JP2010049236A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】高い光利用効率により明るく、かつ高品質な画像を表示可能とするプロジェクターを提供すること。
【解決手段】被照射面１８に表示する画像を構成する画素に対応して設けられ、画像信号に応じて変調された光を射出する発光素子１４と、発光素子１４に対応して設けられ、発光素子１４から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子である回折光学素子１５と、整形光学素子で整形された光を被照射面１８へ投写する投写光学系１３と、を有し、整形光学素子は、整形光学素子及び投写光学系１３の間の光路中の所定位置１７に整形光領域を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクター、特に、被照射面に表示する画像を構成する画素に対応して設けられた発光素子を有するプロジェクターの技術に関する。

従来提案されているプロジェクターの多くは、光を供給する光源装置、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズを用いて構成されている。従来のプロジェクターの構成は、例えば、特許文献１に提案されている。また、例えば特許文献２には、複数の二次元方向へレーザー装置を配列させた発光装置の技術が提案されている。特許文献２に係る発光装置は、例えば、投写型ディスプレイに用いられる。

実用新案登録第３１１０２０３号公報 特開平７−２２７０６号公報

光源装置から供給された光は、例えば、光源装置からの発散、照射領域の均一化及び整形、空間光変調装置での変調等により損失することとなる。通常、従来のプロジェクターの場合、光源装置から射出された光のうち画像の表示に用いられる割合は、例えば５０％以下程度となる。特に、瞬時点灯が可能な光源や、発光光線の放射角の大きな光源、発光面積が大きな光源を用いる場合、損失する光量が多くなる。プロジェクターは、光利用効率の飛躍的な向上が求められている。また、プロジェクターは、高い光利用効率により明るい表示が可能であるのみならず、高品質な画像を表示することも望まれている。二次元方向へレーザー装置を配列させる構成の場合、画素を高輝度にできる一方、画素同士の間に暗い部分が生じる場合がある。この場合、高輝度な点状の画素に対して画素間の暗い部分が目立ち易くなり、滑らかで高品質な二次元画像を得ることが困難となる。本発明は、上述に鑑みてなされたものであり、高い光利用効率により明るく、かつ高品質な画像を表示可能とするプロジェクターを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロジェクターは、被照射面に表示する画像を構成する画素に対応して設けられ、画像信号に応じて変調された光を射出する発光素子と、発光素子に対応して設けられ、発光素子から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子と、を有し、整形光学素子は、整形光学素子及び被照射面の間の光路中に整形光領域を形成することを特徴とする。

画素に対応して設けられた発光素子からの光を用いて画像を表示することにより、従来の一般的な構成の場合に比較して、光学要素による光の損失を低減させ、光利用効率を大幅に向上させることが可能となる。整形光学素子により照射領域が整形された光を用いて整形光領域を形成することにより、画素間の非発光部分を目立たなくさせ、高品質な画像を得ることが可能となる。これにより、高い光利用効率により明るく、かつ高品質な画像を表示可能とするプロジェクターが得られる。なお、「整形光領域」とは、「中間像」と言い換えることも可能であるが、その位置において発光素子の像を形成しているわけではないものとする。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子で整形された光を被照射面へ投写する投写光学系を有し、整形光学素子は、整形光学素子及び投写光学系の間の光路中に整形光領域を形成することが望ましい。これにより、整形光学素子により形成した整形光領域を被照射面へ投写させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、互いに隣接する発光素子による照射領域の一部同士を、整形光領域の位置において重畳させることが望ましい。これにより、画素同士の継目を目立たせずシームレスな画像の表示が可能となる。このような構成では、写真映像を表示する場合に、上質な映像を提供できる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、整形光領域の位置において、照射領域同士に間隔を設けることが望ましい。これにより、境界を明確に表現したいような場合に、引き締まった表示が可能となる。このような構成では、テキストや、グラフなどの場合に切れの良い表示が可能となり、コントラスト感を向上させることから、上質なプレゼンテーションなどに有効である。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、整形光領域の位置における照射領域を矩形形状に整形することが望ましい。これにより、画素同士の隙間を少なくし、シームレスな画像の表示が可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を収束させることが望ましい。これにより、整形光学素子から射出された光の照明領域を所望の大きさに調整できる。また、発光素子から拡散する光を効率良く利用することも可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を拡散させることが望ましい。これにより、整形光学素子から射出された光の照明領域を所望の大きさに調整できる。また、発光素子からの光の径が小さい場合に、画素の大きさを適切な大きさに広げることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を平行化させることが望ましい。これにより、整形光学素子から射出された光を、小型な光学系を用いて効率良く利用することが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を回折させる回折光学素子であることが望ましい。これにより、照射領域の整形及び拡大ができる。さらに、照明領域における光量分布の均一化も同時にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、回折光学素子から射出された光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光を、被照射面以外の位置へ進行させることが望ましい。回折光学素子からのゼロ次光と回折光とが被照射面に入射する場合、ゼロ次光と回折光とが重なることで、照射領域の一部のみが明るくなることがある。照射領域の一部のみが明るくなることで、良好な光量分布を得ることが困難になる。被照射面以外の位置へゼロ次光を進行させることで、照射領域における良好な光量分布を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光素子から射出された光束の主光線が、投写光学系の光軸に対して傾けられていることが望ましい。これにより、被照射面以外の位置へゼロ次光を進行させる構成にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を透過させるレンズ素子であることが望ましい。これにより、照射領域の整形及び拡大ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光学素子は、発光素子から射出された光を反射させるミラー素子であることが望ましい。これにより、光路を折り曲げるとともに、照射領域の整形及び拡大ができる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光領域の位置に配置され、整形光学素子で整形された光を散乱させる散乱部を有することが望ましい。これにより、良好な視野角特性が得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、複数の発光素子は、第１方向、及び第１方向に略直交する第２方向へ並列させて配置され、第１方向に隣接する列の発光素子同士が、第２方向についての位置を異ならせて配置され、第２方向に隣接する列の発光素子同士が、第１方向についての位置を異ならせて配置されることが望ましい。これにより、良好な光量分布の画像を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、整形光領域及び被照射面の間の光路中に設けられ、整形光学素子で整形された光を被照射面で走査させる走査光学系を有することが望ましい。これにより、整形光学素子により形成した整形光領域を走査させることで画像を表示することができる。画素数に対して発光素子及び整形光学素子を大幅に少なくできることから、プロジェクターを小型にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１色光を射出する発光素子である第１発光素子と、第２色光を射出する発光素子である第２発光素子と、第３色光を射出する発光素子である第３発光素子と、第１発光素子から射出された第１色光の照射領域を整形する整形光学素子である第１整形光学素子と、第２発光素子から射出された第２色光の照射領域を整形する整形光学素子である第２整形光学素子と、第３発光素子から射出された第３色光の照射領域を整形する整形光学素子である第３整形光学素子と、第１整形光学素子からの第１色光、第２整形光学素子からの第２色光、及び第３整形光学素子からの第３色光を合成する色合成光学系と、を有することが望ましい。これにより、容易にカラー画像を得ることができる。また、このような構成を用いることで、従来型のプロジェクターに比べ、整形光学素子により発光素子の発光光線を容易に投写光学系に導くことが可能となる。光源、照明光学系を省略できるため、光源、照明光学系による光線ロスをなくし、整形光学素子でのビーム整形により、所望とする上質な映像を得ることが可能となる。更に、照明光学系をなくすことにより大幅に小型化を実現できる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光素子は、光を射出させる発光領域を備える面発光光源であることが望ましい。発光素子が点発光であると、発光点に対する整形光学素子のわずかな位置ずれが光の進行へ大きく影響を及ぼす場合がある。ある程度の発光領域を持たせた面発光光源を用いる場合、発光素子が点発光である場合に比べて、整形光学素子の位置ずれによる光の進行への影響を少なくできる。これにより、整形光学素子の位置合わせを容易にすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光領域が矩形形状を備えることが望ましい。これにより、矩形形状の画素を形成し易くでき、滑らかで高品質な画像を得ることが可能となる。

また、本発明の好ましい態様としては、前記発光領域同士が間隔を設けて配置されていることが望ましい。発光領域間に非発光領域を設けることで、隣接する画素間の階調差を強調させることを可能とし、輪郭が鮮明な画像を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光領域同士の間に設けられ、光を吸収する吸収部を有することが望ましい。吸収部を設けることにより、非発光領域における光の反射を抑制させる。発光素子のうち、非発光領域における光の反射を抑制させることで、迷光の発生を抑制させる。これにより、画像のコントラストを向上させることができる。また、低階調を表現する場合の黒浮きを抑制させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光領域同士の間に設けられ、光を散乱させる散乱部を有することが望ましい。発光素子のうち、非発光領域へ入射した光を散乱部で散乱させることで、迷光の発生を抑制させる。これにより、画像のコントラストを向上させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、複数の発光素子は、基板上に並列させて配置され、整形光学素子は、基板上に実装されることが望ましい。発光素子が配置された基板上に整形光学素子が設けられることで、発光素子と整形光学素子との高精度な位置合わせを可能にできる。また、発光素子から射出された光を効率良く整形光学素子へ入射させることができる。

実施例１に係るプロジェクターの斜視概略構成を示す図である。 プロジェクターの構成を模式的に表した図である。 回折光学素子による照射領域の整形について説明する図である。 実施例２に係るプロジェクターの構成を模式的に表した図である。 レンズ素子による照射領域の整形について説明する図である。 変形例１に係る照射領域を、光量分布とともに説明する図である。 変形例２に係る照射領域について説明する図である。 実施例３に係るプロジェクターの構成を模式的に表した図である。 発光素子及びミラー素子の構成を説明する図である。 発光素子アレイ上の二次元方向における発光素子の配置を説明する図である。 整形光領域における照射領域の形状を説明する図である。 実施例４に係るプロジェクターの構成を模式的に表した図である。 実施例５に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 実施例６に係るプロジェクターの構成を模式的に表した図である。 基板へのマイクロレンズアレイの実装について説明する図である。 実施例７に係るプロジェクターの構成を模式的に表した図である。 実施例８に係る発光素子アレイの平面概略構成を示す図である。 変形例に係る発光素子の断面模式図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクター１０の斜視概略構成を示す。プロジェクター１０は、スクリーン（不図示）の被照射面に光を投写し、被照射面で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクターである。プロジェクター１０は、発光素子アレイ１１、回折光学素子アレイ１２、投写光学系１３を有する。発光素子アレイ１１及び回折光学素子アレイ１２は、投写光学系１３の光軸ＡＸ上に設けられている。

図２は、プロジェクター１０の構成を模式的に表したものである。発光素子アレイ１１は、光軸ＡＸに直交する二次元方向へ並列させた複数の発光素子１４により構成されている。複数の発光素子１４は、基板１９上に並列させて配置されている。発光素子１４は、被照射面１８に表示する画像を構成する画素に対応して設けられ、画像信号に応じて変調された光を射出する。発光素子１４は、例えば、面発光型のレーザーダイオード（ＬＤ）である。画像信号に応じた変調は、振幅変調、パルス幅変調のいずれを用いても良い。回折光学素子アレイ１２、例えば、計算機合成ホログラム（Computer Generated Hologram；ＣＧＨ）である。

回折光学素子アレイ１２は、発光素子１４に対応して二次元方向へ並列させて設けられた複数の回折光学素子１５において、発光素子１４から射出された光を回折により拡散させる。回折光学素子１５は、発光素子１４から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子として機能する。発光素子アレイ１１の発光素子１４、及び回折光学素子アレイ１２の回折光学素子１５は、二次元方向における位置が一致するように、互いに対応させて配置されている。

回折光学素子１５の表面、例えば光を射出させる射出面のうち、発光素子１４からのレーザー光のスポットが形成される部分には、微細な凹凸が形成されている。回折光学素子１５は、微細な凹凸によりレーザー光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。凹凸のピッチ及び高さを含む表面条件が最適化されることにより、照射領域を所望の形状へ整形させる機能を、回折光学素子１５に持たせる。回折光学素子１５の表面条件を最適化する設計手法としては、例えば反復フーリエ変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）が用いられる。

回折光学素子アレイ１２は、各回折光学素子１５で光を回折させることにより、所定位置１７に、被照射面１８に表示される画像の基となる画像である、整形光領域を形成する。整形光領域が形成される所定位置１７は、回折光学素子アレイ１２及び投写光学系１３の間の光路中の位置である。所定位置１７と被照射面１８とは、共役関係にある。なお、「整形光領域」とは、「中間像」と言い換えることも可能であるが、その位置において発光素子１４の像を形成しているわけではないものとする。例えば、回折光学素子アレイ１２は、所望の形状を備えるモールド（型）を形成した後、モールドの形状を基板に熱転写する、いわゆるナノインプリントの手法を用いて製造する。この他、回折光学素子アレイ１２は、所望の形状の回折光学素子１５を形成可能であれば、従来用いられる干渉露光等の他の手法により製造することとしても良い。

投写光学系１３は、回折光学素子１５で整形された光によって所定位置１７に形成された整形光領域（画像）を被照射面１８へ投写する。発光素子アレイ駆動部１６は、不図示の電源から供給される電力Ｐｗを用いて、発光素子アレイ１１を駆動する。発光素子アレイ駆動部１６は、不図示の外部機器等から入力される画像信号に応じて、発光素子アレイ１１の各発光素子１４を駆動する。

図３は、回折光学素子１５による照射領域２１の整形について説明するものであって、整形光領域２０の一部を表したものである。整形光領域２０において、各照射領域２１は矩形形状をなしている。回折光学素子１５は、発光素子１４からの光を整形光領域２０における照射領域２１にまで拡大させ、かつ矩形形状に整形する。また、各回折光学素子１５は、照射領域２１における光量分布を均一化させる。発光素子１４の発光中心から光軸ＡＸに平行に進行した光は、各照射領域２１の中心位置２２へ入射する。互いに隣接する照射領域２１の境界は、略一致している。投写光学系１３は、整形光領域２０を被照射面１８にて結像させる。整形光領域２０における各照射領域２１は、被照射面１８に表示される画像の画素を構成する。各照射領域２１を矩形形状に整形することで、画素同士の隙間を少なくし、シームレスな画像の表示が可能となる。

プロジェクター１０は、画素に対応して設けられた発光素子１４からの光を用いて画像を表示することにより、従来の一般的な構成に比較して、光学要素による光の損失を低減させ、光利用効率を大幅に向上させることが可能となる。瞬時点灯が可能であるＬＤを用いる場合で比較しても、従来より損失する光量を低減できる。発光素子アレイ１１は、発光素子１４の駆動のための配線の配置や、十分な冷却等のために、発光素子１４同士をある程度の間隔で設けることとなる。整形光学素子により照射領域２１が整形された光を用いて整形光領域２０を形成することにより、画素同士の間隔を少なくし、高品質な画像を得ることが可能となる。これにより、高い光利用効率により明るく、かつ高品質な画像を表示できるという効果を奏する。プロジェクター１０は、高い光利用効率により、低消費電力にもできる。

プロジェクター１０は、複数の発光素子１４から射出させるレーザー光にある程度のスペクトル幅を持たせることで、スペックルノイズを低減させる効果を得ることも可能である。発光素子１４は、ＬＤである場合に限られず、他の半導体素子、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子のいずれとしても良い。

図４は、本発明の実施例２に係るプロジェクター３０の構成を模式的に表したものである。本実施例に係るプロジェクター３０は、マイクロレンズアレイ３１を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。マイクロレンズアレイ３１は、発光素子１４に対応して二次元方向へ並列させて設けられた複数のレンズ素子３２を有する。レンズ素子３２は、発光素子１４から射出された光を透過させる。レンズ素子３２は、発光素子１４から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子として機能する。レンズ素子３２は、球面形状、又は非球面形状の凸面を用いて構成されている。このように、発光素子１４上にレンズ素子３２をナノインプリントで構成することで、発光位置に近い位置にレンズ素子３２が形成でき、発光素子１４からの発光光線のロスを低減し高い効率で所望の形状にビーム整形できると共に、高効率な光利用効率を実現できる。または、マイクロレンズアレイ３１を、複数のレンズが一体成型されたレンズ素子基板として形成してもよい。マイクロレンズアレイ３１と発光素子基板とのアライメントを一括で行うことで、組立工数の削減や、高精度なアライメントが実現できる。これにより理想的なビーム整形が実現でき、高効率化、高画質化に大きく寄与する。

レンズ素子３２は、基板１９上に実装されている。発光素子１４の前方及び周囲を覆うようにレンズ素子３２が設けられることで、発光素子１４から拡散した光をレンズ素子３２へ効率良く取り込ませる構成にできる。発光素子１４が設けられた基板１９上にレンズ素子３２が設けられることで、発光素子１４とレンズ素子３２との高精度な位置合わせを可能にできる。発光素子１４とレンズ素子３２とが対峙するように、発光素子アレイ１１に対して、マイクロレンズアレイ３１を高い精度で位置決めすることができる。

発光素子１４から拡散した光は、レンズ素子３２での屈折により収束し、所定位置１７において所定の照明領域を形成する。レンズ素子３２の収束作用により、照射領域を所望の大きさに調整できる。また、発光素子１４から拡散する光を効率良く投写光学系１３へ進行させ、効率良く光を利用することも可能となる。なお、レンズ素子３２により発光素子１４の前方及び周囲を覆う構成は、発光素子１４が指向性の低い光を射出する場合、例えばＬＥＤを用いる場合に適している。発光素子１４が指向性の高い光を射出する場合、レンズ素子３２は、発光素子１４の周囲を覆わず前方にのみ配置することとしても良い。

図５は、レンズ素子３２による照射領域３３の整形について説明するものであって、整形光領域２０の一部を表したものである。整形光領域２０において、各照射領域３３は円形状をなしている。レンズ素子３２は、発光素子１４からの光を整形光領域２０における照射領域３３にまで拡大させ、かつ円形状に整形する。また、レンズ素子３２は、互いに隣接する発光素子１４による照射領域３３の一部同士を、整形光領域２０の位置において重畳させる。これにより、画素同士の継目を目立たせずシームレスな画像の表示が可能となる。なお、整形光学素子として機能するレンズ素子３２に光を散乱させる機能を持たせることとしても良い。レンズ素子３２は、例えば、光を散乱させる散乱材を分散させる構成や、微小な凹凸が施された散乱面を備える構成としても良い。レンズ素子３２を用いて光を散乱させることにより、照射領域３３の一部同士を重畳させることとしても良い。

図６は、変形例１に係る照射領域３５を、光量分布とともに説明するものである。整形光領域２０において、各照射領域３５は矩形形状をなしている。本変形例では、照射領域３５を並列させる二方向のいずれにも、照射領域３５同士を重畳させる重畳領域３６が形成されている。整形光学素子は、互いに隣接する発光素子１４による照射領域３５の一部同士を、整形光領域２０の位置において重畳させる。この場合、画素同士の継目をさらに目立たせず、シームレスな画像の表示が可能となる。また、各照射領域３５が、中心位置２２から離れるに従い光量が低下するような光量分布である場合、光量が低下する周辺部同士を重畳領域３６とすることで、整形光領域２０の光量分布を均一化させる効果を得ることもできる。このような構成では、写真映像を表示する場合に、上質な映像を提供できる。

図７は、変形例２に係る照射領域３７について説明するものである。整形光領域２０において、各照射領域３７は円形状をなしている。本変形例では、整形光学素子は、整形光領域２０の位置において、照射領域３７同士に間隔を設ける。各照射領域３７は、整形光領域２０の位置において、ドット状に形成される。これにより、境界を明確に表現したいような場合に、引き締まった表示が可能となる。本変形例の構成では、テキストや、グラフなどの場合に切れの良い表示が可能となり、コントラスト感を向上させることから、上質なプレゼンテーションなどに有効である。矩形形状の照射領域とする場合も、照射領域同士に間隔を設けることとしても良い。各実施例において、整形光学素子により照射領域を整形する態様は、プロジェクターの使用目的や、表示の対象に応じて任意に決定することとしても良い。

図１５は、基板１９上へのマイクロレンズアレイ３１の実装について説明する図である。金型３８には、所望のマイクロレンズアレイ３１の形状が形成されている。発光素子１４が形成された基板１９上にマイクロレンズアレイ３１の材料である樹脂やゾルゲル材を塗布し、金型３８を押し当てる。このようにして、金型３８の形状を材料に転写させることにより、基板１９上にマイクロレンズアレイ３１を実装する。

なお、基板１９上に実装される整形光学素子は、レンズ素子３２である場合に限られない。基板１９上には、整形光学素子として回折光学素子やフレネルレンズを実装することとしても良い。回折光学素子であるＣＧＨやフレネルレンズを実装する場合も、発光素子１４との高精度な位置合わせを可能とし、発光素子１４から射出された光を効率良く整形可能にできる。ＣＧＨやフレネルレンズも、基板１９に材料を塗布し、金型の形状を転写させることで、基板１９上に実装される。

フレネルレンズは、発光素子１４からの光を回折させることで、照射領域を整形する。フレネルレンズで光を回折させるには、フレネルレンズにおいてある程度の面積に光を照射させる面照射を要する。このため、フレネルレンズと組み合わせられる発光素子１４としては、拡散光を射出させる素子、例えばＬＥＤが好ましい。

図８は、本発明の実施例３に係るプロジェクター４０の構成を模式的に表したものである。本実施例において、発光素子アレイ４１を構成する発光素子４２は、端面発光型のＬＤである。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。発光素子アレイ４１上には、発光素子４２ごとにミラー素子４３が設けられている。ミラー素子４３は、発光素子４２から射出された光を反射させる。ミラー素子４３は、発光素子４２から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子として機能する。ミラー素子４３の反射面は、球面形状又は非球面形状の凸面をなし、発光素子４２から射出された光を拡散させる。ミラー素子４３は、所望の形状の基材に高反射性部材である金属部材や誘電体多層膜を蒸着して構成されている。

散乱板４４は、ミラー素子４３によって形成される整形光領域の位置に設けられている。散乱板４４は、ミラー素子４３で整形された光を散乱させる散乱部として機能する。散乱板４４は、光を散乱させる散乱材を透明部材に分散させて構成された板状部材である。散乱板４４により光を散乱させることにより、良好な視野角特性を得ることができる。また、光のエネルギーを散乱板４４で分散させることから、万一プロジェクター４０の射出側から光学系の先方を目視したような場合であっても、目に影響が及ぶような不具合の発生の抑制も可能となる。これにより、プロジェクター４０は、高出力な発光素子４２を用いる構成にできる。

図９は、発光素子４２及びミラー素子４３の構成を説明するものである。発光素子４２の活性層での共振によりレーザー発振した光は、発光素子アレイ４１のうち発光素子４２が配置された面に沿う方向へ射出する。発光素子４２から射出された光は、ミラー素子４３での反射により光路が折り曲げられ、散乱板４４の方向へ進行する。また、ミラー素子４３の凸面での反射により、発光素子４２からの光を整形光領域における照射領域にまで拡大させる。

図１０は、発光素子アレイ４１上の二次元方向における発光素子４２の配置を説明するものである。ここでは、発光素子４２以外の構成の図示を省略している。図示する平面において、発光素子４２は、互いに直交する二方向のうちの一方向へ長い形状をなしている。各発光素子４２は、長辺の向きを揃えて配置されている。発光素子４２の長辺に平行な方向を第１方向であるＸ方向、Ｘ方向に直交する方向を第２方向であるＹ方向とする。Ｘ方向は、発光素子４２において光を共振させる方向である。複数の発光素子４２は、Ｘ方向及びＹ方向へ並列させて配置されている。Ｘ方向及びＹ方向について発光素子４２を並列させる列を、図中破線で示す。

Ｘ方向に隣接する列の発光素子４２同士は、Ｙ方向についての位置を半ピッチ（ｄｙ／２）異ならせて配置されている。また、Ｙ方向に隣接する列の発光素子４２同士は、Ｘ方向についての位置を半ピッチ（ｄｘ／２）異ならせて配置されている。このように位置をずらして発光素子４２を配置することで発光素子アレイ４１の冷却効率を向上させることができ、発光素子４２の高効率化に寄与する。更に、整形光学素子を発光素子４２に対応させる光学素子パターン領域に余裕ができ、組立時の作業性を大幅に向上できる。

図１１は、整形光領域２０における照射領域４５の形状を説明するものであって、整形光領域２０の一部を表したものである。整形光領域２０において、各照射領域４５はＹ方向を長軸とする楕円形状をなしている。上述のように、Ｘ方向及びＹ方向について、隣接する列の発光素子４２を半ピッチ異ならせて配置することにより、照射領域４５同士の隙間を少なくし、良好な光量分布の画像を得ることができる。なお、Ｘ方向に隣接する発光素子４２同士は、Ｙ方向についての位置が異なっていれば良く、半ピッチのずれである場合に限られない。Ｙ方向に隣接する発光素子４２同士も、Ｘ方向についての位置が異なっていれば良く、半ピッチのずれである場合に限られない。

ミラー素子４３は、互いに直交する二方向について曲率を異ならせた形状とすることにより、照射領域４５の形状を適宜変形させることとしても良い。例えば、Ｙ方向に対してＸ方向について大きく光を拡散させることにより、照射領域４５の形状を円形状に近い形状に調整しても良い。本実施例は、発光素子アレイ４１のうち発光素子４２を配置する面に平行な方向へ光を共振させる領域を確保する場合に有用である。発光素子４２は、端面発光型のＬＤである他、端面発光型のＳＬＤであっても良い。なお、他の実施例においても、整形光学素子を適宜変形させることで、照射領域の縦横比を調整することとしても良い。

散乱板４４は、散乱材を分散させる構成とする他、微小な凹凸が施された散乱面を用いる構成としても良い。散乱部は、散乱板４４である場合に限られず、光を散乱させるものであれば良い。散乱部は、例えば、微小な凹凸を施した反射面を用いて光を散乱させるものであっても良い。他の実施例に係るプロジェクターも、整形光領域の位置に散乱部を設ける構成としても良い。また、整形光学素子として機能するミラー素子４３に光を散乱させる機能を持たせることとしても良い。ミラー素子４３は、例えば、微小な凹凸により光を散乱させる反射面を備える構成としても良い。ミラー素子４３を用いて光を散乱させることにより、照射領域４５の一部同士を重畳させることとしても良い。

図１２は、本発明の実施例４に係るプロジェクター５０の構成を模式的に表したものである。本実施例に係るプロジェクター５０は、マイクロレンズアレイ５１により光を平行化させることを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。マイクロレンズアレイ５１は、発光素子１４に対応して二次元方向へ設けられた複数のレンズ素子５２を有する。レンズ素子５２は、発光素子１４から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子として機能する。

レンズ素子５２は、発光素子１４の前方に配置され、発光素子１４から射出された光を透過させる。レンズ素子５２のうち発光素子１４からの光が入射する入射面５３は、球面形状、又は非球面形状の凹面である。発光素子１４から拡散した光は、入射面５３での屈折作用により収束する。レンズ素子５２のうち光を射出させる射出面５４は、球面形状、又は非球面形状の凹面である。レンズ素子５２を透過した光は、射出面５４での屈折により平行化される。なお、レンズ素子５２は、発光素子１４から拡散した光を効率良く取り込むために、発光素子１４の前方及び周囲を入射面５３により覆う構成としても良い。

レンズ素子５２により光を平行化させることにより、マイクロレンズアレイ５１から射出された光を、小型な光学系を用いて効率良く利用することができる。例えば、小型な投写光学系１３を用いて、明るい画像を表示することが可能となる。レンズ素子５２は、光の収束、平行化を入射面５３及び射出面５４で独立させることで、レンズ形状の調整を容易にでき、歩留まりの向上も可能となる。レンズ素子５２は、入射面５３及び射出面５４のいずれか一方により光を収束、及び平行化させる構成としても良い。

レンズ素子５２は、入射面５３、射出面５４を用いて照射領域を整形可能であれば良く、光を平行化させるものに限られない。レンズ素子５２は、入射面５３、射出面５４を用いて光を収束或いは拡散させるものであっても良い。レンズ素子５２は、入射面５３、射出面５４のいずれも凹面とする場合に限られず、入射面５３及び射出面５４の少なくとも一方が凹面又は凸面であれば良い。また、整形光学素子として機能するレンズ素子５２に光を散乱させる機能を持たせることとしても良い。

図１３は、本発明の実施例５に係るプロジェクター６０の概略構成を示す。本実施例に係るプロジェクター６０は、整形光学素子で整形された光を走査光学系６３により走査させることを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。発光素子アレイ６１は、特定方向へ一列に並列させた複数の発光素子（不図示）により構成されている。

回折光学素子アレイ６２は、発光素子に対応して特定方向へ一列に並列させて設けられた複数の回折光学素子（不図示）において、発光素子から射出された光を回折させる。回折光学素子は、発光素子から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子として機能する。発光素子アレイ６１の発光素子、及び回折光学素子アレイ６２の回折光学素子は、上記特定方向における位置が一致するように、互いに対応させて配置されている。

回折光学素子アレイ６２は、各回折光学素子で光を回折させることにより、所定位置に整形光領域を形成する。整形光領域が形成される所定位置は、回折光学素子アレイ６２及び走査光学系６３の間の光路中の位置である。走査光学系６３は、整形光領域及び被照射面１８の間の光路中に設けられている。走査光学系６３は、回折光学素子で整形された光を被照射面１８で走査させる。走査光学系６３は、例えば、ガルバノミラーである。

プロジェクター６０は、各発光素子からの照射領域が並列する方向に略直交する方向へ光を走査させることにより、被照射面１８にて画像を表示する。本実施例では、画素数に対して発光素子及び回折光学素子を大幅に少なくできることから、プロジェクター６０を小型にできる。また、発光素子を少なくできることは、歩留まりの向上にも寄与する。走査光学系６３は、特定の一方向へ光を走査させるものであれば良く、例えば、ポリゴンミラーや、音響光学素子（Acousto Optical Deflector；ＡＯＤ）であっても良い。なお、プロジェクター６０は、整形光学素子として回折光学素子を用いるものに限られず、上記各実施例で説明した他の整形光学素子である、レンズ素子やミラー素子を用いる構成としても良い。

図１４は、本発明の実施例６に係るプロジェクター７０の構成を模式的に表したものである。プロジェクター７０は、赤色（Ｒ）光用発光素子アレイ７１Ｒ、緑色（Ｇ）光用発光素子アレイ７１Ｇ、青色（Ｂ）光用発光素子アレイ７１Ｂを有する。Ｒ光用発光素子アレイ７１Ｒは、二次元方向へ並列された複数のＲ光用発光素子７２Ｒにより構成されている。Ｒ光用発光素子７２Ｒは、画素に対応して設けられている。Ｒ光用発光素子７２Ｒは、画像信号に応じて変調された第１色光であるＲ光を射出する第１発光素子である。

Ｒ光用回折光学素子アレイ７３Ｒは、Ｒ光用発光素子７２Ｒに対応して並列させて設けられた複数の回折光学素子（不図示）において、Ｒ光用発光素子７２Ｒから射出されたＲ光を回折させる。Ｒ光用回折光学素子アレイ７３Ｒの回折光学素子は、Ｒ光用発光素子７２Ｒから射出されたＲ光の照射領域を整形する第１整形光学素子として機能する。Ｒ光用回折光学素子アレイ７３Ｒは、各回折光学素子で光を回折させることにより、Ｒ光用回折光学素子アレイ７３Ｒ及びクロスダイクロイックプリズム７４の間の所定位置に整形光領域を形成する。

Ｇ光用発光素子アレイ７１Ｇは、二次元方向へ並列された複数のＧ光用発光素子７２Ｇにより構成されている。Ｇ光用発光素子７２Ｇは、画素に対応して設けられている。Ｇ光用発光素子７２Ｇは、画像信号に応じて変調された第２色光であるＧ光を射出する第２発光素子である。Ｇ光用回折光学素子アレイ７３Ｇは、Ｇ光用発光素子７２Ｇに対応して並列させて設けられた複数の回折光学素子（不図示）において、Ｇ光用発光素子７２Ｇから射出されたＧ光を回折させる。Ｇ光用回折光学素子アレイ７３Ｇの回折光学素子は、Ｇ光用発光素子７２Ｇから射出されたＧ光の照射領域を整形する第２整形光学素子として機能する。Ｇ光用回折光学素子アレイ７３Ｇは、各回折光学素子で光を回折させることにより、Ｇ光用回折光学素子アレイ７３Ｇ及びクロスダイクロイックプリズム７４の間の所定位置に整形光領域を形成する。

Ｂ光用発光素子アレイ７１Ｂは、二次元方向へ並列された複数のＢ光用発光素子７２Ｂにより構成されている。Ｂ光用発光素子７２Ｂは、画素に対応して設けられている。Ｂ光用発光素子７２Ｂは、画像信号に応じて変調された第３色光であるＢ光を射出する第３発光素子である。Ｂ光用回折光学素子アレイ７３Ｂは、Ｂ光用発光素子７２Ｂに対応して並列させて設けられた複数の回折光学素子（不図示）において、Ｂ光用発光素子７２Ｂから射出されたＢ光を回折させる。Ｂ光用回折光学素子アレイ７３Ｂの回折光学素子は、Ｂ光用発光素子７２Ｂから射出されたＢ光の照射領域を整形する第３整形光学素子として機能する。Ｂ光用回折光学素子アレイ７３Ｂは、各回折光学素子で光を回折させることにより、Ｂ光用回折光学素子アレイ７３Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム７４の間の所定位置に整形光領域を形成する。

クロスダイクロイックプリズム７４は、Ｒ光用回折光学素子アレイ７３ＲからのＲ光、Ｇ光用回折光学素子アレイ７３ＧからのＧ光、及びＢ光用回折光学素子アレイ７３ＢからのＢ光を合成する色合成光学系として機能する。クロスダイクロイックプリズム７４は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成して、投写光学系１３へ進行させる。投写光学系１３は、クロスダイクロイックプリズム７４で合成された光を、スクリーン７５の被照射面１８へ投写する。本実施例に係るプロジェクター７０の構成により、容易にカラー画像を得ることができる。なお、プロジェクター７０は、整形光学素子として回折光学素子を用いるものに限られず、上記各実施例で説明した他の整形光学素子である、レンズ素子やミラー素子を用いる構成としても良い。

更に、プロジェクター７０は、発光素子が配置された発光素子基板に整形光学素子を一体化させる構成としても良い。発光素子に近接した位置に整形光学素子を配置することで、発光素子で形成される画素を所望の形状に高精度で形成することが可能となる。更に望ましくは、発光素子上に整形光学素子を一体成型することとしても良い。これにより、発光素子に対する整形光学素子の位置精度を高めることで整形光学素子間の投写ばらつきを抑制し、高品質な映像を得ることができる。

図１６は、本発明の実施例７に係るプロジェクター８０の構成を模式的に表したものである。回折光学素子１５は、回折光以外の光であるゼロ次光Ｌ０を射出させる。ゼロ次光Ｌ０は、回折光学素子１５で回折せず、回折光学素子１５をそのまま透過した光である。本実施例に係るプロジェクター８０は、回折光学素子１５から射出されたゼロ次光Ｌ０を、被照射面１８以外の位置へ進行させることを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

発光素子アレイ１１は、光軸ＡＸに対して基板１９が斜めに傾けられて配置されている。発光素子１４から射出された光束の主光線Ｌは、光軸ＡＸに対して傾けられている。回折光学素子１５は、一次回折光等の回折光を照射領域の整形に使用する。回折光学素子１５からの回折光は、投写光学系１３を経て被照射面１８の方向へ進行する。回折光学素子１５から射出されたゼロ次光Ｌ０は、発光素子１４からの光束の主光線Ｌの延長線に沿って、被照射面１８以外の位置へ進行する。

回折光学素子１５からのゼロ次光Ｌ０と回折光とが被照射面１８に入射する場合、ゼロ次光Ｌ０と回折光とが重なることで、照射領域の一部のみが明るくなることがある。照射領域の一部のみが明るくなることで、良好な光量分布を得ることが困難になる。被照射面１８以外の位置へゼロ次光を進行させることで、照射領域における良好な光量分布を得ることができる。なお、回折光学素子１５から射出されたゼロ次光Ｌ０が入射する位置に、光吸収部材を設けることとしても良い。これにより、迷光の発生を低減させることができる。

図１７は、本発明の実施例８に係る発光素子アレイ９０の平面概略構成を示す。本実施例は、発光素子アレイ９０を構成する発光素子９１が面発光光源であることを特徴とする。発光素子９１は、例えばＬＥＤである。発光素子９１は、光を射出させる発光領域９２を備える。各発光素子９１の発光領域９２は、矩形形状をなしている。例えば、発光領域９２の縦横比は、被照射面１８における画素の縦横比と略一致している。

仮に、発光素子が点発光であると、発光点に対する整形光学素子のわずかな位置ずれが光の進行へ大きく影響を及ぼす場合がある。ある程度の発光領域を持たせた面発光光源を用いる場合、発光素子が点発光である場合に比べて、整形光学素子の位置ずれによる光の進行への影響を少なくできる。これにより、整形光学素子の位置合わせを容易にすることができる。また、発光領域９２を矩形形状とすることにより、矩形形状への照射領域の整形を容易にすることが可能となる。これにより、矩形形状の画素を形成し易くでき、滑らかで高品質な画像を得ることが可能となる。

発光素子アレイ９０上において、発光領域９２同士は間隔を設けて配置されている。発光素子アレイ９０のうち、発光領域９２同士の間の部分は、非発光領域とされている。発光領域９２同士の間の非発光領域には、光を吸収する吸収部９３が設けられている。吸収部９３は、発光素子９１のうち、非発光領域における光の反射を抑制させる。吸収部９３は、例えば、光吸収性樹脂部材を用いて構成されている。

発光領域９２間に非発光領域を設けることで、隣接する画素間の階調差を強調させることを可能とし、輪郭が鮮明な画像を得ることができる。また、吸収部９３を設け、非発光領域における光の反射を抑制させることにより、画像のコントラストを向上させることができる。さらに、非発光領域における光の反射を抑制させることにより、低階調を表現する場合の黒浮きを抑制させることが可能となる。

図１８は、変形例に係る発光素子９４の断面模式図である。本変形例は、吸収部９３に代えて設けられた散乱部９５を備えることを特徴とする。散乱部９５は、発光領域９２同士の間の非発光領域に設けられている。散乱部９５は、非発光領域へ入射した光を散乱させる。散乱部９５は、例えば、基板１９の表面に微細な凹凸を施すことにより構成されている。この他、散乱部９５は、基板１９の表面に散乱材を分散させることにより構成しても良い。発光素子９４のうち、非発光領域へ入射した光を散乱部９５で散乱させることで、迷光の発生を抑制させる。これにより、画像のコントラストを向上させることができる。

１０ プロジェクター、１１ 発光素子アレイ、１２ 回折光学素子アレイ、１３ 投写光学系、ＡＸ 光軸、１４ 発光素子、１５ 回折光学素子、１６ 発光素子アレイ駆動部、１７ 所定位置、１８ 被照射面、１９ 基板、２０ 整形光領域、２１ 照射領域、２２ 中心位置、３０ プロジェクター、３１ マイクロレンズアレイ、３２ レンズ素子、３３、３５、３７ 照射領域、３６ 重畳領域、３８ 金型、４０ プロジェクター、４１ 発光素子アレイ、４２ 発光素子、４３ ミラー素子、４４ 散乱板、４５ 照射領域、５０ プロジェクター、５１ マイクロレンズアレイ、５２ レンズ素子、５３ 入射面、５４ 射出面、６０ プロジェクター、６１ 発光素子アレイ、６２ 回折光学素子アレイ、６３ 走査光学系、７０ プロジェクター、７１Ｒ Ｒ光用発光素子アレイ、７１Ｇ Ｇ光用発光素子アレイ、７１Ｂ Ｂ光用発光素子アレイ、７２Ｒ Ｒ光用発光素子、７２Ｇ Ｇ光用発光素子、７２Ｂ Ｂ光用発光素子、７３Ｒ Ｒ光用回折光学素子アレイ、７３Ｇ Ｇ光用回折光学素子アレイ、７３Ｂ Ｂ光用回折光学素子アレイ、７４ クロスダイクロイックプリズム、７５ スクリーン、８０ プロジェクター、Ｌ 主光線、Ｌ０ ゼロ次光、９０ 発光素子アレイ、９１ 発光素子、９２ 発光領域、９３ 吸収部、９４ 発光素子、９５ 散乱部

Claims (20)

1. 被照射面に表示する画像を構成する画素に対応して設けられ、画像信号に応じて変調された光を射出する発光素子と、
   前記発光素子に対応して設けられ、前記発光素子から射出された光の照射領域を整形する整形光学素子と、を有し、
   前記整形光学素子は、前記整形光学素子及び前記被照射面の間の光路中に整形光領域を形成することを特徴とするプロジェクター。
2. 前記整形光学素子で整形された光を前記被照射面へ投写する投写光学系を有し、
   前記整形光学素子は、前記整形光学素子及び前記投写光学系の間の光路中に前記整形光領域を形成することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記整形光学素子は、互いに隣接する前記発光素子による前記照射領域の一部同士を、前記整形光領域の位置において重畳させることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター。
4. 前記整形光学素子は、前記整形光領域の位置において、前記照射領域同士に間隔を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクター。
5. 前記整形光学素子は、前記整形光領域の位置における前記照射領域を矩形形状に整形することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記整形光学素子は、前記発光素子から射出された光を収束させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記整形光学素子は、前記発光素子から射出された光を拡散させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
8. 前記整形光学素子は、前記発光素子から射出された光を平行化させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロジェクター。
9. 前記整形光学素子は、前記発光素子から射出された光を回折させる回折光学素子であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロジェクター。
10. 前記回折光学素子から射出された光のうち、回折光以外の光であるゼロ次光を、前記被照射面以外の位置へ進行させることを特徴とする請求項９に記載のプロジェクター。
11. 前記発光素子から射出された光束の主光線が、投写光学系の光軸に対して傾けられていることを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクター。
12. 前記整形光領域の位置に配置され、前記整形光学素子で整形された光を散乱させる散乱部を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のプロジェクター。
13. 複数の前記発光素子は、第１方向、及び前記第１方向に略直交する第２方向へ並列させて配置され、
    前記第１方向に隣接する列の前記発光素子同士が、前記第２方向についての位置を異ならせて配置され、前記第２方向に隣接する列の前記発光素子同士が、前記第１方向についての位置を異ならせて配置されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
14. 前記整形光領域及び前記被照射面の間の光路中に設けられ、前記整形光学素子で整形された光を前記被照射面で走査させる走査光学系を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のプロジェクター。
15. 第１色光を射出する前記発光素子である第１発光素子と、
    第２色光を射出する前記発光素子である第２発光素子と、
    第３色光を射出する前記発光素子である第３発光素子と、
    前記第１発光素子から射出された前記第１色光の照射領域を整形する前記整形光学素子である第１整形光学素子と、
    前記第２発光素子から射出された前記第２色光の照射領域を整形する前記整形光学素子である第２整形光学素子と、
    前記第３発光素子から射出された前記第３色光の照射領域を整形する前記整形光学素子である第３整形光学素子と、
    前記第１整形光学素子からの前記第１色光、前記第２整形光学素子からの前記第２色光、及び前記第３整形光学素子からの前記第３色光を合成する色合成光学系と、を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
16. 前記発光素子は、光を射出させる発光領域を備える面発光光源であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
17. 前記発光領域が矩形形状を備えることを特徴とする請求項１６に記載のプロジェクター。
18. 前記発光領域同士が間隔を設けて配置され、
    前記発光領域同士の間に設けられ、光を吸収する吸収部を有することを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプロジェクター。
19. 前記発光領域同士が間隔を設けて配置され、
    前記発光領域同士の間に設けられ、光を散乱させる散乱部を有することを特徴とする請求項１６又は１７に記載のプロジェクター。
20. 複数の前記発光素子は、基板上に並列させて配置され、
    前記整形光学素子は、前記基板上に実装されることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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