特許 6237107 プロジェクター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6237107

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】プロジェクター

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20171120BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20171120BHJP

   H04N 9/31 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/14 A

   G03B21/00 E

   H04N9/31 C

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-218616(P2013-218616)

(22)【出願日】2013年10月21日

(65)【公開番号】特開2015-81953(P2015-81953A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年8月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100122312

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 正優

(72)【発明者】

【氏名】有賀 進

(72)【発明者】

【氏名】上島 俊司

【審査官】 佐野 浩樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３１６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５６８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１７２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４４８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４８０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０１３２２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１５１８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１０８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１０３４９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５２８１０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３ 、 １／１３３５、 １／１３３６３、

１／１３７− １／１４１、

Ｇ０３Ｂ２１／００ −２１／１０ 、２１／１２ −２１／１３ 、

２１／１３４−２１／３０ 、３３／００ −３３／１６ 、

Ｈ０４Ｎ ９／１２ − ９／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の光および第２の光を射出する光源と、
前記光源から射出された前記第１の光および前記第２の光の光路上に設けられた複数のセルを備える回折光学素子と、
前記第１の光および前記第２の光が入射する位置を前記複数のセルの間で移動させる入射位置切り替え装置と、
画像形成領域を備えた光変調装置と、
前記回折光学素子から射出された複数の回折光を前記画像形成領域上で互いに重畳させる重畳光学系と、
前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、を備え、
前記複数のセルは、第１の回折素子パターンを有する第１のセルと、前記第１の回折素子パターンとは異なる第２の回折素子パターンを有する第２のセルと、前記第１の回折素子パターンおよび前記第２の回折素子パターンのいずれとも異なる第３の回折素子パターンを有する第３のセルと、を含み、
第１期間において、前記第１の光は、前記第１のセルに入射するとともに、前記第２の光は、前記第２のセルに入射し、
前記第１期間経過後の第２期間において、前記第１の光は、前記第３のセルに入射するとともに、前記第２の光は、前記第１のセルに入射することを特徴とするプロジェクター。

【請求項2】

前記複数のセルは、前記第１の回折素子パターン、前記第２の回折素子パターンおよび前記第３の回折素子パターンのいずれとも異なる第４の回折素子パターンを有する第４のセルを含み、
前記第２期間経過後の第３期間において、前記第１の光は前記第４のセルに入射するとともに、前記第２の光は前記第３のセルに入射することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。

【請求項3】

時間平均において前記画像形成領域の全面が照明されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクター。

【請求項4】

前記画像形成領域のうち、前記回折光学素子によって照明される領域は時間に対して不変であることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。

【請求項5】

前記画像形成領域のうち、前記回折光学素子によって照明される領域は時間に対して変化することを特徴とする請求項３に記載のプロジェクター。

【請求項6】

前記画像形成領域における時間平均照度分布は均一であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロジェクターに関する。

【背景技術】

【0002】

照明装置から射出された光により光変調装置を照明し、光変調装置により変調された画像光を投射光学系によりスクリーンに拡大投射するプロジェクターが知られている。プロジェクターに使用される光源として、高輝度で高出力の光が得られるレーザー光源が注目されている。レーザー光源は、従来のランプに比べて小型化が図れる、色再現性に優れる、瞬時点灯が可能である、長寿命である等の利点を有している。その反面、レーザー光がコヒーレンス光であるため、スペックルが生じやすいという課題を有している。

【0003】

この課題に対して、コヒーレント光を射出する複数の光源部と、複数のコヒーレント光を回折させる回折光学素子と、回折光学素子を動かすことにより回折光学素子上でのコヒーレント光の入射位置を変化させる駆動手段と、を備えたプロジェクターが提案されている（特許文献１参照）。このプロジェクターにおいては、回折光学素子に複数のホログラム構造が形成され、駆動手段を駆動させることによりコヒーレント光が入射するホログラム構造が時間的に変化する。これにより、スペックルを低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２１０８５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のプロジェクターにおいては、赤色、緑色、青色の各色に対応する光源は１個である。各色光は、回折光学素子の各色光に対応した個別の回折領域に入射し、回折する。そのため、単色の画像、例えば赤色の画像が表示されているときには、１個の光源、例えば赤色の光源からの光のみが観察者の目に入る。この場合、互いに異なる複数のスペックルパターンが観察者の網膜上で時間的に重畳されるのみである。そのため、スペックルの発生による表示品質の低下を充分に抑えることが難しい。

【0006】

本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スペックルの発生による表示品質の低下が充分に抑えられるプロジェクターの提供を目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様のプロジェクターは、第１の光および第２の光を射出する光源と、前記光源から射出された前記第１の光および前記第２の光の光路上に設けられた複数のセルを備える回折光学素子と、前記第１の光および前記第２の光が入射する位置を前記複数のセルの間で移動させる入射位置切り替え装置と、画像形成領域を備えた光変調装置と、前記回折光学素子から射出された複数の回折光を前記画像形成領域上で互いに重畳させる重畳光学系と、前記光変調装置から射出された光を投射する投射光学系と、を備え、前記複数のセルは、第１の回折素子パターンを有する第１のセルと、前記第１の回折素子パターンとは異なる第２の回折素子パターンを有する第２のセルと、前記第１の回折素子パターンおよび前記第２の回折素子パターンのいずれとも異なる第３の回折素子パターンを有する第３のセルと、を含み、第１期間において、前記第１の光は、前記第１のセルに入射するとともに、前記第２の光は、前記第２のセルに入射し、前記第１期間経過後の第２期間において、前記第１の光は、前記第３のセルに入射するとともに、前記第２の光は、前記第１のセルに入射することを特徴とする。

【0008】

すなわち、本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、回折光学素子の複数のセルは、第１の回折素子パターンを有する第１のセルと、第１の回折素子パターンとは異なる第２の回折素子パターンを有する第２のセルと、を含んでいる。光源からの光が第１のセルと第２のセルとに同時に入射することが可能なように構成されている。したがって、第１のセルによる回折パターンと第２のセルによる回折パターンとは重畳光学系により画像形成領域上で空間的に重畳される。第１のセルによる回折光のスペックルパターンは、第２のセルによる回折光のスペックルパターンとは異なる。そのため、単色表示を行っている場合であっても、互いに異なる複数のスペックルパターンが空間的に重畳され、スペックルの発生による表示品質の低下を抑えることができる。さらに、入射位置切り替え装置により光が入射する位置が複数のセルの間で移動する。これにより、複数のスペックルパターンが時間的に重畳され、スペックルの発生による表示品質の低下をさらに低減できる。このように、本発明の一つの態様のプロジェクターによれば、複数のスペックルパターンが空間的および時間的に重畳され、スペックルの発生による表示品質の低下が充分に抑えられる。

【0009】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記入射位置切り替え装置は、前記光が入射する位置を、前記第１のセルから、前記複数のセルのうち前記第１の回折素子パターンとは異なる回折素子パターンを有するセルに移動させる構成であってもよい。
この構成によれば、互いに異なる複数のスペックルパターンが時間的に重畳されるため、スペックルの発生による表示品質の低下がより充分に抑えられる。

【0010】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記第３の回折素子パターンは、前記第１の回折素子パターンおよび前記第２の回折素子パターンのいずれとも異なり、前記入射位置切り替え装置は、前記光が入射する位置を、前記第１のセルから、前記第３のセルに移動させてもよい。
この構成によれば、第１の回折素子パターンによるスペックルパターンが、第１の回折素子パターンによるスペックルパターンおよび第２の回折素子パターンによるスペックルパターンのいずれとも異なるスペックルパターンと時間的に重畳されるため、スペックルの発生による表示品質の低下をより十分に抑えることができる。

【0011】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、時間平均において前記画像形成領域の全面が照明されるように構成してもよい。
この構成によれば、光が入射する位置を複数のセルの間で移動させた場合であっても、時間平均において画像形成領域の全面が照明されるため、スペックルを低減しつつ、画像形成領域全体を照明することができる。

【0012】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記画像形成領域のうち、前記回折光学素子によって照明される領域は時間に対して不変であってもよい。
この構成によれば、光が入射する位置を複数のセルの間で移動させた場合であっても、画像形成領域のうち、回折光学素子によって照明される領域は時間に対して不変であるため、光の照射位置が画像形成領域からずれることがない。そのため、光の利用効率を高めることができる。

【0013】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記画像形成領域のうち、前記回折光学素子によって照明される領域は時間に対して変化してもよい。
この構成によれば、各セルの設計の自由度が広がる。したがって、スペックルを低減しつつ、画像形成領域全体を容易に照明することができる。

【0014】

本発明の一つの態様のプロジェクターにおいて、前記画像形成領域における時間平均照度分布は均一であってもよい。
この構成によれば、スペックルを低減しつつ、輝度が均一な画像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。

【図2】プロジェクターの構成要素である照明装置の概略構成図である。

【図3】（Ａ）〜（Ｃ）回折光学素子における３個のセルの回折素子パターンを示す断面図である。

【図4】回折光学素子への光の入射位置の時間的変化を説明するための図である。

【図5】回折光学素子の複数のセルによる複数の回折光の照度分布の第１の例を示す図である。

【図6】回折光学素子の複数のセルによる複数の回折光の照度分布の第２の例を示す図である。

【図7】回折光学素子の他の例を示す図である。

【図8】第２実施形態の回折光学素子を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図７を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤色光、緑色光、青色光の各色の照明装置を備えた３板式のプロジェクターの例である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

【0017】

本実施形態のプロジェクター１０は、スクリーン１５上にカラー映像を投射する投射型画像表示装置である。プロジェクター１０は、３組の照明装置１１と、各照明装置に対応した３個の光変調装置１２と、を備えている。照明装置１１の光源として、高輝度、高出力の光が得られる半導体レーザー（ＬＤ）などのレーザー光源が用いられる。

【0018】

図１に示すように、プロジェクター１０は、赤色光用照明装置１１Ｒと、緑色光用照明装置１１Ｇと、青色光用照明装置１１Ｂと、赤色光用光変調装置１２Ｒと、緑色光用光変調装置１２Ｇと、青色光用光変調装置１２Ｂと、合成光学系１３と、投射光学系１４と、を備えている。

【0019】

赤色光用照明装置１１Ｒは、赤色レーザー光ＬＲを射出する。赤色光用光変調装置１２Ｒは、赤色光用照明装置１１Ｒから射出された赤色レーザー光ＬＲを画像信号に応じて変調し、赤色に対応した画像光を生成する。緑色光用照明装置１１Ｇは、緑色レーザー光ＬＧを射出する。緑色光用光変調装置１２Ｇは、緑色光用照明装置１１Ｇから射出された緑色レーザー光ＬＧを画像信号に応じて変調し、緑色に対応した画像光を生成する。青色光用照明装置１１Ｂは、青色レーザー光ＬＢを射出する。青色光用光変調装置１２Ｂは、青色光用照明装置１１Ｂから射出された青色レーザー光ＬＢを画像信号に応じて変調し、青色に対応した画像光を生成する。

【0020】

赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂは、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応した半導体レーザーを用いる以外は、基本的に同一の構成を有している。赤色光用照明装置１１Ｒは、時間平均において均一な照度分布となるように調整された照明光を赤色光用光変調装置１２Ｒに向けて照射する。緑色光用照明装置１１Ｇは、時間平均において均一な照度分布となるように調整された照明光を緑色光用光変調装置１２Ｇに向けて照射する。青色光用照明装置１１Ｂは、時間平均において均一な照度分布となるように調整された照明光を青色光用光変調装置１２Ｂに向けて照射する。

【0021】

赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂは、基本的に同一の構成を有している。赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂのそれぞれは、液晶ライトバルブと一対の偏光板とを備えている。一対の偏光板は、液晶ライトバルブの光入射側と光射出側とに配置されている。

【0022】

合成光学系１３は、クロスダイクロイックプリズムから構成されている。合成光学系１３には、赤色光用光変調装置１２Ｒ、緑色光用光変調装置１２Ｇ、および青色光用光変調装置１２Ｂのそれぞれから射出された画像光が入射する。合成光学系１３は、赤色、緑色、青色の各色に対応した画像光を合成し、合成された画像光を投射光学系１４に向けて射出する。

【0023】

投射光学系１４は、複数のレンズを含む投射レンズ群から構成されている。投射光学系１４は、合成光学系１３により合成された画像光をスクリーン１５に向けて拡大投射する。これにより、スクリーン１５上には、拡大されたカラー映像が表示される。

【0024】

以下、赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂの具体的な構成について説明する。
上述したように、赤色光用照明装置１１Ｒ、緑色光用照明装置１１Ｇ、および青色光用照明装置１１Ｂは、光源として赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色に対応した半導体レーザーを用いる以外は、基本的に同一の構成を有している。したがって、以下の説明では、単に照明装置１１として説明する。

【0025】

図２に示すように、照明装置１１は、光源１７と、コリメート光学系４と、回折光学素子５と、入射位置切り替え装置８と、重畳光学系１８と、を備えている。光源１７から射出され、コリメート光学系４、回折光学素子５、重畳光学系１８を経た光が、照明装置１１からの照明光として光変調装置１２に照射される。

【0026】

光源１７は、複数の半導体レーザー１が照明光軸ＡＸ１と直交する面内にアレイ状に配列されたものである。半導体レーザー１から射出されるレーザー光Ｌは、コヒーレントな直線偏光の光である。複数の半導体レーザー１から射出される複数のレーザー光Ｌは、互いに平行に射出される。光源１７を構成する半導体レーザー１の個数や配置は、特に限定されるものではない。

【0027】

コリメート光学系４は、コリメーターレンズアレイ１９で構成されている。コリメーターレンズアレイ１９は、複数の半導体レーザー１に対応する複数のコリメーターレンズ２が照明光軸ＡＸ１と直交する面内にアレイ状に配列されたものである。コリメーターレンズアレイ１９は、複数の半導体レーザー１から射出された複数のレーザー光Ｌのそれぞれを平行光に変換する機能を有する。

【0028】

回折光学素子５は、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）から構成されている。回折光学素子５は、アレイ状に配列された複数のセル９を有している。ＣＧＨは、例えば石英（ガラス）や合成樹脂などの光透過性材料からなる基材の一面に、計算機により設計された微細な凹凸構造が設けられた表面レリーフ型のホログラム素子である。回折光学素子５は、回折現象を利用して入射光の波面を変換する波面変換素子として機能する。

【0029】

回折光学素子５は、互いに異なる深さの矩形状の断面形状を有する複数の凹部と、互いに異なる高さの矩形状の断面形状を有する複数の凸部と、を有している。回折光学素子５においては、凹部や凸部のピッチ、凹部の深さや凸部の高さ等の設計条件を適宜調整することにより、被照明領域の大きさや形状、および回折光の照度分布を自在に設定することができる。回折光学素子５の設計条件を最適化する手法として、例えば反復フーリエ法などの演算手法を用いることができる。

【0030】

本実施形態の場合、複数のセル９は、第１の回折素子パターンを有する第１のセル９Ａと、第１の回折素子パターンとは異なる第２の回折素子パターンを有する第２のセル９Ｂと、第１の回折素子パターンおよび第２の回折素子パターンとは異なる第３の回折素子パターンを有する第３のセル９Ｃと、第１の回折素子パターン、第２の回折素子パターンおよび第３の回折素子パターンとは異なる第４の回折素子パターンを有する第４のセル９Ｄと、を含む。回折素子パターンは、ＣＧＨの凹凸構造のことを意味する。

【0031】

図３（Ａ）は、回折光学素子５を構成する第１のセル９Ａの断面図である。図３（Ｂ）は、回折光学素子５を構成する第２のセル９Ｂの断面図である。図３（Ｃ）は、回折光学素子５を構成する第３のセル９Ｃの断面図である。図３（Ｄ）は、回折光学素子５を構成する第４のセル９Ｄの断面図である。このように、第１のセル９Ａの回折素子パターン２２Ａと、第２のセル９Ｂの回折素子パターン２２Ｂと、第３のセル９Ｃの回折素子パターン２２Ｃと、第４のセル９Ｄの回折素子パターン２２Ｄと、はそれぞれ異なる。図２に示すように、コリメート光学系４から射出された複数の光は、第１のセル９Ａ、第２のセル９Ｂ、第３のセル９Ｃ、および第４のセル９Ｄのうちのいずれか２個のセルに同時に入射する。
なお、半導体レーザー１は図２の紙面と平行な方向に複数並んでおり、回折光学素子５のセル９も図２の紙面と平行な方向に複数並んでいる。ただし、以下では説明を簡略化するため、２個の半導体レーザー１から射出された光が回折光学素子５の４個のセル９のうちのいずれか２個のセルに入射するものとして説明する。

【0032】

図２に示すように、回折光学素子５による回折光の主光線は、回折光学素子５から射出される０次光Ｌ０の光軸に対して傾いている。ここで、「回折光の主光線」は、１次回折光Ｌ１である＋１次回折光および−１次回折光の何れか一方の主光線を意味する。特に本実施形態では、「回折光の主光線」は、１次回折光Ｌ１である＋１次回折光の主光線を意味する。複数の１次回折光Ｌ１の主光線は互いに平行である。

【0033】

回折光学素子５から射出される０次光Ｌ０が光変調装置１２に入射すると、光変調装置１２上の０次光Ｌ０の入射位置がスクリーン１５上で輝点となり、表示品質を低下させる虞がある。その点、本実施形態のプロジェクター１０では、回折光Ｌ１の主光線が回折光学素子５から射出される０次光Ｌ０の光軸に対して傾いているため、０次光Ｌ０が光変調装置１２に入射しない構成を実現することができる。

【0034】

回折光学素子５には、入射位置切り替え装置８が接続されている。入射位置切り替え装置８は、回折光学素子５を複数のセル９の配列方向（矢印Ｆで示す方向）に振動（往復運動）させる機能を有する。入射位置切り替え装置８は、例えばピエゾアクチュエーターで構成されている。入射位置切り替え装置８を駆動することにより、回折光学素子５への光の入射位置が複数のセル９の間で移動する。図４に示すように、コリメート光学系４から射出された１本のレーザー光Ｌ１に着目したとき、レーザー光は第１期間で例えば第１のセル９Ａに入射し、第２期間では例えば第１のセル９Ａに隣り合う第３のセル９Ｃに入射する。

【0035】

なお、入射位置切り替え装置８は、必ずしも回折光学素子５を振動させるものでなくてもよい。入射位置切り替え装置８は、例えば回折光学素子５を主面に垂直な回転軸を中心として回転させるものであってもよい。その場合、入射位置切り替え装置８は、例えばモーターで構成されていてもよい。具体的な一例については、第２実施形態で説明する。

【0036】

図２に戻って、重畳光学系１８は、重畳レンズ６とコンデンサーレンズ７との２枚のレンズから構成されている。重畳レンズ６は、回折光学素子５から射出された光を集光する。コンデンサーレンズ７は、重畳レンズ６から射出された光をテレセントリック照明光に変換する。重畳レンズ６の中心軸ＡＸ２とコンデンサーレンズ７の中心軸ＡＸ３とは互いに一致している。

【0037】

重畳光学系１８の前側焦点に回折光学素子５が設けられ、重畳光学系１８の後側焦点に光変調装置１２が設けられている。重畳光学系１８は、回折光学素子５からの複数の回折光を光変調装置１２の画像形成領域上で重畳させる。このように、回折光学素子５から射出された光は、重畳光学系１８によりテレセントリック照明光として光変調装置１２に照射される。

【0038】

本実施形態のプロジェクター１０においては、回折光学素子５の複数のセル９から得られる互いに異なるスペックルパターンが空間的にも時間的にも重畳されることにより、スペックルの発生による表示品質の低下を抑えることができる。

【0039】

図４は、回折光学素子５へのレーザー光Ｌ１およびレーザー光Ｌ２の入射位置の時間的変化を説明するための図である。図４における第１期間、第２期間、および第３期間は、回折光学素子５が下方に移動するときの時間的に隣り合う期間を示している。回折光学素子５は、第３期間以降で再度上昇する。図４に示すように、第１期間では、レーザー光Ｌ１は第１のセル９Ａに入射し、レーザー光Ｌ２は第２のセル９Ｂに入射する。このとき、第１のセル９Ａによる回折パターンと第２のセル９Ｂによる回折パターンとは、重畳光学系１８により光変調装置１２の画像形成領域上で空間的に重畳される。

【0040】

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のセル９Ａの回折素子パターン２２Ａと第２のセル９Ｂの回折素子パターン２２Ｂとが互いに異なることから、第１のセル９Ａによる回折パターンと第２のセル９Ｂによる回折パターンとは互いに異なり、第１のセル９Ａによる回折光のスペックルパターンと第２のセル９Ｂによる回折光のスペックルパターンとは互いに異なる。このように、互いに異なるスペックルパターンが一定期間内で空間的に重畳されることにより、スペックルが視認されにくくなる。

【0041】

以下、第２期間および第３期間においても、第１期間と同様、異なる回折パターンが空間的に重畳される。すなわち、図４に示すように、第２期間では、レーザー光Ｌ１が入射する第３のセル９Ｃによる回折パターンと、レーザー光Ｌ２が入射する第１のセル９Ａによる回折パターンとは、重畳光学系１８により光変調装置１２の画像形成領域上で空間的に重畳される。第３のセル９Ｃによる回折パターンと第１のセル９Ａによる回折パターンとは互いに異なるため、互いに異なるスペックルパターンが一定期間内で空間的に重畳され、スペックルが視認されにくくなる。

【0042】

第３期間では、レーザー光Ｌ１が入射する第４のセル９Ｄによる回折パターンと、レーザー光Ｌ２が入射する第３のセル９Ｃによる回折パターンとは、重畳光学系１８により光変調装置１２の画像形成領域上で空間的に重畳される。第４のセル９Ｄによる回折パターンと第３のセル９Ｃによる回折パターンとは互いに異なるため、互いに異なるスペックルパターンが一定期間内で空間的に重畳され、スペックルが視認されにくくなる。

【0043】

さらに、互いに異なる回折パターンが空間的に重畳されて得られた回折パターンが第１期間、第２期間、第３期間の時間経過に伴って変化する。このとき、第１のセル９Ａによる回折パターンと第２のセル９Ｂによる回折パターンとが空間的に重畳された回折パターン（第１期間）と、第３のセル９Ｃによる回折パターンと第１のセル９Ａによる回折パターンとが空間的に重畳された回折パターン（第２期間）と、第４のセル９Ｄによる回折パターンと第３のセル９Ｃによる回折パターンとが空間的に重畳された回折パターン（第３期間）と、が時間的に重畳される。これにより、互いに異なるスペックルパターンが観察者の網膜上で時間的に重畳され、スペックルが視認されにくくなる。

【0044】

以下、回折光学素子５の複数のセル９による複数の回折光の照度分布の２つの例について説明する。
図４に示したように、第１の例、第２の例に共通して、回折光学素子５の移動距離は例えば２個分のセル９に対応する距離であり、回折光学素子５が移動した際に１本のレーザー光の入射位置が３個のセル９の間を順次移動する。レーザー光の入射位置の往復移動の周波数は１２０Ｈｚとする。この場合、１本のレーザー光の入射位置は、１／１２０秒毎に３個のセル９を移動する。例えば、レーザー光Ｌ１は、往復移動の１周期において、セルＡ、セルＣ、セルＤ、セルＣの順に移動する。レーザー光Ｌ２は、１周期において、セルＢ、セルＡ、セルＣ、セルＡの順に移動する。

【0045】

図５は、複数の回折光の照度分布の第１の例を示す図である。４個のセル９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄから射出される回折光の照度分布をそれぞれＩ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｄとする。
光変調装置１２の画像形成領域のうち、４個のセル９の各々から射出される回折光によって照明される領域は互いに同じである。つまり、画像形成領域のうち、４個のセル９の各々から射出される回折光によって照明される領域は時間に対して不変である。また、４個のセル９の各々から射出される回折光によって照明される領域の形状は、光変調装置１２の画像形成領域に対応する矩形である。さらに、回折光によって照明される領域のアスペクト比（縦横比）は、光変調装置１２の画像形成領域のアスペクト比（縦横比）と一致している。

【0046】

図５に模式的に複数の円弧状の曲線パターンで示すように、４個のセル９の各々から射出される回折光の照度分布は互いに異なっている。ただし、個々の照度分布は異なっても、画像形成領域における時間平均照度分布は均一であることが望ましい。具体的には、前述したように、第１期間における照度分布は［ＩＡ＋ＩＢ］であり、第２期間における照度分布は［ＩＡ＋ＩＣ］であり、第３期間における照度分布は［ＩＣ＋ＩＤ］である。したがって、１周期において、照度分布は、［ＩＡ＋ＩＢ］、［ＩＡ＋ＩＣ］、［ＩＣ＋ＩＤ］、［ＩＡ＋ＩＣ］の順に変化する。１周期において積分した照度分布が均一であることが好ましい。

【0047】

図６は、複数の回折光の照度分布の第２の例を示す図である。
図６に示す矩形で示した画像形成領域のうち、斜めのハッチングが付された領域Ｆ１は回折光によって照明される領域、すなわち被照明領域を示す。斜めのハッチングが付されていない領域Ｆ２は回折光によって照明されない領域を示す。

【0048】

このように、第２の例では、第１の例と異なり、画像形成領域のうち、回折光によって照明される領域は、４個のセル９の各々から射出される回折光毎に異なる。つまり、画像形成領域のうち、回折光学素子５によって照明される領域Ｆ１は時間に対して変化する。４個のセル９の各々から射出される回折光によって照明される領域Ｆ１の形状は、光変調装置１２の画像形成領域に対応する矩形状とはならない。光変調装置１２の画像形成領域に対応する矩形のうち、回折光が照射されない領域Ｆ２が部分的に生じる。そのため、画像形成領域の照度分布は時間的に変化する。しかしながら、第１の例と同様に、照度分布を１周期において積分した場合、回折光によって照明される領域の形状は矩形となる。また、照度分布が時間的に変化しても、時間平均照度分布は均一であることが望ましい。

【0049】

また、図５に示す複数の回折光の照度分布の第１の例のように、回折光の各々によって照明される領域が互いに同じであり、複数の回折光の各々の照度分布が互いに異なる場合、回折光学素子５が移動して光の入射位置が時間的に変化したとしても、光の照射位置が光変調装置１２の画像形成領域から外れることが少なく、光の利用効率を高めつつ、スペックルを充分に低減することができる。

【0050】

また、図６に示す複数の回折光の照度分布の第２の例のように、回折光の各々によって照明される領域が互いに異なったとしても、画像形成領域における時間平均照度分布が均一であれば、スペックルを低減しつつ、画像形成領域での照度の均一性を維持することができる。また、回折光学素子５の各セルの設計の自由度が広がる。したがって、スペックルを低減しつつ、画像形成領域全体を容易に照明することができる。

【0051】

本実施形態では、２個の半導体レーザー１の各々から射出された光が４個のセル９のいずれかに入射する構成を示したが、この構成に限るものではない。例えば図７に示すように、２個の半導体レーザー１の各々から射出された光が３個のセル９のいずれかに入射する構成であってもよい。この構成において、第１期間では、レーザー光Ｌ１は第１のセル９Ａに入射し、レーザー光Ｌ２は第２のセル９Ｂに入射する。このとき、第１のセル９Ａによる回折パターンと第２のセル９Ｂによる回折パターンとは、重畳光学系１８により光変調装置１２の画像形成領域上で空間的に重畳される。第２期間では、レーザー光Ｌ１は第３のセル９Ｃに入射し、レーザー光Ｌ２は第１のセル９Ａに入射する。このとき、第３のセル９Ｃによる回折パターンと第１のセル９Ａによる回折パターンとは、重畳光学系１８により光変調装置１２の画像形成領域上で空間的に重畳される。

【0052】

さらに、第１のセル９Ａによる回折パターンと第２のセル９Ｂによる回折パターンとが空間的に重畳された回折パターン（第１期間）と、第３のセル９Ｃによる回折パターンと第１のセル９Ａによる回折パターンとが空間的に重畳された回折パターン（第２期間）と、が時間的に重畳される。このように、本構成の場合も、互いに異なるスペックルパターンが空間的にも時間的にも重畳され、スペックルが視認されにくくなる。

【0053】

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図８を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と同様であり、回折光学素子の構成が第１実施形態と異なる。
図８は、本実施形態の回折光学素子を示す正面図である。

【0054】

図８に示すように、本実施形態の回折光学素子２８は、複数の半導体レーザー１から射出された複数のレーザー光ＬＡ〜ＬＩが入射する複数の回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉを有している。各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉは、回折素子パターンが互いに異なる複数のサブ領域を有している。例えば、回折素子パターン領域３０ａは、回折素子パターンが互いに異なる複数のサブ領域３１ａ〜３１ｉを有している。同様に、回折素子パターン領域３０ｂは、図示しないが、回折素子パターンが互いに異なる複数のサブ領域を有している。

【0055】

複数の回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉは、複数の半導体レーザー１に対応して、矩形状をなす回折光学素子２８の面内にマトリクス状に配列されている。図８に示した例では、回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉが３行×３列のマトリクス状に配置されており、光源１５は９個の半導体レーザー１が３行×３列のマトリクス状に配置されている。これにより、各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉには、各半導体レーザー２０から射出されたレーザー光ＬＡ〜ＬＩがそれぞれ入射する。具体的には、レーザー光ＬＡが回折素子パターン領域３０ａに入射し、レーザー光ＬＢが回折素子パターン領域３０ｂに入射する。レーザー光ＬＡは回折素子パターン領域３０ａに対応した半導体レーザー１から射出され、レーザー光ＬＢは回折素子パターン領域３０ｂに対応した半導体レーザー１から射出される。

【0056】

回折光学素子２８は、各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉに、対応した半導体レーザー２０からのレーザー光Ｌが入射したときに、回折光それぞれが光変調装置の画像形成領域を照明するように設計されている。また、回折光学素子２８から射出される複数の１次回折光Ｌ１の主光線は互いに平行である。これにより、上記の２本の回折光は、同一の画像形成領域を効率的に照射することができる。さらに、回折素子パターン領域３０ａの複数のサブ領域３１ａ〜３１ｉの各々の回折素子パターンは、回折素子パターン領域３０ｂの複数のサブ領域のいずれの回折素子パターンとも異なっている。これにより、後述するように、効果的にスペックルを低減することができる。

【0057】

複数のサブ領域３１ａ〜３１ｉは、回折素子パターン領域３０ａ内に３行×３列のマトリクス状に配置されている。各サブ領域３１ａ〜３１ｉには、それぞれ互いに異なる回折素子パターンが設けられており、サブ領域３１ａ〜３１ｉ各々とレーザー光ＬＡとによって形成される回折光の回折パターンは互いに異なる。

【0058】

同様に、図示しないが、回折素子パターン領域３０ｂは３行×３列のマトリクス状に配置された複数のサブ領域を備える。複数のサブ領域各々の回折素子パターンは互いに異なるため、サブ領域各々とレーザー光ＬＢとによって形成される回折光の回折パターンは互いに異なる。他の回折素子パターン領域の構成も同様である。

【0059】

なお、図８に示す回折光学素子２８では、９個（３行×３列）の回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉ各々が９個（３行×３列）のサブ領域を有する場合について例示しているが、この場合に必ずしも限定されるものではなく、回折素子パターン領域の数や配列及びサブ領域の数や配列等については適宜変更を加えることが可能である。

【0060】

回折光学素子２８には、回折光学素子２８を駆動する駆動機構４０が接続されている。駆動機構４０は、特許請求の範囲における入射位置切り替え装置に対応する。ここで、複数の回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉが設けられている回折光学素子２８の面を主面と呼ぶことにする。駆動機構４０は、主面内において回折光学素子２８を揺動させる揺動駆動部を有している。揺動駆動部の具体的な構成は周知のモーターや偏芯カム等を用いることができるが、特に限定されるものではない。

【0061】

以上の構成により、各半導体レーザー１から射出されたレーザー光ＬＡ〜ＬＩが入射する位置を各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉ内で移動させることができる。さらに、各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉ内に配置された複数のサブ領域の間で、各レーザー光ＬＡ〜ＬＩが入射する位置を周期的に変化させることができる。具体的には、例えば回折素子パターン領域３０ａに対応する半導体レーザー１から射出されたレーザー光ＬＡは、回折素子パターン領域３０ａに入射する。回折素子パターン領域３０ａでのレーザー光ＬＡの入射位置は、回折素子パターン領域３０ａに設けられたサブ領域３１ａ〜３１ｉの間で移動する。なお、図８に示した円弧状の矢印は、レーザー光の入射位置の軌跡を表している。同様に、レーザー光ＬＢの入射位置は、回折素子パターン領域３０ｂに設けられた複数のサブ領域の間で移動する。

【0062】

本実施形態は、回折光学素子２８の構成および駆動機構が第１実施形態と異なるものの、各々が異なる回折素子パターンを有する回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉから射出された回折光が空間的にも時間的にも重畳される点は第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態においても、互いに異なるスペックルパターンが空間的にも時間的にも重畳されることにより、スペックルが視認されにくくなる。

【0063】

本実施形態では、各回折素子パターン領域３０ａ〜３０ｉは、回折素子パターンが互いに異なる複数のサブ領域を有し、かつ、複数のサブ領域各々の回折素子パターンは、複数のサブ領域のいずれの回折素子パターンとも異なっていたが、必ずしもこれに限らない。回折光学素子２８が備える複数のサブ領域が、回折素子パターンが同一である複数のサブ領域を含んでいてもよい。その場合であっても、第１の期間において、レーザー光ＬＡが入射するサブ領域の回折素子パターンが、他のレーザー光、例えばレーザー光ＬＢが入射するサブ領域の回折素子パターンと異なるように各サブ領域の回折素子パターンが形成されていれば、互いに異なるスペックルパターンが空間的に重畳される。さらに、第１の期間において、回折光学素子２８から射出される複数の回折光によって形成されるスペックルパターンが重畳されて得られるスペックルパターンが、第２の期間において、複数の回折光によって形成されるスペックルパターンが重畳されて得られるスペックルパターンと異なるように各サブ領域の回折素子パターンが形成されていれば、互いに異なるスペックルパターンが時間的に重畳される。これにより、スペックルが視認されにくくなる。

【0064】

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態のプロジェクターを構成する各構成要素の数、形状、配置等に関しては適宜変更が可能である。

【符号の説明】

【0065】

５，２８…回折光学素子、８，４０…入射位置切り替え装置、９…セル、９Ａ…第１のセル、９Ｂ…第２のセル、９Ｃ…第３のセル、９Ｄ…第４のセル、１０…プロジェクター、１２…光変調装置、１２Ｒ…赤色光用光変調装置、１２Ｇ…緑色光用光変調装置、１２Ｂ…青色光用光変調装置、１４…投射光学系、１７…光源、１８…重畳光学系、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…回折素子パターン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】