JP5751098B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発 光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを 備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のう ち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は 、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記単位領域は、第1の領域と 第2の領域と第3の領域からなり、前記第1の領域、前記第2の領域および前記第3の領 域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、前記単位領域は、前記第1の領域、前記第2 の領域および前記第3の領域が、互いに隣接した部分を含んで2次元的に配置された組み 合わせが、1つまたは2つで構成され、かつ、前記単位領域が、2次元方向に複数個並ん で配置される投射型表示装置を提供する。
また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発 光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを 備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のう ち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は 、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記単位領域は、N個の領域か らなり(N≧5の整数)、前記N個の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、前記 第N個の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記短手方向 へ並び、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置を提供する。
さらに、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が 発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部と を備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光の うち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子 は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記偏光解消素子は、透明基 板上に複屈折性材料層を有し、前記単位領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長 い領域であって、前記複屈折性材料層の光学軸は、前記短手方向が進行方向となる波状を なしており、かつ、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置を提供す る。
図1(a)、図1(b)は、本実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す模式図である。発光手段であるコヒーレント光を発する光源部として、例えば半導体レーザや固体レーザなど、少なくとも1つのレーザ11から出射された光はコリメータレンズ12によって略平行光となるように集光され、偏光子13を通過する。レーザ11として例えば、半導体レーザは直線偏光の光を出射するが、製造ばらつきや使用環境温度変化等により、その偏光方向にばらつきや時間的変動を有する場合がある。偏光子13は、この光の偏光状態を一定にするためのものであるが、省略することも可能である。偏光子13を通過した光は、後述する各構成の偏光解消素子20によって偏光状態が異なる光を透過させることにより空間的な光干渉性を平均化して出射するものである。偏光解消素子20を透過した散乱光は、集光レンズ14により、画像光生成部である空間光変調器15に集光される。また、レーザ11から出射する光は、ファイバなどを用いて導光されることで散乱される光でもよく、この場合、投射型表示装置10a、10bは、図1(a)、図1(b)に示す構成を有するものであってもよいが、コリメータレンズ12、偏光子13を含まない構成としてもよい。
次に、本発明の投射型表示装置に用いる偏光解消素子について説明する。なお、以降説明する各偏光解消素子は、いずれも、投射型表示装置10a、10bの偏光解消素子20の位置、空間変調素子15と投影レンズ16との間の位置、または、投影レンズ16とスクリーン17との間の位置等に備えることができる。図2(a)は、本実施形態に係る偏光解消素子30の平面模式図を示すものであり、偏光解消素子30は、第1の領域31と第2の領域32からなる単位領域33が、特定の方向に連続的に並んで配置された領域を有する。具体的に、第1の領域31および第2の領域32は長方形の領域を有し、長方形の短辺方向に、複数個の単位領域33が配置される。ここで、配置される個数として、複数個とは、5〜50個が好ましい。5個未満であれば、スペックルノイズの解消効果を十分に発揮することができず、50個を超えると単位領域33の境界で発生する回折により光量のロスが生じ、高い光利用効率が得られなくなるからである。
図6(a)は、本実施形態に係る偏光解消素子40の平面模式図を示すものであり、偏光解消素子40は、第1の領域41と第2の領域42からなる単位領域43が、2次元的に複数個、好ましくは、偏光解消素子の第1の実施形態と同じ理由で、5〜50個、連続して配置された領域を有する。具体的に、第1の領域41および第2の領域42はそれぞれ、正方形の領域を有し、単位領域43は、2つの第1の領域41と、2つの第2の領域42とが隣接して交互に配置された、いわゆる市松模様をなして、正方形の領域を有する。なお、第1の領域41および第2の領域42は、正方形に限らず、長方形や平行四辺形、多角形などの領域を与えることもできる。
前述した偏光解消素子の第1、第2の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる第1の領域と第2の領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第3の実施形態では、第1の領域、第2の領域および第3の領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する。図8(a)、図8(b)はそれぞれ、本実施形態に係る偏光解消素子50a、50bの平面模式図を示すものであり、第1の領域51、第2の領域52および第3の領域53から構成される。また、第1の領域51内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第2の領域52内を透過する光の偏光状態も同一であり、さらに、第3の領域53内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
前述した偏光解消素子の第3の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる第1の領域、第2の領域および第3の領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第4の実施形態では、第1の領域、第2の領域、第3の領域および第4の領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する。図10(a)は、本実施形態に係る偏光解消素子60の平面模式図を示すものであり、第1の領域61、第2の領域62、第3の領域63および第4の領域64から構成される。また、第1の領域61内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第2の領域62内を透過する光の偏光状態も同一であり、かつ、第3の領域63内を透過する光の偏光状態も同一であり、さらに、第4の領域64内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
前述した偏光解消素子の第4の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる4つの領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第5の実施形態では、第1の領域、第2の領域、第3の領域、・・・、第Nの領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する(N≧5の整数)。図12(a)は、本実施形態に係る偏光解消素子80の平面模式図を示すものであり、単位領域86は、第1の領域81、第2の領域82、第3の領域83、・・・、第(N−1)の領域84、第Nの領域85がこの順に並ぶように構成される。また、第1〜第Nの各領域内を透過する光の偏光状態が同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
前述した投射型表示装置に用いる偏光解消素子は、それぞれ、単位領域を有し、単位領域を構成する複数の領域のうち、各領域を透過する光は同一の偏光状態となるための構成を有するものであった。偏光解消素子の第6の実施形態では、単位領域を有するが、この単位領域は、透過する光の偏光状態が連続して変化する。図14(a)は、本実施形態に係る偏光解消素子100の平面模式図を示すものであり、正方形の単位領域101が、2次元的に複数個、好ましくは、偏光解消素子の第1の実施形態と同じ理由で、5〜50個連続して配置された領域を有する。また、2次元的な配列としては図14(a)に図示するように単位領域101が正方形で配列される他に、三角形や多角形等で配列されるものであってもよい。
偏光解消素子の第7の実施形態は、単位領域内を透過する光の偏光状態が連続して変化する、第6の実施形態とは異なる形態を有するものである。図15(a)、図15(b)は、それぞれ、本実施形態に係る偏光解消素子110a、110bの平面模式図を示すものであって、それぞれ、長方形の単位領域111、単位領域116が、長方形の短辺方向に、複数個、好ましくは、偏光解消素子の第1の実施形態と同じ理由で、5〜50個連続的に配置される。また、図15(a)、図15(b)に示すように、単位領域111、116はそれぞれ、単位領域の短軸方向に波状に分布する光学軸111a、116aを有し、この波の1周期分が、単位領域の短辺の長さに相当する。なお、図15(a)および図15(b)は、光学軸が連続的に変化するような状態を例に挙げたが、これに限らない。例えば、光学軸が一部不連続となる部分を含むような、擬似的な波状のパターンであってもよい。以下、波状は、上記の擬似的な波状も含むものとして説明する。
{P/(2π)}×sin{2π(x/P)} ・・・ (1)
とすると、光学軸の最大傾斜αが45度となり、透過する光について、互いに直交する直線偏光の光が含まれるので好ましい。また、xは、波の進行方向の座標軸、Pはピッチを表す。なお、図15(a)は、光学軸の最大傾斜αが45度となる波状の分布を有する偏光解消素子110aを示すものである。
−P/4+mP≦x≦P/4+mP、であるとき、
(P/π)ln|cos(πx/P−mπ)|
−(P/π)ln|cos(π/4)| ・・・ (2a)
であるとともに、
P/4+mP≦x≦3P/4+mP、であるとき、
−(P/π)ln|cos{πx/P−(1+2m)π/2}|
+(P/π)ln|cos(π/4)| ・・・ (2b)
とすることが好ましい。
本実施例では、偏光解消素子の第2の実施形態に基づき、単位領域43が第1の領域41と第2の領域42で、市松模様となる配置となる偏光解消素子を作製する。まず、石英ガラスからなる透明基板の一方の面に反射防止膜を形成する。そして、反射防止膜側とは反対側の面にポリイミドを塗布、焼成し、同一の方向に直線的にラビング処理を施すことにより配向膜を形成する。
本実施例も、実施例1と同様に、偏光解消素子の第2の実施形態に基づき、単位領域43が第1の領域41と第2の領域42で、市松模様となる配置となるが、実施例1とは別の構成となる偏光解消素子を作製する。まず、石英ガラスからなる透明基板にポリイミドを形成する工程は実施例1と同じである。そして、ポリイミドの表面について、基準方向に直線的にラビング処理を施す。その後、0.5mm×0.5mmの領域が市松模様状に開口したマスクをあてて、最初にラビングした基準方向に対して45度の方向にラビングする。これにより、ポリイミドの表面において、ラビング方向が0度方向と45度方向となる2つの領域を有する配向膜を得る。
11 レーザ
12コリメータレンズ
13 偏光子
14 集光レンズ
15 空間光変調器
16 投影レンズ
17 スクリーン
20、30、40、50a、50b、60、80、100、110a、110b 偏光解消素子
21 揺動制御部
31、41、51、61、81 第1の領域
31a、41a、51a、51b、61a、61b、81a、81b 第1の直線偏光の光
31b、41b、62b 第1の円偏光の光
32a、42a、52a、62a、64b、82a 第2の直線偏光の光
32b、42b、63b 第2の円偏光の光
32、42、52、62、82 第2の領域
33、43、54a、54b、54c、65、86、101、111、116 単位領域
33a、33b、43a、55a、66a、87a、103a、103b 透明基板
34、36、37、44、45、46、56、57、58、59、67、68、69、71、72、73、92a、92b、93a、93b、94a、94b、95a、95b、104 複屈折性材料層
35、38 充填材料層
52b、82b 第1の楕円偏光の光
53b、83b 第2の楕円偏光の光
53、63、83 第3の領域
53a、63a、83a 第3の直線偏光の光
64 第4の領域
64a 第4の直線偏光の光
84 第(N−1)の領域
84a 第(N−1)の直線偏光の光
84b 第(N−2)の楕円偏光の光
85 第Nの領域
85a 第Nの直線偏光の光
85b 第(N−1)の楕円偏光の光
102a、102b、111a、116a 光学軸
Claims (12)
- コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、
前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、
前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、
前記単位領域は、第1の領域と第2の領域と第3の領域からなり、
前記第1の領域、前記第2の領域および前記第3の領域は、互いに異なる偏光状態の光 を透過し、
前記第1の領域、前記第2の領域および前記第3の領域は、長手方向と短手方向を有す る一方向に長い領域であって、この順に前記短手方向へ並び、
前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。 - コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した 光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える 投射型表示装置であって、
前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を 変えて透過する偏光解消素子を有し、
前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、
前記単位領域は、第1の領域と第2の領域と第3の領域からなり、
前記第1の領域、前記第2の領域および前記第3の領域は、互いに異なる偏光状態の光 を透過し、
前記単位領域は、前記第1の領域、前記第2の領域および前記第3の領域が、互いに隣 接した部分を含んで2次元的に配置された組み合わせが、1つまたは2つで構成され、
かつ、前記単位領域が、2次元方向に複数個並んで配置される投射型表示装置。 - コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した 光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える 投射型表示装置であって、
前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を 変えて透過する偏光解消素子を有し、
前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、
前記単位領域は、N個の領域からなり(N≧5の整数)、
前記N個の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、
前記第N個の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記短 手方向へ並び、
前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。 - 前記単位領域を透過する光の複数の偏光状態に対応する、複数のストークスベクトルの 合成が略0である請求項1〜3いずれか1項に記載の投射型表示装置。
- コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した 光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える 投射型表示装置であって、
前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を 変えて透過する偏光解消素子を有し、
前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、
前記偏光解消素子は、透明基板上に複屈折性材料層を有し、
前記単位領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記複屈折 性材料層の光学軸は、前記短手方向が進行方向となる波状をなしており、
かつ、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。 - 前記単位領域を透過する光の複数の偏光状態に対応する、複数のストークスベクトルの 合成が略0である請求項5に記載の投射型表示装置。
- 前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の最大傾斜が45度以上となる請求項5 または6に記載の投射型表示装置。
- 前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の傾斜角度が一定に変化する請求項5〜 7いずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記複屈折性材料層は、入射する光に対して1/2波長板の機能を有する位相差を与え る請求項5〜8いずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記複屈折性材料層は、複屈折材料からなる請求項5〜9いずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記偏光解消素子に入射する光は直線偏光の光である請求項1〜10いずれか1項に記載の投射型表示装置。
- 前記偏光解消素子を振動させるための揺動制御部を備える請求項1〜11いずれか1項に記載の投射型表示装置。
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