JP2023136540A - projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラムを利用した小型のプロジェクターに関する。 The present invention relates to a small-sized projector using a hologram.
交差する2つのダイクロイックミラーを備えるダイクロイックプリズムにより、発光素子を備えた3つのパネルからの光を合成する光学ユニットとして、投射型の表示装置に適用可能なものが知られている(特許文献1)。 An optical unit that can be applied to a projection type display device is known as an optical unit that combines light from three panels equipped with light emitting elements using a dichroic prism that includes two intersecting dichroic mirrors (Patent Document 1). .
また、多色投影装置として、ホログラムによる回折を利用するものが知られている(特許文献2)。 Further, as a multicolor projection device, one that utilizes diffraction by a hologram is known (Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に例示されるようなダイクロイックプリズムを利用しつつ装置の小型化を図ろうとすると、必然的にダイクロイックプリズム自体を小型化することになるため、例えばダイクロイックミラーが交差する画像中心の箇所における画質劣化の影響が大きくなることが懸念される。なお、上記特許文献2には、ダイクロイックプリズムを利用しない態様について開示されているが、このような構成では、例えば容易に携帯可能にする、さらには、他の機器に組み込めるようにする、といった程度の装置全体の小型化を図りつつ、高精細な画像形成を行えるようにできるとは限らない。少なくとも上記特許文献2には、このような程度のサイズにするための小型化を可能とするための十分な開示がない。
However, if an attempt is made to miniaturize the device while using a dichroic prism as exemplified in
本発明の一側面におけるプロジェクターは、互いに異なる波長帯域の光を発する複数の表示素子と、複数の表示素子から射出された各色光を回折する複数の回折素子と、複数の回折素子からの各色光を合成する合成回折素子と、合成回折素子により生成される合成光を投射する投射光学系とを備える。 A projector according to one aspect of the present invention includes a plurality of display elements that emit light in different wavelength bands, a plurality of diffraction elements that diffract each color light emitted from the plurality of display elements, and a plurality of color lights emitted from the plurality of diffraction elements. and a projection optical system that projects the composite light generated by the composite diffraction element.
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照して本発明に係る第1実施形態のプロジェクターについて説明する。
[First embodiment]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A projector according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のプロジェクター100を説明するための概念的な側断面図である。また、図2は、スクリーンSCへの投射がプロジェクター100により行われる様子を示す概念的な側断面図である。図1に示すように、プロジェクター100は、光源部10と、導光装置20と、投射光学系30とを備える。なお、これらの各部が、図示を省略する各種回路や電源等とともに筐体CSに収納されている。
FIG. 1 is a conceptual side sectional view for explaining a
なお、図1等において、X、Y、及びZは、直交座標系であり、+Z方向は、光源部10における画像光GLの射出方向を示し、光軸方向を示している。また、X方向は、光源部10の横方向(水平方向)に相当し、Y方向は、横方向(水平方向)に垂直な縦方向(鉛直方向)に相当する。
Note that in FIG. 1 and the like, X, Y, and Z are an orthogonal coordinate system, and the +Z direction indicates the emission direction of the image light GL in the
光源部10は、互いに異なる波長帯域の光を発する3つ(複数)の表示素子11r、11g、11bと、これらを支持する支持基板BSと、を備える。各表示素子11r、11g、11bは、例えば有機EL(有機エレクトロルミネッセンス、Organic Electro-Luminescence)、無機EL、LEDアレイ(マイクロLEDアレイ)、有機LED、レーザーアレイ、量子ドット発光型素子等に代表される自発光型であり、XY面に平行な2次元の表示部に各色の静止画又は動画を形成する表示デバイスである。
The
複数の表示素子11r、11g、11bのうち、第1表示素子である表示素子11rは、第1波長帯域の光として、赤色波長帯域の光を発する。第2表示素子である表示素子11gは、第2波長帯域の光として、緑色波長帯域の光を発する。第3表示素子である表示素子11bは、第3波長帯域の光として、青色波長帯域の光を発する。支持基板BSは、1枚の板状部材であり、表面がXY面に平行な面となっている。支持基板BSは、各表示素子11r、11g、11bを支持するとともにこれらを駆動させるための駆動回路が設けられたパネル基板となっている。
Among the plurality of
図示の一例では、3つの表示素子11r、11g、11bは、青色波長帯域の光すなわち最も短い波長帯域の光を発する第3表示素子である表示素子11bを中心として、支持基板BSの表面上につまり1つの面内(XY面)において、縦方向(Y方向)について一列に並ぶように配置されている。
In the illustrated example, the three
導光装置20は、第1導光部材21と、第2導光部材22とを備える。第1導光部材21は、第1回折素子DE1と、1枚の板状部材であり光透過性の第1ガラス基板GS1と、複数の平行化レンズCOr、COg、CObとを備える。これらのうち、第1回折素子DE1は、3つ(複数)の回折素子21r、21g、21bで構成されており、第1ガラス基板GS1に貼付け固定されている。各回折素子21r、21g、21bは、表示素子11r、11g、11bにそれぞれ対応して対向するように設けられており、表示素子11r、11g、11bから射出された各色光を回折する透過型のホログラム素子である。透過型のホログラム素子として、ここでは、体積ホログラムを採用することが考えられるが、その他のホログラム素子で構成することもできる。
The
ここで、各平行化レンズCOr、COg、CObは、通過する各色光の光線束を平行化するコリメーターであり、表示素子11r、11g、11bと回折素子21r、21g、21bとの間、すなわち回折素子21r、21g、21bの前段(-Z側)に設けられている。これにより、表示素子11r、11g、11bからの各色光は、平行化された状態で回折素子21r、21g、21bに入射する。
Here, each of the collimating lenses COr, COg, and COb is a collimator that collimates the light beams of each color light passing through, and is located between the
第2導光部材22は、第2回折素子DE2と、1枚の板状部材であり光透過性の第2ガラス基板GS2とを備える。第2回折素子DE2は、第1回折素子DE1からの光、すなわち3つの表示素子11r、11g、11bからの各色光を合成する合成回折素子であり、第2ガラス基板GS2に貼付け固定されている。また、第2回折素子DE2は、透過型のホログラム素子であり、回折しつつ合成した光を投射光学系30に向けて射出する。透過型のホログラム素子として、ここでは、体積ホログラムを採用することが考えられるが、その他のホログラム素子で構成することもできる。
The second
投射光学系30は、合成回折素子である第2回折素子DE2により生成される合成光を、画像光GLとして投射する。すなわち、投射光学系30を経た画像光GLは、図2に例示するように、スクリーンSCに向けてから射出され、画像を形成する。
The projection
以下、上記のような構成による画像光GLの生成から投射について各色光の光路に沿って説明する。ここで、画像光GLを構成する各成分光を発生する3つの表示素子11r、11g、11bについて、表示素子11rから射出される光を赤色光GLrとし、表示素子11gから射出される光を緑色光GLgとし、表示素子11bから射出される光を青色光GLbとする。
Hereinafter, the generation and projection of the image light GL with the above configuration will be explained along the optical path of each color light. Here, regarding the three
まず、表示素子11rから射出された赤色光GLrは、第1導光部材21のうち、平行化レンズCOrにおいて平行されて回折素子21rに入射する。+Z方向を進行方向としていた赤色光GLrは、回折素子21rに入射すると、回折素子21rでの回折により、全体としてやや-Y方向を含むように偏向されて、第2導光部材22の第2回折素子DE2に向かう。
First, the red light GLr emitted from the
次に、表示素子11gから射出された緑色光GLgは、平行化レンズCOgにおいて平行されて回折素子21gに入射する。+Z方向を進行方向としていた緑色光GLgは、回折素子21gに入射すると、回折素子21gでの回折により、全体としてやや+Y方向を含むように偏向されて、第2回折素子DE2に向かう。
Next, the green light GLg emitted from the
最後に、表示素子11bから射出された青色光GLbは、平行化レンズCObにおいて平行されて回折素子21bに入射する。+Z方向を進行方向としていた青色光GLbは、回折素子21bに入射すると、回折素子21bでの回折により、より中心側に集まるように偏向されて、第2回折素子DE2に向かう。
Finally, the blue light GLb emitted from the
以上のように、各色光GLr、GLg、GLbは、第1回折素子DE1での回折において、1つの第2回折素子DE2に集約するように偏向される。 As described above, each color light GLr, GLg, and GLb is deflected so as to be concentrated on one second diffraction element DE2 during diffraction at the first diffraction element DE1.
第2回折素子DE2は、入射する各色光GLr、GLg、GLbの波長や入射角度に対応して異なる回折作用を示すものとなっており、各色光GLr、GLg、GLbを合成して、画像光GLを形成する。すなわち、表示素子11r、11g、11bの画角に対応した色合成を行う。言い換えると、第2回折素子DE2は、3つの表示素子11r、11g、11bからの各波長帯域の光に対応して異なる回折作用をして、各色光GLr、GLg、GLbの光路を揃えている。これにより、第2回折素子DE2は、各色光GLr、GLg、GLbを合成する合成回折素子として機能している。
The second diffraction element DE2 exhibits different diffraction effects depending on the wavelengths and angles of incidence of the incident color lights GLr, GLg, and GLb, and synthesizes the respective color lights GLr, GLg, and GLb into image light. Form GL. That is, color synthesis is performed corresponding to the viewing angles of the
第2回折素子DE2での色合成により形成された画像光GLは、投射光学系30により、スクリーンSC(図2参照)に向けて投射される。すなわち、画像光GLは、スクリーンSC上において結像する。以上により、スクリーンSC上において、カラーの静止画又は動画が形成される。
The image light GL formed by color synthesis in the second diffraction element DE2 is projected by the projection
なお、第2回折素子DE2については、例えば赤色光(R光)、緑色光(G光)及び青色光(B光)の3色光についての同時露光により作成された透過ホログラムによる1層構造とすることも可能であるが、多層構造とすることもできる。第2回折素子DE2は、各色光について回折作用により光の合成を行う合成回折素子となっており、各色光ごとに対応した回折素子を重ねた多層構造することも考えられる。なお、多層構造について詳しくは、図5を参照して一例を後述する。 Note that the second diffraction element DE2 has a one-layer structure using a transmission hologram created by simultaneous exposure to three color lights, for example, red light (R light), green light (G light), and blue light (B light). However, it is also possible to have a multilayer structure. The second diffraction element DE2 is a synthetic diffraction element that performs light synthesis by diffraction effect for each color light, and it is also possible to have a multilayer structure in which diffraction elements corresponding to each color light are stacked. Note that an example of the multilayer structure will be described in detail later with reference to FIG. 5.
以上のように、プロジェクター100では、第1回折素子DE1と第2回折素子DE2とを配置した構成とすることで、回折作用を利用した各色光の合成が可能となっている。これにより、例えばダイクロイックミラーを交差させて形成されるダイクロイックミラーのように、小型化に伴う画質劣化の影響等を考慮することが無く、画質の高いものに維持しながら装置全体の小型化を図ることができ、また、省電力化を図りつつも高輝度な画像形成ができる。さらに、光源部10は、高輝度発光が可能な構成とすることができる自発光型表示デバイスであり、この場合、別途光源や光源に電力を供給する大きな電源部等が不要となり、全体としてプロジェクター100の小型かつ軽量化が可能となる。なお、上記において、各色光GLr、GLg、GLbにおいて対応する画角の成分は、最終的には、スクリーンSC(図2参照)上で同じ点に結像することから、第2回折素子DE2と投射光学系30とが協働して光の合成を行っている、と捉えることもできる。
As described above, in the
また、この場合、板状であり透過型である第1回折素子DE1と第2回折素子DE2とを利用することで、プロジェクター100を直線状で非常に小型な構成にできる。したがって、例えば図3の状態AR1や状態AR2に示すように、プロジェクター100を、ペン型状のものとし、ペン先に相当する箇所から画像光GLを射出するような態様とすることが可能となる。なお、状態AR1に示す一例では、プロジェクター100の外観を定める筐体CSが円筒状となっており、状態AR2に示す一例では、プロジェクター100の外観を定める筐体CSが角柱状となっている。
Further, in this case, by using the first diffraction element DE1 and the second diffraction element DE2, which are plate-shaped and transmissive, the
以下、図4を参照して、光源部10を構成する3つの表示素子11r、11g、11bの配列について一例を説明する。図4のうち、状態BR1は、上記した一例の配列を示す正面図となっている。図示のように、3つの表示素子11r、11g、11bは、横長の(X方向よりもY方向について長い)矩形のパネル型素子であり、一の面内(XY面内)において、一方向(Y方向)に配列されている。この場合、正面視において、光源部10を、X方向(横方向)について広がりを少なくした全体として縦長の構成とすることができる。ただし、このような配置に限らず、例えば状態BR2あるいは状態BR3に示すように、3つの表示素子11r、11g、11bを一の面内(XY面内)において、3角形となるように配列してもよい。すなわち、3つの表示素子11r、11g、11bのうちの1つを頂点側である上方側(+Y側)に配置し、他の2つを底辺側(-Y側)に配置する、あるいはこれと上下を逆転させた配置とすることも考えられる。この場合、状態BR2に示すように、正面視において、光源部10を、X方向(横方向)について広がりを多くした全体として横長の構成とすることができる。あるいは、状態BR3に示すように、正面視において、光源部10を、全体として円形状あるいはこれに近い形状(中心から等方的に広がる形状)にすることができる。
An example of the arrangement of the three
なお、状態BR2等に示すような3角形の配列とした場合、3つの表示素子11r、11g、11bに対応する回折素子21r、21g、21bの配置も、図示において破線で示すように、正面視において3角形の配列となり、第2回折素子DE2は、図示において一点鎖線で示すように、正面視においてこれらの中心あるいは中心に近い位置に配置されることになる。
In addition, in the case of a triangular arrangement as shown in state BR2 etc., the arrangement of the
上記では、回折作用の度合いを考慮して、回折による折り曲げが最も少ないと考えられる中心側において、最も短い波長帯域の光である青色光GLbが射出されるような配置としているが、配置関係はこれに限らず、種々の態様とすることができる。 In the above, considering the degree of diffraction, the arrangement is such that the blue light GLb, which is the light in the shortest wavelength band, is emitted from the center side where it is thought that there is the least bending due to diffraction, but the arrangement relationship is The present invention is not limited to this, and various embodiments are possible.
以下、図5を参照して、合成回折素子である第2回折素子DE2の一変形例について示す概念的な側断面図である。 Hereinafter, referring to FIG. 5, it is a conceptual side sectional view showing a modified example of the second diffraction element DE2, which is a composite diffraction element.
ここでは、既述のように、第2回折素子DE2を多層構造とする場合についての一例を示す。図5のうち、状態CR1に示す一例では、第2回折素子DE2は、青色用回折素子22bと、赤色用回折素子22rと、緑色用回折素子22gとがZ方向について積層された3層構造(3枚構成)となっている。すなわち、青色用回折素子22bは、光源部10からの画像光GLを構成する所定の波長帯域を有する3色光のうち、青色光(B光)GLbの成分について回折作用を示す一方、他色の光に対しては作用せず透過させるものとなっている。同様に、赤色用回折素子22rは、赤色光(R光)GLrの成分についてのみ回折作用を示し、緑色用回折素子22gは、緑色光(G光)GLgの成分についてのみ回折作用を示すものとなっている。このような構成とすることで、各色光についての利用効率をより高めることができる。
Here, as described above, an example will be shown in which the second diffraction element DE2 has a multilayer structure. In the example shown in state CR1 in FIG. 5, the second diffraction element DE2 has a three-layer structure ( It consists of 3 sheets). That is, the
また、状態CR1に示す一例では、各波長対応の青色用回折素子22b、赤色用回折素子22r及び緑色用回折素子22gは、20~40μm程度の厚みをそれぞれ有し、光透過性である樹脂製又はガラス製の基板BSb,BSr,BSgに貼り付けられて構成されている。なお、当該基板BSb,BSr,BSgの厚みは、0.3mm程度とすることが考えられるが、もっと薄い構成としてもよい。この基板BSb,BSr,BSgに貼り付けられた各回折素子21b,21r,21gは、50μm程度の間隔(隙間)DD1,DD2を開けて固定されている。この間隔DD1,DD2は、各回折素子21b,21r,21gのうち、光学的作用を示さない周辺部分にスペーサーSSが取り付けられることで確保されている。このような間隔DD1,DD2を設けることで、3層構造の層間に空気層ALが形成され、基板BSb等における意図しない全反射の発生を回避できる。また、上記のような厚さとなっていることで、第2回折素子DE2が3層構造となっていても、装置全体として、Z方向についてある程度の薄さを維持できる。また、この場合、十分な強度があれば、第2ガラス基板GS2を省略してもよい。
In the example shown in state CR1, the
一方、例えば入射角等の関係から、上記のような意図しない全反射の発生等のおそれがない場合には、スペーサーSSやこれによる間隔DD1,DD2を設けることなく、例えば状態CR2に示す一例のような構成とすることで、3層構造の第2回折素子DE2について、さらなる小型化を図るようにしてもよい。 On the other hand, if there is no risk of unintentional total reflection as described above due to the angle of incidence, etc., the example shown in state CR2 may be used without providing the spacer SS or the resulting intervals DD1 and DD2. With such a configuration, the second diffraction element DE2 having a three-layer structure may be further miniaturized.
なお、図示の第2回折素子DE2においては、光の入射側から順に青色用、赤色用緑色用の回折素子をそれぞれ配置しているが、配置する順序はこれに限らず、種々の態様とすることができる。 In the illustrated second diffraction element DE2, the diffraction elements for blue, red, and green are arranged in order from the light incident side, but the order of arrangement is not limited to this, and may be arranged in various ways. be able to.
以上のように、本実施形態のプロジェクター100は、互いに異なる波長帯域の光を発する複数の表示素子11r、11g、11bと、複数の表示素子11r、11g、11bから射出された各色光GLr、GLg、GLbを回折する複数の回折素子21r、21g、21b(第1回折素子DE1)と、複数の回折素子21r、21g、21bからの各色光GLr、GLg、GLbを合成する合成回折素子である第2回折素子DE2と、第2回折素子DE2により生成される合成光としての画像光GLを投射する投射光学系30とを備える。上記プロジェクター100では、第2回折素子DE2により回折素子21r、21g、21bを経た各色光GLr、GLg、GLbの合成を行うことで、例えばクロスプリズムを採用する場合と比べて画像中心の状態を画質の高いものに維持しながら装置全体の小型化を図ることができ、また、省電力化を図りつつも高輝度な画像形成ができる。
As described above, the
〔第2実施形態〕
以下、図6等を参照して、第2実施形態に係るプロジェクターについて説明する。図6は、本実施形態のプロジェクター100について一例を説明するための概念的な側断面図であり、図1に示した側断面図に対応する図である。図示のように、本実施形態では、第1回折素子DE1及び第2回折素子DE2として、反射型のホログラム素子を利用している点において、第1実施形態の場合と異なっている。
[Second embodiment]
The projector according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. 6 and the like. FIG. 6 is a conceptual side sectional view for explaining an example of the
本実施形態では、導光装置20は、第1導光部材21として、複数の反射型の回折素子21r、21g、21bで構成される第1回折素子DE1を備え、第2導光部材22として、反射型の第2回折素子DE2を備える。つまり、導光装置20において、第1回折素子DE1及び第2回折素子DE2は、反射型のホログラム素子であり、第1回折素子DE1と第2回折素子DE2とは、図示のように、対向して配置されている。反射型のホログラム素子として、ここでは、体積ホログラムを採用することが考えられるが、その他のホログラム素子で構成することもできる。
In this embodiment, the
第1導光部材21としての第1回折素子DE1は、光源部10からの画像光GLを反射するように回折する。各色光GLr、GLg、GLbの光路に沿ってより具体的に説明すると、まず、光源部10のうち、表示素子11rから射出された赤色光GLrは、回折素子21rに入射すると、回折素子21rでの回折により偏向されて、第2導光部材22としての第2回折素子DE2に向かう。同様に、表示素子11gから射出された緑色光GLgは、回折素子21gに入射すると、回折素子21gでの回折により偏向されて、第2回折素子DE2に向かい、表示素子11bから射出された青色光GLbは、回折素子21bに入射すると、回折素子21bでの回折により偏向されて、第2回折素子DE2に向かう。ただし、図示の一例では、3つの表示素子11r、11g、11bは、-Y側からこの順に一列に並んでおり、これらが第2回折素子DE2において合成されるべく、各回折作用による光路の折り曲げ度合いは、異なっている。
The first diffraction element DE1 as the first
なお、図示の一例では、回折作用の度合いを考慮して、回折による折り曲げが最も大きくなる-Y側から順に長い波長帯域の光が射出されるような配置としているが、配置関係はこれに限らず、種々の態様とすることができる。 In the illustrated example, considering the degree of diffraction, the arrangement is such that light with longer wavelength bands is emitted from the -Y side, where the bending due to diffraction is greatest, but the arrangement is limited to this. However, various embodiments are possible.
以上のようにして第2回折素子DE2に集約された各色光GLr、GLg、GLbは、第2回折素子DE2において合成される。この際、合成回折素子としての第2回折素子DE2は、併せて、各回折素子21r、21g、21bにおける回折角について角度補償をしている。すなわち、各色光GLr、GLg、GLbは、第2回折素子DE2を射出する際に、回折素子21r、21g、21bへの入射角度と同じ角度で、射出されるようになっている。例えば、+Z方向から回折素子21r、21g、21bへ入射した各色光GLr、GLg、GLbを合成した合成光としての画像光GLは、+Z方向に向けて射出される。第2回折素子DE2を経た画像光GLは、投射光学系30により、スクリーンSC(図7参照)に向けて投射される。
The respective color lights GLr, GLg, and GLb collected in the second diffraction element DE2 as described above are combined in the second diffraction element DE2. At this time, the second diffraction element DE2 as a composite diffraction element also performs angle compensation for the diffraction angles in each of the
なお、上記一例において、光源部10、第1回折素子DE1及び第2回折素子DE2の間においては、空気層が形成されている。
In the above example, an air layer is formed between the
ここで、第1回折素子DE1(回折素子21r、21g、21b)や第2回折素子DE2については、第1実施形態の場合と同様に、例えば第1ガラス基板GS1や第2ガラス基板GS2(図1参照)等により支持し、光源部10を構成する3つの表示素子11r、11g、11bは、支持基板BSにより支持するものとしてもよいが、例えば図8に示すように、導光装置20において、上記空気層に換えて、板状の透明部材である光透過部材23を設けて、光透過部材23の所定箇所に光源部10(表示素子11r、11g、11b)、第1回折素子DE1及び第2回折素子DE2が貼り付けられ、画像光GLとなるべき各色光GLr、GLg、GLbが、光透過部材23の内部において導光されるような構成としてもよい。
Here, regarding the first diffraction element DE1 (
本実施形態では、第1回折素子DE1及び第2回折素子DE2として、反射型のホログラム素子を利用することで、装置の薄型化を図ることができる。例えば、図9に例示するような筐体に収納した場合、特に投射光学系(投射レンズ)30以外の部分の薄型化を図ることができる。これにより、例えば図10の状態DR1に示すように、カメラCA等の各種機器を搭載したスマートフォン(スマホ)等の薄型の携帯機器MDにプロジェクター100を組み込んで画像投影を行う、といった態様とすることが可能となる。また、図10の状態DR2に例示するように、観察者または装着者USが装着するメガネGAにおいて、プロジェクター100を容易に設置することができ、観察者または装着者USの視線の先の実空間に画像投影を行う、といった態様、とすることが可能となる。さらに、プロジェクター100からの画像投影をメガネGAのメガネレンズLGに投影できる切替機構CHを加えることにより、メガネGAは、ヘッドマウントディスプレイとして構成することが可能となる。また、図10の状態DR3に例示するように、視認者Mに対して、プロジェクター100の設置の自由度が広がり、設置容易になる。プロジェクター100を視認者Mの着座部CMや天井CLに容易に設置することができ、視認者Mは、壁WAの壁面をスクリーンSCとして画像を視認できる。なお、着座部CMは、自動車の運転席とすることも可能である。なお、上記各組込態様については、本実施形態に限らず第1実施形態でも適用可能な範囲において、採用し得る。
In this embodiment, by using reflective hologram elements as the first diffraction element DE1 and the second diffraction element DE2, the device can be made thinner. For example, when it is housed in a casing as illustrated in FIG. 9, it is possible to make the parts other than the projection optical system (projection lens) 30 thinner. As a result, for example, as shown in state DR1 in FIG. 10, the
さらに、図11に示すように、光源部10が、画像光GL以外の成分として、第1回折素子DE1を透過する透過波長の成分光ELを、スクリーンSCに向けて投射するとともに、当該成分光のうちスクリーンSCからの戻り光RLを受光する受光部RRを設ける構成とすることも考えられる。より具体的に説明すると、第1回折素子DE1を構成する3つの回折素子21r、21g、21bのうちのいずれかにおいて(図示の例では、回折素子21r)、例えば紫外光や赤外光といった画像光GL以外の成分(特定波長帯域の可視光以外の成分)に対しては回折作用を示さず、これらを透過させるような設計としておく。この場合、例えば成分光ELとして、赤外光の波長帯域成分の光を光源部10のうち表示素子11rから射出させるものにしておく一方、成分光ELに含まれる波長帯域の成分を検知可能なフォトディテクター等によって受光部RRを構成し、受光部RRの受光面が表示素子11rの光射出面と揃うように別途配置する態様とすることが考えられる。なお、光源部10から射出される成分光ELについては、例えば表示素子11rにおいて、パネル内に赤外光アレイ等を配置しておくようにする、といった手法が考えられる。
Further, as shown in FIG. 11, the
この場合、成分光EL(赤外光)を、センシング光としてプロジェクター100の前方(+Z方向)に向けて照射することで、スクリーンSCの位置検知、さらには、投射面形状のセンシングを行うことができる。なお、図示の一例では、戻り光RLを集光するための光学素子OLが設けられているが、光学素子OLについては、レンズのほか、回折素子等種々の態様のものを採用できる。
In this case, by emitting component light EL (infrared light) toward the front (+Z direction) of the
本実施形態においても、第2回折素子DE2により回折素子21r、21g、21bを経た各色光GLr、GLg、GLbの合成を行うことで、画質の高いものに維持しながら装置全体の小型化を図ることができ、また、省電力化を図りつつも高輝度な画像形成ができる。特に、本実施形態では装置全体の薄型化が可能になる。例えば、図10の状態CR1に例示した本実施形態のプロジェクター100を搭載した携帯機器MD等に特に有効で、携帯機器MD等による投写画像の高品質化が可能である。
In this embodiment as well, the second diffraction element DE2 synthesizes the respective color lights GLr, GLg, and GLb that have passed through the
〔変形例その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
[Other variations]
Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist thereof. Modifications such as the following are also possible.
上記各実施形態のプロジェクター100では、自発光型の光源部10として有機EL素子やマイクロLEDアレイ等を含むものを用いているが、これに代えて、レーザー光源等を用いたものに対して適用することも可能である。
In the
また、有機EL素子やマイクロLEDアレイ等により光源部10を構成するに際して、マイクレンズアレイ等を利用して射出される画像光GLの方向を調整するものとしてもよい。また、これにより十分な平行化が可能である場合には、図1において、平行化レンズCOr、COg、CObを設けない構成とすることも考えられる。
Further, when the
また、光源において、色光ごとに所定の波長帯域幅を有する等により、第1回折素子DE1での回折に際して色分離が生じる可能性がある場合には、第2回折素子DE2においてこれを補償するような構成としてもよい。 In addition, if there is a possibility that color separation may occur during diffraction at the first diffraction element DE1 because the light source has a predetermined wavelength bandwidth for each colored light, the second diffraction element DE2 may compensate for this. It may be configured as follows.
また、上記各実施形態のプロジェクター100を、ヘッドアップディスプレイを構成するものとして採用することも可能である。
Furthermore, it is also possible to employ the
具体的な態様におけるプロジェクターは、互いに異なる波長帯域の光を発する複数の表示素子と、複数の表示素子から射出された各色光を回折する複数の回折素子と、複数の回折素子からの各色光を合成する合成回折素子と、合成回折素子により生成される合成光を投射する投射光学系とを備える。 In a specific embodiment, the projector includes a plurality of display elements that emit light in different wavelength bands, a plurality of diffraction elements that diffract each color light emitted from the plurality of display elements, and a plurality of diffraction elements that diffract each color light emitted from the plurality of display elements. It includes a combining diffraction element for combining, and a projection optical system for projecting the combined light generated by the combining diffraction element.
上記プロジェクターでは、合成回折素子により複数の回折素子を経た各色光の合成を行うことで、例えばクロスプリズムを採用する場合と比べて画像中心の状態を画質の高いものに維持しながら装置全体の小型化を図ることができ、また、省電力化を図りつつも高輝度な画像形成ができる。 In the above projector, by using a composite diffraction element to combine each color light that has passed through multiple diffraction elements, the overall device can be made smaller while maintaining a high image quality in the center of the image compared to, for example, a case where a cross prism is used. In addition, it is possible to form high-brightness images while saving power.
具体的な側面において、複数の表示素子は、第1波長帯域の光を発する第1表示素子と、第2波長帯域の光を発する第2表示素子と、第3波長帯域の光を発する第3表示素子とにより構成され、合成回折素子は、複数の表示素子からの各波長帯域の光に対応して異なる回折作用をして、各色光の光路を揃える。この場合、複数の表示素子としての上記3つの表示素子から発せられた光としての各色光を、回折作用により合成できる。 In a specific aspect, the plurality of display elements includes a first display element that emits light in a first wavelength band, a second display element that emits light in a second wavelength band, and a third display element that emits light in a third wavelength band. The composite diffraction element performs different diffraction actions corresponding to the light in each wavelength band from the plurality of display elements, and aligns the optical paths of the respective color lights. In this case, each color of light emitted from the three display elements as a plurality of display elements can be synthesized by diffraction.
具体的な側面において、複数の表示素子は、3つのパネル型素子であり、一の面内において、一方向に配列されている。この場合、表示素子を配列する平面的な範囲について、一方向と異なる方向について広がりを少なくした細長い構成にできる。 In a specific aspect, the plurality of display elements are three panel type elements, and are arranged in one direction in one plane. In this case, the planar range in which the display elements are arranged can have an elongated configuration with less spread in a direction different from one direction.
具体的な側面において、複数の表示素子は、3つのパネル型素子であり、一の面内において、3角形となるように配列されている。この場合、表示素子を配列する平面的な範囲について、等方的な広がりを有する構成にできる。 In a specific aspect, the plurality of display elements are three panel type elements and are arranged in a triangular shape within one plane. In this case, the planar range in which the display elements are arranged can be configured to have an isotropic spread.
具体的な側面において、複数の回折素子及び合成回折素子は、透過型のホログラムである。この場合、例えばダイクロイックプリズムをも用いた場合のような画質の劣化を生じることなく、装置の小型化を図ることができる。 In a specific aspect, the plurality of diffraction elements and the composite diffraction element are transmission holograms. In this case, it is possible to reduce the size of the apparatus without causing deterioration in image quality, which would occur if, for example, a dichroic prism is also used.
具体的な側面において、複数の表示素子と複数の回折素子との間に設けられて通過する光を平行化する複数の平行化レンズを備える。この場合、所望の回折作用を確実に生じさせることができる。 In a specific aspect, a plurality of collimating lenses are provided between the plurality of display elements and the plurality of diffraction elements to collimate the light passing therethrough. In this case, the desired diffraction effect can be reliably produced.
具体的な側面において、複数の回折素子及び合成回折素子は、反射型のホログラムである。この場合、例えばダイクロイックプリズムをも用いた場合のような画質の劣化を生じることなく、装置の薄型化を図ることができる。 In a specific aspect, the plurality of diffraction elements and the composite diffraction element are reflective holograms. In this case, the device can be made thinner without deteriorating the image quality as would be the case if, for example, a dichroic prism is also used.
具体的な側面において、合成回折素子は、複数の回折素子における回折角について角度補償をしつつ色光を合成する。 In a specific aspect, the combining diffraction element combines colored lights while performing angular compensation for diffraction angles in a plurality of diffraction elements.
具体的な側面において、合成回折素子は、1層構造である。この場合、簡易な構成とし、かつ、装置の小型化を図ることができる。 In a specific aspect, the composite diffraction element has a single layer structure. In this case, it is possible to have a simple configuration and downsize the device.
具体的な側面において、合成回折素子は、多層構造である。この場合、例えば色光ごとに適した回折を行って、高効率な光の利用が可能となる。 In a specific aspect, the composite diffraction element has a multilayer structure. In this case, for example, by performing appropriate diffraction for each color light, it becomes possible to use light with high efficiency.
具体的な側面において、多層構造において、各層間に空気層を設けている。この場合、合成回折素子の内部において、意図しない全反射の発生を回避又は抑制できる。 In a specific aspect, in the multilayer structure, an air layer is provided between each layer. In this case, the occurrence of unintended total reflection inside the composite diffraction element can be avoided or suppressed.
具体的な側面において、複数の回折素子及び合成回折素子は、体積ホログラムにより構成されている。この場合、意図した回折作用を的確に生じさせることができる。 In a specific aspect, the plurality of diffraction elements and the composite diffraction element are configured by volume holograms. In this case, the intended diffraction effect can be accurately produced.
具体的な側面において、表示素子は、有機EL素子及びマイクロLEDアレイのうちいずれかを含む。この場合、低電力化を図りつつ安定的な光量を、簡易な構成で確実に確保できる。 In a specific aspect, the display element includes either an organic EL element or a micro LED array. In this case, a stable amount of light can be ensured with a simple configuration while reducing power consumption.
10…光源部、11b,11g,11r…表示素子、20…導光装置、21…第1導光部材、21b,21r,21g…回折素子、22…第2導光部材、22b…青色用回折素子、22g…緑色用回折素子、22r…赤色用回折素子、23…光透過部材、30…投射光学系、100…プロジェクター、AL…空気層、BS…支持基板、BSb,BSr,BSg…基板、CA…カメラ、CH…切替機構、CL…天井、CM…着座部、COb,COg,COr…平行化レンズ、CS…筐体、DD1,DD2…間隔、DE1…第1回折素子、DE2…第2回折素子、EL…成分光、GA…メガネ、GL…画像光、GLb…青色光、GLg…緑色光、GLr…赤色光、GS1…第1ガラス基板、GS2…第2ガラス基板、LG…メガネレンズ、M…視認者、MD…携帯機器、OL…光学素子、RL…戻り光、RR…受光部、SC…スクリーン、SS…スペーサー、WA…壁
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記複数の表示素子から射出された各色光を回折する複数の回折素子と、
前記複数の回折素子からの前記各色光を合成する合成回折素子と、
前記合成回折素子により生成される合成光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクター。 a plurality of display elements that emit light in different wavelength bands;
a plurality of diffraction elements that diffract each color light emitted from the plurality of display elements;
a synthesizing diffraction element that synthesizes the respective color lights from the plurality of diffraction elements;
A projector comprising a projection optical system that projects composite light generated by the composite diffraction element.
前記合成回折素子は、前記複数の表示素子からの各波長帯域の光に対応して異なる回折作用をして、前記各色光の光路を揃える、請求項1に記載のプロジェクター。 The plurality of display elements includes a first display element that emits light in a first wavelength band, a second display element that emits light in a second wavelength band, and a third display element that emits light in a third wavelength band. is,
2. The projector according to claim 1, wherein the composite diffraction element performs different diffraction actions corresponding to the light in each wavelength band from the plurality of display elements to align the optical paths of the respective color lights.
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