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(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】2024-05-01
(45)【発行日】2024-05-13
(54)【発明の名称】投射型表示装置
(51)【国際特許分類】
G03B 21/00 20060101AFI20240502BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20240502BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240502BHJP
H04N 9/31 20060101ALI20240502BHJP
【ＦＩ】
G03B21/00 D
G03B21/14 A
H04N5/74 A
H04N9/31 500
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2023060364
(22)【出願日】2023-04-03
【審査請求日】2023-08-18
(31)【優先権主張番号】P 2022186819
(32)【優先日】2022-11-22
(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】山影 明広
(72)【発明者】
【氏名】加藤 厚志
(72)【発明者】
【氏名】梅 雨非
【審査官】小野 博之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１２４８０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２２９８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０１３１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７７９８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２１／０３６４９０１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２２／１４３３１８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２２／１６６５９４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１４／０４６２１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１２４１３４２８（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１２２８３６１０（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０３Ｂ ２１／００－２１／１０
２１／１２－２１／３０
２１／５６－２１／６４
３３／００－３３／１６
Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７４
Ｈ０４Ｎ ９／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、前記第１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第１集光レンズと、
第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第２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第２集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記第１波長のレーザビームの照射スポットおよび前記第２集光レンズにより集光された前記第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置に対して前記第１インテグレータ照明系の側に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置に対して前記第２インテグレータ照明系の側に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記第１波長のレーザビームの照射スポットの位置および前記第２波長のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、前記第１波長は前記第２波長よりも大きな波長であり、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項6】
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、前記第１波長で発光する複数の半導体レーザの素子数は、前記第２波長で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きく、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項7】
前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、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４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項8】
前記第１偏向部および前記第２偏向部は一体化されており、前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、共通の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４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項9】
前記第１波長で発光する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、前記第１波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第１波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第１偏向部は、前記第１波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項10】
前記第２波長で発光する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、前記第２波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第２波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第２偏向部は、前記第２波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする請求項９に記載の投射型表示装置。
【請求項11】
前記第１インテグレータ照明系および前記第２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４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項12】
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１１に記載の投射型表示装置。
【請求項13】
前記第１インテグレータ照明系、前記第２インテグレータ照明系、前記転写光学系の少なくとも一つは、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４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項14】
前記転写光学系は、前記第１波長の前記矩形の照射領域と前記第２波長の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、前記拡散板に拡大転写された前記第１波長の前記矩形の照射領域および前記第２波長の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４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項15】
第３波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第３コリメートレンズと、第３インテグレータ照明系と、第３偏向部と、をさらに備え、前記第３コリメートレンズによりコリメートされた前記第３波長の前記複数のレーザビームは、前記第２集光レンズにより集光されて前記光拡散素子に集光され、
前記光拡散面で拡散された前記第３波長のレーザビームは、前記第３インテグレータ照明系により重ね合わされて前記第３波長の矩形の照射領域を形成し、
前記第３偏向部は、前記第３インテグレータ照明系により前記第３波長の前記矩形の照射領域が形成される位置に対して前記第３インテグレータ照明系の側に配置され、
前記転写光学系は、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の前記矩形の照射領域と、前記第３偏向部により偏向走査される前記第３波長の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、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項16】
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第１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と、前記第２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とを重ね合わせて合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された前記複数のレーザビームを集光する第１集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記複数の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た光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置に対して前記第１インテグレータ照明系の側に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置に対して前記第２インテグレータ照明系の側に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、
第１インテグレータ照明系と第２インテグレータ照明系は、前記光拡散面を透過した前記複数のレーザビームが入射されるロッドを共用し、
前記第１インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第１波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
前記第２インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第２波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項17】
前記光拡散素子は、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記複数のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、ことを特徴とする請求項１６に記載の投射型表示装置。
【請求項18】
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１６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。
【0003】
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】
【0004】
【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】
【0005】
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。
【0006】
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】
【0007】
本発明の一つの態様は、第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、前記第１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第１集光レンズと、第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、前記第２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第２集光レンズと、前記第１集光レンズにより集光された前記第１波長のレーザビームの照射スポットおよび前記第２集光レンズにより集光された前記第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、前記光拡散面で拡散された前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、前記光拡散面で拡散された前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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。
【0008】
本発明の別の態様は、第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第１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と、前記第２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とを重ね合わせて合成する合成手段と、前記合成手段で合成された前記複数のレーザビームを集光する第１集光レンズと、前記第１集光レンズにより集光された前記複数の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た光拡散素子と、前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、第１インテグレータ照明系と第２インテグレータ照明系は、前記光拡散面を透過した前記複数のレーザビームが入射されるロッドを共用し、前記第１インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第１波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、前記第２インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第２波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、ことを特徴とする投射型表示装置である。
前記第１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と、前記第２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とを重ね合わせて合成する合成手段と、前記合成手段で合成された前記複数のレーザビームを集光する第１集光レンズと、前記第１集光レンズにより集光された前記複数の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た光拡散素子と、前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、第１インテグレータ照明系と第２インテグレータ照明系は、前記光拡散面を透過した前記複数のレーザビームが入射されるロッドを共用し、前記第１インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第１波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、前記第２インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第２波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、ことを特徴とする投射型表示装置である。
【発明の効果】
【0009】
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】
【0010】
【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１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）実施形態に係る光拡散素子４０２の側面図および上面図。（ｂ）実施形態に係る別の光拡散素子４０２の側面図および上面図。
【図13】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。
【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16】（ａ）偏向器２１０ａの一例の外観を示す上面図。（ｂ）偏向器２１０ａの一例の側面図。（ｃ）偏向器２１０ａの一例の外観を示す下面図。
【図17】（ａ）偏向器２１０ａの変形例の側面図。（ｂ）偏向器２１０ａの別の変形例の側面図。（ｃ）偏向器２１０ａの更に別の変形例の側面図。
【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。
【図19】（ａ）レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲの外観を示す斜視図。（ｂ）各色の半導体レーザからの出力光の波長を例示する図。
【図20】実施形態６に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図21】実施形態７に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図22】実施形態８に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図23】実施形態９に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図24】実施形態１０に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図。
【図25】実施形態１０の変形例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】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
［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。
【0015】
［全体構成］
投射型表示装置１００４は、レーザモジュールＬＭ－Ｂを備えたＢ光源、レーザモジュールＬＭ－Ｇを備えたＧ光源、レーザモジュールＬＭ－Ｒを備えたＲ光源、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、ダイクロイックミラー２２４を備えた光合成部、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。投射型表示装置１００４は、任意的に投映スクリーン１９０を備えることができる。
各色の光源（Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源）については、後に詳述する。
投射型表示装置１００４は、レーザモジュールＬＭ－Ｂを備えたＢ光源、レーザモジュールＬＭ－Ｇを備えたＧ光源、レーザモジュールＬＭ－Ｒを備えたＲ光源、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、ダイクロイックミラー２２４を備えた光合成部、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。投射型表示装置１００４は、任意的に投映スクリーン１９０を備えることができる。
各色の光源（Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源）については、後に詳述する。
【0016】
Ｂ用偏向器２１０Ｂは、Ｂ光源が発する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。尚、Ｒ用偏向器２１０Ｒを第１偏向部、Ｂ用偏向器２１０Ｂを第２偏向部、Ｇ用偏向器２１０Ｇを第３偏向部と呼んでもよい。
【0017】
光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４は、Ｒ光を透過させ、Ｂ光およびＧ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２２４上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１Ｂの光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１Ｇの光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１Ｒ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。
【0018】
光合成部により、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。
【0019】
光合成部（ダイクロイックミラー２２４）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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
［光源］
Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源について説明する。Ｂ光源は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光源はＧ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－Ｇを、Ｒ光源は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類似しているので、以下では色光毎に区別せずに単に光源として説明する場合がある。
Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源について説明する。Ｂ光源は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光源はＧ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－Ｇを、Ｒ光源は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類似しているので、以下では色光毎に区別せずに単に光源として説明する場合がある。
【0026】
（レーザモジュール）
Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源の各々は、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。
Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源の各々は、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。
【0027】
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のレーザモジュールＬＭ－Ｂの向きを基準にしつつ、図１のＸＹＺ座標系に対してＺ軸方向を１８０°反転させてＸＹＺ座標系を表示している。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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
後述するように、本発明では、光源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。
【0035】
各色の光源は、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のレーザモジュールＬＭ－Ｂの向きを基準にしつつ、図１のＸＹＺ座標系に対してＺ軸方向を１８０°反転させてＸＹＺ座標系を表示している。
【0036】
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。
【0037】
（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。
【0038】
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。
【0039】
図５は、実施形態１に係る光源、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。尚、図５では、図１のレーザモジュールＬＭ－Ｂの向きを基準にしつつ、図１のＸＹＺ座標系に対してＺ軸方向を１８０°反転させてＸＹＺ座標系を表示しているが、図示の便宜のためにレーザモジュールＬＭから矩形の照射領域ＩＭ１までの途中の光路の折り返しは省略されている。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
本実施形態では、回転可能な単一の光拡散素子４０２を用いて、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を拡散させる。図１２（ａ）の左側に光拡散素子４０２の側面図を、図１２（ａ）の右側に光拡散素子４０２の上面図を示す。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４１２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。
【0043】
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。
【0044】
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４１２）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。
【0045】
本実施形態では、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。
【0046】
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。
【0047】
本実施形態では、図１２（ａ）に示されるように、Ｒ光はＳＰＯＴ１として示される位置に照射され、Ｂ光およびＧ光はＳＰＯＴ２として示される位置に照射される。すなわち、Ｂ、Ｇ、Ｒの３色のレーザ光は、単一のモータ４１２により回転される単一の光拡散素子４０２により拡散される。本実施形態によれば、色毎にモータや光拡散素子を設ける場合と比較して、部品点数を少なくすることができ、投射型表示装置のコストを抑制することが可能である。
【0048】
尚、単一のモータ４１２により回転される光拡散素子４０２は、図１２（ａ）の例に限られるわけではなく、別の形態であってもよい。別形態の光拡散素子４０２の一例について、図１２（ｂ）の左側に側面図を、図１２（ｂ）の右側に上面図を示す。この例では、円板状の透光性基板ＳＵＢには、内周側（回転軸ＣＸに近い側）に円環状の拡散面ＤＩＦ１が設けられ、その外側に円環状の拡散面ＤＩＦ２が設けられている。
【0049】
一般に、Ｒ光の半導体レーザは、Ｂ光あるいはＧ光の半導体レーザに比べて、ダイバージェンスが良好ではないことが多い。また、Ｒ光の半導体レーザは、Ｂ光あるいはＧ光の半導体レーザに比べて単素子あたりの出力パワーが小さいため、より多くの素子を配列する必要が生じ、光源としてのＮＡが大きくなってしまう場合がある。そこで、図１２（ｂ）の例では、Ｒ光は拡散面ＤＩＦ１のＳＰＯＴ１として示される位置に照射され、Ｂ光およびＧ光は拡散面ＤＩＦ２のＳＰＯＴ２として示される位置に照射されるように構成し、半導体レーザの出力特性の違いに応じて拡散面ＤＩＦ１と拡散面ＤＩＦ２の拡散特性を異ならせることができる。例えば、拡散面ＤＩＦ１の方が拡散面ＤＩＦ２よりも拡散能が小さくなるように光拡散素子４０２を構成することにより、反射型光変調素子３４０を照明する照明光の色バランスを良好にすることができる。尚、拡散面ＤＩＦ１を第１拡散領域、拡散面ＤＩＦ２を第２拡散領域、と呼んでもよい。
【0050】
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。
【0051】
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を含む光源を示した図である。
ここで、図１に示す投射型表示装置における各色光源の具体的な構成と、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）の対応関係について説明する。
ここで、図１に示す投射型表示装置における各色光源の具体的な構成と、図５、図６（ａ）、図６（ｂ）の対応関係について説明する。
【0052】
まず、Ｂ光源については、図１に示すレーザモジュールＬＭ－Ｂ、ロッドインテグレータ４０３ＧＢが、それぞれ図５等におけるレーザモジュールＬＭ、ロッドインテグレータ４０３に対応する。図１では、レーザモジュールＬＭ－Ｂが出力する青色のレーザ光はＺマイナス方向に進むが、図５等ではＺプラス方向に進むように示されている。図１では、Ｂ光の光路において、レーザモジュールＬＭ－Ｂと集光レンズ４０１（Ｇと共用）の間には、ダイクロイックミラー２２１ａが設けられているが、図５等では省略されている。上述したように、ダイクロイックミラー２２１ａは、Ｇ光を透過させるがＢ光を反射させる光学特性を有する。また、図１では、Ｂ光の光路において、前側凸レンズ４０６ａ（Ｇと共用）と後側凸レンズ４０６ｂの間に、ダイクロイックミラー２２１ｂが設けられているが、図５等では省略されている。ダイクロイックミラー２２１ｂは、Ｇ光を透過させるがＢ光を反射させる分離素子としての光学特性を有する。図１では、Ｂ光の光路において、後側凸レンズ４０６ｂと照射領域ＩＭ１の間には、Ｂ用偏向器２１０Ｂが配置されているが、図５等では省略されている。
【0053】
次に、Ｇ光源については、図１に示すレーザモジュールＬＭ－Ｇ、ロッドインテグレータ４０３ＧＢが、それぞれ図５等におけるレーザモジュールＬＭ、ロッドインテグレータ４０３に対応する。図１では、レーザモジュールＬＭ－Ｇが出力する緑色のレーザ光はＸプラス方向に進むが、図５等ではＺプラス方向に進むように示されている。図１では、Ｇ光の光路において、レーザモジュールＬＭ－Ｇと集光レンズ４０１（Ｂと共用）の間には、ダイクロイックミラー２２１ａが設けられているが、図５等では省略されている。ダイクロイックミラー２２１ａは、Ｇ光を透過させるがＢ光を反射させる光学特性を有する。また、図１では、Ｇ光の光路において、前側凸レンズ４０６ａ（Ｂと共用）と後側凸レンズ４０６ｂの間に、ダイクロイックミラー２２１ｂが設けられているが、図５等では省略されている。ダイクロイックミラー２２１ｂは、Ｇ光を透過させるがＢ光を反射させる光学特性を有する。図１では、Ｇ光の光路において、後側凸レンズ４０６ｂと照射領域ＩＭ１の間には、Ｇ用偏向器２１０Ｇが配置されているが、図５等では省略されている。
【0054】
次に、Ｒ光源については、図１に示すレーザモジュールＬＭ－Ｒ、ロッドインテグレータ４０３Ｒが、それぞれ図５等におけるレーザモジュールＬＭ、ロッドインテグレータ４０３に対応する。図１では、レーザモジュールＬＭ－Ｒが出力する赤色のレーザ光はＸプラス方向に進むが、図５等ではＺプラス方向に進むように示されている。図１では、Ｒ光の光路において、後側凸レンズ４０６ｂと照射領域ＩＭ１の間には、Ｒ用偏向器２１０Ｒが配置されているが、図５等では省略されている。
【0055】
図６（ａ）、図６（ｂ）に戻り、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い。ロッドインテグレータ４０３として、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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
（偏向器）
図１に示すように、光源（Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源）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。
図１に示すように、光源（Ｂ光源、Ｇ光源、Ｒ光源）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。
【0060】
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。
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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、
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。ここで、図１に示すＢ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒについて説明を補足する。Ｂ用偏向器２１０Ｂは、図８（ａ）に示すＲ方向とは逆方向に回転して、Ｂ光により形成される矩形の照射領域ＩＭ１を図１に示すＤＢの方向に偏向走査する。Ｇ用偏向器２１０Ｇは、図８（ａ）に示すＲ方向とは逆方向に回転して、Ｇ光により形成される矩形の照射領域ＩＭ１を図１に示すＤＧの方向に偏向走査する。Ｒ用偏向器２１０Ｒは、図８（ａ）に示すＲ方向とは逆方向に回転して、Ｒ光により形成される矩形の照射領域ＩＭ１を図１に示すＤＲの方向に偏向走査する。
【0072】
Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒにより偏向走査される各色の光は、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４に導かれる。Ｂ用偏向器２１０Ｂにより偏向走査されるＢ光は、前側転写レンズ２０１Ｂ、ダイクロイックミラー２２３、光路変換ミラー３３０ａを経て、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４に導かれる。ここで、ダイクロイックミラー２２３は、Ｂ光を透過させるがＧ光を反射させる光学特性を備えており、光路変換ミラー３３０ａは、Ｂ光およびＧ光を反射させる光学特性を備えている。Ｇ用偏向器２１０Ｇにより偏向走査されるＧ光は、前側転写レンズ２０１Ｇ、ダイクロイックミラー２２３、光路変換ミラー３３０ａを経て、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４に導かれる。Ｒ用偏向器２１０Ｒにより偏向走査されるＲ光は、前側転写レンズ２０１Ｒを経て、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４に導かれる。
【0073】
（光合成部）
すでに全体構成の項で説明したように、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４は、Ｒ光を透過させ、Ｂ光およびＧ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２２４上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１Ｂの光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１Ｇの光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１Ｒ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。光合成部により、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、すなわち後側転写レンズ２０２向かう方向に揃えられる。
すでに全体構成の項で説明したように、光合成部を構成するダイクロイックミラー２２４は、Ｒ光を透過させ、Ｂ光およびＧ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２２４上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１Ｂの光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１Ｇの光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１Ｒ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。光合成部により、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、すなわち後側転写レンズ２０２向かう方向に揃えられる。
【0074】
（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、色毎に設けられた前側転写レンズ２０１Ｂ、前側転写レンズ２０１Ｇ、前側転写レンズ２０１Ｒと、各色共用の後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ（第１転写光学系）により、矩形の２次転写像ＩＭ２として拡大転写される。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。第１転写光学系の光路長、すなわち矩形の照射領域ＩＭ１から矩形の２次転写像ＩＭ２までの距離は、各色で等しくなるように構成され得る。
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、色毎に設けられた前側転写レンズ２０１Ｂ、前側転写レンズ２０１Ｇ、前側転写レンズ２０１Ｒと、各色共用の後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ（第１転写光学系）により、矩形の２次転写像ＩＭ２として拡大転写される。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。第１転写光学系の光路長、すなわち矩形の照射領域ＩＭ１から矩形の２次転写像ＩＭ２までの距離は、各色で等しくなるように構成され得る。
【0075】
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の形成位置は、図１に示すように拡散板３１０ａの位置に設定されている。
【0076】
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。第２転写光学系３２０は、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。各転写像の大きさは、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。
【0077】
尚、図１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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
本実施形態では、Ｂ、Ｇ、Ｒの３色のレーザ光は、単一のモータ４１２により回転される単一の光拡散素子４０２により拡散される。そのため、色毎にモータや光拡散素子を設ける場合と比較して、部品点数を少なくすることができる。また、インテグレータ照明系においてＢ光とＧ光に用いるロッドインテグレータを共用することにより、部品点数を少なくすることができるとともに、光路が占める空間をコンパクトにするができる。そのため、コストが低廉で、コンパクトな投射型表示装置を実現することができる。
【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２］
実施形態２に係る投射型表示装置１００５について、図１３を参照して説明する。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１００５は、図１を参照して説明した実施形態１の投射型表示装置１００４と類似の構成を備えているが、光合成部の構成が実施形態１とは異なる。実施形態１では、単一のダイクロイックミラー２２４にＢ光とＧ光を導いて反射させ、透過するＲ光と合成していたが、本実施形態では、ダイクロイックミラー２２４ａとダイクロイックミラー２２４ｂを用いて合成する。
実施形態２に係る投射型表示装置１００５について、図１３を参照して説明する。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１００５は、図１を参照して説明した実施形態１の投射型表示装置１００４と類似の構成を備えているが、光合成部の構成が実施形態１とは異なる。実施形態１では、単一のダイクロイックミラー２２４にＢ光とＧ光を導いて反射させ、透過するＲ光と合成していたが、本実施形態では、ダイクロイックミラー２２４ａとダイクロイックミラー２２４ｂを用いて合成する。
【0085】
（光合成部）
ダイクロイックミラー２２４ａは、Ｒ光を透過するがＢ光を反射させる光学特性を備えており、ダイクロイックミラー２２４ｂは、Ｒ光とＢ光を透過するがＧ光を反射させる光学特性を備えている。まず、ダイクロイックミラー２２４ａにてＲ光とＢ光を合成し、次に光路変換ミラー３３０ｃを介して導かれるＧ光をダイクロイックミラー２２４ｂにて追加的に合成する。ダイクロイックミラー２２４ｂ上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１Ｂの光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１Ｇの光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１Ｒ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。光合成部により、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、すなわち後側転写レンズ２０２向かう方向に揃えられる。
ダイクロイックミラー２２４ａは、Ｒ光を透過するがＢ光を反射させる光学特性を備えており、ダイクロイックミラー２２４ｂは、Ｒ光とＢ光を透過するがＧ光を反射させる光学特性を備えている。まず、ダイクロイックミラー２２４ａにてＲ光とＢ光を合成し、次に光路変換ミラー３３０ｃを介して導かれるＧ光をダイクロイックミラー２２４ｂにて追加的に合成する。ダイクロイックミラー２２４ｂ上において、Ｂ光用の前側転写レンズ２０１Ｂの光軸中心と、Ｇ光用の前側転写レンズ２０１Ｇの光軸中心と、Ｒ光用の前側転写レンズ２０１Ｒ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。光合成部により、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、すなわち後側転写レンズ２０２向かう方向に揃えられる。
【0086】
（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、色毎に設けられた前側転写レンズ２０１Ｂ、前側転写レンズ２０１Ｇ、前側転写レンズ２０１Ｒと、各色共用の後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ（第１転写光学系）により、矩形の２次転写像ＩＭ２として拡大転写される。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。第１転写光学系の光路長、すなわち矩形の照射領域ＩＭ１から矩形の２次転写像ＩＭ２までの距離は、各色で等しくなるように構成され得る。
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、色毎に設けられた前側転写レンズ２０１Ｂ、前側転写レンズ２０１Ｇ、前側転写レンズ２０１Ｒと、各色共用の後側転写レンズ２０２とで構成される第１転写レンズ（第１転写光学系）により、矩形の２次転写像ＩＭ２として拡大転写される。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。第１転写光学系の光路長、すなわち矩形の照射領域ＩＭ１から矩形の２次転写像ＩＭ２までの距離は、各色で等しくなるように構成され得る。
【0087】
本実施形態では、実施形態１に比べて、Ｒ用偏向器２１０Ｒの位置をＸ軸マイナス方向にレイアウトし、Ｂ用偏向器２１０Ｂの位置をＸ軸プラス方向にレイアウトしている。そして、各色の矩形の照射領域ＩＭ１を図１３に示す偏向方向ＤＢ、ＤＧ、ＤＲに偏向するため、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇ、Ｒ用偏向器２１０Ｒは、いずれも図８（ａ）に示すＲ方向に回転する。
【0088】
本実施形態は、実施形態１と同様な効果を奏するのに加えて、光路空間が占めるＸ方向の寸法を小さくできるため、投射型表示装置のＸ方向の外形をコンパクトにすることができる。
【0089】
［実施形態３］
実施形態３に係る投射型表示装置１００６について、図１４を参照して説明する。実施形態１あるいは実施形態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。
実施形態３に係る投射型表示装置１００６について、図１４を参照して説明する。実施形態１あるいは実施形態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。
【0090】
本実施形態に係る投射型表示装置１００６は、実施形態１の投射型表示装置１００４と同様に、可動式の光拡散素子を備えたインテグレータ光学系や、光合成部、転写光学系を備えている。しかし、図１４に示すように、本実施形態では、光拡散素子４０２の回転軸ＣＸ、ロッドインテグレータ４０３Ｒの軸方向、ロッドインテグレータ４０３ＧＢの軸方向が、Ｚ方向に沿うように構成している点が異なる。
【0091】
そして、各色の矩形の照射領域ＩＭ１を図１４に示す偏向方向ＤＢ、ＤＧ、ＤＲに偏向するため、本実施形態ではＢ用偏向器２１０Ｂは図８（ａ）に示すＲ方向に回転し、Ｇ用偏向器２１０ＧとＲ用偏向器２１０Ｒは図８（ａ）に示すＲ方向とは逆方向に回転する。
【0092】
光合成部については、実施形態１と同様に単一のダイクロイックミラー２２４にＢ光とＧ光を導いて反射させ、透過するＲ光と合成するが、本実施形態では、ダイクロイックミラー２２４に各色光を導く光路の構成が実施形態１とは異なる。本実施形態では、Ｒ用偏向器２１０Ｒで偏向されたＲ光の進行方向を、光路変換ミラー３３０ｂを用いてＸマイナス方向からＺプラス方向に変更して、ダイクロイックミラー２２４に入射させる。
【0093】
本実施形態は、実施形態１と同様な効果を奏するのに加えて、レーザモジュールＬＭ－Ｂ、レーザモジュールＬＭ－Ｇ、レーザモジュールＬＭ－Ｒを、図の左側に配置することにより、光路空間が占めるＸ方向の寸法を小さくできるため、投射型表示装置のＸ方向の外形をコンパクトにすることができる。
【0094】
［実施形態４］
実施形態４に係る投射型表示装置１００７について、図１５を参照して説明する。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。
実施形態４に係る投射型表示装置１００７について、図１５を参照して説明する。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。
【0095】
実施形態１～実施形態３では、モータで回転する偏向器をＢ光、Ｇ光、Ｒ光の光路に個別に設けていたため、偏向機構を構成する部品の点数が比較的多くなっていた。本実施形態では、図１５に示すように、単一のモータと単一の回転体とから構成される偏向器２１０ａを用いてＢ光、Ｇ光、Ｒ光を偏向走査する。
【0096】
（偏向器）
図１５に示すように、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の各色用リレーレンズの後側凸レンズ４０６ｂと、各色の矩形の照射領域ＩＭ１の間には、偏向器２１０ａが配置されている。偏向器２１０ａは、３つの矩形の照射領域を、単体で偏向走査することが可能な偏向素子である。
図１５に示すように、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光の各色用リレーレンズの後側凸レンズ４０６ｂと、各色の矩形の照射領域ＩＭ１の間には、偏向器２１０ａが配置されている。偏向器２１０ａは、３つの矩形の照射領域を、単体で偏向走査することが可能な偏向素子である。
【0097】
図１６（ａ）は、Ｂ光用の後側凸レンズ４０６ｂおよびＧ光用の後側凸レンズ４０６ｂが配置されている側から偏向器２１０ａを見た上面図であり、図１６（ｂ）は、回転軸ＡＸと直交する方向から偏向器２１０ａを見た側面図であり、図１６（ｃ）は、Ｒ光用の後側凸レンズ４０６ｂが配置されている側から偏向器２１０ａを見た下面図である。図１６（ａ）と図１６（ｃ）では、回転方向をＲＯとして示している。
【0098】
円板状の基体２１１の上面には、図１６（ａ）に示すように、帯状の光学面である反射面２１３ａと反射面２１３ｂが設けられている。反射面２１３ａと反射面２１３ｂは、回転軸ＡＸを中心とした互いに半径が異なる同心円に沿って設けられている。円板状の基体２１１の下面には、図１６（ｃ）に示すように、回転軸ＡＸを中心とする円に沿って帯状の光学面である反射面２１３ｃが設けられている。
【0099】
図１６（ｂ）に示すように、円板状の基体２１１は、それぞれに反射面が形成された基板２１１ａと基板２１１ｂと基板２１１ｃを積み重ねて一体化したものである。ただし、基体２１１は必ずしも３枚の基板を積み重ねて一体化したものでなくてもよく、例えば図１７（ａ）～図１７（ｃ）に側面図を示すような構造であってもよい。図１７（ａ）は、反射面２１３ａと反射面２１３ｂが片面に設けられた基板２１１ａと、反射面２１３ｃが設けられた基板２１１ｃとを積み重ねて一体化し、基体２１１を構成した例である。また、図１７（ｂ）は、反射面２１３ａと反射面２１３ｃが設けられた基板２１１ｃと、反射面２１３ｂが設けられた基板２１１ｂとを積み重ねて一体化し、基体２１１を構成した例である。また、図１７（ｃ）は、もともと単体の基板である基体２１１の上に、反射面２１３ａと反射面２１３ｂと反射面２１３ｃとを形成した例である。
【0100】
各々の反射面には、図８（ａ）～図９（ｂ）を参照して説明した反射面２１３と同様に、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を可能とする傾斜面が構成されている。ただし、反射面２１３ａにより偏向走査されるＧ光と、反射面２１３ｂにより偏向走査されるＢ光と、反射面２１３ｃにより偏向走査されるＲ光とが、光合成部２２０により合成された時に互いに重なり合わないようにするため、各反射面の傾斜の始点／終点、すなわち反射面の傾斜角が不連続になる位置ＮＣは、円周方向に沿って見て互いにずれるように、各反射面は構成されている。
【0101】
図１５を参照すればわかるように、偏向器２１０ａの上面において、Ｂ光に照射される位置は、Ｇ光に照射される位置に対して、回転軸ＡＸを挟んで反対側にある。また、偏向器２１０ａの下面においてＲ光に照射される位置は、偏向器２１０ａの上面においてＢ光に照射される位置に対して、回転軸ＡＸを挟んで反対側にある。それぞれの照射位置において反射された各色のビームが、光合成部であるダイクロイックミラー２２４により合成された時に偏向走査の位相が互いに１２０度ずつずれるように、各反射面の傾斜は設定されている。例えば、図１６（ａ）において、反射面２１３ａの傾斜が不連続になる位置ＮＣが時計の１２時の位置にある時には、反射面２１３ｂの傾斜が不連続になる位置ＮＣは時計の２時の位置になるように構成されている。その時には、図１６（ｃ）において、反射面２１３ｃの傾斜が不連続になる位置ＮＣが時計の８時の位置になるように構成されている。尚、図１６（ａ）に示す上面と、図１６（ｃ）に示す下面とでは、見かけ上、基体２１１の回転方向ＲＯが逆に示されている。このように、矩形の照明領域の各々が再帰的に偏向走査される際に互いに重なり合わないようにするため、偏向器の円板上の照射位置において、各反射面の傾斜角の変化の位相が回転方向に沿って互いにずれるように構成されている。
【0102】
本実施形態では、偏向器２１０ａにより偏向されたＢ光を光合成部であるダイクロイックミラー２２４に導くため、Ｂ用の前側転写レンズ２０１Ｂ、光路変換ミラー３３０ｅ、光路変換ミラー３３０ｉを備えている。また、偏向器２１０ａにより偏向されたＧ光を光合成部であるダイクロイックミラー２２４に導くため、Ｇ用の前側転写レンズ２０１Ｇ、光路変換ミラー３３０ｈ、ダイクロイックミラー２２１ｃ、光路変換ミラー３３０ｇを備える。ダイクロイックミラー２２１ｃは、Ｇ光を反射してＲ光を透過させる光学特性を備えており、Ｇ光とＲ光とで共用される。また、偏向器２１０ａにより偏向されたＲ光を光合成部であるダイクロイックミラー２２４に導くため、Ｒ用の前側転写レンズ２０１Ｒ、光路変換ミラー３３０ｆ、上述したダイクロイックミラー２２１ｃと光路変換ミラー３３０ｇを備える。
【0103】
本実施形態は、実施形態１と同様な効果を奏するのに加えて、単一のモータと単一の回転体とから構成される偏向器２１０ａを用いてＢ光、Ｇ光、Ｒ光を偏向走査するため、偏向機構の部品点数を低減することが可能である。
【0104】
［実施形態５］
実施形態５に係る投射型表示装置１００８について、図１８を参照して説明する。本実施形態は、単一のモータと単一の回転体とから構成される偏向器２１０ａを用いる等の点では実施形態４と共通するが、実施形態４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。
実施形態５に係る投射型表示装置１００８について、図１８を参照して説明する。本実施形態は、単一のモータと単一の回転体とから構成される偏向器２１０ａを用いる等の点では実施形態４と共通するが、実施形態４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。
【0105】
実施形態４を含めて、上述した実施形態では、Ｂ用のレーザモジュールＬＭ－Ｂ、Ｇ用のレーザモジュールＬＭ－Ｇ、Ｒ用のレーザモジュールＬＭ－Ｒを個別にレイアウトしていたが、本実施形態では３色のレーザモジュールを一体化したレーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを備える。
【0106】
図１９（ａ）は、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲの外観を示す斜視図である。レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲには、半導体レーザとコリメートレンズ１０２の組が４×５のマトリクス状に２次元配列されているが、配列は必ずしも４×５のマトリクスに限られるわけではなく、行や列の数は適宜変更することが可能である。尚、端子１０４は、各列の半導体レーザに給電するための給電端子である。
【0107】
同色の半導体レーザの素子毎の発光輝度を均一にするため、一般に同じ列には同色の半導体レーザを配列し、電気的に直列に接続されることが多い。また、Ｒ発光の半導体レーザは、Ｂ発光の半導体レーザやＧ発光の半導体レーザよりも発光輝度が低いので、照明光のホワイトバランスを良好にするために、Ｒ発光の半導体レーザの素子数が、Ｂ発光の半導体レーザやＧ発光の半導体レーザの素子数よりも大きくなるように配列することが行われる。
【0108】
図１９（ａ）の例では、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲは、縦２列の赤色半導体レーザＲと、縦１列の青色半導体レーザＢと、縦１列の緑色半導体レーザＧとを備えている。
【0109】
図１９（ｂ）に、本実施形態で用いられる各色の半導体レーザの出力光の波長を例示する。青色半導体レーザＢの出力光は４４０（ｎｍ）～４６５（ｎｍ）の波長域に、緑色半導体レーザＧの出力光は５２０（ｎｍ）～５６０（ｎｍ）の波長域に、赤色半導体レーザＲの出力光は６２０（ｎｍ）～６５０（ｎｍ）の波長域に、それぞれ含まれている。尚、製造上のばらつき等により、レーザモジュールに実装された個々の半導体レーザの出力波長については、上記の波長域内で１０ｎｍ程度のばらつきが発生することがある。また、半導体レーザの発光波長を、前記以外の波長域内に設定することも可能である。
【0110】
レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲにおいて異なる発光色の半導体レーザが並ぶ方向をＤＩＲとすると、投射型表示装置１００８（図１８）において、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲはＤＩＲがＸ方向に沿うように設置されている。これにより、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲから出力される各色のレーザ光はＺプラス方向に進む。
【0111】
レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲから出力されたＢ光は、Ｂ光を透過させるがＧ光を反射させる光学特性を備えたダイクロイックミラー２２３に入射し、これを透過した後に光路変換ミラー３３０ｌにより進行方向をＸプラス方向に変更され、再びダイクロイックミラー２２３を透過してＢＧ共用の集光レンズ４０１に入射し、光拡散素子４０２に集光される。
【0112】
レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲから出力されたＧ光は、Ｂ光を透過させるがＧ光を反射させる光学特性を備えたダイクロイックミラー２２３に反射されて進行方向をＸプラス方向に変更され、ＢＧ共用の集光レンズ４０１に入射し、光拡散素子４０２に集光される。
【0113】
レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲから出力されたＲ光は、光路変換ミラー３３０ｋに反射されて進行方向をＸプラス方向に変更され、Ｒ用の集光レンズ４０１に入射し、光拡散素子４０２に集光される。
【0114】
ここで、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲから出力されたＲ光は２列の半導体素子から放射されたものであり、Ｂ光およびＧ光はそれぞれ１列の半導体素子から放射されたものである。このため、Ｒ光が集光レンズ４０１により集束する角度α－Ｒと、Ｂ光およびＧ光が集光レンズ４０１により集束する角度α－ＧＢを比べると、前者の方が後者よりも大きい。
【0115】
本実施形態では、図１２（ｂ）を参照して説明した拡散特性が異なる拡散面ＤＩＦ１と拡散面ＤＩＦ２を備えた光拡散素子４０２を用いる。すなわち、拡散面ＤＩＦ２の方が拡散面ＤＩＦ１よりも拡散能が大きくなるように光拡散素子４０２を構成し、拡散面ＤＩＦ２を用いてＢ光およびＧ光を拡散させ、拡散面ＤＩＦ１を用いてＲ光を拡散させる。これにより、光拡散素子４０２を透過した後のＢ光、Ｇ光、Ｒ光の散乱特性をそろえることができ、反射型光変調素子３４０を照明する照明光の色バランスを良好にすることができる。
光拡散素子４０２よりも先の光学的なレイアウトは、実施形態４と概ね同様である。
光拡散素子４０２よりも先の光学的なレイアウトは、実施形態４と概ね同様である。
【0116】
本実施形態は、実施形態４と同様の効果を奏するのに加えて、Ｒ光の半導体レーザを多数備えるレーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを用いることにより、反射型光変調素子３４０を照明する照明光の強度を高めながら色バランスを良好にすることができる。
【0117】
［実施形態６］
実施形態６に係る投射型表示装置１００９について、図２０を参照して説明する。本実施形態は、実施形態５と共通点が多いが、図２０に示すように光拡散素子４０２の回転軸ＣＸ、ロッドインテグレータ４０３Ｒの軸方向、ロッドインテグレータ４０３ＧＢの軸方向が、Ｚ方向に沿うように構成している点が異なる。また、偏向器２１０ａにより偏向される各色の矩形の照射領域ＩＭ１を、光合成部２２５を用いて合成する光学系も実施形態５と異なる。
実施形態６に係る投射型表示装置１００９について、図２０を参照して説明する。本実施形態は、実施形態５と共通点が多いが、図２０に示すように光拡散素子４０２の回転軸ＣＸ、ロッドインテグレータ４０３Ｒの軸方向、ロッドインテグレータ４０３ＧＢの軸方向が、Ｚ方向に沿うように構成している点が異なる。また、偏向器２１０ａにより偏向される各色の矩形の照射領域ＩＭ１を、光合成部２２５を用いて合成する光学系も実施形態５と異なる。
【0118】
本実施形態では、光合成部２２５として、Ｂ光およびＧ光は透過させるがＲ光を反射させる光学特性を備えたダイクロイックミラーを用いる。偏向器２１０ａにより偏向されたＢ光を光合成部２２５に導くため、Ｂ用の前側転写レンズ２０１Ｂ、光路変換ミラー３３０ｅ、Ｂ光を透過させるがＧ光を反射させる光学特性を備えたダイクロイックミラー２２３が設けられている。また、偏向器２１０ａにより偏向されたＧ光を光合成部２２５に導くため、Ｇ用の前側転写レンズ２０１Ｇ、光路変換ミラー３３０ｈ、前述のダイクロイックミラー２２３が設けられている。また、偏向器２１０ａにより偏向されたＲ光を光合成部２２５に導くため、Ｒ用の前側転写レンズ２０１Ｒ、光路変換ミラー３３０ｆが設けられている。
【0119】
本実施形態は、実施形態５と同様な効果を奏するのに加えて、レーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを、図の左側に配置することにより、光路空間が占めるＸ方向の寸法を小さくできるため、投射型表示装置のＸ方向の外形をコンパクトにすることができる。
【0120】
［実施形態７］
実施形態７に係る投射型表示装置１０１０について、図２１を参照して説明する。他の実施形態のいずれか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１０１０は、Ｂ、Ｇ、Ｒの３色のレーザ光は、単一のモータ４１２により回転される単一の光拡散素子４０２により拡散される点で、実施形態１と共通する。そのため、色毎にモータや光拡散素子を設ける場合と比較して、部品点数を少なくすることができるのは実施形態１と同様である。
実施形態７に係る投射型表示装置１０１０について、図２１を参照して説明する。他の実施形態のいずれか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１０１０は、Ｂ、Ｇ、Ｒの３色のレーザ光は、単一のモータ４１２により回転される単一の光拡散素子４０２により拡散される点で、実施形態１と共通する。そのため、色毎にモータや光拡散素子を設ける場合と比較して、部品点数を少なくすることができるのは実施形態１と同様である。
【0121】
本実施形態では、レーザモジュールＬＭ－Ｂ、レーザモジュールＬＭ－Ｇ、レーザモジュールＬＭ－Ｒの出力光をあらかじめ重ね合わせるように合成してから、ＢＧＲ共用の集光レンズ４０１に入射させ、光拡散素子４０２に集光する。すなわち、レーザモジュールＬＭ－ＢとレーザモジュールＬＭ－Ｇの出力光は、Ｇ光を透過しＢ光を反射する光学特性を持つダイクロイックミラー２３１により合成される。さらに、Ｂ光およびＧ光を反射しＲ光を透過する光学特性を持つダイクロイックミラー２３２により、Ｂ光、Ｇ光、およびＲ光は合成される。
【0122】
ロッドインテグレータ４０３の出射面から出射したＢ光、Ｇ光、およびＲ光は、リレーレンズの一部である前側凸レンズ４０６ａを通過した後、分離素子としてのクロスプリズム５０１によりＢ光とＲ光・Ｇ光に分離される。
【0123】
クロスプリズム５０１により分離されたＢ光は、光路変換ミラー３３０で光路変更された後、リレーレンズの一部である後側凸レンズ４０６ｂを経てＢ用偏向器２１０Ｂに入射し、偏向される。Ｂ用偏向器２１０Ｂにより偏向されたＢ光は、前側転写レンズ２０１Ｂを経てクロスプリズム５０２に入射する。
【0124】
クロスプリズム５０１により分離されたＲ光・Ｇ光は、光路変換ミラー３３０で光路変更された後、Ｇ光を反射しＲ光を透過する光学特性を有するダイクロイックミラー２３３に入射する。ダイクロイックミラー２３３で反射されたＧ光は、リレーレンズの一部である後側凸レンズ４０６ｂを経てＧ用偏向器２１０Ｇに入射し、偏向される。Ｇ用偏向器２１０Ｇにより偏向されたＧ光は、前側転写レンズ２０１Ｇを経てクロスプリズム５０２に入射する。ダイクロイックミラー２３３を透過したＲ光は、リレーレンズの一部である後側凸レンズ４０６ｂを経てＲ用偏向器２１０Ｒに入射し、偏向される。Ｒ用偏向器２１０Ｒにより偏向されたＲ光は、前側転写レンズ２０１Ｒを経てクロスプリズム５０２に入射する。
【0125】
クロスプリズム５０２は、Ｘプラス方向に進むＢ光の進行方向をＺプラス方向に変更させ、Ｚプラス方向に進むＧ光の進行方向には影響を与えず、Ｘマイナス方向に進むＲ光の進行方向をＺプラス方向に変更させる。すなわち、実施形態１におけるダイクロイックミラー２２４と同様に、本実施形態のクロスプリズム５０２は、Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光を合成する合成部として機能する。合成部から先の構成は実施形態１と同様であるため説明を省略する。
【0126】
本実施形態では、インテグレータ照明系においてＢ光、Ｇ光、およびＲ光に用いるロッドインテグレータ４０３を共用するため、部品点数を少なくすることができる。そのため、コストが低廉で、コンパクトな投射型表示装置を実現することができる。
【0127】
［実施形態８］
実施形態１の変形例である実施形態８について、図２２を参照して説明する。実施形態１と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
図１に示した例では、上述したようにロッドインテグレータの入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置し、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的に拡散させていた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。
実施形態１の変形例である実施形態８について、図２２を参照して説明する。実施形態１と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。
図１に示した例では、上述したようにロッドインテグレータの入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置し、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的に拡散させていた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。
【0128】
図２２に示すのは、ロッドインテグレータ４０３Ｒの入射面の近傍に、レーザビームＲの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子４０２ａを固定的に配置し、ロッドインテグレータ４０３ＧＢの入射面の近傍に、レーザビームＧおよびレーザビームＢのいずれの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子４０２ｂを固定的に配置した投射型画像表示装置の例である。この形態によれば、光拡散素子を動的に動かすための駆動機構（例えば図１のモータ４１２）を設ける必要がないため、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い投射型画像表示装置を実現することができる。
【0129】
尚、固定的に配置された光拡散素子４０２ａと光拡散素子４０２ｂは、別体の部材であっても一体化された部材であってもよい。Ｒ光（第１波長のレーザビーム）が照射される光拡散素子４０２ａを第１拡散領域とし、Ｂ光およびＧ光（第２波長のレーザビーム）が照射される光拡散素子４０２ｂを第２拡散領域とすれば、第１波長は第２波長よりも大きな波長であるため、第１拡散領域の拡散能を第２拡散領域の拡散能よりも小さくするのが好ましい。また、第１波長（Ｒ）で発光する複数の半導体レーザの素子数は、第２波長（ＢまたはＧのいずれか）で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きくすることができる。
【0130】
［実施形態９］
実施形態５の変形例である実施形態９について、図２３を参照して説明する。実施形態５と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。実施形態５では、図１８に示したように３色のレーザモジュールを一体化したレーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを光源に用いて、ロッドインテグレータの入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置し、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的に拡散させていた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。
実施形態５の変形例である実施形態９について、図２３を参照して説明する。実施形態５と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。実施形態５では、図１８に示したように３色のレーザモジュールを一体化したレーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを光源に用いて、ロッドインテグレータの入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置し、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的に拡散させていた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、Ｂレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。
【0131】
図２３に示すのは、ロッドインテグレータ４０３Ｒの入射面の近傍に、レーザビームＲの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子４０２ａを固定的に配置し、ロッドインテグレータ４０３ＧＢの入射面の近傍に、レーザビームＧおよびレーザビームＢのいずれの照射スポットよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子４０２ｂを固定的に配置した投射型画像表示装置の例である。この形態によれば、光拡散素子を動的に動かすための駆動機構（例えばモータ）を設ける必要がないため、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い投射型画像表示装置を実現することができる。
【0132】
尚、固定的に配置された光拡散素子４０２ａと光拡散素子４０２ｂは、別体の部材であっても一体化された部材であってもよい。Ｒ光（第１波長のレーザビーム）が照射される光拡散素子４０２ａを第１拡散領域とし、Ｂ光およびＧ光（第２波長のレーザビーム）が照射される光拡散素子４０２ｂを第２拡散領域とすれば、第１波長は第２波長よりも大きな波長であるため、第１拡散領域の拡散能を第２拡散領域の拡散能よりも小さくするのが好ましい。また、第１波長（Ｒ）で発光する複数の半導体レーザの素子数は、第２波長（ＢまたはＧのいずれか）で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きくすることができる。
【0133】
［実施形態１０］
実施形態７の変形例である実施形態１０について、図２４を参照して説明する。実施形態７と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。実施形態７では、図２１に示したように、レーザモジュールＬＭ－Ｂ、レーザモジュールＬＭ－Ｇ、レーザモジュールＬＭ－Ｒの出力光をあらかじめ重ね合わせるように合成してから、ＢＧＲ共用の集光レンズ４０１に入射させ、光拡散素子４０２に集光する。実施形態７では、単一のロッドインテグレータ４０３の入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置していた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、重ね合わされたＢレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。尚、第１波長（Ｒ）で発光する複数の半導体レーザの素子数は、第２波長（ＢまたはＧのいずれか）で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きくすることができる。
実施形態７の変形例である実施形態１０について、図２４を参照して説明する。実施形態７と共通する事項については、説明を簡略化ないし省略する。実施形態７では、図２１に示したように、レーザモジュールＬＭ－Ｂ、レーザモジュールＬＭ－Ｇ、レーザモジュールＬＭ－Ｒの出力光をあらかじめ重ね合わせるように合成してから、ＢＧＲ共用の集光レンズ４０１に入射させ、光拡散素子４０２に集光する。実施形態７では、単一のロッドインテグレータ４０３の入射面の近傍に回転可能な単一の光拡散素子４０２を配置していた。ここで、光拡散素子４０２の効用として、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して利用効率を向上する点に主眼を置くならば、必ずしも拡散面を移動可能に構成しなくともよい。すなわち、重ね合わされたＢレーザ光、Ｇレーザ光、Ｒレーザ光を動的にではなく静的に拡散させてもよい。尚、第１波長（Ｒ）で発光する複数の半導体レーザの素子数は、第２波長（ＢまたはＧのいずれか）で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きくすることができる。
【0134】
図２４に示すのは、ロッドインテグレータ４０３の入射面の近傍に、各色のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子４０２を固定的に配置した投射型画像表示装置の例である。この形態によれば、光拡散素子を動的に動かすための駆動機構（例えばモータ）を設ける必要がないため、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い投射型画像表示装置を実現することができる。
【0135】
また、実施形態７では、図２１に示したように、ロッドインテグレータ４０３の出射面から出射したＢ光、Ｇ光、およびＲ光は、リレーレンズの一部である前側凸レンズ４０６ａを通過した後、クロスプリズム５０１およびダイクロイックミラー２３３を用いて３色の光を分離していた。本実施形態では、図２４に示すように、前側凸レンズ４０６ａを通過した光は、ダイクロイックミラー２３４およびダイクロイックミラー２３５を用いて色分離される。ダイクロイックミラー２３４は、Ｂ光およびＧ光を反射させ、Ｒ光を透過させる光学特性を有する。ダイクロイックミラー２３５は、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させる光学特性を有する。前側凸レンズ４０６ａを通過した後、Ｒ光は反射回数ゼロ回でＲ用偏向器２１０Ｒに入射し、Ｂ光はダイクロイックミラー２３４およびダイクロイックミラー２３５で反射されて反射回数２回でＢ用偏向器２１０Ｂに入射し、Ｇ光はダイクロイックミラー２３４および光路変換ミラー３３０で反射されて反射回数２回でＧ用偏向器２１０Ｇに入射する。このため、Ｒ用偏向器２１０Ｒ、Ｂ用偏向器２１０Ｂ、Ｇ用偏向器２１０Ｇの回転方向を同一にしつつ、矩形の照射領域ＩＭ１の走査方向を同一にすることができる。
【0136】
また、偏向走査された各色光を合成する際に、実施形態７では、図２１に示したように、クロスプリズム５０２を用いて合成したが、本実施形態では光路変換ミラー３３０、ダイクロイックミラー２３５、ダイクロイックミラー２３６を用いて合成される。ダイクロイックミラー２３５は、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させる光学特性を有する。ダイクロイックミラー２３６は、Ｒ光を反射させ、Ｂ光およびＧ光を透過させる光学特性を有する。この構成によれば、偏向器で偏向走査された各色光は、いずれも１回の反射を経て合成される。図２４の例によれば、図２１の例のように２個のクロスプリズムを設ける必要がないため、小型で、駆動制御が容易で、光利用効率が高い投射型画像表示装置を実現することができる。
【0137】
尚、図２４に示す例では、レーザモジュールＬＭ－Ｂ、レーザモジュールＬＭ－Ｇ、レーザモジュールＬＭ－Ｒを個別にレイアウトしていたが、図２５に示すように、３色のレーザモジュールを一体化したレーザモジュールＬＭ－ＢＧＲを用いてもよい。尚、第１波長（Ｒ）で発光する複数の半導体レーザの素子数は、第２波長（ＢまたはＧのいずれか）で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きくすることができる。光路変換ミラー３３０と、Ｒ光を反射しＢ光およびＧ光を透過する光学特性を持つダイクロイックミラー２３７により、Ｂ光、Ｇ光、およびＲ光は合成される。この形態によれば、光源部分をコンパクトに構成することができる。
【0138】
［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。例えば、光拡散素子、偏向器、レーザモジュールについては、異なる実施形態で用いた素子に置き換えたり、異なる実施形態で用いた素子を組み合わせるなどして、投射型表示装置を構成してもよい。
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。例えば、光拡散素子、偏向器、レーザモジュールについては、異なる実施形態で用いた素子に置き換えたり、異なる実施形態で用いた素子を組み合わせるなどして、投射型表示装置を構成してもよい。
【0139】
実施形態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。
【0140】
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（前側転写レンズ２０１および後側転写レンズ２０２）、第２転写光学系３２０（前側転写レンズ３２１および後側転写レンズ３２２）、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、第２転写光学系、リレーレンズなど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。
【0141】
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、これらと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い。また、投射型表示装置の用途に応じて、例えばＲとＧだけのように、異なる波長の２つの色光の光源のみを有する投射型表示装置でもよい。
【0142】
本明細書による開示は、以下の構成を含んでいる。
［構成１］
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、
前記第１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第１集光レンズと、
第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第２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第２集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記第１波長のレーザビームの照射スポットおよび前記第２集光レンズにより集光された前記第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記第１波長のレーザビームの照射スポットの位置および前記第２波長のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、
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、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または２に記載の投射型表示装置。
［構成４］
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または２に記載の投射型表示装置。
［構成５］
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、前記第１波長は前記第２波長よりも大きな波長であり、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成６］
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、
前記第１波長で発光する複数の半導体レーザの素子数は、前記第２波長で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きく、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成７］
前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、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６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成８］
前記第１偏向部および前記第２偏向部は一体化されており、
前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、共通の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６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成９］
前記第１波長で発光する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、
前記第１波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第１波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第１偏向部は、前記第１波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１０］
前記第２波長で発光する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、
前記第２波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第２波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第２偏向部は、前記第２波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする構成９に記載の投射型表示装置。
［構成１１］
前記第１インテグレータ照明系および前記第２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１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１２］
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１１に記載の投射型表示装置。
［構成１３］
前記第１インテグレータ照明系、前記第２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１２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１４］
前記転写光学系は、前記第１波長の前記矩形の照射領域と前記第２波長の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、
前記拡散板に拡大転写された前記第１波長の前記矩形の照射領域および前記第２波長の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１３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１５］
第３波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第３コリメートレンズと、第３インテグレータ照明系と、第３偏向部と、をさらに備え、
前記第３コリメートレンズによりコリメートされた前記第３波長の前記複数のレーザビームは、前記第２集光レンズにより集光されて前記光拡散素子に集光され、
前記光拡散面で拡散された前記第３波長のレーザビームは、前記第３インテグレータ照明系により重ね合わされて前記第３波長の矩形の照射領域を形成し、
前記第３偏向部は、前記第３インテグレータ照明系により前記第３波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第３インテグレータ照明系に近い位置に配置され、
前記転写光学系は、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の前記矩形の照射領域と、前記第３偏向部により偏向走査される前記第３波長の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、
ことを特徴とする構成１乃至１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１６］
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、
第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第１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と、前記第２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とを重ね合わせて合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された前記複数のレーザビームを集光する第１集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記複数の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た光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、
第１インテグレータ照明系と第２インテグレータ照明系は、前記光拡散面を透過した前記複数のレーザビームが入射されるロッドを共用し、
前記第１インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第１波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
前記第２インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第２波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
ことを特徴とする投射型表示装置。
［構成１７］
前記光拡散素子は、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記複数のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、
ことを特徴とする構成１６に記載の投射型表示装置。
［構成１８］
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１６または１７に記載の投射型表示装置。
［構成１］
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、
前記第１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第１集光レンズと、
第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第２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第２集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記第１波長のレーザビームの照射スポットおよび前記第２集光レンズにより集光された前記第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記第１波長のレーザビームの照射スポットの位置および前記第２波長のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、
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、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または２に記載の投射型表示装置。
［構成４］
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または２に記載の投射型表示装置。
［構成５］
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、前記第１波長は前記第２波長よりも大きな波長であり、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成６］
前記光拡散素子は、前記第１波長のレーザビームが照射される第１拡散領域と、前記第２波長のレーザビームが照射される第２拡散領域とを備え、
前記第１波長で発光する複数の半導体レーザの素子数は、前記第２波長で発光する複数の半導体レーザの素子数よりも大きく、前記第１拡散領域の拡散能は前記第２拡散領域の拡散能よりも小さい、
ことを特徴とする構成１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成７］
前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、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６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成８］
前記第１偏向部および前記第２偏向部は一体化されており、
前記第１偏向部および前記第２偏向部のそれぞれは、共通の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６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成９］
前記第１波長で発光する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、
前記第１波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第１波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第１偏向部は、前記第１波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする構成１乃至８のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１０］
前記第２波長で発光する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、
前記第２波長の前記矩形の照射領域の長手方向は前記Ｓｌｏｗ軸の方向であり、
前記第２波長の前記矩形の照射領域の短手方向は前記Ｆａｓｔ軸の方向であり、
前記第２偏向部は、前記第２波長の前記矩形の照射領域を前記短手方向に沿って偏向走査する、
ことを特徴とする構成９に記載の投射型表示装置。
［構成１１］
前記第１インテグレータ照明系および前記第２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１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１２］
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１１に記載の投射型表示装置。
［構成１３］
前記第１インテグレータ照明系、前記第２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１２のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１４］
前記転写光学系は、前記第１波長の前記矩形の照射領域と前記第２波長の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、
前記拡散板に拡大転写された前記第１波長の前記矩形の照射領域および前記第２波長の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１３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１５］
第３波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第３コリメートレンズと、第３インテグレータ照明系と、第３偏向部と、をさらに備え、
前記第３コリメートレンズによりコリメートされた前記第３波長の前記複数のレーザビームは、前記第２集光レンズにより集光されて前記光拡散素子に集光され、
前記光拡散面で拡散された前記第３波長のレーザビームは、前記第３インテグレータ照明系により重ね合わされて前記第３波長の矩形の照射領域を形成し、
前記第３偏向部は、前記第３インテグレータ照明系により前記第３波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第３インテグレータ照明系に近い位置に配置され、
前記転写光学系は、前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の前記矩形の照射領域と、前記第３偏向部により偏向走査される前記第３波長の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、
ことを特徴とする構成１乃至１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
［構成１６］
第１波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第１コリメートレンズと、
第２波長で発光する複数の半導体レーザから出力される複数のレーザビームをコリメートする第２コリメートレンズと、
前記第１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と、前記第２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とを重ね合わせて合成する合成手段と、
前記合成手段で合成された前記複数のレーザビームを集光する第１集光レンズと、
前記第１集光レンズにより集光された前記複数の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た光拡散素子と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第１波長のレーザビームを重ね合わせて前記第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、
前記光拡散面で拡散された前記複数のレーザビームの中の前記第２波長のレーザビームを重ね合わせて前記第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系と、
前記第１インテグレータ照明系により前記第１波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第１インテグレータ照明系に近い位置に配置された第１偏向部と、
前記第２インテグレータ照明系により前記第２波長の前記矩形の照射領域が形成される位置よりも前記第２インテグレータ照明系に近い位置に配置された第２偏向部と、
前記第１偏向部により偏向走査される前記第１波長の前記矩形の照射領域と、前記第２偏向部により偏向走査される前記第２波長の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、
第１インテグレータ照明系と第２インテグレータ照明系は、前記光拡散面を透過した前記複数のレーザビームが入射されるロッドを共用し、
前記第１インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第１波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
前記第２インテグレータ照明系は、前記ロッドから出射する前記複数のレーザビームから前記第２波長のレーザビームを分離する分離素子と、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、
ことを特徴とする投射型表示装置。
［構成１７］
前記光拡散素子は、前記光拡散面を移動させることにより、前記光拡散面における前記複数のレーザビームの照射スポットの位置を動的に変更することが可能である、
ことを特徴とする構成１６に記載の投射型表示装置。
［構成１８］
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１６または１７に記載の投射型表示装置。
【符号の説明】
【0143】
１１・・・半導体レーザ／１２・・・発光部／１０２・・・コリメートレンズ／１９０・・・投映スクリーン／２０１、２０１Ｂ、２０１Ｇ、２０１Ｒ・・・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／２２５・・・光合成部／２２１ａ、２２１ｂ、２２３、２２４、２２４ａ、２２４ｂ、２３１～２３７・・・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、３３１ａ～３３０ｃ、３３１ｅ～３３０ｉ・・・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／４０１・・・集光レンズ／４０２、４０２ａ、４０２ｂ・・・光拡散素子／４０３、４０３ＧＢ、４０３Ｒ・・・ロッドインテグレータ／４０６・・・リレーレンズ／４０６ａ・・・前側凸レンズ／４０６ｂ・・・後側凸レンズ／１００４～１００９・・・投射型表示装置／ＤＩＦ、ＤＩＦ１、ＤＩＦ２・・・光拡散面／ＩＭ１・・・矩形の照射領域／ＩＭ２・・・２次転写像／ＩＭ３・・・３次転写像／ＩＮＴ・・・インテグレータ照明系／ＬＭ、ＬＭ－Ｂ、ＬＭ－Ｇ、ＬＭ－Ｒ・・・レーザモジュール／ＳＵＢ・・・透光性基板
【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】コリメートされた第１波長の複数の半導体レーザのレーザビームを集光する第１集光レンズと、コリメートされた第２波長の複数の半導体レーザのレーザビームを集光する第２集光レンズと、第１集光レンズにより集光された第１波長のレーザビームの照射スポットおよび第２集光レンズにより集光された第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、光拡散面で拡散された第１波長のレーザビームを重ね合わせて第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、光拡散面で拡散された第２波長のレーザビームを重ね合わせて第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系を備える投射型表示装置である。
【選択図】図１
【解決手段】コリメートされた第１波長の複数の半導体レーザのレーザビームを集光する第１集光レンズと、コリメートされた第２波長の複数の半導体レーザのレーザビームを集光する第２集光レンズと、第１集光レンズにより集光された第１波長のレーザビームの照射スポットおよび第２集光レンズにより集光された第２波長のレーザビームの照射スポットのいずれよりも広い面積の光拡散面を備えた光拡散素子と、光拡散面で拡散された第１波長のレーザビームを重ね合わせて第１波長の矩形の照射領域を形成する第１インテグレータ照明系と、光拡散面で拡散された第２波長のレーザビームを重ね合わせて第２波長の矩形の照射領域を形成する第２インテグレータ照明系を備える投射型表示装置である。
【選択図】図１
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