JP6287355B2 - プロジェクター - Google Patents
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また、特許文献2には、レーザーアレイ光源を備えた画像表示装置において、入射光を重畳して被照射面を均一に照明するために第1フライアイレンズと第2フライアイレンズとからなるインテグレーター光学系を用いることが開示されている。
例えば第1の光ビームに対応する0次スポットの強度と第2の光ビームに対応する0次スポットの強度との差が比較的大きい場合、上記の構成によれば、第1の光ビームに対応する0次スポットが形成される位置の照度と、第2の光ビームに対応する0次スポットが形成される位置の照度と、の差を小さくすることができる。その結果、スペックルを視認し難くすることができる。
この構成によれば、第1の光ビームに対応する回折光によるスポットと、第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと第2の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一方と、が重なる際に、2つのスポットが完全には重ならず、部分的に重なることになる。これにより、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。
例えば、回折スポットの強度が0次スポットの強度の半分である場合、この構成によれば、回折スポットが形成される位置の照度を、0次スポットが形成される位置の照度と等しくすることができる。従って、射出瞳における照度の均一性が高くなり、スペックルを視認し難くすることができる。
また、回折スポットの強度が0次スポットの強度の半分とは異なる場合であっても、第1の光ビームに対応する0次スポットと第2の光ビームに対応する0次スポットとの間に2つの回折スポットが重なり合ったスポットが生成される。これにより、射出瞳における照度の均一性が高くなり、スペックルを視認し難くすることができる。
このように、照度の均一性が高い領域を照明光軸から離れた位置まで広げることができるため、スペックルを視認し難くすることができる。
この構成によれば、第1の光ビームに対応する回折光によるスポットと、第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと第2の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一方と、が重なる際に、2つのスポットが完全には重ならず、部分的に重なることになる。これにより、射出瞳において照度分布の均一性が高い領域を広げることができる。
この構成によれば、光束分割素子が光源装置からの光を第1の光ビームと第2の光ビームとを含む複数の光束に分割し、第1の光ビームと第2の光ビームとを互いに異なる方向に射出する。光束分割素子から射出された第1の光ビームと第2の光ビームとは、レンズアレイとコンデンサレンズとにより光変調装置に照射される。光束分割素子による第1の光ビームと第2の光ビームそれぞれの射出方向を適宜調整することにより、0次スポットと回折スポットとの重なり具合や回折スポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。
この構成によれば、偏芯マルチレンズの構成を変えることにより、0次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合や回折光によるスポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。
この構成によれば、計算器合成ホログラムの構成を変えることにより、0次光によるスポットと回折光によるスポットとの重なり具合や回折光によるスポット同士の重なり具合を制御し、射出瞳における照度分布の均一性を高めることができる。
この構成によれば、第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと第2の光ビームに対応する回折光によるスポットとが重ならず、射出瞳における照度分布の均一性を高めやすい。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図7を用いて説明する。
本実施形態では、複数のレーザー光源を備えた照明装置を用いたプロジェクターの一例を示す。
図1は、第1実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の赤色光用照明装置2R、緑色光用照明装置2Gおよび青色光用照明装置2Bは、特許請求の範囲の照明装置に対応する。本実施形態の赤色光用液晶ライトバルブ3R、緑色光用液晶ライトバルブ3Gおよび青色光用液晶ライトバルブ3Bは、特許請求の範囲の光変調装置に対応する。
赤色光用照明装置2Rから射出された赤色のレーザー光は、赤色光用液晶ライトバルブ3Rに入射して変調される。同様に、緑色光用照明装置2Gから射出された緑色のレーザー光は、緑色光用液晶ライトバルブ3Gに入射して変調される。青色光用光源装置2Bから射出された青色のレーザー光は、青色光用液晶ライトバルブ3Bに入射して変調される。赤色光用液晶ライトバルブ3Rにより変調された赤色レーザー光、緑色光用液晶ライトバルブ3Gにより変調された緑色レーザー光、および青色光用液晶ライトバルブ3Bにより変調された青色レーザー光は、色合成素子4に入射して合成される。色合成素子4により合成された光(画像光)は、投射光学系5によりスクリーン6に拡大投射される。このようにして、フルカラーの投射画像が表示される。
赤色光用照明装置2R、緑色光用照明装置2G、および青色光用照明装置2Bは、射出される光の色が異なるだけであり、構成は同様である。したがって、以下では、緑色光用照明装置2Gについてのみ説明し、赤色光用照明装置2Rおよび青色光用照明装置2Bについては説明を省略する。
緑色光用照明装置2Gは、第1の光ビームと第2の光ビームとを含む複数の緑色の光ビームを照明光として射出する。緑色光用照明装置2Gは、レーザー光源アレイ8Gと、コリメート光学系9と、インテグレーター光学系10と、コンデンサレンズ11と、フィールドレンズ12と、を備えている。
照明光軸AXは、複数のレーザー光源8から射出された複数の光ビームの束を1本の光ビームとみなしたときの、その光ビームの中心軸のことである。
図2(A)は、液晶ライトバルブ3の正面図である。図2(B)は、液晶ライトバルブ3を透過する1本の光ビームの回折の様子を示す図である。図2(C)は、回折によって生じる回折パターンを示す図である。
なお、図2(B)では、±1次回折光(符号Lb1)のみを示し、高次の回折光の図示を省略する。0次光Lb0の中心軸と回折光(例えば+1次回折光Lb1)の中心軸とのなす角度を回折角θと称する。
図3は、第1のレンズアレイ18(光束分割素子)を示す斜視図である。
図4は、第2のレンズアレイ19の正面図である。図4において、符号Cは第2のレンズアレイ19を構成する各レンズの光軸を示し、符号Fは2次光源像(第1のレンズアレイ18から射出された光の照射領域)を示す。
なお、図3および図4では、第1のレンズアレイ18および第2のレンズアレイ19を構成する複数のレンズのうち、2行2列の合計4個のレンズのみを取り出して示す。
図5は、液晶パネル21を透過する光の回折の様子を詳細に示す図である。
図5に示すように、コンデンサレンズ11およびフィールドレンズ12を介して第2のレンズアレイ19は投射光学系5の射出瞳Hと共役関係にある。そのため、第2のレンズアレイ19上の各光ビームの像が投射光学系5の射出瞳Hに形成される。このとき、液晶パネル21を透過した0次光によるスポットと回折光によるスポットとが投射光学系5の射出瞳Hに形成される。
図5では、レンズ25aを透過する光ビームLLaと、レンズ25aと隣り合うレンズ25bを透過する光ビームLLbと、光ビームLLaに対応する0次光LLa0および回折光LLa1と、光ビームLLbに対応する0次光LLb0および回折光LLb1と、を示してある。
ハッチングを付した四角形は0次光によるスポットG0を示し、ハッチングを付していない四角形は回折光によるスポットG1を示す。また、0次光によるスポットG0と回折光によるスポットG1とを含む右側の5個のスポットを第1の光ビームによるスポットとし、0次光によるスポットG0と回折光によるスポットG1とを含む左側の5個のスポットを第2の光ビームによるスポットとする。
ハッチングを付した四角形は0次光によるスポットG0を示し、ハッチングを付していない四角形は回折光によるスポットG1を示す。また、0次光によるスポットG0と回折光によるスポットG1とを含む右側の5個のスポットを第1の光ビームによるスポットとし、0次光によるスポットG0と回折光によるスポットG1とを含む左側の5個のスポットを第2の光ビームによるスポットとする。
また、回折スポットG1の強度が0次スポットG0の強度の半分とは異なる場合であっても、第1の光ビームに対応する0次スポットG10と第2の光ビームに対応する0次スポットG20との間の領域に、回折スポットG11が回折スポットG21と重ねられたスポットが生成される。
このように、射出瞳Hにおける照度の均一性が高くなり、さらに、照度の均一性が高い領域を照明光軸から離れた位置まで広げることができるため、スペックルを視認し難くすることができる。
d×sinθ=n×λ(n=1) …(1)
液晶パネル21から射出瞳Hまでの距離をf、射出瞳Hの1次回折位置をLとした場合、
L=f×tanθ …(2)
である。
投射光学系5の倍率をmとした場合、第2のレンズアレイ19における二次光源像FのサイズD0が式(3)を満足する場合、射出瞳Hにおいて、一つの光ビームに対応する0次スポットと回折スポットとが互いに接する。
D0=L/m …(3)
以下、本発明の第2実施形態について、図8を参照して説明する。
第2実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と同様であり、照明装置の構成が第1実施形態と異なる。
図8は、第2実施形態のプロジェクターを示す概略構成図である。
図8において、第1実施形態で用いた図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
例えば上記実施形態では、複数のレーザー光源が等しいピッチで規則的に配列された構成を示したが、この構成に代えて、複数のレーザー光源が異なるピッチもしくはランダムに配列されていてもよい。この場合も、投射光学系の射出瞳において照度分布の均一性を高めることができ、スペックルが視認されにくくなる。
その他、上記実施形態で開示したプロジェクターの各種の構成要件の数、配置等については適宜変更が可能である。
上記実施形態で説明したように、インテグレーター光学系の第1のレンズアレイ(光束分割素子)として、偏芯していない通常のレンズアレイを用いたものを比較例のプロジェクターとし、偏芯マルチレンズを用いたものを実施例1のプロジェクターとし、CGHを用いたものを実施例2のプロジェクターとした。
図9(A)は、比較例のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。図9(B)は、実施例1のプロジェクターにおいて、射出瞳における0次スポットの位置を示す図である。図9(C)は、実施例1のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。図9(D)は、実施例2のプロジェクターにおいて、射出瞳における照度分布を示す図である。
図9(D)に示すように、実施例2のプロジェクターにおいても、一方の光ビームの0次スポットと他方の光ビームの回折スポットとが互いに重なるような光ビームの対を、4対形成した。0次光によるスポットと回折光によるスポットとが重なり合う結果、図9(A)に示す比較例のプロジェクターに比べて、照度分布の均一性が高いことが判った。また、実施例2では、CGHを用いて照度分布を最適化することにより、実施例1に比べてさらに照度分布の均一性を高めることができることがわかった。
Claims (9)
- 第1の光ビームと第2の光ビームとを含む照明光を射出する照明装置と、
前記照明光を変調することで画像光を生成する光変調装置と、
射出瞳を有し、前記光変調装置から射出される画像光を被投射面に投射する投射光学系と、を備え、
前記画像光は、前記照明光と前記光変調装置とによって生成された複数の回折光と複数の0次光とからなり、
前記射出瞳において、前記第1の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと、前記第2の光ビームに対応する回折光によるスポットの、少なくとも一方の少なくとも一部と重なっていることを特徴とするプロジェクター。 - 前記射出瞳において、前記第1の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第2の光ビームに対応する0次光によるスポットの少なくとも一部と重なっていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。
- 前記射出瞳において、前記第1の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと部分的に重なっ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ー。
- 前記射出瞳において、前記第1の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第2の光ビームに対応する回折光によるスポットの少なくとも一部と重なっていることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。
- 前記射出瞳において、前記第1の光ビームに対応する回折光によるスポットは、前記第2の光ビームに対応する回折光によるスポットと部分的に重なっていることを特徴とする請求項4に記載のプロジェクター。
- 前記照明装置は、光源装置と、インテグレーター光学系と、コンデンサレンズと、を備え、
前記インテグレーター光学系は、光束分割素子と、レンズアレイと、を備え、
前記光束分割素子は、前記光源装置からの光を前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとを含む複数の光束に分割し、前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとを互いに異なる方向に射出することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のプロジェクター。 - 前記光束分割素子は、偏芯マルチレンズであることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクター。
- 前記光束分割素子は、計算器合成ホログラムであることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクター。
- 前記射出瞳において、前記第2の光ビームに対応する0次光によるスポットのサイズ、および第2の光ビームに対応する回折光によるスポットのサイズは、前記第2の光ビームに対応する0次光によるスポットと前記第2の光ビームに対応する回折光によるスポットとの間隔よりも小さいことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
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