JP4736921B2 - 液晶プロジェクタおよび画像再生装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶表示パネル（液晶表示装置）をライトバルブとして用いたプロジェクタ（投射型表示装置）、および、携帯電話端末、デジタルカメラ、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、玩具などの画像再生装置に関する。

プロジェクタは、従来一般に、住居内などに設置して使用するものとして考えられ、特許文献１（特開昭６３−１１８１２５号公報）や特許文献２（特開平４−６０５３８号公報）などに示されているように、光源として、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプなどのランプが用いられている。

しかし、ランプを光源とすると、（ａ）光源部の口径が大きくなり、プロジェクタ全体が大型化する、（ｂ）光源部の発熱量が大きく、ファンなどの冷却装置を必要とし、プロジェクタ全体がいっそう大型化する、（ｃ）ファンなどによるノイズが大きく、消費電力も大きくなる、（ｄ）紫外線など、不要かつ有害な波長領域の光が照射され、有機物を使用した液晶表示パネルの信頼性を損ねるおそれがある、（ｅ）光源を高速でオン・オフすることができず、光量の調整も難しい、（ｆ）ランプの断線や寿命によって、頻繁にランプ交換が必要となる、などの問題がある。

そのため、プロジェクタの光源としてランプ以外の発光素子（発光体）を用いることが考えられている。

具体的に、特許文献３（特開２００５−１１６７９９号公報）や非特許文献１（下に記載）には、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることが示されている。

さらに、特許文献４（特表２００５−５２６２８８号公報）には、光源としてレーザを用い、レーザの励起を、ラスタパターン中のピクセルごとに制御するとともに、レーザから放出されたレーザ光を、２つの走査ミラーからなるスキャナによってラスタパターン上に走査させて、ラスタパターン上に２次元画像を表示することが示されている。

レーザについては、半導体レーザ、いわゆるＬＤや、半導体レーザによって励起される固体レーザ（ＤＰＳＳＬ：Ｄｉｏｄｅ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ）などの固体レーザが実現されており、その大きさも、半導体レーザでは、一辺の長さを数１００μｍ程度にすることができ、固体レーザの非線形光学結晶では、１００ｍＷ出力クラスで数ｍｍ程度にすることができる。

また、半導体レーザまたは固体レーザは、メタルハライドランプなどと比較すると、長寿命で、ほとんど交換が不要であり、発光効率も高く、発熱も少なく、冷却しやすい。

また、半導体レーザまたは固体レーザは、結晶の種類や組成によって、赤、緑および青の各波長領域内の、表示に最適な波長の光を出射させることが可能であり、色純度が向上し、赤外光や紫外光などの表示に不要な光も出射されない。

さらに、半導体レーザまたは固体レーザは、オン・オフのスイッチングも瞬時に行うことができ、出射光量の制御も容易である。

上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
特開昭６３−１１８１２５号公報 特開平４−６０５３８号公報 特開２００５−１１６７９９号公報 特表２００５−５２６２８８号公報 Ｇ．Ｈａｒｂｅｒｓ，Ｍ．Ｋｅｕｐｅｒ，Ｓ．Ｐａｏｌｉｎｉ；"Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓ ｉｎ Ｃｏｌｏｒ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙｓ"，ＩＤＷ‘０３ ｐ１５８５〜ｐ１５８８

特許文献３や非特許文献１に示されているように、液晶プロジェクタの光源としてＬＥＤを用いると、光源としてランプを用いる場合に比べて、光源部を小型化することができ、プロジェクタ全体を小型化することができるが、それでも、プロジェクタ全体としては、「手のひら」に載る程度のサイズが限度であり、プロジェクタを携帯電話端末などの小型の機器に内蔵させることは難しい。

しかも、特許文献３でも指摘されているように、ＬＥＤは、出射される光の発散角が大きく、これをプロジェクタの光源として用いた場合、エテンデュ（Ｅｔｅｎｄｕｅ）が液晶表示パネルの表示領域に比べて大きくなり過ぎ、結果として光利用効率が低下する。

これに対して、半導体レーザまたは固体レーザは、それ自体として小型化することができるだけでなく、ＬＥＤと比較すると、出射される光の発散角を圧倒的に小さくすることができ、光利用効率を大きく向上させることができる。

これは、レーザ光源は、ＬＥＤと比較すると、より点光源に近づくため、エテンデュの最適化が簡単になり、光利用効率が上昇して、結果として、プロジェクタにおいて同程度の光量を達成するのに、光源としてＬＥＤを用いた場合と比較すると、光源の出射光量が少なくて済むからである。

その結果、光源としてレーザを用いた場合には、冷却装置を簡略化し、または不要とすることができる。

しかしながら、特許文献４に示されているように、スキャナによってレーザ光をラスタスキャンさせる方法では、黒表示はレーザ光をオフにすることによって実現するが、レーザ光を高速で変調しながら瞬間的にレーザ光が完全に出射されないようにする（光量をゼロにする）ことは難しく、結果として画像コントラストが低下する欠点がある。

そこで、この発明は、プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の機器に内蔵できる程度に小型化することができるとともに、プロジェクタとして不可欠な光利用効率の向上および画像コントラストの向上を実現することができるようにしたものである。

本発明に係る液晶プロジェクタは、レーザ光ビームを出射する半導体レーザまたは固体レーザを有する第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源から出射されたレーザ光ビームを光の回折または屈折によって拡散する第１の拡散光学素子と、前記第１の拡散光学素子により拡散されたレーザ光ビームを、ほぼ平行光のビームに変換する第１のレンズ系と、２枚の基板間に液晶層が形成された表示領域を有し、前記第１の拡散光学素子により拡散された後に前記第１のレンズ系によりほぼ平行光にされたレーザ光が前記表示領域に入射する第１の液晶表示パネルと、前記第１の液晶表示パネルを透過した画像光を拡大投射する投射レンズとを有し、前記第１のレーザ光源と前記第１の液晶表示パネルとの間には、前記第１の拡散光学素子および前記第１のレンズ系がその順番で配置され、前記第１の液晶表示パネルは、第１の偏光板を有し、前記第１のレーザ光源と前記第１の拡散光学素子との間に配置され、前記第１の液晶表示パネルに入射する光の偏光方向を前記第１の液晶表示パネルの偏光軸に合致させる第１のλ／２板、位相差フィルムまたは位相差板を更に有する。

上記の構成の液晶プロジェクタでは、レーザ光ビームが、それぞれ回折型または屈折型の拡散成形光学素子によって、一枚の液晶表示パネルの表示領域の全域に渡り、かつその液晶層に拡散される結果、画像が外部のスクリーン上に投射されるようになる。

しかも、レーザは、半導体レーザまたは固体レーザであって、著しく小型化することができ、回折型または屈折型の拡散成形光学素子も、十分に小型化することができるので、プロジェクタ全体を著しく小型化することができ、携帯電話端末などの小型の機器に内蔵することが可能となる。

さらに、照明光としてレーザ光を使用するので、光利用効率が向上するとともに、黒表示は、各色のレーザ光ビームをオフにすることによってではなく、液晶駆動回路により液晶層の対応する表示単位を遮光することによって実現されるので、画像コントラストが低下することもない。

さらに、特許文献４に示されたレーザスキャン方式とは異なり、液晶表示パネルで変調された画像光が投射レンズによって拡散光として拡大投影されるため、画面のチラツキ感がほとんどなく、液晶に特有な「落ち着いた」画像が得られる利点がある。

以上のように、この発明によれば、プロジェクタ全体を携帯電話端末などの小型の機器に内蔵できる程度に小型化することができるとともに、プロジェクタとして不可欠な光利用効率の向上および画像コントラストの向上を実現することができる。

［１．第１の実施形態（単板式）：図１〜図１３］
第１の実施形態として、赤、緑および青の３色につき一枚の液晶表示パネル（液晶ライトバルブ）を用いる単板式の場合を示す。

（１−１．基本的な構成の第1の例（回折光学素子を用いる場合）：図１〜図５）
図１に、単板式の液晶プロジェクタの基本的な構成の第1の例として、光ビーム拡散成形光学素子として回折光学素子を用いる場合を示す。

方向を明確にするために、図示するように、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を定義する。Ｙ方向は、図１では紙面に垂直な方向である。

＜光源部＞
この例では、光源として、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを、Ｘ方向に配列して設ける。

赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂとしては、それぞれ半導体レーザを用いる。例えば、赤色レーザ１１Ｒとしては、ＩｎＡｌＧａＰ系などのものを用い、青色レーザ１１Ｂとしては、ＧａＮ系やＩｎＧａＮ系のものを用いる。

一方、緑のレーザ光を出射する半導体レーザは、現在のところ実現されていないため、緑色レーザ１１Ｇとしては、半導体レーザによって励起される固体レーザ、いわゆるＤＰＳＳ（Ｄｉｏｄｅ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）レーザ、例えば、ＹＶＯ_４＋ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ_４）、結晶ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ ＬｉＮｂＯ_３）、またはＰＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ）ＭｇＯ・ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）などを用いる。

赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂの発振モードは、マルチモードでもよい。温度変化などに対するモード安定性や偏光安定性を図るために、半導体レーザでは狭ストライプ幅を実現し、固体レーザでは周期的分極反転（ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｐｏｌｅｄ）を図ることがあるが、この発明では、後述の光ビーム拡散成形光学素子（回折光学素子または屈折型光学素子）の入射光ビームの形状に対する鈍感性によって、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂとして、マルチモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いることができる。

もちろん、シングルモードの半導体レーザまたは固体レーザを用いてもよい。一般に半導体レーザの場合は、モード制御をするよりは、多モード発振まで利用できるようにすることによって、使用できる半導体レーザの歩留まりが向上し、製造コストが低下する。

赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂから出射された赤、緑および青のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂは、例えば、それぞれλ／２板（１／２波長板）２９Ｒ，２９Ｇおよび２９Ｂを透過させて、回折光学素子２１に入射させる。

半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光は、レーザ内部電界の変動のために、偏光方向が必ずしもデバイスごとに一定ではなく、デバイスの組立て精度によっても、偏光方向がばらつくが、このようにλ／２板２９Ｒ，２９Ｇおよび２９Ｂを挿入し、かつその回転位置を調整することによって、後述の液晶表示パネル４０に入射する各色のレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂの偏光方向を液晶表示パネル４０の偏光軸に合致させることができる。

λ／２板の代わりに、適切な位相差フィルムまたは位相差板を用いて偏光方向を補正するようにしてもよい。例えば、一般的に使用されているＡｌ；ＧａＡｓ系半導体レーザ励起ＹＶＯ_４＋ＫＴＰ二次高調波利用の固体レーザは、デバイスごとに偏光方向が変わり、偏光比１０程度のものが多い。このような場合、適切な位相差フィルムを用いてリターデーション値を補償し最適化することによって、偏光比を大きくすることができる。

このようにλ／２板や位相差フィルムなどにより偏光軸を調整することによって、液晶表示パネル４０の前後の偏光板３３および３４による光の損失を少なくし、光利用効率をより向上させることができる。

＜光ビーム拡散成形光学素子としての回折光学素子＞
この発明では、回折型または屈折型の光ビーム拡散成形光学素子によって、プロジェクタの光源としての半導体レーザまたは固体レーザから出射されたレーザ光ビームを、液晶ライトバルブとしての液晶表示パネルの表示領域の全域に渡るように拡散成形するが、図１の例は、その光ビーム拡散成形光学素子として回折光学素子を用いる場合である。

回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）それ自体は、“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”または“Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｅｒ”などとして知られている。

例えば、参考文献１（Ａｄａｍ Ｆｅｄｏｒ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐ．“Ｂｉｎａｒｙ Ｏｐｔｉｃ Ｄｉｆｆｕｓｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ”）には、“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”または“Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｅｒ”によって光ビームを拡散成形することが示されており、参考文献２（池田欣史「回折型レンズ」；ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ ２００５年 Ｎｏ３ ｐｐ１７５〜１７８）には、「回折型レンズ」の製造方法などが示されている。

“Ｄｉｆｆｕｓｅｒ”は、入射した光ビームのある１点の光を出力プレーン（Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｌａｎｅ）上の多数の点に回折するように（１：Ｎのマッピング）、入射した光ビームの各点の光を出力プレーン上の各点に回折するものであり、“Ｂｅａｍ Ｓｈａｐｅｒ”は、入射した光ビームのある１点の光を出力プレーン上のある１点に回折するように（１：１のマッピング）、入射した光ビームの各点の光を出力プレーン上の各点に回折するものである。

図１の例では、回折光学素子２１として、それぞれ透過型の赤用回折光学素子２１Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇおよび青用回折光学素子２１Ｂを、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂの配列方向に配列して設ける。

赤用回折光学素子２１Ｒは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒを、レーザ光ビーム２Ｒおよび３Ｒで示すように液晶表示パネル４０の表示領域の全域に渡り、かつ後述のように液晶表示パネル４０の液晶層４８の赤の画素に入射するように拡散成形するものとする。

同様に、緑用回折光学素子２１Ｇは、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、レーザ光ビーム２Ｇおよび３Ｇで示すように液晶表示パネル４０の表示領域の全域に渡り、かつ液晶層４８の緑の画素に入射するように拡散成形するものとし、青用回折光学素子２１Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂを、レーザ光ビーム２Ｂおよび３Ｂで示すように液晶表示パネル４０の表示領域の全域に渡り、かつ液晶層４８の青の画素に入射するように拡散成形するものとする。

すなわち、例えば、赤用回折光学素子２１Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇおよび青用回折光学素子２１Ｂを、それぞれＤｉｆｆｕｓｅｒとする場合、図２に示すように（ただし、図２では、図１に示すフィールドレンズ３１による光の屈折を省略している）、ある色用の回折光学素子２１ａは、その回折パターン形成部２１ｃに入射したレーザ光ビーム１ａを、上記のようなマッピングによって液晶表示パネル４０の表示領域４０ａの、各コーナーの点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を含む全域に回折するものとし、回折光学素子２１全体としては、回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂからの各色の回折光が、それぞれドット状に拡散し、表示領域４０ａ上で各ドットが重なるように均一化され、表示領域４０ａを照射するように構成する。

この場合、光発散角αはレーザ光ビーム１ａのビーム径によって決まるが、後述のように、この光発散角αを１度以下というように十分に小さくすることができる。

レーザから出射されたレーザ光ビームは、一般にＧａｕｓｓｉａｎ形状をしており、そのままでは、液晶表示パネル４０上に均一に照射させることは難しいが、このように回折光学素子２１によりレーザ光ビームを拡散成形して液晶表示パネル４０上に照射させることによって、液晶表示パネル４０上に均一な輝度分布を得ることができる。

各色用の回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂは、一枚の透明基板に集積して形成することが望ましい。これによって、回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂを個々に形成した後、位置合わせをして配置する場合に比べて、回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂの位置合わせを容易かつ正確に行うことができるとともに、回折光学素子２１全体を小型化することができる。

以上のような回折光学素子２１は、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂのビーム径やビーム形状、得ようとするスクリーン上の輝度分布などをもとに、コンピュータシミュレーションを行った上で、作成することができる。

図1に示すように、回折光学素子２１の前方には、赤用回折光学素子２１Ｒによって拡散成形された赤のレーザ光ビーム２Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇによって拡散成形された緑のレーザ光ビーム２Ｇ、および青用回折光学素子２１Ｂによって拡散成形された青のレーザ光ビーム２Ｂを、それぞれほぼ平行光のレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂに変換して液晶表示パネル４０に入射させるフィールドレンズ３１を配置する。

＜液晶表示パネルおよび投射レンズ＞
液晶表示パネル４０は、入射側基板４１と出射側基板４６との間に液晶層４８を形成した透過型の液晶表示装置とし、液晶表示パネル４０の手前側および前方側には、偏光板３３および３４を配置するが、図１の例のような単板式の場合には、液晶表示パネル４０の入射側基板４１にマイクロレンズアレイを形成する。

具体的に、図３に示すように、入射側基板４１は、石英などからなる透明基板４２，４３間に、透明樹脂などからなるマイクロレンズアレイ４４を形成し、透明基板４３上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電材料からなる対向共通電極４５を形成したものとする。

出射側基板４６は、石英などからなる透明基板の一面側に、アクティブマトリクス方式による液晶駆動回路４７として、ポリシリコンなどからなる走査線、アルミニウムなどからなる信号線、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極、および画素スイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成したものとする。

液晶表示パネル４０としては、上記の入射側基板４１および出射側基板４６を、両者間に僅かな間隙が形成されるように、対向共通電極４５と液晶駆動回路４７を対向させて配置し、両者間に液晶を注入して、液晶層４８を形成し、赤の画素（赤表示用の副画素）Ｐｒ、緑の画素（緑表示用の副画素）Ｐｇおよび青の画素（青表示用の副画素）Ｐｂを形成する。

この場合、一例として、図４に示すように、レーザ光ビームの入射側から見て、赤の画素Ｐｒ、緑の画素Ｐｇおよび青の画素Ｐｂの組（表示単位）が、いわゆるΔ配置で多数構成されるように、上記の液晶駆動回路４７を形成するとともに、マイクロレンズアレイ４４は、レーザ光ビームの入射側から見て六角形状のマイクロレンズ４４ａを、１つの表示単位に対して１つの割合で多数形成したものとする。参照符号１９ａは遮光層（黒色層）および走査線を示し、参照符号１９ｃは信号線を示す。

もちろん、表示単位を正方配列にすることもでき、その場合には、マイクロレンズ４４ａは、レーザ光ビームの入射側から見て矩形（正方形または長方形）状にする。正方配列は、文字などの表示に適し、ＶＧＡやＳＸＧＡなどのコンピュータ用ディスプレイでよく用いられている。

図１および図３に示すように、液晶表示パネル４０に入射するレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂは、それぞれフィールドレンズ３１によって、ほぼ平行光のビームとされるので、それぞれのマイクロレンズ４４ａは、球面収差を抑制するために非球面とすることが望ましい。

このように液晶表示パネル４０の入射側基板４１にマイクロレンズアレイ４４を形成することによって、それぞれ赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂから出射され、それぞれ赤用回折光学素子２１Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇおよび青用回折光学素子２１Ｂで拡散成形され、それぞれフィールドレンズ３１でほぼ平行光のビームとされた赤、緑および青のレーザ光ビーム３Ｒ，３Ｇおよび３Ｂは、図３に示すように、それぞれの部分的なレーザ光３ｒ，３ｇおよび３ｂが、それぞれ、マイクロレンズ４４ａで分配集光されて、液晶層４８の対応する画素Ｐｒ，ＰｇおよびＰｂに入射するようになる。

すなわち、上記の赤用回折光学素子２１Ｒは、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒを、これが最終的にマイクロレンズ４４ａを介して液晶層４８の赤の画素Ｐｒに入射するように拡散成形するものとし、緑用回折光学素子２１Ｇは、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、これが最終的にマイクロレンズ４４ａを介して液晶層４８の緑の画素Ｐｇに入射するように拡散成形するものとし、青用回折光学素子２１Ｂは、青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂを、これが最終的にマイクロレンズ４４ａを介して液晶層４８の青の画素Ｐｂに入射するように拡散成形するものとする。

各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂは擬似的に点光源とみなされるため、図１および図２に示した光発散角αは、十分に小さくすることができ、スクリーン上への照射光量は、光源としてランプを使用した場合に比べて著しく増加させることができ、光利用効率は、単板式であっても、３０％程度に向上させることができる。したがって、レーザ出力を低減させ、各レーザでの発熱を抑制することができる。このような高効率の液晶プロジェクタは、これまで存在しない。

液晶表示パネル４０は、液晶層４８の画素Ｐｒの部分に赤の画像信号が印加されて、画素Ｐｒの部分の透過率が変調制御され、液晶層４８の画素Ｐｇの部分に緑の画像信号が印加されて、画素Ｐｇの部分の透過率が変調制御され、液晶層４８の画素Ｐｂの部分に青の画像信号が印加されて、画素Ｐｂの部分の透過率が変調制御される。

したがって、画素Ｐｒの部分を透過したレーザ光として、赤の画像光が得られ、画素Ｐｇの部分を透過したレーザ光として、緑の画像光が得られ、画素Ｐｂの部分を透過したレーザ光として、青の画像光が得られ、液晶表示パネル４０を透過したレーザ光としては、これら各色の画像光が合成された多色画像光が得られる。

この多色画像光は、投射レンズ５０によって、プロジェクタ外部のスクリーン上に投射する。投射レンズ５０は、複数のレンズを組み合わせたものである。

＜具体例＞
図1の例では、一例として、以下のように構成する。

赤色レーザ１１Ｒとしては、発振波長６３５ｎｍ〜６４０ｎｍのＩｎＡｌＧａＰ系の半導体レーザを用い、青色レーザ１１Ｂとしては、発振波長４４５ｎｍのＧａＮ系の半導体レーザを用いる。それぞれ、出力は１００ｍＷ、垂直方向の光発散角は３０度（ＦＷＨＭ）、水平方向の光発散角は１０度、横モードはシングルモード、縦モードはマルチモードである。

緑色レーザ１１Ｇとしては、８０８ｎｍ半導体レーザ励起、発振波長５３２ｎｍの、ＹＶＯ_４＋ＫＴＰ二次高調波利用の固体レーザを用いる。出力は１００ｍＷ、横モードはシングルモード、縦モードはマルチモードである。

レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ間の平行度は、回折光学素子２１によって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒ，２Ｇおよび２Ｂのフィールドレンズ３１への入射角を制御する上で重要であるが、その平行度がＸ方向およびＹ方向で１度以内に収まるようにする。具体的には、いわゆるアクティブアライメント方式によって、レーザ光を発振しつつ、そのような平行度になるように制御する。

レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ間の距離、およびレーザ光ビーム１Ｇ，１Ｂ間の距離は、それぞれ１．５ｍｍ程度とし、レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂの回折光学素子２１上のビームサイズ（ビーム径）は、０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度とする。その結果、上記の光発散角αは１度以下、図３に示すような液晶表示パネル４０へのレーザ光の入射角ψは数度（４〜６度）程度とすることができる。

液晶表示パネル４０は、図５に示すように、入射側基板４１の透明基板４２，４３および出射側基板４６を石英（ｎ＝１．４５９）で形成し、マイクロレンズ４４ａ（マイクロレンズアレイ４４）を屈折率１．６６９の透明樹脂（エポキシ系やチオウレタン系など）で形成する。

信号線１９ｃの幅Ｄｓは２．０μｍ、画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの幅Ｄｐは８．７μｍである。したがって、画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂの１つずつからなる表示単位のピッチは３２．１μｍである。

液晶表示パネル４０としては、このようにＸ方向のピッチが３２．１μｍ、Ｙ方向のピッチが２０．４μｍの表示単位を、例えば、Ｘ方向には１８８個、Ｙ方向には２列一組で２２０組（４４０列）、形成する。したがって、表示領域全体は、Ｘ方向が６ｍｍ強、Ｙ方向が９ｍｍ弱である。さらに高精細化することも可能である。

マイクロレンズ４４ａの曲率半径は２５．２μｍ、非球面定数は−０．７６５、焦点距離ｆａは主点Ｈからの空気中換算値で約１２０μｍとする。

＜効果＞
上述した図１の例の単板式の液晶プロジェクタは、光源として、それぞれ半導体レーザまたは固体レーザからなる赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを用い、かつ各色用の回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂを用いるので、光源部およびプロジェクタ全体の光学系を著しく小型化することができる。

回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇおよび２１Ｂの最大回折角は、液晶表示パネル４０上における輝度の均一性とトレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）の関係にあるが、輝度の均一性を損ねない範囲で３０度程度まで大きくすることができ、これにより回折光学素子２１と液晶表示パネル４０との距離を短縮することができ、プロジェクタ全体の長さを短縮することができる。

具体的に、上記の具体例（試作例）では、プロジェクタ全体の光学系は、Ｘ方向およびＹ方向の幅を１ｃｍ、Ｚ方向の長さを３．５ｃｍ、体積を数ｃｍ^３程度まで、小型化することができた。

また、光源として、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからなるレーザ光源を用いるので、上記のように光発散角αを１度以下というように十分に小さくすることができ、光利用効率を３０％程度というように十分に高くすることができる。したがって、レーザ出力パワーを小さくすることができ、発熱対策上および安全対策上、有利となる。

また、光源としてランプを用いる場合には、アパーチャーなどを利用しないと、光発散角が大きく（通常は１０度〜１５度程度）、単板式の場合、混色を生じ、色純度が低下するが、この発明の上述した図１の例の単板式の液晶プロジェクタでは、上記のように光発散角αを１度以下というように十分に小さくすることができるので、混色による色純度の低下を生じない。

また、投射レンズ５０への光入射角も小さくすることができるので、投射レンズ５０としてＦナンバーの大きいレンズを使用することができ、投射レンズ５０の設計の自由度が増し、投射レンズ５０の低コスト化を図ることができる。

さらに、黒表示は、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂをオフにすることによってではなく、液晶駆動回路４７により液晶層４８の対応する表示単位を遮光することによって実現されるので、画像コントラストが低下することもない。

さらに、上記のように光発散角αおよび入射角ψを小さくすることができるので、光が偏光板３３，３４に斜めに入射することによるコントラストの低下を低減することができる。

（１−２．基本的な構成の第２の例（屈折型光学素子を用いる場合）：図６、図７）
図６に、単板式の液晶プロジェクタの基本的な構成の第２の例として、光ビーム拡散成形光学素子として屈折型光学素子を用いる場合を示す。

この例でも、光源として、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを設けるが、この例では、例えば、両側のレーザ光ビーム１Ｒおよび１Ｂが、フィールドレンズ３１の主点に向かうように、中央のレーザ光ビーム１Ｇに対して、それぞれ所定角度で傾斜するように、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂを配置する。

これは、屈折型光学素子の場合には、上述した回折光学素子の場合と異なり、中心光は斜めに入射させて出射光の中心線を一致させた方が、光学系の設計が簡単であるからである。もちろん、図１の例と同様に、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを平行にしてもよい。

そして、この例では、光ビーム拡散成形光学素子として屈折型光学素子を用い、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂから出射された各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを、例えば、それぞれλ／２板２９Ｒ，２９Ｇおよび２９Ｂを透過させて、屈折型光学素子２３に入射させる。

屈折型光学素子それ自体は、知られており、インターネット上（例えば、ＵＲＬ；http://www.rpcphotonics.com/engineer_diffuser.htm）などで参照することができる。

屈折型光学素子は、多様な形状および曲率をもったマイクロレンズを２次元的に集合させたもので、光の屈折によって光ビームを拡散成形することができる。各マイクロレンズは、辺の長さが５０μｍ程度の、異なった曲率、半径のもので、各マイクロレンズに入射した光は、マイクロレンズで屈折され、重なり合って、最終的に所定の形状に成形され、輝度分布も均一にすることができる。

回折光学素子の場合は、表面に形成された微小な回折パターンが回折像を形成し、それら回折光を重ね合わせるのに対して、屈折型光学素子の場合は、各マイクロレンズが、入射光を屈折させ、集光拡散させ、重畳することによって、所定の形状に成形され、輝度分布の均一性も得られる。

図６の例では、屈折型光学素子２３として、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂに対して共通の、図７（Ａ）（Ｂ）に一部分を拡大して示すように一面側に上記のようなマイクロレンズ２３ａを２次元的に多数形成したものを配置し、各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを、それぞれレーザ光ビーム２Ｒ，２Ｇおよび２Ｂで示すように液晶表示パネル４０の表示領域の全域に渡り、かつ液晶表示パネル４０の液晶層４８の対応する画素に入射するように拡散成形する。なお、図７（Ｂ）の光９は、あるマイクロレンズに入射した光の屈折の様子を示したものである。

屈折型光学素子では、屈折率は素子を形成している材料の分散関係のみによって決まり、可視光領域では各色の光に対する屈折率がほとんど変わらないので、このように屈折型光学素子２３を各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂに対して共通にすることができる。

このような屈折型光学素子２３は、コンピュータシミュレーションにより設計し、電鋳によりマスターを作り、樹脂を用いて作成することができる。

屈折型光学素子２３と液晶表示パネル４０との間にフィールドレンズ３１を配置して、屈折型光学素子２３によって拡散成形された各色のレーザ光ビーム２Ｒ，２Ｇおよび２Ｂを、それぞれほぼ平行光のレーザ光ビームに変換して液晶表示パネル４０に入射させることは、図１の例と同じである。

液晶表示パネル４０の構成も、図３に示したように入射側基板４１にマイクロレンズアレイ４４を形成する点を含めて、図１の例と同じである。

したがって、この例でも、図１の例と全く同様の効果が得られる。

（１−３．光源部の好ましい例：図８および図９）
＜第１の例：図８＞
光源部については、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂを図１または図６のように単に一方向に配列し、各レーザ１１Ｒ，１１Ｇおよび１１Ｂから出射されたレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂを、そのまま回折光学素子２１または屈折型光学素子２３に入射させると、レーザのパッケージなどのために、隣接するレーザ光ビーム間の距離を十分に小さくできないことがある。

そこで、光源部は、一例として、図８に示すように構成する。具体的に、この例では、ＤＰＳＳレーザからなる中央の緑色レーザ１１Ｇを、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂに対して後退した位置に配置し、偏波モードの光ファイバ１３Ｇの一端を、緑色レーザ１１Ｇに接続し、光ファイバ１３Ｇの他端を、赤色レーザ１１Ｒのカンパッケージ１１ｒと青色レーザ１１Ｂのカンパッケージ１１ｂとの間に導いて、光ファイバ１３Ｇの他端から緑のレーザ光ビーム１Ｇが出射されるように構成する。

これによれば、レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ間、およびレーザ光ビーム１Ｂ，１Ｇ間の距離を短縮することができ、図１の例では、回折光学素子２１Ｒ，２１Ｇ間、および回折光学素子２１Ｂ，２１Ｇ間の間隔（ピッチ）を短縮することができる。

また、緑色レーザ１１Ｇのみを光ファイバ１３Ｇに接続することによって、緑色レーザ１１Ｇを赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂから離間して設置することもできるので、特に小型の電子機器内では、光源の配置に自由度を持たせることができる。一般的にＤＰＳＳレーザからなる緑色レーザ１１Ｇは半導体レーザからなる赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂより大きくなるので、このように構成すると便利である。

＜第２の例：図９＞
半導体レーザから出射されるレーザ光ビームは、断面形状が円形ではなく、上記のように垂直方向および水平方向に異なる角度で発散するが、回折光学素子２１または屈折型光学素子２３に入射するレーザ光ビームは、断面形状が円形に近いものが望ましい。また、ＤＰＳＳレーザから出射されるレーザ光ビームは、実際上、ビーム径がかなり小さい。

図１、図２および図６に示した光発散角αは、レーザから出射されたレーザ光ビームのビーム径に応じたものとなり、ビーム径が小さいほど、光発散角αが小さくなる。そのため、上記のように液晶表示パネル４０に入射したレーザ光をマイクロレンズ４４ａによって集光して対応する画素に入射させる場合、できるだけ集光形状を小さくするには、レーザから出射されるレーザ光ビームのビーム径をできるだけ小さくする必要がある。

しかし、例えば、図１の例で、赤用回折光学素子２１Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇおよび青用回折光学素子２１Ｂを、それぞれ周期的なピッチによって回折光を２次元方向に均一的に拡散させる、いわゆるＤｉｆｕｓｅｒとして形成する場合、赤用回折光学素子２１Ｒ、緑用回折光学素子２１Ｇおよび青用回折光学素子２１Ｂには、それぞれ複数の基本周期を覆ってレーザ光ビームが入射することが必要であり、緑用回折光学素子２１Ｇに入射するレーザ光ビーム１Ｇのビーム径が小さすぎると、緑の回折光については、２次元方向に均一的に拡散させることができなくなる。

そのため、回折光学素子２１に入射する各色のレーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇおよび１Ｂのビーム径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度とすることが望ましい。

そこで、光源部は、一例として、図９に示すように構成する。具体的に、この例では、ＤＰＳＳレーザからなる中央の緑色レーザ１１Ｇから出射されたレーザ光ビーム１Ｇｏは、ビームエキスパンダ１２Ｇによってビーム径を拡大して、回折光学素子２１に入射させる。

また、赤色レーザ１１Ｒ（カンパッケージ１１ｒ）から出射されたレーザ光ビーム１Ｒｏは、２個のシリンドリカルレンズ１５Ｒおよび１６Ｒからなるコリメーションユニット１４Ｒによって断面形状を円形に近づけ、さらにプリズム１７Ｒによって２度反射させて、レーザ光ビーム１Ｇに近い位置を通るレーザ光ビーム１Ｒとするとともに、青色レーザ１１Ｂ（カンパッケージ１１ｂ）から出射されたレーザ光ビーム１Ｂｏは、２個のシリンドリカルレンズ１５Ｂおよび１６Ｂからなるコリメーションユニット１４Ｂによって断面形状を円形に近づけ、さらにプリズム１７Ｂによって２度反射させて、レーザ光ビーム１Ｇに近い位置を通るレーザ光ビーム１Ｂとする。

このように構成することによって、赤のレーザ光ビーム１Ｒおよび青のレーザ光ビーム１Ｂを、それぞれ０．８ｍｍΦというようなビーム径の、断面が円形に近いものとすることができ、かつ赤のレーザ光ビーム１Ｒおよび青のレーザ光ビーム１Ｂについての非点収差を軽減することができるとともに、緑のレーザ光ビーム１Ｇを、回折光学素子２１の位置で０．６ｍｍΦというようなビーム径にすることができる。

また、レーザ光ビーム１Ｒ，１Ｇ間の間隔、およびレーザ光ビーム１Ｂ，１Ｇ間の間隔を、それぞれ１．５ｍｍというような十分に小さいものとすることができる。

（１−４．各レーザおよび液晶表示パネルの他の例：図１０〜図１３）
＜第１の例：図１０〜図１２＞
赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂは、それぞれ出射面（出力面）が一方向に延長または配列されたものとすることができる。特に光出射量を増加させるためには、そのようにすることが重要である。

図１０に、その一例を示す。図１０は、液晶表示パネル４０側から見た図である。この例では、ＤＰＳＳレーザからなる緑色レーザ１１Ｇは、そのパッケージ１１ｇに出力面１８ｇをＹ方向に複数配列形成して、それぞれの出力面１８ｇからレーザ光ビームが出射されるものとし、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂは、それぞれ、ヒートシンク１８ｈに半導体レーザ１８ａをＹ方向に複数配列形成して、それぞれの半導体レーザ１８ａからレーザ光ビームが出射されるものとする。

あるいは、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂは、それぞれ、図１１（Ａ）に示すように、ペルチエ素子１８ｐの一面に銅などの金属ブロック１８ｃを形成し、金属ブロック１８ｃの一面に半導体レーザ１８ａをＹ方向に複数配列形成して、それぞれの半導体レーザ１８ａからレーザ光ビーム１ａが出射されるものとし、または図１１（Ｂ）に示すように、エッジエミッティングマルチストライプ（Ｅｄｇｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉ ｓｔｒｉｐｅ）半導体レーザとして、それぞれの半導体レーザ１８ｓからレーザ光ビームが出射されるものとする。

この場合、液晶表示パネル４０は、図１２に示すように（図１２はレーザ光ビームの入射側から見た図である）、同色の画素がＹ方向に配列された、いわゆる正方配列のものとすることができる。特に文字や図形を表示する場合は、正方配列が好ましい。

また、この場合、画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ上の光源像を、画素ごとのドット状（スポット状）ではなく、Ｙ方向に延長するライン状（スリット状）のものとする場合には、図３に示したマイクロレンズ４４ａは、Ｙ方向に延長するシリンドリカルレンズとすることができる。マイクロレンズ４４ａをシリンドリカルレンズとする場合も、その断面は光入射側を楕円形状や双曲線形状などとすることが望ましい。

なお、このように赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを出射面が一方向に延長または配列されたものとする場合、上記のフィールドレンズ３１に代えて、コリメータレンズを用いる。

以上の例のように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを出射面が一方向に延長または配列されたものとすることによって、各色のレーザ光全体の光量を増加させ、画像の輝度を高めることができるとともに、レーザに特有のスペックルノイズを低減することができる。

また、図１０または図１１（Ａ）の例で出力面１８ｇや半導体レーザ１８ａの数を設定し、または図１１（Ｂ）の例で半導体レーザ１８ｓの数を設定することによって、各色のレーザ光全体の光量を均一化し、または調整することができる。

＜第２の例：図１３＞
さらに、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを一枚の基板に集積することもできる。

図１３に、その一例を示す。この例では、ヒートシンクレーザアレイ１９として、赤のレーザ光を出射するレーザ（出射面）１９ｒ、緑のレーザ光を出射するレーザ（出射面）１９ｇ、および青のレーザ光を出射するレーザ（出射面）１９ｂが、それぞれＹ方向に複数配列形成されたものを、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが一体化されたレーザ光源として用いる。

レーザ１９ｒから出射された赤のレーザ光、レーザ１９ｇから出射された緑のレーザ光、およびレーザ１９ｂから出射された青のレーザ光は、それぞれ、回折光学素子２１（または屈折型光学素子２３）によって拡散成形し、コリメータレンズ３５を介し、液晶表示パネル４０のマイクロレンズ４４ａを介して、液晶層４８の赤の画素Ｐｒ、緑の画素Ｐｇおよび青の画素Ｐｂに入射させる。

この場合も、液晶表示パネル４０は、図１２に示したように正方配列のものとすることができ、画素Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ上の光源像をＹ方向に延長するライン状のものとする場合には、マイクロレンズ４４ａは、Ｙ方向に延長するシリンドリカルレンズとすることができる。

＜その他＞
いずれの色のレーザ光ビームを中央にするかは任意であるが、例えば、回折光学素子２１としてＤｉｆｆｕｓｅｒを用いる場合、上記の回折角を大きくするには、図示した各例とは異なり、短波長の青のレーザ光ビームを中央にすることが望ましい。

［２．第２の実施形態（２板式）：図１４〜図１６］
第２の実施形態として、赤、緑および青の３色につき２枚の液晶表示パネル（液晶ライトバルブ）を用いる２板式の場合を示す。

（２−１．第１の例： 図１４および図１５）
図１４に、２板式の液晶プロジェクタの一例を示す。

この例では、光源として、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂを近接して配置するとともに、別の箇所に緑色レーザ１１Ｇを配置する。赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂは、それぞれ上述したような半導体レーザであり、緑色レーザ１１Ｇは、上述したようなＤＰＳＳレーザである。

図１４では省略したが、この例でも、図９の例のように、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂに対して、それぞれから出射されたレーザ光ビームの断面形状を円形に近づけるコリメーション光学系を設け、緑色レーザ１１Ｇに対して、それから出射されたレーザ光ビームのビーム径を拡大するビームエキスパンダを設けることが望ましい。

赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂの前方には、赤用回折光学素子２１Ｒおよび青用回折光学素子２１Ｂを配置し、これによって、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒ、および青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂを、それぞれ、後述の液晶表示パネル８０の表示領域の全域に渡り、かつその対応する画素に入射するように拡散成形する。

赤用回折光学素子２１Ｒおよび青用回折光学素子２１Ｂによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒおよび２Ｂは、それぞれ、フィールドレンズ３１ＲＢによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｒおよび３Ｂに変換して、液晶表示パネル８０に入射させる。

液晶表示パネル８０は、マイクロレンズアレイを形成した入射側基板と、出射側基板との間に、赤および青の画素を構成する液晶層を形成したものである。

具体的に、図１５に示すように、入射側基板８１は、透明基板８２，８３間に、マイクロレンズアレイ８４を形成し、透明基板８３上に、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる対向共通電極８５を形成したものとし、出射側基板８６は、透明基板の一面側に、アクティブマトリクス方式による液晶駆動回路８７として、走査線、信号線、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる画素電極、および画素スイッチング素子としてのＴＦＴを形成したものとする。

液晶表示パネル８０としては、上記の入射側基板８１および出射側基板８６を、両者間に僅かな間隙が形成されるように、対向共通電極８５と液晶駆動回路８７を対向させて配置し、両者間に液晶を注入して、液晶層８８を形成し、赤の画素Ｐｒおよび青の画素Ｐｂを形成する。

マイクロレンズ８４ａは、赤の画素Ｐｒと青の画素Ｐｂとの組（表示単位）に対して１つの割合で形成する。また、同色の画素を図１５の紙面に垂直な方向に配列する場合には、マイクロレンズ８４ａを、図１５の紙面に垂直な方向に延長するシリンドリカルレンズとすることもできる。

上記のようにフィールドレンズ３１ＲＢで平行光ビームとされて液晶表示パネル８０に入射した赤および青のレーザ光ビーム３Ｒおよび３Ｂは、図１５に示すように、それぞれの部分的なレーザ光３ｒおよび３ｂが、それぞれ、マイクロレンズ８４ａで分配集光されて、液晶層８８の対応する画素ＰｒおよびＰｂに入射するようになる。

液晶表示パネル８０は、液晶層８８の画素Ｐｒの部分に赤の画像信号が印加されて、画素Ｐｒの部分の透過率が変調制御され、液晶層８８の画素Ｐｂの部分に青の画像信号が印加されて、画素Ｐｂの部分の透過率が変調制御される。

したがって、画素Ｐｒの部分を透過したレーザ光として、赤の画像光が得られ、画素Ｐｂの部分を透過したレーザ光として、青の画像光が得られる。

図１４に示すように、この赤の画像光５Ｒおよび青の画像光５Ｂは、ダイクロイックプリズム６３を透過させて、投射レンズ５０に入射させる。

一方、緑色レーザ１１Ｇの前方には、緑用回折光学素子２１Ｇを配置し、これによって、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、後述の液晶表示パネル６５Ｇの表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形する。

緑用回折光学素子２１Ｇによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｇは、ミラー３７で反射させ、フィールドレンズ３１Ｇによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｇに変換して、液晶表示パネル６５Ｇに入射させる。

液晶表示パネル６５Ｇは、単色表示用の液晶表示装置で、その画素は上記の液晶表示パネル８０の赤の画素Ｐｒおよび青の画素Ｐｂの１つずつからなる表示単位に対応するものとされ、その各画素の部分に緑の画像信号が印加されて、各画素の部分の透過率が変調制御される。したがって、液晶表示パネル６５Ｇを透過したレーザ光として、緑の画像光５Ｇが得られる。

この緑の画像光５Ｇは、ダイクロイックプリズム６３の反射膜６３ａで反射させて、投射レンズ５０に入射させる。

したがって、単板式の場合と同様に、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光を投射することができる。

なお、例えば、赤のレーザ光ビーム１Ｒと青のレーザ光ビーム１Ｂとの間の角度は６度とする。

図１４の例は、緑用回折光学素子２１Ｇを透過型の回折光学素子とする場合であるが、緑用回折光学素子として、ミラー３７の位置に反射型の回折光学素子を配置してもよい。

さらに、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光学素子を用いることができる。

（２−２．第２の例：図１６）
赤色光は、波長が６２０ｎｍ程度のものが、赤としての認識度が最も高いが、現状の半導体レーザでは、波長６２０ｎｍ程度のレーザ光が得られるものは、温度に対する安定性に欠けるなど、信頼性が劣る。そのため、例えば、赤色レーザとしては、赤としての認識度は幾分低いが、信頼性が高い、波長６４０ｎｍ程度のレーザ光が得られる半導体レーザを用いる。

そこで、２板式の液晶プロジェクタの他の例として、図１６に示すように、赤色レーザを２個用いて、赤としての認識度を高める。

具体的に、図１６の例では、図１４の例の緑色レーザ１１Ｇの箇所に、赤色レーザ１１Ｒｓおよび緑色レーザ１１Ｇを近接して配置する。赤色レーザ１１Ｒｓは、赤色レーザ１１Ｒと同様の半導体レーザである。

赤色レーザ１１Ｒｓおよび緑色レーザ１１Ｇの前方には、それぞれ反射型の赤用回折光学素子２１Ｒｓおよび緑用回折光学素子２１Ｇａを配置し、これによって、赤色レーザ１１Ｒｓから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒｓ、および緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、それぞれ、反射させるとともに、後述の液晶表示パネル９０の表示領域の全域に渡り、かつその対応する画素に入射するように拡散成形する。

赤用回折光学素子２１Ｒｓおよび緑用回折光学素子２１Ｇａによって反射し拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒｓおよび２Ｇは、それぞれ、フィールドレンズ３１ＲＧによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｒｓおよび３Ｇに変換して、液晶表示パネル９０に入射させる。

液晶表示パネル９０は、マイクロレンズアレイを形成した入射側基板と、出射側基板との間に、赤および緑の画素を構成する液晶層を形成したもので、図１５に示した液晶表示パネル８０の青の画素Ｐｂを緑の画素に置き換えたものである。

したがって、液晶表示パネル９０を透過したレーザ光として、赤の画像光５Ｒｓおよび緑の画像光５Ｇが得られる。

別の箇所の赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂについての光学系は、図１４の例と同じである。

そして、図１６の例では、液晶表示パネル９０を透過した赤の画像光５Ｒｓを、ダイクロイックプリズム６３の反射膜６３ａで反射させ、液晶表示パネル８０を透過した赤の画像光５Ｒと合成して、投射レンズ５０に入射させるとともに、液晶表示パネル９０を透過した緑の画像光５Ｇを、ダイクロイックプリズム６３の反射膜６３ａで反射させて、投射レンズ５０に入射させ、液晶表示パネル８０を透過した青の画像光５Ｂを、ダイクロイックプリズム６３を透過させて、投射レンズ５０に入射させる。

したがって、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光を投射することができるとともに、その多色画像における赤についての認識度を高めることができる。

なお、例えば、レーザ光ビーム１Ｒｓのレーザ光ビーム１Ｇに対する角度は１．５度、レーザ光ビーム２Ｒｓのレーザ光ビーム２Ｇに対する角度は３度とする。

この例でも、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光学素子を用いることができる。

［３．第３の実施形態（３板式）：図１７］
第３の実施形態として、赤、緑および青の３色につき別個の液晶表示パネル（液晶ライトバルブ）を用いる３板式の場合を示す。

図１７に、３板式の液晶プロジェクタの一例を示す。

この例では、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを、別の箇所に配置し、赤用回折光学素子２１Ｒによって、赤色レーザ１１Ｒから出射された赤のレーザ光ビーム１Ｒを、後述の液晶表示パネル６５Ｒの表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形し、緑用回折光学素子２１Ｇによって、緑色レーザ１１Ｇから出射された緑のレーザ光ビーム１Ｇを、後述の液晶表示パネル６５Ｇの表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形し、反射型の青用回折光学素子２１Ｂａによって、青色レーザ１１Ｂから出射された青のレーザ光ビーム１Ｂを、反射させるとともに、後述の液晶表示パネル６５Ｂの表示領域の全域に渡り、かつその各画素に入射するように拡散成形する。

赤用回折光学素子２１Ｒによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｒは、ミラー３９で反射させ、フィールドレンズ３１Ｒによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｒに変換して、液晶表示パネル６５Ｒに入射させ、緑用回折光学素子２１Ｇによって拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｇは、フィールドレンズ３１Ｇによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｇに変換して、液晶表示パネル６５Ｇに入射させ、青用回折光学素子２１Ｂａによって反射し拡散成形されたレーザ光ビーム２Ｂは、フィールドレンズ３１Ｂによって平行光ビームのレーザ光ビーム３Ｂに変換して、液晶表示パネル６５Ｂに入射させる。

液晶表示パネル６５Ｒは赤用の、液晶表示パネル６５Ｇは緑用の、液晶表示パネル６５Ｂは青用の、それぞれ単色表示用の液晶表示装置である。

したがって、液晶表示パネル６５Ｒを透過したレーザ光として、赤の画像光５Ｒが得られ、液晶表示パネル６５Ｇを透過したレーザ光として、緑の画像光５Ｇが得られ、液晶表示パネル６５Ｂを透過したレーザ光として、青の画像光５Ｂが得られる。

図１７の例では、その緑の画像光５Ｇを、クロスダイクロイックプリズム６９を透過させて、投射レンズ５０に入射させ、赤の画像光５Ｒを、クロスダイクロイックプリズム６９の反射膜６９ｒで反射させて、投射レンズ５０に入射させ、青の画像光５Ｂを、クロスダイクロイックプリズム６９の反射膜６９ｂで反射させて、投射レンズ５０に入射させる。

したがって、単板式や２板式の場合と同様に、プロジェクタ外部のスクリーン上に多色画像光を投射することができる。

なお、透過型の赤用回折光学素子２１Ｒの代わりに、ミラー３９の位置に反射型の赤用回折光学素子を配置し、反射型の青用回折光学素子２１Ｂａの代わりに、青用回折光学素子２１Ｂａの位置にミラーを配置し、その手前の位置に透過型の青用回折光学素子を配置してもよい。

さらに、この例でも、それぞれの回折光学素子の代わりに、上述したような屈折型光学素子を用いることができる。

［４．第４の実施形態：２色または１色の場合］
上述した各実施形態は、赤、緑および青の３色構成とする場合であるが、３色中の２色または１色の構成とすることができる。

例えば、赤および青の２色構成の単板式の場合には、図１の例において、緑色レーザ１１Ｇおよび緑用回折光学素子２１Ｇを設けず、液晶表示パネル４０を図１５に示した液晶表示パネル８０のように構成すればよく、赤および緑の２色構成の２板式の場合には、図１４の例において、青色レーザ１１Ｂおよび青用回折光学素子２１Ｂを設けず、液晶表示パネル８０を赤用の単色表示用の液晶表示装置とすればよい。

また、例えば、緑１色の構成とする場合には、図１の例において、赤色レーザ１１Ｒ、青色レーザ１１Ｂ、赤用回折光学素子２１Ｒおよび青用回折光学素子２１Ｂを設けず、液晶表示パネル４０を緑用の単色表示用の液晶表示装置とすればよい。

［５．画像再生装置としての実施形態：図１８］
図１８に、この発明の画像再生装置の一例を示す。

この例は、携帯電話端末１００に、この発明の液晶プロジェクタとして、図１または図６の例のような単板式の液晶プロジェクタ１１０を内蔵したものである。

具体的に、携帯電話端末１００は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのディスプレイおよび受話用スピーカが設けられた開閉部１０１を、各種キーおよび送話用マイクロホンが設けられた基底部１０２に対して開閉できる折り畳み型のもので、例えば、その基底部１０２の、アンテナ１０３が設けられた側とは反対側の側部に、液晶プロジェクタ１１０を内蔵する。

これによれば、携帯電話通信網によって取得され、または携帯電話端末１００に内蔵されたカメラで被写体を撮影することにより得られて、携帯電話端末１００に内蔵された半導体メモリやハードディスク、または携帯電話端末１００に装着されたメモリカードなどの記録媒体に記録されている画像データを、携帯電話端末１００の内部の画像処理部で処理し、赤、緑および青の画像信号に変換して、液晶プロジェクタ１１０の液晶表示パネル４０に印加することによって、携帯電話端末１００の外部のスクリーン２００上に多色画像光７を投射することができる。

スクリーン２００としては、部屋の壁、机の天板、机上に置かれた用紙などを利用することができる。

この発明の液晶プロジェクタは、携帯電話端末に限らず、デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）、ビデオカメラ、モバイルコンピュータ、ゲーム機など、内蔵または装着された記録媒体（記憶装置）に記録されている画像データを処理して、画像を再生する装置に内蔵することができる。

単板式の液晶プロジェクタの第１の例を示す図である。 回折光学素子の一例を示す図である。 液晶表示パネルの一例を示す図である。 画素およびマイクロレンズの配列形状の一例を示す図である。 液晶表示パネルの具体例を示す図である。 単板式の液晶プロジェクタの第２の例を示す図である。 屈折型光学素子の一例を示す図である。 光源部の一例を示す図である。 光源部の一例を示す図である。 各レーザの一例を示す図である。 各レーザの一例を示す図である。 画素配列の一例を示す図である。 各レーザを一枚の基板に集積する場合の一例を示す図である。 ２板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。 液晶表示パネルの一例を示す図である。 ２板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。 ３板式の液晶プロジェクタの一例を示す図である。 この発明の画像再生装置の一例としての携帯電話端末を示す図である。

符号の説明

主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。

Claims (13)

1. レーザ光ビームを出射する半導体レーザまたは固体レーザを有する第１のレーザ光源と、
   前記第１のレーザ光源から出射されたレーザ光ビームを光の回折または屈折によって拡散する第１の拡散光学素子と、
   前記第１の拡散光学素子により拡散されたレーザ光ビームを、ほぼ平行光のビームに変換する第１のレンズ系と、
   ２枚の基板間に液晶層が形成された表示領域を有し、前記第１の拡散光学素子により拡散された後に前記第１のレンズ系によりほぼ平行光にされたレーザ光が前記表示領域に入射する第１の液晶表示パネルと、
   前記第１の液晶表示パネルを透過した画像光を拡大投射する投射レンズと、
   を有し、
   前記第１のレーザ光源と前記第１の液晶表示パネルとの間には、前記第１の拡散光学素子および前記第１のレンズ系がその順番で配置され、
   前記第１の液晶表示パネルは、第１の偏光板を有し、
   前記第１のレーザ光源と前記第１の拡散光学素子との間に配置され、前記第１の液晶表示パネルに入射する光の偏光方向を前記第１の液晶表示パネルの偏光軸に合致させる第１のλ／２板、位相差フィルムまたは位相差板を更に有する
   液晶プロジェクタ。
2. 前記第１のレーザ光源は、マルチモードで発振し、
   前記第１の拡散光学素子は、
   入射した１点の光を多数の点に回折する回折光学素子、または光の屈折によって光ビームを拡散する屈折型光学素子を有する
   請求項１記載の液晶プロジェクタ。
3. 前記第１のレーザ光源は、
   それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、かつ、それぞれ赤、緑または青のレーザ光ビームを出射する第１、第２および第３のレーザを有し、
   前記第１のλ／２板、前記位相差フィルムまたは前記位相差板は、
   赤、緑および青のレーザ光ビームを調整するために前記第１、第２および第３のレーザの各々に対応して個別に設けられ、
   前記第１の液晶表示パネルは、
   入射側基板と出射側基板との間に、赤表示用の副画素、緑表示用の副画素および青表示用の副画素を有する液晶層が形成され、かつ、その入射側基板に多数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが形成され、
   前記第１の偏光板は、
   前記マイクロレンズアレイの入射側または前記出射側基板の出力側に配置されている
   請求項１または２記載の液晶プロジェクタ。
4. 前記マイクロレンズアレイは、
   球面収差を抑制するための非球面のマイクロレンズを有する
   請求項３記載の液晶プロジェクタ。
5. 前記第１、第２および第３のレーザは、一方向に配列され、
   前記一方向の配列の中央のレーザは、
   前記一方向の配列の両側のレーザより後退した位置に配置されたＤＰＳＳレーザであり、
   前記一方向の配列の両側のレーザは、
   カンパッケージのレーザである
   請求項３または４記載の液晶プロジェクタ。
6. 中央の前記ＤＰＳＳレーザには、
   光ファイバおよびビームエキスパンダが接続され、
   両側の前記カンパッケージのレーザには、
   前記第１の拡散光学素子との間に、コリメーションユニットおよびプリズムが各々配置されている
   請求項５記載の液晶プロジェクタ。
7. 前記第１、第２または第３のレーザは、
   前記一方向と垂直な方向に延長または配列された射出面を有する
   請求項５または６記載の液晶プロジェクタ。
8. 前記第１、第２および第３のレーザは、
   一枚の基板に集積化されている
   請求項３記載の液晶プロジェクタ。
9. 前記第１の液晶表示パネルと前記投射レンズとの間に配置されたダイクロイックプリズムと、
   前記第１のレーザ光源から前記第１の液晶表示パネルまでの第１の光学系とは別の光学系であって、前記ダイクロイックプリズムへレーザ光を出力する、少なくとも１個の第２の光学系と
   を有する
   請求項１から８のいずれか一項記載の液晶プロジェクタ。
10. 前記少なくとも１個の第２の光学系は、
    レーザ光ビームを出射する半導体レーザまたは固体レーザを有する第２のレーザ光源と、
    前記第２のレーザ光源から出射されたレーザ光ビームを光の回折または屈折によって拡散する第２の拡散光学素子と、
    前記第２の拡散光学素子により拡散されたレーザ光ビームを、ほぼ平行光のビームに変換する第２のレンズ系と、
    ２枚の基板間に液晶層が形成された表示領域を有し、前記第２の拡散光学素子により拡散された後に前記第２のレンズ系によりほぼ平行光にされたレーザ光が前記表示領域に入射する第２の液晶表示パネルと
    を有し、
    前記第２のレーザ光源と前記第２の液晶表示パネルとの間には、前記第２の拡散光学素子および前記第２のレンズ系がその順番で配置され、
    前記第２の液晶表示パネルは、第２の偏光板を有し、
    前記第２のレーザ光源と前記第２の拡散光学素子との間に配置され、前記第２の液晶表示パネルに入射する光の偏光方向を前記第２の液晶表示パネルの偏光軸に合致させる第２のλ／２板、位相差フィルムまたは位相差板を更に有する
    請求項９記載の液晶プロジェクタ。
11. 前記第１のレーザ光源および前記少なくとも１個の第２のレーザ光源のうちの、少なくとも１個のレーザ光源は、
    それぞれ半導体レーザまたは固体レーザであって、かつ、それぞれ赤、緑および青のうちから選択された少なくとも２色の各々を出力するための複数のレーザを有する
    請求項１０記載の液晶プロジェクタ。
12. 前記第１のレーザ光源および前記少なくとも１個の第２のレーザ光源には、
    波長６４０ｎｍの赤色のレーザ光が得られる半導体レーザを、他の色のレーザより多く設ける
    請求項１０または１１記載の液晶プロジェクタ。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項記載の液晶プロジェクタが内蔵された画像再生装置。

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