JP4267023B2

JP4267023B2 - 投写型表示装置

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Publication number: JP4267023B2
Application number: JP2006292349A
Authority: JP
Inventors: 宗晴桑田; 智広笹川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: US20070252956A1; JP2007316579A

Description

本発明は、光変調素子の映像をスクリーンに拡大投写する投写型表示装置に関するものである。

従来より、光変調素子であるライトバルブの映像をパワーミラーを用いてスクリーンに対して斜め方向に拡大投写する表示装置の提案がある（例えば、特許文献１乃至３参照）。

また、ホログラムシートにより、投射機からの射出光をスクリーンに対して略垂直に入射させる表示装置の提案もある（例えば、特許文献４参照）。

特開２００４−１５７５６０号公報（図１）特開２００２−２０７１６８号公報（図３９）国際公開第０１／０６２９５号公報（図２０）特開平８−２４８５１４号公報（図１、図２）

上記特許文献１乃至３に記載の表示装置において、表示装置の薄型化（すなわち、奥行き寸法の縮小）を図るためには、パワーミラーからスクリーンまでの距離を短くする必要がある。しかし、パワーミラーからスクリーンまでの距離を短くするためには、パワーミラーからの投写光の画角を大きく（すなわち、広角化）しなければならず、パワーミラーの曲率はより大きくなってしまう。このため、パワーミラーからスクリーンまでの距離を短くしようとすると、パワーミラーの曲率を大きくする必要が生じ、パワーミラー自体の奥行き寸法が大きくなる。したがって、上記特許文献１乃至３に記載の表示装置には、パワーミラー自体の奥行き寸法によって、表示装置の薄型化が制限されるという問題がある。

また、パワーミラー自体を小型化することによって、パワーミラー自体の奥行き寸法を縮小し、これによって、表示装置の薄型化を実現することも考えられる。しかし、非球面や自由曲面を有するパワーミラー自体を小型化すると、サイズの大きいパワーミラーを採用した場合に比べ、歪曲補正が不十分になり、その結果、映像品質の低下を招くという別の問題が生じる。また、広角に伴い発生する歪曲収差を良好に補正するためには、非球面あるいは自由曲面といった複雑な形状を持ったサイズの大きいパワーミラーが必要となるが、そのようなミラーは製造の難易度が高く、コスト高の要因ともなってしまう。

また、上記特許文献４に示される表示装置には、スクリーンサイズと同程度の大型ホログラムシートが必要であり、このような大型のホログラムシートの作製が困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、映像品質の低下を招くことなく、簡単な構成で、奥行き寸法を縮小することができる投写型表示装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置は、光源を含む照明装置と、映像信号が入力され、前記照明装置からの光を前記映像信号に応じて変調する光変調素子と、前記光変調素子からの変調光を拡大投写する投写光学系と、前記投写光学系からの投写光が投写されることによって映像が表示されるスクリーンとを有し、前記投写光学系は、前記光変調素子からの変調光を屈折させる屈折型光学系と、前記スクリーンから離れた位置であって、前記スクリーンの中心位置から前記スクリーンに平行な方向にずれた位置に配置され、前記屈折型光学系を通過した変調光の中心光を前記スクリーンの法線に対して斜め方向に向けるように、前記屈折型光学系を通過した変調光を前記スクリーンに向けて投写する平面形状で、前記スクリーンに対して平行に配置されたホログラム素子とを有し、前記光変調素子は１枚であり、前記照明装置、前記光変調素子及び前記投写光学系は、前記スクリーンを含む平面に対して同じ側に配置され、前記照明装置及び前記投写光学系は、前記スクリーンと前記ホログラム素子との間に配置され、前記照明装置に含まれる前記光源は、レーザー光源であり、前記ホログラム素子は、前記変調光と同じ波長帯を持つホログラム素子作製用のレーザー光を２つに分け、一方を参照光としてホログラム素子構成材料である感光面に直接照射し、他方をパワーミラーに当ててその反射光を物体光として前記感光面に照射し、前記参照光と前記物体光との干渉縞の強度分布を前記感光面に記録させて、前記パワーミラーと同様の結像性能及び歪曲性能を持つように作製された素子であり、前記ホログラム素子は、入射した前記変調光を前記ホログラム素子に記録された干渉縞により回折させ反射させ、前記スクリーンに向けて投写される変調光の画角を、前記屈折型光学系を通過して前記ホログラム素子に向かう変調光の画角よりも拡大するものである。

本発明の投写型表示装置によれば、映像品質の低下を招くことなく、簡単な構成で、奥行き寸法を縮小することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置１００の構成及び光路を概略的に示す側面図である。なお、図１に示される投写型表示装置１００は、例えば、リアプロジェクションテレビである。また、図１は、投写型表示装置１００の内部の側面を示している。

図１に示されるように、実施の形態１に係る投写型表示装置１００は、照明装置１と、映像信号が入力され、照明装置１からの光Ｌ１を映像信号に応じて変調する光変調素子（ライトバルブ）２と、光変調素子２からの変調光Ｌ２を拡大投写する投写光学系３と、投写光学系３からの投写光Ｌ３が投写されるスクリーン４とを有する。

照明装置１は、複数のレーザー光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、照明光学系１２とを有する。図１には、射出されるレーザー光の波長帯域が異なる３種類（例えば、赤色、緑色、青色）のレーザー光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが示されている。また、これらレーザー光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂとは異なる波長帯を持つレーザー光源をさらに追加すること又は数を減らすことも可能であり、レーザー光源の数及び種類は、図示の例に限定されない。また、図１には、照明光学系１２として光学レンズが描かれている。しかし、照明光学系１２の構成は図示の例には限定されず、ミラーや他のレンズを含む構成を採用することもできる。また、照明装置１は、射出される光Ｌ１の中心光に垂直な面内における強度分布を一様にするための光均一化手段として、例えば、光の多重反射を利用した、インテグレータロッド、中空のライトパイプ、又は光源１１からの光を矩形等の領域に分割して重ね合わせるフライアイレンズ等を含む構成を採用することもできる。また、照明装置１は、時分割でカラー映像を表示するためのカラーホイール、又は色合成のためのダイクロイックミラー等を含む構成とすることもできる。

光変調素子２は、照明装置１からの光Ｌ１を、映像信号に応じて変調する。光変調素子２としては、例えば、複数のマイクロミラーを配列し、映像信号に応じて各マイクロミラーの傾斜角を変化させる光反射型光変調素子であるＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ、テキサスインスツルメンツ社の登録商標）を用いることができる。また、光変調素子２として、光反射型又は光透過型の液晶パネル等の他のライトバルブを用いてもよい。また、図１には、光変調素子２を１枚使用した単板式の場合を示しているが、光変調素子２の枚数は、複数枚でもよく、例えば、光変調素子２を３枚使用した３板式の構成が可能である。また、照明装置１及び光変調素子２の構成及び配置は、図示の例には限定されず、ミラー又はレンズなどの光学素子を用いることによって、照明装置１及び光変調素子２の構成及び配置を、例えば、投写光学系３の下側などの装置の厚さに影響を与えない位置に変更することができる。

投写光学系３は、光変調素子２からの変調光Ｌ２を屈折させる屈折型光学系３１と、光反射型のホログラム素子３２とを有する。屈折型光学系３１は、諸収差を補正して良好な結像性能を得るために、例えば、異なった材質と曲率を持つ複数のレンズ素子で構成される。ホログラム素子３２は、スクリーン４から離れた位置であって、スクリーン４の中心位置４ａからスクリーン４に平行な方向（図１においては、下方向）にずれた位置に配置され、屈折型光学系３１を通過した変調光Ｌ３の中心光Ｌ３ｃをスクリーンの法線４ｂに対して斜め方向に向けるように、屈折型光学系３１を通過した変調光Ｌ３をスクリーン４に向けて投写する。

ホログラム素子３２は、干渉性の高いレーザー光をビームスプリッター等で２つに分け、一方を参照光として感光面に直接照射し、他方を物体に当ててその反射光を物体光として感光面に照射し、参照光と物体光との干渉縞の強度分布を感光面に記録させ、これを現像処理することにより作製される。このようにして作製されたホログラム素子に光を再生照明光として入射させると、その光はホログラムに記録された干渉縞により回折され、物体光生成時に用いた物体からの反射光が再生される。実施の形態１における光反射型ホログラム素子３２は、この原理によりパワーミラーを物体として作製されたホログラム素子である。このため、屈折型光学系３１からの光をホログラム素子に入射させると、パワーミラーに入射させた場合と同様に、所望の結像性能及び歪曲性能を満足するよう、平面形状の光反射型ホログラム素子３２に対する入射角度に応じて入射光を特定の方向に反射させる。

また、ホログラム素子３２は、ホログラム素子作製時の光源と同じ波長帯を持つ光を作製時と同じ入射角度で入射させたときに最も回折効率が高くなる性質を持つ。したがって、干渉性の強いレーザー光を再生照明光として使用すると効率が良くなる。実施の形態１における平面形状の光反射型ホログラム素子３２は、例えば、光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂのいずれの波長帯に対しても感度を持つ１枚の感光面を用いて、光源を順次変えながら多重露光することにより製作することができる。また、光反射型ホログラム素子３２は、光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂそれぞれの単独の波長帯に対してのみ感度を持つ感光面を複数枚重ね、光源を順次変えながら多重露光すること等により製作することもできる。ホログラム素子３２は、光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと同じ波長帯を持つ３つの露光用光源を用いて作製されると、光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと同じ波長帯を持つ光を入射させたときに最も反射効率が高くなる。このため、照明装置１に、連続スペクトルを含むランプ等の白色光源を用いた場合には、光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと同じ波長帯に対する反射効率は高いが、それ以外の大半の波長帯に対する反射効率は低いので、スペクトル域全体としての反射効率が低くなる。これに対し、照明装置１に、ホログラム素子の作製時に用いた露光用光源と同じ波長帯を持つ光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを用いると、いずれの波長帯に対しても、高い反射効率が得られ、明るく鮮明な映像を得ることができる。また、本発明に係る平面形状の光反射型ホログラム素子３２は、パワーミラーのような大型で非球面や自由曲面といった複雑な形状を持たないため、射出成型等の成型で容易に作製することが可能である。

スクリーン４は、例えば、光透過型スクリーンであり、投写光学系３からの投写光Ｌ３が投写されることによって映像が表示される。

次に、投写型表示装置１００の動作を説明する。光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出された光は、照明光学系１２により屈折又は反射作用を受け、光変調素子２を照明する。
光変調素子２は、光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと照明光学系１２とから構成される照明装置１からの光Ｌ１を、映像信号に応じて変調する。光変調素子２により変調された変調光Ｌ２は、屈折型光学系３１に入射して屈折作用を受けた後、平面形状の光反射型ホログラム素子３２により拡大反射される。屈折型光学系３１と平面形状の光反射型ホログラム素子３２とから構成される投写光学系３からの投写光Ｌ３は、図１において斜め下方向から光透過型スクリーン４に入射して映像が表示される。

図３は、比較例の投写型表示装置３００の構成及び光路を概略的に示す側面図である。図３に示されるように、比較例の投写型表示装置３００においては、光変調素子２により変調された変調光は、投写光学系６の屈折型光学系６１に入射して屈折作用を受けた後、投写光学系６のパワーミラー６２によりスクリーン４に向けて拡大反射される。このような装置で、装置の薄型化（すなわち、奥行き寸法の縮小）を図るためには、パワーミラー６２からスクリーン４までの距離を短くする必要がある。しかし、パワーミラー６２からスクリーン４までの距離を短くするためには、パワーミラー６２からの投写光の画角を大きく（すなわち、広角化）しなければならず、パワーミラー６２の曲率はより大きくなってしまう。このため、パワーミラー６２からスクリーン４までの距離を短くしようとすると、パワーミラー６２の曲率を大きくする必要が生じ、パワーミラー６２自体の奥行き寸法Ｄ３が大きくなる。したがって、パワーミラー６２自体の奥行き寸法Ｄ３によって、表示装置の薄型化が制限される。また、パワーミラー６２自体を小型化することによって、パワーミラー６２自体の奥行き寸法Ｄ３を縮小し、これによって、装置の薄型化を実現することも考えられる。しかし、非球面や自由曲面を有するパワーミラー６２自体を小型化すると、サイズの大きいパワーミラーを採用した場合に比べ、歪曲補正が不十分になり、その結果、スクリーン４に投写される映像の品質低下を招く。

図３に示されるパワーミラー６２を用いた比較例の投写型表示装置３００と、図１に示されるホログラム素子４を用いた実施の形態１に係る投写型表示装置１００とを、比較することによって理解できるように、実施の形態１に係る投写型表示装置１００は、奥行き寸法（図３のＤ３）が大きいパワーミラー６２に代えて、パワーミラー６２よりも厚さが薄く（図１のＤ１）、パワーミラー６２と同等の光学特性を持つ平面形状のホログラム素子３２を、スクリーン４に概ね平行に配置しているので、ホログラム素子３２の厚さＤ１が装置の薄型化を阻む要因にはならない。よって、実施の形態１に係る投写型表示装置１００によれば、装置の薄型化を実現できる。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置１００においては、ホログラム素子３２の面積を大きくしたとしても、ホログラム素子３２の厚さＤ１に変化はなく、歪曲収差を良好に補正することができる。

さらに、実施の形態１に係る投写型表示装置１００においては、非球面又は自由曲面といった複雑な形状をもったパワーミラーの製造に伴うコスト上昇の要因を排除できるので、コストの削減も実現できる。

以上に説明したように、実施の形態１に係る投写型表示装置１００によれば、映像品質の低下を招くことなく、簡単な構成で、奥行き寸法を縮小することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置２００の構成及び光路を概略的に示す側面図である。図２において、図１に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。

図２に示されるように、実施の形態２に係る投写型表示装置２００は、照明装置１と、映像信号が入力され、照明装置１からの光Ｌ１を映像信号に応じて変調する光変調素子（ライトバルブ）２と、光変調素子２からの変調光Ｌ２を拡大投写する投写光学系５と、投写光学系３からの投写光Ｌ３が投写されるスクリーン４とを有する。

投写光学系５は、光変調素子２からの変調光Ｌ２を屈折させる屈折型光学系５１と、光透過型のホログラム素子５２とを有する。屈折型光学系５１は、諸収差を補正して良好な結像性能を得るために、例えば、異なった材質と曲率を持つ複数のレンズ素子で構成される。ホログラム素子５２は、スクリーン４から離れた位置であって、スクリーン４の中心位置４ａからスクリーン４に平行な方向（図２においては、下方向）にずれた位置に配置され、屈折型光学系５１を通過した変調光Ｌ３の中心光Ｌ３ｃをスクリーンの法線４ｂに対して斜め方向に向けるように、屈折型光学系５１を通過した変調光Ｌ３をスクリーン４に向けて投写する。

次に、投写型表示装置２００の動作を説明する。光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出された光は、照明光学系１２により屈折又は反射作用を受け、光変調素子２を照明する。
光変調素子２は、光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと照明光学系１２とから構成される照明装置１からの光Ｌ１を、映像信号に応じて変調する。光変調素子２により変調された変調光Ｌ２は、屈折型光学系５１に入射して屈折作用を受けた後、平面形状の光透過型ホログラム素子５２により拡大作用を受ける。屈折型光学系５１と平面形状の光透過型ホログラム素子５２とから構成される投写光学系５からの投写光Ｌ３は、図２において斜め下方向から光透過型スクリーン４に入射して映像が表示される。

実施の形態２における光透過型ホログラム素子５２は、パワーミラーを物体として作製されたホログラム素子であり、屈折型光学系５１からの光を入射させると、従来のパワーミラーに入射させた場合と同様に、所望の結像性能及び歪曲性能を満足するよう、平面形状の光透過型ホログラム素子５２に対する入射角度に応じて入射光を透過・偏向させるように作用する。

実施の形態２に係る投写型表示装置２００は、奥行き寸法が大きいパワーミラーに代えて、パワーミラーよりも厚さが薄く（図２のＤ２）、パワーミラーと同等の光学特性を持つ平面形状のホログラム素子５２を、光透過型のスクリーン４に概ね平行に配置しているので、ホログラム素子５２の厚さＤ２が装置の薄型化を阻む要因にはならない。よって、実施の形態２に係る投写型表示装置２００によれば、装置の薄型化を実現できる。

また、実施の形態２に係る投写型表示装置２００においては、ホログラム素子５２の面積を大きくしたとしても、ホログラム素子５２の厚さＤ２に変化はなく、歪曲収差を良好に補正することができる。

さらに、実施の形態２に係る投写型表示装置２００においては、非球面又は自由曲面といった複雑な形状をもったパワーミラーの製造に伴うコスト上昇の要因を排除できるので、コストの削減も実現できる。

したがって、実施の形態２に係る投写型表示装置２００によれば、映像品質の低下を招くことなく、簡単な構成で、奥行き寸法を縮小することができる。

以上説明したように、実施の形態２の投写型表示装置２００によれば、簡単な構成で薄型の投写型表示装置を得ることができる。

なお、実施の形態２において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置４００の構成及び光路を概略的に示す側面図である。図４において、図１に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。

図４に示されるように、実施の形態３に係る投写型表示装置４００は、屈折型光学系３１からホログラム素子３２に至る光路中に平面の反射面７を有し、光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと照明光学系１２とから構成される照明装置１、光変調素子２、及び屈折型光学系３１が、スクリーン４を含み、スクリーン４の法線４ｂに対して垂直な面に対して、ホログラム素子３２と同じ側に配置されている。

前記平面の反射面７は、屈折型光学系３１から射出する光を、ホログラム素子３２の方向へ反射させ、光路を折り曲げる機能を有する。ここで、スクリーン４の法線４ｂと平面の反射面７とのなす角度をθ（度）、屈折型光学系３１の光軸８とスクリーン４の法線４ｂとのなす角度をα（度）とすると、
θ＝９０−α／２
と表せる。
装置の奥行き短縮及びデザイン性を考慮すると、光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと照明光学系１２とから構成される照明装置１、光変調素子２、及び屈折型光学系３１は、スクリーン４を含み、スクリーン４の法線４ｂに対して垂直な面に対して、ホログラム素子３２と同じ側に配置するのが望ましい。よって、αは９０度以下とするのがよく、すなわち、θは４５度以上とするのが望ましい。

図５は、図４に示される画像投写装置４００を側面方向から見た場合の構成及び光路を概略的に示す平面図である。比較のため、図６に、図３（比較例）の画像投写装置３００の場合についても同様に示す。図５又は図６においても、図１又は図３に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。

図６に示される比較例において、平面の反射面７より射出してパワーミラー６２に向かう主光線の内、パワーミラー出射後、スクリーン４上端に至る任意の主光線をＬ２ｔ、パワーミラー６２より射出してスクリーン４の下端に至る任意の主光線をＬ３ｂとする。また、主光線Ｌ２ｔと主光線Ｌ３ｂとの交点と、スクリーン４との水平距離をＤ５とする。

平面の反射面７は、スクリーン４の法線４ｂ方向の奥行きが、水平距離Ｄ５の範囲内に収まるように位置と角度を設定して配置しなければならない。平面の反射面７が水平距離Ｄ５の範囲を超えてパワーミラー６２側に位置した場合、主光線Ｌ３ｂと平面の反射面７との干渉が生じ、スクリーン４下部に影ができてしまう。逆に、平面の反射面７が水平距離Ｄ５の範囲を超えてスクリーン４側に位置した場合、平面の反射面７の一部がスクリーン４よりも前方に飛び出すため奥行きが大きくなるとともに、デザイン上も好ましくない。

図６に示す比較例の画像投写装置３００の場合、画角を大きくするにつれ、パワーミラー６２がスクリーン４に近づき、主光線Ｌ３ｂの、パワーミラー６２からの射出位置もスクリーン４に近づくため、主光線Ｌ３ｂのスクリーン入射角が大きくなる。その結果、主光線Ｌ３ｂと主光線Ｌ２ｔとの交点がスクリーンに近づき、水平距離Ｄ５が小さくなる。この場合において、主光線Ｌ３ｂと平面の反射面７との干渉が生じないように平面の反射面７を配置すると、平面の反射面７はスクリーン４から飛び出してしまう。また、平面の反射面７の奥行きを小さくするためには、θを大きくすれば良いが、このとき、屈折型光学系３１とパワーミラー６２との干渉や、屈折光学系３１と主光線Ｌ３ｂとの干渉等が生じてしまう。

一方、図５に示す実施の形態３の画像投写装置４００の場合、図６に示す比較例の画像投写装置３００と同一の奥行きを仮定すると、ホログラム素子３２が平面であるため、主光線Ｌ３ｂのホログラム素子３２からの射出位置はスクリーン４からより遠くなる。よって、主光線Ｌ２ｔと主光線Ｌ３ｂとの交点とスクリーン４との水平距離Ｄ４は水平距離Ｄ５よりも大きくでき、平面の反射面７の配置がより容易になる。同時に、平面の反射面７の配置角度の許容範囲が拡大するため、照明光学系１や屈折型光学系３等の筐体内での配置自由度も向上する。

一般に、投写光学系のＦ値を小さくすると明るい投写画像が得られるが、結像性能は確保しにくくなる。逆に、Ｆ値を大きくすると投写画像は暗くなるが、結像性能は確保しやすくなる。光源としてランプを用いた通常の画像投写装置では、光変調素子の制約や、結像性能と投写画像の明るさとのバランス等を勘案して、投写光学系のＦ値は２．４程度に設定される。

それに対し、レーザーを光源として用いた場合、レーザー光は発散角が小さく指向性が極めて高いため、同一の明るさを有する投写画像を得るときでも、ランプを光源として用いた場合と比較して、投写光学系のＦ値を大きくすることができる。前述したように、投写光学系のＦ値を大きくすると、結像性能の確保が容易となるため、同一の光学性能を得るときでも、投写光学系を小型化することが可能となる。

屈折型光学系及びホログラム素子を小型化すると、図５において、主光線Ｌ２ｔの位置が低くなるため、主光線Ｌ２ｔと主光線Ｌ３ｂとの交点がスクリーン４から遠ざかるため、水平距離Ｄ４が大きくなる。よって、前述した理由と同様の理由により、平面の反射面７の配置自由度がさらに増大する。

また、投写光学系の小型化により、水平距離Ｄ４が、平面の反射面７の奥行きよりも十分に大きい場合には、主光線Ｌ３ｂと平面の反射面７との干渉が生じない範囲でホログラム素子３２をスクリーン４に近づけて配置することができるため、更なる装置の薄型化を図ることが可能となる。

画像投写装置の光源としてランプを使用した場合、ランプ交換の容易性を確保する必要があるため、照明光学系及び投写光学系の構成にかかわらず概ねランプの配置は決まってしまう。そのため、照明光学系も構成や配置に制約を受けることになる。特に薄型の画像投写装置の場合には、さらに筐体の配置スペースも限られるため、光源や照明光学系の配置が問題となる。

一方、レーザーから射出される光は平行度が高く、レンズ等により容易に集光できる。よって、光源としてレーザーを使用した場合、レーザーから射出された光を光ファイバーに効率良く結合させ、光ファイバー内を伝送させ、照明光学系に導くことが可能である。光ファイバーは、ガラスあるいはプラスチックで製作されるが、許容範囲内で自由に曲げることができるため、照明光学系や投写光学系の配置に拘束されることなく、筐体内の空きスペースにレーザー光源を自由に配置できる。図４では、レーザー光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂはスクリーン中心に対して照明光学系と同じ側に配置されているが、配置スペースが限られる場合には、レーザー光源をスクリーン中心に対して照明光学系と反対側に配置することも可能である。そのとき、光ファイバーは、レーザー光源側の入射端と照明光学系側の出射端は固定されるが、その途中経路は、筐体内の空きスペースを自由に取り回して配置することが可能である。

以上説明したように、実施の形態３の投写型表示装置４００によれば、各構成要素の配置自由度が向上し、より薄型の画像投写装置を提供することができる。

なお、実施の形態３においては、ホログラム素子を反射型として説明したが、透過型の場合でも同様の原理により、より薄型の画像投写装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す側面図である。本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す側面図である。比較例の投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す側面図である。本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す側面図である。比較例の投写型表示装置の構成及び光路を概略的に示す側面図である。

符号の説明

１照明装置、２光変調素子、３，５投写光学系、４スクリーン、４ａスクリーンの中心、４ｂスクリーンの中心を通る法線、７平面の反射面、８屈折光学系の光軸、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂレーザー光源、１２照明光学系、３１，５１屈折型光学系、３２光反射型ホログラム素子、５２光透過型ホログラム素子、１００，２００投写型表示装置、Ｄ１，Ｄ２ホログラム素子の厚さ（奥行き寸法）、 θ スクリーン法線と平面の反射面とのなす角度、 α スクリーン法線と屈折光学系の光軸とのなす角度。

Claims

光源を含む照明装置と、
映像信号が入力され、前記照明装置からの光を前記映像信号に応じて変調する光変調素子と、
前記光変調素子からの変調光を拡大投写する投写光学系と、
前記投写光学系からの投写光が投写されることによって映像が表示されるスクリーンと
を有し、
前記投写光学系は、
前記光変調素子からの変調光を屈折させる屈折型光学系と、
前記スクリーンから離れた位置であって、前記スクリーンの中心位置から前記スクリーンに平行な方向にずれた位置に配置され、前記屈折型光学系を通過した変調光の中心光を前記スクリーンの法線に対して斜め方向に向けるように、前記屈折型光学系を通過した変調光を前記スクリーンに向けて投写する平面形状で、前記スクリーンに対して平行に配置されたホログラム素子とを有し、
前記光変調素子は１枚であり、
前記照明装置、前記光変調素子及び前記投写光学系は、前記スクリーンを含む平面に対して同じ側に配置され、
前記照明装置及び前記投写光学系は、前記スクリーンと前記ホログラム素子との間に配置され、
前記照明装置に含まれる前記光源は、レーザー光源であり、
前記ホログラム素子は、前記変調光と同じ波長帯を持つホログラム素子作製用のレーザー光を２つに分け、一方を参照光としてホログラム素子構成材料である感光面に直接照射し、他方をパワーミラーに当ててその反射光を物体光として前記感光面に照射し、前記参照光と前記物体光との干渉縞の強度分布を前記感光面に記録させて、前記パワーミラーと同様の結像性能及び歪曲性能を持つように作製された素子であり、
前記ホログラム素子は、入射した前記変調光を前記ホログラム素子に記録された干渉縞により回折させ反射させ、前記スクリーンに向けて投写される変調光の画角を、前記屈折型光学系を通過して前記ホログラム素子に向かう変調光の画角よりも拡大する
ことを特徴とする投写型表示装置。
前記ホログラム素子は、光反射型ホログラム素子であることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
前記投写光学系は、前記屈折光学系から前記ホログラム素子に至る光路間に平面の反射面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型表示装置。
前記スクリーンは、光透過型スクリーンであることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の投写型表示装置。