JPH10293545A

JPH10293545A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JPH10293545A
Application number: JP9103488A
Authority: JP
Inventors: Masaya Adachi; 昌哉足立; Tatsuya Sugita; 辰哉杉田; Seiji Maruo; 成司丸尾; Makoto Tsumura; 津村　　誠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザーを光源として用い、光
利用効率が高く、明るく高品位の投射映像が得られるよ
うにした投射型表示装置を提供すること。【解決手段】複数の半導体レーザー素子をマトリクス
状に配した構成の半導体レーザーアレイ２０１と、複数
のレーザー光を平行化するコリメートレンズアレイ２０
２と、二次元光変調装置１０６と、複数の単レンズ部を
配置した第１のレンズ板２０３と、複数の単レンズ部を
配置した第２のレンズ板２０４と、フィールドレンズ１
２３と、投射レンズ１０８を備え、第１のレンズ板２０
３に入射する複数のレーザー光束のうちの少なくとも一
つが、第２のレンズ板２０４を構成する隣合う単レンズ
部にまたがって照射されるように、各光学素子を配置し
たもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明は、二次元光変調装置
に表示された映像をスクリーン上に投射して表示する画
像表示装置に係り、特に液晶表示素子を用いた投射型表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】投射型表示装置の一例としては、液晶表
示素子を用いたライトバルブ方式の液晶プロジェクタが
あるが、この液晶プロジェクタは、ＣＲＴ(陰極線管)を
用いた表示装置に比して小型軽量で、且つ地磁気の影響
に対する配慮を要せず、手軽に大画面映像が得られると
ういう利点がある。

【０００３】そして、この液晶プロジェクタの液晶表示
素子としては、例えば、透明電極を有する２枚のガラス
基板の間に、誘電異方性が正のネマチック液晶を、液晶
分子長軸が２枚のガラス基板間で連続的に９０°ねじれ
た状態で封入した、いわゆるＴＮ(Twisted Nematic)液
晶表示素子が知られている。

【０００４】一方、このような透過型の液晶表示素子と
は別に、例えば、半導体チップ上に光反射面を形成し、
そこに液晶を組み込んだ反射型の液晶表示素子も知られ
ており、この反射型の素子を用いた投射型表示装置とし
ては、ＥＣＢ(ElectricallyContorlled Birefringence)
効果を利用し、光の偏光状態を制御して画像を形成する
表示装置が、例えば、特開昭６４−７０２１号公報によ
り提案されている。

【０００５】ところで、このようなライトバルブ方式の
投射型表示装置では、投射光用の光源を必要とするが、
従来技術では、この光源として、一般にメタルハライド
ランプやキセノンランプなどの高輝度放電ランプが用い
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光源
として、メタルハライドランプやキセノンランプなど高
輝度放電ランプを用いたことによる以下の課題について
配慮がされておらず、省エネルギー化の点で問題があっ
た。

【０００７】一般に、このような表示装置では、カラー
表示のため、３原色の光源を要するが、メタルハライド
ランプやキセノンランプなど高輝度放電ランプは白色光
源に近いので、ダイクロイックミラーなどにより３原色
に分光する必要があるが、この際、このような白色光源
ではスペクトルがブロードなため、光を効率良く利用す
るには、各色の光の波長帯域をできるだけ広くすること
が望ましい。

【０００８】しかし、そうすると、光源の色純度が低下
し、色の再現範囲が狭くなってしまう。また、ＥＣＢモ
ードを用いる液晶表示素子では、液晶層の波長分散のた
め、表示の明るさ(液晶に印加する電圧)によって色度が
ずれ、安定した色再現が行えなくなってしまうという問
題を生じる。

【０００９】さらに、この種の光源からの光は無偏光光
のため、ＴＮ液晶表示素子やＥＣＢ反射型液晶表示素子
など偏光を利用する表示素子では、少なくとも半分の光
を偏光板などで吸収して捨ててしまうことになるため、
光利用効率は更に低くなってしまう。従って、上記従来
技術では、明るい表示を得るためには、光量の多い光源
が必要になり、省エネルギー化の点で問題が生じてしま
うのである。

【００１０】ところで、このような問題の無い光源とし
てレーザーが考えられ、なかでも半導体レーザーは、固
体レーザーや気体レーザーなどに比して著しく小型堅牢
で、しかも高効率、且つ大量生産が可能であるなどの長
所を有するので、特に有望である。しかしながら、半導
体レーザーは、現在のところ出力が数ｍＷ程度と低く、
単体で投射型表示装置の光源として利用するには、十分
な出力とはいえない。

【００１１】そこで、複数の半導体レーザーを用いるこ
とにより、必要な光量を得るようにすることが考えられ
るが、この場合、光度むらの抑制が課題になるが、従来
技術では何も言及されていない。本発明の目的は、複数
の半導体レーザーを光源として用い、明るくて高品位の
投射映像が得られるようにした投射型表示装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、光源部と、
光源部から出力された光束を画像情報に応じて変調し、
光学像を形成する二次元光変調装置と、前記光学像をス
クリーン面に投射する投射レンズとを備えた投射型表示
装置において、前記光源部が、複数の半導体レーザー素
子をマトリクス状に配置したレーザーアレイと、前記レ
ーザーアレイから出力される複数のレーザー光をそれぞ
れ個別に平行化するコリメートレンズアレイと、前記二
次元光変調装置の画像表示面と平面形状が相似した複数
個の単レンズ部を、前記光源部から出力されるレーザー
光束の主軸に垂直な面内に配置した第１のレンズ板と、
この第１のレンズ板の単レンズ部と同じ個数の単レンズ
部を前記光源部から出力されるレーザー光束の主軸に垂
直な面内に配置した第２のレンズ板と、前記二次元光変
調装置の光入射側に配置したフィールドレンズとを備
え、前記第１のレンズ板に入射する複数のレーザー光束
のうち少なくとも１本の光束が、前記第１のレンズ板の
隣合う単レンズ部間にまたがって照射されるようにして
達成される。

【００１３】また、上記目的は、光源部と、光源部から
出力された光束を画像情報に応じて変調し、光学像を形
成する二次元光変調装置と、前記光学像をスクリーン面
に投射する投射レンズとを備える投射型表示装置におい
て、前記光源部が、複数の半導体レーザー素子をマトリ
クス状に配置したレーザーアレイと、前記半導体レーザ
ーアレイから出力される複数のレーザー光をそれぞれ個
別に平行化するコリメートレンズアレイと、前記二次元
光変調装置の画像表示面と平面形状が相似した複数個の
単レンズ部を、前記光源部から出力されるレーザー光束
の主軸に垂直な面内に配置した第１のレンズ板と、前記
二次元光変調装置の光入射側に配置したフィールドレン
ズとを備え、前記第１のレンズ板の各単レンズ部の曲率
中心と、前記光源部から出力されるレーザー光束群の主
軸中心とのずれの量の縦横比が、前記二次元光変調装置
の表示部の高さと幅の比と同じであり、前記第１のレン
ズ板に入射する複数のレーザー光束のうち少なくとも１
本の光束が、前記第１のレンズ板の隣合う単レンズ部間
にまたがって照射されるようにしても達成される。

【００１４】このとき、さらに、前記第１のレンズ板の
各単レンズ部の幅をＷ、高さをＨとし、前記第１のレン
ズ板に入射する複数のレーザー光束の該第１のレンズ板
上での幅方向のピッチをＰｈ、高さ方向のピッチをＰｖ
としたとき、Ｗ＝Ｐｈ(Ｎｈ＋Ｋｈｌ／Ｋｈ) Ｈ＝Ｐｖ(Ｎｖ＋Ｋｖｌ／Ｋｖ) Ｎｈ、Ｎｖ：０以上の任意の整数からなる係数Ｋｈ、Ｋｖ：１以上の任意の整数からなる係数Ｋｈｌ：Ｋｈよりも小さい任意の整数からなる係数Ｋｖｌ：Ｋｖよりも小さい任意の整数からなる係数の関係が成り立ち、かつ前記第１のレンズ板の各単レン
ズ部の幅方向の個数が係数Ｋｈの整数倍、高さ方向の個
数が係数Ｋｖの整数倍になるようにすることによって
も、達成される。

【００１５】上記の構成により、レーザーアレイの半導
体レーザー素子から出力されたレーザー光束は、コリメ
ートレンズアレイにより平行光に変換された後、第１の
レンズ板に入射する。この際、第１のレンズ板に入射す
る複数のレーザー光束のうち一部のレーザー光束は第１
のレンズ板を構成する隣合う単レンズ部にまたがるよう
に照射されるようになる。

【００１６】ここで、第１のレンズ板の各単レンズ部を
通過したレーザー光束は、それぞれ第２のレンズ板の対
応する単レンズ部とフィールドレンズを介して二次元光
変調装置の表示部に伝達重畳される。

【００１７】このとき、或る１個の単レンズ部を通過し
たレーザー光束群は、二次元光変調装置表示部上で半導
体レーザーのピッチに対応した位置に光強度のピークを
有する周期的な光強度分布となる。しかし、同じ行、又
は同じ列の単レンズ部を通過したレーザー光束群の光強
度のピーク位置は、係数Ｋｈ、Ｋｖの値により適切にず
らすことができ、これにより、或る単レンズ部を通過し
たレーザー光束群の間隙に、別の単レンズ部を通過した
レーザー光束群を補うように照射することができ、合成
後の光強度分布を面内で均一にすることができる。

【００１８】また、第１のレンズ板を構成する単レンズ
部の形状は、二次元光変調装置の表示部の形状と相似で
あるため、合成後のレーザー光束群の断面形状は表示部
と同形状となり、過不足のない効率の高い照明ができ
る。

【００１９】従って、本発明の投射型表示装置によれ
ば、照明光として複数の半導体レーザーからのレーザー
光を合成して利用しているため、十分な明るさの投射画
像を得ることができる。

【００２０】また、照明光と二次元光変調装置の表示部
の形状とのミスマッチによる光の損失がほとんどないの
で、光利用効率が高く、明るい投射映像が得られる。さ
らに、合成後のレーザー光束群の光強度分布は均一とな
るので面内の明るさが均一で高品位な投射映像が得られ
る。

【００２１】また、二次元光変調装置として液晶表示素
子を用いる場合は、各半導体レーザーから出力される直
線偏光光の偏光の向きを、所望の方向に揃えることで偏
光板等による損失を小さく押さえられるあため、光利用
効率が向上し、より明るい投射映像が得られる。

【００２２】しかも、光源である半導体レーザーは、波
長帯域の狭い色純度の高い光が得ることができるため、
従来の白色光源を用いた場合よりも色再現範囲が広く、
高品位な投射映像を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投射型表示装
置について、図示の実施形態により詳細に説明する。図
１は、本発明の一実施形態による投射型表示装置の光学
系の基本構成図で、この投射型表示装置は、ダイクロッ
クプリズム１０７を中心にして、このダイクロイックプ
リズム１０７の３側面にそれぞれ配置された透過型の赤
色(Ｒ)用二次元光変調装置１０４、緑色(Ｇ)用二次元光
変調装置１０５、それに青色(Ｂ)用二次元光変調装置１
０６と、残りの１側面の近傍に配置した投射レンズ１０
８を備えている。

【００２４】さらに、これら二次元光変調装置１０４、
１０５、１０６には、それぞれ対応する色のレーザー光
を照射する半導体レーザー光源装置１０１、１０２、１
０３と、フィールドレンズ１２１、１２２、１２３が設
けられており、これにより、半導体レーザー光源装置１
０１、１０２、１０３から出射した赤色と緑色、それに
青色の光は、それぞれフィールドレンズ１２１、１２
２、１２３を介して対応する色光用の二次元光変調装置
１０４、１０５、１０６に入射されるようになってい
る。

【００２５】ここで、これらの二次元光変調装置１０
４、１０５、１０６は、入射した光を各色の画像情報に
応じて変調する装置で、例えば透過型の液晶表示素子で
構成されており、具体的には、画素を形成する透明電極
が施された２枚のガラス基板の間に、誘電異方性が正の
ネマチック液晶を封入し、このとき、液晶分子長軸が、
２枚のガラス基板間で連続的に９０°ねじれた状態にな
るようにした、いわゆるＴＮ(Twisted Nematic)液晶表
示素子で構成されている。

【００２６】そして、このＴＮ液晶表示素子は、偏光軸
を直交させた２枚の偏光板の間に配置され、偏光状態を
制御することにより光の透過量を制御する。このとき、
この液晶表示素子としては、各画素毎に薄膜トランジス
タ(ＴＦＴ)を設けた、いわゆるアクティブマトリクス方
式を用いることができる。

【００２７】これら二次元光変調装置１０４、１０５、
１０６に入射した光は、各色の画像情報に応じて、各画
素毎に変調された後、ダイクロイックプリズム１０７に
入射する。このダイクロイックプリズム１０７は、赤色
反射膜１０７Ｒと青色反射膜１０７Ｂを有する４個の３
角柱状のプリズムを、それらの張合わせ面に、赤色反射
膜１０７Ｒと青色反射膜１０７Ｂが互いに直交して形成
されるように組合わせ、張合わせて４角柱状にしたもの
である。

【００２８】そして、このダイクロイックプリズム１０
７に対して、まず赤色用二次元光変調装置１０４は、赤
色反射膜１０７Ｒと対向するようにして、その側面に配
置され、次に青色用二次元光変調装置１０６は、赤色用
二次元スイッチ装置１０４と向かい合うようにして、そ
反対側の側面に配置されている。

【００２９】一方、緑色用二次元光変調装置１０５は、
ダイクロイックプリズム１０７の、赤色反射膜１０７Ｒ
と青色反射膜１０７Ｂによる反射光の進行方向とは反対
側の側面に配置されている。そして、このダイクロイッ
クプリズム１０７の、赤色反射膜１０７Ｒと青色反射膜
１０７Ｂによる反射光の進行方向にある側面の近傍に、
投射レンズ１０８が配置されている。

【００３０】これにより、赤色用二次元光変調装置１０
４を通過した変調光は、ダイクロイックプリズム１０７
の赤色反射膜１０７Ｒで反射され、青色用二次元光変調
装置１０６を通過した変調光は、青色反射膜１０７Ｂで
反射され、それぞれ投射レンズ１０８に入射し、この投
射レンズ１０８によりスクリーン１０９に投射され、緑
色用二次元光変調装置１０５を通過した変調光は、ダイ
クロイックプリズム１０７の赤色反射膜１０７Ｒと青色
反射膜１０７Ｂをそのまま透過して投射レンズ１０８に
入射し、スクリーン１０９に投射される。

【００３１】この結果、赤色、緑色、青色の各変調光が
ダイクロイックプリズム１０７で合成され、投射レンズ
１０８によりスクリーン１０９上に投射されることにな
り、フルカラーの拡大映像がスクリーン１０９上に表示
されることになる。

【００３２】次に、本発明の主要部である半導体レーザ
ー光源装置１０１、１０２、１０３について説明する。
なお、これらは、光学系全体の構成は同じで、光源とな
る半導体レーザーの発光色が異なるだけなので、以下の
説明では、青色半導体レーザー光源装置１０３を例に挙
げて説明する。

【００３３】図２は、青色半導体レーザー光源装置１０
３の基本構成図で、まず、青色のレーザー光を発生する
複数の半導体レーザー素子を同一面内にマトリクス状に
配置した半導体レーザーアレイ２０１と、この半導体レ
ーザーアレイ２０１の各半導体レーザーのそれぞれに対
応してマトリクス状に配置した複数の凸レンズ部を有
し、各半導体レーザー素子のそれぞれから出力される複
数のレーザー光をそれぞれ個別に平行光化するためのコ
リメートレンズアレイ２０２とを備え、これを光源部と
する。

【００３４】次に、この光源部から出力される光束の主
軸に垂直な面内に、複数の凸レンズ部を配列させてなる
第１のレンズ板２０３及び第２のレンズ板２０４と、単
一の凸レンズ部からなる第３のレンズ２０５を用い、こ
れらをフィールドレンズ１２３及び二次元光変調装置１
０６に向かって順次配列してある。

【００３５】これにより、まず半導体レーザーアレイ２
０１から出力される複数のレーザー光は、コリメータレ
ンズアレイ２０２によって、それぞれ個々に平行光束に
変換された後、第１のレンズ板２０３に入射される。

【００３６】これら第１のレンズ板２０３と第２のレン
ズ板２０４は、それぞれ同数同形の単レンズ部を有し、
第１のレンズ板２０３の単レンズ部と第２のレンズ板２
０４の単レンズ部をそれぞれ１対１に対応させ、これに
より、第１のレンズ板２０３の対応する単レンズ近傍の
像が、二次元光変調装置１０６の表示部に重畳して結像
されるようにする。

【００３７】ここで、この第１のレンズ板２０３は、第
２のレンズ板２０４及び第３のレンズ板２０５による光
の伝達効率を高める働きをするもので、このため、二次
元光変調装置１０６の表示部と相似形に作られた複数の
矩形の単レンズ部をマトリクス状に配した構成になって
いる。

【００３８】そして、この第１のレンズ板２０３の各単
レンズ部の焦点距離は、第１のレンズ板２０３と第２の
レンズ板２０４の間の距離にほぼ等しくしてあり、これ
により、第１のレンズ板２０３の各単レンズ部に入射さ
れる平行光束が、第２のレンズ板２０４の対応する単レ
ンズ部上に集光されるようにする。

【００３９】従って、第２のレンズ板２０４の単レンズ
部は、対応する第１のレンズ板２０３の単レンズ部近傍
の像を無限遠に結像する。そこで、第３のレンズ板２０
５は、第２のレンズ板２０４により無限遠に形成される
はずの像を二次元光変調装置１０６の表示部に伝達重畳
するため、その焦点距離が第３のレンズ板２０５と二次
元光変調装置１０６との距離にほぼ等しくなってる。

【００４０】さらに、第１のレンズ板２０３の単レンズ
部近傍の像を二次元光変調装置１０６の表示部に過不足
なく伝達するため、第２のレンズ板２０４と第３のレン
ズ板２０５による拡大率を、第１のレンズ板２０３の単
レンズ部の大きさと二次元光変調装置１０６の表示部の
大きさとの比に対応させてある。

【００４１】次に、二次元光変調装置１０６の光束入射
側には、図示のように、フィールドレンズ１２３が設け
られているが、これは、第２のレンズ板２０４から二次
元光変調装置１０６に入射される照明光束が発散光束と
なっているため、これを平行化して入射させるために配
置されているものであり、このため、このフィールドレ
ンズ１２３の焦点距離は、第２のレンズ板２０４とフィ
ールドレンズ１２３の間の距離にほぼ等しくしてある。

【００４２】なお、この実施形態では、フィールドレン
ズ１２３が二次元光変調装置１０６側に平面を向けた平
凸レンズで構成されているが、両凸レンズや、凸面を二
次元光変調装置１０６に向けた平凸レンズ、フレネルレ
ンズ、非球面レンズ等を用いることができる。

【００４３】以上の結果、第１のレンズ板２０３を構成
する個々の単レンズ部を通過した光束は、第２のレンズ
板２０４、第３のレンズ板２０５、フィールドレンズ１
２３を介して、二次元光変調装置１０６の表示部に重畳
して伝達されることになる。

【００４４】次に、この実施形態における各レンズ板の
構成について説明する。まず、図３は、第１のレンズ板
２０３の正面形状を示したもので、この実施形態では、
図示のように、４個の単レンズ部２０３ａ、２０３ｂ、
２０３ｃ、２０３ｄを備え、且つこれらの単レンズ部２
０３ａ〜の平面形状は、例えば、アスペクト比４：３の
矩形からなる二次元光変調装置１０６の表示部の形状と
相似形に作られている。

【００４５】そして、これにより、半導体レーザーアレ
イ２０１の各レーザー素子から出射され、コリメートレ
ンズアレイ２０２により平行化されたレーザー光束の断
面形状は、この第１のレンズ板２０３上では、図形３０
１で示すように、楕円形になる。

【００４６】次に、図４は、この実施形態での第２のレ
ンズ板２０４の正面形状を示したもので、図示のよう
に、第１のレンズ板２０３のレンズ部と同数同形の単レ
ンズ部２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄを備え
ている。従って、この第２のレンズ板２０４上でのレー
ザー光束群の断面形状は、図３に示した第１のレンズ板
２０３の各単レンズ部２０３ａ〜での像が集光され、縮
小された図形４０１で示すようになる。

【００４７】ここで、本発明による投射型表示装置で
は、例えば上記実施形態に示されているように、第１の
レンズ板２０３に入射する複数本のレーザー光束のうち
の少なくとも１本の光束が、第１のレンズ板２０３を構
成する隣合う単レンズ部にまたがって照射されるように
構成したことを特徴としている。具体的には、図３に示
すように、第１のレンズ板２０３の各単レンズ部の幅を
Ｗ、高さをＨ、レーザー光束群の第１のレンズ板上での
幅方向のピッチをＰｈ、高さ方向のピッチをＰｖとした
とき、以下の関係が成立するようにしたものである。

【００４８】Ｗ＝Ｐｈ(Ｎｈ＋Ｋｈｌ／Ｋｈ) Ｈ＝Ｐｖ(Ｎｖ＋Ｋｖｌ／Ｋｖ) Ｎｈ、Ｎｖ：０以上の任意の整数からなる係数Ｋｈ、Ｋｖ：１以上の任意の整数からなる係数Ｋｈｌ：Ｋｈよりも小さい任意の整数からなる係数Ｋｖｌ：Ｋｖよりも小さい任意の整数からなる係数また、このとき、第１のレンズ板２０３を構成する単レ
ンズ部の幅方向の個数は係数Ｋｈの整数倍で、高さ方向
の個数は係数Ｋｖの整数倍となるようにする。

【００４９】上記したように、第１のレンズ板２０３の
各単レンズ部を通過したレーザー光束群は、それぞれ第
２のレンズ板２０４の対応する単レンズ部と、第３のレ
ンズ板２０５、それにフィールドレンズ２０６を介して
二次元光変調装置１０６の表示部に伝達され重畳される
が、このとき、第１のレンズ板２０３の中の或る１個の
単レンズ部を通過したレーザー光束群について見た場合
には、二次元光変調装置１０６の表示部上では、半導体
レーザーのピッチに対応した位置に光強度のピークを有
する周期的な光強度分布となって、面内で均一な明るさ
にはならない。

【００５０】しかし、本発明では、上記の通りレーザー
光束の第１のレンズ板への入射位置を規定することで、
同じ行、又は同じ列の単レンズ部を通過したレーザー光
束群の光強度のピーク位置を適切にずらすことができ
る。例えば、図３に示す実施形態では、Ｎｈ＝Ｎｖ＝Ｋ
ｈ＝Ｋｖ＝２にしてあるので、第１のレンズ板２０３に
入射する複数のレーザー光束の内、一部のレーザー光束
は１／２ずつ隣り合う単レンズ部にまたがって照射され
る。

【００５１】この場合、第１のレンズ板２０３の幅方向
に隣り合う単レンズ部を通過したレーザー光束群は、二
次元光変調装置１０６の表示部上で、互いに光強度のピ
ーク位置が幅方向に１／２ピッチずれ、高さ方向に隣り
合う単レンズ部を通過したレーザー光束群は二次元光変
調装置１０６の表示部上で、互いに光強度のピーク位置
が高さ方向に１／２ピッチずれる。このため、各レンズ
板を通過したレーザー光束群は、図５に示すように、互
いにそれぞれの隙間を補うように合成される。

【００５２】この図５は、二次元光変調装置１０６の表
示部を５０１として示したもので、上記の通り、第１の
レンズ板２０３の単レンズ部の形状が、この二次元光変
調装置１０６の表示部(内側の枠)５０１の形状と相似形
にされているため、各単レンズ部を通過したレーザー光
束群(外側の枠)５０２の合成後の断面形状を表示部５０
１と同じ矩形形状にすることができ、且つ個々のレーザ
ー光束が重畳され、それぞれの隙間を互いに補うように
して照射されるようにできる。

【００５３】つまり、本発明によれば、合成後のレーザ
ー光束の断面形状が表示部と同じ形状になり、且つ相互
に重畳されるので、過不足の無い効率の高い照明が得ら
れるのである。図６は、図５のＡ−Ａ位置における光強
度分布を示した図で、以下、この図６により、更に詳し
く説明する。

【００５４】個々の半導体レーザー素子から出力される
光の強度分布は、一般にガウス分布を呈しているため、
第１のレンズ板２０３の単レンズ部を通過したレーザー
光束群は、各単レンズ部毎に見ただけでは、図６に示し
たように、半導体レーザーの配置のピッチに起因した位
置にピークを有する周期的な分布となる。

【００５５】しかして、半導体レーザー光源装置１０３
によれば、隣り合う単レンズ部、例えば図３の単レンズ
２０３aと単レンズ部２０３ｂを通過したレーザー光束
群の光強度のピーク位置が互いに１／２ピッチずれて現
われるようにしてあるため、二次元光変調装置１０６の
表示部５０１上では、図６に示したように、均一な強度
分布の合成光となる。

【００５６】従って、本発明の実施形態によれば、複数
の半導体レーザー素子からなる半導体レーザーアレイ２
０１を用い、二次元光変調装置１０６の表示部５０１を
効率良く均一に照明することができるので、投射型表示
装置の光源として複数の半導体レーザー素子を用いたに
もかかわらず、充分に明るく、しかも高品位の投射映像
を容易に得ることができる。

【００５７】ここで、上記したように、第１のレンズ板
２０３を構成する単レンズ部２０３ａ〜の幅方向の個数
は係数Ｋｈの整数倍で、高さ方向の数は係数Ｋｖの整数
倍であれば良い。これは、幅方向にＫｈ個、高さ方向に
Ｋｖ個の単レンズ部で形成される領域が均一照明を行う
ための単位領域となるからである。従って、例えばＫｈ
＝Ｋｖ＝２であれば、単レンズ部の数が幅方向に２個、
高さ方向に２個、合計４個の単レンズで形成される領域
が単位領域となる。

【００５８】図７は、第１のレンズ板２０３の他の一実
施形態で、楕円図形３０１は、この第１のレンズ板２０
３上でのレーザー光束群の断面形状である。この図７の
実施形態は、上記した係数について、Ｋｈ＝Ｋｖ＝２と
した上で、幅方向と高さ方向共に係数Ｋｈ、Ｋｖの２倍
の個数、すなわち、１６個の単レンズ部とした場合の第
１のレンズ板２０３を示したものであり、従って、この
図７の例では、例えば太枠で囲った４個の単レンズ部か
らなる領域７０２が均一照明を行うための単位領域とな
る。

【００５９】従って、この実施形態による第１のレンズ
板２０３は、４個の単位領域を備えていることになり、
この結果、図３に示した実施形態に比して、半導体レー
ザー素子の数を４倍にすることができ、これにより４倍
の明るさの投射映像を得ることができる。

【００６０】また、このことから、本発明による投射型
表示装置では、第１のレンズ板２０３を構成する単位領
域の個数と半導体レーザー素子の個数の増減により、光
源の能力、すなわち、投射映像の明るさを容易に変える
ことができる。従って、半導体レーザー素子1個当たり
の出力と、投射映像の明るさに対する要求仕様から、必
要とする半導体レーザー素子の個数を算出し、この個数
に合わせて光学系を設計することにより、容易に所望の
明るさの投射型表示装置を得ることができる。

【００６１】次に、図８は、第１のレンズ板２０３の他
の実施形態で、この例は、上記した係数について、Ｋｈ
＝Ｋｖ＝３とした上で、図示のように、高さ方向に３
個、幅方向に３個、合計９個の単レンズ部８０２ａ〜を
設け、これにより、これら９個の単レンズ部が均一照明
を行うための単位領域となるようしたものである。

【００６２】従って、この第１のレンズ板２０３上での
レーザー光束の断面図形３０１は、単位領域では、図示
のように、１／３がまたがった状態で重畳され、この結
果、この図８の実施形態では、第１のレンズ板２０３を
構成する各単レンズ部８０２ａ〜を通過したレーザー光
束は、二次元光変調装置１０６の表示部上で重畳された
とき、或る単レンズ部を通過したレーザー光束群の光強
度のピーク位置に対して、別の単レンズ部を通過したレ
ーザー光束群では光強度のピーク位置が高さ方向に１／
３ピッチ、幅方向に１／３ピッチ、それぞれずれる。

【００６３】図９は、図８に示した第１のレンズ板２０
３を用いたときの二次元光変調装置１０６の表示部での
光強度の分布を示した図である。既に説明したように、
１個の単レンズ部を通過したレーザー光束は、半導体レ
ーザー素子の配置のピッチに起因した位置にピークを有
する周期的な光強度分布になる。

【００６４】しかし、この図８の実施形態では、同じ
行、又は同じ列の単レンズ部、例えば単レンズ部８０２
a、８０２ｂ、８０２ｃを通過したレーザー光束群は、
光の強度のピーク位置が１／３ピッチずつずれているた
め、その合成後の光の強度分布は、図９に合成光として
示してあるように、均一になる。従って、この図８の実
施形態によっても、二次元光変調装置１０６の表示部を
過不足なく均一に照明することができる。

【００６５】ここで、各単レンズ部を通過したレーザー
光束群の合成後の光強度分布が均一になる光強度ピーク
位置のずれ量は、ひとつのレーザー光束のもつ光強度分
布によって異なるが、本発明では、二次元光変調装置表
示部上でのレーザー光束群のピーク位置のずれ量は、係
数Ｋｈ、Ｋｖの値によって任意に定めることができるの
で、各単レンズ部を通過したレーザー光束群の光強度の
ピーク位置のずれ量を合成後の光強度分布が最も均一に
なるように、係数Ｋｈ、Ｋｖの値を定めることにより、
容易に最適な均一照明を得ることができる。

【００６６】図１０は、半導体レーザー光源装置１０３
の他の実施形態で、図２の実施形態における第２のレン
ズ板２０４と第３のレンズ板２０５に代えて、第２のレ
ンズ板１００１を設けたものである。この第２のレンズ
板１００１は、図示のように、一方の面(図では下側の
面)が球面、又は非球面からなる集光作用を有する凸面
となっており、他方の面に、第１のレンズ板２０３を構
成する単レンズ部に対応した同数の凸面をマトリクス状
に形成させたもので、これにより、図２の実施形態にお
ける第２のレンズ板２０４と第３のレンズ板２０５の双
方の機能が得られるようにしたものである。

【００６７】従って、この図１０の実施形態によれば、
図２の実施形態に比して、部品点数を減らすことができ
る。なお、この図１０では、第２のレンズ板１００１
は、マトリクス状のレンズ部が形成されている面を二次
元光変調装置１０６側に向けているが、反対に、第１の
レンズ板２０３側に向けてもよい。

【００６８】図１１は、半導体レーザー光源装置１０３
の更に別の実施形態である。図において、第１のレンズ
板１１０３は、一方の面(図では上側の面)がマトリクス
状に並んだ複数の単レンズ状の凸面で構成され、他方の
面が球面、又は非球面からなる集光作用を有する単一の
凸面で形成されている。また、第２のレンズ板１１０２
は、図１０の実施形態における第１のレンズ板２０３と
同様な構成の複数の単レンズ部を有するものである。

【００６９】そして、第１のレンズ板１１０３の各単レ
ンズ部の凸面の中心と、これと１対１に対応する第２の
レンズ板１１０２の各単レンズ部の中心は、二次元光変
調装置１０６の中心に対してほぼ一直線状に並ぶように
構成してあり、従って、第２のレンズ板１１０２のサイ
ズは、図示のように、第１のレンズ板１１０３のサイズ
より小さくなっている。

【００７０】この図１１の実施形態によっても、図２及
び図１０に示した半導体レーザー光源装置と同様、レー
ザー光束を二次元光変調装置の表示部に伝達重畳すると
ういう機能には何ら違いは無く、明るく均一な投射映像
を得ることができる。

【００７１】なお、第２のレンズ板１１０２を構成する
単レンズ部の開口形状は必ずしも矩形である必要はな
く、第１のレンズ板１１０３によって集光されたレーザ
ー光束がけられる虞れがなければ、円形、３角形、６角
形など、どのような形状でもかまわない。

【００７２】また、図１１では、第１のレンズ板１１０
３が、凸面がマトリクス状に形成された面を二次元光変
調装置１０６側に向けているが、半導体レーザーアレイ
２０１側に向けて構成してもよい。

【００７３】ここで、以上に説明した２枚のレンズ板を
有する光学系としては、露光機などに一般に使用される
インテグレーターが好適であり、詳細については、例え
ば特開平３−１１１８０６号公報に詳しい説明がある。

【００７４】以上、青色半導体レーザー光源装置１０３
について説明したが、上記したように、図１の実施形態
における赤色半導体レーザー光源装置１０１、緑色半導
体レーザー光源装置１０２については、光源である半導
体レーザーとして出力光の波長が対応する色に見合った
ものを用いること以外は上記青色半導体レーザー光源装
置１０３と同様の構成である。

【００７５】なお、赤色半導体レーザーとしてはＡｌＧ
ａＩｎＰ系、青色半導体レーザーとしてはＩｎＧaＮ
系、緑色半導体レーザーとしてはＩｎＧaＮ系、もしく
はＺeＳｅ系のものを用いることができる。

【００７６】従って、以上の実施形態によれば、照明光
として複数の半導体レーザーからのレーザー光を合成し
て利用しているため、十分な明るさの投射画像を容易に
得ることができる。また、合成後のレーザー光束群の断
面形状が、二次元光変調装置の表示部と同じ形状にでき
るので、複数の半導体レーザーを用いて過不足の無い効
率の高い照明ができる。つまり、照明光と二次元光変調
装置の表示部の形状とのミスマッチによる光の損失がほ
とんどないので、光利用効率が高く、明るい投射映像が
得られる。さらに、合成後のレーザー光束群の光の強度
分布が均一にできるので、画像内の明るさにむらのない
高品位な投射映像が得られる。

【００７７】ところで、既に説明したように、従来技術
による投射型表示装置に用いられていた光源(主にメタ
ルハライドランプ)では、出力される光束が無偏光光で
あったため、二次元光変調装置として好適なＴＮ液晶表
示素子等においては、入射側に配置される偏光板で半分
の光が吸収されていた。

【００７８】しかるに、本発明の投射型表示装置では、
各半導体レーザーから出力されるのは直線偏光光であ
り、従って、その偏光の向きを、ＴＮ液晶表示素子の入
射側に配置される偏光板の偏光軸と平行となるように揃
えることにより、偏光板による光吸収を小さく抑えるこ
とができる。従って、上記実施形態によれば、光の利用
効率はさらに向上され、より明るい投射映像が容易に得
られる。

【００７９】また、この結果、偏光板の光吸収による温
度上昇や、これに伴う偏光板の劣化も抑制できるので、
高画質の投射映像を長期間に渡って得ることができる。
さらに、従来技術の光源では、出力光に紫外線や赤外線
を含むので、ＵＶ、ＩＲカットフィルタの設置などの対
策が必要であったが、半導体レーザーでは、これらの対
策は必要なく、従って、上記本発明の実施形態によれ
ば、構成が簡単になる。

【００８０】また、半導体レーザーからは、波長帯域が
狭い色純度の高い光が得られる。従って、本発明の実施
形態によれば、色再現範囲が広い高品位な投射映像を容
易に得ることができる。

【００８１】次に、本発明による投射型表示装置の他の
実施形態について説明する。まず、図１２は、本発明に
よる投射型表示装置の第２の実施形態で、この実施形態
は、基本的構成として、半導体レーザー光源装置１２０
１と、フィールドレンズ１２３、二次元光変調装置１２
０３、投射レンズ１０８、それに二次元光変調装置１２
０３と半導体レーザー光源装置１２０１にケーブルで接
続され、これらを共に制御する画像制御装置１２０５を
備え、スクリーン１０９にフルカラー映像を投射するよ
うに構成されている。

【００８２】半導体レーザー光源装置１２０１の光学系
は、図１０で説明した半導体レーザー光源装置１０３と
は、半導体レーザーアレイ１２０７が異なるだけで、コ
リメーターレンズアレイ２０２と、第１のレンズ板１２
０９と、第２のレンズ板１００１とで構成されている点
は同じである。なお、ここで、第１のレンズ板１２０９
は、図１０の第１のレンズ板２０３と機能は同じであ
る。

【００８３】従って、第１のレンズ板１２０９を構成す
る各単レンズ部に入射したレーザー光束群は、第２のレ
ンズ板１００１とフィールドレンズ１２３を介して二次
元光変調装置１２０３の表示部上に重畳され、均一な光
強度の照明光となる点も、図１０の実施形態と同じであ
る。

【００８４】半導体レーザーアレイ１２０７は、３原色
に相当する色光を発光する少なくとも３種類の半導体レ
ーザー素子を備え、画像制御装置１２０５の制御によ
り、赤色、緑色、青色の各レーザー光を切替えながら二
次元光変調装置１２０３に照射するように構成されてい
る。そして、このようにして二次元光変調装置１２０３
に入射された光束は、同じく画像制御装置１２０５から
供給される画像情報に応じて変調され、そのまま投射レ
ンズ１０８によりスクリーン１０９に拡大投射されるこ
とになる。

【００８５】従って、フルカラー映像を得るためには、
二次元光変調装置１２０３は、赤色のレーザー光が照射
されているときは赤色の画像データを表示し、緑色のレ
ーザー光が照射されているときは緑色の画像データを表
示し、青色のレーザー光が照射されているときは青色の
画像データを表示する動作を繰り返す必要があり、この
ため、１枚の二次元光変調装置１２０３を時分割動作さ
せ、赤色、緑色、青色の各色の映像を順次投射する、い
わゆる面順次方式で動作させなければならない。

【００８６】そこで、二次元光変調装置１２０３と半導
体レーザアレイ１２０７を、それぞれ映像制御装置１２
０５に接続し、各色の半導体レーザーの発光と二次元光
変調装置１２０３の表示(変調)のタイミングを合わせる
ようにする。

【００８７】この場合、二次元光変調装置１２０３は、
通常の画像信号における１フレーム期間の間に赤、緑、
青の３フレームの画像を表示しなければならないので、
光学応答の速いものが必要になるが、この目的にかなう
装置としては、強誘電性液晶表示素子や反強誘電性液晶
表示素子があり、これらを選択して使用すれば良い。

【００８８】次に、この実施形態での主要部である半導
体レーザー光源装置１２０１について説明する。図１３
は、この第１のレンズ板１２０９の一実施形態で、説明
のため、このレンズ板１２０９上でのレーザー光束群の
断面形状１３０１(Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｘ)が記載してある。そ
して、この実施形態は、係数Ｎｈ＝Ｎｖ＝Ｋｈ＝Ｋｖ＝
２の場合で、この場合、第１のレンズ板１２０９は、横
方向２個、縦方向２個、合計４個の単レンズ部で形成さ
れる部分が均一照明のための単位領域となる。

【００８９】従って、この単位領域を縦横共に２単位ず
つ並べて４単位、単レンズ部の個数にして合計１６個の
単レンズ部により第１のレンズ板１２０９が形成され、
この単位領域毎に異なる色のレーザー光束が照射される
ようになり、この結果、各色のレーザー光束は、二次元
光変調装置１２０３表示部においては、面内で均一な光
強度分布を有する照明光となる。

【００９０】ところで、この図１３に示した実施形態で
は、第１のレンズ板１２０９に単位領域が４個あり、単
位領域１２０９Ｇには緑色のレーザー光束群１３０１Ｇ
を、単位領域１２０９Ｒには赤色のレーザー光束群１３
０１Ｒを、そして単位領域１２０９Ｂには青色のレーザ
ー光束群１３０１Ｂを照射している。そこで、残りの単
位領域１２０９Ｘには、赤色、緑色、青色の各半導体レ
ーザー光束群のうち、最も発光量が少ない色のレーザー
光を照射するようにしてやれば、各色の半導体レーザー
に性能差があっても、それを補うことができ、より均一
な照明を得ることができる。

【００９１】また、用途に応じて、３原色とは異なる第
４の中心波長を有するレーザー光を発する半導体レーザ
ーを用い、このレーザー光を単位領域１２０９Ｘに照射
するようにしても良い。この場合には、フレーム周波数
を従来の４倍にしなければならないが、色の再現範囲が
広がり、より高品位の投射映像を得ることができる。な
お、第１のレンズ板１２０９を構成する単位領域の数を
３の倍数にして、３原色のレーザー光束がそれぞれ同じ
数の単位領域を通過するように構成にしても良い。

【００９２】図１４は、半導体レーザーアレイ１２０７
の一実施形態で、マトリクス状に配置された複数の半導
体レーザー素子により構成され、この場合は４個の領域
のそれぞれに対応して、特定の色のレーザー光を発する
半導体レーザー素子が配置される。

【００９３】すなわち、領域１２０７Ｇには緑色半導体
レーザー素子１４０１Ｇが、領域１２０７Ｒには赤色半
導体レーザー素子１４０１Ｒが、領域１２０７Ｂには青
色半導体レーザー素子１４０１Ｂが、それに領域１２０
７Ｘには赤色、緑色、青色の内のある１種類の色の半導
体レーザー素子、又は３原色とは異なる第４の中心波長
を有するレーザー光を発する半導体レーザー素子が、そ
れぞれ配置されるのである。

【００９４】そして、この半導体レーザーアレイ１２０
７は、画像制御装置１２０５の制御により、二次元光変
調装置１２０３で表示(変調)される画像の色と表示のタ
イミングに合わせて、所望の色の半導体レーザー素子が
配置された領域の半導体レーザーだけを順次発光させ、
二次元光変調装置１２０３で変調された光を投射レンズ
１０８によりスクリーン１０９に拡大投射することによ
りカラー映像を得る。

【００９５】従って、この図１２の実施形態によって
も、複数の半導体レーザーからのレーザー光を合成して
利用しているため、十分な明るさの投射画像を得ること
ができるなど、図１と図２で説明した実施形態と同等の
作用効果を得ることができる。

【００９６】また、この図１２の実施形態によれば、１
枚の二次元光変調装置１２０３によりフルカラー表示が
得られるので、ダイクロイックプリズムなどの色合成手
段が不要になるので、光学系の構成が簡略化され、装置
の小型化、低コスト化を図ることができ、さらに、コン
バージェンス調整が不要になるので、保守点検が容易に
なり、信頼性を充分に高めることができる。

【００９７】また、この図１２の実施形態によれば、光
源として、波長帯域が狭く色純度の高い光を得ることが
できる半導体レーザーを用いているため、従来技術のよ
うに白色光源を用いた場合よりも色再現範囲が広い高品
位な投射映像を得ることができる上、さらに、３原色の
半導体レーザーとは異なる第４の中心波長を有するレー
ザー光を発する半導体レーザーを配置することができる
ので、色の再現範囲をさらに広げることができ、より高
品位の投射映像を容易に得ることができる。

【００９８】なお、この図１２の実施形態では、二次元
光変調装置として透過型の液晶表示素子を用いたが、Ｄ
ＭＤ(Digital Micromirror Device)などの高速変調が可
能な反射型の表示素子を用いていもよく、この場合に
は、公知の折り返し方式の投射光学系を適用してやれば
よい。

【００９９】次に、図１５は、本発明を反射型の二次元
光変調装置により構成した場合の一実施形態で、図示の
ように、ダイクロイックプリズム１０７の光入射側とな
る３側面の近傍に、赤色用偏光ビームスプリッタ１５１
０と緑色用偏光ビームスプリッタ１５１１、それに青色
用偏光ビームスプリッタ１５１２を付加し、さらに、こ
れら偏光ビームスプリッタの反対側の側面近傍に、反射
型赤色用二次元光変調装置１５０４と反射型緑色用二次
元光変調装置１５０５、それに反射型青色用二次元光変
調装置１５０６を設けたものであり、その他の点は、図
１の実施形態と同じである。

【０１００】各色の反射型二次元光変調装置１５０４、
１５０５、１５０６は、例えば半導体チップ上にミラー
を形成し、液晶を組み込んだ反射型の液晶表示素子、例
えば特開昭６４−７０２１号公報に記載されているＥＣ
Ｂ(Elecrically Contorlledbirefringence)効果を利用
し偏光状態を制御して画像を形成する液晶表示装置が好
適である。

【０１０１】図１８は、このＥＣＢ反射型液晶表示素子
の基本構成を示す断面図で、まず、上側基板１８０１
は、透明電極１８０２と配向膜１８０３が形成されたガ
ラス基板１８０４で構成されており、その光の入出射側
には位相板１８０５が積層されている。一方、下側基板
１８０６は、シリコン基板１８０７の上にＭＯＳＦＥＴ
１８０８と配線層１８０９、反射板を兼ねたアルミ電極
層１８１０、それに配向膜１８１１を順次形成して構成
されている。

【０１０２】そして、これら上側基板１８０１と下側基
板１８０６の間に、液晶１８１２を封入し、この液晶１
８１２の配向方向が上下の電極間に印加される電圧に応
じて変化され、第１の配向方向と、これとほぼ垂直な第
２の配向方向の間で連続的に制御できるように構成され
ている。

【０１０３】次に、この図１５の実施形態の動作につい
て、緑色の光学系を代表にして説明する。図１６は、図
１５に示した投射型表示装置の一部を示す基本構成図
で、緑色半導体レーザー光源装置１０２は、緑色半導体
レーザーアレイ１６０１とコリメートレンズアレイ２０
２、第１のレンズ板２０３、それに第２のレンズ板１０
０１とで構成されており、上記半導体レーザー光源装置
(例えば図１０)と基本的に同じ構成で同じ機能を有する
光学系を構成している。

【０１０４】そして、半導体レーザーアレイ１６０１か
ら出力されたレーザー光は、コリメートレンズアレイ２
０２で平行化された後、第１のレンズ板２０３と第２の
レンズ板１００１を介して偏光ビームスプリッタ１５１
１に入射する。このとき、半導体レーザーアレイ１６０
１の各半導体レーザー素子から出力されるレーザー光の
直線偏光方向を、偏光ビームスプリッタ１５１１の偏光
分離面１５１１Ｇに対してＳ偏光となる方向に揃えてお
き、ほとんどのレーザー光束が偏光分離面１５１１Ｇで
反射されるようにする。

【０１０５】緑色偏光ビームスプリッタ１５１１は、３
角柱状のプリズムの接合面に図１７に示す偏光分離特性
を有する偏光分離膜を形成した４角柱状のプリズム光学
素子であり、この偏光ビームスプリッタ１５１１の偏光
分離面１５１１Ｇと対向する側面に、フィールドレンズ
１２２と緑色用反射型二次元光変調装置１５０５が配置
され、これと隣り合う側面の近傍に、図示の通り緑色半
導体レーザー光源装置１０２が配置されている。

【０１０６】この結果、偏光分離面１５１１Ｇで反射さ
れたレーザー光束は、フィールドレンズ１２２を介して
二次元光変調装置１５０５に入射され、このとき、上記
した実施形態と同様、第１のレンズ板２０３を構成する
各単レンズ部を通過したレーザー光束群は、第２のレン
ズ板１００１と緑色用偏光ビームスプリッタ１５１１、
フィールドレンズ１２２を介して緑色用反射型二次元光
変調装置１５０５の表示部に過不足なく伝達され重畳さ
れることになり、明るく均一な照明が得られることにな
る。

【０１０７】二次元光変調装置１５０５は、図１８に示
されているように、上下基板間に印加する電圧によって
液晶の配向方向が変化し、入射光束の中心波長をλとし
たとき、位相板１８０５と液晶層１８１２の積層により
与えられるリターデーションの値が、(２ｍ−１)・λ／
４とｍ・λ／２の間で変化することで、画像情報に応じ
た変調を行う。ここで、ｍは整数である。

【０１０８】すなわち、位相板１８０５と液晶層１８１
２を積層した際のリターデーションの値が(２ｍ−１)・
λ／４である画素に入射した光束は、反射後はλ／２の
位相差がつくため、入射した直線偏光に対して９０°回
転した直線偏光になり、この結果、偏光ビームスプリッ
タ１５１１の偏光分離面１５１１Ｇに対してＰ偏光とな
り、偏光分離面１５１１Ｇを透過して、ダイクロイック
プリズム１０７と投射レンズ１０８を介してスクリーン
１０９に拡大投射されることになり、このときは明表示
が得られる。

【０１０９】一方、位相板１８０５と液晶層１８１２を
積層した際のリターデーションの値がｍ・λ／２(m)で
ある画素に入射した光束は、反射後、入射時と同じ状態
となるため、再び偏光分離面１５１１Ｇで反射され、投
射レンズ１０８には入射しないので、このときは暗表示
となる。

【０１１０】ここで、より高いコントラスト比を実現す
るためには、偏光ビームスプリッタ１５１１の半導体レ
ーザー光源装置１０２側の側面に、偏光分離面１５１１
Ｇに対してＰ偏光となる直線偏光成分を吸収する偏光板
を配置したり、或いは偏光ビームスプリッタ１５１１と
ダイクロイックプリズム１５１３との間に偏光分離面１
５１１Ｇに対してＳ偏光となる直線偏光成分を吸収する
偏光板を配置してやればよい。

【０１１１】以上は、緑色の光学系についての説明であ
るが、他の色についても同様に画像データに応じた変調
が行われる。従って、赤色用反射型二次元光変調装置１
５０４と、青色用反射型二次元光変調装置１５０６につ
いては、基本的に図１８に示したＥＣＢ反射型液晶表示
素子と同じ構成であるが、液晶層に印加できる適切な電
圧範囲内で入射光束の中心波長λに対して、位相板１８
０５と液晶層１８１２とを積層した際のリタデーション
値が(２ｍ＋１)・λ／４とｍ・λ／２を実現できるよう
に、各色毎に、液晶材料と液晶層の厚さ、或いは位相板
の位相差を変えることが望ましい。

【０１１２】一方、赤色半導体レーザー光源装置１０１
と、青色半導体レーザー光源装置１０３については、光
源である半導体レーザー素子として、出力光の波長が対
応する色に見合ったものを用いること以外、上記緑色半
導体レーザー光源装置１０２と同様な構成でよい。

【０１１３】また、赤色用偏光ビームスプリッタ１５１
０と青色用偏光ビームスプリッタ１５１２の基本構成
は、偏光ビームスプリッタ１５１１と同様であり、偏光
分離面における分光特性が、それぞれの色に対応したレ
ーザー光の波長帯域において、Ｓ偏光とＰ偏光で十分な
消光比が得られるものであればよい。

【０１１４】そこで、図１５の実施形態では、赤色半導
体レーザー光源装置１０１と緑色半導体レーザー光源装
置１０２、それに青色半導体レーザー光源装置１０３か
ら出力された各色のレーザー光は、それぞれ偏光ビーム
スプリッタ１５１０、１５１１、１５１２の偏光分離面
で反射された後、反射型二次元光変調装置１５０４、１
５０５、１５０６の表示部に過不足なく入射され、面内
の光強度が均一になるように照射されることになる。

【０１１５】そして、各色の二次元光変調装置では各色
の画像情報に応じた変調が行われ、各色の変調光がダイ
クロイックプリズム１０７に入射され、以後、図１の実
施形態と同様にして、投射レンズ１０８によりスクリー
ン１０９上に拡大投射され、フルカラー映像が得られる
ことになる。

【０１１６】従って、この図１５の実施形態によって
も、複数の半導体レーザーからのレーザー光を合成して
利用しているため、十分な明るさの投射画像を得ること
ができるなど、図１と図２で説明した実施形態と同等の
作用効果を得ることができる。

【０１１７】ところで、上記したように、従来技術によ
る投射型表示装置で用いられていたメタルハライドラン
プなどの光源は、出力される光束が無偏光光であるた
め、反射型二次元光変調装置として好適なＥＣＢ反射型
液晶表示素子を用いた場合、半分の光しか利用できなか
ったが、この図１５に示す本発明の投射型表示装置によ
れば、半導体レーザーから出力されるレーザー光の直線
偏光方向を偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対して
Ｓ偏光となる方向に揃えることで、ほとんど全てのレー
ザー光を投射に利用することができ、この結果、光利用
効率はさらに向上し、より明るい投射映像を得ることが
できる。

【０１１８】また、このような反射型の二次元光変調装
置を用いた場合は、前述の透過型液晶表示素子よりも表
示に利用できる有効面積が広がる。つまり、透過型の液
晶表示素子では、配線部やＴＦＴ部分は光を通すことが
できないが、反射型の液晶表示素子では、配線などが、
画素部、すなわち反射電極の下にも形成できるため、表
示有効面積をより大きくできる。従って、この図１５の
実施形態のように、反射型液晶表示素子を採用すること
により、透過型液晶表示素子を用いた場合に比して、よ
り明るい投射画像を得ることができる。

【０１１９】ところで、従来のメタルハライドランプな
どの光源を用いた投射型表示装置では、光源から出力さ
れる白色光をダイクロイックミラー等により３原色に分
光してから利用されるが、この際、このような白色光源
では、出力光の分光スペクトルがブロードであるため、
光源光を効率よく利用するには、上記したように、各色
光の波長帯域をできるだけ広くする必要がある。

【０１２０】しかしながら、反射型二次元スイッチ装置
として好適なＥＣＢ反射型液晶表示素子に波長帯域の広
い色光を利用した場合には、液晶層及び位相板の波長分
散のために液晶層に印加する電圧を変えると色ずれが生
じてしまう。つまり、この場合には、明るさによって色
度が変わってしまうという問題が生じてしまう。

【０１２１】しかしなから、本発明によれば、光源とし
て、出力光の波長帯域が狭い半導体レーザーを用いてい
るため、このような色ずれはほとんど生じず、高品位な
投射画像を得ることができる。

【０１２２】さらに、ＥＣＢ反射型液晶表示素子による
表示に必要な偏光ビームスプリッタの偏光分離特性は、
一般に図１７に示した通り、かなり狭い波長帯域でしか
効率良く偏光分離できない。このため、従来の光源で
は、利用効率を下げて使用したり、或いは、より高価な
偏光ビームスプリッタを使用する必要があった。しかる
に、本発明によれば、出力光の波長帯域が狭い半導体レ
ーザーを用いているため、偏光ビームスプリッタを効率
的に利用できることになり、明るい投射画像を得ること
ができる。

【０１２３】なお、上記実施形態では、反射型二次元光
変調装置として３枚のＥＣＢ反射型表示装置を用いた場
合について説明したが、図１２に示した、一枚の二次元
光変調装置でフルカラー表示を行う実施形態における二
次元光変調装置として、ＥＣＢ反射型液晶表示素子を用
い、反射型の装置として実施してもよい。

【０１２４】次に、本発明の更に別の実施形態について
説明する。いままでに説明した実施形態では、半導体レ
ーザー光源装置に２枚のレンズ板が使用されていた。し
かし、本発明によれば、１枚のレンズ板によっても目的
が達成でき、同等の効果を得ることができるものであ
り、従って、以下、この１枚のレンズ板を用いた本発明
の実施形態について説明する。

【０１２５】なお、以下に説明する実施形態でも、全体
の構成は図１の実施形態と同じで、ただ各半導体レーザ
ー光源装置１０１、１０２、１０３の構成が異なってい
るだけなので、以下、これら半導体レーザー光源装置１
０１、１０２、１０３について説明する。なお、これら
は、光学系全体の構成は同じで、光源となる半導体レー
ザーの発光色が異なるだけなので、図２のときと同様
に、以下の説明では、青色半導体レーザー光源装置１０
３を例に挙げて説明する。

【０１２６】図１９から明らかなように、この実施形態
では、青色半導体レーザー光源装置１０３が、半導体レ
ーザーアレイ２０１とコリメートレンズアレイ２０２と
で構成された光源部のほかは、フィールドレンズ１２３
と光源部の間に配置した第１のレンズ板１９０１だけで
構成されている。

【０１２７】この第１のレンズ板１９０１は、半導体レ
ーザーアレイ２０１から出力され、コリメートレンズア
レイ２０２によって平行化されたレーザー光束群の主軸
１９０２に対して垂直な面内に複数の単レンズ部を備え
たもので、これにより、各単レンズ部に入射したレーザ
ー光束群が二次元光変調装置１０６の表示部に伝達重畳
できるように、各単レンズ部毎に焦点距離と曲率中心が
規定されているものであり、以下、この第１のレンズ板
１９０１について詳細に説明する。

【０１２８】この第１のレンズ板１９０１は、図２０に
示すように、同一の焦点距離を有する４個の単レンズ部
２００１、２００２、２００３、２００４をマトリクス
状に備えている。そして、これらの単レンズ部２００１
〜は、何れも、二次元光変調装置１０６の表示部と相似
の矩形に作られている。

【０１２９】そして、更に、これらの単レンズ部２００
１〜は、それぞれ異なる位置にレンズ凸面の曲率中心２
００１ｃ、２００２ｃ、２００３ｃ、２００４ｃを有す
る、いわゆる偏心レンズで作られ、その曲率中心の位置
は、半導体レーザー光源装置１０３の光学系の主軸に平
行で、かつ二次元光変調装置１０６の表示部中心を通る
中心軸１９０２から、それぞれ図示の通り、幅方向に
Ｘ、高さ方向にＹだけずれた位置にくるようにしてあ
る。

【０１３０】ここで、二次元光変調装置１０６の表示部
の幅と高さの比が４：３であるとすると、これに応じ
て、ＸとＹの比も４：３に、すなわち、Ｘ：Ｙ＝４：３
にしてやれば、各単レンズ部２００１〜を通過した光束
は、幅と高さの比が４：３の矩形形状に、過不足なく重
ね合わせることができる。

【０１３１】また、各単レンズ部２００１〜の焦点距離
をｆとし、第１のレンズ板１９０１と二次元光変調装置
１０６との距離をＬとすると、各単レンズ部２００１〜
を通過した光束の断面の大きさは、二次元光変調装置１
０６上では、ほぼ(Ｌ−ｆ)／ｆ倍となる。従って、この
関係に基いて、第１のレンズ板１９０１を構成する各単
レンズ部２００１〜の大きさと、二次元光変調装置１０
６の表示部の大きさの関係から、各単レンズ部２００１
〜の焦点距離を決定することができる。

【０１３２】この結果、第１のレンズ板１９０１の各単
レンズ部２００１〜を通過した光束が、二次元光変調装
置１０６の表示部上に伝達重畳されるときの第１のレン
ズ板１９０１の単レンズ部の大きさと、これに入射する
レーザー光束群のピッチの関係については、上記の２枚
のレンズ板を用いた場合の実施形態と同じになり、従っ
て、第１のレンズ板１９０１だけで、２枚のレンズ板を
用いた場合と同じ機能が得られることになる。

【０１３３】従って、この図１９の実施形態によって
も、複数の半導体レーザーからのレーザー光を合成して
利用しているため、十分な明るさの投射画像を得ること
ができるなど、図１と図２で説明した実施形態と同等の
作用効果を得ることができる。すなわち、この図１９の
実施形態においても、照明光として複数の半導体レーザ
ーからのレーザー光を合成して利用しているため、十分
な明るさの投射画像を得ることができる。

【０１３４】ところで、この図１９の実施形態によって
も、各半導体レーザーから出力される直線偏光光の偏光
の向きを、ＴＮ液晶表示素子等の偏光を用いる表示素子
において所望の偏光方向となるように揃えることによ
り、偏光板などによる光吸収を小さく抑えることがで
き、この結果、光利用効率はさらに向上し、より明るい
投射映像が得られることになるが、ここで、さらにこの
実施形態では、半導体レーザーから二次元光変調装置ま
での間にはレンズ板が一枚しかなので、その分、偏光状
態が乱される虞れが小さくなり、より一層、明るい投射
画像を得ることができる。

【０１３５】また、この図１９の実施形態によれば、２
枚のレンズ板を用いる場合よりも部品点数が減るので、
軽量化と低コスト化が得られるという効果もある。

【０１３６】

【発明の効果】本発明によれば、照明光として複数の半
導体レーザーからのレーザー光束を合成して利用するこ
とができるので、十分な明るさの投射映像を容易に得る
ことができる。また、本発明によれば、複数の半導体レ
ーザーからのレーザー光束が、二次元光変調装置の表示
部に過不足なく重畳されるため、二次元光変調装置の表
示部の形状とのミスマッチによる光の損失がほとんど無
く、このため、光の利用効率が高く、明るい投射映像を
得ることができる。

【０１３７】さらに、本発明によれば、合成後のレーザ
ー光束群が均一な光強度分布になるので、明るさにむら
の無い高品位の投射映像を容易に得ることができる。一
方、本発明によれば、各半導体レーザーから出力される
直線偏光光の偏光の向きを、所望の方向に揃えることが
できるので、二次元光変調装置として好適な液晶表示素
子を用いた場合には、偏光板などによる損失を小さく抑
えることができ、従って、光の利用効率が大きく向上で
き、より明るい投射映像を得ることができる。また、光
源である半導体レーザーは、波長帯域が狭い色純度の高
い光が得られるので、本発明によれば、従来技術の白色
光源を用いた場合よりも色再現範囲が広くなり、この結
果、充分に高品位の投射映像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投射型表示装置の一実施形態を示
す構成図である。

【図２】本発明の一実施形態における青色半導体レーザ
ー光源装置の一例を示す構成図である。

【図３】本発明の一実施形態における第１のレンズ板と
レーザー光束群との関係を示す説明図である。

【図４】本発明の一実施形態における第２のレンズ板と
レーザー光束群との関係を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施形態における二次元光変調装置
表示部上でのレーザー光束群を示す模式図である。

【図６】本発明の一実施形態における二次元光変調装置
表示部上での光強度分布を示す特性図である。

【図７】本発明の一実施形態における第１のレンズ板と
レーザー光束群との関係を示す説明図である。

【図８】本発明の他の一実施形態における第１のレンズ
板とレーザー光束群との関係を示す説明図である。

【図９】本発明の他の一実施形態における二次元光変調
装置表示部上での光強度分布を示す特性図である。

【図１０】本発明の一実施形態における半導体レーザー
光源装置の一例を示す構成図である。

【図１１】本発明の他の一実施形態における半導体レー
ザー光源装置の他の一例を示す構成図である。

【図１２】本発明による投射型表示装置の他の一実施形
態を示す構成図である。

【図１３】本発明の他の一実施形態における第１のレン
ズ板とレーザー光束群との関係を示す説明図である。

【図１４】本発明の他の一実施形態における半導体レー
ザーアレイの正面図である。

【図１５】本発明による投射型表示装置の更に別の一実
施形態を示す構成図である。

【図１６】本発明の更に別の一実施形態における緑色半
導体レーザー光源装置の一例を示す構成図である。

【図１７】本発明の更に別の一実施形態における緑色用
偏光ビームスプリッタの特性図である。

【図１８】本発明の更に別の一実施形態におけるＥＣＢ
反射型液晶表示素子の基本構成を示す断面図である。

【図１９】本発明の更にその他の一実施形態における半
導体レーザー光源装置の一例を示す構成図である。

【図２０】本発明の更にその他の一実施形態における第
１のレンズ板の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１赤色半導体レーザー光源装置(Ｒ) １０２緑色半導体レーザー光源装置(Ｇ) １０３青色半導体レーザー光源装置(Ｂ) １０４赤色用二次元光変調装置１０５緑色用二次元光変調装置１０６青色用二次元光変調装置１０７ダイクロイックプリズム１０８投射レンズ１０９スクリーン１２１、１２２、１２３フィールドレンズ２０１半導体レーザーアレイ２０２コリメートレンズアレイ２０３第１のレンズ板２０４第２のレンズ板２０５第３のレンズ板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｚ (72)発明者津村誠茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と、光源部から出力された光束を
画像情報に応じて変調し、光学像を形成する二次元光変
調装置と、前記光学像をスクリーン面に投射する投射レ
ンズとを備えた投射型表示装置において、前記光源部が、複数の半導体レーザー素子をマトリクス状に配置したレ
ーザーアレイと、前記レーザーアレイから出力される複数のレーザー光を
それぞれ個別に平行化するコリメートレンズアレイと、前記二次元光変調装置の画像表示面と平面形状が相似し
た複数個の単レンズ部を、前記光源部から出力されるレ
ーザー光束の主軸に垂直な面内に配置した第１のレンズ
板と、この第１のレンズ板の単レンズ部と同じ個数の単レンズ
部を前記光源部から出力されるレーザー光束の主軸に垂
直な面内に配置した第２のレンズ板と、前記二次元光変調装置の光入射側に配置したフィールド
レンズとを備え、前記第１のレンズ板に入射する複数のレーザー光束のう
ち少なくとも１本の光束が、前記第１のレンズ板の隣合
う単レンズ部間にまたがって照射されるように構成され
ていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】光源部と、光源部から出力された光束を
画像情報に応じて変調し、光学像を形成する二次元光変
調装置と、前記光学像をスクリーン面に投射する投射レ
ンズとを備える投射型表示装置において、前記光源部が、複数の半導体レーザー素子をマトリクス状に配置したレ
ーザーアレイと、前記半導体レーザーアレイから出力される複数のレーザ
ー光をそれぞれ個別に平行化するコリメートレンズアレ
イと、前記二次元光変調装置の画像表示面と平面形状が相似し
た複数個の単レンズ部を、前記光源部から出力されるレ
ーザー光束の主軸に垂直な面内に配置した第１のレンズ
板と、前記二次元光変調装置の光入射側に配置したフィールド
レンズとを備え、前記第１のレンズ板の各単レンズ部の曲率中心と、前記
光源部から出力されるレーザー光束群の主軸中心とのず
れの量の縦横比が、前記二次元光変調装置の表示部の高
さと幅の比と同じであり、前記第１のレンズ板に入射する複数のレーザー光束のう
ち少なくとも１本の光束が、前記第１のレンズ板の隣合
う単レンズ部間にまたがって照射されるように構成され
ていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２の発明において、前記第１のレンズ板の各単レンズ部の幅をＷ、高さをＨ
とし、前記第１のレンズ板に入射する複数のレーザー光
束の該第１のレンズ板上での幅方向のピッチをＰｈ、高
さ方向のピッチをＰｖとしたとき、Ｗ＝Ｐｈ(Ｎｈ＋Ｋｈｌ／Ｋｈ) Ｈ＝Ｐｖ(Ｎｖ＋Ｋｖｌ／Ｋｖ) Ｎｈ、Ｎｖ：０以上の任意の整数からなる係数Ｋｈ、Ｋｖ：１以上の任意の整数からなる係数Ｋｈｌ：Ｋｈよりも小さい任意の整数からなる係数Ｋｖｌ：Ｋｖよりも小さい任意の整数からなる係数の関係が成り立ち、かつ前記第１のレンズ板の各単レン
ズ部の幅方向の個数が係数Ｋｈの整数倍、高さ方向の個
数が係数Ｋｖの整数倍であることを特徴とする投射型表
示装置。
【請求項４】請求項１又は請求項２の発明において、前記レーザーアレイが、異なる中心波長を有するレーザ
ー光を発する３種類以上の半導体レーザー素子で構成さ
れ、該レーザーアレイと前記二次元光変調装置が画像制御装
置に接続されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】請求項１又は請求項２の発明において、前記二次元光変調装置が、半導体チップ上にミラーを形
成し、液晶を組み込んだ反射型の液晶表示素子で構成さ
れ、複屈折効果を利用して表示を行なうように構成されてい
ることを特徴とする投射型表示装置。