤアレイ２
０Ｇからの緑色光Ｌｇに空間変調を画素毎に施す２次元
マイクロ偏向ミラーアレイ４３Ｇと、青色ＬＥＤアレイ
２０Ｂからの青色光Ｌｂに空間変調を画素毎に施す２次
元マイクロ偏向ミラーアレイ４３Ｂと、２次元マイクロ
偏向ミラーアレイ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂに入射した
Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂの無効反射光を
受光するストッパー４４とを備えている。２次元マイク
ロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂは、１６μ
ｍ程度の正方形状のマイクロ偏向ミラーが半導体基板上
にピボットによって２次元アレイ状に配列されて、画素
数１，２８０× １，０２４ドット、サイズ約１７×２
２ｍｍを有している。各マイクロ偏光ミラーは、空間光
変調部ドライバー９の駆動によって半導体基板にアレイ
状に形成されたトランジスタがオンして発生する静電力
に基づいて偏向し、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０
Ｂからの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを有効反射光とする
場合は、３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂをダイクロイックミ
ラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに反射し、無効反射光とする場合
は、３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂをストッパー４４に反射
するようになっている。

【００５９】整形光学系３の縮小光学器３３の縮小率
は、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ、４３Ｇ、
４３Ｂのサイズが、図１に示す液晶空間変調器４０Ｒ，
４０Ｇ，４０Ｂのサイズの１／３であるため、第１の実
施の形態の約３倍の０．２／１としている。

【００６０】制御部１０は、画像信号Ｓに基づいて、発
光素子アレイ部ドライバー８に対し、発光素子の点灯制
御を行うとともに、空間光変調部ドライバー９に対し、
２次元マイクロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ，４３Ｇ，４３
Ｂの各マイクロ偏向ミラーが、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２
０Ｇ，２０Ｂからの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂをダイク
ロイックミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに有効光として反射す
る時間を制御する光量制御を行うようになっている。

【００６１】上記第４の実施の形態に係るプロジェクタ
装置１の動作を説明する。制御部１０は、各色の画像信
号Ｓに基づいて発光素子アレイ部ドライバー８および空
間光変調部ドライバー９を制御する。発光素子アレイ部
ドライバー８は、制御部１０の点灯制御により発光素子
アレイ部２の各ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを
駆動する。空間光変調部ドライバー９は、制御部１０の
光量制御により空間光変調部４の各２次元マイクロ偏向
ミラーアレイ４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂを駆動する。赤色
ＬＥＤアレイ２０Ｒは赤色光Ｌｒを発光し、緑色ＬＥＤ
アレイ２０Ｇは緑色光Ｌｇを発光し、青色ＬＥＤアレイ
２０Ｂは青色光Ｌｂを発光する。各ＬＥＤアレイ２０
Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂで発光した赤色光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ
および青色光Ｌｂは、マスク２１によって周辺部がカッ
トされた後、整形光学系３のマイクロレンズアレイ３０
を構成するマイクロレンズによって平行光に整形され、
縮小光学器３３によって縮小され、空間光変調部４に入
射する。空間光変調部４に入射した発光素子アレイ部２
からのＲ，Ｇ，Ｂの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂは、空間
光変調部４で反射する際に、空間光変調部ドライバー９
によって各色の画像信号Ｓに応じて反射光量が変化する
空間変調が画素毎に施される。すなわち、２次元マイク
ロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂは、ＬＥＤ
アレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂからの３原色光Ｌｒ，Ｌ
ｇ，Ｌｂを有効反射光とする場合は、３原色光Ｌｒ，Ｌ
ｇ，Ｌｂをダイクロイックミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに反
射し、無効反射光とする場合は、３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，
Ｌｂをストッパー４４に反射する。２次元マイクロ偏向
ミラーアレイ４３Ｒによって有効反射光として空間変調
された赤色光Ｌｒは、ダイクロイックミラー５Ｒで反射
し、ダイクロイックミラー５Ｇを透過してダイクロイッ
クミラー５Ｂをさらに透過する。２次元マイクロ偏向ミ
ラーアレイ４３Ｇによって有効反射光として空間変調さ
れた緑色光Ｌｇは、ダイクロイックミラー５Ｇで反射し
てダイクロイックミラー５Ｂを透過する。２次元マイク
ロ偏向ミラーアレイ４３Ｂによって有効反射光として空
間変調された青色光Ｌｂは、ダイクロイックミラー５Ｂ
で反射する。従って、ダイクロイックミラー５Ｂで赤色
光Ｌｒ，緑色光Ｌｇ，青色光Ｌｂが１つの光束（Ｌｒ，
Ｌｇ，Ｌｂ）に合成される。投影光学系７は、合成され
た画像光７ａをスクリーン６に拡大投影する。このよう
にして、フルカラー画像がスクリーン６に大画面で表示
される。

【００６２】次に、上記第４の実施の形態に係るプロジ
ェクタ装置１の効果を説明する。 (イ) 光利用効率が向上し、明るい表示画面が得られる。
この装置１の光学系における光透過効率は、発光素子ア
レイ部２および整形光学系３では９０％、２次元マイク
ロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂの反射率は
９０％、合成光学系５では８５％，投影光学系７では８
５％であるので、総合の光利用効率は約５８％と従来の
約２９倍になった。また、第１の実施の形態と同様に全
アレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの明るさは約２，０００
ｌｍが得られた。従って投影光束としては１１６０ｌｍ
と従来の約１４．５倍の明るさが得られた。

【００６３】(ロ) 低消費電力化を達成でき、小型化が図
れる。発光効率の高いＬＥＤを用いているので、第１の
実施の形態と同様に、約２割の電力と発熱量の低減が図
られ、ＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの全消費電
力は約８０Ｗ以下と従来の約１／２に抑えられた。

【００６４】(ハ) 光源の長寿命化が図れる。光源である
ＬＥＤ２２の寿命は１万時間以上と従来より１０倍以上
の大幅な長寿命化が図れる。

【００６５】なお、第４の実施の形態では、光源として
２次元のＬＥＤアレイ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを使用し
たが、これに限らず、第２および第３の実施の形態で使
用したＶＣＳＥＬアレイやＬＤアレイを使用して同様の
効果を得ることができる。さらに、空間光変調器として
２次元マイクロ偏向ミラーアレイ４３Ｒ、４３Ｇ、４３
Ｂの替わりに反射型液晶空間光変調器を使用しても同様
の効果を得ることが可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、光
源の出力光が指向性を有しているので、光利用効率の大
幅な改善を図ることができ、明るい表示画面が得られ
る。また、光源に発光効率の高い半導体発光素子を用い
ているので、低消費電力化が達成できる。また、光利用
効率が高くなり、低消費電力化が図れることから、光源
の長寿命化が図れる。この結果、家庭や小会議室等への
普及が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロジェクタ
装置の構成図である。

【図２】第１の実施の形態に係るＬＥＤの出力光の指向
性を示す図である。

【図３】第１の実施の形態に係る発光素子アレイ部と整
形光学系との関係を示す図である。

【図４】第１の実施の形態に係る縮小光学器の詳細を示
す図である。

【図５】第１の実施の形態に係る空間光変調部の詳細を
示す図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るプロジェクタ
装置の構成図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係るプロジェクタ
装置の構成図である。

【図８】第３の実施の形態に係る半導体レーザ（ＬＤ）
の出力光の指向性を示す図である。

【図９】(a) は発光素子アレイ部および整形光学系との
関係を示す側面図、(b) はその正面図である。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るプロジェク
タ装置の構成図である。

【図１１】空間光変調器に液晶空間光変調器を用いた従
来のプロジェクタ装置の構成図である。

【図１２】空間光変調器に２次元マイクロ偏向ミラーア
レイを用いた従来のプロジェクタ装置の構成図である。

【符号の説明】

１プロジェクタ装置２発光素子アレイ部２０Ｒ赤色ＬＥＤアレイ２０Ｇ緑色ＬＥＤアレイ２０Ｂ青色ＬＥＤアレイ２１マスク２１ａ開口部２２ＬＥＤ２２ａ，２２ｂ出力光２４ＶＣＳＥＬアレイ２５Ｒ，２５Ｂ端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）ア
レイ２５０ＧａＡｓ基板２５１発振部２５２出力光２５３端面３整形光学系３０マイクロレンズアレイ３０ａマイクロレンズ３０ｂ，３３ａ平行光３１凸レンズ３２凹レンズ３３縮小光学器３４拡大光学器３５マイクロシリンドリカルレンズアレイ３５ａマイクロシリンドリカルレンズ３６シリンドリカルレンズ３６ａ平行光４空間光変調部４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ，４０Ｒ′，４０Ｂ′ 液晶空
間光変調器４１微小レンズアレイ４１ａ微小レンズ４２コリメータレンズ４２ａ平行光４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂ２次元マイクロ偏向ミラーア
レイ４４ストッパー４００液晶４０１透明電極４０２前側基板４０３後側基板４０４偏向子４０５検光子５合成光学系５Ｒ，５Ｇ，５Ｂダイクロイックミラー６スクリーン７投影光学系７ａ画像光８発光素子アレイ部ドライバー９空間光変調部ドライバー１０制御部Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，Ｄ₄，Ｄ₅，Ｄ₆ 距離Ｌｒ赤色光Ｌｒ′ 赤色レーザ光Ｌｇ緑色光Ｌｂ青色光Ｌｂ′ 青色レーザ光Ｓ画像信号Ｗ開口数 θ 広がり角 θｖ垂直方向の広がり角 θｈ水平方向の広がり角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (56)参考文献特開平７−72498（ＪＰ，Ａ) 特開平10−269802（ＪＰ，Ａ) 特開平10−293545（ＪＰ，Ａ) 特開平10−239771（ＪＰ，Ａ) 特開平10−123512（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 - 21/30 G02F 1/13 G02F 1/1335 - 13363 G02B 27/18 G03B 33/12 H04N 5/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元に配列された複数のレーザ素子を有
し、前記複数のレーザ素子から所定の直線偏光の複数の
レーザ光を出射する面発光型あるいは端面発光型のレー
ザダイオードアレイと、前記複数のレーザ素子から出射された前記複数のレーザ
光を所定のサイズの平行光に整形する整形光学系と、前記所定のサイズに対応した画素領域を有し、前記平行
光に画像信号に応じた空間変調を画素毎に施して画像信
号光を出力する空間光変調手段と、前記空間光変調手段によって空間変調された前記画像信
号光をスクリーンに拡大して投影する投影光学系を備
え、前記空間光変調手段は、前記整形光学系側に偏光子を設
けず、前記投影光学系側に検光子を設けた液晶空間光変
調器であり、前記検光子の透過偏波面と前記レーザダイ
オードアレイからの前記複数のレーザ光の偏波面とが直
交するようにしたことを特徴とするのプロジェクタ装
置。
【請求項２】前記複数のレーザ素子は、水平および垂直
のブランキング期間に消灯される構成の請求項１記載の
プロジェクタ装置。
【請求項３】前記複数のレーザ素子は、縦横比を前記ス
クリーンに投影される画面の縦横比と同程度とした構成
の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項４】前記複数のレーザ素子は、行単位で直列に
接続あるいは結合され、かつ、各行が並列に接続あるい
は結合された構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項５】前記整形光学系は、前記複数のレーザ素子
の前記出力光を均一な光強度分布を有する前記平行光に
整形する構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項６】前記整形光学系は、前記レーザダイオード
アレイの前面に前記複数のレーザ素子に対向するように
配置され、前記複数のレーザ素子から出射された前記複
数のレーザ光を前記平行光に整形する複数のマイクロレ
ンズによって構成される請求項１記載のプロジェクタ装
置。
【請求項７】前記整形光学系は、前記レーザダイオード
アレイの前面に配置されたホモジナイザと、前記ホモジ
ナイザの後段に配置された集光レンズを有し、前記ホモ
ジナイザによる散乱光を前記集光レンズによって集光す
ることにより、前記複数のレーザ素子から出射された前
記複数のレーザ光を前記平行光に整形する構成の請求項
１記載のプロジェクタ装置。
【請求項８】前記整形光学系は、前記レーザダイオード
アレイの前面に前記複数のレーザ素子に対向するように
配置された複数のマイクロシリンドリカルレンズと、前
記複数のマイクロシリンドリカルレンズの後段に配置さ
れ、前記マイクロシリンドリカルレンズの曲率の方向と
直交する方向の曲率を有する単一のシリンドリカルレン
ズを有し、前記複数のマイクロシリンドリカルレンズお
よび前記シリンドリカルレンズによって前記複数のレー
ザ素子から出射された前記複数のレーザ光を前記平行光
に整形する構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項９】前記整形光学系は、主として２つのレンズ
により前記複数のレーザ素子から出射された前記複数の
レーザ光を拡大あるいは縮小して前記平行光に整形する
構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項１０】２次元に配列された複数の半導体発光素
子を有し、前記複数の半導体発光素子から指向性を有す
る複数の出力光を出射する発光素子アレイと、前記複数の半導体発光素子から出射された前記複数の出
力光を所定のサイズの平行光に整形する整形光学系と、前記所定のサイズに対応した画素領域を有し、前記平行
光に画像信号に応じた空間変調を画素毎に施して画像信
号光を出力する空間光変調手段と、前記空間光変調手段によって空間変調された前記画像信
号光をスクリーンに拡大して投影する投影光学系を備
え、前記複数の半導体発光素子は、水平および垂直のブラン
キング期間に消灯されることを特徴とするプロジェクタ
装置。
【請求項１１】複数の半導体発光素子を有し、前記複数
の半導体発光素子から複数の赤色光、緑色光、青色光を
それぞれ出射する３つの発光素子アレイと、前記３つの発光素子アレイの前記複数の半導体発光素子
から出射された前記複数の赤色光、緑色光、青色光を所
定のサイズの平行光にそれぞれ整形する３つの整形光学
系と、前記所定のサイズに対応した画素領域を有し、前記３つ
の整形光学系によってそれぞれ整形された前記平行光に
画像信号に応じた空間変調を画素毎に施して前記複数の
赤色光、緑色光、青色光に対応した３つの画像信号光を
出力する３つの空間光変調手段と、前記３つの空間光変調手段から出力された前記３つの画
像信号光を３つのダイクロイックミラーによってそれぞ
れ所定の方向に反射あるいは通過させることにより前記
３つの画像信号光を合成する合成光学系と、前記合成光学系によって合成された画像光をスクリーン
に拡大して投影する投影光学系を備えたことを特徴とす
るプロジェクタ装置。
【請求項１２】前記空間光変調手段は、液晶空間光変調
器であることを特徴とする請求項１１記載のプロジェク
タ装置。
【請求項１３】前記空間光変調手段は、２次元光偏向ミ
ラーアレイであることを特徴とする請求項１１記載のプ
ロジェクタ装置。