JP4901639B2 - 照明装置および投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびそれを用いた投写型映像表示装置に関するものであり、特に、レーザ光源を発光源とする場合に用いて好適なものである。

近年、半導体レーザ等の固体光源を用いた投写型映像表示装置（以下、「プロジェクタ」という）の開発が進められている。レーザ光源は、広い色空間を高輝度かつ高精細に表現する能力に優れており、次世代プロジェクタの発光源として注目されている。

特許文献１には、複数のレーザ光源を２次元状に配置してアレイ化する構成が示されている。この構成によれば、照明光の高輝度化を実現することができる。

また、特許文献２には、複数のレーザ光源を用いる場合に、各レーザ光源の出力不足や不点灯を検出し、その検出結果に応じて、照明光の不均一性を改善する構成が示されている。
ＷＯ９９／４９３５８号公報（再公表公報） 特開２００５−３３１９０６号公報

出射光束の立体角が大きいレーザ光源を用いる場合には、レーザ光を適宜平行光化した後にフライアイレンズに入射させる必要がある。しかし、レンズや回折格子等を用いて平行光化を行うと、レーザ光の強度分布に偏りが生じる。

図１４（ｂ）は、同図（ａ）に示す如くレーザ光源からの出射光束をシリンドリカルレンズによってＹ軸方向に収束させ平行光化したときの光強度分布を、光学シミュレーションソフトを用いて求め、これを模式的に図示したものである。図中、白色に近いほど光強度が高くなっている。この場合、Ｙ軸方向に光強度の偏りが生じている。

この現象は、複数のレーザ光源を配列してアレイ化する場合にも同様に生じる。図１４（ｄ）は、同図（ｃ）に示す如くＸ軸方向に５個のレーザ光源を配列し、各レーザ光源からのレーザ光を横長のシリンドリカルレンズによってＹ軸方向に等しく収束させて平行光化した場合の光強度分布を、光学シミュレーションソフトを用いて求め、これを模式的に図示したものである。同図（ｂ）と同様、白色に近いほど光強度が高くなっている。この場合、Ｘ軸方向の光強度は略一様となるが、Ｙ軸方向において光強度に偏りが生じる。

このように偏った強度の光に対して通常のフライアイレンズを用いて光の重畳を行うと、以下の実施の形態にて詳述するように光の重畳パターン数が少なくなるため、光変調素子（液晶パネル等）上において照度ムラが発生し、これに基づき、投写画像にムラが発生するとの問題が生じる。

この照度ムラは、フライアイレンズのセルピッチを小さくし、光の重畳数を増加させることによって抑制され得る。しかし、その一方で、セルピッチを小さくすると、レンズ成形時にセル間に生じるダレによって光が減衰される割合が大きくなり、光の利用効率が低下するとの問題が生じる。また、セルピッチが小さい場合には、干渉縞等の別の要因によって、照明光に照度ムラが生じる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、光変調素子上における照明光の照度ムラを円滑かつ効果的に抑制することを目的とするものである。

本発明は、レーザ光源の配置を調整することにより上記課題を解決するものである。

本発明に係る照明装置は、出射方向が同一となるよう並べて配置された複数のレーザ光源と、各レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも一方向において収束させ平行光化する光学素子と、平行光化されたレーザ光が入射されるフライアイレンズとを備え、フライアイレンズに対する各レーザ光の入射領域がフライアイレンズに配されたレンズセル群の行方向または列方向に互いにシフトするよう各レーザ光源の配置が調整されていることを特徴とする。

本発明によれば、フライアイレンズに対する各レーザ光の入射領域がフライアイレンズに配されたレンズセル群の行方向または列方向にシフトされるため、同様の強度分布にてレーザ光が入射されるレンズセルの個数を減少させることができる。その結果、被照射面（光変調素子の入射面）上において重畳される光の強度パターン数を増加させることができ、被照射面上における照明光の照度ムラを抑制することができる。

本発明において、複数のレーザ光源は、一列に並べる他、２次元状または３次元状に並べて配置することができる。なお、「２次元状に配置する」とは、各レーザ光源の発光点をレーザ光軸に垂直な一つの平面上に位置づけた状態でレーザ光源を２列以上配置することを言う。また、「３次元状に配置する」とは、各レーザ光源の発光点の全てまたは一部をレーザ光軸方向に互いに変位させた状態でレーザ光源を２列以上配置することをいう。

レーザ光源を２次元状に配置すると、照明光の高輝度化を図ることができる。また、レーザ光源を３次元状に配置すると、隣り合うレーザ光源をレーザ光軸に垂直な平面の面内方向において一部オーバーラップさせて配置することができ、これにより、レーザ光軸間の距離を縮めることができる。その結果、照明光のサイズを小さくすることができ、照明光のEtendue値を抑制することができる。すなわち、光変調素子に対する光の取り込み量を高めることでき、光の利用効率を向上させることができる。

なお、本発明において、光学素子は、少なくとも一つのシリンドリカルレンズまたは回折素子を備える構成とすることができる。

本発明に係る投写型映像表示装置は、上記構成を有する照明装置と、フライアイレンズによって重畳されたレーザ光が照射される光変調素子とを備えることを特徴とする。

以上の如く本発明によれば、シリンドリカルレンズ等によってレーザ光をコリメートすることによりレーザ光の強度分布に偏りが生じるような場合にも、照度ムラが抑制された状態で照明光を被照射面（光変調素子）に照射することができ、もって、投写画像のムラを抑制することができる。

本発明およびその他の構成例による効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下の実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以下の実施の形態に記載されたものに制限されるものではない。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。

まず、図１（ａ）に実施の形態に係る光学系の基本構成を示す。同図において、１１はレーザ光源（半導体レーザ）である。ここでは、３つのレーザ光源１１が配されている。これらレーザ光源１１は、発光点がＸ−Ｙ平面上に位置し、且つ、出射ビームの長軸方向がＹ軸に平行となるよう配置されている。

各レーザ光源１１から出射されたレーザ光は、それぞれ、対応するシリンドリカルレンズ１２によってＹ軸方向に収束され平行光化される。平行光化されたレーザ光は、一対のフライアイレンズ１３に入射される。フライアイレンズ１３には、レンズセル群がマトリクス状に配置されている。各レンズセルを通過したレーザ光は、コンデンサレンズ１４、１５を経由して、液晶パネル（光変調素子）１６の入射面上において重畳される。

この構成において、各レーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を、同図（ｂ−１）に示す如くＸ軸方向に直線状に配置すると、フライアイレンズ１３に入射する際のレーザ光の強度分布は同図（ｃ−１）のようになる。ここで、レーザ光の強度は黒色に近いほど低くなっている。すなわち、レーザ光の強度分布は、Ｘ軸方向に略一様で、Ｙ軸方向に変化するものとなる。Ｙ軸方向中心位置のレーザ光強度は低く、中心位置からＹ軸方向に離れた端部位置のレーザ光強度が高くなっている。

この場合、フライアイレンズ１３の行Ｌ１上にあるレンズセル群には、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。また、行Ｌ２、Ｌ３のレンズセル群にも、それぞれ、ほぼ同様の強度パターンにてレーザ光が入射される。したがって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、レーザ光が入射するレンズセル群の行（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の数と等しく、３パターンとなる。

ここで、行Ｌ２上の各レンズセル群には、Ｘ軸方向に略一様で、且つ、Ｙ軸方向に変化する強度分布にてレーザ光が入射され、この強度分布を有するレーザ光が、行Ｌ２のレンズセル群によって、液晶パネル１６の入射面上に等しく重畳される。このため、液晶パネル１６上の照明光の強度分布は、行Ｌ２のレンズセル群からのレーザ光の強度分布による影響を受けて、同図（ｄ−１）に示すように、Ｙ軸方向に変化する強度分布となる。ここで、照明光の強度は黒色に近いほど低くなっている。したがって、照明光は、Ｙ軸方向の中心部分が帯状に低強度となった強度分布となる。かかる照明光の照度ムラにより、投写画像にムラが生じる。

本実施の形態では、同図（ｂ−２）に示す如く、各レーザ光源１１とこれに対応するシリンドリカルレンズ１２をＹ軸方向に互いにシフトさせて配置する。このようにレーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を配置すると、フライアイレンズ１３に対するレーザ光の入射状態は、同図（ｃ−２）のように、Ｙ軸方向に相互にシフトするものとなる。

この場合、行Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３上のレンズセル群に入射するレーザ光の強度分布は、同図（ｃ−１）のように同じ行のセルにおいてほぼ同一とはならず、全てのレンズセルにおいて互いに相違するものとなる。よって、これらレンズセル群によるレーザ光の重畳パターン数は、レーザ光が入射するレンズセル群の数と等しくなる。同図（ｃ−２）では、１５個のレンズセルに異なる強度分布にてレーザ光が入射するため、重畳パターン数は１５パターンとなる。

このように、本実施の形態では、レーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２をＹ軸方向にシフトして配置することにより、同図（ｂ−１）のようにレーザ光源１１を配置する場合に比べ、液晶パネル１６の入射面上におけるレーザ光の重畳パターン数が顕著に増加される。その結果、同図（ｄ−３）に示す如く、フライアイレンズ１３による照明光の均一化効果を顕著に向上させることができる。

なお、照明光の均一化効果は、図１（ｃ−２）に示すレーザ光間のシフト量Ｐを変化させるに応じて変化するものと考えられる。すなわち、かかるシフト量Ｐを変化させると、各レンズセルに対するレーザ光の強度分布が変化するため、液晶パネル１６に入射する際の光の重畳具合が変化する。これにより、照明光の均一化効果が変化するものと考えられる。

以下に、本実施の形態による照明光の均一化効果の検証例を示す。ここでは、次式に従ってレーザ光間のシフト量Ｐを変化させ、各シフト量Ｐについて、照明光の均一化効果の検証が行われた。

Ｐ＝ｄ／ｓ … （１）
ここで、ｄは、図１（ｃ−２）に示す如く、Ｙ軸方向におけるレンズセルの長さである。また、ｓは、シフト量Ｐを設定するための変数（１以上の自然数）である。すなわち、以下の検証例では、Ｙ軸方向におけるレンズセルの長さを何等分かした長さをシフト量Ｐとして設定している。ここで、隣り合うレーザ光は、一律、シフト量Ｐにて同じ方向にシフトするものとされている。

＜検証例１＞
本検証は、レーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２の組を５つ配置する場合を想定して行った。これらの組を図２（ａ）のように直線状に配置すると、フライアイレンズ１３におけるレーザ光の入射状態は、図３（ａ）のようになる。この状態から、Ｘ軸方向に並ぶ各組のレーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を、図２（ｂ）のように、Ｙ軸方向に順番にシフトさせ、フライアイレンズ１３におけるレーザ光の入射状態を、図３（ｂ）のように変化させた。そして、各シフト状態における照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。なお、光学系の基本構成は、図１（ａ）に示す構成と同様とした。

図４は、本検証におけるレーザ光の入射領域とフライアイレンズ１３の関係を示す図である。同図（ａ）はレーザ光をシフトさせない場合のレーザ光の入射領域とレンズセルの関係を示し、同図（ｂ）はレーザ光をシフトさせた場合（変数ｓ：ｓ＝２）のレーザ光の入射領域とレンズセルの関係を示している。

本検証では、一つのレンズセルの大きさを、縦２．８ｍｍ、横３．６ｍｍとした。また、フライアイレンズ１３上におけるレーザ光の入射領域を、縦１２ｍｍ程度、横１２ｍｍ程度とした。レーザ光のシフト量Ｐは、上記（１）式をもとに設定した。同図（ｂ）の場合、すなわち、変数ｓがｓ＝２の場合には、レーザ光のシフト量Ｐは、
Ｐ ＝ ２．８[ｍｍ] ／ ２ ＝ １．４[ｍｍ]
となる。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のレーザ光の発散角θｘ、θｙは、θｘ＝２０°、θｙ＝８０°とした。

図４に、検証結果を示す。横軸は変数ｓ、縦軸はムラの変位量である。なお、ムラの変位量は、液晶パネル１６上の平均照度をＸ軸方向（図１（ａ）参照）に平行な複数のラインに対して求め、求めた平均照度の最大値と最小値の差を、変数ｓがｓ＝１のときの差を１として正規化したものである。

なお、変数ｓがｓ＝１の場合は、フライアイレンズ１３上の隣り合うレーザ光の照射位置が図３（ａ）の状態からＹ軸方向に１レンズセル分だけ変位した状態にあるため、その際に生じる照度ムラは、図３（ａ）に示すレーザ光がシフトしていない場合と等価である。

図５の検証結果を参照すると、変数ｓがｓ＝２の場合（レーザ光をシフトさせない場合と等価）に比較して、変数ｓがｓ＝２のときには、照度ムラ（ムラの変位量）は余り改善されないが、変数ｓをｓ＝３とすると、照度ムラが大幅に改善されることが分かる。本検証では、変数ｓがｓ＝５のときに、照度ムラの改善効果が最大となる。その後、変数ｓを増加させると、照度ムラの改善効果は徐々に低下する。これは、上記（１）式から、変数ｓの増加に伴ってシフト量Ｐが徐々に小さくなり、各レーザ光の位置関係が、シフトのない状態に近づくためであると考えられる。

＜検証例２＞
本検証は、レーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２の組を１０個配置する場合を想定して行った。これらの組を図６（ａ）に示すように５つずつ２段分けて直線状に配置すると、フライアイレンズ１３におけるレーザ光の入射状態は、図７（ａ）のようになる。この状態から、Ｘ軸方向に並ぶ各組のレーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を、図６（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向に順番にシフトさせ、フライアイレンズ１３におけるレーザ光の入射状態を、図７（ｂ）のように変化させた。そして、各シフト状態における照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。なお、光学系の基本構成は、図１（ａ）に示す構成と同様とした。

本検証におけるレーザ光の入射領域およびフライアイレンズ１３の構成は、上記検証例１と同様とした（図４参照）。また、レーザ光源１１のシフト量Ｐは、上記（１）式をもとに設定した。さらに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のレーザ光の発散角θｘ、θｙは、θｘ＝２０°、θｙ＝８０°とした。

図８に、検証結果を示す。図中、実線が、本検証例における検証結果である。上記と同様、横軸は変数ｓ、縦軸はムラの変位量である。

この検証結果を参照すると、上記検証例１の検証結果（図４）に比較して、変数ｓがｓ＝２のときにも、照度ムラ（ムラの変位量）の改善効果が見られる。また、変数ｓをｓ＝４または５とすると、照度ムラの大幅な改善効果が見られる。本検証では、変数ｓがｓ＝５のときに、照度ムラの改善効果が最大となる。その後は、上記検証例１と同様、変数ｓの増加に伴って、照度ムラの改善効果が徐々に低下する。これは、上記検証例１と同様、変数ｓの増加に伴ってシフト量Ｐが徐々に小さくなり、各レーザ光源１１の位置関係が、シフトのない状態に近づくためであると考えられる。

＜検証例３＞
本検証では、図１（ｂ−１）に示す如く、３組のレーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を一列に並べて配置し、この状態から、上記検証例１と同様、各組のレーザ光源１１とシリンドリカルレンズ１２を順番にシフトさせて、フライアイレンズ１３に対するレーザ光の照射状態を図９（ａ）から同図（ｂ）のようにシフトさせ、このときの照明光の照度ムラを、光学シミュレーションソフトを用いて求めた。光学系の基本構成は、図１（ａ）に示す構成と同様とした。

本検証におけるレーザ光の入射領域およびフライアイレンズ１３の構成は、上記検証例１と同様とした（図３参照）。また、レーザ光源１１のシフト量Ｐは、上記（１）式をもとに設定した。さらに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のレーザ光の発散角θｘ、θｙは、θｘ＝２０°、θｙ＝８０°とした。

図８中の破線が、本検証例の検証結果である。検証結果を参照すると、変数ｓがｓ＝２のときにも、照度ムラ（ムラの変位量）の改善効果が見られる。また、変数ｓをｓ＝３、４、５とすると、照度ムラの大幅な改善効果が見られる。本検証では、変数ｓがｓ＝４のときに、照度ムラの改善効果が最大となる。その後は、上記検証例１、２と同様、変数ｓの増加に伴って、照度ムラの改善効果が徐々に低下する。

なお、上記各検証例では、ムラの変位量により照度ムラを測定するようにしたが、照度の平均偏差（平均偏差＝液晶パネル上における照度の標準偏差／液晶パネル上における全領域の平均照度）によって照度ムラを測定しても、図５および図８と同様の傾向であった。

＜検証例４＞
図１０（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、上記検証例２（１０個のレーザ光源を２次元状に配置）において、レーザ光のシフト量Ｐを規定する変数ｓをｓ＝１（シフトなしと等価）およびｓ＝５としたときの液晶パネル１６上における照度ムラを光学シミュレーションソフトにより求め、これを模式的に示したものである。同図では、白に近い程、照度が高くなっている。

同図（ａ）（ｂ）を比較すると、変数ｓがｓ＝１の場合（シフトなしと等価）、Ｙ軸方向中央部に照度の低い帯状の領域が現れる。これに対し、変数ｓをｓ＝５とすると、この帯状の領域が解消される。また、変数ｓがｓ＝５の場合には、高照度領域の分散が見られるものの、全体的には照度が均一化されている。このように、変数ｓをｓ＝５とすると、ｓ＝１の場合（シフトなしと等価）の場合に比べ、液晶パネル１６上における照度ムラが大幅に改善されることが分かる。

以上のとおり、本実施の形態によれば、レーザ光源１１をＹ軸方向にシフトして配置することにより、フライアイレンズ１３による照明光の均一化効果を顕著に向上させることができる。よって、照明光の照度ムラに基づく投写画像のムラを効果的に抑制することができる。

なお、上記では、複数のレーザ光源１１を２次元状に配置する場合の例として図６の配置例を示したが、図１１（ａ）に示すように配置しても、図６の場合と同様の効果が得られる。この場合、シリンドリカルレンズ１２は、Ｘ軸方向にレーザ光を収束させ平行光化するように配置される。

また、図１１（ｂ）に示す如く、複数のレーザ光源１１を３次元状に配置しても、上記と同様の効果が得られる。特に、図示の如くレーザ光願１１にて発生した熱を除去するための冷却部（液冷ジャケット、ペルチェ素子、等）１００がレーザ光源１１に装着されている場合には、このようにレーザ光源１１を３次元状に配置するのが有利である。

レーザ光源１１に冷却部１００が装着されている場合、冷却部１００のサイズとの関係から、レーザ光源１１を２次元状に配置すると、レーザ光軸間の距離が大きくなり、照明光全体のビームサイズが大きくなる場合がある。これに対し、図１１（ｂ）に示す如く、レーザ光源１１を３次元状に配置すると、隣り合うレーザ光源（冷却部１００を含む）をＸ−Ｙ平面の面内方向に一部オーバーラップして配置することができ、レーザ光軸間の距離を短縮できる。よって、照明光全体のサイズを小さくすることができ、その分、照明光のEtendue値を抑制することができる。

このように３次元状に配置する場合にも、図１１（ｂ）に示す如く、隣り合うレーザ光源１１は、Ｘ−Ｙ平面の面内方向において、Ｙ軸方向にシフト量Ｐにてシフトするように配置される。また、このように３次元配置する場合にも、図１１（ａ）に示すように、スタック方向がＸ軸方向となるようにレーザ光源１１を配置しても良い。さらに、図１および図２のようにレーザ光源１１を一列に配置する場合にも、各レーザ光源を光軸方向（Ｚ軸方向）に前後させて配置しても良い。

なお、図１４（ｂ）（ｄ）に示す光強度ムラは、レーザ光源１１とフライアイレンズ１３の距離が大きくなるに従って顕著となる。よって、本実施の形態は、レーザ光源１１とフライアイレンズ１３の距離が大きいほど効果を発揮する。たとえば、上記検証例による効果は、レーザ光源からフライアイレンズまでの距離が１０ｍｍ以上の場合に顕著に発揮される。

図１２に、上記実施の形態をさらに詳細化した実施例を示す。

図において、レーザ光源１１から液晶パネル１６までの光学系は、上記図１の基本構成と同様の光学系である。ここで、レーザ光源１１は、たとえば、緑色波長帯のレーザ光（以下、「Ｇ光」という）を出射する。なお、同図には、３つのレーザ光源１１が図示されているが、レーザ光源１１の個数は３つに限らず、適宜、変更可能である。

これらレーザ光源１１は、上記実施の形態にて述べた如く、互いにシフトするように配置される。レーザ光源１１の配置形態は、図１および図２に示す如く１列でも良く、または、図５および図８（ｂ）に示す如く２次元状または３次元状であっても良い。

これらレーザ光源１１から出射されたＧ光は、それぞれ、対応するシリンドリカルレンズ１２によってＹ軸方向に収束され平行光化される。平行光化されたＧ光は、一対のフライアイレンズ１３に入射される。フライアイレンズ１３上の各レンズセルを通過したＧ光は、コンデンサレンズ１４、１５を経由して、液晶パネル１６の入射面上において重畳される。重畳されたＧ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。

レーザ光源２１から液晶パネル２６までの光学系は、赤色波長帯のレーザ光（以下、「Ｒ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。

レーザ光源２１は、上記実施の形態にて述べた如く、互いにシフトするように配置されている。レーザ光源２１の配置形態は、１列でも良く、または、２次元状または３次元状であっても良い。レーザ光源２１からは、出射ビームの長軸方向がＹ軸方向に平行となるようにしてＲ光が出射される。

これらレーザ光源２１から出射されたＲ光は、それぞれ、対応するシリンドリカルレンズ２２によってＹ軸方向に収束され平行光化される。平行光化されたＲ光は、一対のフライアイレンズ２３に入射される。フライアイレンズ２３上の各レンズセルを通過したＲ光は、コンデンサレンズ２４、２５を経由して、液晶パネル２６の入射面上において重畳される。重畳されたＲ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。

レーザ光源３１から液晶パネル３６までの光学系は、青色波長帯のレーザ光（以下、「Ｂ光」という）のための光学系である。この光学系の構成は、上記図１の基本構成と同様である。

レーザ光源３１は、上記実施の形態にて述べた如く、互いにシフトするように配置されている。レーザ光源３１の配置形態は、１列でも良く、または、２次元状または３次元状であっても良い。レーザ光源３１からは、出射ビームの長軸方向がＹ軸方向に平行となるようにしてＢ光が出射される。

これらレーザ光源３１から出射されたＢ光は、それぞれ、対応するシリンドリカルレンズ３２によってＹ軸方向に収束され平行光化される。平行光化されたＢ光は、一対のフライアイレンズ３３に入射される。フライアイレンズ３３上の各レンズセルを通過したＢ光は、コンデンサレンズ３４、３５を経由して、液晶パネル３６の入射面上において重畳される。重畳されたＢ光は、上記実施の形態にて述べた如く、照度ムラが抑制されている。

液晶パネル１６、２６、３６には、それぞれ、入射側偏光板（図示せず）を介して、Ｇ光、Ｒ光およびＢ光が入射される。これらＧ光、Ｒ光およびＢ光は、それぞれ、液晶パネル１６、２６、３６によって変調された後、出射側偏光板（図示せず）を介して、ダイクロイックプリズム４０に入射される。

Ｇ光、Ｒ光およびＢ光は、ダイクロイックプリズム４０にて合成され、投写レンズ５０に入射される。投写レンズ５０は、投写光を被投写面上に結像させるためのレンズ群と、これらレンズ群の一部を光軸方向に変位させて投写画像のズーム状態およびフォーカス状態を調整するためのアクチュエータを備えている。

本実施例によれば、液晶パネル１６、２６、３６の入射面上における照明光の照度ムラが抑制されるため、投写画像のムラを効果的に抑制することができる。

以上、本発明に係る実施の形態および実施例について説明したが、本発明は、これらによって何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態および実施例も、上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、シリンドリカルレンズによってＹ軸方向にレーザ光を収束させ平行光化するようにしたが、２つのシリンドリカルレンズを適宜組み合わせることにより、レーザ光をＹ軸方向とＸ軸方向の両方に収束させ、これら両方向においてレーザ光を平行光化するようにしても良い。この場合、図１４（ｂ）に示す光強度ムラは、収束作用がより大きい方の方向、すなわち、ビーム長軸方向においてより顕著に生じる。よって、この場合には、より大きい方の強度ムラを抑制するのが望ましく、したがって、レーザ光源のシフト方向は、ビーム長軸方向に設定するのが好ましい。この他、２つのシリンドリカルレンズとコリメートレンズを適宜組み合わせることによって、レーザ光をＹ軸方向とＸ軸方向の両方に平行光化するようにしても良い。

さらに、回折格子によって、レーザ光を、たとえば図１２のＹ軸方向に収束させ平行光化するようにしても良い。この場合、スリット型の回折格子の他、たとえば、ブレーズ型の回折格子を用いることができる。これら回折格子には、レーザ光を収束および平行光化するための回折パターンが形成されている。

また、図１２に示す構成例では、Ｇ光、Ｒ光、Ｂ光毎に個別にレーザ光源から液晶パネルまでの光学系を配置したが、たとえば、レーザ光源からフライアイレンズの直後に配されるコンデンサレンズまでの光学系を共通化し、その後、ダイクロイックミラーを用いてＧ光、Ｒ光、Ｂ光の光路を分離して対応する液晶パネルに導くようにしても良い。

この他、光学系の構成をＬＣｏＳ方式に変更することも可能である。ＬＣｏＳ方式では、光変調素子として反射型の液晶パネルが用いられる。具体的には、液晶の表層に光を偏光させる反射層が設けられ、この反射層の状態が電気的に制御されることにより液晶パネル上に映像が表現される。この方式においても、上記の如くレーザ光源をシフトして配置することにより、液晶パネルに対する照明光の照度ムラが抑制される。よって、照度ムラに起因する投写画像のムラを抑制することができる。

なお、レーザ光源は必ずしも規則的にシフトさせる必要はない。すなわち、図２（ｂ）では、左端のレーザ光源１１から右方向に向かうにつれ１段ずつ下方向にレーザ光源１１がシフトしているが、たとえば、図１３に示す如く、左から２つ目のレーザ光源１１を左から３つ目のレーザ光源１１よりも先に下段位置にシフトさせ、３つ目のレーザ光源１１は最も左のレーザ光源１１と左から３番目のレーザ光源１１の間の位置にシフトさせる等、レーザ光源のシフト状態をランダムなものとしても良い。この場合にも、上記と同様の効果が得られるものと予測される。なお、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のようにレーザ光源をシフトさせたときの、フライアイレンズ１３上におけるレーザ光の照射状態を示す図である。

また、図１および図１２には、レーザ光源毎に個別にシリンドリカルレンズが図示されているが、これら各シリンドリカルレンズを一体成形しても良い。すなわち、各レーザ光源に対応するシリンドリカルレンズ部分がレーザ光源のシフトに応じてシフトするように形成された一つのレンズ部材をこれらレーザ光源の出射位置に配置するようにしても良い。この場合にも、上記同様の照明光の均一化効果が奏され得る。

この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

実施の形態に係る光学系の基本構成と、レーザ光源の配置と照度ムラの発生状態の関係を模式的に示す図 実施の形態に係る検証例１の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例１の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例１の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例１の検証結果を示す図 実施の形態に係る検証例２の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例２の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例２および検証例３の検証結果を示す図 実施の形態に係る検証例３の検証条件を説明する図 実施の形態に係る検証例４の検証結果を示す図 実施の形態の変更例を説明する図 実施の形態をさらに具体化した実施例の構成を示す図 実施の形態の変更例を示す図 レーザ光源から出射されるレーザ光をシリンドリカルレンズにて収束および平行光化するときの構成例とそのときのレーザ光の強度分布を示す図

符号の説明

１１、２１、３１ … レーザ光源
１２、２２、３２ … シリンドリカルレンズ
１３、２３、３３ … フライアイレンズ
１６、２６、３６ … 液晶パネル

Claims (4)

1. 出射方向が同一となるよう並べて配置された複数のレーザ光源と、
   前記各レーザ光源から出射されたレーザ光を少なくとも一方向において収束させ平行光化する光学素子と、
   レンズセル群がマトリクス状に配置され、前記平行光化されたレーザ光が入射されるフライアイレンズとを備え、
   前記フライアイレンズに対する前記各レーザ光の配置は、前記フライアイレンズに配されたレンズセル群の行方向または列方向においてそれぞれが同一位置に位置しないよう互いにシフトするように調整されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１において、
   前記複数のレーザ光源は、２次元状または３次元状に配置されている、
   ことを特徴とする照明装置。
3. 請求項１または２において、
   前記光学素子は、少なくとも一つのシリンドリカルレンズまたは回折素子を備える、
   ことを特徴とする照明装置。
4. 上記請求項１ないし３の何れか一項に記載の照明装置と、
   前記フライアイレンズによって重畳された前記レーザ光が照射される光変調素子とを備える投写型映像表示装置。

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