JP7113172B2 - 光源装置および投写型表示装置 - Google Patents

Description

本開示は、照明光で照射される画像形成素子により形成される画像を、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。

ミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）や液晶パネルの画像形成素子を用いた投写型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、赤色、緑色、青色の固体光源を用いた小型で広色域な光源装置が開示されている（特許文献１）。

特許文献１では、投写画像の均一性を確保するために、赤色、緑色、青色のレーザ光源からの色光をそれぞれ集光する集光レンズのＦナンバーを略同等にし、アレイ状に配置した赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いることにより、小型で高輝度な光源装置を構成している。

国際公開第２０１５／０５６３８１号

本開示は、各色光の半導体レーザの数と光束サイズが異なる場合であっても、投写画像の高い均一性を確保しつつ、広色域で、小型、高輝度な光源装置と、その光源装置を用いた投写型表示装置を提供する。

本開示の光源装置は、赤の色光を出射する固体光源と、緑の色光を出射する固体光源と、青の色光を出射する固体光源と、固体光源からの色光を合成するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーからの合成光が入射する動的拡散板と、少なくとも１つの色光の固体光源からの光束を分割する光束分割素子を備えている。

本開示によれば、赤色、緑色、青色の固体光源と、固体光源からの光を合成するダイクロイックミラーと、回転拡散板と、固体光源からの光束を分割する光束分割素子により、各色光の固体光源数に起因する画像均一性の低下を解消しつつ、広色域で小型、高輝度な光源装置が構成できる。このため、広色域で、小型、高輝度な投写型表示装置が実現できる。

本開示の実施の形態１における光源装置の構成図 実施の形態１における第１の光束分割素子を示す図 実施の形態１における第２の光束分割素子を示す図 実施の形態１における第３の光束分割素子を示す図 本開示の実施の形態２における第１の投写型表示装置の構成図 本開示の実施の形態３における第２の投写型表示装置の構成図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
以下、図１～４を用いて、実施の形態１を説明する。

図１は本実施の形態を示す光源装置６０の構成図である。

赤色レーザ光源３３は、赤色固体光源である赤色半導体レーザ３０とコリメートレンズ３１と放熱板３２から構成される。緑色レーザ光源３９は、緑色固体光源である緑色半導体レーザ３６とコリメートレンズ３７と放熱板３８から構成される。青色レーザ光源４５は、青色固体光源である青色半導体レーザ４２とコリメートレンズ４３と放熱板４４から構成される。

光源装置６０は、また、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、コンデンサレンズ５０、５１、５２、５９、光束分割素子であるプリズムアレイ６９、青反射のダイクロイックミラー４９、拡散板５３、円形拡散板５５とモーター５６で構成されたスペックルノイズを低減する動的拡散板である回転拡散板５７、反射ミラー５４を備える。図１には、半導体レーザ光源から出射する各光束３５、４１、４７の様相と、赤反射のダイクロイックミラー４８、青反射のダイクロイックミラー４９へ入射および出射する光の偏光方向を示している。

赤色レーザ光源３３は、２４個（６×４）を正方配置した赤色半導体レーザ３０とコリメートレンズ３１を放熱板３２上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。赤色半導体レーザ３０は、６３２ｎｍから６４８ｎｍの波長幅で赤の色光を発光し、直線偏光の光を出射する。赤色半導体レーザ３０を出射した光は対応するコリメートレンズ３１により、それぞれ集光され平行な光束３５に変換される。光束３５群は赤反射のダイクロイックミラー４８に入射し反射する。ヒートシンク３４は赤色レーザ光源３３を冷却するためのものである。

緑色レーザ光源３９は、２４個（６×４）を正方配置した緑色半導体レーザ３６とコリメートレンズ３７を放熱板３８上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。緑色半導体レーザ３６は、５１７ｎｍから５３３ｎｍの波長幅で緑の色光を発光し、直線偏光の光を出射する。緑色半導体レーザ３６を出射した光は対応するコリメートレンズ３７により、それぞれ集光され平行な光束４１に変換される。光束４１群は赤反射のダイクロイックミラー４８に入射し透過する。緑色、赤色半導体レーザ３０、３６から出射する偏光は赤反射のダイクロイックミラー４８の入射面に対してＳ偏光となるように、各色の半導体レーザを配置している。ヒートシンク４０は緑色レーザ光源３９を冷却するためのものである。

青色レーザ光源４５は、８個（２×４）を正方配置した青色半導体レーザ４２とコリメートレンズ４３を放熱板４４上に一定の間隔で２次元状に配置したものである。青色半導体レーザ４２は、赤色、緑色の半導体レーザに対して、単一の半導体レーザの光出力や発光効率が高く、また、所望の白色光色度に必要な青色の光出力は小さいため、１／３以下の半導体レーザ個数で構成している。青色半導体レーザ４２から出射する偏光は青反射のダイクロイックミラー４９の入射面に対してＳ偏光となるように、半導体レーザを配置している。ヒートシンク４６は青色レーザ光源４５を冷却するためのものである。

青色半導体レーザ４２は、４５７ｎｍから４７２ｎｍの波長幅で青の色光を発光し、直線偏光の光を出射する。青色半導体レーザ４２を出射した光は、対応するコリメートレンズ４３により、それぞれ集光され平行な光束４７に変換される。光束４７群は光束分割素子であるプリズムアレイ６９に入射する。

図２に、少なくとも１つの色光の複数の固体光源からの光束を分割する第１の光束分割素子である第１のプリズムアレイの構成を示す。図２（ａ）は入射光を３分割するプリズムアレイ６９、図２（ｂ）は入射光を２分割するプリズムアレイ８２を示している。

図２（ａ）のプリズムアレイ６９の構成について説明する。プリズムアレイ６９は、プリズム７１、７２、７３が、図中の破線で示される面を対称面として面対称の位置に図の上下方向に同じものが配置されて構成されている。プリズム７１は、入射角が４５度のビームスプリッター面７４を備え、プリズム７２は入射角が４５度のビームスプリッター面７５と反射面７６を備えている。

プリズム７１への入射光７０は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ３３％と６７％となるビームスプリッター面７４に入射し、光束が分割される。透過光はプリズム７３を透過する。反射光は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となるビームスプリッター面７５に入射し、光束が分割される。ビームスプリッター面７５の透過光は反射面７６で反射する。プリズム７１とプリズム７３とプリズム７２は耐熱性と耐光性が高いシリコーン系の接着剤を用いて接合している。このようにして、入射光７０を光量比がそれぞれ３３％、３３．５％、３３．５％の光に３分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

プリズムアレイ６９により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、６×４に分割することができる。このため、青色レーザ光源４５からの光束サイズを、半導体レーザが６×４で配置された赤色、緑色のレーザ光源と同等化することができ、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性低下を解消しつつ、小型な光源装置が構成できる。

図２（ｂ）のプリズムアレイ８２の構成について説明する。プリズムアレイ８２は、プリズム７８、７９が、図中の破線で示される面を対称面として面対称の位置に図の上下方向に同じものが配置されて構成されている。プリズム７８は、入射角が４５度のビームスプリッター面８０と反射面８１を備えている。

プリズム７８への入射光７７は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となるビームスプリッター面８０に入射し、光束が分割される。透過光はプリズム７９を透過する。反射光は反射面８１で反射する。プリズム７８とプリズム７９は耐熱性と耐光性が高いシリコーン系の接着剤を用いて接合している。このようにして、入射光７７の光量比がそれぞれ５０％の光に２分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

プリズムアレイ８２により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、４×４に分割することができる。プリズムアレイ６９により青色レーザ光源４５からの光束を６×４に分割する場合に比べて、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性は低下するも、青色レーザ光源４５からの光束サイズは赤色、緑色のレーザ光源より小さくなり、低コスト化な光源装置が構成できる。

図３に、少なくとも１つの色光の複数の固体光源からの光束を分割する第２の光束分割素子である第２のプリズムアレイの構成を示す。図３（ａ）は入射光を３分割するプリズムアレイ８３、図３（ｂ）は入射光を２分割するプリズムアレイ９１を示している。図３（ｃ）は入射光を３分割する他のプリズムアレイ９７である。

図３（ａ）のプリズムアレイ８３の構成について説明する。プリズムアレイ８３は、プリズム８５、８６が、図中の破線で示される面を対称面として面対称の位置に図の上下方向に同じものが配置されて構成され、さらに対称面の位置にプリズム８７が配置されて構成される。プリズム８５は入射角が３０度のビームスプリッター面８８，８９を備え、プリズム８６は２つの反射面９０ａ、９０ｂを備えている。

プリズム８５への入射光８４は、入射角が３０度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ３３％と６７％となるビームスプリッター面８８に入射し、光束が分割される。透過光はプリズム８７を透過する。反射光は、入射角が３０度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となるビームスプリッター面８９に入射し、光束が分割される。ビームスプリッター面８９の透過光は、プリズム８６の２つの反射面９０ａ、９０ｂのそれぞれで反射する。プリズム８５とプリズム８７、プリズム８５とプリズム８６は、それぞれ厚みが１０μｍ以下の空気層を設けて接合している。接着剤を用いない構成のため、図２（ａ）に示すプリズムアレイ６９よりもさらに耐熱性と耐光久性を高めることができる。このようにして、入射光８４の光量比がそれぞれ３３％、３３．５％、３３．５％の光に３分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

プリズムアレイ８３により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、６×４に分割することができる。このため、青色レーザ光源４５からの光束サイズを、半導体レーザが６×４で配置された赤色、緑色のレーザ光源と同等化することができ、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性を確保しつつ、小型で耐久性が高い光源装置が構成できる。

図３（ｂ）のプリズムアレイ９１の構成について説明する。プリズムアレイ９１は、プリズム９３が、図中の破線で示される面を対称面として面対称の位置に図の上下方向に同じものが配置されて構成され、さらに対称面の位置にプリズム９４が配置されて構成される。プリズム９３は入射角が３０度のビームスプリッター面９５と反射面９６を備えている。

プリズム９３への入射光９２は、入射角が３０度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となるビームスプリッター面９５に入射し、光束が分割される。透過光はプリズム９４を透過する。反射光は反射面９６で反射する。プリズム９３とプリズム９４は、厚みが１０μｍ以下の空気層を設けて接合している。接着剤を用いない構成のため、図２（ｂ）に示すプリズムアレイ８２よりもさらに耐熱性と耐光久性を高めることができる。このようにして、入射光９２を光量比がそれぞれ５０％の光に２分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

プリズムアレイ９１により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、４×４に分割することができる。プリズムアレイ８３により青色レーザ光源４５からの光束を６×４に分割する場合に比べて、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性は低下するも、青色レーザ光源４５からの光束サイズは赤色、緑色のレーザ光源より小さくなり、低コストで耐久性の高い光源装置が構成できる。

図３（ｃ）のプリズムアレイ９７の構成について説明する。プリズムアレイ９７は、プリズム９９、１００が、図中の破線で示される面を対称面として面対称の位置に図の上下方向に同じものが配置されて構成され、さらに対称面の位置にプリズム１０１が配置されて構成される。プリズム９９は入射角が４５度のビームスプリッター面１０２、１０３を備え、プリズム１００は反射面１０４を備える。

図３（ａ）のプリズムアレイと構成と異なる点は、空気層を設けたプリズム接合面を４面から２面へ少なくした点である。プリズム９９への入射光９８は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ３３％と６７％となるビームスプリッター面１０２入射し、光束が分割される。透過光はプリズム１０１を透過する。反射光は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となるビームスプリッター面１０３に入射し、光束が分割される。ビームスプリッター面１０３の透過光はプリズム１００に入射し、反射面１０４で反射する。プリズム９９とプリズム１００は耐熱性と耐光性が高いシリコーン系の接着剤を用いて接合している。このようにして、入射する光を光量比がそれぞれ３３％、３３．５％、３３．５％の光に３分割することができる。空気層を設けたプリズム接合面を少なくすることで、図３（ａ）のプリズムアレイよりも低コスト化できる。

なお、図２に示すプリズム７３、７９は、それぞれ図３に示すプリズム８７、９４、１０２のように、２つのプリズムを一体的に１つのプリズムで構成されてもよい。また、図３に示すプリズム８７、９４、１０２は、それぞれ図２に示すプリズム７３、７９のように、面対称に配置される２つのプリズムで構成されてもよい。

図４に、少なくとも１つの色光の複数の固体光源からの光束を分割する第３の光束分割素子であるミラーアレイの構成を示す。図４（ａ）は入射光を３分割するミラーアレイ１１０、図４（ｂ）は入射光を２分割するミラーアレイ１１６を示している。

図４（ａ）のミラーアレイ１１０の構成について説明する。ミラーアレイ１１０は、入射角が４５度の平板ビームスプリッター１１３、１１４と、反射ミラー１１５とを備える。

入射光１１１、１１２は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ３３％と６７％となる平板ビームスプリッター１１３に入射し、光束が分割される。反射光は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となる平板ビームスプリッター１１４に入射し、光束が分割される。平板ビームスプリッター１１４の透過光は反射ミラー１１５で反射する。平板ミラーで構成するため、プリズムアレイよりもやや大型化するが、安価に構成できる。このようにして、入射光１１１、１１２を光量比がそれぞれ３３％、３３．５％、３３．５％の光に３分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

ミラーアレイ１１０により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、６×４に分割することができる。このため、青色レーザ光源４５からの光束サイズを、半導体レーザが６×４で配置された赤色、緑色レーザ光源と同等化することができ、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性を確保しつつ、小型な光源装置が安価に構成できる。

図４（ｂ）のミラーアレイ１１６の構成について説明する。ミラーアレイ１１６は、入射角が４５度の平板ビームスプリッター１１９と、反射ミラー１２０とを備える。

入射光１１７、１１８は、入射角が４５度で透過光と反射光の光量比がそれぞれ５０％と５０％となる平板ビームスプリッター１１９に入射し、光束が分割される。平板ビームスプリッター１１９での反射光は反射ミラー１２０で反射する。このようにして、入射光１１７、１１８を光量比がそれぞれ５０％の光に２分割することができる。光束を分割する間隔はレーザ光源における半導体レーザの配置間隔と同一としている。

ミラーアレイ１１６により、青色半導体レーザ４２が２×４で配置された青色レーザ光源４５からの光束を、４×４に分割することができる。ミラーアレイ１１０により青色レーザ光源４５からの光束を６×４に分割する場合に比べて、半導体レーザの数と光束サイズに起因する投写画像の均一性は低下するも、青色レーザ光源４５からの光束サイズは赤、緑のレーザ光源よりも小さくなり、小型で非常に安価な光源装置が構成できる。

図２～図４に示す光束分割素子を用いることにより、青色、赤色、緑色のレーザ光源の半導体レーザの数と光束サイズの同等化を、小型に構成することができる。

図１の構成に戻って説明する。赤反射のダイクロイックミラー４８で合成された赤色レーザ光と緑色レーザ光はコンデンサレンズ５２に入射する。

赤反射のダイクロイックミラー４８は、入射角が４５度となる配置で緑色レーザ光を９６％以上で透過し、赤色レーザ光を９８％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長は緑色レーザ光の主波長５２５ｎｍと赤色レーザ光の主波長６４０ｎｍの中間の波長である５８３ｎｍとしている。

一方、光束分割素子であるプリズムアレイ６９により、分割された青色レーザ光はコンデンサレンズ５１に入射する。コンデンサレンズ５０、５１でそれぞれ集光された赤色、緑色のレーザ光と青のレーザ光は青反射のダイクロイックミラー４９に入射する。

青反射のダイクロイックミラー４９は、入射角が４５度となる配置で、赤色レーザ光と緑色レーザ光を９６％以上で透過し、青色レーザ光を９８％以上で反射する特性である。透過率が５０％となる半値波長は青色レーザ光の主波長４６５ｎｍと緑色レーザ光の主波長５２５ｎｍの中間の波長である４９５ｎｍとしている。

青反射のダイクロイックミラー４９を透過、反射した各レーザ光は、コンデンサレンズ５２に入射する。コンデンサレンズ５２は、コンデンサレンズ５０、５１と組み合わせて、各レーザ光が回転拡散板５７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５２を透過したレーザ光は、拡散板５３で拡散された後、反射ミラー５４で反射し、回転拡散板５７に入射する。拡散板５３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６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５７に入射する。拡散板５３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５７は、ガラス基板上の表面に微細な凹凸形状もしくはレンズ形状を円周状の拡散領域を形成した円形拡散板５５と中央部にモーター５６を備えたものであり、回転制御が可能である。回転拡散板は１０，８００ｒｐｍ程度まで高速に回転可能な拡散板である。

拡散領域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。化学処理の拡散板はガラス基板への両面形成も可能であり、マイクロレンズアレイの拡散板よりも、拡散角を大きくできるとともに、大型サイズの拡散板が比較的安価に構成できる。化学処理の拡散板は最大拡がり角が大きくなるが、コンデンサレンズ５９で効率よく、集光できる。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、拡散板５３と回転拡散板５７により、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５７で拡散した光は、偏光以外のレーザ光の性質に起因するスペックルノイズがほぼ解消された光となる。回転拡散板５７を透過した光は、コンデンサレンズ５９で集光され、略平行光に変換される。

コンデンサレンズ５９は、回転拡散板５７近傍のスポット光を平行光となるように、形状を決めている。赤色、緑色、青色のレーザ光源からコンデンサレンズ５９までの光学素子は偏光特性を維持するため、コンデンサレンズ５９からの出射光はＳ偏光の光を出射する。

赤反射のダイクロイックミラー４８を緑反射のダイクロイックミラーとして、緑色レーザ光源と赤色レーザ光源の配置を変更してもよい。

拡散板５３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。

回転拡散板５７の円形拡散板５５は、化学処理の拡散板を用いて説明したが、高価となるが、マイクロレンズアレイの拡散を用いてもよい。回転拡散板５７は、回転ではなく搖動、振動する動的な拡散板であってもよい。

回転拡散板５７を低速回転として、拡散板、反射ミラーにスペックルノイズ低減のための、搖動もしくは振動する機構を設けてもよい。反射ミラー５４は、レーザ光の光束数を増やすために、表面反射率が３０％、裏面反射率が１００％の多重反射ミラーを用いて、レーザ光に起因する輝度むらを低減してもよい。

赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源は、それぞれ２４個、２４個、８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素子を用いて構成してもよい。

以上のように、本開示の光源装置は、赤色、緑色、青色のレーザ光源と、半導体レーザの数が少ない色光のレーザ光源に配置した光束分割素子と、回転拡散板とを備えた光源装置を用いる。このため、赤色、緑色、青色の半導体レーザの数が異なることに起因する投写画像の均一性低下を解消しつつ、小型で、広色域な白色光を得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２を、図５を参照しつつ説明する。図５は、本開示の実施の形態を示す第１の投写型表示装置である。

第１の投写型表示装置２００は、画像形成素子として、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を用いている。

第１の投写型表示装置２００の光源装置６０は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、コンデンサレンズ５０、５１、５２、光束分割素子であるプリズムアレイ６９、青反射のダイクロイックミラー４９、拡散板５３、反射ミラー５４、円形拡散板５５とモーター５６で構成される回転拡散板５７、コンデンサレンズ５９で構成される。以上は本開示の実施の形態１の光源装置である。

第１の投写型表示装置２００は、また、第１のレンズアレイ板２０１、第２のレンズアレイ板２０２、重畳用レンズ２０３、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、反射ミラー２０６、２０７、２０８、リレーレンズ２０９、２１０、フィールドレンズ２１１、２１２、２１３、入射側偏光板２１４、２１５、２１６、液晶パネル２１７、２１８、２１９、出射側偏光板２２０、２２１、２２２、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から構成される色合成プリズム２２３、投写レンズ２２４を備える。

光源装置６０からの白色光は、複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板２０１に入射する。第１のレンズアレイ板２０１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、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板２０２に収束する。第１のレンズアレイ板２０１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２０２のレンズ素子は第１のレンズアレイ板２０１と液晶パネル２１７、２１８、２１９とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板２０２から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２０２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のレンズである。第１および第２のレンズアレイ板２０１、２０２と、重畳用レンズ２０３は照明光学系を構成する。

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、緑、赤の色光に分離される。緑の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。青の色光は反射ミラー２０６で反射した後、フィールドレンズ２１２、入射側偏光板２１５を透過して液晶パネル２１８に入射する。赤の色光はリレーレンズ２０９、２１０や反射ミラー２０７、２０８を透過屈折および反射して、フィールドレンズ２１３、入射側偏光板２１６を透過して、液晶パネル２１９に入射する。このように光源装置６０からの光は照明光学系によって集光されて被照明領域である液晶パネルを照明する。

３枚の液晶パネル２１７、２１８、２１９は映像信号に応じた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および出射側偏光板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。

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、青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。

従来、固体光源を用いた光源装置からの光が非偏光である場合、偏光変換素子を用いて投写型表示装置を構成していた。本開示では光源装置からの出射光がＳ偏光であるため、偏光変換素子が不要となる。このため、投写型表示装置の集光効率の向上と低コスト化が図れる。

光源装置は、赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いて小型に構成され、３原色の色純度が高い白色光を出射するため、小型で、広色域な投写型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枚の液晶パネルを用いているため、カラーブレイキングがなく色再現が良好で、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ＤＭＤ素子を用いた場合よりも、全反射プリズムが不要で、色合成用のプリズムが４５度入射の小型プリズムになるため、投写型表示装置が小型に構成できる。

以上のように、本開示の第１の投写型表示装置は、赤色、青色、緑色のレーザ光源と、半導体レーザの数が少ない色光のレーザ光源に配置した光束分割素子と、回転拡散板とを備えた光源装置を用いる。このため、赤色、緑色、青色の半導体レーザの数が異なることに起因する投写画像の均一性低下を解消しつつ、小型で、広色域な投写型表示装置が構成できる。

画像形成素子として、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表示装置が構成できる。

（実施の形態３）
実施の形態３を、図６を参照しつつ説明する。図６は、本実施の形態を示す第２の投写型表示装置である。第２の投写型表示装置３００は、画像形成素子として、３つのミラー偏向型のＤＭＤを用いている。

第２の投写型表示装置３００の光源装置６３は、赤色レーザ光源３３、緑色レーザ光源３９、青色レーザ光源４５、ヒートシンク３４、４０、４６、赤反射のダイクロイックミラー４８、コンデンサレンズ５０、５１、５２、光束分割素子であるプリズムアレイ６９、青反射のダイクロイックミラー４９、拡散板５３、反射ミラー５４、円形拡散板５５とモーター５６で構成される回転拡散板５７で構成される。本開示の実施の形態１の光源装置６０と異なるのは、コンデンサレンズ５９を配置しない点である。

光源装置６３から出射した白色光は、ロッド３０１へ集光する。ロッド３０１への入射光はロッド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３０１からの出射光はリレーレンズ３０２により集光され、反射ミラー３０３で反射した後、フィールドレンズ３０４を透過し、全反射プリズム３０５に入射する。

全反射プリズム３０５は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層３０６を形成している。空気層３０６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３０４からの光は全反射プリズム３０５の全反射面で反射されて、カラープリズム３０７に入射する。

カラープリズム３０７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３０８と赤反射のダイクロイックミラー３０９が形成されている。カラープリズム３０７の青反射のダイクロイックミラー３０８と赤反射のダイクロイックミラー３０９により、青、赤、緑の色光に分離され、それぞれＤＭＤ３１０、３１１、３１２に入射する。このように光源装置６３からの光は、ロッド３０１からなる照明光学系によってＤＭＤのマイクロミラーが設けられた領域である被照明領域を照明する。

ＤＭＤ３１０、３１１、３１２は映像信号に応じてマイクロミラーを偏向させ画像となる光を形成し、投写レンズ３１３に入射する光と、投写レンズ３１３の有効外へ進む光とに反射させる。ＤＭＤ３１０、３１１、３１２により反射された光は、再度、カラープリズム３０７を透過する。カラープリズム３０７を透過する過程で、分離された青、赤、緑の各色光は合成され、全反射プリズム３０５に入射する。全反射プリズム３０５に入射した光は空気層３０６に臨界角以下で入射するため、透過して、投写レンズ３１３に入射する。このようにして、ＤＭＤ３１０、３１１、３１２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。

ＤＭＤを用いるため、光源装置から出射する光は直線偏光でなくてもよい。この場合、赤色レーザ光源と緑色レーザ光源と青色レーザ光源からの光もＳ偏光、Ｐ偏光のいずれであってもよい。また、レーザ光源から拡散板５８までの光学素子は偏光特性を保持しなくもよい。

光源装置は、赤色、緑色、青色のレーザ光源を用いて小型に構成され、３原色の色純度が高い白色光を出射するため、小型で、広色域な投写型表示装置を実現できる。画像形成素子にＤＭＤを用いているため、液晶を用いた画像形成素子と比べて、耐光性、耐熱性が高い投写型表示装置が構成できる。さらに、３つのＤＭＤを用いているため、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、本開示の第２の投写型表示装置は、赤色、青色、緑色のレーザ光源と、半導体レーザの数が少ない色光のレーザ光源に配置した光束分割素子と、回転拡散板とを備えた光源装置を用いる。このため、赤色、緑色、青色の半導体レーザの数が異なることに起因する投写画像の均一性低下を解消しつつ、小型で、広色域な投写型表示装置が構成できる。

画像形成素子として、３つのＤＭＤを用いたが、１つのＤＭＤを用いて構成してもよい。１つのＤＭＤを用いることにより、より小型で安価な投写型表示装置が構成できる。

本開示は、画像形成素子を用いた投写型表示装置に関するものである。

３０ 赤色半導体レーザ
３１、３７、４３ コリメートレンズ
３２、３８、４４ 放熱板
３３ 赤色レーザ光源
３４、４０、４６ ヒートシンク
３５、４１、４７ 光束
３６ 緑色半導体レーザ
３９ 緑色レーザ光源
４２ 青色半導体レーザ
４５ 青色レーザ光源
４８、３０９ 赤反射のダイクロイックミラー
４９、２０４、３０８ 青反射のダイクロイックミラー
５０、５１、５２、５９ コンデンサレンズ
５３ 拡散板
５４、１１５、１２０、２０６、２０７、２０８、３０３ 反射ミラー
５５ 円形拡散板
５６ モーター
５７ 回転拡散板
６０、６３ 光源装置
６９、８２、８３、９１、９７ プリズムアレイ
７０、７７、８４、９２、９８、１１１、１１２、１１７、１１８ 入射光
７１、７２、７３、７８、７９、８５、８６、８７、９３、９４、９９、１０１、１００ プリズム
７４、７５、８０、８８、８９、９５、１０２、１０３ ビームスプリッター面
７６、８１、９０ａ、９０ｂ、９６、１０４ 反射面
１１０、１１６ ミラーアレイ
１１３、１１４、１１９ 平板ビームスプリッター
２０１ 第１のレンズアレイ板
２０２ 第２のレンズアレイ板
２０３ 重畳用レンズ
２０５ 緑反射のダイクロイックミラー
２０９、２１０、３０２ リレーレンズ
２１１、２１２、２１３、３０４ フィールドレンズ
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
２２４、３１３ 投写レンズ
３０１ ロッド
３０５ 全反射プリズム
３０６ 空気層
３０７ カラープリズム
３１０、３１１、３１２ ＤＭＤ

Claims (6)

1. 赤の色光を出射する赤色レーザー光源と、
   緑の色光を出射する緑色レーザー光源と、
   青の色光を出射する青色レーザー光源と、
   前記赤色レーザー光源、前記緑色レーザー光源及び前記青色レーザー光源からの色光を合成するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーからの合成光が入射する動的拡散板と、
   少なくとも１つの前記色光を出射するレーザー光源からの光束サイズを他の前記色光を出射するレーザー光源のサイズと略同一に分割する光束分割素子と、を備え、
   前記光束分割素子は、
   入射角が３０度のビームスプリッター面と反射面を備えたプリズムと、
   前記プリズムの前記ビームスプリッター面に空気層を設けて接合するプリズムと、を有するプリズムアレイである、光源装置。
2. 前記動的拡散板はガラス基板の表面に微細な凹凸形状もしくはレンズ形状を円周状に形成した円形拡散板とモーターを備えた回転拡散板である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記赤色レーザー光源、前記緑色レーザー光源及び前記青色レーザー光源を出射する光が直線偏光の光である、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を集光する照明光学系と、
   前記照明光学系からの光で照明され、映像信号に応じて画像を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、を備える、投写型表示装置。
5. 前記画像形成素子が液晶パネルである、請求項４に記載の投写型表示装置。
6. 前記画像形成素子がミラー偏向型のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である、請求項４に記載の投写型表示装置。

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