特許 7329665 投射型表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-09

(45)【発行日】2023-08-18

(54)【発明の名称】投射型表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20230810BHJP

   G02B 26/10 20060101ALI20230810BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20230810BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G02B26/10 101

G03B21/00 F

H04N5/74 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022106071

(22)【出願日】2022-06-30

【審査請求日】2022-07-06

(31)【優先権主張番号】P 2022049305

(32)【優先日】2022-03-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【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】田口 滋

(72)【発明者】

【氏名】山影 明広

(72)【発明者】

【氏名】梅 雨非

【審査官】石本 努

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／１１９７２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１５７１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７１１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００３０９１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１４９７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０６２５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０５９６０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０５４７６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｋ９／００－９／９０

Ｆ２１Ｓ２／００－４５／７０

Ｆ２１Ｖ１／００－１５／０４

Ｇ０２Ｂ５／００－５／１３６

６／２６－６／２７

６／３０－６／３４

６／４２－６／４３

２６／１０－２６／１２

Ｇ０３Ｂ２１／００－２１／１０

２１／１２－２１／１３

２１／１３４－２１／３０

３３／００－３３／１６

Ｈ０１Ｓ５／００－５／５０

Ｈ０４Ｎ５／６６－５／７４

(57)【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複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照明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明領域が形成される位置に対して前記コリメートレンズ側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明領域を、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に記載の投射型表示装置。

【請求項3】

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、
前記矩形の照明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、
前記矩形の照明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、前記矩形の照明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に記載の投射型表示装置。

【請求項4】

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5】

前記インテグレータ照明系は、ロッドと、前記コリメートレンズによりコリメートされた複数のレーザビームを前記ロッドに向けて集光する集光レンズと、前記ロッドの入射面の近傍に配置された拡散素子と、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。

【請求項6】

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５に記載の投射型表示装置。

【請求項7】

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。

【請求項8】

前記転写光学系は、前記矩形の照明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明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9】

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明領域は、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】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】

本発明の第１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複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照明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明領域が形成される位置に対して前記コリメートレンズ側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明領域を、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とコリメートレンズのペアの１つを示すための模式図。（ｂ）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。

【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】（ａ）インテグレータ照明系ＩＮＴを一方向から見た図。（ｂ）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）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6】（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7】（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8】（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9】（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10】実施形態２に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。

【図11】実施形態３に係るインテグレータ照明系を説明するための図。

【図12】（ａ）実施形態３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13】（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14】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15】実施形態３における偏向器と矩形の照射領域ＩＭ１の位置関係を示す図。

【図16】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17】（ａ）各実施形態で用いられ得るアナモフィック光学系を一方向から見た図。（ｂ）各実施形態で用いられ得るアナモフィック光学系を、（ａ）と直交する方向から見た図。

【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。

【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。

【0013】

［全体構成］
投射型表示装置１０００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、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、各色の光源と各色の前側転写レンズ２０１の間には各色の偏向器が配置され、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。前光合成部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１００ＢはＢ光を発する半導体レーザを、Ｇ光源１００ＧはＧ光を発する半導体レーザを、Ｒ光源１００Ｒ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１００Ｂ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１００Ｇ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１００Ｒ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。

【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、リヤ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１００Ｂ、Ｇ光源１００Ｇ、Ｒ光源１００Ｒについて説明する。Ｂ光源１００ＢはＢ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－Ｂを、Ｇ光源１００ＧはＧ光を発する半導体とレーザコリメートレンズを含むレーザモジュールＬＭ－Ｇを、Ｒ光源１００Ｒ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１００として説明する場合がある。

【0024】

（レーザモジュール）
光源１００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１００Ｂ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１００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の各色照明領域の重なりを防止するのに有利だからである。

【0032】

光源１００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１００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１００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明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（ａ）～図５（ｄ）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５（ｄ）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（ａ）、図５（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。

【0037】

図５（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。

【0038】

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５（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。

【0039】

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１００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。

【0040】

（偏向器）
図１に示すように、光源１００（Ｂ光源１００Ｂ、Ｇ光源１００Ｇ、Ｒ光源１００Ｒ）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。

【0041】

図６（ａ）は、偏向器２１０の一例の外観を示す斜視図であり、図６（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６（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１００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。

【0042】

帯状の反射面２１３は、軸ＢＸ（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７（ａ）と図７（ｂ）を参照して、反射面の角度について説明する。図７（ａ）と図７（ｂ）において、反射面の位置として示されているのは、図６（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。

【0043】

図７（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６（ａ）、図７（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７（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。

【0044】

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６（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。

【0045】

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７（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７（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、

【0046】

言い換えれば、図６（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６（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６（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６（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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

図８（ａ）に、偏向器２１０と矩形の照射領域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８（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８（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。

【0050】

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７（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。

【0051】

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。

【0052】

（光合成部）
各色のレーザビームは、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。

【0053】

（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。

【0054】

図９（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。

【0055】

図９（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。

【0056】

図９（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。

【0057】

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明領域は、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。

【0058】

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。

【0059】

［実施形態２］
図１０は、実施形態２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。実施形態１と共通する事項については、説明を簡単化もしくは省略する。

【0060】

［全体構成］
本実施形態の投射型表示装置１００１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と共通している。

【0061】

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３３０の間に配置された拡散板３１０ａと、光路変換ミラー３３０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。

【0062】

実施形態１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。

【0063】

尚、図１０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。

【0064】

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。

【0065】

［実施形態３］
実施形態１および２では、光源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明領域を形成するためのインテグレータ照明系ＩＮＴを備えていた。本実施形態も、矩形の照明領域を形成するためのインテグレータ照明系ＩＮＴを備える点で共通するが、実施形態１および２のインテクレータ照明系がマイクロレンズアレイを備えていたのに対し、本実施形態のインテクレータ照明系は、ロッドインテクレータを備える点が異なる。実施形態１と共通する事項については、説明を簡単化もしくは省略する。

【0066】

図１１は、実施形態３に係る光源、すなわちロッドインテク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、拡散素子４０２、ロッド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実施形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

【0067】

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とおりである。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。

【0068】

ロッド４０３の入射面ＩＮＰの近傍には拡散素子４０２が配置されており、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、拡散素子４０２の拡散能（拡散角）とロッド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。

【0069】

ロッド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１１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。

【0070】

図１２（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１２（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。

【0071】

ロッド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１３（ａ）に示すものや、図１３（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４０３は構成される。
図１３（ａ）に示すロッド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１３（ｂ）に示すロッド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、ガラス製や金属製の板状の基板に、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。

【0072】

ロッド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１２（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。

【0073】

図１４に、実施形態３に係る投射型表示装置１００２の光学系の概略構成を示す。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。本実施形態は、図１を参照して説明した実施形態１に係る投射型表示装置１０００のＢ光源１００Ｂ、Ｇ光源１００Ｇ、Ｒ光源１００Ｒを、ロッドインテグレータを用いたＢ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒに置き換えたものである。実施形態１に係る投射型表示装置１０００と共通する事項については、説明を省略する。

【0074】

図１５は、実施形態１における図８（ａ）に対応する図であり、偏向器と矩形の照射領域ＩＭ１の位置関係を示している。座標系は、Ｂ光源４００Ｂを基準に示している。

【0075】

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明領域は、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。

【0076】

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。

【0077】

［実施形態４］
図１６に、実施形態４に係る投射型表示装置１００３の光学系の概略構成を示す。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。本実施形態は、図１０を参照して説明した実施形態２に係る投射型表示装置１００１のＢ光源１００Ｂ、Ｇ光源１００Ｇ、Ｒ光源１００Ｒを、実施形態３で説明したロッドインテグレータを用いたＢ光源４００Ｂ、Ｇ光源４００Ｇ、Ｒ光源４００Ｒに置き換えたものである。実施形態２に係る投射型表示装置１００１と共通する事項については、説明を省略する。

【0078】

実施形態２と同様に、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。

【0079】

尚、図１６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。

【0080】

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。

【0081】

［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。

【0082】

例えば、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。

【0083】

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。

【0084】

また、ロッド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。

【0085】

また、実施形態１～４において、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。

【0086】

図１７（ａ）、図１７（ｂ）は、実施形態３あるいは実施形態４におけるリレーレンズ４０６にアナモフィック光学系を採用した例であり、各図は互いに直交する方向から見た図である。前側凸レンズ４０６ａと後側凸レンズ４０６ｂの組み合わせによれば拡大率２倍の像を転写する構成であるところ、Ｘ方向にのみ曲率を加えたシリンダーレンズ（凹レンズ４０７ａと凸レンズ４０７ｂ）をアフォーカルとなるように追加してアナモフィックな光学系を構成することにより、一方向の倍率のみを変更することが出来る。この例では、ロッド４０３の出射面ＥＸＰから出射される像を、Ｘ方向は等倍でＹ方向は２倍の矩形の照射領域ＩＭ１として転写する例である。もちろん、これは一例であり、拡大あるいは縮小の倍率は任意に設定することが可能である。

【0087】

このように、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。

【符号の説明】

【0088】

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／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・・・第１照明レンズ／３２２・・・第２照明レンズ／３３０・・・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・・・拡散素子／４０３・・・ロッド／４０６・・・リレーレンズ／４０６ａ・・・前側凸レンズ／４０６ｂ・・・後側凸レンズ／４０７ａ・・・凹レンズ／４０７ｂ・・・凸レンズ／１０００、１００１、１００２、１００３・・・投射型表示装置

【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複数のレーザビームを重ね合わせて矩形の照明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明領域が形成される位置よりも前記コリメートレンズ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明領域を、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。
【選択図】図１

【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】