JP7108840B2 - 光源装置及び投写型立体表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、画像形成素子に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写して立体映像を表示する投写型立体表示装置に関する。

ミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）や液晶パネルの画像形成素子を用いた投射型立体表示装置の光源として、長寿命である半導体レーザや発光ダイオードの固体光源を用いた光源装置が多数開示されている。その中で、レーザ光源を用いた波長分割方式の立体表示装置が開示されている（特許文献１、及び非特許文献１参照）。そして、狭帯域で発光するレーザ光源を用いることにより、広色域で高効率な投写型立体表示装置を構成している。

特許第５９６８９２５号公報

Michel Perkins et al., "Lasers, Lamps, or Phosphors - Choices for the Future of Digital Cinema," SID Symposium Digest of Technical Papers, Vol. 48, Issue 1, Book 1: Session 36: Projection: Solid State Illumination, 36-2: Invited Paper, pp. 513-516, June 2, 2017

従来のレーザ光源を用いた投写型立体表示装置としては、レーザ光源装置と投写型立体表示装置を分割し、レーザ光源からの光を光ファイバで投写型立体表示装置に接続して構成していた。このため、レーザ光源装置の光出力や温度を制御することで、出力輝度の調整範囲が広い投写型立体表示装置が構成できる。また、投写型立体表示装置が小型となるため、設置性が容易となる特長を有する。

しかしながら、レーザ光源装置と投写型立体表示装置を分割するため、投写型立体表示装置全体が大型化することや、光ファイバ接続による光損失が大きい、などの問題を抱えている。このため、青色、緑色、赤色等の複数色のレーザ光源を用いて、小型で高効率な光源装置と、その光源装置を用いた投写型立体表示装置を構成することが課題であった。

本開示の目的は以上の問題点を解決し、複数色のレーザ光源を用いて、従来技術に比較して小型で高効率な光源装置及び当該光源装置を用いた投写型立体表示装置を提供する。

本開示の一態様にかかる光源装置は、
複数の波長帯の各色光を発光する複数のレーザ光源と、
前記各色光を合成して出力する複数のダイクロイックミラーと、
レーザ光固有のスペックルを解消するように、前記複数のダイクロイックミラーからの入射光を拡散する動的な拡散板とを備えた光源装置であって、
前記ダイクロイックミラーの１つは青色を反射するダイクロイックミラーであって、
前記複数のレーザ光源は青色レーザ光源を含み、
前記青色レーザ光源は、Ｐ偏光の短波長帯レーザ光と、当該短波長帯レーザ光よりも長い波長を有するＳ偏光の長波長帯レーザ光を発生する。

従って、本開示によれば、複数の波長帯を発光するレーザ光源と、レーザ光源から光を合成するダイクロイックミラーと、動的拡散板とを備え、複数の波長帯のレーザ光は、短波長側と長波長側で互いに直交する偏光となるように構成しているため、広色域で小型、高効率な光源装置を構成できる。このため、広色域で、小型、高効率な投写型立体表示装置を実現できる。

実施の形態１における光源装置の構成例を示すブロック図 図１の光源装置において用いるレーザ光のスペクトル特性とダイクロイックミラーの分光透過率特性を示すスペクトル図 実施の形態２における光源装置の構成例を示すブロック図 実施の形態２におけるレーザ光のスペクトル特性とダイクロイックミラーの分光透過率特性を示すスペクトル図 本発明の実施の形態３における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態４における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態５における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態６における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図

以下、本開示を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
図１は本開示の実施の形態１における光源装置７１の構成例を示すブロック図である。

図１において、実施の形態１にかかる光源装置７１は、第１の赤色レーザ光源３３と、第２の赤色レーザ光源３８と、第１の緑色レーザ光源４３と、第２の緑色レーザ光源４８と、第１の青色レーザ光源５３と、第２の青色レーザ光源５７とを備える。光源装置７１はさらに、ヒートシンク３４、３９、４４、４９、５８と、プレート型の偏光ビームスプリッタ５９，６０と、ミラー６１と、赤反射のダイクロイックミラー６２と、青反射のダイクロイックミラー６３と、コンデンサレンズ６４と、拡散板６５と、ミラー６６と、円形拡散板６７とモーター６８で構成されてレーザ光固有のスペックルを解消するための動的な拡散板である回転拡散板６９とを備える。さらに、光源装置７１の外側に、コンデンサレンズ７０を備える。

第１の赤色レーザ光源３３は赤色半導体レーザ３０とコリメートレンズ３１と放熱板３２を備えて構成される。第２の赤色レーザ光源３８は赤色半導体レーザ３５とコリメートレンズ３６と放熱板３７を備えて構成される。第１の緑色レーザ光源４３は緑色半導体レーザ４０とコリメートレンズ４１と放熱板４２を備えて構成される。第２の緑色レーザ光源４８は緑色半導体レーザ４５とコリメートレンズ４６と放熱板４７を備えて構成される。第１の青色レーザ光源５３は青色半導体レーザ５０と、コリメートレンズ５１と放熱板５２を備えて構成される。第２の青色レーザ光源５７は、青色半導体レーザ５４と、コリメートレンズ５５と放熱板５６を備えて構成される。

なお、図中において、各レーザ光源３３，３８，４３，４８，５３，５７から出射する光の偏光方向を示している。

第１の赤色レーザ光源３３は、正方配置した２４個（＝６×４）の赤色半導体レーザ３０及びその前面に配置したコリメートレンズ３１を、放熱板３２上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。ここで、各赤色半導体レーザ３０は、主波長が６６０ｎｍの赤色光を発光し、Ｓ偏光の光を出射する。第２の赤色レーザ光源３８は、正方配置した２４個（＝６×４）の赤色半導体レーザ３５及びその前面に配置したコリメートレンズ３６を、放熱板３７上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。ここで、各赤色半導体レーザ３５は、主波長が６４０ｎｍの赤色光を発光し、Ｐ偏光の光を出射する。波長分割方式立体表示のため、第１の赤色レーザ光源３３の主波長と第２の赤色レーザ光源３８の主波長との波長差を２０ｎｍとしている。赤色半導体レーザは一般に、６３０ｎｍ以下での発光は開発途上のため、短波長の赤色半導体レーザ３５は６４０ｎｍで発光する。

ヒートシンク３４、３９は赤色レーザ光源３３、３８を冷却するために設けられる。赤色半導体レーザ３０、３５から出射された各出力光は、対応するコリメートレンズ３１、３６により、それぞれ集光され平行な光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ５９に入射する。偏光ビームスプリッタ５９は、赤色レーザ光源３３からのＳ偏光を反射し、赤色レーザ光源３８からのＰ偏光を透過する。偏光合成された赤色光は、ミラー６１で反射した後、赤反射のダイクロイックミラー６２に入射する。

第１の緑色レーザ光源４３は、正方配置した２４個（＝６×４）個の緑色半導体レーザ４０及びそれの前面に配置したコリメートレンズ４１を、放熱板４２上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。ここで、各緑色半導体レーザ４０は、主波長が５３０ｎｍの緑色光を発光し、Ｓ偏光の光を出射する。第２の緑色レーザ光源４８は、正方配置した２４個（＝６×４）の緑色半導体レーザ４５及びそれの前面に配置したコリメートレンズ４６を、放熱板４７上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。ここで、各緑色半導体レーザ４５は、主波長が５１０ｎｍの緑色光を発光し、Ｐ偏光の光を出射する。波長分割方式立体表示のため、第１の緑色レーザ光源４３の主波長と第２の緑色レーザ光源４８の主波長との波長差を２０ｎｍとしている。緑色半導体レーザは一般に、５３０ｎｍ以上での発光は開発途上であるため、長波長の緑色半導体レーザ４０は５３０ｎｍで発光する。

ヒートシンク４４、４９は緑色レーザ光源４３、４８を冷却するために設けられる。緑色半導体レーザ４０、４５から出射された各出力光は、対応するコリメートレンズ４１、４６により、それぞれ集光され平行な光束に変換された後、偏光ビームスプリッタ６０に入射する。偏光ビームスプリッタ６０は、緑色レーザ光源４３からのＳ偏光を反射し、緑色レーザ光源４８からのＰ偏光を透過する。偏光合成された緑色光は、赤反射のダイクロイックミラー６２に入射する。赤反射のダイクロイックミラー６２は、赤色レーザ光源３３、３８の光を反射し、緑色レーザ光源４３、４８の光を透過する。赤反射のダイクロイックミラー６２からの光は、青反射のダイクロイックミラー６３に入射する。

第１の青色レーザ光源５３は、正方配置した８個（＝４×２）の青色半導体レーザ５０及びそれの前面に配置されたコリメートレンズ５１を、放熱板５２上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。ここで、各青色半導体レーザ５０は、主波長が４６５ｎｍの青色光を発光し、Ｓ偏光を出射する。第２の青色レーザ光源５７は、正方配置した８個（＝４×２）の青色半導体レーザ５４及びそれの前面に配置されたコリメートレンズ５５を、放熱板５６上に一定の間隔で２次元形状に配置して構成される。青色半導体レーザ５４は、主波長が４４５ｎｍの青色光を発光し、Ｐ偏光を出射する。波長分割方式立体表示のため、第１の青色レーザ光源５３の主波長と第２の青色レーザ光源５７の主波長との波長差は２０ｎｍである。ヒートシンク５８は青色レーザ光源５３、５７を冷却するために設けられる。青色半導体レーザ５０，５４は、赤色及び緑色の半導体レーザ３０，３５，４０，４５に対して、発光効率が高いことや所望の白色光色度に必要な光出力が小さいため、１／３程度の半導体レーザ個数で構成している。青色半導体レーザ５０，５４から出射された各出力光は、対応するコリメートレンズ５１、５５により、それぞれ集光され平行な光束に変換された後、青反射のダイクロイックミラー６３に入射する。

図２は、赤色、緑色、青色のレーザ光の発光スペクトルとダイクロイックミラーの分光特性を示すスペクトル図である。

図２において、発光スペクトルは各レーザ光のピーク強度１００％とした場合の相対強度を示している。赤色、緑色、青色のレーザ光は、それぞれ２つの波長帯で発光する。それぞれの発光スペクトルの短波長側の光はＰ偏光の光であり、長波長側の光はＳ偏光の光である。赤反射のダイクロイックミラー６２のＰ偏光及びＳ偏光の透過率と、青反射のダイクロイックミラー６３のＰ偏光及びＳ偏光の透過率を示している。透過率が５０％となる波長をカットオフ波長とすると、赤反射のダイクロイックミラー６２のカットオフ波長は、Ｓ偏光で５７３ｎｍ、Ｐ偏光で６００ｎｍの特性を有する。また、青反射のダイクロイックミラー６３のカットオフ波長は、Ｓ偏光で５００ｎｍ、Ｐ偏光で４７８ｎｍの特性を有する。

赤色のレーザ光の主波長６４０ｎｍ（Ｐ偏光）と６６０ｎｍ（Ｓ偏光）に対して、赤反射のダイクロイックミラー６２のＰ偏光カットオフ波長が５７３ｎｍ、Ｓ偏光カットオフ波長が６００ｎｍであるため、赤色レーザ光を効率よく反射する。また、緑色レーザ光の主波長５１０ｎｍ（Ｐ偏光）、５３０ｎｍ（Ｓ偏光）に対して、赤反射のダイクロイックミラー６２のＰ偏光カットオフ波長が５７３ｎｍ、Ｓ偏光カットオフ波長が６００ｎｍであるため、緑色レーザ光を効率よく透過する。

青色レーザ光の主波長４４５ｎｍ（Ｐ偏光）と４６５ｎｍ（Ｓ偏光）に対して、青反射のダイクロイックミラー６３のＰ偏光カットオフ波長が４７８ｎｍ、Ｓ偏光カットオフ波長が５００ｎｍであるため、青色レーザ光を効率よく反射する。また、緑色レーザ光の主波長５１０ｎｍ（Ｐ偏光）、５３０ｎｍ（Ｓ偏光）に対して、青反射の青反射のダイクロイックミラー６３のＰ偏光カットオフ波長が４７８ｎｍ、Ｓ偏光カットオフ波長が５００ｎｍであるため、緑色レーザ光を効率よく透過する。さらに、赤色レーザ光も効率よく透過する。赤反射のダイクロイックミラーについては、主波長とカットオフ波長の差が大きいため、赤色レーザ光の短波長側がＳ偏光、長波長側がＰ偏光であっても、従来技術に比較して効率よく反射する。

図１において、青反射のダイクロイックミラー６３を透過、反射した各レーザ光は、コンデンサレンズ６４に入射する。コンデンサレンズ６４は、各レーザ光が回転拡散板６９の近傍で集光するように、そのレンズ形状を決めている。コンデンサレンズ６４を透過したレーザ光は、拡散板６５で拡散された後、ミラー６６で反射し、回転拡散板６９に入射する。拡散板６５はガラス基板上に形成された微細なマイクロレンズをアレイ状に形成して拡散面を構成したものであり、入射する光を拡散する。マイクロレンズ形状とすることにより、フッ酸などの溶液を用いて、ガラス表面を微細な凹凸形状に加工する化学処理の拡散板よりも、最大拡がり角度を低減で拡散損失を低減できる。拡散光の最大強度の５０％となる半値角度幅である拡散角度は略５度と小さく、偏光特性を保持する。光強度がピーク強度に対して１３．５％となる直径をスポット径と定義すると、スポット径が３ｍｍ～５ｍｍのスポット光に重畳され、回転拡散板６９の近傍に入射する。拡散板６５はそのスポット光の径が所望のスポット径となるよう光を拡散させている。

回転拡散板６９は、ガラス基板上に円周状に拡散層を形成した円形拡散板６７と、その中央部に設けられ円形拡散板６７を回転するモーター６８を備えて構成され、かつ円形拡散板６７の回転制御が可能である。回転拡散板６９は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能である。拡散には化学処理の拡散板を用い、拡散角は略１２度で、偏光特性を維持する。拡散面を回転することにより、レーザ光に起因するスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、レーザ光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。

回転拡散板６９により、多数の拡散角度で時間的に多重化された光は、コンデンサレンズ７０で集光され、略平行光に変換される。コンデンサレンズ７０は、回転拡散板６９の近傍のスポット光を平行光となるように、その形状を決めている。

なお、実施の形態１において、赤反射のダイクロイックミラー６２を緑反射のダイクロイックミラーとして、緑色のレーザ光源と赤色のレーザ光源の配置を変更してもよい。

また、実施の形態１において、拡散板６５はマイクロレンズアレイの拡散板を用いて説明したが、集光効率はやや低下するが、安価な化学処理の拡散板を用いてもよい。

さらに、実施の形態１において、赤色レーザ光源３３，３８と、緑色レーザ光源４３，４８、青色レーザ光源５３，５７はそれぞれ４８個、４８個、１６個の半導体レーザ素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、さらに多数の半導体レーザを用いて構成してもよい。

以上のように、本実施の形態１にかかる光源装置７１によれば、複数の波長帯を発光する赤色、緑色、青色のレーザ光源と、当該レーザ光源から光を合成するダイクロイックミラーと、回転拡散板とを備え、前記ダイクロイックミラーの１つは、青色を反射するダイクロイックミラーであって、前記複数の波長帯の青色と緑色のレーザ光は、短波長帯のレーザ光がＰ偏光、長波長帯のレーザ光がＳ偏光である。このため、図２を参照して詳述したように偏光特性の重なりを防止して損失を軽減でき、これにより、赤色、緑色、青色のレーザ光を小型で、かつ従来技術に比較して高い効率で合成することができる。

（実施の形態２）
図３は実施の形態２にかかる光源装置７３の構成例を示すブロック図である。

図３において、実施の形態２にかかる光源装置７３は、第１の赤色レーザ光源１３３と、第２の赤色レーザ光源１３８と、第１の緑色レーザ光源１４３と、第２の緑色レーザ光源１４８と、第１の青色レーザ光源１５３と、第２の青色レーザ光源１５７とを備えて構成される。第１の赤色レーザ光源１３３は、赤色半導体レーザ１３０とコリメートレンズ１３１と放熱板１３２を備えて構成される。第２の赤色レーザ光源１３８は、赤色半導体レーザ１３５とコリメートレンズ１３６と放熱板１３７を備えて構成される。第１の緑色レーザ光源１４３は、緑色半導体レーザ１４０とコリメートレンズ１４１と放熱板１４２を備えて構成される。第２の緑色レーザ光源１４８は、緑色半導体レーザ１４５とコリメートレンズ１４６と放熱板１４７を備えて構成される。第１の青色レーザ光源１５３は、青色半導体レーザ１５０と、コリメートレンズ１５１と放熱板１５２を備えて構成される。第２の青色レーザ光源１５７は、青色半導体レーザ１５４とコリメートレンズ１５５と放熱板１５６を備えて構成される。光源装置７３はさらに、ヒートシンク１３４、１３９、１４４、１４９、１５８と、プレート型の偏光ビームスプリッタ５９，６０と、ミラー６１と、赤反射のダイクロイックミラー６２と、コンデンサレンズ６４と、拡散板６５と、ミラー６６と、円形拡散板６７とモーター６８で構成された動的な拡散板である回転拡散板６９とを備えて構成される。そして、光源装置７３の外側に、コンデンサレンズ７０とを備える。以上の光源装置７３は、実施の形態１の光源装置７１と同様な構成を有する。

実施の形態２にかかる図３の光源装置は、図１の光源装置に比較して、以下の点が異なる。
（１）青透過のダイクロイックミラー７２を、青色レーザ光源１５７とコンデンサレンズ６４との間に配置している。
（２）複数の波長帯を有する赤色、緑色、青色のレーザ光源１３３，１３８，１４３，１４８，１５３，１５７において、それぞれ短波長帯の発光がＳ偏光で、長波長帯の発光がＰ偏光である。

なお、図中において、各レーザ光源１３３，１３８，１４３，１４８，１５３，１５７から出射する光の偏光方向を示している。

赤色半導体レーザ１３０は、主波長が６４０ｎｍの赤色光を発光し、Ｓ偏光の光を出射する。赤色半導体レーザ１３５は、主波長が６６０ｎｍの赤色光を発光し、Ｐ偏光の光を出射する。緑色半導体レーザ１４０は、主波長が５１０ｎｍの緑色光を発光し、Ｓ偏光の光を出射する。緑色半導体レーザ１４５は、主波長が５３０ｎｍの緑色光を発光し、Ｐ偏光の光を出射する。青色半導体レーザ１５０は、主波長が４４５ｎｍの青色光を発光し、Ｓ偏光の光を出射する。青色半導体レーザ１５４は、主波長が４６５ｎｍの青色光を発光し、Ｐ偏光の光を出射する。

赤反射のダイクロイックミラー６２で合成された赤色、緑色のレーザ光は、青透過のダイクロイックミラー７２に入射する。青色半導体レーザ１５０、１５４を出射した光は対応するコリメートレンズ１５１、１５５により、それぞれ集光され平行な光束に変換された後、青透過のダイクロイックミラー７２に入射する。

図４は、赤色、緑色、青色のレーザ光の発光スペクトルとダイクロイックミラーの分光特性を示すスペクトル図である。

図４において、発光スペクトルはそれぞれのレーザ光のピーク強度１００％とした場合の相対強度を示している。赤色、緑色、青色のレーザ光は、それぞれ２つの波長帯で発光する。それぞれの発光スペクトルの短波長側はＳ偏光の光であり、長波長側はＰ偏光の光である。赤反射のダイクロイックミラーのＰ偏光及びＳ偏光の透過率と、青透過のダイクロイックミラー７２のＰ偏光及びＳ偏光の透過率を示している。透過率が５０％となる波長をカットオフ波長とすると、赤反射のダイクロイックミラーのカットオフ波長は、Ｓ偏光で５７３ｎｍ、Ｐ偏光で６００ｎｍの特性を有する。また、青透過のダイクロイックミラー７２のカットオフ波長は、Ｐ偏光で４９８ｎｍ、Ｓ偏光で４７５ｎｍの特性を有する。青色レーザ光の主波長４４５ｎｍ（Ｓ偏光）と４６５ｎｍ（Ｐ偏光）に対して、青透過のダイクロイックミラー７２のＳ偏光カットオフ波長が４７５ｎｍ、Ｐ偏光カットオフ波長が４９８ｎｍであるため、青色レーザ光を効率よく透過する。また、緑色レーザ光の主波長５１０ｎｍ（Ｓ偏光）、５３０ｎｍ（Ｐ偏光）に対して、青透過のダイクロイックミラー７２のＳ偏光カットオフ波長が４７５ｎｍ、Ｐ偏光カットオフ波長が４９８ｎｍであるため、緑色レーザ光を効率よく反射する。さらに、赤色レーザ光も効率よく反射する。赤反射のダイクロイックミラーについては、主波長とカットオフ波長の差が大きいため、赤色レーザ光の短波長側がＰ偏光、長波長側がＳ偏光であっても、従来技術に比較して効率よく反射する。

図３において、青透過のダイクロイックミラー７２を透過、反射した各レーザ光は、コンデンサレンズ６４に入射する。コンデンサレンズ６４を透過したレーザ光は、拡散板６５で拡散された後、ミラー６６で反射し、回転拡散板６９の近傍に集光する。拡散板の拡散角は略５度で、集光する光のスポット径は３ｍｍ～５ｍｍである。

回転拡散板６９は、ガラス基板上に円周状に拡散層を形成した円形拡散板６７と、その中央部に設けられたモーター６８とを備え、回転制御可能である。円形拡散板６７の拡散角は略１２度である。回転拡散板６９の拡散面を回転することにより、レーザ光に起因にするスクリーン上でのランダムな干渉パターンが時間的、空間的に高速変動して、スペックルノイズを解消することができる。また、レーザ光源の微小な発光サイズと発光数に起因する微小な輝度むらも低減することができる。

回転拡散板６９により、多数の拡散角度で時間的に多重化された光は、コンデンサレンズ７０で集光され、略平行光に変換される。

以上の実施の形態２において、赤反射のダイクロイックミラー６２を緑反射のダイクロイックミラーとして、緑色のレーザ光源と赤色のレーザ光源の配置を変更してもよい。

また、実施の形態２において、赤色レーザ光源１３３，１３８と、緑色レーザ光源１４３，１４８、青色レーザ光源１５３，１５７はそれぞれ、４８個、４８個、１６個の半導体レーザ素子を配置した構成を示したが、高輝度化のため、さらに多数の半導体レーザを用いて構成してもよい。

以上のように、本実施の形態２にかかる光源装置７３によれば、複数の波長帯を発光する赤色、緑色、青色のレーザ光源と、レーザ光源から光を合成するダイクロイックミラーと、回転拡散板とを備え、前記ダイクロイックミラーの１つは、青色を透過するダイクロイックミラーであって、前記複数の波長帯の青色と緑色のレーザ光は、短波長帯のレーザ光がＳ偏光、長波長帯のレーザ光がＰ偏光である。このため、図４を参照して詳述したように偏光特性の重なりを防止して損失を軽減でき、これにより、赤色、緑色、青色のレーザ光を小型で、かつ従来技術に比較して高い効率で合成することができる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３における投写型立体表示装置である。実施の形態３にかかる投写型立体表示装置は、以下のことを特徴とする。
（１）画像形成手段として、３つのＤＭＤ１７０，１７１，１７２を用いた。
（２）図１の光源装置７１を用いた。

図５において、光源装置７１から出射した光は、ロッド１６１へ集光する。ロッド１６１への入射光はロッド１６１内部で複数回反射することにより、光強度分布が均一化され出射する。ロッド１６１からの出射光はリレーレンズ１６２により集光され、反射ミラー１６３で反射した後、フィールドレンズ１６４を透過し、全反射プリズム１６５に入射する。全反射プリズム１６５は２つのプリズムを備えて構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層１６６を形成している。空気層１６６は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。フィールドレンズ１６４からの光は全反射プリズム１６５の全反射面で反射されて、カラープリズム１６７に入射する。

カラープリズム１６７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射のダイクロイックミラー１６８と赤反射のダイクロイックミラー１６９が形成されている。カラープリズム１６７の青反射のダイクロイックミラー１６８と赤反射のダイクロイックミラー１６９により、青色、赤色、緑色の各色光に分離され、それぞれＤＭＤ１７０、１７１、１７２に入射する。ＤＭＤ１７０、１７１、１７２は、時分割した立体表示の右目用映像信号と左目用映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ、投写レンズ１７３に入射する光と、投写レンズ１７３の有効外へ進む光とに反射させる。２つの波長帯をもつ赤色、緑色、青色のレーザ光は、立体表示の右目用映像信号にはそれぞれ短波長側の光を、左目用映像信号にはそれぞれ長波長側の光を対応させて、その強度を変調する。レーザ光源は高速駆動が可能なため、立体表示用の映像信号に追従する。

ＤＭＤ１７０、１７１、１７２により反射された光は、再度カラープリズム１６７を透過する。カラープリズム１６７を透過する過程で、分離された青色、赤色、緑色の各色光は合成され、全反射プリズム１６５に入射する。全反射プリズム１６５に入射した光は空気層１６６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ１７３に入射する。このようにして、ＤＭＤ１７０、１７１、１７２により形成された画像光がスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。スクリーン上に拡大投写された右目用と左目用画像は、右目用の光のみ、もしくは、左目用の光のみを透過するめがねを装着して、立体画像を鑑賞することができる。

図５の光源装置７１（図１）は、複数の波長帯をもつ赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いて、従来技術に比較して小型で、高い効率で、白色光を出射する。このため、小型、広色域で投写型立体表示装置を実現できる。画像形成手段にＤＭＤ１７１，１７２，１７３を用いているため、液晶を用いた画像形成手段と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型立体表示装置が構成できる。さらに、３つのＤＭＤ１７１，１７２，１７３を用いているため、従来技術に比較して色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。

以上のように、本実施の形態３にかかる投写型立体表示装置によれば、光源装置７１が、赤色、緑色、青色のレーザ光源と、各レーザ光源光を合成するダイクロイックミラーと、回転拡散板とを備え、複数の波長帯のレーザ光は、短波長側がＰ偏光、長波長側がＳ偏光であって、それぞれが互いに直交する偏光となるように構成している。このため、従来技術に比較して小型で、高効率な投写型立体表示装置が構成できる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４にかかる投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態４にかかる投写型立体表示装置は、以下の点を特徴としている。
（１）画像形成手段として、ＴＮモードもしくはＶＡモードであって、画素領域に薄膜トランジスタを形成したアクティブマトリクス方式の透過型の液晶パネル２１７、２１８、２１９を用いた。
（２）図１の光源装置７１を用いた。

図６の投写型立体表示装置において、コンデンサレンズ７０以降の投写部は、第１のレンズアレイ板２００と、第２のレンズアレイ板２０１と、偏光変換素子２０２と、重畳用レンズ２０３と、青反射のダイクロイックミラー２０４と、緑反射のダイクロイックミラー２０５と、反射ミラー２０６，２０７，２０８と、リレーレンズ２０９，２１０と、
フィールドレンズ２１１、２１２、２１３と、入射側偏光板２１４、２１５、２１６と、液晶パネル２１７、２１８、２１９と、出射側偏光板２２０、２２１、２２２と、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーを備えて構成される色合成プリズム２２３と、投写レンズ２２４とを備えて構成される。

図６において、光源装置７１からの光はコンデンサレンズ７０を介して、複数のレンズ素子を備えて構成される第１のレンズアレイ板２００に入射する。第１のレンズアレイ板２００に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズを備えて構成される第２のレンズアレイ板２０１に収束する。第１のレンズアレイ板２００のレンズ素子は、液晶パネル２１７，２１８、２１９と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板２０１のレンズ素子の焦点距離は、第１のレンズアレイ板２００と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるように決められている。第２のレンズアレイ板２０１からの分割された光は、偏光変換素子２０２に入射する。偏光変換素子２０２は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、光源からのＰ偏光とＳ偏光の光を１つの偏光方向の光に変換する。

偏光変換素子２０２を出射した光は重畳用レンズ２０３に入射する。重畳用レンズ２０３は、第２のレンズアレイ板２０１の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル２１７、２１８、２１９上に重畳照明するために設けられる。第１のレンズアレイ板２００及び第２のレンズアレイ板２０１と、重畳用レンズ２０３を照明光学系としている。重畳用レンズ２０３からの光は、色分離手段である青反射のダイクロイックミラー２０４、緑反射のダイクロイックミラー２０５により、青色、緑色、赤色の各色光に分離される。緑色光はフィールドレンズ２１１、入射側偏光板２１４を透過して、液晶パネル２１７に入射する。青色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２及び入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２０７、２０８を透過屈折及び反射して、フィールドレンズ２１３及び入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。

３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は、時分割した立体表示の右目用映像信号と左目用映像信号に応じて、画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル２１７、２１８、２１９の両側に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏光板２１４、２１５、２１６及び出射側偏光板２２０、２２１、２２２を組み合わせて光を変調し、緑、青、赤の画像を形成する。２つの波長帯をもつ赤色、緑色、青色のレーザ光は、立体表示の右目用映像信号にはそれぞれ短波長側の光を、左目用映像信号にはそれぞれ長波長側の光を対応させて、その強度を変調する。レーザ光源は高速駆動か可能なため、立体表示用の映像信号に追従する。

出射側偏光板２２０、２２１、２２２を透過した各色光は色合成プリズム２２３により、赤色、青色の各色光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー、青反射のダイクロイックミラーによって反射し、緑の色光と合成され、投写レンズ２２４に入射する。投写レンズ２２４に入射した光は、スクリーン（図示せず）上に拡大投写される。スクリーン上に拡大投写された右目用と左目用画像は、右目用の光のみ、もしくは、左目用の光のみを透過するめがねを装着して、立体画像を鑑賞することができる。

図６の光源装置７１（図１）は、複数の波長帯をもつ赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いて、小型で、高効率な白色光を出射する。このため、従来技術に比較して小型、広色域で投写型立体表示装置を実現できる。また、画像形成手段には、時分割方式ではなく偏光を利用する３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９を用いているため、カラーブレイキングがなく、従来技術に比較して色再現が良好で、明るく高精細な投写画像を得ることができる。また、３つのＤＭＤ１７１，１７２，１７３を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成プリズム２２３が４５度入射の小型プリズムになるため、投写型立体表示装置が小型に構成できる。

以上のように、実施の形態４にかかる投写型立体表示装置によれば、その光源装置７１が、赤色、緑色、青色のレーザ光源と、各レーザ光源光を合成するダイクロイックミラーと、回転拡散板とを備え、複数の波長帯のレーザ光は、短波長側がＰ偏光、長波長側がＳ偏光であって、それぞれが互いに直交する偏光となるように構成している。このため、従来技術に比較して小型で、高効率な投写型立体表示装置が構成できる。

（実施の形態５）
図７は本発明の実施の形態５における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態５にかかる投写型立体表示装置は、図５の投写型立体表示装置において、光源装置７１に代えて、図３の光源装置７３を備えたことを特徴とする。これにより、図３の実施の形態２にかかる作用効果を有するように構成でき、従来技術に比較して小型で、高効率な投写型立体表示装置が構成できる。

（実施の形態６）
図８は本発明の実施の形態６における投写型立体表示装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態６にかかる投写型立体表示装置は、図６の投写型立体表示装置において、光源装置７１に代えて、図３の光源装置７３を備えたことを特徴とする。これにより、図３の実施の形態２にかかる作用効果を有するように構成でき、従来技術に比較して小型で、高効率な投写型立体表示装置が構成できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

以上の実施の形態において、画像形成手段として、透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、より小型で高精細な投写型立体表示装置が構成できる。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。

従って、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

以上詳述したように、本開示によれば、複数の波長帯を発光するレーザ光源と、レーザ光源から光を合成するダイクロイックミラーと、動的拡散板とを備え、複数の波長帯のレーザ光は、短波長側と長波長側で互いに直交する偏光となるように構成しているため、広色域で小型、高効率な光源装置を構成できる。このため、広色域で、小型、高効率な投写型立体表示装置を実現できる。

３０、３５、１３０、１３５ 赤色半導体レーザ
３１、３６、４１、４６、５１、５５、１３１、１３６、１４１、１５１、１５５ コリメートレンズ
３２、３７、４２、４７、５２、５６、１３２、１３７、１４２、１４７、１５２、１５６ 放熱板
３３、３８、１３３、１３８ 赤色レーザ光源
３４、３９、４４、４９、５８、１３４、１３９、１４４、１４９、１５８ ヒートシンク
４０、４５、１４０、１４５ 緑色半導体レーザ
４３、４８、１４３、１４８ 緑色レーザ光源
５０、５４、１５０、１５４ 青色半導体レーザ
５３、５７、１５３、１５７ 青色レーザ光源
５９、６０ 偏光ビームスプリッタ
６１、６６ ミラー
６２、１６９ 赤反射のダイクロイックミラー
６３、１６８、２０４ 青反射のダイクロイックミラー
６４、７０ コンデンサレンズ
６５ 拡散板
６７ 円形拡散板
６８ モーター
６９ 回転拡散板
７１，７３ 光源装置
７２ 青透過のダイクロイックミラー
１６１ ロッド
１６２、２０９、２１０ リレーレンズ
１６３、２０６、２０７、２０８ 反射ミラー
１６４、２１１、２１２、２１３ フィールドレンズ
１６５ 全反射プリズム
１６６ 空気層
１６７ カラープリズム
１７０、１７１、１７２ ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）
１７３、２２４ 投写レンズ
２００ 第１のレンズアレイ板
２０１ 第２のレンズアレイ板
２０２ 偏光変換素子
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２１４、２１５、２１６ 入射側偏光板
２１７、２１８、２１９ 液晶パネル
２２０、２２１、２２２ 出射側偏光板
２２３ 色合成プリズム

Claims (8)

1. 複数の波長帯の各色光を発光する複数のレーザ光源と、
   前記各色光を合成して出力する複数のダイクロイックミラーと、
   前 記複数のダイクロイックミラーからの入射光を拡散する動的な拡散板と、を備えた光源装置であって、
   前記ダイクロイックミラーの１つは青色を反射し、赤色光及び緑色光を透過するダイクロイックミラーであって、
   前記複数のレーザ光源は青色レーザ光源を含み、
   前記青色レーザ光源は、Ｐ偏光の短波長帯レーザ光と、当該短波長帯レーザ光よりも長い波長を有するＳ偏光の長波長帯レーザ光を発生する光源装置。
2. 前記複数のレーザ光源は緑色レーザ光源を含み、
   前記緑色レーザ光源は、Ｐ偏光の短波長帯のレーザ光と、当該短波長帯レーザ光よりも長い波長を有するＳ偏光の長波長帯のレーザ光を発生する請求項１記載の光源装置。
3. 前記複数のレーザ光源は半導体レーザ光源である請求項１または２に記載の 光源装置。
4. 前記複数のレーザ光源は直線偏光の光を発生する請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の 光源装置。
5. 前記拡散板は、ガラス基板の表面に微細な凹凸形状を円周状で形成することで構成された円形拡散板と、
   前記円形拡散板を回転するモーターと、を備えた、回転拡散板である請求項１～４のうちのいずれか１つに記載の 光源装置。
6. 請求項１～５のうちのいずれか１つに記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を集光して被照明領域に照明する照明光学系と、
   映像信号に従って画像を前記被照明領域に形成する画像形成素子と、
   前記画像形成素子で形成された画像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写型立体表
   示装置。
7. 前記画像形成素子は液晶パネルである請求項６記載の投写型立体表示装置。
8. 前記画像形成素子はミラー偏向型のデジタルマイクロミラーデバイスである請求項６記載の 投写型立体表示装置。

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