JP6225555B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関するものである。

プロジェクターは、光源部から射出される光を、光変調装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投写レンズによって拡大投写するものである。このようなプロジェクターとして、照明装置から出射した白色光をＲ，Ｇ，Ｂ各色に分離して１つの液晶パネルで変調することで所望の画像を生成するものが知られている。このプロジェクターでは、照明装置から出射した照明光を拡大又は圧縮によって成形した後、液晶パネルに入射させている。

特開平１１−１０９２８５号公報

しかしながら、上記従来技術においては照明光の成形が不十分な場合があり、液晶パネルの各画素において照明光が混色することで画像光ににじみが生じてしまうといった問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、画像光に生じるにじみを低減することができるプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明の第１態様に従えば、光源装置と、前記光源装置からの光を直線偏光に変換する偏光変換素子と、前記偏光変換素子を含み、前記光源装置から射出された光の断面形状を整形する光束整形装置と、前記光束整形装置からの光を規制可能な規制部材と、前記規制部材を通過した光が入射する凸レンズと、前記凸レンズからの光を、各々が互いに異なる色の複数の光束に分離して、該複数の光束を互いに異なる方向に射出する色分離素子と、前記複数の光束から複数の微小光束を形成するマイクロレンズアレイと、第一方向に沿って配列された複数のサブ画素からなる画素を複数含み、前記複数の微小光束が入射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投射する投射光学系と、を備え、前記規制部材は、前記複数の微小光束のうち一の微小光束が、一の前記画素において互いに隣り合う前記サブ画素間の領域を跨がないように前記光束整形装置からの光の幅を規制するプロジェクターが提供される。また、光源装置と、前記光源装置からの光を直線偏光に変換する偏光変換素子と、前記偏光変換素子を含み、前記光源装置から射出された光の断面形状を整形する光束整形装置と、前記光束整形装置からの光を規制可能な規制部材と、前記規制部材を通過した光が入射する凸レンズと、前記凸レンズからの光を、各々が互いに異なる色の複数の光束に分離して、該複数の光束を互いに異なる方向に射出する色分離素子と、前記複数の光束から複数の微小光束を形成するマイクロレンズアレイと、第一方向に沿って配列された複数のサブ画素からなる画素を複数含み、前記複数の微小光束が入射する光変調装置と、前記光変調装置からの光を投射する投射光学系と、を備え、前記規制部材の形状は、前記サブ画素の形状と相似であり、前記光束整形装置は、前記光源装置からの光の断面形状が前記規制部材の形状と略相似になるように、前記光源装置からの光を整形するプロジェクターが提供される。

第１態様に係るプロジェクターによれば、規制部材によって微小光束の形状を調整することができるため、各微小光束を対応するサブ画素に良好に入射させることができる。したがって、光源装置からの光の利用効率を向上させつつ、隣り合うサブ画素に同じ色の光束が入射することによる混色の発生を防止することができる。

上記第１態様において、前記規制部材は、前記複数の微小光束のうち一の微小光束が、一の前記画素において互いに隣り合う前記サブ画素間の領域を跨がないように前記光束整形装置からの光の幅を規制する構成としてもよい。
この構成によれば、一の微小光束が、互いに隣接する２つのサブ画素に入射することが防止される。よって、混色の発生を確実に防止することができる。

上記第１態様において、前記光束整形装置は、前記光束整形装置からの光のうち前記規制部材によって遮光される成分が少なくなるように、前記光束整形装置からの光を圧縮する手段を含む構成としてもよい。
この構成によれば、光源装置からの光のうち、規制部材によって遮光される成分が少なくなるため、光源装置からの光の利用効率を向上させることができる。また、規制部材による熱の発生を抑えることができる。

上記第１態様において、前記規制部材の形状は、前記サブ画素の形状と相似であり、前記光束整形装置は、前記光源装置からの光の断面形状が前記規制部材の形状と略相似になるように、前記光源装置からの光を整形する構成としてもよい。
この構成によれば、光源装置からの光のうち、規制部材によって遮光される成分が少なくなる。さらに、微小光束のうちサブ画素に入射しない成分が少なくなる。そのため、光源装置からの光の利用効率を向上させることができる。また、規制部材による熱の発生を抑えることができる。

上記第１態様において、前記マイクロレンズアレイが備える複数のマイクロレンズは、前記複数の画素と１対１で対応する構成としてもよい。
この構成によれば、各微小光束を対応するサブ画素に良好に入射させることができる。

上記第１態様において、前記画素は、３つの前記サブ画素を含み、該サブ画素はそれぞれ異なる色に対応する構成としてもよい。
この構成によれば、例えば、赤色、緑色、青色の３色に対応したサブ画素によって各画素を構成することができる。

上記第１態様において、前記サブ画素は、前記第一方向に沿う短辺を有する矩形状からなる構成としてもよい。
この構成によれば、例えば、３色に対応する３つサブ画素によって全体として略正方形の画素を構成することができる。よって、各画素はそれぞれが均一な輝度を有することとなるので、光変調装置はムラがなく品質の良い画像光を生成することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図。 （ａ）は第１実施形態に係る光源装置の側面図、（ｂ）は第１実施形態に係る光源装置の上面図。 （ａ）は第１実施形態に係る光変調装置の平面図、（ｂ）は第１実施形態に係る１つの画素の構造を示す図。 遮光部材の効果を説明するための図。 遮光部材の概略構成を示す平面図。 （ａ）は第２実施形態に係る光源装置の側面図、（ｂ）は第２実施形態に係る光源装置の上面図。 （ａ）は第３実施形態に係る光源装置の側面図、（ｂ）は第３実施形態に係る光源装置の上面図。 （ａ）は第４実施形態に係る光源装置の側面図、（ｂ）は第４実施形態に係る光源装置の上面図。 （ａ）は第５実施形態に係る光源装置の側面図、（ｂ）は第５実施形態に係る光源装置の上面図。 変形例に係る遮光部材の構成を示す図。 変形例に係る遮光部材の効果を説明するための図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（第１実施形態）
本実施形態に係るプロジェクターは、スクリーン（被投射面）上にカラー映像（画像）を表示する投射型画像表示装置である。本実施形態に係るプロジェクターは、照明装置の光源として、高輝度・高出力な光が得られる半導体レーザー（ＬＤ）などのレーザー光源を用いている。

（プロジェクター）
プロジェクターの構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す平面図である。

図１に示すように、プロジェクター１は、光源ユニット１００と、光変調装置２００と、投射光学系３００と、を備える。プロジェクター１において、光源ユニット１００、光変調装置２００、及び投射光学系３００が配置されている軸を光軸ａｘとする。なお、以下の説明においてＸＹＺ直交座標系を用いて説明する場合もある。この場合において、Ｙ方向とはプロジェクターの上下方向に相当するものであり、Ｘ方向とは光軸ａｘと平行な方向である。

光変調装置２００は、例えば１枚のカラー液晶表示パネルを用いた単板式の液晶光変調装置である。このような単板式の液晶光変調装置を採用することによって、プロジェクター１の小型化が図られている。そして、光変調装置２００は、光源ユニット１００からの照明光を画像情報に応じて変調して画像光を形成する。

光変調装置２００の光源ユニット１００と対向する面側には、光入射側偏光板２０１ａが設けられている。また、光変調装置２００の投射光学系３００と対向する面側には、光出射側偏光板２０１ｂが設けられている。光入射側偏光板２０１ａ及び光出射側偏光板２０１ｂは、互いの偏光軸が直交している。

投射光学系３００は、投射レンズからなり、光変調装置２００により変調された画像光をスクリーンＳＣＲに向かって拡大投射する。なお、この投射光学系を構成するレンズの枚数については、１枚であっても複数枚であってもよい。

（光源ユニット）
続いて、光源ユニット１００の具体的な構成について説明する。
図２は、光源ユニット１００の概略構成を示す図であり、図２（ａ）は光源ユニット１００を側面（Ｘ方向）から図であり、図２（ｂ）は光源ユニット１００を上面（Ｙ方向）から視た図である。

光源ユニット１００は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１２と、遮光部材（規制部材）１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６と、を備えている。

光源ユニット１００では、同一面内の互いに直交する光軸ａｘ１及び光軸ａｘ２のうち、一方の光軸ａｘ１において、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１２と、遮光部材１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５とが、この順に並んで配置されている。また、他方の光軸ａｘ２上において、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６とが、この順に並んで配置されている。なお、光軸ａｘ２は光軸ａｘと一致している。

本実施形態において、光源装置１０には、例えば白色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。また、このＬＥＤには、ランバート発光タイプのものを用いている。なお、光源装置１０には、ＬＥＤの他にもレーザーダイオード（ＬＤ）などの固体発光素子を用いることができる。また、光源装置１０には、このような固体発光素子を単独若しくは複数組み合わせたものを用いることができる。

コリメーター光学系１１は、光源装置１０から射出された光を平行光に変換するものであり、例えば２枚のコリメーターレンズ１１ａ、コリメーターレンズ１１ｂにより構成されている。なお、コリメーター光学系１１を構成するレンズの枚数については、１枚であっても複数枚であってもよい。

なお、ここで言う平行光とは、光束が完全に平行化された光のことを意味するものではなく、コリメーター光学系１１を通過することによって光束が略平行となるように調整された光のことを意味する。したがって、コリメーター光学系１１を通過した光束の一部が光軸ａｘ１と平行とならない場合も含む。

本実施形態において、光束整形装置１２は、レンズインテグレーターユニット１２Ａと、偏光ビームスプリッター（偏光変換素子）１２Ｂと、を含む。

レンズインテグレーターユニット１２Ａは、第１レンズアレイ１２Ａ１と、第２レンズアレイ１２Ａ２と、を含む。第１レンズアレイ１２Ａ１は、例えば、複数のレンズを平面的に配列して構成される。第１レンズアレイ１２Ａ１は、コリメーター光学系１１からのほぼ平行な単一光束を各レンズによって複数の小光束に分割してそれぞれを集光させる。

第２レンズアレイ１２Ａ２は、例えば、第１レンズアレイ１２Ａ１の各レンズに対応して平面的に配列された複数のレンズを有している。本実施形態において、第２レンズアレイ１２Ａ２の各レンズは、図２（ｂ）に示すように、第１レンズアレイ１２Ａ１の各レンズに対して光軸がＸ方向において偏心している。一方、第２レンズアレイ１２Ａ２の各レンズは、図２（ａ）に示すように、Ｘ方向においては、第１レンズアレイ１２Ａ１の各レンズに対して光軸が偏心していない（一致している）。
そのため、コリメーター光学系１１から射出された光束は、レンズインテグレーターユニット１２ＡによってＸ方向に圧縮されるようになっている。本実施形態では、コリメーター光学系１１から射出された光束をＸ方向に半分に圧縮している。

偏光ビームスプリッター１２Ｂは、光入射面ＳＡと、光射出面ＳＢと、偏光分離膜２１と、反射膜２２と、位相差板２３とを備えている。光射出面ＳＢは、下段光射出面ＳＢ１と、上段光射出面ＳＢ２とを含む。下段光射出面ＳＢ１、及び上段光射出面ＳＢ２は、＋Ｙ方向に沿って順に配置されている。光入射面ＳＡは、光軸ａｘ１と平行なＺ方向から視て下段光射出面ＳＢ１と重なる位置に配置されている。また、位相差板２３は、下段光射出面ＳＢ１に設けられている。

偏光分離膜２１は、光入射面ＳＡに対して約４５°の角度をなすように、光入射面ＳＡと対向配置されている。偏光分離膜２１は、光入射面ＳＡを透過した複数の光束Ｌを偏光成分に基づいて分離する機能を有する。

偏光分離膜２１は、光入射面ＳＡを透過した光束Ｌのうち、Ｓ偏光成分の光束Ｌｓを反射させる。一方、偏光分離膜２１は、光入射面ＳＡを透過した光束Ｌのうち、Ｐ偏光成分の光束Ｌｐを透過させる。偏光分離膜２１を透過した光（Ｐ偏光成分の光束Ｌｐ）は、下段光射出面ＳＢ１に配置された位相差板２３に入射する。

位相差板２３は、λ／２板から構成される。位相差板２３は、偏光分離膜２１を透過したＰ偏光成分の光束ＬｐをＳ偏光成分の光束Ｌｓに変換する。

反射膜２２は、表面が偏光分離膜２１と平行となるように、上段光射出面ＳＢ２と対峙して配置されている。反射膜２２は、偏光分離膜２１で反射された光束ＬのＳ偏光成分の光束Ｌｓを上段光射出面ＳＢ２に向けて反射する。

位相差板２３が配置されない上段光射出面ＳＢ２においては、反射膜２２で反射されたＳ偏光成分の光束Ｌｓは偏光方向が変換されることが無く、Ｓ偏光のままとなる。
このように、偏光ビームスプリッター１２Ｂの光入射面ＳＡに入射した光は、下段光射出面ＳＢ１および上段光射出面ＳＢ２からＳ偏光の光束Ｌｓとして出射される。そのため、レンズインテグレーターユニット１２Ａからの光は、偏光ビームスプリッター１２Ｂを通過することでＹ方向に２倍に拡大する。

以上のように、光束整形装置１２は、レンズインテグレーターユニット１２Ａにより光源ユニット１００からの光をＸ方向に１／２に圧縮するとともに、偏光ビームスプリッター１２ＢによりＹ方向に２倍に拡大する。光束整形装置１２は、光源ユニット１００からの光を、アスペクト比（Ｘ方向における長さに対するＹ方向における長さの比）が１：４となるように整形する。すなわち、光束整形装置１２は、光源ユニット１００からの光の断面形状を後述する遮光部材１３の形状（サブ画素の形状）と略相似になるように整形している。

本実施形態において、偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面ＳＢには、遮光部材１３が設けられている。遮光部材１３は、光束整形装置１２からの光の一部を遮光することによって、光束整形装置１２からの光の少なくとも一方向の幅を規制するものである。なお、図２（ａ）、（ｂ）においては、図を見易くするため、遮光部材１３と光射出面ＳＢとを離間させた状態としている。

重畳光学系１４は、例えば、凸レンズから構成されるものであり、遮光部材１３を通過した光を光変調装置２００に対して重畳して入射させるためのものである。

色分離素子１５は、３つのダイクロイックミラー１５Ｒ、ダイクロイックミラー１５Ｇ、及びダイクロイックミラー１５Ｂ（以下、ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ、及び１５Ｂと表記する場合もある）から構成される。これらダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ、及び１５Ｂは、互いに微小角をなすように配置されており、遮光部材１３を通過した光を約９０°の角度で反射してＲ光（赤色光）、Ｇ光（緑色光）、Ｂ光（青色光）の３色光に色分離する機能を有する。ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ、及び１５Ｂは、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の光をマイクロレンズアレイ１６に対してそれぞれ異なる角度で入射させる。本実施形態では、例えば、ダイクロイックミラー１５Ｒ、１５Ｇ、及び１５Ｂで分離されたＧ光がマイクロレンズアレイ１６に対して垂直に入射し、Ｒ光およびＢ光がＧ光に対してそれぞれ＋θ、−θの角度をもってマイクロレンズアレイ１６に対して入射するように配置されている。なお、マイクロレンズアレイ１６に対して垂直に入射する光がＧ光またはＢ光であり、マイクロレンズアレイ１６に対して所定角度をもって入射する光がＲ光と、Ｇ光またはＢ光のいずれかであるように配置しても良い。

マイクロレンズアレイ１６は、光変調装置２００の光入射側に設けられている。マイクロレンズアレイ１６は、複数のマイクロレンズ１６ａを有しており、マイクロレンズアレイ１６に入射した光から複数の微小光束を形成する。具体的には、マイクロレンズアレイ１６に入射したＲ光は、複数のマイクロレンズ１６ａによって複数の微小光束Ｒｒに分割される。同様に、Ｇ光とＢ光各々は、複数のマイクロレンズ１６ａによって、複数の微小光束Ｇｇと複数の微小光束Ｂｂに分割される。各マイクロレンズ１６ａは、後述する光変調装置２００の各画素２０１と１対１で対応するように配置されている。これにより、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂはそれぞれ、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂに入射する。

ここで、光変調装置２００の画素構造について説明する。図３は、光変調装置２００の画素構造を示す図であり、図３（ａ）は光変調装置２００の平面構成を示す図であり、図３（ｂ）は１つの画素の構造を示す図である。

図３（ａ）に示すように、光変調装置２００は、複数の画素２０１を有している。各画素２０１は、複数のサブ画素２０１Ｒ、サブ画素２０１Ｇ、及びサブ画素２０１Ｂ（以下、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂと簡略して示すこともある）から構成される。サブ画素２０１Ｒは、Ｒ光に対応するものである。すなわち、サブ画素２０１Ｒには、微小光束Ｒｒが入射する。また、サブ画素２０１Ｇは、Ｇ光に対応するものであり、微小光束Ｇｇが入射する。また、サブ画素２０１Ｂは、Ｂ光に対応するものであり、微小光束Ｂｂが入射する。

光変調装置２００において、複数の画素２０１は、第一方向（図３（ａ）中における左右方向）において、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂがこの順に並ぶように配置されている。また、複数の画素２０１は、上記第一方向と直交する第二方向（図３（ａ）中における上下方向）において、同じ色のサブ画素同士が並ぶように配置されている。

各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂは、ブラックマトリクスＢＭにより区画されている。本実施形態において、各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂと、遮光部材１３が配置される偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面ＳＢとは、光学的に共役の関係となっている。

画素２０１において、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂは、例えば１２μｍのピッチで形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、矩形状を呈する各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂは、例えば、短辺方向の長さＬ１と長辺方向の長さＬ２との比で規定されるアスペクト比が１：４〜１：３程度に設定されている。本実施形態では、上記アスペクト比を、例えば、１：４に設定している。
本実施形態において、画素２０１は、アスペクト比が１：４の３色に対応したサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１を有する事で全体として略正方形状となっている。そのため、各画素２０１はそれぞれが均一な輝度を有することとなるので、光変調装置２００はムラがなく品質の良い画像光を生成することができる。

ところで、光変調装置２００において良好な画像光を生成するためには、各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに対して対応する色の光を適切に入射させることが重要である。そのため、光束整形装置１２によって光源ユニット１００からの光を精度良く整形する必要がある。

従来のように、光束整形装置１２のみによって光源ユニット１００からの光をサブ画素に完全に一致させた形状に整形することは非常に難しい。図４（ａ）は、従来技術による微小光束とサブ画素との関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、微小光束Ｒｒ０，Ｇｇ０，Ｂｂ０の断面形状は各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂの形状よりも大きい。この場合、たとえば、微小光束Ｇｇ０は、一の画素内で互いに隣り合っているサブ画素間の領域を跨いでいる。そのため、微小光束Ｇｇ０は、サブ画素２０１Ｇだけでなく、サブ画素２０１Ｇに隣り合っているサブ画素２０１Ｒ及びサブ画素２０１Ｂにも入射する。これによって、画像光ににじみが生じてしまい、スクリーンＳＣＲに投射される画像光の品質が低下してしまう。

これに対し、本実施形態に係るプロジェクター１では、光束整形装置１２により整形された光の一部を、偏光ビームスプリッター１２Ｂの光射出面ＳＢに設けられた遮光部材１３によって遮光している（図２（ａ）、（ｂ）参照）。

図５は、遮光部材１３の概略構成を示す平面図である。本実施形態に係る遮光部材１３は、図５に示すように、例えばＸ方向の幅が、偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面ＳＢよりも小さい開口１３ａを有する。遮光部材１３は、例えば、カーボンブラック等を印刷することで構成された遮光性部材から構成されている。遮光部材１３において、開口１３ａは、光変調装置２００の各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂと相似形状となっている。

遮光部材１３は、遮光部材１３を通過した光の形状が各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂの形状に対応するように、光束整形装置１２から射出された光の一部を規制する。より具体的には、遮光部材１３は、光束整形装置１２から射出された光の一部を遮光することによって、光束整形装置１２から射出された光の幅を規制する。
これによれば、図４（ｂ）に示したように、各微小光束は各画素２０１において互いに隣接するサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの間の領域を跨がない。つまり、例えば、微小光束Ｇｇはサブ画素２０１Ｇに入射するが、サブ画素２０１Ｇと隣り合っているサブ画素２０１Ｒおよびサブ画素２０１Ｂのいずれにも入射しない。

遮光部材１３の開口１３ａは、図５に示すＸ方向に短辺を有し、図５に示すＹ方向に長辺を有する矩形状を呈している。開口１３ａは、短辺方向の長さと長辺方向の長さとの比で規定されるアスペクト比が例えば、１：４に設定されている。

本実施形態において、開口１３ａのＸ方向がサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの短辺方向に対応し、開口１３ａのＹ方向がサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの長辺方向に対応している。そして、本実施形態において、遮光部材１３は、その形状がサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの形状と相似となっている。

また、本実施形態において、光束整形装置１２は、光源ユニット１００からの光の断面形状が遮光部材１３の形状と略相似になるように光を整形している。つまり、光束整形装置１２は、光束整形装置１２からの光のうち遮光部材１３によって遮光される成分が少なくなるように、光束整形装置１２からの光を圧縮する。
これにより、光源ユニット１００からの光は、遮光部材１３によって規制（遮光）される量が低減されるので、遮光部材１３の開口１３ａを効率良く通過することができる。よって、遮光部材１３による熱の発生が抑えられる。また、光源ユニット１００からの光を効率良く利用することができる。

このように本実施形態によれば、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂをそれぞれ対応するサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに確実に入射させることができる。したがって、光源ユニット１００からの光の利用効率を向上させつつ、互いに隣り合うサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに同じ色の光が入射することによる混色の発生を防止することができる。よって、プロジェクター１は、にじみが低減された品質の高い画像光をスクリーンＳＣＲに投射することができる。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、偏光ビームスプリッターの構成であり、それ以外の構成は同じである。そのため、第１実施形態と同一の部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

図６は、第２実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図であり、図６（ａ）は光源ユニット１０１を側面（Ｘ方向）から図であり、図６（ｂ）は光源ユニット１０１を上面（Ｙ方向）から視た図である。

光源ユニット１０１は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１１２と、遮光部材１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６と、を備えている。
本実施形態において、光束整形装置１１２は、レンズインテグレーターユニット１２Ａと、偏光ビームスプリッター５２と、を含む。

偏光ビームスプリッター５２は、第１偏光ビームスプリッター部５２Ａと、第２偏光ビームスプリッター部５２Ｂと、を含む。第１偏光ビームスプリッター部５２Ａ及び第２偏光ビームスプリッター部５２Ｂは、光軸ａｘ１を基準としてＹ方向において互いが対称となるように配置されている。

第１偏光ビームスプリッター部５２Ａは、光入射面ＳＡ１と、光射出面ＳＢ３、ＳＢ４と、偏光分離膜２１ａと、反射膜２２ａと、位相差板２３とを備えている。光射出面ＳＢ３、ＳＢ４は、−Ｙ方向に沿って順に配置されている。光入射面ＳＡ１は、光軸ａｘ１と平行なＺ方向から視て光射出面ＳＢ３と重なる位置に配置されている。また、位相差板２３は、光射出面ＳＢ３に設けられている。

第２偏光ビームスプリッター部５２Ｂは、光入射面ＳＡ２と、光射出面ＳＢ３、ＳＢ４と、偏光分離膜２１ａと、反射膜２２ａと、位相差板２３とを備えている。光射出面ＳＢ３、ＳＢ４は、＋Ｙ方向に沿って順に配置されている。光入射面ＳＡ２は、光軸ａｘ１と平行なＺ方向から視て光射出面ＳＢ３と重なる位置に配置されている。また、位相差板２３は、光射出面ＳＢ３に設けられている。

偏光分離膜２１ａは、光入射面ＳＡ１、ＳＡ２に対して約４５°の角度をなすように、光入射面ＳＡ１、ＳＡ２と対向配置されている。偏光分離膜２１ａは、光入射面ＳＡ１、ＳＡ２を透過した複数の光束Ｌを偏光成分に基づいて分離する機能を有する。

偏光分離膜２１ａは、光入射面ＳＡ１，ＳＡ２をそれぞれ透過した光束Ｌのうち、Ｓ偏光成分の光束Ｌｓを反射させる。一方、偏光分離膜２１ａは、光入射面ＳＡ１，ＳＡ２をそれぞれ透過した光束Ｌのうち、Ｐ偏光成分の光束Ｌｐを透過させる。偏光分離膜２１ａを透過した光（Ｐ偏光成分の光束Ｌｐ）は、光射出面ＳＢ３に配置された位相差板２３に入射する。位相差板２３は、偏光分離膜２１ａを透過したＰ偏光成分の光束ＬｐをＳ偏光成分の光束Ｌｓに変換する。

反射膜２２ａは、表面が偏光分離膜２１ａと平行となるように、光射出面ＳＢ４と対向配置されている。反射膜２２ａは、偏光分離膜２１ａで反射された光束ＬのＳ偏光成分の光束Ｌｓを光射出面ＳＢ４に向けて反射する。

位相差板２３が配置されない光射出面ＳＢ４においては、反射膜２２ａで反射されたＳ偏光成分の光束Ｌｓは偏光方向が変換されることが無く、Ｓ偏光のままとなる。
このように、第１偏光ビームスプリッター部５２Ａの光入射面ＳＡ１、及び第２偏光ビームスプリッター部５２Ｂの光入射面ＳＡ２に入射した光は、光射出面ＳＢ３、ＳＢ４からＳ偏光の光束Ｌｓとして出射される。そのため、レンズインテグレーターユニット１２Ａからの光は、偏光ビームスプリッター５２を通過することでＹ方向に２倍に拡大される。

以上のように、本実施形態に係る光束整形装置１１２は、レンズインテグレーターユニット１２Ａにより光源ユニット１００からの光をＸ方向に１／２に圧縮するとともに、偏光ビームスプリッター５２によりＹ方向に２倍に拡大することができる。

本実施形態においても、偏光ビームスプリッター５２における光射出面側に遮光部材１３が設けられている。なお、図６（ａ）、（ｂ）においては、図を見易くするため、遮光部材１３と偏光ビームスプリッター５２とを離間させた状態としている。

以上述べたように、本実施形態に係る光源ユニット１０１においても、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂを対応する各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに確実に入射させることができるので、にじみが低減された品質の高い画像光を投射することができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と第１実施形態との違いは、光束整形装置の構成であり、それ以外の構成は同じである。そのため、第１実施形態と同一の部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

図７は、第３実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図であり、図７（ａ）は光源ユニット１０２を側面（Ｘ方向）から図であり、図７（ｂ）は光源ユニット１０２を上面（Ｙ方向）から視た図である。

光源ユニット１０２は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１１３と、遮光部材１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６と、を備えている。
本実施形態において、光束整形装置１１３は、シリンドリカルレンズユニット３０と、レンズインテグレーターユニット１１２Ａと、偏光ビームスプリッター１２Ｂと、を含む。なお、レンズインテグレーターユニット１１２Ａは、光束整形装置１１３の構成要素の一部でなくても良い。

シリンドリカルレンズユニット３０は、第１シリンドリカルレンズ３０ａと、第２シリンドリカルレンズ３０ｂと、を含む。第１シリンドリカルレンズ３０ａは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ方向においてのみコリメーター光学系１１からの光を集光させ、Ｙ方向においてはコリメーター光学系１１からの光を集光させない。

また、第２シリンドリカルレンズ３０ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ方向においてレンズとして機能する事で、第１シリンドリカルレンズ３０ａにより集光された光を平行光とし、Ｙ方向においてはレンズとして機能することがなく、そのまま光を透過させる。
これにより、シリンドリカルレンズユニット３０を通過した光は、Ｘ方向に半分（１／２）に圧縮されることとなる。

本実施形態において、レンズインテグレーターユニット１１２Ａは、第１レンズアレイ１１２Ａ１と、第２レンズアレイ１１２Ａ２と、を含む。第１レンズアレイ１１２Ａ１は、例えば、複数のレンズを平面的に配列して構成される。第１レンズアレイ１１２Ａ１は、シリンドリカルレンズユニット３０からのほぼ平行な単一光束を各レンズによって複数の小光束に分割してそれぞれを集光させる。

本実施形態において、第２レンズアレイ１１２Ａ２は、例えば、第１レンズアレイ１１２Ａ１の各レンズに対応して平面的に配列された複数のレンズを有している。本実施形態において、第２レンズアレイ１１２Ａ２の各レンズは、第１実施形態と異なり、第１レンズアレイ１１２Ａ１の各レンズと光軸が一致している（偏心していない）。

本実施形態において、レンズインテグレーターユニット１１２Ａからの光は、図７（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッター１２Ｂを通過することでＹ方向に２倍に拡大される。

以上のように、本実施形態に係る光束整形装置１１３は、シリンドリカルレンズユニット３０により光源ユニット１００からの光をＸ方向に１／２に圧縮するとともに、偏光ビームスプリッター１２ＢによりＹ方向に２倍に拡大することができる。

本実施形態においても、偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面側に遮光部材１３が設けられている。なお、図７（ａ）、（ｂ）においては、図を見易くするため、遮光部材１３と偏光ビームスプリッター１２Ｂとを離間させた状態としている。

以上述べたように、本実施形態に係る光源ユニット１０２においても、上記実施形態と同様、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂを対応する各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに確実に入射させることができるので、にじみが低減された品質の高い画像光を投射することができる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と第３実施形態との違いは、偏光ビームスプリッターの構成であり、それ以外の構成は同じである。すなわち、本実施形態は、第２実施形態に係る偏光ビームスプリッターを第３実施形態に係る光源装置に組み合わせた構造に関するものである。そのため、上記実施形態と同一の部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

図８は、第４実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図であり、図８（ａ）は光源ユニット１０３を側面（Ｘ方向）から図であり、図８（ｂ）は光源ユニット１０３を上面（Ｙ方向）から視た図である。

光源ユニット１０３は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１１４と、遮光部材１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６と、を備えている。
本実施形態において、光束整形装置１１４は、シリンドリカルレンズユニット３０と、レンズインテグレーターユニット１１２Ａと、偏光ビームスプリッター５２と、を含む。なお、レンズインテグレーターユニット１１２Ａは、光束整形装置１１４の構成要素の一部でなくても良い。

本実施形態においても、偏光ビームスプリッター５２における光射出面側に遮光部材１３が設けられている。なお、図８（ａ）、（ｂ）においては、図を見易くするため、遮光部材１３と偏光ビームスプリッター５２とを離間させた状態としている。

本実施形態に係る光束整形装置１１４は、シリンドリカルレンズユニット３０により光源ユニット１００からの光をＸ方向に１／２に圧縮するとともに、偏光ビームスプリッター５２によりＹ方向に２倍に拡大することができる。
したがって、上記実施形態と同様、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂを対応する各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに確実に入射させることができるので、にじみが低減された品質の高い画像光を投射することができる。

（第５実施形態）
続いて、第５実施形態に係る光源装置について説明する。本実施形態と上記第１乃至第４実施形態との違いは、光束整形装置の構成であり、それ以外の構成は同じである。そのため、上記実施形態と同一の部材については同じ符号を付し、その詳細については省略する。

図９は、第５実施形態に係る光源装置の概略構成を示す図であり、図９（ａ）は光源ユニット１０４を側面（Ｘ方向）から図であり、図９（ｂ）は光源ユニット１０４を上面（Ｙ方向）から視た図である。

光源ユニット１０４は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、光源装置１０と、コリメーター光学系１１と、光束整形装置１１５と、レンズインテグレーターユニット７０と、遮光部材１３と、重畳光学系１４と、色分離素子１５と、マイクロレンズアレイ１６と、を備えている。
本実施形態において、光束整形装置１１５は、ハーフプリズム部６２と、偏光ビームスプリッター１２Ｂと、を含む。

ハーフプリズム部６２は、光入射面６１と、光射出面６３と、反射膜６５と、ハーフミラー６６とを備えている。光射出面６３は、下段光射出面６３ａと、上段光射出面６３ｂとを含む。下段光射出面６３ａ及び上段光射出面６３ｂは、＋Ｙ方向に沿って順に配置されている。光入射面６１は、光軸ａｘ１と平行なＺ方向から視て下段光射出面６３ａと重なる位置に配置されている。

ハーフミラー６６は、光入射面６１に対して約４５°の角度をなすように、光入射面６１と対向配置されている。ハーフミラー６６は、光入射面６１を透過した光の半分を透過させつつ、残り半分を反射する機能を有する。

反射膜６５は、ハーフミラー６６により反射された光を反射させる。ハーフミラー６６で反射された光は、上段光射出面６３ｂから射出される。
このように、ハーフプリズム部６２の光入射面６１に入射した光は、下段光射出面６３ａおよび上段光射出面６３ｂから出射される。そのため、コリメーター光学系１１からの光は、ハーフプリズム部６２を通過することでＹ方向に２倍に拡大する。

すなわち、本実施形態に係る光束整形装置１１５は、ハーフプリズム部６２により光源ユニット１００からの光をＹ方向に２倍に拡大するとともに、偏光ビームスプリッター１２ＢによりＹ方向に２倍に拡大することができる。結果的に、光源ユニット１００からの光は、Ｙ方向に４倍に拡大される。

本実施形態においても、偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面側に遮光部材１３が設けられている。なお、図９（ａ）、（ｂ）においては、図を見易くするため、遮光部材１３と偏光ビームスプリッター１２Ｂとを離間させた状態としている。

本実施形態において、レンズインテグレーターユニット７０は、第１レンズアレイ７０ａと、第２レンズアレイ７０ｂと、を含む。第１レンズアレイ７０ａは、例えば、複数のレンズを平面的に配列して構成される。第１レンズアレイ７０ａは、光束整形装置１１５からのほぼ平行な単一光束を各レンズによって複数の小光束に分割してそれぞれを集光させる。

本実施形態において、第２レンズアレイ７０ｂは、例えば、第１レンズアレイ７０ａの各レンズに対応して平面的に配列された複数のレンズを有している。本実施形態において、第２レンズアレイ７０ｂの各レンズは、第１実施形態と異なり、第１レンズアレイ７０ａの各レンズと光軸が一致している（偏心していない）。

以上述べたように、本実施形態に係る光源ユニット１０４においても、上記実施形態と同様、微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂを対応する各サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、及び２０１Ｂに確実に入射させることができるので、にじみが低減された品質の高い画像光を投射することができる。

なお、本発明の一実施形態を例示して説明したが、本発明は上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、遮光部材１３として開口１３ａを有するものを例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。図１０に示すように、遮光部材２１３として、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの短辺方向、すなわちサブ画素の配列方向の幅Ｌ１に対応する幅のスリットを形成するように、一対のストライプ状の遮光板２１３ａ、２１３ｂを設置するようにしてもよい。

この場合、遮光部材２１３と色分離素子１５とマイクロレンズアレイ１６とを通過することによって形成された微小光束Ｒｒ，Ｇｇ，Ｂｂは、サブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂの長辺方向の幅Ｌ２よりも大きくなることがある。この場合、例えば微小光束Ｒｒは、図１１に示すように、上下方向において互いに隣り合う２つのサブ画素２０１Ｒに入射する可能性がある。しかし、上下方向に配置されたサブ画素同士は、図１１に示すように同じ色に対応するサブ画素であるため、混色の問題が生じることはない。

すなわち、遮光部材１３は開口１３ａを有する形状に限らず、一の画素２０１において互いに隣接するサブ画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ間の領域を一の微小光束が跨がないように、光束整形装置１２からの光の幅を規制できる形状であればよい。そのため、例えば、光束整形装置１２で整形された光が、サブ画素が有する２つの長辺のうち一方側のみではみ出す場合においては、図１０に示した遮光板２１３ａ、２１３ｂの一方のみを偏光ビームスプリッター１２Ｂにおける光射出面ＳＢに設ければよい。この場合、遮光部材は、１本のストライプ状の遮光板から構成されることになる。

また、上記実施形態では、光源ユニット１００が光源装置１０として発光ダイオードやレーザーダイオードを用いる場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプを用いても良い。

１…プロジェクター、１０…光源、１２…光束整形装置、１３…遮光部材（規制部材）、１５…色分離素子、１６…マイクロレンズアレイ、１６ａ…マイクロレンズ、２００…光変調装置、２０１…画素、２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ…サブ画素、３００…投写光学系、

Claims (6)

1. 光源装置と、
   前記光源装置からの光を直線偏光に変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子を含み、前記光源装置から射出された光の断面形状を整形する光束整形装置と、
   前記光束整形装置からの光を規制可能な規制部材と、
   前記規制部材を通過した光が入射する凸レンズと、
   前記凸レンズからの光を、各々が互いに異なる色の複数の光束に分離して、該複数の光束を互いに異なる方向に射出する色分離素子と、
   前記複数の光束から複数の微小光束を形成するマイクロレンズアレイと、
   第一方向に沿って配列された複数のサブ画素からなる画素を複数含み、前記複数の微小光束が入射する光変調装置と、
   前記光変調装置からの光を投射する投射光学系と、を備え、
   前記規制部材は、前記複数の微小光束のうち一の微小光束が、一の前記画素において互いに隣り合う前記サブ画素間の領域を跨がないように前記光束整形装置からの光の幅を規制するプロジェクター。
2. 前記光束整形装置は、前記光束整形装置からの光のうち前記規制部材によって遮光される成分が少なくなるように、前記光束整形装置からの光を圧縮する手段を含む
   請求項１に記載のプロジェクター。
3. 光源装置と、
   前記光源装置からの光を直線偏光に変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子を含み、前記光源装置から射出された光の断面形状を整形する光束整形装置と、
   前記光束整形装置からの光を規制可能な規制部材と、
   前記規制部材を通過した光が入射する凸レンズと、
   前記凸レンズからの光を、各々が互いに異なる色の複数の光束に分離して、該複数の光束を互いに異なる方向に射出する色分離素子と、
   前記複数の光束から複数の微小光束を形成するマイクロレンズアレイと、
   第一方向に沿って配列された複数のサブ画素からなる画素を複数含み、前記複数の微小光束が入射する光変調装置と、
   前記光変調装置からの光を投射する投射光学系と、を備え、
   前記規制部材の形状は、前記サブ画素の形状と相似であり、
   前記光束整形装置は、前記光源装置からの光の断面形状が前記規制部材の形状と略相似になるように、前記光源装置からの光を整形するプロジェクター。
4. 前記マイクロレンズアレイが備える複数のマイクロレンズは、前記複数の画素と１対１で対応する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記画素は、３つの前記サブ画素を含み、該サブ画素はそれぞれ異なる色に対応する
   請求項４に記載のプロジェクター。
6. 前記サブ画素は、前記第一方向に沿う短辺を有する矩形状からなる
   請求項５に記載のプロジェクター。

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