以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1. 第1実施形態
1.1. プロジェクター
1.1.1. 構成
まず、第1実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係るプロジェクター100を模式的に示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係るプロジェクター100を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿
って見た図である。図3〜図5は、第1実施形態に係るプロジェクター100を模式的に示す平面図であって、X軸方向に沿って見た図である。図6は、第1実施形態に係るプロジェクター100の発光素子12R,12G,12Bを模式的に示す平面図であって、Z軸方向に沿って見た図である。図7は、第1実施形態に係るプロジェクター100の位相変調部16を模式的に示す平面図であって、Z軸方向に沿って見た図である。図8は、第1実施形態に係るプロジェクター100の光変調装置20を模式的に示す平面図であって、Z軸方向に沿って見た図である。図9は、第1実施形態に係るプロジェクター100を説明するためのブロック図である。
なお、便宜上、図1では、基板18を省略し、位相変調部16および光変調装置20を簡略化して示している。また、図3では、発光素子12G,12Bを省略している。また、図4では、発光素子12R,12Bを省略している。また、図5では、発光素子12R,12Gを省略している。また、図1〜図5では、サブマウント13R,13G,13Bおよび制御部40を省略している。
また、図1〜図8および以下に示す図11〜図25では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。以下では、X軸に平行な方向をX軸方向(第1方向)とし、Y軸に平行な方向をY軸方向(第2方向)とし、Z軸に平行な方向をZ軸方向とする。
プロジェクター100は、図1〜図9に示すように、照明装置10と、光変調装置20と、投射装置30と、制御部40と、を含む。照明装置10は、第1発光素子12Rと、第2発光素子12Gと、第3発光素子12Bと、位相変調部16と、を有している。
第1発光素子12Rは、第1色の光(第1色光)2Rを射出する。第1色光2Rは、赤色光である。第1色光2Rの波長は、例えば620nm〜750nmである。第2発光素子12Gは、第2色の光(第2色光)2Gを射出する。第2色光2Gは、緑色光である。第2色光2Gの波長は、例えば495nm〜620nmである。第3発光素子12Bは、第3色の光(第3色光)2Bを射出する。第3色光2Bは、青色光である。第3色光2Bの波長は、例えば400nm〜495nmである。
発光素子12R,12G,12Bの各々は、Y軸方向に沿って、複数配列されている。図示の例では、発光素子12R,12G,12Bの各々は、8つ設けられているが、その数は特に限定されない。発光素子12R,12G,12Bは、図6に示すようにZ軸方向から見て、マトリックス状に配列されている。なお、第1発光素子12Rの数、第2発光素子12Gの数、および第3発光素子12Bの数は、互いに異なっていてもよい。複数の第1発光素子12Rは、Y軸方向に沿って順次発光する。同様に、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bも、Y軸方向に沿って順次発光する。
なお、「複数の第1発光素子12Rは、Y軸方向に沿って順次発光する」とは、まず、複数の第1発光素子12Rのうち、最も−Y軸方向(下方)に位置する第1発光素子(最下層発光素子)12Rが発光し、次に、2番目に下方に位置する第1発光素子(2下層目発光素子)12Rが発光し、次に、3番目に下方に位置する第1発光素子(3下層目発光素子)12Rが発光し、次に、4番目に・・・、という順序で発光してもよい。また、最下層発光素子12Rおよび2下層目発光素子12Rが同時に発光し、次に、2下層目発光素子12Rおよび3下層目発光素子12R同時に発光し、次に、3下層目発光素子12Rおよび4下層目・・・、という順序で発光してもよい。このように、「複数の第1発光素子12Rは、Y軸方向に沿って順次発光する」とは、複数の第1発光素子12Rのうち発光する第1発光素子12Rが時間経過とともに、Y軸方向に移動することをいう。上述では、複数の第1発光素子12Rが、Y軸方向に沿って下方から上方へ順に発光する例を示
したが、発光する順番は、Y軸方向に沿って上方から下方へ順に発光してもよい。発光素子12G,12Bについても同様である。
発光素子12R,12G,12Bとしては、単色光を効率よく発光できる素子であれば、特に限定されないが、例えば、スーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode、以下「SLD」ともいう。)、レーザー(固定レーザー、液体レーザー、気体レーザー、波長変換素子等を用いた波長変換レーザーなど)、LED(Light Emitting Diode)、OLED(Organic Light Emitting Diode)、放電ランプを用いることができる。特にSLDは、レーザー発振を抑制することができるためスペックルノイズを低減することができ、かつ、レーザー同様に単一の素子で数百mW程度までの出力を得ることが可能であるため、発光素子12R,12G,12Bとして、好適に用いられる。
発光素子12R,12G,12Bは、図6に示すように、それぞれサブマウント13R,13G,13Bによって支持されている。サブマウント13R,13G,13Bの材質は、例えば、銅、アルミニウム等の金属である。サブマウント13R,13G,13Bによって、発光素子12R,12G,12Bの放熱性を向上させることができる。
なお、図示の例では、複数の第1発光素子12Rは、互いに離間して設けられているが、1つの共通基板にアレイ状に設けられていてもよい。これにより、隣り合う第1発光素子12Rの間隔を狭くすることができ、光利用効率(照明効率)を向上することができる。発光素子12G,12Bについても同様である。あるいは、発光素子12R,12G,12Bの各々は、共通のサブマウントで支持されることなく、個々に独立していてもよい。例えば、発光素子12R,12G,12Bの各々が、CANパッケージに実装されていてもよい。さらに、発光素子12R,12G,12Bは、必ずしも正方マトリックス状に配置される必要はなく、その配置の形態は限定されない。発光素子12R,12G,12Bの各々と後述する位相変調部16との位置関係が固定されていればよい。
発光素子12R,12G,12Bは、発光素子群14を構成している。発光素子群14は、Y軸方向に沿って、複数配列されている。図示の例では、発光素子群14は、8つ設けられ、+Y軸方向に、第1発光素子群14a〜第8発光素子群14hの順で配列されている。1つの発光素子群14は、1つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および1つの第3発光素子12Bによって構成されている。1つの発光素子群14において、発光素子12R,12G,12Bは、X軸方向に沿って配置されている。
なお、各発光素子群14においては、同色の光を発する発光素子を複数備えていてもよく、また、同色の光を発する発光素子の数は色光毎に異なっていてもよい。例えば、3つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および2つの第3発光素子12Bによって構成することもできる。すなわち、1つの発光素子群14から射出される複数の色光の強度が所定の強度比となる様に、発光素子の数や発光素子毎の光出力を設定することが望ましい。
発光素子群14を構成する発光素子12R,12G,12Bは、色光2R,2G,2Bを順次射出する。すなわち、1つの発光素子群14を構成する発光素子12R,12G,12Bは、同時に色光2R,2G,2Bを射出しない。つまり、発光素子群14からは、同時に2色以上の色光が射出されず、ある時において、特定の1色の色光が射出される。色光2R,2G,2Bを射出する順番は、特に限定されない。
なお、図示の例では、発光素子群14a,14bが第1色光2Rを射出し、発光素子群14d,14eが第2色光2Gを射出し、発光素子群14g,14hが第3色光2Bを射
出し、発光素子群14c,14fがいずれの色光2R,2G,2Bも射出していない状態を示している。
発光素子群14から射出された色光2R,2G,2Bは、位相変調部16において光束4R,4G,4Bに変換され、光変調装置20の照明面21(画像形成領域22)を照明する。図示の例では、画像形成領域22a,22bは、第1光束4Rによって照明され、画像形成領域22d,22eは、第2光束4Gによって照明され、画像形成領域22g,22hは、第3光束4Bによって照明されている。なお、各光束4R,4G,4Bにおいて照明される画像形成領域22の数は、互いに異なっていてもよい。
発光素子群14と位相変調部16との間には、発光素子群14から射出される色光2R,2G,2Bの光学特性(例えば射出角度分布)に応じて、発光素子群14ごとに対応した集光レンズ(図示せず)が配置されていてもよい。該集光レンズによって、色光2R,2G,2Bは、平行光束に変換されることができる。特に、SLDや半導体レーザー等の半導体素子からなる発光素子12R,12G,12Bを用いる場合は、射出される色光2R,2G,2Bは、X軸方向とY軸方向とにおいて射出角度範囲が著しく異なることがある。そのため、集光レンズは、複数のレンズや非球面レンズで構成されていることが望ましい。
位相変調部16は、Y軸方向に複数配列されている。図示の例では、位相変調部16は、8つ設けられ、+Y軸方向に、第1位相変調部16a〜第8位相変調部16hの順で配列されている。
位相変調部16には、発光素子群14から射出された色光が入射する。位相変調部16は、それぞれ発光素子群14に対応して設けられている。位相変調部16には、対応した発光素子群14から射出された色光が入射する。例えば、第1位相変調部16aには、第1発光素子群14aから射出された色光が入射する。第2位相変調部16bには、第2発光素子群14bから射出された色光が入射する。
第1位相変調部乃至第8位相変調部16a〜16hには、第1色光2R、第2色光2G、および第3色光2Bが順次入射する。すなわち、1つの位相変調部16には、第1色光2R、第2色光2G、および第3色光2Bが同時に入射しない。
位相変調部16に入射した色光は、例えば円や楕円系の断面形状(Z軸方向から見た形状)を有している。位相変調部16は、このような断面形状を有する色光を、図1に示すように、光変調装置20の照明面21上のX軸方向に長い帯状形状を有する光束に変換する。例えば、位相変調部16は、第1色の光(第1色光)2R、第2色の光(第2色光)2G、第3色の光(第3色光)2Bを、照明面21上のX軸方向に長い帯状形状を有する第1色の第1光束4R、第2色の第2光束4G、第3色の第3光束4Bにそれぞれ変換する。なお、「帯状形状を有する光束」とは、例えば、照明面21において、矩形状の断面形状を有し、断面内の強度分布が均一(略均一)な光束である。また、帯状形状を有する光束を帯状光束と呼称する場合がある。
位相変調部16は、制御部40から入力される情報(信号)に基づいて、色光2R,2G,2Bを、光束4R,4G,4Bにそれぞれ変換するための位相変調パターンを動的に生成する。換言すれば、第1位相変調部乃至第8位相変調部16a〜16hにおいて、各位相変調部16に入射する色光に応じて、位相変調パターンを適宜書き換える。
位相変調部16の位相変調パターンは、例えば反復フーリエ変換等、所定の計算手法を用いて得られる。発光素子12R,12G,12B、位相変調部16a〜16h、および
光変調装置20の位置関係、さらに、位相変調部16a〜16hに入射する光束特性(例えば、波長、光束の角度分布や強度分布、入射方向等)によって、生成すべき位相変調パターンは、一義的に決定される。したがって、必要となる位相変調パターンデータを予め求めてメモリー等に格納しておき、光変調装置20における画像情報(画像データ)の書き込みに対応させて、位相変調パターンデータを位相変調部16に読み込んで形成する等の使用法を採用することができる。
位相変調部16は、位相変調パターンを動的に生成することができれば、その形態は特に限定されないが、例えば液晶素子である。「液晶素子」とは、2枚の基板の間に液晶分子を一定方向に配向させて封入させたり(液晶セル)、セル内の液晶分子の配向状態を電気的、非電気的に制御させたりすることにより、光学的な特性を制御する素子である。画素構造を備えた液晶素子では、画素毎に液晶分子を電圧制御することによって、位相変調パターンを容易に形成することができる。具体的には、液晶素子としては、強誘電性液晶(Ferroelectric Liquid Crystal:FLC)素子を用いる。強誘電性液晶素子は、低分子で比較的高い複屈折率を有しているため、応答速度が速く、低い駆動電圧で十分な位相変調を行うことができる。なお、位相変調部16は、ネマティック液晶素子やねじれネマティック(ツイステッド・ネマティック)液晶素子であってもよい。光の位相変調を高精度に行うためには、情報量の多い位相変調パターンを生成することが重要であり、そのため、画素数が多い、あるいは画素密度が高い液晶素子を用いることが望ましい。
位相変調部16は、色光2R,2G,2Bを透過する透過型でもよいし、色光2R,2G,2Bを反射させる反射型でもよい。図示の例では、位相変調部16は、透過型である。透過型の位相変調部16は、反射型に比べて、小型化を図ることができる。一方、反射型は、透過型に比べて画素密度を高めやすい。
位相変調部16において、色光2R,2G,2Bを光束4R,4G,4Bにそれぞれ変換する過程においては、目的とする帯状光束とは異なる光束が生成される場合がある。例えば、色光2R,2G,2Bが入射する方向には、0次光束と呼ばれる強度の弱い光束が生成されやすい。このような光束が光変調装置20の照明面21に入射すると、表示画像の画質低下の原因となる。このような0次光束の光変調装置20への入射を防止するために、照明面21の中心を通る垂線P上から外れた位置に発光素子群14および位相変調部16を配置してもよい。すなわち、光束4R,4G,4Bを、照明面21に対して斜めに入射する形態でもよい。この形態では、後述するレンズ50に、平行化レンズとともに偏向レンズとしての機能を持たせることが望ましい。
位相変調部16は、図7に示すように、基板18に設けられていてもよい。基板18の材質および形状は、位相変調部16を支持できれば、特に限定されない。複数の位相変調部16は、図1および図7に示すように隣り合う位相変調部16と連続して設けられていてもよいし、互いに離間して設けられていてもよい。ただし、隣り合う位相変調部16が重なり合わないように設けられていることが望ましい。
なお、位相変調部16の配列形態は、発光素子群14の配列形態に合わせる必要はない。但し、発光素子12R,12G,12Bや位相変調部16を、照明面21の中心を通る垂線Pを中心とするできるだけ狭い範囲(XY平面内)に配置することが望ましい。これにより、光変調装置20に入射する光束4R,4G,4Bの角度分布を狭くできるため、照明効率を向上できる。
位相変調部16と光変調装置20との間には、図2〜図5に示すように、レンズ50が設けられていてもよい。レンズ50は、入射した光束4R,4G,4Bの角度分布を狭く
して平行化することができる。これにより、光変調装置20の表示性能を向上させることができる。特に光変調装置20として表示特性が入射角依存性を有する素子(例えば液晶ライトバルブ)を用いる場合には、レンズ50を設けることが望ましい。
光変調装置20は、照明装置10から射出された光束4R,4G,4Bを、画像情報に応じて変調する。光変調装置20は、位相変調部16から射出された光束4R,4G,4Bによって照明される照明面21を有している。照明面21は、光束4R,4G,4Bを変調するための画像情報が書き込まれる画像形成領域22を有している。画像形成領域22は、位相変調部16に対応して複数設けられている。図示の例では、画像形成領域22は、8つ設けられ、+Y軸方向に、第1画像形成領域22a〜第8画像形成領域22hの順で配列されている。所定の位相変調部16から射出した光束は、対応する所定の画像形成領域22を照明する。例えば、第1位相変調部16aから射出された光束は、第1画像形成領域22aを照明する。第2位相変調部16bから射出された光束は、第2画像形成領域22bを照明する。なお、複数の画像形成領域22は、連続しており、物理的には区切られていない。
光変調装置20は、液晶ライトバルブである。光変調装置20は、二次元マトリックス状に配置された画素配列を有している。照明面21において、光束4R,4G,4BのY軸方向の大きさは、光変調装置20のY軸方向に並ぶが画素が、少なくとも2画素以上含まれる大きさに設定される。これにより、位相変調部16における位相変調パターンの変更頻度を低減することができ、位相変調部16の構成や駆動法を簡素化することができる。
光変調装置20は、いわゆる線順次方式で画像情報(画像データ)を書き込み、画像(光学像)を形成する。ところで、単色の画像を形成する一般的な液晶ライトバルブでは、X軸方向に並ぶ画素群(走査線とも呼称される)の全てに対して画像情報が同時に書き込まれ、次のフレームで上書きされるまで画像データは保持される。そして、その画素群(走査線)が走査方向(Y軸方向)に順次移動することで全ての画素に画像情報を書き込み1フレームの画像が完成する。換言すれば、走査線の移動に伴って前フレームの画像に新たなフレームの画像が上書きされて、画像は更新される。
なお、「走査方向」とは、画素情報(画像データ)の書き込み様式が線順次方式である光変調装置において、線状の画像情報が書き込まれる方向であり、図示の例では、Y軸方向である。
光変調装置20では、カラー画像を表示させるため、画像情報の書き込み形態は線順次方式であるが、照明面21を走査方向に3つに割った領域(画像形成領域22からなる領域)を、波長域が異なる3色光(第1色の光、第2色の光、第3色の光であり、これらをまとめて3原色光と呼称する場合がある)に対応する画像情報が書き込まれる領域としており、3原色光に対応する画像情報が異なる画像形成領域22で同時に書き込まれる。すなわち、光変調装置20では、1フレームのカラー画像を、赤色、緑色、および青色の3原色に対応する3つのサブフレーム画像(フィールド画像と呼称される場合もある)に分解し、例えば、青光用サブフレーム画像の次に緑光用サブフレーム画像、さらにその次に赤光用サブフレーム画像という順序で各サブフレーム画像を連続的に書き込み、時系列的に積分すると1フレームのカラー画像を得られる、いわゆる色順次方式の表示形態を採用する。
なお、本実施形態において用いる「線順次方式」とは、走査線1本単位で順次画像情報を書き込む方式と、光変調装置20の画像形成領域22単位で順次画像情報を書き込む方式と、を含む。
光変調装置20は、図8に示すように、照明面21において、3つの走査線6R,6G,6Bを有している。走査線6R,6G,6Bごとに、3原色に対応する赤色用画像情報、緑色用画像情報、青色用画像情報が同時に書き込まれ、走査線6R,6G,6Bは、その間隔を一定に保って、走査方向に順次移動する。なお、走査線が画像形成領域22の上端に達した場合は、画像形成領域22の下端に瞬時に移動し、再び走査方向に移動する。そして、全走査線に各色の画像情報を書き込むことで、カラーの1フレーム画像が完成する。図示の例では、走査線6Bを先頭に(最も+Y軸方向に)青光用画像(青光用サブフレーム画像の一部)24Bが形成され、続いて、走査線6Gを先頭に緑光用画像(緑光用サブフレーム画像の一部)24Gが形成され、続いて、走査線6Rを先頭に赤光用画像(赤光用サブフレーム画像の一部)24Rが形成されている。
光変調装置20の照明面21には、上記のように、赤光用、緑光用、青光用の3種類の画像24R,24G,24Bが併存している。具体的には、走査線6Gを挟んで青光用画像24Bと緑光用画像24Gとが存在し、走査線6Rを挟んで緑光用画像24Gと赤光用画像24Rとが存在している。図示の例では、青光用画像24Bは、画像形成領域22f,22g,22hに形成され、緑光用画像24Gは、画像形成領域22c,22d,22eに形成され、赤光用画像24Rは、画像形成領域22a,22bに形成されている。
光変調装置20の画像形成領域22には、対応する色の帯状光束4R,4G,4Bで照明されることにより、各色の光学像が表示される。すなわち、光変調装置20への画像情報の書き込みに同期させて(好ましくは僅かに遅れて)、画像情報に対応する帯状光束4R,4G,4Bを、対応する色の画像情報が書き込まれた画像形成領域22に照射する。画像情報の書き込み位置の移動に伴って帯状光束4R,4G,4Bの照明位置も順次移動して各色による光学像が表示される。これにより、1フレーム期間を経れば、人の目には完全なカラー画像として認識される。光変調装置20の画像形成領域22を照明する帯状光束4R,4G,4Bの幅(X軸方向の大きさ)は、画像形成領域22の幅以上とすることが望ましい。
光変調装置20の画像形成領域22の数は、発光素子群14および位相変調部16の数に対応して設けられている。図示の例では、発光素子群14の配列方向と位相変調部16の配列方向とを一致させ、さらにそれらの配列方向を、光変調装置20における走査方向(Y軸方向)に対応させている。これにより、光変調装置20を照明する帯状光束4R,4G,4Bの角度分布を狭くすることができ、光変調装置20や投射装置30の光学特性を向上させやすい。ただし、これらの配置関係は、特に限定されない。配置関係が一定であれば、その配置関係を考慮して、位相変調部16において、所望の位相変調パターンを生成すればよい。これにより、配置の自由度を高められる。
光変調装置20の画像形成領域22は、上記のように、発光素子群14のそれぞれにおいて対応する発光素子12R,12G,12Bからの特定色の帯状光束4R,4G,4Bによって照明される。すなわち、1つの画像形成領域22が、複数の発光素子群14からの帯状光束4R,4G,4Bによって同時に照明されることはない。
なお、図示の例では、画像形成領域22c,22fは、いずれの帯状光束4R,4G,4Bによっても照明されない領域(無光領域)となっている。色(波長域)が異なる帯状光束4R,4G,4B同士が光変調装置20の画像形成領域22上で隣接すると、隣接する帯状光束4R,4G,4B同士が部分的に混じり合い、画像情報との対応関係が不明確となって画質劣化を生じ易くなる。したがって、無光領域を存在させることにより、色が異なる帯状光束4R,4G,4B同士が隣接して配置される状態を回避することができ、画質劣化の発生を防止することができる。
また、無光領域を設けたことによって間欠的な照明形態となるため、動画像を表示した場合にはホールド型表示方法で見られる動画像のぼけを抑制し、動画質を向上させることができる。さらに、従来の色順次表示方式で見られたカラーブレークアップ(偽色発生)も低減でき、高品位な投射画像を得ることができる。無光領域が存在することによって照明効率の低下を招くが、画像形成領域22の分割数を増やせば、照明効率の低下を非常に小さくすることができる。
また、発光素子群14は間欠的に発光する使用形態となるため、発光素子12R,12G,12Bの温度上昇を抑えられ、発光効率(一般的に発光効率は発光素子の温度上昇と反比例する)も向上させ易くなり、瞬間的に大きな出力の光を射出することができる。これにより、高い光利用効率で画像を表示できる。もちろん、上述の原因で生じる多少の画質劣化を許容するならば、この様な無光領域を設定する必要はなく、無光領域が無い分、照明効率を向上させることができる。
光変調装置20の画像形成領域22への画像情報の書き込みと、対応する帯状光束4R,4G,4Bによる照明と、の時間的な関係は、光変調装置20の応答時間(例えば液晶ライトバルブでは数μ秒〜数ミリ秒程度)を考慮すると、画像情報の書き込み(光学像の形成)を行った直後に、その画像情報に対応する光束で照明する、という時系列関係とすることが望ましい。光変調装置20が応答し終わった段階で帯状光束4R,4G,4Bを照明することによって、高い光利用効率と表示性能(例えばコントラスト)を得ることができる。
光変調装置20の画像形成領域22に達した帯状光束4R,4G,4Bは、矩形状の断面形状と均一な光強度分布を有していることが望ましいが、例えば、図10に示すように、(A)断面形状が台形状等に多少変形している、(B)光束の光強度分布が多少不均一になっている、(C)同じ色の帯状光束同士が境界部で部分的に重なっている等の状態であっても構わない。図10に示すように、帯状光束の断面形状が変形したり、強度分布が部分的に不均一であったりする場合には、それらの光束が合成されて得られる光束の強度分布(図10の点線)も不均一なものとなり、投射画像にはフリッカーが発生し表示品位の低下を招く場合がある。しかし、人の視覚特性を考慮すれば、画像表示時のフレーム周波数を高める(例えば60Hz以上)ことによって、フリッカーは視認されなくなるため、大きな問題とはならない。
なお、発光素子12R,12G,12Bと位相変調部16との光変調装置20に対する位置関係や光学特性が一定であれば、帯状光束4R,4G,4Bの光学特性(光束4R,4G,4Bの断面形状や光強度分布)や光変調装置20の画像形成領域22に入射する位置も一定である。そのため、それらを考慮して画像情報に画像処理を予め施しておき、その画像処理された画像情報を書き込んで画像形成することにより、光束4R,4G,4Bによって生じる画質劣化を防止することができる。あるいは、隣接する帯状光束4R,4G,4Bの合成によって得られる照明光束(図10に破線で光強度を示す)の強度が一定となるように、位相変調部16と光変調装置20との間に帯状光束4R,4G,4Bの強度分布を整形する光フィルターを配置する、等の方法を採用してもよい。
投射装置(投射レンズ)30は、光変調装置20によって形成された画像を投射する。具体的には、投射装置30は、光変調装置20によって形成された赤光用、緑光用、青光用の3種類の画像24R,24G,24Bを拡大して、図示しないスクリーン(表示面)に投射する。
制御部40は、図9に示すように、照明装置10および光変調装置20を制御する。具
体的には、制御部40は、CPUであり、記憶されているプログラム等に従って、照明装置10および光変調装置20を制御する。制御部40は、発光素子制御部42と、位相変調部制御部44と、光変調装置制御部46と、を有している。
発光素子制御部42は、発光素子12R,12G,12Bを制御する。具体的には、発光素子群14における発光素子12R,12G,12Bごとの発光・非発光や発光強度の制御を行う。発光素子群14における発光素子12R,12G,12Bごとの制御は、光変調装置20への画像情報の書き込み(画像形成)と同期して行う。発光素子制御部42は、色光2R,2G,2Bを順次射出するように、発光素子12R,12G,12Bを制御することができる。
位相変調部制御部44は、位相変調部16を制御する。具体的には、位相変調部制御部44は、位相変調パターンを生成するためのパターン生成信号S1を、位相変調部16に送る。位相変調部16は、パターン生成信号S1に基づいて、色光2R,2G,2Bを、照明面21上において帯状形状を有する光束4R,4G,4Bに変換する位相変調パターンを生成する。
光変調装置制御部46は、光変調装置20を制御する。具体的には、光変調装置制御部46は、光変調装置20に、赤光用、緑光用、青光用の3種類の画像24R,24G,24Bを形成するための画像情報(画像信号)S2を送る。光変調装置20は、画像信号S2に基づいて、上記のように、画像形成領域22ごとに、画像24R,24G,24Bを形成する。
光変調装置制御部46は、光変調装置20に画像信号S2を送った後(または送ると同時に)、発光素子制御部42に信号S3を送る。信号S3は、光変調装置20に送った画像信号S2に含まれている位置情報および色情報(どの画像形成領域22にどの色の画像を書き込むかという情報)を含んでいる。発光素子制御部42は、信号S3に基づいて、所定の発光素子群14を選択し、かつ、所定の発光素子群14における発光素子12R,12G,12Bのうちのいずれかを発光させるための駆動信号S4を、発光素子群14(発光素子12R,12G,12B)に送る。発光素子群14(発光素子12R,12G,12B)は、駆動信号S4に基づいて、色光を射出する。
光変調装置制御部46は、光変調装置20に画像信号S2を送った後(または送ると同時に)、さらに、位相変調部制御部44に信号S5を送る。信号S5は、光変調装置20に送った画像信号S2に含まれている位置情報および色情報(どの画像形成領域22にどの色の画像を書き込むかという情報)を含んでいる。位相変調部制御部44は、信号S5に基づいて、位相変調パターンを決定し、パターン生成信号S1を位相変調部16に送る。
1.1.2. 動作
次に、第1実施形態に係るプロジェクターの動作について、図面を参照しながら説明する。図11〜図13は、第1実施形態に係るプロジェクター100を模式的に示す斜視図である。なお、便宜上、図11〜図13では、サブマウント13R,13G,13B、基板18、および制御部40を省略し、位相変調部16および光変調装置20を簡略化して示している。
図1に示すように、光変調装置20は、光変調装置制御部46から入力される画像情報に基づいて、所定の画像形成領域22に、所定の画像24R,24G,24Bを形成する。
図示の例では、光変調装置20は、画像形成領域22a,22bに赤光用画像24Rを形成し、画像形成領域22c,22d,22eに緑光用画像24Gを形成し、画像形成領域22f,22g,22hに青光用画像24Bを形成する。
光変調装置20への画像情報の書き込みに同期させて(好ましくは僅かに遅れて)、照明装置10は、画像情報に対応する帯状光束4R,4G,4Bを、画像情報が書き込まれた(画像が形成された)画像形成領域22に照射する。具体的には、光変調装置制御部46は、光変調装置20に画像情報(画像信号)S2を送った後(または送ると同時に)、発光素子制御部42に信号S3を送る。発光素子制御部42は、信号S3に基づいて、所定の発光素子群14を選択し、かつ所定の発光素子群14における発光素子12R,12G,12Bのうちのいずれかを発光させるための駆動信号S4を、発光素子群14(発光素子12R,12G,12B)に送る。
図示の例では、発光素子制御部42から入力される駆動信号S4に基づいて、発光素子群14a,14bは第1色光2Rを射出し、発光素子群14d,14eは第2色光2Gを射出し、発光素子群14g,14hは第3色光2Bを射出する。
位相変調部16は、位相変調部制御部44から入力されるパターン生成信号S1に基づいて位相変調パターンを生成し、発光素子群14から射出された色光2R,2G,2Bを、帯状光束4R,4G,4Bに変換する。そして、帯状光束4R,4G,4Bを画像形成領域22に向けて射出する。具体的には、光変調装置制御部46は、光変調装置20に画像信号S2を送った後(または送ると同時に)、位相変調部制御部44に信号S5を送る。位相変調部制御部44は、信号S5に基づいて、位相変調パターンを決定し、パターン生成信号S1を位相変調部16に送る。位相変調部16は、パターン生成信号S1に基づいて、位相変調パターンを生成する。
図1に示す例では、画像形成領域22a,22bは、位相変調部16a,16bから射出された第1光束4Rによって照明され、画像形成領域22d,22eは、位相変調部16d,16eから射出された第2光束4Gによって照明され、画像形成領域22g,22hは、位相変調部16g,16hから射出された第3光束4Bによって照明される。なお、この時、3つの走査線6R,6G,6Bは、図8に示す位置にある。すなわち、青光用画像の形成開始位置(青色用画像情報データの書き込み開始位置)を示す走査線6Bは、画像形成領域22hの+Y軸方向における上端に、緑光用画像の形成開始位置(緑色用画像情報データの書き込み開始位置)を示す走査線6Gは、画像形成領域22eの+Y軸方向における上端に、そして、赤光用画像の形成開始位置(赤色用画像情報データの書き込み開始位置)を示す走査線6Rは、画像形成領域22bの+Y軸方向における上端に、それぞれ位置している。
次に、図11は、図1に対して所定時間経過した時点にける帯状光束4R,4G,4Bの位置を示している。この時、3つの走査線6R,6G,6Bは、図8で示した位置から+Y軸方向に移動し、走査線6Gは画像形成領域22fの+Y軸方向における上端に、走査線6Rは画像形成領域22cの+Y軸方向における上端に、そして、走査線6Bは画像形成領域22aの下端に、それぞれ位置している。光変調装置20は、画像形成領域22a,22b,22cに赤光用画像24Rを形成し、画像形成領域22d,22e,22fに緑光用画像24Gを形成し、画像形成領域22g,22hに青光用画像24Bを形成する。発光素子群14b,14cは第1色光2Rを射出し、発光素子群14e,14fは第2色光2Gを射出し、発光素子群14hは第3色光2Bを射出する。画像形成領域22b,22cは、第1光束4Rによって照明され、画像形成領域22e,22fは、第2光束4Gによって照明され、画像形成領域22hは、第3光束4Bによって照明される。照明装置10および光変調装置20の動作は、上記のとおり、制御部40から入力される信号
に基づいて行われる。
次に、図12は、図11に対して所定時間経過した時点にける帯状光束4R,4G,4Bの位置を示している。この時、3つの走査線6R,6G,6Bは、図11で示した位置から+Y軸方向に移動し、走査線6Gは画像形成領域22gの+Y軸方向における上端に、走査線6Rは画像形成領域22dの+Y軸方向における上端に、そして、走査線6Bは画像形成領域22aの+Y軸方向における上端に、それぞれ位置している。光変調装置20は、画像形成領域22b,22c,22dに赤光用画像24Rを形成し、画像形成領域22e,22f,22gに緑光用画像24Gを形成し、画像形成領域22a,22hに青光用画像24Bを形成する。発光素子群14c,14dは第1色光2Rを射出し、発光素子群14f,14gは第2色光2Gを射出し、発光素子群14aは第3色光2Bを射出する。画像形成領域22c,22dは、第1光束4Rによって照明され、画像形成領域22f,22gは、第2光束4Gによって照明され、画像形成領域22aは、第3光束4Bによって照明される。照明装置10および光変調装置20の動作は、上記のとおり、制御部40から入力される信号に基づいて行われる。
次に、図13は、図12に対して所定時間経過した時点にける帯状光束4R,4G,4Bの位置を示している。この時、3つの走査線6R,6G,6Bは、図12で示した位置から+Y軸方向に移動し、走査線6Gは画像形成領域22hの+Y軸方向における上端に、走査線6Rは画像形成領域22eの+Y軸方向における上端に、そして、走査線6Bは画像形成領域22bの+Y軸方向における上端に、それぞれ位置している。光変調装置20は、画像形成領域22c,22d,22eに赤光用画像24Rを形成し、画像形成領域22f,22g,22hに緑光用画像24Gを形成し、画像形成領域22a,22bに青光用画像24Bを形成する。発光素子群14d,14eは第1色光2Rを射出し、発光素子群14g,14hは第2色光2Gを射出し、発光素子群14a,14bは第3色光2Bを射出する。画像形成領域22d,22eは、第1光束4Rによって照明され、画像形成領域22g,22hは、第2光束4Gによって照明され、画像形成領域22a,22bは、第3光束4Bによって照明される。照明装置10および光変調装置20の動作は、上記のとおり、制御部40から入力される信号に基づいて行われる。
以上のような工程を、プロジェクター100は繰り返す。このように、光変調装置20の画像形成領域22に連続して書き込み形成された赤色用、緑色用、青色用の3種類の画像24R,24G,24Bの各々を、対応する色の光束4R,4G,4Bで照明することによって、スクリーン(図示せず)上には、対応する色によって表現された画像が投射表示される。そして、一連の画像24R,24G,24Bの書き込み(画像形成)位置を走査方向に移動させるのに伴って、発光素子12R,12G,12Bおよび位相変調部16を制御し、所望の色の光束4R,4G,4Bで対応する画像24R,24G,24Bを照明することにより、時系列的に積分すると1フレームのカラー画像が表示される。
すなわち、照明装置10は、複数の発光素子群14において発光素子12R,12G,12Bを順次発光させることにより、光変調装置20を帯状光束4R,4G,4Bで循環的に走査照明することができる。つまり、照明装置10は、光束4R,4G,4BをX軸方向と交差する方向(Y軸方向)に順次スクロールさせて照明するスクロール照明方式によって、光変調装置20の画像形成領域22を照明することができる。プロジェクター100では、制御部40から入力される信号に基づいて、照明装置10をスクロール照明方式によって駆動させることができる。
なお、上記の例では、説明を容易にするために、発光素子群14、位相変調部16、および画像形成領域22の数を8つとした例について説明した。図11や図12で示した場合には、画像形成領域への色光の照明によって形成される光学像のY軸方向の大きさが3
色の画像間で異なるため、3色の画像を合成して得られるカラー画像では色バランスが悪化することになる。しかし、上記の画像形成領域22の数を増やすことによって、3色の画像間における光学像のY軸方向の大きさの差は殆ど無くなるため、色バランスの悪化も問題とならない程に改善できる。あるいは、Y軸方向の大きさが異なる光学像が形成される場合には、発光素子12R,12G,12Bの発光強度を調節して、3色の画像間において光学像を形成する光量を所定の光量比とすることにより、カラー画像に合成した場合の色バランスを適正に制御することができる。また、照明効率を高める観点からは、上記の画像形成領域22の数を可能な限り多く設定することが望ましい。但し、1つの帯状光束のY軸方向の大きさは、光変調装置20の画素を少なくとも2画素以上含まれる大きさに設定することが望ましいため、発光素子群14等の数は、最少で10程度、最大で走査方向に並ぶ画素数(走査線数)の半分以下とすることが望ましい。この範囲に設定することにより、高い照明効率により明るい投射画像を、また、明るさムラの少ない照明状態により高品位な投射画像を得ることができる。したがって、光変調装置20では、走査方向に並ぶ画素数(走査線数)が相対的に多く設定できる方向に走査方向を設定し、それに対応させて発光素子12R,12G,12Bや位相変調部16を構成してもよい。
例えば、図14に示す光変調装置20では、照明面21がY軸方向よりもX軸方向の方が大きい形状であるため、Y軸方向に並ぶ一連の画素列に対して同時に画像情報を書き込んで画像形成する線順次方式(走査線6はY軸方向に設定される)によって画像表示を行うことが望ましい。これにより、画像形成領域22における無光領域の割合を小さくすることができ、照明効率を高くすることができる。
また、上記の例では、光変調装置20として、液晶ライトバルブを用いた例について説明したが、光変調装置として、微小ミラーアレイを備えた反射型表示素子(例えば米国のTexas Instruments社製のDMD(Digital Micromirror Device))を用いてもよい。すなわち、本発明の照明形態は、画像情報の書き込み形態として線順次方式を採用する光変調装置20に好適であるが、原理的にはDMDに代表される面順次方式(1フレーム画像を一括して同時に書き込む)の光変調装置に対しても適用することができる。
また、上記の例では、発光素子群14は、色光2R,2G,2Bを射出する発光素子12R、12G,12Bによって構成されていたが、発光素子群14は、さらに第4色光(例えば黄色光)を射出する発光素子を含んで構成されていてもよい。この場合、光変調装置20の照明面21には、黄光用画像が形成される画像形成領域22が設けられる。
プロジェクター100は、例えば、以下の特徴を有する。
プロジェクター100では、照明装置10は、Y軸方向に沿って複数配列され、Y軸方向に沿って順次発光して、色光2R,2G,2Bを射出する発光素子12R,12G,12Bと、色光2R,2G,2Bを、照明面21上において帯状形状を有する光束4R,4G,4Bに変換する位相変調部16と、を有し、照明装置10は、帯状光束4R,4G,4Bを、Y軸方向に順次スクロールさせて照明面21を照明する。そのため、プロジェクター100では、例えばプリズムを照明光路中で回転させて走査照明を実現する必要がない。したがって、プロジェクター100では、光変調装置20の照明面21を(画像形成領域22を)、ムラが少なく均一な明るさで照明することができる。すなわち、プロジェクター100では、照明光の走査速度の不均一性によって生じる照明光の強度分布の不均一性を低減し、光変調装置を均一性よく照明することができる。
さらに、プロジェクター100では、プリズムを照明光路中で回転させて走査照明を実現する必要がないため、小型化を図ることができる。さらに、プリズムを回転させるよう
な機械的な可動部を必要としないため、高い信頼性を有することができる。
プロジェクター100では、位相変調部16は、液晶素子である。そのため、位相変調部16は、入射される色光2R,2G,2Bに応じて位相変調パターンを動的に生成することができる。したがって、1つの発光素子群14を構成している発光素子12R,12G,12Bの各々に対応して、3つの位相変調部を設ける必要がない。その結果、プロジェクター100では、小型化を図ることができる。
プロジェクター100では、発光素子12R,12G,12Bは、SLDである。そのため、発光素子12R,12G,12Bは、レーザー発振を抑制することができるためスペックルノイズを低減することができ、かつ、レーザー同様に単一の素子で数百mW程度までの高い光出力を得ることができる。したがって、明るく高画質な投射画像を得ることができる。
1.2. 変形例
1.2.1. 第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図15は、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター110を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。なお、図15では、便宜上、サブマウント13R,13G,13B、光変調装置20、投射装置30、制御部40、およびレンズ50を省略している。
以下、第1実施形態の第1変形例に係るプロジェクター110において、第1実施形態に係るプロジェクター100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す第2,第3,第4変形例に係るプロジェクター120,130,140についても同様である。
プロジェクター110では、図15に示すように、照明装置10が光路変更部60を有している点において、図2に示すプロジェクター100とは異なる。
光路変更部60は、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bの進行方向を変更し、それらの色光の進行方向を揃えた状態で位相変調部16に入射させる。図示の例では、光路変更部60は、発光素子12R,12Bから射出された色光2R,2Bの進行方向を変更させている。発光素子12R,12G,12Bは、X軸方向に配列されていない。
光路変更部60は、例えば、ダイクロイックプリズムである。ダイクロイックプリズムは、透光性のプリズム内部に透過・反射特性が異なる2つの光学膜をX字状に備えた光学素子である。3つの入射端面から入射する光を、その波長域に応じて透過あるいは反射し、1つの射出端面から射出する。なお、光路変更部60は、透過・反射特性が異なる光学膜を形成した2つの透光性平板をX字状に配置してなるクロスダイクロイックミラーであってもよい。
なお、プロジェクター110では、図16に示すように、発光素子12R,12G,12BはX軸方向に配列されており、発光素子12R,12Bから射出された色光2R,2Bは、ミラー62において反射して、光路変更部60に入射してもよい。
プロジェクター110では、光路変更部60によって、色光2R,2G,2Bの位相変調部16への入射角を揃えることができる。そのため、例えば0次回折光の位相変調部16への入射防止を目的として、発光素子12R,12G,12Bから射出される色光2R
,2G,2Bを、位相変調部16に対して斜め方向から入射させる場合に、光学系を構成しやすい。
プロジェクター110では、位相変調部16に対して垂直に色光2R,2G,2Bを入射させることができる。そのため、位相変調部16における回折光の生成効率を高めることができる。
プロジェクター110では、例えばプロジェクター100に比べて、発光素子12R,12G,12B間の間隔を大きくすることができる。そのため、発光素子12R,12G,12Bを冷却しやすい。
1.2.2. 第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図17は、第1実施形態の第2変形例に係るプロジェクター120を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。なお、便宜上、図17および以下に示す図18,20,21,23〜25では、サブマウント13R,13G,13Bおよび制御部40を省略している。
プロジェクター100では、図2に示すように、1つの発光素子群14は、1つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および1つの第3発光素子12Bによって構成されていた。
これに対し、プロジェクター120では、図17に示すように、1つの発光素子群14は、複数の第1発光素子12R、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bによって構成されている。図示の例では、1つの発光素子群14は、2つの第1発光素子12R、2つの第2発光素子12G、および2つの第3発光素子12Bによって構成されている。
複数の発光素子群14間においては、同色で発光する発光素子12R,12G,12Bの数を同じにするか、または、射出される色光2R,2G,2Bの強度が等しくなるように発光素子12R,12G,12Bの数を設定することが望ましい。もちろん、1つの発光素子群14から射出される複数の色光の強度が所定の強度比となるように、発光素子の数や発光素子毎の光出力を設定することが望ましい。
1つの発光素子群14を構成する複数の第1発光素子12Rは、同時に第1色光2Rを射出する。射出された複数の第1色光2Rは、1つの色光2Rに合成された状態で、1つの位相変調部16に入射する。発光素子12G,12Bから射出される色光2G,2Bについても同様である。
プロジェクター120では、例えばプロジェクター100に比べて、位相変調部16を大きくせずに、画像形成領域22を照明する光束4R,4G,4Bの強度を容易に向上することができる。
1.2.3. 第3変形例
次に、第1実施形態の第3変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図18は、第1実施形態の第3変形例に係るプロジェクター130を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。図19は、第1実施形態の第3変形例に係るプロジェクター130の位相変調部16を模式的に示す平面図であって、Z軸方向に沿って見た図である。
プロジェクター100では、図2および図7に示すように、1つの位相変調部16に、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bが順次入射する。すなわち、プロジェクター100では、位相変調部16の同じ部分に、色光2R,2G,2Bが順次入射して、光束4R,4G,4Bに変換する。
これに対し、プロジェクター130では、図18および図19に示すように、1つの位相変調部16は、色光2R,2G,2Bがそれぞれ入射する専用のサブ位相変調光学素子17R,17G,17Bを有している。
第1サブ位相変調光学素子17Rは、第1発光素子12Rから射出された(第1サブ位相変調光学素子17Rに入射した)第1色光2Rを、第1光束4Rに変換する。第2サブ位相変調光学素子17Gは、第2発光素子12Gから射出された(第2サブ位相変調光学素子17Gに入射した)第2色光2Gを、第2光束4Gに変換する。第3サブ位相変調光学素子17Bは、第3発光素子12Bから射出された(第3サブ位相変調光学素子17Bに入射した)第3色光2Bを、第3光束4Bに変換する。
プロジェクター130では、図18に示すように、1つの発光素子群14は、複数の第1発光素子12R、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bによって構成されている。図示の例では、1つの発光素子群14は、2つの第1発光素子12R、2つの第2発光素子12G、および2つの第3発光素子12Bによって構成されている。
サブ位相変調光学素子17R,17G,17Bは、発光素子12R,12G,12Bに対応して複数設けられている。すなわち、サブ位相変調光学素子17R,17G,17Bの数と、発光素子12R,12G,12Bの数とは、同じである。図示の例では、光学素子17R,17G,17Bは、X軸方向に配列されている。
プロジェクター130では、例えばプロジェクター100に比べて、画像形成領域22を照明する光束4R,4G,4Bの強度を容易に向上することができる。さらに、プロジェクター130では、サブ位相変調光学素子17R,17G,17B各々に入射する光量を増大させないため、位相変調部16の耐光性および信頼性を高めることができる。また、サブ位相変調光学素子17R,17G,17Bに対して対応する色光2R,2G,2Bを垂直に入射できるため、サブ位相変調光学素子17R,17G,17Bにおける回折光の生成効率を高めることができる。
なお、図示はしないが、プロジェクター120の構成(図17参照)と、プロジェクター130の構成(図18および図19参照)と、を混在させてもよい。すなわち、位相変調部16の耐光性が波長依存性を有する場合には、耐光性が高い波長域の色光については、同色で発光する複数の発光素子からの光束を1つに合成した状態で、対応する1つの位相変調部16に入射させ、耐光性が低い波長域の色光については、同色で発光する複数の発光素子ごとに対応するサブ位相変調光学素子を備えて、各発光素子からの光束を対応するサブ位相変調光学素子に入射させる構成としてもよい。これにより、帯状光束(照明光束)4R,4G,4Bの光強度を高くすることができると共に、位相変調部16の耐光性および信頼性も同時に高くすることができる。
1.2.4. 第4変形例
次に、第1実施形態の第4変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図20は、第1実施形態の第4変形例に係るプロジェクター140を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。
プロジェクター100では、図2に示すように、位相変調部16は、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bを透過して、光束4R,4G,4Bに変換する透過型であった。
これに対し、プロジェクター140では、図20に示すように、位相変調部16は、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bを反射させて、光束4R,4G,4Bに変換する反射型である。
プロジェクター140では、例えばプロジェクター100に比べて、位相変調部16において単位面積当たりの画素密度を高めやすく、情報量の多い位相変調パターンを生成することができる。また、反射型の位相変調部16では、応答速度(色光2R,2G,2Bを光束4R,4G,4Bに変換する速度)を速くすることができる。
2. 第2実施形態
2.1. プロジェクター
次に、第2実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図21は、第2実施形態に係るプロジェクター200を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。図22は、第2実施形態に係るプロジェクター200の位相変調部16を模式的に示す平面図であって、Z軸方向に沿って見た図である。
以下、第2実施形態に係るプロジェクター200において、第1実施形態に係るプロジェクター100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
プロジェクター100では、図2および図7に示すように、1つの位相変調部16に、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bが順次入射する。すなわち、プロジェクター100では、位相変調部16の同じ部分に、色光2R,2G,2Bが順次入射して、光束4R,4G,4Bに変換する。そのため、プロジェクター100の位相変調部16は、入射する色光に応じて位相変調パターンを適宜書き換える(動的に位相変調パターンを生成する)必要があり、液晶素子を用いてその機能を実現していた。
これに対し、プロジェクター200では、位相変調部16は書き換えることなく固定化した位相変調パターンを有している点において、プロジェクター100とは異なっている。図21および図22に示すように、1つの位相変調部16は、入射する色光毎に対応する位相変調光学素子17FR,17FG,17FBを有している。
プロジェクター200では、位相変調部16は、固定化した位相変調パターンを有しているので、制御部40は、図9に示す位相変調部制御部44を有していなくてもよい。光変調装置制御部46は、位相変調部制御部44に信号S5を送らなくてもよい。プロジェクター200では、位相変調部16は、制御部40からの信号に基づくことなく、光2R,2G,2Bを光束4R,4G,4Bに変換することができる。
第1位相変調光学素子17FRは、第1発光素子12Rから射出された(第1位相変調光学素子17FRに入射した)第1色光2Rを、第1光束4Rに変換する。第2位相変調光学素子17FGは、第2発光素子12Gから射出された(第2位相変調光学素子17FGに入射した)第2色光2Gを、第2光束4Gに変換する。第3位相変調光学素子17FBは、第3発光素子12Bから射出された(第3位相変調光学素子17FBに入射した)第3色光2Bを、第3光束4Bに変換する。図示の例では、位相変調光学素子17FR,17FG,17FBは、X軸方向に配列されている。
位相変調光学素子17FR,17FG,17FBは、例えば、バイナリー光学素子、ホログラフィック光学素子である。位相変調光学素子17FR,17FG,17FBは、透光性媒体の表面に微細な凹凸形状や三角形状の凸部を形成することで作製されてもよいし、透光性媒体の内部に屈折率分布を形成することにより作製されてもよい。
プロジェクター200では、プロジェクター100と同様に、光変調装置20の照明面21を、均一性よく照明することができる。さらに、プロジェクター100では必要であった位相変調パターンを動的に生成するための制御手段は必要ないため、装置を簡素化できる。また、位相変調パターンの動的な生成を必要とする位相変調部16に比べて、固定化した位相変調パターンを有する位相変調部16では、透光性媒体の表面に形成する凹凸形状や三角形状の凸部、あるいは透光性媒体の内部に形成する屈折率分布を微細化することで情報量の多い位相変調パターンを生成しやすい。そのため、位相変調部16における回折光の生成効率を高めやすい。
2.2. 変形例
2.2.1. 第1変形例
次に、第2実施形態の第1変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図23は、第2実施形態の第1変形例に係るプロジェクター210を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。
以下、第2実施形態の第1変形例に係るプロジェクター210において、第2実施形態に係るプロジェクター200の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す第3変形例に係るプロジェクター230についても同様である。
プロジェクター200では、図21に示すように、1つの発光素子群14は、1つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および1つの第3発光素子12Bによって構成されていた。
これに対し、プロジェクター210では、図23に示すように、上述したプロジェクター120(図17参照)と同様に、1つの発光素子群14は、複数の第1発光素子12R、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bによって構成されている。図示の例では、1つの発光素子群14は、2つの第1発光素子12R、2つの第2発光素子12G、および2つの第3発光素子12Bによって構成されている。
以下、プロジェクター210についての説明は、上述したプロジェクター120についての説明を適用することができる。したがって、プロジェクター210についての詳細な説明は、省略する。
2.2.2. 第2変形例
次に、第2実施形態の第2変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図24は、第2実施形態の第1変形例に係るプロジェクター220を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。
プロジェクター200では、図21に示すように、1つの発光素子群14は、1つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および1つの第3発光素子12Bによって構成されていた。
これに対し、プロジェクター220では、図24に示すように、上述したプロジェクタ
ー130(図18および図19参照)と同様に、1つの発光素子群14は、複数の第1発光素子12R、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bによって構成されて、位相変調光学素子17FR,17FG,17FBは、発光素子12R,12G,12Bに対応して複数設けられている。すなわち、位相変調光学素子17FR,17FG,17FBの数と、発光素子12R,12G,12Bの数とは、同じである。
以下、プロジェクター220についての説明は、上述したプロジェクター130についての説明を適用することができる。したがって、プロジェクター220についての詳細な説明は、省略する。なお、図示はしないが、プロジェクター210の構成(図23参照)と、プロジェクター220の構成(図24参照)と、を混在させた構成としてもよい。
2.2.3. 第3変形例
次に、第2実施形態の第3変形例に係るプロジェクターについて、図面を参照しながら説明する。図25は、第2実施形態の第3変形例に係るプロジェクター230を模式的に示す平面図であって、Y軸方向に沿って見た図である。
プロジェクター200では、図21に示すように、1つの発光素子群14は、1つの第1発光素子12R、1つの第2発光素子12G、および1つの第3発光素子12Bによって構成されていた。
これに対し、プロジェクター230では、図25に示すように、上述したプロジェクター220(図24参照)と同様に、1つの発光素子群14は、複数の第1発光素子12R、複数の第2発光素子12G、および複数の第3発光素子12Bによって構成されて、位相変調光学素子17FR,17FG,17FBは、発光素子12R,12G,12Bに対応して複数設けられている。すなわち、位相変調光学素子17FR,17FG,17FBの数と、発光素子12R,12G,12Bの数とは、同じである。
さらに、プロジェクター230では、図25に示すように、上述したプロジェクター110(図15および図16参照)と同様に、照明装置10が光路変更部60を有している。光路変更部60は、発光素子12R,12G,12Bから射出された色光2R,2G,2Bの進行方向を変更し、それらの色光の進行方向を揃えた状態で位相変調光学素子17FR,17FG,17FBに入射させる。
以下、プロジェクター230についての説明は、上述したプロジェクター110およびプロジェクター220についての説明を適用することができる。したがって、プロジェクター230についての詳細な説明は、省略する。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。