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(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】P2024033492
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】投射型表示装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240306BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240306BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 A
G03B21/00 F
H04N5/74 H
H04N5/74 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022137100
(22)【出願日】2022-08-30
(71)【出願人】
【識別番号】516257981
【氏名又は名称】株式会社ライトショー・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110003133
【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山影 明広
(72)【発明者】
【氏名】梅 雨非
【テーマコード（参考）】
2K203
5C058
【Ｆターム（参考）】
2K203FA03
2K203FA25
2K203FA32
2K203FA44
2K203FA54
2K203FA62
2K203GA03
2K203GA08
2K203GA12
2K203GA13
2K203GA22
2K203GA25
2K203GA40
2K203HA06
2K203HA08
2K203HA64
2K203HA65
2K203HA67
2K203HA69
2K203HA73
2K203HA74
2K203HA75
2K203HA87
2K203HA93
2K203HB08
2K203HB09
2K203HB10
2K203HB22
2K203MA04
2K203MA23
2K203MA32
5C058BA35
5C058EA05
5C058EA11
5C058EA27
(57)【要約】
【課題】画像信号に応じてレーザ光を変調して投射する投射型画像表示装置の分野において、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い装置の実現が期待されていた。
【解決手段】複数の半導体レーザが出力するレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、コリメートされたレーザビームを集光する集光レンズと、集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、光拡散面を移動させることにより、レーザビームに照射される光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、光拡散面で拡散されたレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、インテグレータ照明系により矩形の照射領域が形成される位置よりもインテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、偏向走査される矩形の照射領域を反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系とを備える投射型表示装置である。
【選択図】図１
【解決手段】複数の半導体レーザが出力するレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、コリメートされたレーザビームを集光する集光レンズと、集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、光拡散面を移動させることにより、レーザビームに照射される光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、光拡散面で拡散されたレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、インテグレータ照明系により矩形の照射領域が形成される位置よりもインテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、偏向走査される矩形の照射領域を反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系とを備える投射型表示装置である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザが出力する複数のレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記複数のレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、前記光拡散面を移動させることにより、前記レーザビームに照射される前記光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、
前記インテグレータ照明系により前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記インテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、
前記偏向素子により偏向走査される前記矩形の照射領域を、反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系と、
前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
前記複数の半導体レーザが出力する複数のレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記複数のレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、前記光拡散面を移動させることにより、前記レーザビームに照射される前記光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、
前記インテグレータ照明系により前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記インテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、
前記偏向素子により偏向走査される前記矩形の照射領域を、反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系と、
前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項2】
前記光拡散素子は、回転軸を中心とする円周に沿って形成された前記光拡散面を備え、前記光拡散面は前記回転軸を中心に回転可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項3】
前記光拡散素子は、前記光拡散面が形成された透光性の基板と、前記基板を回転またはジグザグ移動または直線移動させる機構を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項4】
前記偏向素子は、回転軸を中心に回転可能で、前記回転軸を中心とする円周に沿って形成された光学面を備え、
前記光学面は、前記円周に沿って前記回転軸に対する傾斜角が変化するように構成されており、
前記傾斜角は、前記光学面を一定速度で連続的に回転させると、前記レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
前記光学面は、前記円周に沿って前記回転軸に対する傾斜角が変化するように構成されており、
前記傾斜角は、前記光学面を一定速度で連続的に回転させると、前記レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項5】
前記光拡散素子と前記偏向素子が一体化されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項6】
前記複数の半導体レーザは、Ｓｌｏｗ軸の向き及びＦａｓｔ軸の向きが揃うように配置されており、
前記矩形の照射領域の長手方向は前記半導体レーザのＳｌｏｗ軸の方向であり、
前記矩形の照射領域の短手方向は前記半導体レーザのＦａｓｔ軸の方向であり、
前記偏向素子は、前記矩形の照射領域の短手方向に沿って前記レーザビームを偏向走査する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
前記矩形の照射領域の長手方向は前記半導体レーザのＳｌｏｗ軸の方向であり、
前記矩形の照射領域の短手方向は前記半導体レーザのＦａｓｔ軸の方向であり、
前記偏向素子は、前記矩形の照射領域の短手方向に沿って前記レーザビームを偏向走査する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項7】
前記光拡散面を透過したレーザ光をコリメートする第２のコリメートレンズを備え、
前記インテグレータ照明系は、球面のマイクロレンズを２次元に配列したマイクロレンズアレイ、もしくは回折型の光拡散素子、もしくはストライプ状のマイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイのいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
前記インテグレータ照明系は、球面のマイクロレンズを２次元に配列したマイクロレンズアレイ、もしくは回折型の光拡散素子、もしくはストライプ状のマイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイのいずれかを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項8】
前記インテグレータ照明系は、前記光拡散素子を透過したレーザ光が入射されるロッドと、前記ロッドの出射面の像を転写するリレーレンズと、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項9】
前記ロッドは、光学材料から成る角柱か、または内面が反射面である中空の筒である、
ことを特徴とする請求項８に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項８に記載の投射型表示装置。
【請求項10】
前記インテグレータ照明系、前記転写光学系のいずれかは、アナモフィックレンズを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項11】
前記転写光学系は、前記矩形の照射領域を拡散板に拡大転写する第１転写光学系と、
前記第１転写光学系により前記拡散板に拡大転写された前記矩形の照射領域を前記反射型光変調素子に拡大転写する第２転写光学系と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
前記第１転写光学系により前記拡散板に拡大転写された前記矩形の照射領域を前記反射型光変調素子に拡大転写する第２転写光学系と、を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項12】
前記複数の半導体レーザと、前記コリメートレンズと、前記インテグレータ照明系と、前記偏向素子とを備えた照明ユニットが、異なる色光毎に設けられており、
前記異なる色光の照明ユニットが出力する照明光を合成する光合成部を備え、
前記異なる色光の照明ユニットの各々が出力する前記矩形の照射領域は、互いに重ならないように偏向走査されながら前記反射型光変調素子に拡大転写される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
前記異なる色光の照明ユニットが出力する照明光を合成する光合成部を備え、
前記異なる色光の照明ユニットの各々が出力する前記矩形の照射領域は、互いに重ならないように偏向走査されながら前記反射型光変調素子に拡大転写される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源装置を備えた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、レーザ光を用いた投射型表示装置が知られている。
特許文献１には、レーザ光源と、レーザ光を映像信号に応じて光変調する光音響変調器と、変調されたレーザ光を水平走査する多角形ミラーと、垂直走査するガルバノミラーと、を備えた投射型表示装置が開示されている。
特許文献１には、レーザ光源と、レーザ光を映像信号に応じて光変調する光音響変調器と、変調されたレーザ光を水平走査する多角形ミラーと、垂直走査するガルバノミラーと、を備えた投射型表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００－１８０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載された投射型表示装置では、水平走査する多角形ミラーと、垂直走査するガルバノミラーとを併用した光学的な走査手段を備えているが、水平と垂直の両方向を光学的に走査するため、大きな光路空間が必要となり、装置が大型化する問題があった。
【0005】
そこで、画像信号に応じてレーザ光を変調して投射する投射型画像表示装置の分野において、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い装置の実現が期待されていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一つの態様は、複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザが出力する複数のレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、前記コリメートレンズによりコリメートされた前記複数のレーザビームを集光する集光レンズと、前記集光レンズにより集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、前記光拡散面を移動させることにより、前記レーザビームに照射される前記光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、前記インテグレータ照明系により前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記インテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、前記偏向素子により偏向走査される前記矩形の照射領域を、反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系と、前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備える、ことを特徴とする投射型表示装置である。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、画像信号に応じてレーザ光を変調して投射する投射型画像表示装置の分野において、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態１に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図2】（ａ）レーザモジュールＬＭに含まれる半導体レーザ１１とコリメートレンズ１０２のペアの１つを示すための模式図。（ｂ）半導体レーザとコリメートレンズ１０２のペアが、４×２個配列されたレーザモジュールＬＭを示す模式図。
【図3】（ａ）半導体レーザ１１の出力光のＮｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎを例示する図。（ｂ）半導体レーザ１１の出力光のＦａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎを例示する図。
【図4】（ａ）平行方向についてのビームの広がりを示す図。（ｂ）直交方向についてのビームの広がりを示す図。
【図5】実施形態１に係るインテグレータ照明系を説明するための図。
【図6】（ａ）実施形態１に係るインテグレータ照明系ＩＮＴを一方向から見た図。（ｂ）実施形態３に係るインテグレータ照明系ＩＮＴを、（ａ）と直交する方向から見た図。（ｃ）矩形の照射領域ＩＭ１を示す図。
【図7】（ａ）インテクレータ照明系に使われるバルクのロッドを示す図。（ｂ）インテクレータ照明系に使われる中空ロッドを示す図。
【図8】（ａ）偏向器２１０の一例の外観を示す斜視図。（ｂ）偏向器２１０の側面図。
【図9】（ａ）偏向器２１０の反射面の位置と傾斜角を説明するための断面図。（ｂ）偏向器２１０の反射面の位置と傾斜角を説明するためのグラフ。
【図10】（ａ）偏向器２１０と矩形の照射領域ＩＭ１の位置関係を示す図。（ｂ）反射面のビーム照射位置２１４近傍の拡大図。（ｃ）青色の矩形の照射領域ＩＭ１がＤＢの方向に偏向走査されることを示す図。
【図11】（ａ）前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２の作用を説明するための模式図。（ｂ）反射型光変調素子３４０の画面と、矩形のレーザビームの走査範囲ＳＡの関係を示す図。（ｃ）反射型光変調素子３４０の画面を矩形のＢビーム、Ｇビーム、Ｒビームのそれぞれが照射する様子を、横軸を時間軸として示した図。
【図12】（ａ）実施形態１に係る光拡散素子４０２の側面図。（ｂ）実施形態１に係る光拡散素子４０２の上面図。
【図13】（ａ）実施形態２に係るインテグレータ照明系ＩＮＴの基本構成部分を一方向から見た図。（ｂ）実施形態２に係るインテグレータ照明系ＩＮＴの基本構成部分を、（ａ）と直交する方向から見た図。（ｃ）マイクロレンズアレイの対を示す図。（ｄ）矩形の照射領域ＩＭ１を示す図。
【図14】実施形態２に係るインテグレータ照明系ＩＮＴ、偏向器２１０、および矩形の照射領域ＩＭ１の位置関係を示す図。
【図15】（ａ）光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットの側面図。（ｂ）光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットの、別の一例の側面図。
【図16】実施形態３に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図17】実施形態４に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図18】実施形態５に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
図面を参照して、本発明の実施形態である投射型表示装置について説明する。
尚、以下に示す実施形態は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。尚、以下の実施形態及び説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。尚、図中の光学要素は模式的に表されているため、実際の形状や構成が必ずしも忠実に表されているとは限らない。例えば、図面では単レンズとして描かれていたとしても、特にただし書きがない限りは複数枚のレンズにより構成されていてもよい。
尚、以下に示す実施形態は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。尚、以下の実施形態及び説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。尚、図中の光学要素は模式的に表されているため、実際の形状や構成が必ずしも忠実に表されているとは限らない。例えば、図面では単レンズとして描かれていたとしても、特にただし書きがない限りは複数枚のレンズにより構成されていてもよい。
【0010】
以下の説明において、例えばＸプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるＸ軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Ｘマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるＸ軸矢印が指すのと１８０度反対の方向を指すものとする。また、単にＸ方向と記す場合には、図示のＸ軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、Ｘ軸と平行な方向であることを指すものとする。Ｘ以外の方向についても、同様とする。
【0011】
また、以下の説明では、赤色のことを「Ｒ」、緑色のことを「Ｇ」、青色のことを「Ｂ」と記載する場合がある。したがって、例えば、Ｒ光は赤色光と、Ｇ光源は緑色光源と、Ｂレーザは青色レーザと、それぞれ同義である。
【0012】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
図１は、実施形態１に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
【0013】
［全体構成］
投射型表示装置１０００は、Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒ、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、光合成部２２０、光路変換ミラー３３０、ＴＩＲプリズム３５０、反射型光変調素子３４０、投射レンズ３６０を備える。また、各色用の偏向器と光合成部２２０の間には前側転写レンズ２０１が配置され、光合成部２２０と光路変換ミラー３３０の間には後側転写レンズ２０２が配置されている。光合成部２２０は、ダイクロイックミラー２２１とダイクロイックミラー２２２を備える。投射型表示装置１０００は、任意的に投映スクリーン１９０を備えることができる。
投射型表示装置１０００は、Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒ、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、光合成部２２０、光路変換ミラー３３０、ＴＩＲプリズム３５０、反射型光変調素子３４０、投射レンズ３６０を備える。また、各色用の偏向器と光合成部２２０の間には前側転写レンズ２０１が配置され、光合成部２２０と光路変換ミラー３３０の間には後側転写レンズ２０２が配置されている。光合成部２２０は、ダイクロイックミラー２２１とダイクロイックミラー２２２を備える。投射型表示装置１０００は、任意的に投映スクリーン１９０を備えることができる。
【0014】
Ｂ光源４００ＢはＢ光を発する半導体レーザを、Ｇ光源４００ＧはＧ光を発する半導体レーザを、Ｒ光源４００ＲはＲ光を発する半導体レーザを、それぞれ備えている。光源については、後に詳述する。
【0015】
Ｂ用偏向器２１０Ｂは、Ｂ光源４００Ｂが発するＢ光をＤＢ方向に偏向する偏向器である。同様に、Ｇ用偏向器２１０Ｇは、Ｇ光源４００Ｇが発するＧ光をＤＧ方向に偏向する偏向器であり、Ｒ用偏向器２１０Ｒは、Ｒ光源４００Ｒが発するＲ光をＤＲ方向に偏向する偏向器である。偏向器については、後に詳述する。
【0016】
光合成部２２０は、ダイクロイックミラー２２１とダイクロイックミラー２２２を備える。ダイクロイックミラー２２１は、Ｇ光を透過させ、Ｂ光を反射する光学特性を備えている。ダイクロイックミラー２２２は、Ｇ光及びＢ光を透過させ、Ｒ光を反射する光学特性を備えている。ダイクロイックミラー２２１上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１の光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１の光軸中心とが重なるように、各光学要素は配置されている。また、ダイクロイックミラー２２２上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１の光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１の光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１の光軸中心とが重なるように、各光学要素は配置されている。
【0017】
光合成部２２０により、Ｂ光（点線）、Ｇ光（実線）、Ｒ光（一点鎖線）の進行方向は全てＺプラス方向に揃えられるが、これらの光は、どのタイミングにおいても互いに重なり合わないように合成されている。Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の各々が、互いに反射型光変調素子３４０の画面上で重ならないように、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒによる偏向走査のタイミング（偏向の位相）を制御しているからである。走査方法については後に詳述する。
光合成部２２０から出射したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、光路変換ミラー３３０によりＸプラス方向に進路を変更され、ＴＩＲプリズム３５０に入射する。
光合成部２２０から出射したＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、光路変換ミラー３３０によりＸプラス方向に進路を変更され、ＴＩＲプリズム３５０に入射する。
【0018】
ＴＩＲプリズム３５０は、例えば２つのプリズムを組み合わせて構成された内部全反射プリズムであり、照明光（Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光）をエアギャップ面で全反射させて、反射型光変調素子３４０に所定の角度で入射させる。前述したように、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光は、互いに重ならないように、それぞれが反射型光変調素子３４０の画面の一部を照明する。
【0019】
反射型光変調素子３４０には、例えばマイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤが用いられる。各表示画素に対応するマイクロミラーは、映像信号の輝度レベルに応じて、パルス幅変調により反射方向が変更されるように駆動される。ただし、反射型液晶デバイスのような、別種の反射型光変調デバイスを用いることも可能である。
【0020】
Ｂ光で照明されている画面領域の画素は、映像信号のＢ成分の輝度レベルに応じて駆動され、Ｂ映像光をＴＩＲプリズム３５０に向けて所定角度で反射する。同様に、Ｇ光で照明されている画面領域の画素は、映像信号のＧ成分の輝度レベルに応じて駆動され、Ｇ映像光をＴＩＲプリズム３５０に向けて所定角度で反射する。また、Ｒ光で照明されている画面領域の画素は、映像信号のＲ成分の輝度レベルに応じて駆動され、Ｒ映像光をＴＩＲプリズム３５０に向けて所定角度で反射する。このように、反射型光変調デバイスの変調動作は、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒによる偏向走査と同期して行われる。
【0021】
映像光（Ｂ映像光、Ｇ映像光、Ｒ映像光）は、ＴＩＲプリズム３５０を透過して、投射レンズ３６０に導かれ、カラー映像として投射される。投射レンズ３６０は、単数もしくは複数のレンズで構成され、自動焦点調節機能やズーム機能を備えることもできる。
【0022】
投映スクリーン１９０は、リアプロジェクション型の表示装置を構成する場合に用いられる。また、フロントプロジェクション型の場合にも設置されることが多いが、ユーザが任意の壁面などに投射する場合には、必ずしも設置する必要はない。
【0023】
［光源］
Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒについて説明する。Ｂ光源４００ＢはＢ光を発する半導体レーザとコリメートレンズとを含むレーザモジュールＬＭ－Ｂを、Ｇ光源４００ＧはＧ光を発する半導体とレーザコリメートレンズとを含むレーザモジュールＬＭ－Ｇを、Ｒ光源４００ＲはＲ光を発する半導体レーザとコリメートレンズを含むレーザモジュールＬＭ－Ｒを、それぞれ備えている。半導体レーザの発光波長を別にすれば、各色の光源の基本的な構成は同一であるので、以下では色光毎に区別せずに単に光源４００として説明する場合がある。
Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒについて説明する。Ｂ光源４００ＢはＢ光を発する半導体レーザとコリメートレンズとを含むレーザモジュールＬＭ－Ｂを、Ｇ光源４００ＧはＧ光を発する半導体とレーザコリメートレンズとを含むレーザモジュールＬＭ－Ｇを、Ｒ光源４００ＲはＲ光を発する半導体レーザとコリメートレンズを含むレーザモジュールＬＭ－Ｒを、それぞれ備えている。半導体レーザの発光波長を別にすれば、各色の光源の基本的な構成は同一であるので、以下では色光毎に区別せずに単に光源４００として説明する場合がある。
【0024】
（レーザモジュール）
光源４００は、半導体レーザとコリメートレンズのペアが、１次元あるいは２次元にアレイ状に配列されたレーザモジュールＬＭを備えている。
図２（ａ）は、レーザモジュールＬＭに含まれる半導体レーザとコリメートレンズのペアの１つを示すための模式図である。１１は半導体レーザ、１２は半導体レーザ１１の発光部である。尚、図２（ａ）では、図１のＢ光源４００Ｂの配置に合わせてＸＹＺ座標系の向きを表示している。図２（ａ）においては、発光部１２の長手方向ＨをＹ方向と平行にし、発光部１２から出射した光の進行方向をＺ方向と平行に図示している。
光源４００は、半導体レーザとコリメートレンズのペアが、１次元あるいは２次元にアレイ状に配列されたレーザモジュールＬＭを備えている。
図２（ａ）は、レーザモジュールＬＭに含まれる半導体レーザとコリメートレンズのペアの１つを示すための模式図である。１１は半導体レーザ、１２は半導体レーザ１１の発光部である。尚、図２（ａ）では、図１のＢ光源４００Ｂの配置に合わせてＸＹＺ座標系の向きを表示している。図２（ａ）においては、発光部１２の長手方向ＨをＹ方向と平行にし、発光部１２から出射した光の進行方向をＺ方向と平行に図示している。
【0025】
発光部１２の長手方向Ｈとは、典型的には、半導体レーザ１１を構成する半導体チップの側面において、Ｐ型クラッド層とＮ型クラッド層に挟まれた活性層が延在している方向である。図２（ａ）に示すように、以後の説明では、半導体レーザ１１の発光部１２の長手方向Ｈと平行な方向を「平行方向」あるいは「Ｓｌｏｗ軸」と記し、発光部１２の長手方向と直交する方向を「直交方向」あるいは「Ｆａｓｔ軸」と記す場合がある。半導体レーザ１１からは、直線偏光の光が出射し、その電界の振動方向は平行方向（Ｙ方向）である。
【0026】
半導体レーザ１１の出力光は、出射方向によって角度特性が異なることが知られているが、図３（ａ）に出力光のＮｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎを、図３（ｂ）に出力光のＦａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎを例示する。
【0027】
図３（ａ）に示すように、Ｎｅａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎでは、発光部の形状（長手、短手）を反映したビームプロファイルであることが判る。一方、ビームが進行するにつれて、図３（ｂ）のＦａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎに例示するように、ビームは広がってゆく。すなわち、平行方向についてみれば、半導体レーザ１１から出射したビームは、広がりが小さく、狭い角度範囲内に強度分布が均一なパターンで進行してゆくことがわかる。一方、直交方向についてみれば、半導体レーザ１１から出射したビームは、強度分布が山形になるパターン（ガウシアン）になり、進行するにつれて平行方向よりも広い角度範囲に広がってゆくことがわかる。半導体レーザの活性層は、直交方向の厚さが小さいため、出射する際に回折の影響を大きく受けるためである。Ｆａｒ－Ｆｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎで見て広がりが小さな平行方向をＳｌｏｗ軸、広がりが大きな直交方向をＦａｓｔ軸と呼ぶこともできる。
【0028】
本実施形態では、図２（ａ）に示すようにコリメートレンズ１０２（第１コリメートレンズ）を用いて半導体レーザ１１から出射したレーザビームを成形する。すなわち、長手方向の長さがＨｙ１である発光部１２から出射した光は、コリメートレンズ１０２によりコリメートされ、断面が楕円形状のビームとなってＺ方向に進行する。尚、楕円形状の長径はＸ方向と平行で、短径はＹ方向と平行である。
【0029】
コリメートレンズ１０２を通過しても、ビームが光軸（Ｚ方向）と完全に平行になるわけではなく、平行方向（発光部の長手方向）と直交方向（発光部の短手方向）ではビームの広がり方が異なったものとなる。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、コリメートレンズ１０２を通過した後のビームの広がり方の違いについて説明する。図４（ａ）は平行方向についての広がりを示し、図４（ｂ）は直交方向についての広がりを示している。
【0030】
図４（ａ）に示すように、平行方向についてみれば、ビーム強度のトップはフラットではあるものの、Ｚ方向に進むにつれてビーム径が広がってしまうので、ダイバージェンスが良好であるとは言えない。これに対して、図４（ｂ）に示すように、直交方向についてみれば、コリメートレンズ１０２からの距離が変化してもビーム強度分布とビーム径の変化が小さいのが判る。すなわち、コリメートレンズ１０２を透過した後のレーザビームは、直交方向（半導体レーザのＦａｓｔ軸）の方が平行方向（半導体レーザのＳｌｏｗ軸）よりも平行性が高く、ダイバージェンスが良好である。
【0031】
後述するように、本発明では、光源４００から出力されるビームのダイバージェンスが直交方向（矩形の短手方向）において優れる（ビームの平行度が高い）という性質を利用して、直交方向に沿ってビームを偏向走査させて光変調素子を照明する。ダイバージェンスが優れる方向に沿ってビームを偏向走査する方が、光変調素子の画面上でＢ、Ｇ、Ｒの各色照射領域の重なりを防止するのに有利だからである。
【0032】
光源４００は、複数の半導体レーザおよびコリメートレンズ１０２（第１コリメートレンズ）のペアを含んだレーザモジュールＬＭを備えている。図２（ｂ）は、半導体レーザ１１とコリメートレンズ１０２のペアが、４×２個配列されたレーザモジュールＬＭを示す模式図である。尚、図２（ｂ）では、図１のＢ光源１００Ｂに合わせてＸＹＺ座標系の向きを表示している。
【0033】
レーザモジュールＬＭにおいては、複数の半導体レーザがＹ方向に沿って等間隔に並ぶように配置されている。また、どの半導体レーザも、発光部１２の長手方向がＹ方向に沿う向きになるように配置されている。４×２素子の半導体レーザを用いる例を示すが、素子の数はこの例に限られるわけではない。レーザモジュールＬＭは、複数の半導体レーザを１列だけ、あるいは３列以上にわたりＹ方向に沿って配列する構成にしてもよい。Ｙ方向に沿った半導体レーザの素子列を１列あるいは３列以上備える光源４００であっても、出力されるビームは、発光部の短手方向の方が長手方向よりもダイバージェンスが良好である。
【0034】
（インテグレータ照明系／光学的重畳手段）
本実施形態の光源４００は、レーザモジュールＬＭから出射される複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するためのインテグレータ照明系ＩＮＴを備えている。図５～図７（ｂ）を参照して、インテグレータ照明系ＩＮＴについて説明する。
本実施形態の光源４００は、レーザモジュールＬＭから出射される複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するためのインテグレータ照明系ＩＮＴを備えている。図５～図７（ｂ）を参照して、インテグレータ照明系ＩＮＴについて説明する。
【0035】
レーザモジュールＬＭに含まれる半導体レーザ１１の各々から出射されるレーザビームは、コリメートレンズ１０２の作用でおよそ平行となるが、ダイバージェンスについては既に説明したとおりである。本実施形態の光源は、図６（ｃ）に示す矩形の照射領域ＩＭ１を形成するため、各半導体レーザから出射されるレーザビームを重ね合わせるインテグレータ照明系ＩＮＴを備える。
【0036】
図５は、実施形態１に係る光源４００、すなわちロッドインテグレータを備えたインテグレータ照明系を説明するための図である。本実施形態に係るインテグレータ照明系は、レーザモジュールＬＭ、集光レンズ４０１、光拡散素子４０２、ロッドインテグレータ４０３、リレーレンズ４０６を備え、矩形の照射領域ＩＭ１を形成する。レーザモジュールＬＭが備える半導体レーザ、半導体レーザの発光部１２、コリメートレンズ１０２などについては、図２（ａ）～図４（ｂ）を参照して説明した通りである。
【0037】
レーザモジュールＬＭに含まれる半導体レーザの各々から出射されるレーザビームは、コリメートレンズ１０２の作用でおよそ平行となるが、ダイバージェンスについては既に説明した通りである。レーザモジュールＬＭから出力される略コリメートされたレーザビームは、集光レンズ４０１により、ロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰに向けて集光される。図では、集光レンズ４０１は１枚の凸レンズで示されているが、収差を抑制する等の目的で複数枚のレンズで構成してもよい。
【0038】
ロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰの近傍には光拡散素子４０２が配置されており、光拡散素子４０２により拡散されたレーザビームは入射面ＩＮＰからロッドインテグレータ４０３に入射する。レーザモジュールＬＭから出力されるビームは、矩形の短手方向の方が長手方向よりもダイバージェンスが良好であるため、ロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰでの光の取り込み損失を抑制でき、利用効率を向上することが出来る。ロッドインテグレータ４０３に入射した光は、側面で全反射を繰り返した後に出射面ＥＸＰから出射するが、光拡散素子４０２の拡散能（拡散角）とロッドインテグレータ４０３の長さを適宜設定することにより、出射面ＥＸＰにおける照度分布を均一化することが出来る。
【0039】
図１２（ａ）に、光拡散素子４０２の側面図を、図１２（ｂ）に、光拡散素子４０２の上面図を示す。尚、座標系は図５に合わせて表示している。光拡散素子４０２は、光拡散面ＤＩＦが形成された透光性基板ＳＵＢと、回転軸ＣＸを中心に透光性基板ＳＵＢを回転させるモータ４０４とを備えている。光拡散面ＤＩＦは、透光性基板ＳＵＢにレーザ光が入射する側の主面、あるいは透光性基板ＳＵＢを透過したレーザ光が出射する側の主面、あるいはその両面に、例えば微細な凹凸形状を付与することにより形成することが出来る。
【0040】
レーザ光のようにコヒーレント性が高い光を、インテグレータ光学系で重ね合わせて用いる際には、幾何光学的な作用だけでなく、波動光学的な作用も合わせて考慮する必要がある。波動光学的な作用を考慮すると、ロッドインテグレータ４０３に入射したレーザ光が互いに干渉して、矩形の照射領域ＩＭ１の中に干渉縞や斑などの明暗パターンを発生させる場合が有り得る。矩形の照射領域ＩＭ１の内部に不均一な明暗パターンが固定的に発生すると、表示画像にはユーザが視認可能な画質劣化が生じ得るため、表示用の照明光としては好ましいものではない。
【0041】
そこで、本実施形態で用いられる光拡散素子４０２は、レーザ光の照射スポット（照射位置）よりも広い面積の光拡散面ＤＩＦを備えるとともに、光拡散面ＤＩＦを移動させるための移動機構（モータ４０４）を備えており、レーザ光に照射される光拡散面ＤＩＦの部位を動的に変更することができる。言い換えれば、光拡散素子４０２は、動的な拡散面を備えた光学素子だと言うことができる。
【0042】
本発明では、動的な光拡散面を備えた光拡散素子は、レーザ光源と、インテグレータ光学系の入射面の間に配置される。本実施形態の場合は、図５に示すように、光拡散素子４０２は、レーザモジュールＬＭとロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰの間に配置されている。このような配置にしたうえで、レーザ光が照射する光拡散面ＤＩＦの部位を適宜の速度で移動させることにより、インテグレータ光学系に入射させる光の時間的・空間的なコヒーレント性を低減させることが出来る。そうすることにより、インテグレータ光学系にて光が重ね合わされる際に、互いに干渉して干渉縞等の明暗分布が発生するのを抑制することが出来る。適宜の速度で光拡散面を移動させることにより、人間の視覚特性上は、矩形の照射領域ＩＭ１内における実効的な照度分布を、極めて均一なものにすることが出来る。
【0043】
本実施形態では、円板状の光拡散板を回転させ、光拡散板内においてレーザ光の照射位置が円周に沿って相対移動するように構成したが、動的な光拡散面を備えた光拡散素子の構成はこれに限られるわけではない。例えば、ピエゾアクチュエータ等の駆動機構を用いて拡散板を直線移動あるいはジグザグ移動で往復させるなどして、光拡散板上におけるレーザ光の照射位置が時間とともに動的に変更される形態とすることもできる。こうした形態によっても、インテグレータ光学系に入射させるレーザ光のコヒーレント性を低減することが出来るため、人間の視覚特性上は、矩形の照射領域ＩＭ１内における実効的な照度分布を極めて均一なものにすることが出来る。
【0044】
図５に戻り、ロッドインテグレータ４０３の出射面ＥＸＰから出射される像を、リレーレンズ４０６で転写することにより、照度の均一性が高い矩形の照射領域ＩＭ１を得ることが出来る。リレーレンズの転写倍率を適宜設定することにより、縮小あるいは等倍あるいは拡大した所望のサイズの照射領域ＩＭ１を得ることが出来る。尚、図５では、リレーレンズ４０６は、前側凸レンズ４０６ａと後側凸レンズ４０６ｂの２枚で構成されているが、リレーレンズ４０６の構成はこの例に限られるものではない。
【0045】
図６（ａ）は、半導体レーザの発光部１２の短手方向（Ｘ方向）が見える向きでインテグレータ照明系ＩＮＴを含む光源４００を示した図である。図６（ｂ）は、半導体レーザの発光部１２の長手方向（Ｙ方向）が見える向きでインテグレータ照明系ＩＮＴを含む光源４００を示した図である。
【0046】
ロッドインテグレータ４０３は、入射した光をその側面で全反射させ得る光学素子であればよく、例えば図７（ａ）に示すものや、図７（ｂ）に示すものが用いられ得る。好適には、入射面ＩＮＰの形状、出射面ＥＸＰの形状、およびロッド部分の断面形状が同一となるようにロッドインテグレータ４０３は構成される。
【0047】
図７（ａ）に示すロッドインテグレータ４０３は、例えば光学ガラスや透光性樹脂のような光学材料から成る中実の四角柱状の素子であり、端面である入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰの形状は、長辺がＨ０、短辺がＶ０の矩形となっている。入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰには、反射防止膜（ＡＲコート）を付与しておくのが望ましい。
また、図７（ｂ）に示すロッドインテグレータ４０３は、中空の四角柱、すなわち筒形状の素子であり、筒の内面には例えばアルミニウム等を材料とする反射面が形成されている。筒の開口部である入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰの形状は、長辺がＨ０、短辺がＶ０の矩形となっている。例えば、ガラス製や金属性の板状の基板に、アルミニウム膜等の反射膜を蒸着した後に、基板を張り合わせて筒状に組み立てることにより、比較的安価に製造することが出来る。
また、図７（ｂ）に示すロッドインテグレータ４０３は、中空の四角柱、すなわち筒形状の素子であり、筒の内面には例えばアルミニウム等を材料とする反射面が形成されている。筒の開口部である入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰの形状は、長辺がＨ０、短辺がＶ０の矩形となっている。例えば、ガラス製や金属性の板状の基板に、アルミニウム膜等の反射膜を蒸着した後に、基板を張り合わせて筒状に組み立てることにより、比較的安価に製造することが出来る。
【0048】
ロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰの形状は、上述のように長辺がＨ０、短辺がＶ０の矩形であるが、リレーレンズ４０６により、図６（ｃ）に示す長辺がＨ１、短辺がＶ１の矩形の照射領域ＩＭ１が形成される。矩形の照射領域ＩＭ１の長辺が平行方向（半導体レーザのＳｌｏｗ軸方向）に対応し、短辺が直交方向（半導体レーザのＦａｓｔ軸方向）に対応する。例えば、ロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰおよび出射面ＥＸＰの形状を、Ｘ方向（短辺Ｖ０）が０．３３ｍｍ、Ｙ方向（長辺Ｈ０）が１．６７ｍｍの矩形とし、リレーレンズ４０６の倍率を１．２倍とすれば、Ｖ１が０．４ｍｍ、Ｈ１が２ｍｍ程度の矩形の照射領域ＩＭ１を得ることができる。
【0049】
（偏向器）
図１に示すように、光源４００（Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒ）と、それぞれが照射する矩形の照射領域ＩＭ１の間には、偏向器（Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ）が配置されている。
Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒについて説明する。これらは、異なる色のレーザビームを偏向走査するのに用いられる偏向素子であるが、基本的な構成は同一であるので、以下では特に色を特定せずに偏向器２１０として説明する場合がある。
図１に示すように、光源４００（Ｂ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒ）と、それぞれが照射する矩形の照射領域ＩＭ１の間には、偏向器（Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ）が配置されている。
Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒについて説明する。これらは、異なる色のレーザビームを偏向走査するのに用いられる偏向素子であるが、基本的な構成は同一であるので、以下では特に色を特定せずに偏向器２１０として説明する場合がある。
【0050】
図８（ａ）は、偏向器２１０の一例の外観を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、偏向器２１０の側面図である。
偏向器２１０は、回転可能な円板状の基体２１１と、回転軸ＡＸを中心に基体２１１を回転させるモータ２１２を備えている。円板状の基体２１１の主面には、円周に沿って帯状の光学面である反射面２１３が設けられている。ここで、反射面の位置を特定するため、図８（ａ）に示すように、回転軸ＡＸを中心として反時計回りに角度座標を設定する。（図では、０°、９０°、１８０°、２７０°が示されている）。また、図に示す軸ＢＸは、回転軸ＡＸと平行で反射面２１３を通る軸である。ビーム照射位置２１４として示すのは、光源４００から出力されたビームが、矩形の照射領域ＩＭ１に到達する前に反射される際のビーム位置である。
偏向器２１０は、回転可能な円板状の基体２１１と、回転軸ＡＸを中心に基体２１１を回転させるモータ２１２を備えている。円板状の基体２１１の主面には、円周に沿って帯状の光学面である反射面２１３が設けられている。ここで、反射面の位置を特定するため、図８（ａ）に示すように、回転軸ＡＸを中心として反時計回りに角度座標を設定する。（図では、０°、９０°、１８０°、２７０°が示されている）。また、図に示す軸ＢＸは、回転軸ＡＸと平行で反射面２１３を通る軸である。ビーム照射位置２１４として示すのは、光源４００から出力されたビームが、矩形の照射領域ＩＭ１に到達する前に反射される際のビーム位置である。
【0051】
帯状の反射面２１３は、軸ＢＸに対する角度（すなわち回転軸ＡＸに対する角度）が位置によって変化するようにねじれている。図９（ａ）と図９（ｂ）を参照して、反射面の角度について説明する。図９（ａ）と図９（ｂ）において、反射面の位置として示されているのは、図８（ａ）で説明した角度座標により規定される位置である。また、反射面の傾斜角として示されるのは、円板状の基体２１１の主面（すなわち軸ＢＸと直交する面）を基準とした時の、反射面の傾斜角である。
【0052】
図９（ｂ）に示すように、反射面の位置に対して反射面の傾斜角がリニアに変化するように、反射面２１３は構成されている。図８（ａ）、図９（ｂ）に示すように、反射面の位置が０°（３６０°）において反射面の傾斜角が不連続になるため、説明の便宜上、図９（ａ）では反射面の位置が１°と３５９°の場合の傾斜角を示している。
【0053】
モータにより基体２１１がＲ方向に回転されると、反射面２１３も回転軸ＡＸの回りを回転するため、図８（ａ）に示したビーム照射位置２１４にてレーザビームが照射される部位の角度座標は、０°→９０°→１８０°→３６０°（＝０°）→９０°・・・のように連続的に変化してゆく。
【0054】
反射面が回転してレーザビームに照射される反射面の部位が変化したとしても、図９（ａ）に示すように、入射ビームは常に軸ＢＸに対してαの角度で反射面２１３に入射する。一方、反射面の位置に応じて反射面の傾斜角は、－θから＋θの範囲で変化する。このため、図９（ａ）に示すように、反射面２１３で反射されたレーザビームの方向は、軸ＢＸを基準にすると、（α－２×θ）から（α＋２×θ）までの４θの角度範囲内で変化する。つまり、傾斜角は、光学面（反射面）を一定速度で連続的に回転させると、レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
【0055】
言い換えれば、図８（ｂ）に示すように、偏向器２１０は、出射ビームをＲＤ１（軸ＢＸに対して（α－２×θ））からＲＤ２（軸ＢＸに対して（α＋２×θ））までの角度範囲内で偏向走査することができる。図８（ａ）のＲ方向に反射面２１３を連続回転させると、出射ビームは、図８（ｂ）のＲＤ１からＲＤ２に向けて連続的に偏向（走査）されてゆき、ＲＤ２に達すると瞬時にＲＤ１に回帰し、再びＲＤ２に向けて偏向（走査）されてゆく。また、もし反射面２１３をＲ方向とは逆に回転させるのであれば、出射ビームは、図８（ｂ）のＲＤ２からＲＤ１に向けて連続的に偏向（走査）されてゆき、ＲＤ１に達すると瞬時にＲＤ２に回帰し、再びＲＤ１に向けて偏向（走査）されてゆくことになる。
【0056】
このように、偏向器２１０によれば、回転体を一定速度で連続的に回転させるという簡単な駆動方法で、レーザビームを所定方向に等速度で再帰的に偏向走査することができる。後述するように、反射型光変調素子３４０の駆動タイミング（あるいは、反射型光変調素子３４０に入力する画像信号）と同期して回転するようにモータ２１２を制御することにより、照明光を反射型光変調素子３４０の画面においてＶ方向に走査することができる。
【0057】
尚、本発明を実施するにあたり、回転体を備えた偏向器２１０の代わりに、ガルバノミラーを用いてもよい。ただし、ガルバノミラーを用いた場合には、装置の大型化、振動の発生、コストの増大等が見込まれるため、回転体を備えた偏向器２１０を用いるのが望ましい。
【0058】
図１０（ａ）に、偏向器２１０と、偏向器２１０の先に形成される矩形の照射領域ＩＭ１の、位置関係を示す。座標系は、Ｂ光源１００Ｂを基準に示している。また、図１０（ｂ）に、反射面のビーム照射位置２１４近傍の拡大図を示す。矩形の照射領域ＩＭ１よりも距離Ｌだけ光源側に、反射面のビーム照射位置２１４が配置されている。図１０（ｃ）に示すように、青色の矩形の照射領域ＩＭ１は、偏向器２１０の回転に応じてＤＢの方向に偏向走査される。
【0059】
尚、偏向器２１０の製造方法について付言すると、円周に沿って帯状の反射面２１３が設けられた円板状の基体２１１は、例えばプレス押出工法で金属母材を加工することにより低コストで製造することが可能である。図９（ａ）に例示したように、反射面２１３の近傍には基体２１１の主面から突出した部分や凹んだ部分が存在するが、回転バランスを良好にするため、回転軸ＡＸを通る断面で見た時、どの位置の断面であっても断面積が等しい形状にするのが望ましい。また、基体２１１の主面から突出する最大高さや、主面から凹む最大深さは、風切り音を低減するため、平均板厚の３／４以下にするのが望ましい。具体的には、基体２１１の平均板厚は、０．７ｍｍ以上で２ｍｍ以下とするのが望ましく、θは３°以上で６°以下とするのが望ましい。
【0060】
以上説明した偏向器により、Ｂ、Ｇ、Ｒのレーザビームにより形成される各色の矩形の照射領域ＩＭ１は、図１に示すように、それぞれＤＢ、ＤＧ、ＤＲの方向に偏向走査される。
【0061】
（光合成部）
各色のレーザビームは、図１に示す光合成部２２０により進行方向が揃えられるが、光合成部２２０の作用については、すでに全体構成の項で説明したとおりである。
各色のレーザビームは、図１に示す光合成部２２０により進行方向が揃えられるが、光合成部２２０の作用については、すでに全体構成の項で説明したとおりである。
【0062】
（転写光学系）
各色のレーザビームにより形成される矩形の照射領域ＩＭ１は、各色用の前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ２００（第１転写光学系）により、反射型光変調素子３４０の画面に拡大転写される。前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２は、それぞれ正のパワーをもつ凸レンズである。
各色のレーザビームにより形成される矩形の照射領域ＩＭ１は、各色用の前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ２００（第１転写光学系）により、反射型光変調素子３４０の画面に拡大転写される。前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２は、それぞれ正のパワーをもつ凸レンズである。
【0063】
図１１（ａ）は、前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２の作用を説明するための模式図である。図示のように、矩形の照射領域ＩＭ１は、矩形の２次転写像ＩＭ２として拡大転写される。矩形の２次転写像ＩＭ２は、図１に示すように反射型光変調素子３４０の画面位置に設定されている。矩形の照射領域ＩＭ１を、矩形の２次転写像ＩＭ２に拡大する転写倍率は、例えば６倍（Ｖ１：Ｖ２＝１：６）程度である。
【0064】
図１１（ｂ）に、反射型光変調素子３４０の画面と、矩形のレーザビームの走査範囲ＳＡの関係を示す。反射型光変調素子３４０の画面サイズをＨ（水平方向）×Ｖ（垂直方向）とすると、矩形のレーザビームの走査範囲ＳＡは、画面サイズよりも大きなＨ’×Ｖ’の領域をカバーする。尚、矩形の照射領域ＩＭ１が偏向器２１０により走査される走査範囲に対して、矩形のレーザビームの走査範囲ＳＡは、上述した転写倍率で拡大されている。
【0065】
図１１（ｃ）は、反射型光変調素子３４０の画面を矩形のＢビーム、Ｇビーム、Ｒビームのそれぞれが照射する様子を、横軸を時間軸として示した図である。Ｂビーム、Ｇビーム、Ｒビームは、走査方向ＳＤに沿って反射型光変調素子３４０の画面を垂直走査し、１フレーム時間で１画面の走査を完了する。各色領域の境界部分で混色が生じないように、Ｂビーム、Ｇビーム、Ｒビームは、互いに重複しないように構成されており、必然的に各ビームの垂直方向の幅Ｖ２は、Ｖ’の１／３以下に構成されている。各ビームの垂直方向の幅は、反射型光変調素子３４０の画面の垂直方向の幅の１／６以上かつ１／３以下に設定され得る。
【0066】
以上のように、本実施形態の投射型表示装置は、複数の半導体レーザと、コリメートレンズと、インテグレータ照明系と、偏向素子とを備えた照明ユニットが、異なる色光毎に設けられており、異なる色光の照明ユニットが出力する照明光を合成する光合成部を備え、異なる色光の照明ユニットの各々が出力する矩形の照射領域は、互いに重ならないように偏向走査されながら反射型光変調素子に拡大転写される。
【0067】
本実施形態に係る投射型表示装置の照明系においては、動的な拡散面を備えた光拡散素子が、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に配置されている。具体的には、図５に示したように、光拡散素子４０２が、レーザモジュールＬＭとロッドインテグレータ４０３の入射面ＩＮＰの間に配置されている。このような配置を設定したうえで、レーザ光が照射する光拡散面ＤＩＦの部位を適宜の速度で移動させることにより、インテグレータ光学系に入射させるレーザ光の時間的・空間的なコヒーレント性を低減させることが出来る。そうすることにより、インテグレータ光学系にて光が重ね合わされる際に、互いに干渉して干渉縞等の明暗分布が発生するのを抑制することができる。適宜の速度で拡散面を移動させることにより、人間の視覚特性上は、矩形の照射領域ＩＭ１内における実効的な照度分布を、極めて均一なものにすることが出来る。このため、本実施形態によれば、照度が均一な矩形の照射領域ＩＭ１を転写して、反射型光変調素子の画面を照明することにより、高い画質の投射画像を表示することが出来る。
【0068】
本実施形態によれば、画像信号に応じてレーザ光を変調して投射する投射型画像表示装置の分野において、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い装置を実現することができる。
【0069】
［実施形態２］
実施形態２に係る投射型表示装置について説明する。実施形態１と共通する部分については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態に係る投射型表示装置は、図１を参照して説明した実施形態１と類似の構成を備えているが、光源部の構成が実施形態１とは異なる。すなわち、実施形態１のＢ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒは、ロッドインテグレータを用いてレーザ光を重ね合わせる構成であったが、実施形態２の光源部では、ロッドインテグレータではなく、マイクロレンズアレイを用いてイングレータ光学系を構成している。後述するように、本実施形態においても、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に、動的な拡散面を備えた光拡散素子を配置している。
実施形態２に係る投射型表示装置について説明する。実施形態１と共通する部分については、説明を簡略化ないし省略する。
本実施形態に係る投射型表示装置は、図１を参照して説明した実施形態１と類似の構成を備えているが、光源部の構成が実施形態１とは異なる。すなわち、実施形態１のＢ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒは、ロッドインテグレータを用いてレーザ光を重ね合わせる構成であったが、実施形態２の光源部では、ロッドインテグレータではなく、マイクロレンズアレイを用いてイングレータ光学系を構成している。後述するように、本実施形態においても、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に、動的な拡散面を備えた光拡散素子を配置している。
【0070】
まず、図１３（ａ）～図１３（ｄ）を参照して、本実施形態に係る光源の基本部分について説明する。尚、これらの図は、マイクロレンズアレイを用いたイングレータ光学系の基本部分を説明するための図であるため、動的な光拡散素子は図示されていない。動的な光拡散素子については、後述する。
【0071】
図１３（ａ）は、半導体レーザの発光部１２の短手方向（Ｘ方向）が見える向きでインテグレータ照明系ＩＮＴを含む光源を示した図である。図１３（ｂ）は、半導体レーザの発光部１２の長手方向（Ｙ方向）が見える向きでインテグレータ照明系ＩＮＴを含む光源を示した図である。図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、インテグレータ照明系ＩＮＴは、マイクロレンズアレイ１０３、マイクロレンズアレイ１０４、集光レンズ１０６を備えている。マイクロレンズアレイ１０３とマイクロレンズアレイ１０４は対を成して構成されている。
【0072】
図１３（ｃ）に示すように、各マイクロレンズアレイには、レーザビームの進行方向（同図ではＺ方向）に沿って見た時、Ｘ方向にＶ０、Ｙ方向にＨ０のサイズのマイクロレンズが、ＸＹ平面に沿って２次元的に配列されている。マイクロレンズアレイ１０３の各マイクロレンズの入射面およびマイクロレンズアレイ１０４の各マイクロレンズの出射面は、球面形状である。また、マイクロレンズアレイ１０３の各マイクロレンズの出射面およびマイクロレンズアレイ１０４の各マイクロレンズの入射面は、平坦面である。マイクロレンズアレイ１０３の各マイクロレンズとマイクロレンズアレイ１０４の各マイクロレンズの焦点距離は、互いに相手方の球面位置に結像できるように設定される。
【0073】
マイクロレンズアレイ１０３とマイクロレンズアレイ１０４を通過したレーザビームは、集光レンズ１０６により集光され、図１３（ｄ）に示すように、Ｘ方向の長さがＶ１でＹ方向の長さがＨ１の矩形の照射領域ＩＭ１を形成する。尚、図１３（ｄ）に示す矩形の照射領域ＩＭ１は、図６（ｃ）を参照して説明した実施形態１の矩形の照射領域ＩＭ１と同様のものである。
【0074】
半導体レーザ１１はランプ光源などと比べてダイバージェンスが良好なため、例えばマイクロレンズの配列ピッチを０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の範囲内とすれば、Ｖ１またはＨ１が１ｍｍ～２ｍｍ程度の矩形の照射領域ＩＭ１を得ることができる。矩形の照射領域ＩＭ１の長手方向が平行方向（半導体レーザのＳｌｏｗ軸方向）、短手方向が直交方向（半導体レーザのＦａｓｔ軸方向）に対応する。光源から出力されるビームは、矩形の短手方向の方が長手方向よりもダイバージェンスが良好である。本実施形態では、球面と平坦面を備えたマイクロレンズをアレイ状に配列したマイクロレンズアレイの対を採用したが、場合によっては入射側も出射側も曲面のレンズをアレイ状に配列したフライアイレンズの対を用いてもよい。あるいは、光源のダイバージェンスが良好な（ＮＡが小さい）場合には、対ではなく単板のマイクロレンズアレイを用いてもよい。
【0075】
マイクロレンズアレイを用いたイングレータ光学系の基本部分を説明したが、本実施形態においても、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に、動的な拡散面を備えた光拡散素子を配置している。
【0076】
レーザ光のようにコヒーレント性が高い光を、インテグレータ光学系で重ね合わせて用いる際には、幾何光学的な作用だけでなく、波動光学的な作用も合わせて考慮する必要がある。波動光学的な作用を考慮すると、マイクロレンズアレイを備えたインテグレータ光学系に入射したレーザ光が互いに干渉して、矩形の照射領域ＩＭ１の中に干渉縞や斑などの明暗パターンを発生させる場合が有り得る。矩形の照射領域ＩＭ１の内部に不均一な明暗パターンが固定的に発生すると、表示画像にはユーザが視認可能な画質劣化が生じ得るため、表示用の照明光としては好ましいものではない。
【0077】
そこで、本実施形態においても、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示したように、レーザ光の照射スポット（照射位置）よりも広い面積の光拡散面ＤＩＦと、光拡散面ＤＩＦを移動させるための移動機構（回転軸がＣＸのモータ４０４）とを備えた光拡散素子４０２を用いる。
【0078】
図１４に、本実施形態に係る光源１００の具体的な構成を示す。尚、図１４では、実施形態１の説明で参照した図１０（ａ）と同様に、偏向器２１０と、偏向器２１０により反射された矩形の照射領域ＩＭ１の位置関係が示されており、座標系は、図１のＢ光源１００Ｂの配置を基準にして示されている。
【0079】
光源１００は、図１３（ａ）、図１３（ｂ）を参照して説明したインテグレータ光学系の基本構成に、集光レンズ４０１、光拡散素子４０２、コリメータレンズ５０１を付加したものである。半導体レーザの発光部１２から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１０２を経て略コリメートされた後、集光レンズ４０１により光拡散素子４０２の拡散面近傍に集光される。光拡散素子４０２には、実施形態１と同様のものが用いられ、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に動的な拡散面を配置することにより、インテグレータ光学系に入射させるレーザ光の時間的・空間的なコヒーレント性を低減させることが出来る。
【0080】
光拡散素子４０２を透過したレーザ光は、コリメータレンズ５０１によりコリメートされ、インテグレータ照明系ＩＮＴのマイクロレンズアレイ１０３に入射する。インテグレータ照明系ＩＮＴにより重ね合わされたレーザ光は、偏向器２１０により反射され、矩形の照射領域ＩＭ１が形成される。
【0081】
本実施形態に係る投射型表示装置の照明系においても、動的な拡散面を備えた光拡散素子が、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に配置されている。具体的には、図１４に示したように、光拡散素子４０２が、レーザモジュールＬＭとインテグレータ照明系ＩＮＴの入射面であるマイクロレンズアレイ１０３の間に配置されている。このような配置を設定したうえで、レーザ光が照射する光拡散面ＤＩＦの部位を適宜の速度で移動させることにより、インテグレータ光学系に入射させるレーザ光の時間的・空間的なコヒーレント性を低減させることが出来る。そうすることにより、インテグレータ光学系にて光が重ね合わされる際に、互いに干渉して干渉縞等の明暗分布が発生するのを抑制することができる。適宜の速度で拡散面を移動させることにより、人間の視覚特性上は、矩形の照射領域ＩＭ１内における実効的な照度分布を、極めて均一なものにすることが出来る。このため、本実施形態によれば、照度が均一な矩形の照射領域ＩＭ１を転写して、反射型光変調素子の画面を照明することにより、高い画質の投射画像を表示することが出来る。
【0082】
本実施形態では、円板状の光拡散板を回転させ、光拡散板内においてレーザ光の照射位置が円周に沿って相対移動するように構成したが、動的な光拡散面を備えた光拡散素子の構成はこれに限られるわけではない。例えば、ピエゾアクチュエータ等の駆動機構を用いて拡散板を直線あるいはジグザグに往復移動させるなどして、光拡散板上におけるレーザ光の照射位置が時間とともに動的に変更される形態とすることもできる。こうした形態によっても、インテグレータ光学系に入射させるレーザ光のコヒーレント性を低減することが出来るため、人間の視覚特性上は、矩形の照射領域ＩＭ１内における実効的な照度分布を極めて均一なものにすることが出来る。
【0083】
本実施形態によれば、画像信号に応じてレーザ光を変調して投射する投射型画像表示装置の分野において、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い装置を実現することができる。
【0084】
［実施形態３］
実施形態１では、光拡散素子４０２と偏向器２１０は、それぞれ回転する可動部を備えているが、モータ等の回転機構は別々に設けられていた。これに対して、本実施形態では、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化して、単一の回転機構で動作可能な構成とした。
実施形態１では、光拡散素子４０２と偏向器２１０は、それぞれ回転する可動部を備えているが、モータ等の回転機構は別々に設けられていた。これに対して、本実施形態では、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化して、単一の回転機構で動作可能な構成とした。
【0085】
図１５（ａ）は、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットの側面図である。簡単に言えば、ユニット２３０ａは、図８（ａ）等を参照して説明した偏向器２１０の基体２１１に、図１２（ａ）等を参照して説明した光拡散面ＤＩＦが形成された透光性基板ＳＵＢを貼り合わせて一体化したものである。基体２１１と透光性基板ＳＵＢは、回転軸を合わせて一体化されており、モータ２１２で回転することが出来る。
尚、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットの構成は、この例に限られるわけではない。例えば、光拡散面ＤＩＦ（拡散部）と反射面２１３を別々の基板に形成してから基板を貼り合わせるのではなく、図１５（ｂ）に示すように、単一の基板上に光拡散面ＤＩＦ（拡散部）と反射面２１３が形成されたユニット２３０ｂであってもよい。
尚、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットの構成は、この例に限られるわけではない。例えば、光拡散面ＤＩＦ（拡散部）と反射面２１３を別々の基板に形成してから基板を貼り合わせるのではなく、図１５（ｂ）に示すように、単一の基板上に光拡散面ＤＩＦ（拡散部）と反射面２１３が形成されたユニット２３０ｂであってもよい。
【0086】
図１６に、係るユニットを備えた実施形態３の投射型表示装置１００１の全体構成を示す。図１に示した実施形態１と共通する部分については、説明を簡略化ないし省略する。図示のように、本実施形態では、光拡散素子と偏向器が一体化されたユニット２３０ａが、各色毎に設けられている。
【0087】
レーザモジュールＬＭから出射されたレーザ光は、ユニット２３０ａの動的な光拡散面ＤＩＦの近傍に集光される。ロッドインテグレータを含むインテグレータ照明系の機能は、実施形態１で説明した通りであるが、実施形態１の図５のように光学素子を直線配置してインテグレータ照明系を構成するのではなく、本実施形態では、リレーレンズ４０６の前側凸レンズ４０６ａと後側凸レンズ４０６ｂの間に光路変換ミラー３３１を配置し、レーザ光の光路を折り曲げて偏向器の反射面に導いている。
【0088】
本実施形態に係る投射型表示装置の照明系においても、動的な拡散面を備えた光拡散素子が、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に配置されており、実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、実施形態１よりも光路空間をコンパクトに構成できるため装置を小型化でき、モータの数を低減することが出来る。
【0089】
［実施形態４］
実施形態２では、光拡散素子４０２と偏向器２１０は、それぞれ回転する可動部を備えているが、モータ等の回転機構は別々に設けられていた。これに対して、本実施形態では、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化して、単一の回転機構で動作可能な構成とした。光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットについては、図１５（ａ）あるいは図１５（ｂ）を参照して説明した実施形態２のユニットと同様のものを用いる。
実施形態２では、光拡散素子４０２と偏向器２１０は、それぞれ回転する可動部を備えているが、モータ等の回転機構は別々に設けられていた。これに対して、本実施形態では、光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化して、単一の回転機構で動作可能な構成とした。光拡散素子の拡散面（拡散部）と偏向器の反射面を一体化したユニットについては、図１５（ａ）あるいは図１５（ｂ）を参照して説明した実施形態２のユニットと同様のものを用いる。
【0090】
図１７に、係るユニットを備えた実施形態４の投射型表示装置１００２の全体構成を示す。実施形態２と共通する部分については、説明を簡略化ないし省略する。図示のように、本実施形態では、光拡散素子と偏向器が一体化されたユニット２３０ａが、各色毎に設けられている。
【0091】
レーザモジュールＬＭから出射されたレーザ光は、ユニット２３０ａの動的な光拡散面ＤＩＦの近傍に集光される。マイクロレンズアレイを含むインテグレータ照明系の機能は、実施形態２で説明した通りであるが、実施形態２の図１４のように光学素子を直線配置してインテグレータ照明系を構成するのではなく、本実施形態では、コリメータレンズ５０１とマイクロレンズアレイ１０３の間に光路変換ミラー３３１を配置し、レーザ光の光路を折り曲げて偏向器の反射面に導いている。
【0092】
本実施形態に係る投射型表示装置の照明系においても、動的な拡散面を備えた光拡散素子が、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に配置されており、実施形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、実施形態２よりも光路空間をコンパクトに構成できるため装置を小型化でき、モータの数を低減することが出来る。
【0093】
［実施形態５］
実施形態１～実施形態４は、各色のレーザビームにより形成される矩形の照射領域ＩＭ１は、各色用の前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ２００（第１転写光学系）により、反射型光変調素子３４０の画面に拡大転写される構成であった。
実施形態１～実施形態４は、各色のレーザビームにより形成される矩形の照射領域ＩＭ１は、各色用の前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ２００（第１転写光学系）により、反射型光変調素子３４０の画面に拡大転写される構成であった。
【0094】
図１８に示す本実施形態の投射型表示装置１００３は、Ｂ光源１００Ｂ、Ｇ光源１００Ｇ、Ｒ光源１００Ｒ、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、前側転写レンズ２０１と後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ２００、光合成部２２０、光路変換ミラー３３０、ＴＩＲプリズム３５０、反射型光変調素子３４０、投射レンズ３６０を備える点は、実施形態１～実施形態４と共通している。
【0095】
本実施形態は、さらに、後側転写レンズ２０２と光路変換ミラー３３１の間に配置された拡散板３１０ａと、光路変換ミラー３３１を挟んで配置された前側転写レンズ３２１と後側転写レンズ３２２とで構成される第２転写光学系３２０と、を備えている。
【0096】
実施形態１～実施形態４の第１転写レンズ２００は、矩形の照射領域ＩＭ１を反射型光変調素子３４０の画面に拡大転写したが、本実施形態の第１転写レンズ２００（第１転写光学系）は、拡散板３１０ａの位置に２次転写像ＩＭ２を形成する。そして、拡散板３１０ａにより散乱された２次転写像ＩＭ２は、第２転写光学系３２０（第２転写光学系）により反射型光変調素子３４０の画面に３次転写像ＩＭ３として拡大転写される。各像の大きさは、典型的には下記の関係に設定される。
ＩＭ１：ＩＭ２：ＩＭ３＝１：２：６
係る構成を有する本実施形態によれば、反射型光変調素子３４０を照明する照明光のＦナンバーの制御が容易になる。
ＩＭ１：ＩＭ２：ＩＭ３＝１：２：６
係る構成を有する本実施形態によれば、反射型光変調素子３４０を照明する照明光のＦナンバーの制御が容易になる。
【0097】
尚、図１８では、拡散板３１０ａは定位置に固定する形態としたが、例えば拡散板を回転させたり直線往復運動させるなどして、拡散板上におけるレーザ光の照射位置が時間とともに移動する形態とすることもできる。こうした形態によれば、レーザによる照明光のシンチレーションを抑制することができる。
【0098】
本実施形態に係る投射型表示装置の照明系においても、動的な拡散面を備えた光拡散素子が、レーザ光源とインテグレータ光学系の入射面の間に配置されており、実施形態１～実施形態４と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態によれば、反射型光変調素子３４０を照明する照明光のＦナンバーの制御が容易になる。
【0099】
［他の実施形態］
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【0100】
例えば、実施形態２で説明したインテグレータ照明系ＩＮＴにおいて、対をなすマイクロレンズアレイ１０３とマイクロレンズアレイ１０４の代わりに、回折型の光拡散素子（所謂トップハット素子）を配置してもよい。Ｘ方向とＹ方向で異なる拡散角を有するトップハット素子であれば、必ずしも２枚設ける必要は無く、１枚で構成することも可能である。
【0101】
あるいは、球面形状を有するマイクロレンズを２次元に配列形成したマイクロレンズアレイ１０３とマイクロレンズアレイ１０４の代わりに、Ｘ方向のストライプ状マイクロレンズ（シリンドリカルレンズ）のアレイと、Ｙ方向のストライプ状マイクロレンズ（シリンドリカルレンズ）のアレイを、独立して設けてもよい。係る構成にすれば、ストライプのピッチに関係なく焦点距離とアレイの間隔を設定できるため、アレイ分割数の不足による取り込みの不安定を抑制することができるとともに、より細長くて均一な矩形スポットを生成しやすくなる。
【0102】
また、実施形態１で説明したロッドインテグレータ４０３は、入射面ＩＮＰの形状、出射面ＥＸＰの形状、およびロッド部分の断面形状が同一となる構成を例に挙げたが、いわゆるテーパロッドのように入射面ＩＮＰの形状と出射面ＥＸＰの形状が異なるロッドを用いてもよい。
【0103】
また、像を転写するのに用いられる転写光学系、すなわち、第１転写レンズ２００（第１転写光学系）、第２転写光学系３２０、リレーレンズ４０６は、両側がテレセントリックとなるように構成されることが望ましいが、それ以外でもよい。これらの転写光学系の中の１つ以上には、例えば、光軸周りの２つの断面で異なる光学特性を有する所謂アナモフィック光学系（アナモフィックレンズ）を採用してもよい。第１転写レンズ２００（第１転写光学系）、第２転写光学系３２０、リレーレンズ４０６などの転写光学系をアナモフィックな光学系にすれば、一方向の倍率のみを縮小したり拡大できるので、ＮＡや転写像のアスペクトを調整することが可能となり、より光の利用効率を向上させることが出来る。
【0104】
また、照明用光源の色光は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に限られるわけではなく、異なる波長の光源を用いてもよいし、例えば黄色光源を追加して４色としてもよい。また、各色光で用いるインテグレータ照明系は、必ずしも同一のものでなくてもよく、ある色光についてはロッドを用いたインテグレータ照明系を用い、他の色光についてはマイクロレンズアレイを用いたインテグレータ照明系を用いてもよい。
【0105】
本明細書による開示は、以下の構成を含んでいる。
［構成１］
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザが出力する複数のレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記複数のレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、前記光拡散面を移動させることにより、前記レーザビームに照射される前記光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、
前記インテグレータ照明系により前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記インテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、
前記偏向素子により偏向走査される前記矩形の照射領域を、反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系と、
前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
［構成２］
前記光拡散素子は、回転軸を中心とする円周に沿って形成された前記光拡散面を備え、前記光拡散面は前記回転軸を中心に回転可能である、
ことを特徴とする構成１に記載の投射型表示装置。
［構成３］
前記光拡散素子は、前記光拡散面が形成された透光性の基板と、前記基板を回転またはジグザグ移動または直線移動させる機構を備える、
ことを特徴とする構成１に記載の投射型表示装置。
［構成４］
前記偏向素子は、回転軸を中心に回転可能で、前記回転軸を中心とする円周に沿って形成された光学面を備え、
前記光学面は、前記円周に沿って前記回転軸に対する傾斜角が変化するように構成されており、
前記傾斜角は、前記光学面を一定速度で連続的に回転させると、前記レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成５］
前記光拡散素子と前記偏向素子が一体化されている、
ことを特徴とする構成４に記載の投射型表示装置。
［構成６］
前記複数の半導体レーザは、Ｓｌｏｗ軸の向き及びＦａｓｔ軸の向きが揃うように配置されており、
前記矩形の照射領域の長手方向は前記半導体レーザのＳｌｏｗ軸の方向であり、
前記矩形の照射領域の短手方向は前記半導体レーザのＦａｓｔ軸の方向であり、
前記偏向素子は、前記矩形の照射領域の短手方向に沿って前記レーザビームを偏向走査する、
ことを特徴とする構成１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成７］
前記光拡散面を透過したレーザ光をコリメートする第２のコリメートレンズを備え、
前記インテグレータ照明系は、球面のマイクロレンズを２次元に配列したマイクロレンズアレイ、もしくは回折型の光拡散素子、もしくはストライプ状のマイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイのいずれかを備える、
ことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成８］
前記インテグレータ照明系は、前記光拡散素子を透過したレーザ光が入射されるロッドと、前記ロッドの出射面の像を転写するリレーレンズと、を備える、
ことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成９］
前記ロッドは、光学材料から成る角柱か、または内面が反射面である中空の筒である、
ことを特徴とする構成８に記載の投射型表示装置。
［構成１０］
前記インテグレータ照明系、前記転写光学系のいずれかは、アナモフィックレンズを含む、
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１１］
前記転写光学系は、前記矩形の照射領域を拡散板に拡大転写する第１転写光学系と、
前記第１転写光学系により前記拡散板に拡大転写された前記矩形の照射領域を前記反射型光変調素子に拡大転写する第２転写光学系と、を備える、
ことを特徴とする構成１乃至１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１２］
前記複数の半導体レーザと、前記コリメートレンズと、前記インテグレータ照明系と、前記偏向素子とを備えた照明ユニットが、異なる色光毎に設けられており、
前記異なる色光の照明ユニットが出力する照明光を合成する光合成部を備え、
前記異なる色光の照明ユニットの各々が出力する前記矩形の照射領域は、互いに重ならないように偏向走査されながら前記反射型光変調素子に拡大転写される、
ことを特徴とする構成１乃至１１のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１］
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザが出力する複数のレーザビームをコリメートするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズによりコリメートされた前記複数のレーザビームを集光する集光レンズと、
前記集光レンズにより集光されたレーザビームの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備え、前記光拡散面を移動させることにより、前記レーザビームに照射される前記光拡散面の部位を動的に変更することが可能な光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照射領域を形成するインテグレータ照明系と、
前記インテグレータ照明系により前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記インテグレータ照明系に近い位置に配置された偏向素子と、
前記偏向素子により偏向走査される前記矩形の照射領域を、反射型光変調素子に拡大転写する転写光学系と、
前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備える、
ことを特徴とする投射型表示装置。
［構成２］
前記光拡散素子は、回転軸を中心とする円周に沿って形成された前記光拡散面を備え、前記光拡散面は前記回転軸を中心に回転可能である、
ことを特徴とする構成１に記載の投射型表示装置。
［構成３］
前記光拡散素子は、前記光拡散面が形成された透光性の基板と、前記基板を回転またはジグザグ移動または直線移動させる機構を備える、
ことを特徴とする構成１に記載の投射型表示装置。
［構成４］
前記偏向素子は、回転軸を中心に回転可能で、前記回転軸を中心とする円周に沿って形成された光学面を備え、
前記光学面は、前記円周に沿って前記回転軸に対する傾斜角が変化するように構成されており、
前記傾斜角は、前記光学面を一定速度で連続的に回転させると、前記レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
ことを特徴とする構成１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成５］
前記光拡散素子と前記偏向素子が一体化されている、
ことを特徴とする構成４に記載の投射型表示装置。
［構成６］
前記複数の半導体レーザは、Ｓｌｏｗ軸の向き及びＦａｓｔ軸の向きが揃うように配置されており、
前記矩形の照射領域の長手方向は前記半導体レーザのＳｌｏｗ軸の方向であり、
前記矩形の照射領域の短手方向は前記半導体レーザのＦａｓｔ軸の方向であり、
前記偏向素子は、前記矩形の照射領域の短手方向に沿って前記レーザビームを偏向走査する、
ことを特徴とする構成１乃至５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成７］
前記光拡散面を透過したレーザ光をコリメートする第２のコリメートレンズを備え、
前記インテグレータ照明系は、球面のマイクロレンズを２次元に配列したマイクロレンズアレイ、もしくは回折型の光拡散素子、もしくはストライプ状のマイクロレンズを並べたマイクロレンズアレイのいずれかを備える、
ことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成８］
前記インテグレータ照明系は、前記光拡散素子を透過したレーザ光が入射されるロッドと、前記ロッドの出射面の像を転写するリレーレンズと、を備える、
ことを特徴とする構成１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成９］
前記ロッドは、光学材料から成る角柱か、または内面が反射面である中空の筒である、
ことを特徴とする構成８に記載の投射型表示装置。
［構成１０］
前記インテグレータ照明系、前記転写光学系のいずれかは、アナモフィックレンズを含む、
ことを特徴とする構成１乃至９のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１１］
前記転写光学系は、前記矩形の照射領域を拡散板に拡大転写する第１転写光学系と、
前記第１転写光学系により前記拡散板に拡大転写された前記矩形の照射領域を前記反射型光変調素子に拡大転写する第２転写光学系と、を備える、
ことを特徴とする構成１乃至１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１２］
前記複数の半導体レーザと、前記コリメートレンズと、前記インテグレータ照明系と、前記偏向素子とを備えた照明ユニットが、異なる色光毎に設けられており、
前記異なる色光の照明ユニットが出力する照明光を合成する光合成部を備え、
前記異なる色光の照明ユニットの各々が出力する前記矩形の照射領域は、互いに重ならないように偏向走査されながら前記反射型光変調素子に拡大転写される、
ことを特徴とする構成１乃至１１のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【符号の説明】
【0106】
１１・・・半導体レーザ／１２・・・発光部／１００Ｂ・・・Ｂ光源／１００Ｇ・・・Ｇ光源／１００Ｒ・・・Ｒ光源／１０２・・・コリメートレンズ／１０３、１０４・・・マイクロレンズアレイ／１０６・・・集光レンズ／１９０・・・投映スクリーン／２００・・・第１転写レンズ／２０１・・・前側転写レンズ／２０２・・・後側転写レンズ／２１０・・・偏向器／２１０Ｂ・・・Ｂ用偏向器／２１０Ｇ・・・Ｇ用偏向器／２１０Ｒ・・・Ｒ用偏向器／２１１・・・基体／２１２・・・モータ／２１３・・・反射面／２１４・・・ビーム照射位置／２２０・・・光合成部／２２１、２２２・・・ダイクロイックミラー／３１０ａ・・・拡散板／３２０・・・第２転写光学系／３２１・・・前側転写レンズ／３２２・・・後側転写レンズ／３３０・・・光路変換ミラー／３３１・・・光路変換ミラー／３４０・・・反射型光変調素子／３５０・・・ＴＩＲプリズム／３６０・・・投射レンズ／４００・・・光源／４００Ｂ・・・Ｂ光源／４００Ｇ・・・Ｇ光源／４００Ｒ・・・Ｒ光源／４０１・・・集光レンズ／４０２・・・光拡散素子／４０３・・・ロッドインテグレータ／４０４・・・モータ／４０６・・・リレーレンズ／４０６ａ・・・前側凸レンズ／４０６ｂ・・・後側凸レンズ／１０００、１００１、１００２、１００３・・・投射型表示装置／ＤＩＦ・・・光拡散面／ＩＮＴ・・・インテグレータ照明系／ＳＵＢ・・・透光性基板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】