特開 2024-100786 光学系、表示装置、投影装置及び照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100786

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】光学系、表示装置、投影装置及び照明装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/02 20060101AFI20240719BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20240719BHJP

   F21V 7/22 20180101ALI20240719BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240719BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

G02B5/02 C

F21S2/00 350

F21V7/22

G03B21/00 D

G03B21/14 A

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024073666

(22)【出願日】2024-04-30

(62)【分割の表示】P 2020136940の分割

【原出願日】2020-08-14

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100215935

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 茂輝

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】渋谷 和幸

(72)【発明者】

【氏名】金杉 駿介

(72)【発明者】

【氏名】有馬 光雄

(72)【発明者】

【氏名】花島 直樹

(57)【要約】

【課題】光の利用効率が高い光学系を提供することを目的とする。
【解決手段】この光学系は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射した光の進行方向と交差する固定拡散板及び相対移動拡散板と、を備え、前記固定拡散板は、入射光を矩形に出射し、前記相対移動拡散板は、光の拡散面が入射光に対して相対的に移動し、前記固定拡散板の拡散角をθａ、前記相対移動拡散板の拡散角をθｂとした際に、θｂ／θａ≦０．７６、θａ≦１６を満たす。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から出射した光の進行方向と交差する固定拡散板及び相対移動拡散板と、を備え、
前記固定拡散板は、入射光を矩形に出射し、
前記相対移動拡散板は、光の拡散面が入射光に対して相対的に移動し、
前記固定拡散板の拡散角をθａ、前記相対移動拡散板の拡散角をθｂとした際に、
θｂ／θａ≦０．７６、θａ≦１６
を満たす、光学系。

【請求項2】

前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板は、前記光の進行方向に対して、前記固定拡散板、前記相対移動拡散板の順に並ぶ、請求項１に記載の光学系。

【請求項3】

前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板は、前記光の進行方向に対して、前記相対移動拡散板、前記固定拡散板の順に並ぶ、請求項１に記載の光学系。

【請求項4】

前記相対移動拡散板は、回転面が前記光の進行方向と交差し、回転可能な回転拡散板である、請求項１～３のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項5】

前記相対移動拡散板は、拡散面に曲率半径がランダムな凸レンズ又は凹レンズがランダムに配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項6】

前記固定拡散板は、平面視で複数のマイクロレンズが行列状に配列したマイクロレンズアレイである、請求項１～５のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項7】

インテグレータレンズをさらに備え、
前記インテグレータレンズは、前記光の進行方向に対して前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板の後方にある、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学系。

【請求項8】

インテグレータレンズをさらに備え、
前記インテグレータレンズは、前記光の進行方向に対して前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板の後方にあり、
前記マイクロレンズアレイは、
前記複数のマイクロレンズのうち行方向に並ぶマイクロレンズのそれぞれの中心の列方向の平均位置を通り前記行方向に延びる複数の行仮想線と、
前記複数のマイクロレンズのうち列方向に並ぶマイクロレンズのそれぞれの中心の行方向の平均位置を通り前記列方向に延びる複数の列仮想線と、
に囲まれる基本セル領域を有し、
前記インテグレータレンズの長辺と短辺との比は、前記基本セル領域の長辺と短辺の比と略同一である、請求項６に記載の光学系。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載の光学系を備える、表示装置。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一項に記載の光学系を備える、投影装置。

【請求項11】

請求項１～８のいずれか一項に記載の光学系を備える、照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学系、表示装置、投影装置及び照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

拡散板は、入射した光を様々な方向へ拡散させる。拡散板は、例えば、ディスプレイ、プロジェクタ、照明等の様々用途で用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、レーザー光源から出射したレーザー光を用いたプロジェクタが記載されている。特許文献１に記載のプロジェクタは、レーザー光を拡散板及びライトパイプを通過させることで、矩形の画像を表示する。また特許文献２には、互いに隣り合って設けられ、拡散特性の異なる複数の拡散領域を有し、複数の拡散領域のそれぞれが回転軸周りに回転可能である光源装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４２３５７６９号公報

【特許文献2】特許第６１６０１１７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に記載のプロジェクタにおいて、矩形のライトパイプには、拡散板で円形に拡散した光が入射している。その結果、特許文献１に記載のプロジェクタには、光の入力ロスが生じている。また特許文献２の光源装置は、複数の拡散領域を有する光拡散素子が回転することで、拡散光の形状は円形となる。その結果、特許文献２に記載の光拡散素子には、光の入力ロスが生じている。

【0006】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、光の利用効率が高い光学系、表示装置、投影装置及び照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0008】

第１の態様にかかる光学系は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射した光の進行方向と交差する固定拡散板及び相対移動拡散板と、を備え、前記固定拡散板は、入射光を矩形に出射し、前記相対移動拡散板は、光の拡散面が入射光に対して相対的に移動する。

【0009】

上記態様にかかる光学系において、前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板は、前記光の進行方向に対して、前記固定拡散板、前記相対移動拡散板の順に並んでいてもよい。

【0010】

上記態様にかかる光学系において、前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板は、前記光の進行方向に対して、前記相対移動拡散板、前記固定拡散板の順に並んでいてもよい。

【0011】

上記態様にかかる光学系において、前記相対移動拡散板は、回転面が前記光の進行方向と交差し、回転可能な回転拡散板であってもよい。

【0012】

上記態様にかかる光学系において、前記相対移動拡散板は、拡散面に曲率半径がランダムな凸レンズ又は凹レンズがランダムに配置されていてもよい。

【0013】

上記態様にかかる光学系において、前記固定拡散板の拡散角をθａ、前記相対移動拡散板の拡散角をθｂとした際に、θｂ／θａ≦０．７６を満たしてもよい。

【0014】

上記態様にかかる光学系において、前記固定拡散板は、平面視で複数のマイクロレンズが行列状に配列したマイクロレンズアレイであってもよい。

【0015】

上記態様にかかる光学系は、インテグレータレンズをさらに備え、前記インテグレータレンズは、前記光の進行方向に対して前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板の後方にあってもよい。

【0016】

上記態様にかかる光学系は、インテグレータレンズをさらに備え、前記インテグレータレンズは、前記光の進行方向に対して前記固定拡散板及び前記相対移動拡散板の後方にあり、前記マイクロレンズアレイは、前記複数のマイクロレンズのうち行方向に並ぶマイクロレンズのそれぞれの中心の列方向の平均位置を通り前記行方向に延びる複数の行仮想線と、前記複数のマイクロレンズのうち列方向に並ぶマイクロレンズのそれぞれの中心の行方向の平均位置を通り前記列方向に延びる複数の列仮想線と、に囲まれる基本セル領域を有し、前記インテグレータレンズの長辺と短辺との比は、前記基本セル領域の長辺と短辺の比と略同一であってもよい。

【0017】

第２の態様にかかる表示装置は、上記態様にかかる光学系を備える。

【0018】

第３の態様にかかる投影装置は、上記態様にかかる光学系を備える。

【0019】

第４の態様にかかる照明装置は、上記態様にかかる光学系を備える。

【発明の効果】

【0020】

上記態様にかかる光学系によれば、光の利用効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る光学系の模式図である。

【図2】第１実施形態に係る固定拡散板の平面図である。

【図3】第１実施形態に係る固定拡散板の断面図である。

【図4】拡散板の製造方法の一例を説明するための断面図である。

【図5】拡散板の製造方法の一例を説明するための断面図である。

【図6】拡散板の拡散角の定義を説明するための模式図である。

【図7】第１変形例に係る光学系の模式図である。

【図8】第１適用例に係る表示装置の模式図である。

【図9】実施例及び比較例の評価装置の模式図である。

【図10】拡散光の評価方法を説明するための模式図である。

【図11】実施例及び比較例の結果をまとめたグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0023】

図１は、第１実施形態にかかる光学系１００の模式図である。光学系１００は、コヒーレント光源１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒと、固定拡散板２０と、回転拡散板３０と、インテグレータレンズ４０と、を備える。図１に示す光学系１００は、この他、ダイクロイックミラーＤＭを備える。

【0024】

まず方向について定義する。固定拡散板２０が広がる面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面の任意の方向をｘ方向、ｘ方向と直交する方向をｙ方向とする。ｘ方向は、行方向の一例である。ｙ方向は、列方向の一例である。また固定拡散板２０に対して直交する方向をｚ方向とする。

【0025】

コヒーレント光源１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒは、コヒーレントな光を出射する。コヒーレント光源１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒは、例えば、レーザーである。図１に示すコヒーレント光源１０Ｂは青色レーザーであり、コヒーレント光源１０Ｇは緑色レーザーであり、コヒーレント光源１０Ｒは赤色レーザーである。コヒーレント光源は、それぞれの色を準備してもよいし、蛍光体に青色レーザーを照射することで黄色、緑及び赤色を生み出してもよい。図１では、それぞれのコヒーレント光源１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒから出射される各色を、ダイクロイックミラーＤＭを用いて収束し、白色を実現している。

【0026】

コヒーレント光は、スペックルノイズを生み出す。スペックルノイズは、被照射物（例えばスクリーン）における拡散作用と、コヒーレントなレーザー光との干渉によりランダムな細かい干渉パターンがノイズとして生じたものである。スペックルノイズは、例えば、画像の画質を著しく低下させる原因となる。スペックルノイズが生じると、各色がぎらつき、白色とならない。

【0027】

固定拡散板２０及び回転拡散板３０には、コヒーレント光源１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒからの光が入射する。固定拡散板２０及び回転拡散板３０でコヒーレント光を広げることで、スペックルノイズが低減される。図１に示す光学系１００は、光の進行方向に対して、固定拡散板２０、回転拡散板３０の順に並んでいる。

【0028】

固定拡散板２０は、入射光を矩形に拡散する矩形拡散板である。入射光を矩形に拡散するとは、拡散光のｘｙ方向の１０％角度幅に対するｘ方向の１０％角度幅の比が１より小さいことを意味する。拡散光の１０％角度幅は、強度分布をガウス関数でフィッティングし、フィッティングカーブにおいて最大強度の１０％以上の強度となる角度の範囲である。

【0029】

固定拡散板２０は、例えば、マイクロレンズアレイである。図２は、第１実施形態に係る固定拡散板２０の平面図である。図３は、第１実施形態に係る固定拡散板２０の断面図である。図３は、図２における行仮想線Ｖｃに沿って固定拡散板２０を切断した断面である。

【0030】

固定拡散板２０は、例えば、ｚ方向からの平面視で、複数のマイクロレンズ２１が行列状に配列している。マイクロレンズ２１のそれぞれは、例えば、略矩形である。複数のマイクロレンズ２１のそれぞれは、基本パターンに基づいて配列している。

【0031】

基本パターンは、行仮想線Ｖｃと列仮想線Ｖｒとによって囲まれる基本セル領域が、x方向及びｙ方向に整列したパターンである。行仮想線Ｖｃは、行方向（ｘ方向）に並ぶマイクロレンズ２１のそれぞれの中心の列方向（ｙ方向）の平均位置を通り、ｘ方向に延びる複数の仮想線である。列仮想線Ｖｒは、列方向（ｙ方向）に並ぶマイクロレンズ２１のそれぞれの中心の行方向（ｘ方向）の平均位置を通り、ｙ方向に延びる複数の仮想線である。

【0032】

２つの行仮想線Ｖｃと２つの列仮想線Ｖｒとに囲まれる最小単位が基本セル領域である。基本セル領域のｘ方向の長さＧｘとｙ方向の長さＧｙの比と、後述するインテグレータレンズ４０のｘ方向の長さとｙ方向の長さの比とが、略一致すると、光学系１００の光の利用効率が特に高まる。略一致とは、いずれかの値を基準に、１０％の数値幅の範囲内にあることを意味する。

【0033】

固定拡散板２０においてマイクロレンズ２１は、密に存在する。すなわち、マイクロレンズ２１の間に非レンズ領域が存在しない。そのため、マイクロレンズ２１同士の間は稜線となる。稜線の高さ、方向が不規則であると、固定拡散板２０による回折が抑制される。隣接する稜線は、互いに平行ではないことが好ましい。

【0034】

マイクロレンズ２１は、例えば、固定拡散板２０の基準面Ｒｐに対して凹む凹レンズである。マイクロレンズ２１は、例えば、基準面Ｒｐに対して突出する凸レンズでもよい。基準面Ｒｐは、ｘｙ平面と平行な面であり、第１面２０ａの最も突出した部分と接する面である。基準面Ｒｐは、例えば、固定拡散板２０のマイクロレンズ２１となる凹部を加工する前の基板の表面である。図３では、マイクロレンズ２１が固定拡散板２０の第１面２０ａのみにある例を示したが、マイクロレンズ２１は第１面２０ａと第２面２０ｂの両面にあってもよい。マイクロレンズ２１のそれぞれの曲率半径は、ランダムでもよい。

【0035】

固定拡散板２０は、例えば、入射する波長帯域の光を透過できる材料からなる。固定拡散板２０は、例えば、光学ガラス、水晶、サファイア、樹脂板、樹脂フィルムである。光学ガラスは、例えば、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、白板ガラス等である。樹脂は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）等である。光学ガラス、水晶及びサファイアの無機材料は、耐光性に優れる。また水晶、サファイアは放熱性に優れる。

【0036】

固定拡散板２０は、レジスト塗布工程と、露光・現像工程と、エッチング工程とによって作製される。図４及び図５は、固定拡散板２０の製造方法の一例を説明するための模式図である。

【0037】

まずレジスト塗布工程では、基板Ｓ上にレジストＲ１を塗布する。基板Ｓは、加工により上述の固定拡散板２０となるため、固定拡散板２０と同様の材料である。後述するエッチング工程では、エッチングガスとしてフッ素系エッチングガス（ＣＦ_４、ＳＦ_６、ＣＨＦ_３等）を用いる場合がある。Ａｌ_２Ｏ_３及びアルカリ金属等は、フッ素系エッチングガスと反応して不揮発性物質となる場合がある。例えば、アルカリ金属は含有しないがＡｌ_２Ｏ_３を２７％含有するガラス基板（例えば、コーニング社製のイーグルＸＧ）をフッ素系エッチングガスでエッチングすると、エッチングされにくいＡｌ_２Ｏ_３が残り、表面に微小突起が発生し、ガラス基板の透過率が低下する。基板Ｓは、アルカリ成分の含有量が２０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。基板Ｓは、例えば、石英ガラス、テンパックスガラスが好ましい。レジストＲ１は、公知のものを適用できる。

【0038】

次いで、露光工程では、グレースケールマスクＧｍを介してレジストＲ１に光Ｌ１を照射し、レジストＲ１を露光する。露光は、例えば、グレースケールマスクを動かしながら繰り返し露光するステップアンドリピート露光を行う。ステッピングの位置精度によっては、１回の露光で形成される基本セルの間に最大で数μｍ程度の幅の繋ぎ目が生じる場合がある。このような問題を避けるために、基本セル同士が重なるように露光することが好ましい。基本セル同士を大きく重ねる場合は、複数回の露光で所望の露光量となるように調整してもよい。

【0039】

グレースケールマスクＧｍは、基本パターンを基準に設計される。基本パターンは上述の行仮想線Ｖｃと列仮想線Ｖｒとによって形成されるパターンと同等である。グレースケールマスクＧｍは、基本パターンを基準に、行仮想線ＲＬ及び列仮想線ＣＬの間隔Ｇ_ｘ、Ｇ_ｙ、それぞれのマイクロレンズの頂点ｃの位置、それぞれのマイクロレンズの曲率半径のパラメータを、それぞれシフトさせて作製される。これらのパラメータをばらつかせることで、固定拡散板２０から回折パターンが出力されることが抑制される。

【0040】

次いで、現像工程では、露光したレジストパターンを現像する。現像によりレジストＲ１の一部が除去され、表面にレジストパターンを有するレジストＲ２となる。レジストＲ２の表面には、所望のマイクロレンズアレイと同様のレジストパターンが形成される。

【0041】

次いで、エッチング工程では、レジストＲ２を介して基板Ｓをドライエッチングする。ドライエッチングは、例えば、反応性のガスＧを用いて行う。ガスＧは、例えば、上述のフッ素系エッチングガスである。ドライエッチングによりレジストＲ２の表面に形成されたマイクロレンズアレイのパターンが、基板Ｓに転写される。基板Ｓは、第１面にマイクロレンズアレイが形成された固定拡散板２０となる。

【0042】

回転拡散板３０は、回転面が光の進行方向と交差し、回転可能である。回転拡散板３０が回転することで、光の拡散面が入射光に対して相対的に移動する。回転拡散板３０は、相対移動拡散板の一例である。回転拡散板３０は、光の拡散面が入射光に対して相対的に移動するものであればよく、例えば、回転拡散板３０に変えて、振動する振動拡散板を用いてもよい。

【0043】

回転拡散板３０は、例えば、フロスト型拡散板、マイクロレンズ型拡散板である。回転拡散板３０は、回転していない状態で、入射光を矩形に拡散する矩形拡散板でも、入射光を円形に拡散する円形拡散板でもよい。回転拡散板３０を単体で用いた場合、矩形拡散板、円形拡散板のいずれを用いた場合でも、拡散面が入射光に対して相対的に移動することで、拡散光は円形となる。

【0044】

回転拡散板３０は、例えば、拡散面に曲率半径がランダムな凸レンズ又は凹レンズがランダムに配置されている。曲率半径及び配置がランダムであることで、コヒーレント光を効率的に広げ、スペックルノイズの発生を低減しやすくなる。

【0045】

固定拡散板２０及び回転拡散板３０は、少なくとも一面に反射防止膜を有してもよい。反射防止膜は、例えば、低屈折率層と高屈折率層とが積層された積層膜である。低屈折率層は、例えばＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２である。高屈折率層は、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２である。ＳｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５及びＴａ_２Ｏ_５は、耐光性に優れ、高出力レーザー等によって出射される高い光密度の光が照射されても劣化しにくい。また反射防止膜は、数百ｎｍピッチの微細な凹凸が配列したモスアイ構造でもよい。

【0046】

固定拡散板２０の拡散角θａと、回転拡散板３０の拡散角θｂとは、θｂ／θａ≦０．７６を満たすことが好ましい。

【0047】

図６は、固定拡散板２０及び回転拡散板３０の拡散角の定義を説明するための模式図である。拡散板の拡散角θは、レンズの平均曲率半径Ｒ、拡散板の屈折率ｎ、隣接するレンズの平均間隔ｐから以下の関係に基づき求められる。
θ＝２ｓｉｎ^－１｛（ｐ（ｎ－１）／２Ｒ）
拡散板の拡散角θは、平行光を入射した際に、拡散板から出射される光の広がり角と定義することもできる。

【0048】

拡散角θａと拡散角θｂとが上記関係を満たすと、２つの拡散板を通過した後の光が矩形になる。上述のように、回転拡散板３０を単体で用いた場合は、通過した光は、原則円形に広がる。これに対し、２つの拡散板を使い、これらの２つの拡散板が上記の関係を満たすと、通過した光が矩形になる。拡散板を通過した後の光は、インテグレータレンズや画像表示デバイスに照射される。これらの部材は四角形であり、拡散光が矩形であると光の利用効率が高まる。

【0049】

インテグレータレンズ４０は、照射面への照度の均一性を高めるレンズである。インテグレータレンズ４０を光が通過することで、投影される画像の精度が高まる。インテグレータレンズ４０は、光の進行方向に対して固定拡散板２０及び回転拡散板３０の後方にある。

【0050】

インテグレータレンズ４０のｘ方向の長さとy方向の長さの比と、基本セル領域のｘ方向の長さＧｘとy方向の長さＧｙの比と、略一致すると、光学系１００の光の利用効率が特に高まる。

【0051】

本実施形態にかかる光学系を用いると、固定拡散板２０に拡散光が円形である円形拡散板を用いた場合より光の利用効率が高い。また固定拡散板２０の拡散角θａと回転拡散板３０の拡散角θｂとが所定の関係を満たすことで、２つの拡散板を通過した後の光を矩形に近づけることができ、光の利用効率をより高めることができる。

【0052】

以上、第１実施形態について詳述したが、当該例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【0053】

図７は、第１変形例に係る光学系１０１の模式図である。第１変形例にかかる光学系１０１は、固定拡散板２０と回転拡散板３０との配置順が、上記の光学系１００と異なる。第１変形例に係る光学系１０１において、光学系１００と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

【0054】

図７に示す光学系１０１は、光の進行方向に、回転拡散板３０、固定拡散板２０、インテグレータレンズ４０の順に並んでいる。回転拡散板３０と固定拡散板２０の配置順が逆転しても、２つの拡散板を通過後の光は同じとなる。したがって、第１変形例に係る光学系１０１も、上記の光学系１００と同様の効果が得られる。

【0055】

上記の光学系１００、１０１は、表示装置、投影装置、照明装置等に用いることができる。

【0056】

図８は、第１適用例に係る表示装置ＤＰの模式図である。表示装置ＤＰは、例えば、レーザーテレビ、ＤＬＰプロジェクタである。表示装置ＤＰは、コヒーレント光源１０Ｂと、固定拡散板２０と、複数のミラーＭと、蛍光体ホイールＰＷと、回転拡散板３０と、インテグレータレンズ４０と、複数のレンズＬと、デジタルマイクロデバイスＤＬＤと、プリズムＴＩＲと、を有する。

【0057】

コヒーレント光源１０Ｂからは青色の光が出射する。光は固定拡散板２０及び蛍光体ホイールＰＷを通過後、回転拡散板３０に入射する。蛍光体ホイールＰＷは、青色レーザーが照射されることで黄色（緑、赤色）を生み出し、これらの光は回転拡散板３０に至る。回転拡散板３０を通過後の光は、インテグレートレンズ４０及び複数のレンズＬで集光される。集光された光は、プリズムＴＩＲを介してデジタルマイクロデバイスＤＬＤに至る。デジタルマイクロデバイスＤＬＤは、光のＯＮ、ＯＦＦを制御し、プリズムＴＩＲと介して外部に光を出力する。

【実施例0058】

以下の実施例１～１５及び比較例１～２０では、図９に示す光学系を設計し、シミュレーションにより拡散光を評価した。光学系は、コヒーレント光源１０と固定拡散板２０と回転拡散板３０とスクリーンＳｃとを有する。コヒーレント光源１０は、強度１Ｗ、スポット径０．６ｍｍの光を出力する。コヒーレント光源１０と固定拡散板２０との距離は５ｍｍとした。固定拡散板２０と回転拡散板３０との距離は０．５ｍｍとした。回転拡散板３０とスクリーンＳｃとの距離は２００ｍｍとした。シミュレーションは、Ｚｅｍａｘ社のＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを用いて行った。

【0059】

スクリーンの全エリアは４０ｍｍ×４０ｍｍとし、評価エリアは全エリアの中央の１８．５ｍｍ×１８．５ｍｍのエリアとした。そして、全エリアに対する評価エリアの光の利用効率、及び、ｘ方向及びｘｙ方向の拡散特性を求めた。ｘｙ方向は、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれに対して４５°傾いた方向である。図１０は、実施例及び比較例における拡散光を説明するための模式図である。ｘ方向及びｘｙ方向の拡散特性は、拡散光のｘ方向及びｘｙ方向の１０％角度幅で評価した。１０％角度幅は、上述のように、拡散光の１０％角度幅は、強度分布をガウス関数でフィッティングし、フィッティングカーブにおいて最大強度の１０％以上の強度となる角度の範囲である。

【0060】

「実施例１～４、比較例１～６」
実施例１～４は、固定拡散板２０を、入射光を矩形に拡散する矩形拡散板とし、回転拡散板３０を、入射光を円形に拡散する円形拡散板とした。比較例１～６は、固定拡散板２０を円形拡散板とし、回転拡散板３０を円形拡散板とした。実施例１～４、比較例１～６では、全エリアの検出強度が１４２５ｍＷ程度となるようした。実施例１～４では固定拡散板２０の拡散角θａを５°に設定し、比較例１～６では、固定拡散板２０の拡散角θａを７°に設定した。そして、回転拡散板３０の拡散角θｂを変えて、それぞれの場合の評価を行った。以下の表１にその結果をまとめる。

【0061】

【表1】

【0062】

実施例１～４は、比較例１～６と比較して光利用効率が高かった。また拡散角θｂ／拡散角θａが０．８より小さいと、拡散光の形状が矩形に近づいた。

【0063】

「実施例５～８、比較例７～１３」
実施例５～８は、固定拡散板２０を矩形拡散板とし、回転拡散板３０を円形拡散板とした。比較例７～１３は、固定拡散板２０を円形拡散板とし、回転拡散板３０を円形拡散板とした。実施例５～８、比較例７～１３では、全エリアの検出強度が３００ｍＷ程度となるようした。実施例５～８では固定拡散板２０の拡散角θａを１０°に設定し、比較例７～１３では、固定拡散板２０の拡散角θａを１４°に設定した。そして、回転拡散板３０の拡散角θｂを変えて、それぞれの場合の評価を行った。以下の表２にその結果をまとめる。

【0064】

【表2】

【0065】

実施例５～８は、比較例７～１３と比較して光利用効率が高かった。また拡散角θｂ／拡散角θａが０．８より小さいと、拡散光の形状が矩形に近づいた。

【0066】

「実施例９～１５、比較例１４～２０」
実施例９～１５は、固定拡散板２０を矩形拡散板とし、回転拡散板３０を円形拡散板とした。比較例１４～２０は、固定拡散板２０を円形拡散板とし、回転拡散板３０を円形拡散板とした。実施例９～１５、比較例１４～２０では、全エリアの検出強度が１００ｍＷ程度となるようした。実施例９～１５では固定拡散板２０の拡散角θａを１６°に設定し、比較例１４～２０では、固定拡散板２０の拡散角θａを２２°に設定した。そして、回転拡散板３０の拡散角θｂを変えて、それぞれの場合の評価を行った。以下の表３にその結果をまとめる。

【0067】

【表3】

【0068】

実施例９～１５は、比較例１４～２０と比較して光利用効率が高かった。また拡散角θｂ／拡散角θａが０．８より小さいと、拡散光の形状が矩形に近づいた。

【0069】

またこれらの実施例及び比較例の結果を図１１にまとめる。図１１に示すように、拡散角θｂ／拡散角θａが０．７６以下であれば、比較例における光利用効率の最大値より光利用効率を高めることができる。

【符号の説明】

【0070】

１０、１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒ コヒーレント光源
２０ 固定拡散板
２１ マイクロレンズ
３０ 回転拡散板
４０ インテグレータレンズ
１００、１０１ 光学系
ＤＰ 表示装置
Ｖｃ 行仮想線
Ｖｒ 列仮想線
θ、θａ、θｂ 拡散角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】