JP4367394B2 - 画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置及びプロジェクタに関するものである。

液晶装置等の空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を用いてスクリーン上に投射する投射型画像表示装置（プロジェクタ）において、光源にレーザを用いる技術が提案されている。
特開平１１−６４７８９号公報 特開２０００−１６２５４８号公報

レーザ光により空間光変調装置の入射面を均一な照度分布で照明するために所定の光学系を用いる場合、レーザ光と光学系との位置関係によっては、所望の画像を得られない可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の画像を得ることができる画像表示装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。

本発明の第１の観点によると、第１面を照明し、前記第１面を介した光により画像を表示する画像表示装置において、レーザ光を射出するレーザ光源装置と、前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光により回折光を生成し、前記回折光で第１面を照明する回折光学素子とを備え、前記第１面は、前記回折光学素子から発生する０次光が入射されない位置に設けられている画像表示装置が提供される。

本発明によれば、第１面を、回折光学素子から発生する０次光が入射されない位置に設けたので、回折光学素子から０次光が発生しても、その０次光が第１面に入射することを抑えることができる。したがって、第１面を所望状態で照明することができ、その第１面に照射された光により所望の画像を得ることができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の延長線上から外れた位置に設けられている構成を採用することができる。これにより、第１面に０次光が入射することを防止することができる。

本発明の画像表示装置において、前記回折光学素子は１次光で前記第１面を照明する構成を採用することができる。これにより、第１面を所望状態で照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記回折光学素子は前記回折光で前記第１面上を所定の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、第１面を効率良く照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記回折光学素子は前記第１面上を矩形状の照明領域で照明する構成を採用することができる。これにより、照明領域を効率良く照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記レーザ光源装置を複数備え、前記第１面は所定の辺を有し、前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記所定の辺に沿って並ぶように配置されている構成を採用することができる。これにより、第１面を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、第１面をほぼ均一な照度分布で照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は第１の辺と前記第１の辺よりも長い第２の辺とを有し、前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記第２の辺に沿って並ぶように配置されている構成を採用することができる。これにより、スペックルパターンの発生を抑え、第１面を高い照度で、且つほぼ均一な照度分布で効率良く照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は互いに対向する２つの辺を有し、前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記２つの辺のそれぞれに沿って並ぶように配置されている構成を採用することができる。これにより、スペックルパターンの発生を抑え、第１面を高い照度で、且つほぼ均一な照度分布で効率良く照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は互いに対向する２つの辺を少なくとも２組有し、前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記辺のそれぞれに沿って並ぶように配置されている構成を採用することができる。これにより、スペックルパターンの発生を抑え、第１面を高い照度で、且つほぼ均一な照度分布で効率良く照明することができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は画像情報を含む構成を採用することができる。これにより、第１面を照明した光により画像を表示することができる。

本発明の画像表示装置において、前記回折光学素子は、該回折光学素子に対してレーザ光が入射する方向とは異なる方向に前記０次光を発生し、前記第１面は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の延長線上に設けられている構成を採用することができる。これにより、回折光学素子から０次光が発生しても、その０次光が第１面に入射することを抑えることができる。また、装置のコンパクト化を図ることができる。

本発明の画像表示装置において、前記第１面は照明された光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む構成を採用することができる。前記空間光変調装置は液晶装置を含む構成を採用することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。

本発明の第２の観点によると、上記記載の画像表示装置を含み、前記第１面を介した画像情報を含む光を第２面上に投射する投射系を備えたプロジェクタが提供される。

本発明によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、所望の画像を良好に形成することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、必要に応じてＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る画像表示装置ＰＪを示す概略構成図、図２は図１の要部を拡大した図である。本実施形態においては、画像表示装置として、空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する投射型画像表示装置（プロジェクタ）を例にして説明する。

図１において、プロジェクタＰＪは、スクリーン１００（第２面）上に画像情報を含む光を投射する投射ユニットＵを備えている。投射ユニットＵからスクリーン１００に対して光が投射されることにより、スクリーン１００上に画像が形成される。本実施形態のプロジェクタＰＪは、スクリーン１００を透過型のスクリーンとし、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する。

投射ユニットＵは、第１の基本色光（赤色光）で第１面を照明可能な第１照明装置１Ｒと、第２の基本色光（緑色光）で第１面を照明可能な第２照明装置１Ｇと、第３の基本色光（青色光）で第１面を照明可能な第３照明装置１Ｂと、第１照明装置１Ｒで照明される入射面（第１面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第１空間光変調装置１０Ｒと、第２照明装置１Ｇで照明される入射面（第１面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第２空間光変調装置１０Ｇと、第３照明装置１Ｂで照明される入射面（第１面）１１を有し、照明された光を画像情報に応じて光変調する第３空間光変調装置１０Ｂと、空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにより変調された各基本色光を合成する色合成系１２と、色合成系１２で生成された光をスクリーン１００上に投射する投射系１３とを備えている。空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂのそれぞれは液晶装置を含んで構成されている。以下の説明においては、空間光変調装置を適宜、ライトバルブ、と称する。

ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネルと、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。空間光変調装置を構成するライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した基本色光は、ライトバルブを通過することによって光変調される。

各照明装置１（１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ）は、レーザ光Ｌ１を射出する複数のレーザ光源装置２と、レーザ光源装置２から射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１により回折光Ｌ２を生成し、回折光Ｌ２で入射面１１上を照明する回折光学素子４Ｋと、ライトバルブ１０の入射面１１と回折光学素子４Ｋとの間に配置され、入射面１１に入射する光の角度を調整する光学素子５とを備えている。

第１照明装置１Ｒのレーザ光源装置２は、赤色（Ｒ）のレーザ光を射出する。第１照明装置１Ｒは、回折光学素子４Ｋにより赤色のレーザ光から所望の領域を照明する回折光（拡散光）を生成し、その生成された回折光で第１ライトバルブ１０Ｒの入射面１１を光学素子５を介して照明する。

第２照明装置１Ｇのレーザ光源装置２は、緑色（Ｇ）のレーザ光を射出する。第２照明装置１Ｇは、回折光学素子４Ｋにより緑色のレーザ光から所望の領域を照明する回折光（拡散光）を生成し、その生成された回折光で第２ライトバルブ１０Ｇの入射面１１を光学素子５を介して照明する。

第３照明装置１Ｂのレーザ光源装置２は、青色（Ｂ）のレーザ光を射出する。第３照明装置１Ｂは、回折光学素子４Ｋにより青色のレーザ光から所望の領域を照明する回折光（拡散光）を生成し、その生成された回折光で第３ライトバルブ１０Ｂの入射面１１を光学素子５を介して照明する。

各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを通過することで変調された各基本色光（変調光）は、色合成系１２で合成される。色合成系１２はダイクロイックプリズムによって構成されており、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、及び青色光（Ｂ）は色合成系１２で合成されてフルカラー合成光となる。色合成系１２から射出されたフルカラー合成光は投射系１３に供給される。投射系１３はフルカラー合成光をスクリーン１００上に投射する。投射系１３は、入射側の画像を拡大してスクリーン１００上に投射する所謂拡大系である。

投射ユニットＵは、各照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂのそれぞれで照明された各ライトバルブ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを介した画像情報を含むフルカラー合成光を投射系１３を用いてスクリーン１００上に投射することによって、スクリーン１００上にフルカラーの画像を形成する。鑑賞者は、投射ユニットＵによりスクリーン１００に対して投射された画像を鑑賞する。

次に、図２を参照しながら、空間光変調装置１０の入射面１１を照明する照明装置１０について説明する。なお、以下の説明においては、第２空間光変調装置１０Ｇの入射面１１を照明する第２照明装置１Ｇについて説明するが、他の空間光変調装置１０Ｒ、１０Ｂを照明する照明装置１Ｒ、１Ｂもほぼ同等の構成を有する。

図２において、照明装置１（１Ｇ）は、空間光変調装置１０の入射面１１を照明するものであって、レーザ光Ｌ１を射出する複数のレーザ光源装置２と、レーザ光源装置２から射出されたレーザ光Ｌ１が入射されるとともに、その入射されたレーザ光Ｌ１により回折光Ｌ２を生成し、回折光Ｌ２で入射面１１上を照明する回折光学素子４Ｋとを備えている。複数のレーザ光源装置２はアレイ状に配置されており、本実施形態においては、一次元方向（Ｘ軸方向）に複数並んで設けられている。図２においては、レーザ光源装置２の光射出面は＋Ｚ側を向いており、各レーザ光源装置２は＋Ｚ方向に向けてレーザ光Ｌ１を射出する。回折光学素子４Ｋは、複数のレーザ光源装置２のそれぞれに対応するように複数設けられている。回折光学素子４Ｋは支持部材４Ｂに支持されている。図２に示す例では、回折光学素子４Ｋは、複数のレーザ光源装置２に対応するように、支持部材４Ｂ上で一次元方向（Ｘ軸方向）に複数並んで設けられている。複数の回折光学素子４Ｋのそれぞれは、複数のレーザ光源装置２の位置及び特性等に応じて最適化されている。

そして、空間光変調装置１０の入射面１１は、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光の延長線上から外れた位置に設けられている。具体的には、入射面１１は、回折光学素子４Ｋから発生する０次光が入射されない位置に設けられている。そして、回折光学素子４Ｋは、発生した１次光で入射面１１を照明する。

回折光学素子４Ｋと入射面１１との間には光学素子５が設けられている。光学素子５は、回折光学素子４Ｋからの１次光が照射されるとともに、射出する光の射出角度を調整する角度調整機能を有している。光学素子５は、屈折レンズ（フィールドレンズ）によって構成されている。屈折レンズは、例えば球面レンズ、又は非球面レンズ等の光軸に対して回転対称な軸対象レンズを含む。あるいは、光学素子５はフレネルレンズ等を含むものであってもよい。光学素子５は、回折光学素子４Ｋのそれぞれから照射された光の射出角度、ひいては入射面１１に対する光の入射角度を調整可能である。本実施形態では、光学素子５は、複数の回折光学素子４Ｋのそれぞれからの回折光（１次光）Ｌ２で、入射面１１上の所定領域を重畳的に照明するように、射出する光の射出角度を調整できるように最適化されている。

回折光学素子４Ｋは、レーザ光源装置２により照射されたレーザ光Ｌ１により回折光Ｌ２を生成し、その回折光Ｌ２で入射面１１を所定の照明領域で照明する。また、回折光学素子４Ｋにより生成される回折光Ｌ２は所定の領域を照明するように拡散された光であり、回折光学素子４Ｋは、その拡散された光（回折光）Ｌ２で入射面１１を所定の照明領域で照明し、照明領域での照度を均一化する。そして、回折光学素子４Ｋは、その回折光学素子４Ｋの光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域で入射面１１を照明する。すなわち、回折光学素子４Ｋは所謂拡大系（拡大照明系）である。また、本実施形態においては、回折光学素子４Ｋは、入射面１１上を矩形状の照明領域で照明する。

図３は回折光学素子４Ｋの一例を示す模式図であって、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。図３に示す回折光学素子は、その表面に複数の矩形状の凹部（凹凸構造）４Ｍを有している。凹部４Ｍは互いに異なる深さを有している。また、凹部４Ｍどうしの間の複数の凸部も互いに異なる高さを有している。そして、凹部４Ｍどうしのピッチｄ（凹部又は凸部の幅）及び凹部４Ｍの深さｔ（凸部の高さ）を含む回折光学素子４Ｋの表面条件を適宜調整することにより、この回折光学素子４Ｋに照射された光を拡散させ、照明領域の大きさ及び形状を設定することができる。換言すれば、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子４Ｋに所定の機能を持たせることができる。また、凹部４Ｍどうしのピッチｄや凹部４Ｍの深さｔの値を回折光学素子４Ｋの表面の複数の領域毎にそれぞれ異ならせる場合には、回折光学素子４Ｋの表面条件には、形成される凹部４Ｍどうしのピッチｄの分布や、凹部４Ｍの深さｔの分布も含まれる。凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ法など、所定の演算手法（シミュレーション手法）が挙げられる。そして、回折光学素子４Ｋの表面条件を最適化することで、所望の機能を有する回折光学素子４Ｋを形成することができる。

なお、回折光学素子４Ｋとしては、矩形の凹部４Ｍを有するものに限られず、互いに異なる方向を向く平面を組み合わせた表面を有する回折格子であってもよい。例えば、回折光学素子４Ｋとしては、図４に示すような、斜面を有する三角形状の凹部を有するものであってもよい。また、回折光学素子４Ｋとしては、図３に示したような矩形状の凹部を有する領域と、図４に示したような三角形状の凹部を有する領域とのそれぞれを有するものであってもよい。そして、その表面条件を最適化することにより、所望の機能を有する回折光学素子４Ｋを形成することができる。

図５は回折光学素子４Ｋを含む照明装置１で照明された入射面１１を示す模式図である。図５に示すように、回折光学素子４Ｋを含む照明装置１は、入射面１１上での照明領域ＬＡを設定することができる。具体的には、回折光学素子４Ｋを含む照明装置１は、入射面１１上での照明領域ＬＡの大きさ及び形状の少なくとも一方を設定することができる。本実施形態では、回折光学素子４Ｋを含む照明装置１は、照明領域ＬＡを矩形状（長方形状）に設定する。本実施形態の入射面１１は矩形状（長方形状）であり、回折光学素子４Ｋを含む照明装置１は、入射面１１に応じた照明領域ＬＡを設定する。照明領域ＬＡの大きさ及び形状は、回折光学素子４Ｋの表面条件（凹部４Ｍどうしのピッチｄ、凹部４Ｍの深さｔなど）を適宜調整することにより設定可能である。換言すれば、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、回折光学素子４Ｋに照明領域設定光学系としての機能を持たせることができる。また、回折光学素子４Ｋの表面条件を最適化することにより、照明領域ＬＡでの照度を均一化できるような回折光を生成でき、また、回折光学素子４Ｋの光射出面から光が射出される射出領域よりも大きい照明領域ＬＡで入射面１１を照明することができる。そして、上述の反復フーリエ法など、所定の手法を用いて回折光学素子４Ｋの表面条件を最適化することで、所望の機能（照明領域設定機能、拡散光生成機能、拡大照明機能等）を有する回折光学素子４Ｋを形成することができる。

すなわち、本実施形態の回折光学素子４Ｋは、照明領域設定機能、拡散光生成機能（照度均一化機能）、及び拡大照明機能のそれぞれを有しており、それらの機能を有するように、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さｔを含む表面条件が最適化されている。

なお、本実施形態では、回折光学素子４Ｋは、照明領域ＬＡを矩形状に設定しているが、凹部４Ｍどうしのピッチｄ及び凹部４Ｍの深さｔを含む表面条件を最適化することにより、例えば照明領域ＬＡをライン状や円形状など、任意の形状に設定することができる。

ここで、図６を参照しながら、回折光学素子４Ｋの製造方法の一例について説明する。図６（Ａ）に示すように、石英基板上にレジストを塗布した後、電子ビーム描画装置によりレジストに電子ビームを照射し、このレジストをパターニングする。次いで、エッチング処理することにより、図６（Ｂ）に示すように、石英からなるモールド（型）を形成する。そして、合成樹脂製のフィルム状部材など、回折光学素子を形成するための基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以上に加熱する。そして、図６（Ｃ）に示すように、基板とモールドとを押し付け、一定時間保持する。その後、基板とモールドとを、基板のガラス転移温度以下に冷却し、基板とモールドとを離す。これにより、図６（Ｄ）に示すように、所望の形状を有する合成樹脂製の回折光学素子が形成される。このように、本実施形態では、モールド（型）を形成した後、そのモールドの形状を基板に熱転写する、所謂ナノインプリントの手法により、回折光学素子を形成する。

なお、ここで説明した回折光学素子の製造方法は一例であり、所望の形状を有する回折光学素子を製造できるのであれば、任意の手法を用いることができる。

以上説明したように、本実施形態の画像表示装置（プロジェクタ）ＰＪによれば、入射面１１は、レーザ光源装置２から回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上から外れた位置に設けられているので、仮に回折光学素子４Ｋから０次光が発生しても、その０次光が入射面１１に入射することを抑制することができる。本実施形態においては、回折光学素子４Ｋは、上述の反復フーリエ法等の所定の手法を用いて、０次光を発生させないように設計され、発生した１次光によって、均一な照度分布で空間光変調装置１０の入射面１１を照明できるように設計されているが、例えば回折光学素子４Ｋを製造するときの製造誤差（プロセス誤差）や、レーザ光源装置２から射出されるレーザ光Ｌ１の波長誤差等に起因して、回折光学素子４Ｋより０次光が発生してしまう可能性がある。なお、レーザ光源装置２から射出されるレーザ光Ｌ１の波長の誤差（ぶれ）は、例えば温度変化に起因する。０次光は、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上に形成される場合が多い。すなわち、図２においては、０次光は、回折光学素子４Ｋの光射出面の法線方向（Ｚ軸方向）に射出される場合が多い。そのような場合において、空間光変調装置１０の入射面１１が、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上に配置されている場合、空間光変調装置１０の入射面１１に、０次光が照射されてしまう可能性がある。空間光変調装置１０の入射面１１に０次光が照射された場合、入射面１１のうち、０次光が照射された部分の照度（輝度）が局所的に増大する場合がある。その場合、その空間光変調装置１０に基づいて形成される画像は不良となる。本実施形態では、入射面１１は、レーザ光源装置２から回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上から外れた位置に設けられているので、仮に回折光学素子４Ｋから０次光が発生しても、その０次光が入射面１１に照射されることを抑制することができる。したがって、所望の画像を形成することができる。

また、本実施形態の照明装置１によれば、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、入射面１１を均一な照度分布で効率良く照明することができる。すなわち、レーザ光源装置から射出されたレーザ光を用いて入射面１１を均一な照度分布で照明するために、例えばロッドインテグレータやフライアイレンズ等の光学系を用いた場合、部品点数の増大や光学系の複雑化を招き、装置全体の大型化、複雑化を招く虞がある。また、部品点数の増大やロッドインテグレータ等の高価な部品の使用により装置コストの上昇を招く虞もある。更には、各光学素子の界面より発生するフレネル反射損失等、光利用効率等の低下を招く虞もある。本実施形態では、比較的安価な光学素子を用い、しかもその部品点数が抑えられているので、装置の大型化や複雑化、あるいは装置コストの上昇を抑え、入射面１１を効率良く照明することができる。

また、回折光学素子４Ｋは入射面１１上での照明領域ＬＡを設定することができるので、照明領域ＬＡを効率良く照明することができる。すなわち、レンズ等を介した光で入射面１１を照明した場合、照明領域ＬＡの形状と入射面１１の形状とが異なる状況が生じる可能性がある。すなわち、例えば入射面１１が矩形状であるのに対して、レンズを介して入射面１１を照明したときの照明領域ＬＡが円形状となる可能性がある。この場合、光の漏洩を抑えつつ、入射面１１を照明するためには、円形状の照明領域ＬＡを拡大するとともに、遮光部材等を用いて、照明領域ＬＡを整形する必要がある。この場合、光利用効率が低下する。本実施形態では、回折光学素子４Ｋを用いて照明領域ＬＡを設定することにより、回折光学素子４Ｋで生成した光のほぼ全てを入射面１１に照射することができ、光利用効率を向上することができる。

また、光源としてレーザ光源装置を用いているので、偏光された光を射出することができ、光源として例えば超高圧水銀ランプ等の白色光源を用いる構成に比べて、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）や、色分離素子（ダイクロイックミラー）等の部品を省略することができる。また、狭波長帯域のレーザ光（基本色光）を射出するので、そのレーザ光を用いて画像を表示する際、良好な色再現性を得ることができる。また、液晶装置（ライトバルブ）には紫外光が照射されないので、ライトバルブの劣化を抑制することもできる。

また、本実施形態においては、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えているので、入射面１１上での光量（照度）を増大することができる。そして、その照明装置１で照明された入射面１１を介した光により画像を表示することにより、画像の高輝度化、高コントラスト化を実現することができる。

また、本実施形態においては、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えているので、スペックルパターンの発生を抑えることもできる。スペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレント光で粗面や不均質な媒質を含む散乱面を照射し、その散乱光を観察したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。散乱面の各点で発生した散乱光は、互いにランダムな位相関係で干渉し、その結果複雑な干渉パターンを生じ、入射面１１を不均一な照度分布で照明する可能性がある。本実施形態では、照明装置１は複数のレーザ光源装置２を備えており、それら複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光は互いにインコヒーレントであるため、互いに異なる照度分布（輝度分布）を持つ光で入射面１１を照明することとなる。そのため、それら各レーザ光に基づく回折光を入射面１１上で重ね合わせることにより、見た目上のスペックルパターンを低減し、入射面１１上での照度分布をほぼ均一にすることができる。したがって、画像表示装置ＰＪは、輝度むら（照度むら）が小さい画像を表示することができる。

また、光学素子５を設けたことにより、入射面１１に対する光の入射角度を小さくすることができ、入射面１１を効率良く照明することができる。また、複数の回折光学素子４Ｋのそれぞれで生成した回折光Ｌ２で、入射面１１上の所定領域を重畳的に照明することができる。これにより、入射面１１を高い照度で効率良く照明することができる。また、スペックルパターンの発生を抑え、入射面１１をほぼ均一な照度分布で照明することができる。

また、図３等を参照して説明したように、回折光学素子４Ｋはナノインプリントの手法で製造することができるため、回折光学素子を容易に大量に製造することができ、製造コストを低減することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について図７を参照しながら説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

上述の図２の実施形態においては、回折光学素子４Ｋの表面（光射出面）と、空間光変調装置１０の入射面１１とはほぼ平行に設けられているが、図７に示すように、回折光学素子４Ｋの表面（光射出面）と、空間光変調装置１０の入射面１１とを互いに異なる方向に向くように配置してもよい。こうすることにより、装置の小型化を図ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について図８を参照しながら説明する。図８は空間光変調装置１０（入射面１１）と、複数のレーザ光源装置２との位置関係を模式的に示す平面図である。図８に示すように、入射面１１は平面視において略矩形状（長方形状）であり、Ｙ軸に平行な第１の辺Ｈ１と、Ｘ軸に平行な第２の辺Ｈ２とを有している。なお、平面視とは、ある面（ここでは入射面）に対して垂直な方向からその面を見たときの形状、位置関係を言う。すなわち、平面視とは、ある面に沿う二次元方向における形状、位置関係を言う。したがって、例えば、入射面１１が平面視において略矩形状である、とは、入射面１１が二次元方向において略矩形状である、ということである。第２の辺Ｈ２は第１の辺Ｈ１よりも長い。そして、複数のレーザ光源装置２の光射出面が、平面視において第２の辺Ｈ２に沿って並ぶように配置されている。

このような配置にすることにより、複数のレーザ光源装置２のそれぞれを入射面１１に近い位置に配置することができるので、入射面１１を高い照度で、且つほぼ均一な照度分布で効率良く照明することができる。また、複数のレーザ光源装置２によってスペックルパターンの発生を抑えることができる。

すなわち、図９に示すように、例えば入射面１１の辺に対して垂直方向に並ぶように複数のレーザ光源装置２を配置した場合、複数のレーザ光源装置２のうち、入射面１１に最も遠いレーザ光源装置２Ｔから射出されたレーザ光Ｌ１に基づいて回折光学素子４Ｋで生成された回折光Ｌ２の入射面１１での照度が低下してしまう可能性がある。すなわち、レーザ光源装置２Ｔは入射面１１から遠いので、そのレーザ光源装置２Ｔから射出されたレーザ光Ｌ１に基づいて生成された回折光のうち、入射面１１に入射可能な光は、回折角が大きい高次の回折光となってしまう場合がある。高次の回折光は回折効率が低いため、入射面１１での照度が低下する。

一般に、回折格子の凹部４Ｍ（スリット）の幅をα、回折格子の凹部４Ｍどうしのピッチをｄ、光が入射している範囲での凹部４Ｍの数をＭ、回折格子に入射する光強度をＩ_０、回折格子から射出する光強度をＩ_Ｐ 、Ｎ次の回折光の角度（回折角）をθ_ｎ、回折格子に対するレーザ光の入射角度をθ_０とした場合、以下の（１）式、（２）式が成り立つ。

このように、高次の回折光では、回折効率（入射する光強度と射出する光強度との比＝Ｉ_Ｐ／Ｉ_０）が低下する。

そこで、図８に示したような配置にすることにより、入射面１１に対して著しく遠い位置にレーザ光源装置２が配置されることを防ぎ、複数のレーザ光源装置２のそれぞれを入射面１１に近い位置に設けることができる。したがって、低次の回折光（１次光）を入射面１１に入射させることができ、回折角の増大に伴う回折効率の低下、ひいては入射面１１に入射する光強度（照度）の低下を抑制することができる。

また、図８の実施形態では、複数のレーザ光源装置２は、１つの辺に沿って並んで配置されており、入射面１１を一方向（−Ｙ方向）のみから照明する構成である。そのため、装置の小型化を図ることができる。

なお、図８の実施形態では、複数のレーザ光源装置２は、第２の辺Ｈ２に沿って並んで配置されているが、各部材の配置を考慮して、第１の辺Ｈ１に並べて配置することもできる。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について図１０及び図１１を参照しながら説明する。図１０は空間光変調装置１０（入射面１１）と、複数のレーザ光源装置２との位置関係を模式的に示す平面図、図１１は側面図である。

本実施形態においては、複数のレーザ光源装置２の光射出面は、入射面１１のうち互いに対向する第２の辺Ｈ２のそれぞれに沿って並ぶように配置されている。また、図１１に示すように、複数のレーザ光源装置２のそれぞれから射出されたレーザ光Ｌ１は、回折光学素子４Ｋで回折光Ｌ２に変換された後、光学素子５を介して入射面１１に入射されるようになっている。そして、複数のレーザ光源装置２は、２つの辺に沿って並んで配置されており、入射面１１を双方向（＋Ｙ方向及び−Ｙ方向）から照明する構成である。このように、入射面１１を双方向から照明することにより、偏りの少ない均一な照度分布で入射面１１を照明することができる。また、照明装置１は、入射面１１を高い照度で照明することができる。

また、図１１に示すように、本実施形態では、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上には、遮光部材９が配置されている。したがって、仮に回折光学素子４Ｋから０次光が発生しても、遮光部材９によって遮光することができる。したがって、例えば０次光がスクリーン１００等に到達してしまう不都合を防止することができる。

なお、上述の第１〜第４実施形態においても、回折光学素子４Ｋから発生する０次光の光路上に、図１１に示すような遮光部材を配置することができる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について図１２を参照しながら説明する。図１２は空間光変調装置１０（入射面１１）と、複数のレーザ光源装置２との位置関係を模式的に示す平面図である。

図１２において、入射面１１は、互いに対向する第１の辺Ｈ１と、互いに対向する第２の辺Ｈ２とを有しており、互いに対向する２つの辺を２組有した構成となっている。そして、複数のレーザ光源装置２の光射出面が、平面視において、第１、第２の辺Ｈ１、Ｈ２のそれぞれに沿って並ぶように配置されている。そして、複数のレーザ光源装置２は、入射面１１を４つの方向から照明することができる。このように、入射面１１を複数の方向（４つの方向）から照明することにより、偏りの少ない均一な照度分布で入射面１１を照明することができる。また、照明装置１は、入射面１１を高い照度で照明することができる。

なお、上述の第３〜第５実施形態において、複数のレーザ光源装置２のそれぞれの動作を制御する制御装置を設け、その制御装置を用いて、各レーザ光源装置２の光射出動作を制御するようにしてもよい。例えば、図１２に示したように、第１、第２の辺Ｈ１、Ｈ２のそれぞれに沿うようにレーザ光源装置２を配置した場合、制御装置は、それら複数のレーザ光源装置２のうち、必要に応じて、一部のレーザ光源装置２のみからレーザ光を射出するようにしてもよい。

なお、上述の第１〜第５実施形態においては、回折光学素子として透過型の回折光学素子（回折格子）のうち、位相変調型の回折光学素子を用いているが、振幅変調型の回折光学素子を用いることもできる。また、透過型の回折光学素子に限られず、反射型の回折光学素子を用いることもできる。また、例えば、透過型の回折光学素子と、反射型の回折光学素子とを組み合わせてもよい。そして、それら回折光学素子の表面条件を最適化することにより、その回折光学素子に所望の機能を持たせることができる。

なお上述の各実施形態においては、空間光変調装置として透過型の液晶装置（ライトバルブ）を用いているが、反射型の液晶装置を用いることもできるし、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型光変調装置（ミラー変調器）を用いてもよい。

なお、上述の各実施形態では、スクリーン１００の正面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射するフロント投射型のプロジェクタを例にして説明したが、投射ユニットＵと、スクリーン１００と、筐体とを有し、投射ユニットＵがスクリーン１００の背面側に配置され、スクリーン１００の背面側からスクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する所謂リアプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置１を適用することもできる。

なお、上述の実施形態のプロジェクタＰＪは、各基本色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を射出可能なレーザ光源装置２をそれぞれ有する第１、第２、第３照明装置１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを有しているが、赤色光（Ｒ）を射出する赤色レーザ光源装置、緑色光（Ｇ）を射出する緑色レーザ光源装置、及び青色光（Ｂ）を射出する青色レーザ光源装置をアレイ状に配置した構成を有する照明装置を１つ有する構成であってもよい。この場合、各基本色光を射出可能なレーザ光源装置のレーザ光射出動作を時分割で行い、その各レーザ光源装置のレーザ光射出動作に同期して、ライトバルブの動作を制御することにより、１つの照明装置及び１つのライトバルブでスクリーン１００上にフルカラー画像を表示することができる。

＜第６実施形態＞
なお、上述の各実施形態においては、照明装置１で空間光変調装置を照明し、その空間光変調装置を介した光によりスクリーン１００上に画像を表示しているが、画像表示装置（プロジェクタ）としては、空間光変調装置を有していなくてもよい。例えば図１３に示すような、画像情報を含むスライド（ポジフィルム）１０’の面１１’を照明装置１で照明し、スクリーン１００上に画像情報を含む光を投射する、所謂スライドプロジェクタに、上述の各実施形態の照明装置１を適用することも可能である。

また、画像表示装置としては、投射系を有さず空間光変調装置の画像を直接観察する直視型の画像表示装置であってもよい。

なお、上述の第１〜第６実施形態においては、回折光学素子４Ｋと入射面１１との間に光学素子５が設けられているが、光学素子５は無くてもよい。回折光学素子４Ｋを最適化することにより、回折光学素子４Ｋで生成した回折光（１次光）Ｌ２で入射面１１を所望状態で照明することができる。

＜第７実施形態＞
なお、上述の各実施形態においては、入射面１１を、回折光学素子４Ｋから発生する０次光が入射されない位置に設けるために、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光の延長線上から外れた位置に設けているが、回折光学素子が０次光を斜め方向に射出する場合には、入射面１１を、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光の延長線上に設けてもよい。要は、入射面１１に、回折光学素子４Ｋから発生する０次光が入射されないようにすればよい。

例えば、図１４の模式図に示すように、回折光学素子４Ｋに、回折光学機能及びプリズム機能を持たせることにより、回折光学素子４Ｋから０次光が発生する場合でも、その回折光学素子４Ｋは、回折光学素子４Ｋに対してレーザ光Ｌ１が入射する方向（図ではＺ軸方向）とは異なる方向（Ｚ軸に対して斜め方向）に０次光を発生することができる。

そして、このような回折光学素子４Ｋを用いることにより、図１５に示すように、入射面１１を、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上に設けた場合でも、回折光学素子４Ｋから発生した０次光が入射面１１に入射することを抑制することができる。そして、回折光学素子４Ｋから発生する１次光で入射面１１を照明できるように、回折光学素子４Ｋを調整することで、回折光学素子４Ｋに入射するレーザ光Ｌ１の延長線上に設けられた入射面１１を、１次光で照明することができる。また、入射面１１（ライトバルブ１０）と、回折光学素子４Ｋと、レーザ光源装置２とを並べて配置することができ、画像表示装置全体のコンパクト化を図ることもできる。

なお、上述の各実施形態においては、回折光学素子４Ｋから発生した１次光で入射面１１を照明しているが、１次光以外の例えば２次光、３次光で入射面１１を照明するようにしてもよい。

第１実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 図１の要部を示す図である。 拡散光学素子の一例を示す模式図である。 拡散光学素子の一例を示す模式図である。 照明装置で照明された第１面を示す図である。 回折光学素子の製造方法の一例を説明するための模式図である。 第２実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す平面図である。 レーザ光源装置と第１面との位置関係の一例を示す模式図である。 第４実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す平面図である。 第４実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す側面図である。 第５実施形態に係る画像表示装置を模式的に示す平面図である。 第６実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。 第７実施形態に係る回折光学素子の一例を説明するための模式図である。 第７実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１…照明装置、２…レーザ光源装置、４Ｋ…回折光学素子、１０…空間光変調装置、１１…第１面（入射面）、１００…スクリーン（第２面）、Ｈ１…第１の辺、Ｈ２…第２の辺、ＬＡ…照明領域、ＰＪ…画像表示装置（プロジェクタ）

Claims (9)

1. 第１面を照明し、前記第１面を介した光により画像を表示する画像表示装置において、
   レーザ光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、
   複数の前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光により回折光を生成し、前記回折光で第１面を照明する回折光学素子とを備え、
   前記第１面は、前記回折光学素子から発生する０次光が入射されない位置に設けられるとともに、第１の辺と前記第１の辺よりも長い第２の辺とを有し、
   前記第１の辺は、互いに対向するように２つ設けられ、
   前記第２の辺は、互いに対向するように２つ設けられ、
   前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記２つの第２の辺のそれぞれに沿って並ぶように配置されている画像表示装置。
2. 前記第１面は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の延長線上から外れた位置に設けられている請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記回折光学素子は１次光で前記第１面を照明する請求項１又は２記載の画像表示装置。
4. 前記回折光学素子は前記第１面上を矩形状の照明領域で照明する請求項１〜３のいずれか一項記載の画像表示装置。
5. 第１面を照明し、前記第１面を介した光により画像を表示する画像表示装置において、
   レーザ光をそれぞれ射出する複数のレーザ光源装置と、
   複数の前記レーザ光源装置から射出されたレーザ光が入射されるとともに、該入射されたレーザ光により回折光を生成し、前記回折光で第１面を照明する回折光学素子とを備え、
   前記第１面は、前記回折光学素子から発生する０次光が入射されない位置に設けられるとともに、第１の辺と前記第１の辺よりも長い第２の辺とを有し、
   前記第１の辺は、互いに対向するように２つ設けられ、
   前記第２の辺は、互いに対向するように２つ設けられ、
   前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記２つの第２の辺のそれぞれに沿って並ぶように配置され、
   さらに、前記回折光学素子に入射するレーザ光の延長線上に配置された遮光部材を備える画像表示装置。
6. 前記複数のレーザ光源装置の光射出面が平面視において前記２つの第１の辺のそれぞれに沿って並ぶように配置されている請求項１又は５記載の画像表示装置。
7. 前記回折光学素子は、該回折光学素子に対してレーザ光が入射する方向とは異なる方向に前記０次光を発生し、
   前記第１面は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の延長線上に設けられている請求項１記載の画像表示装置。
8. 前記第１面は照明された光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置の入射面を含む請求項１〜７のいずれか一項記載の画像表示装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項記載の画像表示装置を含み、前記第１面を介した画像情報を含む光を第２面上に投射する投射系を備えたプロジェクタ。

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