JP4349048B2

JP4349048B2 - プロジェクタ

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Publication number: JP4349048B2
Application number: JP2003330231A
Authority: JP
Inventors: 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005099160A

Description

本発明は、光源装置およびプロジェクタに関するものである。

光源装置から照射された光を液晶ライトバルブ等の光変調手段に入射させ、光変調手段から出射された画像光を投射レンズ等によりスクリーンに拡大投射させるプロジェクタが広く知られている。
このプロジェクタの光源装置として、従来はメタルハライドランプやハロゲンランプ等が利用されていたが、近時では光源装置およびプロジェクタの小型化を図るため、発光ダイオード（ＬＥＤ）を整列配置した光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１１２０３１号公報

しかしながら、ＬＥＤは面光源であり光源の大きさが大きい事と、放射分布が拡散であることから、明るさを確保するのが困難であるという問題がある。
そこで、上述したＬＥＤに代えて高出力の半導体レーザ（ＬＤ）を採用することが考えられるが、緑色光を直接発光するＬＤは入手困難である。

また、ＬＥＤ等の固体光源を採用した場合には、明るさムラや色ムラ等が発生するおそれがある。このムラを補正するため、レンズアレイ等の光学手段を採用することも考えられるが、その光学手段は大型なものとなり、プロジェクタが大型化することになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型化および明るさの確保が可能であり、またムラの低減が可能な、光源装置およびプロジェクタの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光源装置は、励起レーザと、前記励起レーザにより励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質で発生した光をレーザ発振させる発振器と、前記発振器により発振されたレーザ光を所望波長レーザ光に変換する波長変換素子とを有する光源装置であって、前記励起レーザは、面発光レーザであることを特徴とする。
面発光レーザは、基板上の任意の位置に半導体結晶を成長させて形成することが可能であり、励起レーザの集積度を向上させることが可能である。したがって、プロジェクタを小型化することができる。また、面発光レーザはＬＥＤに比べて高出力であり、プロジェクタの明るさを確保することができる。

また、一の前記発振器に対して、複数の前記励起レーザからのレーザ光が入射可能とされていることが望ましい。
固体レーザ媒質で発生した光をレーザ発振させるには、発振器の両端面に配置される一対の共振ミラーの平行度を厳密に確保する必要がある。本発明では、励起レーザより少数の発振器について共振ミラーの平行度を確保すれば足りるので、プロジェクタの製造コストを低減することができる。

また、前記発振器は、前記面発光レーザの発光面に隣接配置されていることが望ましい。
励起レーザと発振器とが離間している場合には、励起レーザからの光を発振器に集光するため、マイクロレンズアレイを設ける必要がある。本発明によれば、励起レーザからの光が発散する前に発振器に入射するので、マイクロレンズアレイが不要となる。したがって、プロジェクタの製造コストを低減することができる。

一方、本発明のプロジェクタは、光源装置からの光を変調して画像光を作製し、前記画像光をスクリーンに投射するプロジェクタであって、前記光源装置として、上述した光源装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、小型で明るく、低コストのプロジェクタを提供することができる。

また、本発明の他のプロジェクタは、光源装置からの光を変調して画像光を作製し、前記画像光をスクリーンに投射するプロジェクタであって、前記光源装置は、励起レーザと、前記励起レーザにより励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質で発生した光をレーザ発振させる発振器と、前記発振器により発振されたレーザ光を所望波長レーザ光に変換する波長変換素子とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、プロジェクタにおける３原色の光源にレーザ光源を用いることが可能になり、プロジェクタの明るさを確保することができる。

また、前記光源装置は、整列配置された複数の前記励起レーザを有することが望ましい。
この構成によれば、プロジェクタの明るさを確保することができる。

また、前記光源装置は、前記プロジェクタの緑色光源装置であることが望ましい。
この構成によれば、緑色光を直接発光するレーザが入手困難な場合でも、人間による視角感度が高い緑色光を、高出力のレーザ光で構成することが可能になる。したがって、プロジェクタの明るさを確保することができる。

なお、前記プロジェクタの赤色光源装置および／または青色光源装置は、固体光源を備えていてもよい。
この構成によれば、人間による視角感度が比較的低い赤色光および／または青色光の光源装置が固体光源で構成されるので、プロジェクタの色バランスを確保しつつ、製造コストを低減することができる。

また、前記光源装置の光軸上に、前記光源装置から入射するレーザ光の拡散手段または位相差付与手段が配設され、前記拡散手段は、前記レーザ光の入射面を変更可能に形成されていることが望ましい。
レーザ光の干渉によって生じるスペックルパターンは、画像光の表示品質を低下させる原因となる。本発明では、拡散手段または位相差付与手段によりレーザ光を拡散・位相差付与するだけでなく、レーザ光の入射面を変更して拡散・位相差状態を変化させることができるので、スペックルパターンの発生を防止することができる。したがって、プロジェクタの表示品質を向上させることができる。

また、前記光源装置は、整列配置された複数の前記励起レーザを有し、前記各励起レーザは、複数のグループごとに独立して発光量を調整可能に形成され、前記各グループに起因する光源光が、前記画像光の所定領域を構成するように形成され、前記スクリーンに投射された前記画像光におけるムラの発生領域および程度を検知するセンサを用い、前記センサが前記ムラの発生を検知した場合に、前記ムラの発生領域に対応する前記グループにつき、前記ムラの程度に応じて発光量を調整する制御部を備えることが望ましい。
この構成によれば、光源装置が固体光源を備えている場合でも、レンズアレイ等の光学手段を大型化することなく、画像光におけるムラを補正することが可能になる。したがって、プロジェクタを大型化することなく、表示品質を向上させることができる。

また、本発明の他のプロジェクタは、光源装置からの光を変調して画像光を作製し、前記画像光をスクリーンに投射するプロジェクタであって、レーザ光を出射する前記光源装置の光軸上に、前記光源装置から入射するレーザ光の拡散手段または位相差付与手段が配設され、前記拡散手段または位相差付与手段は、前記レーザ光の入射面を変更可能に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、光源装置としてレーザ光を出射するものを用いても、光源装置から出射するレーザ光の干渉によるスペックルパターンの発生を防止することができる。レーザ光の干渉によって生じるスペックルパターンは、画像光の表示品質を低下させる原因となる。本発明では、拡散手段または位相差付与手段によりレーザ光を拡散・位相差付与するだけでなく、レーザ光の入射面を変更して拡散・位相差状態を変化させることができるので、スペックルパターンの発生を防止することができる。したがって、プロジェクタの表示品質を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［プロジェクタ］
図１は、本実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す平面図である。本実施形態のプロジェクタ１は、青色光源装置１００、赤色光源装置２００、および緑色光源装置３００と、各色光源装置から出射された光源光を変調する光変調手段１９０，２９０，３９０と、各光変調手段から出射された変調光を合成して画像光を作製するクロスダイクロイックプリズム１０と、画像光を拡大してスクリーン３０に投射する投射レンズ２０とを備えている。

（青色光源）
青色光源装置１００は、複数の固体光源１１２が整列配置された光源アレイ１１０と、各固体光源１１２からの光を略平行光に変換するマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１２０とを有している。

青色光源装置１００の固体光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）１１２が採用されている。ＬＥＤ１１２は、ｐｎ接合部に電流が流れると発光するダイオードである。青色光を発光するＬＥＤ１１２は、サファイヤ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の基板上に、ＧａＩｎＮ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。なお、同じ半導体材料を接合したホモ接合型のＬＥＤでは、発光部に注入されたキャリアに対する障壁がないため、キャリアが半導体中の拡散距離にまで広がってしまう。これに対して、異なる半導体材料を接合したヘテロ接合型のＬＥＤでは、キャリアに対する障壁を構造中に作りこむため、発光部に注入されるキャリアの密度を大幅に増大させることができる。特に、クラッド層の間に発光層を挟み込んだダブルヘテロ接合型のＬＥＤでは、発光層の幅が狭いほどキャリア密度を高めることが可能になり、内部量子効率を向上させることができる。一方、ホモ接合型のＬＥＤでは、外界に接する材料と発光部の材料とが同じであるため、発光が自分自身の材料で吸収されてしまう。これに対して、ダブルヘテロ接合型のＬＥＤでは、バンドギャップの広い材料からなるクラッド層の間にバンドギャップの狭い材料からなる発光層が挟み込まれているので、自己吸収が減少して光取り出し効率を向上させることができる。したがって、発光効率に優れたダブルヘテロ接合型のＬＥＤ１１２を採用することが望ましい。

青色光のＬＥＤ１１２では、サファイヤ基板が電気絶縁体であるため、ｐ側電極およびｎ側電極がいずれも基板と反対側の結晶成長面に形成されている。なお、各電極を透明材料で構成すれば、電極側から光を取り出すことも可能であるが、電極による光損失が避けられない。そこで、ｐ側電極およびｎ側電極の表面にバンプ等を形成し、ＬＥＤ１１２を２次基板に対してフリップチップボンディングしてもよい。この場合、各電極に高反射率の金属を用いることが可能となり、また透明なサファイヤ基板から光を取り出すことができるので、光取出し効率を向上させることができる。一方、ＬＥＤ１１２の表面は、エポキシ樹脂等の屈折率が高い透明材料によって封止されている。この場合、ＬＥＤ１１２を構成する半導体材料と封止材料との屈折率差が小さくなるので、ＬＥＤ１１２の表面で全反射する光が減少して内部反射が抑制される。なお、封止部材の表面を半球状とすれば、その表面で全反射する光も減少する。これらにより、自己吸収が減少して光取出し効率を向上させることができる。

上述したように、青色光源装置１００にＬＥＤ１１２を採用すれば、プロジェクタ１の製造コストを低減することができる。なお、３原色のうち青色は人間による視覚感度が最も低いので、青色光源装置には比較的高出力が要求されない。したがって、青色光源装置にＬＥＤ１１２を採用した場合でも、プロジェクタ１の色バランスを低下させることがない。なお、青色光源装置１００の固体光源として、後述する半導体レーザを採用してもよい。

そして、上述したＬＥＤ１１２が基板上に整列配置されて、ＬＥＤアレイ１１０が構成されている。なお、隣接するＬＥＤ１１２相互の隙間ができるだけ小さくなるように、各ＬＥＤ１１２を最密充填配置することが望ましい。これにより、光変調手段１９０の全領域を明るく照明することが可能になり、プロジェクタ１の明るさを確保することができる。
また、ＬＥＤアレイ１１０の後方（光の照射方向）には、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）１２０が配設されている。このＭＬＡ１２０は、ガラス材料等からなる複数の凸レンズを各ＬＥＤ１１２の光軸上に整列配置して形成されている。このＭＬＡ１２０により、各ＬＥＤ１１２から放射状に出射された光が略平行光に変換されて、光変調手段１９０の所定領域に入射するようになっている。

（赤色光源）
一方、赤色光源装置２００は、複数の固体光源２１２が整列配置された光源アレイ２１０と、固体光源２１２からの光を略平行光に変換するマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）２２０とによって構成されている。

赤色光源装置２００の固体光源として、半導体レーザ（ＬＤ）２１２が採用されている。ＬＤ２１２は、半導体素子からの光を誘導放出により増幅して出射させるものである。赤色光を発光するＬＤ２１２は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成する。そして、ＡｌＧａＩｎＰ等からなるクラッド層の間に、ＧａＩｎＰ等からなる活性層を挟み込んだダブルヘテロ構造が採用されている。これにより、バンドギャップの広いクラッド層の間にバンドギャップの狭い活性層が挟み込まれるので、活性層内に効率よく反転分布の状態を作り出すことができる。また、屈折率の小さいクラッド層の間に屈折率の大きい活性層が挟み込まれるので、活性層で発生した光がクラッド層との界面で全反射されて、光フィードバックを実現することができる。これにより、誘導放出が発生して光が増幅（レーザ発振）され、ＬＤ２１２の端面からレーザ光が出射される。このレーザ光は、波長や位相が整った強い光となり、プロジェクタ１の明るさを確保することができる。また、赤色のＬＤ２１２は比較的安価であり、プロジェクタ１の製造コストを低減することができる。なお、赤色光源装置２００の固体光源として、上述した発光ダイオードを採用してもよい。

そして、上述したＬＤ２１２が基板上に整列配置されて、ＬＤアレイ２１０が構成されている。なお、隣接するＬＤ２１２相互の隙間ができるだけ小さくなるように、各ＬＤ２１２を最密充填配置することが望ましい。これにより、光変調手段２９０の全領域を明るく照明することが可能になり、プロジェクタ１の明るさを確保することができる。
なお、上述した端面発光レーザを用いてＬＤアレイ２１０を形成するには、ＬＤ２１２の個片を基板上に実装する必要があり、ＬＤアレイ２１０集積度の向上に限界がある。そこで、ＬＤ２１２として面発光（縦型）レーザを採用してＬＤアレイ２１０を形成することが望ましい。面発光レーザは、活性層の上下に多層膜反射鏡を有するものである。この多層膜反射鏡は、屈折率の違う材料を交互に積み重ねて構成されている。そして、活性層から出た光が多層膜反射鏡で反射されながら増幅され、上部電極に形成された開口部から出射されるようになっている。この面発光レーザでは、基板上の任意の位置に半導体結晶を成長させてＬＤアレイ２１０を形成することができるので、ＬＤアレイ２１０の製造コストを低減することができるとともに、ＬＤアレイ２１０の集積度を向上させることができる。また、端面発光レーザではレーザ光のスポット形状が楕円形となるのに対して、面発光レーザでは円形となる。したがって、集光光学系が簡略化され、プロジェクタ１の低コスト化および小型化が可能になる。

また、ＬＤアレイ２１０の後方（光の照射方向）には、青色光源装置１００の場合と同様のマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）２２０が配設されている。このＭＬＡ２２０により、各ＬＤ２１２から出射された光が略平行光に変換されて、光変調手段２９０の所定領域に入射するようになっている。

（緑色光源）
一方、緑色光源装置３００は、ＤＰＳＳ（Diode Pomping Solid State）レーザによって構成されている。ＤＰＳＳレーザは、励起レーザ（ポンピングレーザ）３１２と、励起レーザ３１２により励起される固体レーザ媒質３３２と、固体レーザ媒質３３２で発生した光をレーザ発振させる発振器３３０と、発振器３３０により発振されたレーザ光を所望波長レーザ光に変換する波長変換素子３３４とを備えている。

図２（ａ）に、緑色光源装置３００の側面断面図を示す。緑色光源装置３００の励起レーザとして、半導体レーザ（ＬＤ）３１２が採用されている。これにより、ＤＰＳＳレーザは半導体励起固体レーザとなっている。このＬＤ３１２は、波長８０８ｎｍ付近の赤外レーザ光を発振するものであり、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の基板上にＡｌＧａＡｓ系の化合物半導体結晶を成長させることによって形成されている。そして、ＡｌＧａＡｓ等からなるクラッド層の間に、ＧａＡｓ等からなる活性層を挟み込んだダブルヘテロ構造が採用されている。このＬＤ３１２が基板上に整列配置されて、ＬＤアレイ３１０が構成されている。なお、隣接するＬＤ３１２相互の隙間ができるだけ小さくなるように、各ＬＤ３１２を最密充填配置することが望ましい。これにより、光変調手段３９０の全領域を明るく照明することが可能になり、プロジェクタの明るさを確保することができる。

なお、上述した面発光（縦型）レーザをＬＤ３１２に採用して、ＬＤアレイ３１０を形成することが望ましい。なお一例をあげれば、各面発光レーザの出力は１〜１０ｍＷ程度とし、ＬＤアレイ３１０における面発光レーザの個数は１０×１０ないし１００×１００程度とする。この面発光レーザを採用すれば、基板上の任意の位置に半導体結晶を成長させてＬＤアレイ２１０を形成することができるので、ＬＤアレイ２１０の製造コストを低減することができる。また、ＬＤアレイ２１０の集積度を向上させることができるので、プロジェクタを小型化することができる。さらに、端面発光レーザではレーザ光のスポット形状が楕円形となるのに対して、面発光レーザでは円形となる。したがって集光光学系が簡略化され、プロジェクタを低コスト化および小型化することができる。

また、ＬＤ３１２の後方には発振器３３０が設けられている。発振器３３０は、一対の共振ミラー３３６，３３８の間に、固体レーザ媒質３３２および波長変換素子３３４が挟持されて構成されている。
固体レーザ媒質３３２として、ネオジウムを添加したバナジウム酸塩（Ｎｄ：ＹＶＯ_２）の結晶が採用されている。この結晶は、ＬＤ３１２により発振された波長８０８ｎｍ付近の赤外レーザ光を受けて、波長１０６４ｎｍ付近の赤外光を励起するものである。なお固体レーザ媒質３３２として、Ｎｄ：ＹＶＯ_２以外にも、波長１０６４ｎｍ付近の赤外光を励起するＮｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ_４、波長１０６２ｎｍ付近の赤外光を励起するＮｄ：ＬＳＢ、波長１０６０ｎｍ付近の赤外光を励起するＮｄ：Ｇｌａｓｓ、波長１０５３ｎｍ付近の赤外光を励起するＮｄ：ＹＬＦ、波長１０８４ｎｍおよび１０９２ｎｍ付近の赤外光を励起するＮｄ：ＮｉＮｂＯ_４（niodymium doped lithium niobate）などを採用することが可能である。
また、波長変換素子３３４として、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）の結晶が採用されている。この結晶は、固体レーザ媒質３３２により励起された波長１０６４ｎｍ付近の赤外光を受けて、その第２高調波である波長５３２ｎｍ付近の緑色光を発生させるものである。

さらに、固体レーザ媒質３３２の前方（ＬＤアレイ３１０側）端面には、少なくとも波長８０８ｎｍ付近の赤外光を全透過するとともに、波長１０６４ｎｍ付近の赤外光を全反射するようなコーティングが施されて、第１共振ミラー３３６が形成されている。また、波長変換素子３３４の後方（光変調手段３９０側）端面には、少なくとも波長１０６４ｎｍ付近の赤外光を全反射するとともに、波長５３２ｎｍ付近の緑色光に対して無反射となるようなコーティングが施されて、第２共振ミラー３３８が形成されている。
そして、固体レーザ媒質３３２で励起された波長１０６４ｎｍ付近の赤外光は、一対の共振ミラーの間で全反射を繰り返しながら増幅されてレーザ発振し、波長１０６４ｎｍ付近の赤外レーザ光を発生させる。また波長変換素子３３４は、発生した赤外レーザ光の第２高調波である波長５３２ｎｍ付近の緑色レーザ光を発生させる。そして、発生した緑色レーザ光は、第２共振ミラーから後方に出射されるようになっている。なお、ＬＤ３１２から照射された波長８０８ｎｍ付近の赤外レーザ光の一部が、発振器３３０を透過して光変調手段３９０に入射すると、光変調手段３９０を損傷するおそれがある。そこで、発振器３３０と光変調手段３９０との間に、赤外カットフィルタ３４０を設けることが望ましい。

なお、固体レーザ媒質３３２で励起された赤外光をレーザ発振させるため、一対の共振ミラー３３６，３３８は、厳密に平行配置する必要がある。この点、本実施形態では、ＬＤ３１２より少数（１個）の発振器３３０を設けて、複数のＬＤ３１２から出射された赤外レーザ光を同一の発振器３３０に入射させる構成となっている。そのため、ＬＤ３１２より少数（１個）の発振器３３０について、一対の共振ミラー３３６，３３８の平行度を確保すれば足りるので、プロジェクタの製造コストを低減することができる。
一方、平行配置された一対の共振ミラー３３６，３３８の間で全反射を繰り返す間に、固体レーザ媒質３３２で励起された赤外光は平行光に変換される。これに伴って、波長変換素子３３４で発生する緑色レーザ光も平行光となってＤＰＳＳレーザから出射されることになる。また、励起レーザにより発振される赤外レーザ光は、特定方向のみに振動する偏光によって構成されるので、ＤＰＳＳレーザから出射される緑色レーザ光も偏光によって構成される。ここで、波長変換素子３３４の結晶方位を調整することにより、ＤＰＳＳレーザから出射された緑色レーザ光の偏光方向を調整することができる。

また、ＬＤアレイ３１０と発振器３３０との間には、第１マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）３２０が配設されている。このＭＬＡ３２０は、ガラス材料等からなる複数の凸レンズを各ＬＤ３１２の光軸上に整列配置して形成されている。そして、各ＬＤ３１２から出射された赤外レーザ光は、第１ＭＬＡ３２０により集光され、固体レーザ媒質３３２において結像されるようになっている。これにより、固体レーザ媒質３３２を効率よく励起させることができる。さらに、赤外カットフィルタ３４０と光変調手段３９０との間には、第２マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）３５０が配置されている。このＭＬＡ３５０は、ガラス材料等からなる複数の凹レンズを各ＬＤ３１２の光軸上に整列配置して形成されている。そして、ＤＰＳＳレーザから出射された平行光は第２ＭＬＡ３５０により所定角度で発散され、光変調手段３９０の所定領域に入射するようになっている。

図２（ｂ）は、緑色光源装置の変形例の側面断面図である。図２（ｂ）に示すように、ＬＤアレイ３１０の各ＬＤ３１２に対して、発振器３３０を隣接配置してもよい。特に、各ＬＤ３１２として面発光レーザを採用した場合には、発光面が平坦面となるので、各ＬＤ３１２に対して発振器３３０を近接配置することができる。各ＬＤ３１２に対して発振器３３０を隣接配置した場合、各ＬＤ３１２から出射された赤外レーザ光が発散する前に発振器３３０に入射するので、上記と同様に固体レーザ媒質３３２を効率よく励起させることができる。これにより、ＬＤ３１２から射出された赤外レーザ光を集光するための第１ＭＬＡが不要となり、光源装置３００およびプロジェクタの小型化および低コスト化を実現することができる。また、発振器３３０の後方に赤外カットフィルタ３４０および第２ＭＬＡ３５０を順次隣接配置してもよい。これにより、光源装置３００およびプロジェクタをより小型化することができる。

（光拡散板・位相差板）
一方、図１に示すように、緑色光源装置３００と光変調手段３９０との間には、レーザ光の拡散手段３８０が設けられている。図３はレーザ光拡散手段の説明図であって、図３（ａ）は正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における底面断面図である。レーザ光拡散手段３８０は、主に拡散板３８２および中心軸３８４で構成されている。拡散板３８２は、表面に微細な凹凸を有するすりガラス等によって構成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、緑色光源装置から拡散板３８２に入射したレーザ光３８６は、拡散板３８２の表面の微細な凹凸により拡散されて光変調手段に出射される。これにより、レーザ光のスペックルパターンの発生を防止することが可能になる。

ところで、図３（ａ）に示すように、拡散板３８２におけるレーザ光の入射面３８８が変化しない場合には、レーザ光の拡散状態が常に一定となって画像光にザラツキ感が生じる。そこで、拡散板３８２はディスク状に形成され、中心軸３８４の周りを回転可能に構成されている。なお、４００〜１０００ｒｐｍ程度の回転数で拡散板３８２が回転するように構成することが望ましい。これにより、拡散板３８２におけるレーザ光の入射面３８８が時間的に変化することになり、レーザ光の拡散状態を時間的に変化させることができる。したがって、ザラツキ感のない良好な画像表示を得ることができる。なお図１に示すように、半導体レーザ２１２を備えた赤色光源装置２００の後方にも、上記と同様のレーザ光の拡散手段２８０が設けられている。

なお、上述した光拡散板の代わりに、位相差付与手段である位相差板を配置してもよい。図３（ｃ）は位相差板の説明図であって、図３（ａ）のＡ−Ａ線に相当する部分における底面断面図である。この位相差板３８２ｂはガラス等からなり、その表面には凹凸が形成されて、部分的に厚さが異なっている。そして、緑色光源装置から位相差板３８２ｂに入射したレーザ光が、厚さの異なる位相差板３８２ｂを透過する過程で、部分的に位相差が付与されるようになっている。さらに、位相差板３８２ｂは中心軸３８４ｂの周りを回転可能に形成され、レーザ光の入射面を変更しうるようになっている。このような位相差板３８２ｂを配置することによっても、拡散板の場合と同様にレーザ光のスペックルパターンの発生を防止することができる。

そして、図１に示すように、レーザ光の拡散手段３８０の後方には、光変調手段３９０が配置されている。本実施形態では、光変調手段３９０として液晶ライトバルブが採用されている。液晶ライトバルブは、一対の透明基板により液晶層が挟持された液晶パネルの両外側に、入射側偏光板および出射側偏光板を配置して構成されている。入射側偏光板は、その透過軸が例えばｓ偏光の方向に設定され、入射光のうちｓ偏光のみを透過する。液晶パネルは、与えられた画像情報（画像信号）に従って、入射光の偏光方向を変調する。出射側偏光板は、その透過軸が例えばｐ偏光の方向に設定され、入射光のうちｐ偏光のみを透過する。これにより、液晶ライトバルブは、与えられた画像情報に従って入射光を変調し、画像を形成する機能を有している。なお、青色光源装置１００および赤色光源装置２００の後方にも、光変調手段１９０，２９０として上記と同様の液晶ライトバルブが配置されている。

ところで、ＤＰＳＳレーザから出射される緑色レーザ光は、上述したように偏光によって構成される。そこで、波長変換素子３３４を構成するＫＴＰ結晶の結晶方位を調整することにより、緑色レーザ光をｓ偏光とすることが可能である。この場合、光変調手段３９０の入射側偏光板が不要となり、プロジェクタ１の製造コストを低減することができる。

上述した光変調手段１９０，２９０，３９０は、クロスダイクロイックプリズム１０の３辺に沿って配置されている。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて構成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像光が形成されるようになっている。また、クロスダイクロイックプリズム１０の残る１辺には、投射光学系である投射レンズ２０が配置されている。クロスダイクロイックプリズム１０により合成された画像光は、投射レンズ２０により投射スクリーン３０上に投射され、拡大された画像が表示されるようになっている。

（ムラ補正機構）
ところで、半導体レーザや発光ダイオード等の固体光源を採用したプロジェクタでは、スクリーン３０上に投射された画像光に、明るさムラや色ムラ等が発生する場合がある。そこで、本実施形態のプロジェクタ１には、ムラ補正機構５０が設けられている。ムラ補正機構５０は、スクリーン３０上に投射された画像の色ムラを検知するセンサ５２と、センサ５２による検知結果に基づいて発光量を調整する制御部５４とを主として構成されている。センサ５２は、例えばＣＣＤカメラ等で構成されている。このセンサ５２は、スクリーン上に投射された画像を撮影して、画像の各領域における各色光の光強度を求める。この各色光の光強度を比較することにより、ムラの発生領域および程度を検知しうるようになっている。

図４（ａ）に、ＬＤアレイ３１０の配線例を示す。緑色光源装置のＬＤアレイ３１０では、各ＬＤ３１２の電気配線３１４が個別に引き出されている。これにより、各ＬＤ３１２は、それぞれ独立して発光量を調整しうるよう形成されている。なお、図１に示すように、赤色光源装置２００のＬＤアレイ２１０も同様に、各ＬＤ２１２の発光量を独立して調整しうるように形成されている。また青色光源装置１００のＬＥＤアレイ１１０も同様に、各ＬＥＤ１１２の発光量を独立して調整しうるように形成されている

そして、図１に示すように、各光源装置１００，２００，３００の光源アレイと、センサ５２との間に、制御部５４が接続されている。この制御部５４は、センサ５２が画像光のムラの発生を検知した場合に、ムラの発生領域に対応するＬＤまたはＬＥＤにつき、ムラの程度に応じて発光量を調整するものである。例えば、スクリーン３０に投射された画像光のＡ領域について、緑色光の発光量不足によりムラが発生している場合に、ムラ補正機構５０は以下のように動作する。まずセンサ５２が、Ａ領域におけるムラの発生と、緑色光の不足量とを検知して、制御部５４に出力する。制御部５４では、緑色光の不足量を補正するために必要なＬＤ３１２への電流供給量を算出し、Ａ領域に対応するＬＤ３１２に対して追加電流を供給する。なお、検知されたムラの程度とこれを補正するために必要な電流供給量との関係をあらかじめ制御部５４のデータベースに記録しておき、制御部５４はこのデータベースを用いて電流供給量を算出するようにしてもよい。以上の構成によれば、スクリーン３０に投射された画像光のムラを補正することができる。また、各ＬＤ３１２の発光量を個別に調整するので、精細なムラ補正が可能となり、プロジェクタの表示品質を向上させることができる。

図４（ｂ）に、ＬＤアレイ３１０の他の配線例を示す。図４（ｂ）に示すように、各ＬＤ３１２の電気配線３１４は、隣接するＬＤ３１２で構成されたグループ３１６ごとに引き出してもよい。この場合、制御部５４は、ムラの発生領域に対応するグループを構成するＬＤ３１２の全部に対して、発光量を同時に調整する。この構成によれば、ＬＤアレイ３１０の配線構造が簡略化されるとともに、制御部５４における制御プロセスも簡略化される。したがって、プロジェクタの製造コストを低減することができる。

以上に詳述したように、本実施形態のプロジェクタは、光源装置にＤＰＳＳレーザを採用した。この構成によれば、３原色の光源すべてを高出力のレーザ光源とすることが可能になり、プロジェクタの明るさを確保することができる。特に、人間による視覚感度が最も高い緑色光を直接発光する半導体レーザは現在入手困難であるが、ＤＰＳＳレーザでは赤外光を発光する励起レーザを用いて緑色レーザ光を得ることができる。このように、緑色光源装置としてＤＰＳＳレーザを採用することにより、優れた表示品質を有するプロジェクタを提供することができる。
また、本実施形態のプロジェクタは、レーザ光を出射する光源装置の光軸上に、光拡散板・光位相板を配置した。この構成によれば、光源装置としてレーザ光を出射するものを用いても、レーザ光の干渉によるスペックルパターンの発生を防止することができる。したがって、優れた表示品質を有するプロジェクタを提供することができる。

実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す平面図である。（ａ）は波長変換レーザの第１変形例の平面図であり、（ｂ）は波長変換レーザの第２変形例の平面図である。光拡散手段および位相差付与手段の説明図である。（ａ）はレーザアレイの第１配線例の説明図であり、（ｂ）はレーザアレイの第２配線例の説明図である。

符号の説明

１プロジェクタ３０スクリーン１００青色光源装置２００赤色光源装置３００緑色光源装置３１０光源アレイ３１２励起レーザ３３０発振器３３２固体レーザ媒質３３４波長変換素子

Claims

光源装置からの光を変調して画像光を作製し、前記画像光をスクリーンに投射するプロジェクタであって、
前記光源装置は、励起レーザと、前記励起レーザにより励起される固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質で発生した光をレーザ発振させる発振器と、前記発振器により発振されたレーザ光を所望波長レーザ光に変換する波長変換素子とを有し、
前記光源装置は、整列配置された複数の前記励起レーザを有し、
前記励起レーザは、面発光レーザであり、
一つの前記発振器に対して、複数の前記励起レーザからのレーザ光が入射可能とされ、
前記発振器は、前記面発光レーザの発光面に隣接配置され、
前記各励起レーザは、複数のグループごとに独立して発光量を調整可能に形成され、
前記各グループに起因する光源光が、前記画像光の所定領域を構成するように形成され、
前記スクリーンに投射された前記画像光におけるムラの発生領域および程度を検知するセンサを用い、
前記センサが前記ムラの発生を検知した場合に、前記ムラの発生領域に対応する前記グループにつき、前記ムラの程度に応じて発光量を調整する制御部を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
前記光源装置は、前記プロジェクタの緑色光源装置であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記プロジェクタの赤色光源装置および／または青色光源装置は、固体光源を備え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。
前記光源装置の光軸上に、前記光源装置から入射するレーザ光の拡散手段または位相差付与手段が配設され、
前記拡散手段または位相差付与手段は、前記レーザ光の入射面を変更可能に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ。