JP2013120250A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率が高い、レーザ光を励起光として利用する投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、蛍光体１５又は燐光体に対し励起光としてレーザ発光器１１Ａからレーザ光を照射することにより蛍光光又は燐光光を発光させ、この蛍光光又は燐光光を少なくとも一部の色光の照明光とする照明光学系を備えた投写型映像表示装置である。そして、この照明光学系１０は、レーザ発光器１１Ａと蛍光体１５または燐光体との間に拡散板、好ましくは異方性拡散板１４が設けられたものであって、レーザ光がこの異方性拡散板１４を透過した後に蛍光体１５又は燐光体を照射するように構成されている。レーザ発光器１１Ａとしては、例えば、レーザ半導体が用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写型映像表示装置に関し、特に、蛍光体又は燐光体に対しレーザ発光器からレーザ光を励起光として照射することにより、蛍光体又は燐光体から発光される蛍光光又は燐光光を照明光として利用する投写型映像表示装置に関する。

従来、蛍光体に対しレーザ発光器からレーザ光を励起光として照射することにより、蛍光体から蛍光光を発光させ、これを照明光として光変調して映像光を生成し、この映像光を投写レンズにより拡大投写するようにした投写型映像表示装置が種々されている。このような投写型映像表示装置としては例えば特許文献１、特許文献２などに記載されたものがある。

特開２０１１−２１５５３１号公報 特開２００９−２７７５１６号公報

しかし、このような従来の投写型映像表示装置においては、レーザ光の強い指向性によりレーザ発光器表面におけるレーザ光の照射面積が小さく集光効率が高いため、光密度が大きくなっていた。また、蛍光体には温度依存性があるため、レーザ光が照射されると、照射された部分の温度が上がり、発光効率が低下するという問題があった。

本発明は、このような従来技術における問題点を解決するものであって、レーザ光を励起光として利用する、効率の良い投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明に係る投写型映像表示装置は、蛍光体又は燐光体に対し励起光としてレーザ発光器からレーザ光を照射することにより蛍光光又は燐光光を発光させ、この蛍光光又は燐光光を少なくとも一部の色光の照明光とする照明光学系を備えた投写型映像表示装置であって、前記照明光学系は、レーザ発光器と蛍光体または燐光体との間に拡散板が設けられ、レーザ発光器からのレーザ光がこの拡散板を透過して前記蛍光体又は燐光体を照射するように構成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、蛍光体又は燐光体に照射されるレーザ光が拡散板により拡散されるため、蛍光体又は燐光体の表面におけるレーザ光照射部分の光密度が軽減されてレーザ光照射部分の蛍光体又は燐光体の温度上昇が抑制される。これにより、蛍光体又は燐光体の発光効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の投写型映像表示装置において、前記拡散板を異方性拡散板とすることにより、蛍光体または燐光体の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を楕円形とし、この楕円形の短辺寸法を、後段の光学系における前記蛍光光又は燐光光を集光して入射する長方形入射部の短辺寸法に近似させていることを要旨とする。

このように構成すれば、蛍光体又は燐光体の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を楕円形とし、この楕円形の短辺寸法を後段の光学系における前記蛍光光又は燐光光を集光して入射する長方形入射部の短辺寸法に近似させることができる。したがって、蛍光光又は燐光光を長方形入射部に効率よく取り込み、光の利用効率を向上させることができる。なお、前記拡散板として通常の等方性拡散板を使用した場合は、蛍光体又は燐光体の表面に集光されるレーザ光の集光面形状が円形となるため、レーザ発光器からのレーザ光を拡散板を使用して拡散させると、後段の光学系の入射部に取り込まれない光束が生じ、光の利用効率が低下する。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の投写型映像表示装置において、前記照明光学系は、赤色光用光源、青色光用光源及び緑色光用光源を備え、これら光源のうち、赤色光用光源は赤色発光ダイオードにより構成され、青色光用光源は青色発光ダイオードにより構成され、緑色光用光源は、レーザ発光器からのレーザ光が励起光として蛍光体または燐光体に照射され、これにより蛍光体又は燐光体から発光される緑色の蛍光光又は燐光光を利用するように構成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、発光ダイオードによっても所望の高出力を得ることが容易な赤色光用光源及び青色光用光源としては、安価な発光ダイオードが用いられている。一方、発光ダイオードでは所望の高出力を得ることが難しい緑色光用光源には、レーザ発光器が用いられ、レーザ発光器から射出されるレーザ光が励起光として蛍光体又は燐光体に照射され、蛍光体又は燐光体から発光される緑色の蛍光光又は燐光光が利用されている。したがって、発光ダイオードの使用を優先し、レーザ発光器の使用を限定的としながら、十分な出力の光源を得ることができる。

請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の投写型映像表示装置において、前記照明光学系は、フライアイレンズ及び偏光ビームスプリッタを使用するものであって、この偏光ビームスプリッタの短冊状を成す入射許容面が前記長方形入射部となるように構成されていることを要旨とする。

このように構成すれば、偏光ビームスプリッタの短冊状に形成される入射許容面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状を楕円形とし、その楕円形の短辺寸法を偏光ビームスプリッタの入射許容面の短辺寸法に近似するように構成させることができる。したがって、偏光ビームスプリッタに効率よく光を取り込み、光の利用効率を向上させることができる。

なお、このようにフライアイレンズ及び偏光ビームスプリッタを使用する投写型映像表示装置において、レーザ光の照射により蛍光体又は燐光体から発光される蛍光光又は燐光光は、フライアイレンズの第２レンズアレイ表面に集光される。また、偏光ビームスプリッタにおける照明光の長方形入射部となる入射許容面は、フライアイレンズの第２レンズアレイ表面に集光された光を漏らさずに取り込むようにするために、フライアイレンズの第２レンズアレイ表面に近接して配置されている。このため、偏光ビームスプリッタの入射許容面に集光して入射される蛍光光又は燐光光の集光面形状は、蛍光体または燐光体の表面に集光して照射されるレーザ光の集光面形状と略同一になる。

したがって、通常の等方性の拡散板を使用した場合には、偏光ビームスプリッタの入射許容面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状が略円形となるため、拡散板の拡散角度を大きくしようとすると、偏光ビームスプリッタに取り込まれない光束が生じ、光の利用効率が低下する。また、蛍光光又は燐光光の集光面形状の直径を偏光ビームスプリッタの入射許容面における短辺方向の長さに合わせると、拡散角度が小さくなり良好な拡散効果を得ることが困難となる。

請求項５記載の発明は、請求項２又は３記載の投写型映像表示装置において、前記照明光学系は、入射面の形状が長方形に形成された棒状又は筒状の導光部材を備えたものであって、この導光部材の入射面が前記長方形入射部となるように構成されていることを要旨とする。

このように構成すれば、入射面の形状が長方形に形成された棒状又は筒状の導光部材の入射面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状が楕円形に形成し、さらにこの楕円形の短辺寸法を前記導光部材の入射面の短辺寸法に近似させることができる。したがって、導光部材に効率よく光を取り込み、光の利用効率を向上させることができる。

なお、このように入射面が長方形を成す棒状又は筒状の導光部材を使用する投写型映像表示装置において、レーザ光の照射により蛍光体又は燐光体から発光される蛍光光又は燐光光は、導光部材の入射面に集光される。このため、導光部材の入射面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状と、蛍光体または燐光体の表面に集光されるレーザ光の集光面形状とが略同一になる。したがって、通常の等方性の拡散板を使用した場合には、導光部材の入射面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状が略円形となるため、効率よく光を取り込むためには拡散角度を大きくすることが難しくなる。しかし、異方性拡散板を使用した場合は、導光部材の入射面に集光される蛍光光又は燐光光の集光面形状を楕円形とし、この楕円形の短辺寸法を導光部材の入射面の短辺寸法に近似させることができるため、良好な拡散効果を得ながら効率よく光学系に光を取り込むことができる。

請求項６記載の発明は、請求項４記載の投写型映像表示装置であって、光変調装置として赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネル及び青色光用液晶パネルを使用した３板式投写型映像表示装置に形成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、照明光学系の少なくとも一部の光源としてレーザ発光器を使用するため、寿命が長く、高電圧が不要で、高効率の発光を行う光源を備えた３板式投写型映像表示装置を提供することができる。

請求項７記載の発明は、請求項５記載の投写型映像表示装置であって、光変調装置としてマイクロミラー素子からなる反射型表示素子を用いた投写型映像表示装置に形成されていることを要旨とする。

このような構成によれば、照明光学系の少なくとも一部の光源としてレーザ発光器を使用することができるため、寿命が長く、高電圧が不要で、高効率な発光を行う光源を備えた、光変調装置としてマイクロミラーからなる反射型表示素子を用いた投写型映像表示装置を提供することができる。

本発明に係る投写型映像表示装置によれば、蛍光体又は燐光体に照射されるレーザ光が拡散板により拡散されるため、蛍光体又は燐光体の表面におけるレーザ光照射部分の光密度が軽減されるとともに、レーザ光照射部分の蛍光体又は燐光体の温度上昇が抑制される。これにより、蛍光体又は燐光体の発光効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る投写型映像表示装置の光学系の系統図である。 同投写型映像表示装置における偏光ビームスプリッタの入射許容面への光束の入射状態説明図である。 同偏光ビームスプリッタの入射許容面全面における蛍光光の集光面形状を示す図面であって、（ａ）は等方性拡散板を使用した場合のものであり、（ｂ）は異方性拡散板を使用した場合のものである。 同偏光ビームスプリッタの入射許容面における蛍光光の集光面形状を示すb部分拡大図面であって、（ａ）は等方性拡散板を使用した場合のものであり、（ｂ）は異方性拡散板を使用した場合のものである。 本発明の実施の形態２に係る投写型映像表示装置の光学系の系統図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る投写型映像表示装置について図１〜図４を参照しながら説明する。この投写型映像表示装置は、液晶パネルを用いた３板式液晶投写型映像表示装置である。また、投写型映像表示装置は、照明光を出射する照明光学系１０と、この照明光学系１０から出射される照明光束を複数の色光束に分離する色分離光学系２０と、各色光束を映像情報に従って光変調する光変調光学系３０と、変調された各色光束を合成する色合成光学系４０と、合成された映像光を投写する投写光学系５０とから成る。

本実施の形態に係る照明光学系１０は、青色光光源には青色発光ダイオード（ＬＥＤ）１１Ｂを用い、赤色光光源には赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）１１Ｒを用いている。また、照明光学系１０は、緑色光光源として、レーザ発光器１１Ａから出射されるレーザ光を励起光として蛍光体１５に照射することにより、蛍光体１５を励起させて緑色の蛍光光を発生させる光源を用いている。

青色発光ダイオード１１Ｂと赤色発光ダイオード１１Ｒとは光軸が直交するように配置されるとともに、光軸の交差位置に第１ダイクロイックミラー１３Ｒが配置されている。
第１ダイクロイックミラー１３Ｒは、青色波長域の光束を透過させ、他の波長域の光束を反射させるものである。したがって、この実施の形態において、第１ダイクロイックミラー１３Ｒは、青色発光ダイオード１１Ｂから出射された青色波長域の青色光が直進透過し、赤色発光ダイオード１１Ｒから出射された赤色波長域の赤色光が青色発光ダイオード１１Ｂの位置とは反対の方向へ反射されるように配置されている。なお、青色発光ダイオード１１Ｂと第１ダイクロイックミラー１３Ｒとの間、及び、赤色発光ダイオード１１Ｒと第１ダイクロイックミラー１３Ｒとの間には、それぞれコリメートレンズ１２Ｂ，１２Ｒが配置されている。青色光及び赤色光は、このコリメートレンズ１２Ｂ，１２Ｒにより第１ダイクロイックミラー１３Ｒに到達する前にコリメートされる。

この第１ダイクロイックミラー１３Ｒの後段には、第２ダイクロイックミラー１３Ｇが配置されている。第２ダイクロイックミラー１３Ｇは、緑色波長域の光束を反射し、他の波長域の光束を透過させるものである。したがって、青色発光ダイオード１１Ｂから出射された青色光、及び、赤色発光ダイオード１１Ｒから出射された赤色光は、それぞれこの第２ダイクロイックミラー１３Ｇを透過して直進する。

レーザ発光器１１Ａは、アレイ状に配列された複数の青色レーザダイオードからなるものであって、レーザ発光器１１Ａの前方に第２ダイクロイックミラー１３Ｇが位置するとともに、レーザ発光器１１Ａの光軸と青色発光ダイオード１１Ｂの光軸とが直交するように配置されている。また、レーザ発光器１１Ａと第２ダイクロイックミラー１３Ｇとの間には異方性拡散板１４が配置されている。さらに、第２ダイクロイックミラー１３Ｇを挟みその前方には、コリメートレンズ１２Ａと蛍光体１５とが直列的に配置されている。蛍光体１５は、反射ミラーの表面に蛍光層を形成したものである。

異方性拡散板１４は、透過する光束を拡散するものであって、方向により拡散角度が異なるように形成されたものである。このような異方性拡散板１４は、例えば、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエステルアクリル、ガラスなどの基板表面にレリーフホログラムパターンの表面構造を施したもので、マイクロレンズアレイと同様に屈折機能で光を拡散させるものである。また、このパターン形状を適宜変更することにより、方向によって拡散角度を調整することができる。したがって、このパターン形状の設定により異方性拡散板１４を透過する略円形のレーザ光の面形状を任意の楕円形に変更するように設定することができる。

蛍光体１５は、ＹＡＧ系材料からなるもので、励起光としての青色レーザ光が照射されることにより緑色の蛍光光が発生するようになっている。
レーザ発光器１１Ａから出射された青色レーザ光は、異方性拡散板１４を透過することにより拡散されるとともに、その面形状が予め設定された形状及び大きさに拡散変形される。そして、この青色レーザ光は、第２ダイクロイックミラー１３Ｇ及びコリメートレンズ１２Ａを透過して蛍光体１５の表面に集光されて照射される。このとき、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状の大きさは異方性拡散板１４がないときに比し大きく、かつ、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状は、異方性拡散板１４が使用されていることにより、所定の楕円形状に変形されている。このようにして、励起光としての青色レーザ光が照射されることにより、所望の発光面形状を成す緑色光が発生する。また、発生した緑色光は、蛍光体１５が塗布された反射ミラーにより第２ダイクロイックミラー１３Ｇに反射される。したがって、この緑色光も、前述の赤色光及び青色光と合体されてフライアイレンズ１６へ照射される。

フライアイレンズ１６は、図２に部分的に示されるように、碁盤目状に形成された複数のセルレンズ群からなる第１レンズアレイ１６ａ及び第２レンズアレイ１６ｂから構成されている。フライアイレンズ１６に照射された光束は、第１レンズアレイ１６ａにおいて複数のセルレンズにより複数の微小な部分光束に分割される。そして、第１レンズアレイ１６ａから出射された複数の部分光束それぞれが対応する第２レンズアレイ１６ｂのセルレンズ上に集光される。なお、集光された光束は、後述する液晶ライトバルブの全面を照射するように設計されており、これにより光源から出射された光束に存在する部分的な輝度むらが平均化され、画面中央部と周辺部とでの光量差を低減している。

フライアイレンズ１６の後方に配置される偏光ビームスプリッタ１７は、図２に示すごとく、断面が平行四辺形の複数の棒状プリズム片１７ａ，１７ｂが互いに接合されている。すなわち、フライアイレンズ１６からの光が直接入射される棒状プリズム片１７ａとフライアイレンズ１６からの光が直接入射されない棒状プリズム片１７ｂとが交互に配列されて貼り付けられている。したがって、偏光ビームスプリッタ１７のフライアイレンズ１６側の面には、フライアイレンズ１６からの光が直接入射される棒状プリズム片１７ａの面が細長の長方形状、すなわち短冊状に形成されている。本発明において、この短冊状の面は、光源の後段の光学系における光束の長方形入射部を成すものであって、入射許容面Ｆと称されている。また、この入射許容面Ｆは、光が直接入射されない棒状プリズム片１７ｂを間に挟んで並列に並ぶように形成されている。

また、偏光ビームスプリッタ１７において、棒状プリズム片１７ａと棒状プリズム片１７ｂとの貼り付け面には反射膜１７ｃが形成されている。この反射膜１７ｃは、ハーフミラー処理と鏡面処理とが施されており、図示するようにフライアイレンズ１６から入射される光束のうちＰ偏光光及びＳ偏光光の何れか一方の偏光光、例えばＰ偏光光を透過し、他方のＳ偏光光を反射するように構成されている。また、光が直接入射されない棒状プリズム片１７ｂの出射面には、位相差板１７ｄが貼り付けられている。位相差板１７ｄは、これを透過するＰ偏光光をＳ偏光光に変換するようにしている。偏光ビームスプリッタ１７がこのように構成されているので、入射許容面Ｆから取り込まれたＳ偏光光は、反射膜１７ｃで２回反射され、変換されずにＳ偏光光のまま棒状プリズム片１７ａの出射側の面から出射される。また、入射許容面Ｆから取り込まれたＰ偏光光は、反射膜１７ｃ及び棒状プリズム片１７ｂを透過した後、位相差板１７ｄを透過することによりＳ偏光光に変換されて棒状プリズム片１７ａの出射側の面から出射される。

偏光ビームスプリッタ１７は、上記のように構成されるものであって、図２に示すようにフライアイレンズ１６の第２レンズアレイ１６ｂのセルレンズ上に集光された光束を、複数の短冊状の入射許容面Ｆから取り込み、取り込んだ光束を全て一方向の偏光光に揃えて出射するためのものである。このために、偏光ビームスプリッタ１７は、フライアイレンズ１６の第２レンズアレイ１６ｂのセルレンズに集光された光を個々に偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに取り込むことができるように、フライアイレンズ１６に接近して配置されている。

このようにして、フライアイレンズ１６の第２レンズアレイ１６ｂの各セルレンズから出射された光束（照明光）は、短冊状に形成された、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに取り込まれる。なお、この入射許容面Ｆに取り込まれる緑色光は、前述の異方性拡散板１４により楕円形に拡散されるとともに、この楕円形の短辺寸法が偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆの短辺寸法に近似するように形成されている（図３（ｂ）及び図４（ｂ）参照。なお、この点について後で詳しく説明する）。そして、偏光ビームスプリッタ１７に取り込まれた光束は、所定の偏光光に揃えられてコンデンサーレンズ１８を通して色分離光学系２０へ出射されるように構成されている。

色分離光学系２０は、図１に示すように、第３ダイクロイックミラー２１、第４ダイクロイックミラー２２、反射ミラー２３，２４，２５、リレーレンズ２６，２７、コンデンサーレンズ２８Ｒ、２８Ｇ、２８Ｂなどから構成されたものであって、照明光学系１０から射出される照明光を赤色光、緑色光及び青色光に分離する機能を有している。

第３ダイクロイックミラー２１は、赤色光を透過させるとともに、緑色光及び青色光を反射する。第３ダイクロイックミラー２１を透過した赤色光は、反射ミラー２３で反射され、コンデンサーレンズ２８Ｒを透過して赤色光用液晶ライトバルブ３０Ｒに導かれる。コンデンサーレンズ２８Ｒは、照明光学系１０からの複数の部分光束がそれぞれ赤色光用液晶ライトバルブ３０Ｒに集光するように設定されている。なお、後述する緑色光用液晶ライトバルブ３０Ｇ及び青色光用液晶ライトバルブ３０Ｂの入射側に配設されたコンデンサーレンズ２８Ｇ，２８Ｂもコンデンサーレンズ２８Ｒと色光を異にするが同様に設定されている。

第３ダイクロイックミラー２１で反射された緑色光と青色光のうち緑色光は、第４ダイクロイックミラー２２によって反射され、コンデンサーレンズ２８Ｇを透過して緑色光用液晶ライトバルブ３０Ｇに導かれる。一方、青色光は、第４ダイクロイックミラー２２を透過し、リレーレンズ２６、反射ミラー２４、リレーレンズ２７を順次透過して青色光用液晶ライトバルブ３０Ｂに導かれる。

光変調光学系３０は、赤色光用液晶ライトバルブ３０Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ３０Ｇ及び青色光用液晶ライトバルブ３０Ｂにより構成される。また、赤色光用液晶ライトバルブ３０Ｒ、緑色光用液晶ライトバルブ３０Ｇ及び青色光用液晶ライトバルブ３０Ｂは、それぞれ透過型の液晶パネル、液晶パネルの入射側に配置された入射側偏光板、液晶パネルの出射側に配置された出射側偏光板などから構成されている。

色合成光学系４０は、クロスダイクロイックプリズム４１などから構成されている。また、クロスダイクロイックプリズム４１は、赤色光を反射させる反射面及び青色光を反射させる反射面を備えている。したがって、赤色光用液晶ライトバルブ３０Ｒにて変調されて出射された赤色光及び青色光用液晶ライトバルブ３０Ｂにて変調されて出射された青色光は、クロスダイクロイックプリズム４１に入射した後、それぞれの反射面で反射される。そして、この赤色光及び青色光は、クロスダイクロイックプリズム４１に入射して直進透過する緑色光と合成され、合成光が映像光として出射されるように構成されている。

投写光学系５０は、クロスダイクロイックプリズム４１の出射側に配置されており、投写レンズユニット５１と、投写映像を上下左右に移動させためのレンズシフト機構（具体的な構成は図示せず）などから構成されている。この投写レンズユニット５１により色合成光学系４０から出射された映像光が、スクリーン等の投写面に拡大投写される。

ここで、以上のように構成された投写型映像表示装置における照明光学系１０の作用について説明する。なお、色分離光学系２０、光変調光学系３０、色合成光学系４０、投写光学系５０は、上記の通り一般的な構成のものであるので、ここでは改めての作用の説明を省略する。

青色発光ダイオード１１Ｂから出射された青色光は、コリメートレンズ１２Ｂによりコリメートされて第１ダイクロイックミラー１３Ｒ及び第２ダイクロイックミラー１３Ｇを透過してフライアイレンズ１６に入射される。

赤色発光ダイオード１１Ｒから出射された赤色光は、コリメートレンズ１２Ｒによりコリメートされ、第１ダイクロイックミラー１３Ｒにより反射される。第１ダイクロイックミラー１３Ｒで反射された赤色光は、第２ダイクロイックミラー１３Ｇを透過してフライアイレンズ１６に入射される。

次に、レーザ発光器１１Ａは、複数の青色レーザダイオードがアレイ状に配列されたものであって、個々の青色レーザダイオードから発光されたレーザ光は、異方性拡散板１４を透過する際に、レリーフホログラムパターンの表面構造による屈折作用により拡散される。また、青色レーザダイオードから出射されたレーザ光は、当初の発光面形状は略円形であるが、所定の表面構造に形成された異方性拡散板１４を透過することにより、所望の面形状に変形される。異方性拡散板１４を透過したレーザ光は、第２ダイクロイックミラー１３Ｇを透過した後、コリメートレンズ１２Ａを透過することにより蛍光体１５の表面に集光されて、反射ミラー表面に塗布された蛍光体１５に照射される。この蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状は、異方性拡散板１４により楕円形に変形されるとともに、この楕円形の短辺寸法が偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆの短辺寸法に近似するように拡散変形されている（図３（ｂ）及び図４（ｂ）参照、なお、これら図面については後で説明する）。

蛍光体１５は、レーザ光により励起されて緑色光（すなわち、緑色の蛍光光）を発光する。発光した緑色光は、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状と同様の面形状で発光され、射出され拡散される。射出された緑色光は、蛍光体１５が塗布された反射ミラーにより反射されて、コリメートレンズ１２Ａでコリメートされる。コリメートされた緑色光は、第２ダイクロイックミラー１３Ｇへ入射され、この第２ダイクロイックミラー１３Ｇで反射されて、前述の赤色光及び青色光と合体されてフライアイレンズ１６に照射される。

上記において、蛍光体１５に集光されるレーザ光は、青色レーザダイオードから発光されたままの発光面形状ではなく拡散されているので、光密度が低減される。したがって、蛍光体１５が青色レーザダイオードから発光されたままの集光面形状で照射される場合と比較すると、蛍光体１５の温度上昇が緩和される。

フライアイレンズ１６に入射された青色光領域の青色光、赤色光領域の赤色光、及び緑色光領域の緑色光を含む照明光は、第１レンズアレイ１６ａにおいて、碁盤目状に配列されたセルレンズによりそれぞれ碁盤目状に一旦分割され、その後第１レンズアレイ１６ａのセルレンズに対応する第２レンズアレイ１６ｂのセルレンズ上に集光される。上記のように第２レンズアレイ１６ｂのセルレンズ上に集光されるということは、偏光ビームスプリッタ１７がフライアイレンズ１６に近接して配置されていることから、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに集光されることと略同義である。そして、このようにセルレンズ上に集光された光は、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆから偏光ビームスプリッタ１７に取り込まれる。

また、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに集光される照射光を構成する各色光の集光面形状は、発光時の面形状で入射される。すなわち、緑色光については、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状で入射される。したがって、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状は、等方性拡散板で拡散された場合略円形状となるが、この発明においては、異方性拡散板１４により楕円形に変形されるとともに、この楕円形の短辺寸法が偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆの短辺寸法に近似するように拡散変形されている。

図３及び図４は、このように拡散変形させていることの意味を説明する図である。偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに集光される緑色光の集光面形状Ｅが略円形のままであると、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆが短冊状を成す長方形であるため、光の利用効率が低下するか、拡散角度を大きくすることができなくなる。

この点についてさらに具体的に説明する。図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに集光される緑色光の集光面形状Ｅである円形の直径を、拡散角度を重視して拡散すると、入射許容面Ｆの短辺方向には取り込まれない光束が生じ、光の利用効率が低下する恐れがある。他方、このような取り込まれない光束が生じるのを避けるために、集光面形状Ｅの円形の直径を偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆの短辺寸法に合わせると、集光面形状Ｅを小さくしなければならず拡散角度を大きくすることができない。

これに対し、本実施の形態の場合は、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に図示するように偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに集光される緑色光の集光面形状Ｅを楕円形とするとともに、この楕円形の短辺寸法を、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆの短辺寸法に近似するように拡散変形させている。したがって、拡散角度を大きくすることができるとともに、光源の後段に位置する光学系における長方形入射部、すなわち偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆに取り込まれない光束の発生を大幅に減少させることができる。また、これにより光の利用効率を向上させることができる。

次に以上のように構成された本発明の実施の形態に係る効果について説明する。
（１）蛍光体１５の表面に照射されるレーザ光が拡散されるため、蛍光体１５の表面におけるレーザ光照射部分の光密度が軽減され、同表面におけるレーザ光照射部分の温度上昇が抑制される。これにより、蛍光体１５の発光効率を向上させることができる。

（２）拡散板として異方性拡散板１４が使用されているので、蛍光体１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を楕円形とするとともに、この楕円形の短辺寸法を、後段の光学系における長方形入射部（この実施の形態においては偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆ）の短辺寸法に近似させた状態に拡散変形することができる。これにより、後段の光学系に取り込まれない光量を減少させることができ、光の利用効率を向上させることができる。

（３）発光ダイオードによっても所望の高出力を得ることが容易な赤色光用光源及び青色光用光源としては、安価な発光ダイオードが用いられている。一方、発光ダイオードでは所望の高出力を得ることが難しい緑色光用光源には、レーザ発光器１１Ａが用いられ、レーザ発光器１１Ａから射出されるレーザ光が励起光として蛍光体１５に照射され、蛍光体１５から発光される緑色の蛍光光が緑色光として利用されている。したがって、発光ダイオードの使用を優先し、レーザ発光器１１Ａの使用を限定的としながら、十分な出力の光源を得ることができる。

（４）本実施の形態に係る投写型映像表示装置のように、フライアイレンズ１６及び偏光ビームスプリッタ１７を使用する投写型映像表示装置においては、フライアイレンズ１６の第２レンズアレイ１６ｂの表面に蛍光光が集光される。また、この集光位置は、実質的に偏光ビームスプリッタ１７の入射部であり、それは偏光ビームスプリッタ１７の短冊状の入射許容面Ｆとなる。そこで、蛍光体１５の表面に集光して照射されるレーザ光の集光面形状を異方性拡散板１４により楕円形に拡散変形.するとともに、この楕円形の短辺寸法を、偏光ビームスプリッタ１７の短冊状の入射許容面Ｆの短辺寸法に近似するように変形させている。これにより、偏光ビームスプリッタ１７の入射許容面Ｆから効率よく光を取り込むことができ、光の利用効率を向上させることができる。

（５）本実施の形態に係る投写型映像表示装置は、光変調装置として液晶パネルを使用した３板式投写型映像表示装置であって、照明光学系１０の一部の光源としてレーザ発光器１１Ａを使用するため、寿命が長く、高電圧が不要で、高効率の発光を行う光源を備えた３板式投写型映像表示装置を提供することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る投写型映像表示装置について、図５を参照しながら説明する。

実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、実施の形態１における照明光学系を利用して、マイクロミラー素子からなる反射型表示素子を光変調素子とする投写型映像表示装置を形成したものである。

図５の投写型映像表示装置は、実施の形態１と同様な構成の照明光学系１１０と、この照明光学系１１０から射出される光束を光変調光学系１３０へ導くガイド光学系１２０と、ガイド光学系１２０に導かれた光束を光変調する光変調光学系１３０と、光変調された映像光を拡大投写する投写光学系１４０とから成る。

照明光学系１１０は、実施の形態１における照明光学系１０と同様に、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）１１１Ｂを用い、赤色光光源には赤色発光ダイオード（ＬＥＤ）１１１Ｒを用いている。また、照明光学系１１０は、緑色光光源として、レーザ発光器１１１Ａから出射されるレーザ光を蛍光体１１５に照射することにより蛍光体１１５を励起させて緑色光を発光させる光源を用いている。この構成において、青色発光ダイオード１１１Ｂ及び赤色発光ダイオード１１１Ｒ、レーザ発光器１１１Ａ及び蛍光体１１５の構成は、実施の形態１における青色発光ダイオード１１Ｂ及び赤色発光ダイオード１１Ｒ、レーザ発光器１１Ａ及び蛍光体１５と同一である。

また、照明光学系１１０は、青色光、及び赤色光を射出するための、上記以外の装置として、第１ダイクロイックミラー１１３Ｒ、第２ダイクロイックミラー１１３Ｇ、コリメートレンズ１１２Ｂ、１１２Ｒを有している。これら機器は、実施の形態１における第１ダイクロイックミラー１３Ｒ、第２ダイクロイックミラー１３Ｇ、コリメートレンズ１２Ｂ、１２Ｒと同一のものであり、実施の形態１の場合と同一に配置されている。

また、照明光学系１１０には、緑色光を発生するための、上記以外の装置として異方性拡散板１１４、蛍光体１１５、コリメートレンズ１１２Ａが設けられているが、これら機器の構成及び配置も、実施の形態１における異方性拡散板１４、蛍光体１５、コリメートレンズ１２Ａと同一である。したがって、照明光学系１１０における光源の構成は、実施の形態１のものと同一である。ただし、照明光学系１１０における各光源は、実施の形態１における照明光学系１０と異なり、時分割で発光するように制御されている。

また、実施の形態２における照明光学系１１０では、実施の形態１におけるフライアイレンズ１６、偏光ビームスプリッタ１７が用いられていないが、これに代わる装置として、第２ダイクロイックミラー１１３Ｇを経由して出射される光を集光するコンデンサ−レンズ１１６、集光された光を導入する横断面長方形の導光部材１１７が設けられている。導光部材１１７は、コンデンサ−レンズ１１６により集光された照明光の輝度分布を均一にするものであって、この実施の形態では、ガラス等の角棒体からなるロッドインテグレータが用いられている。

ガイド光学系１２０は、照明光学系１１０から出射された光を光変調光学系１３０へ導光するように構成されたものであって、リレーレンズ１２１、１２３及び全反射ミラー１２２等の機器から構成されている。

光変調光学系１３０は、一般にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と略称されているマイクロミラー素子からなる反射型表示素子１３１及びアブソーバ１３２を用いたものであって、ディジタル光変調が行われている。

反射型表示素子１３１は、約５０万〜１３０万個のマイクロミラー素子がマトリックス状に敷き詰められた構造の半導体集積光スイッチであり、画像フレームにおける画素と、このマイクロミラー素子とが対応するように配列されている。また、反射型表示素子１３１におけるマイクロミラー素子は、オンとオフの状態で±１０度程度傾斜が変化するように支柱に取り付けられている。反射型表示素子１３１は、オン状態においては、ガイド光学系から照射された光がマイクロミラー素子で反射されて投写光学系に向けて出射される、またオフ状態においては、マイクロミラー素子から反射された光がアブソーバ１３２に吸収されるように反射される。アブソーバ１３２は、オン状態の光線から約２０度傾斜する方向に配置されている。

このように構成された反射型表示素子１３１は、照明光学系１１０から時分割されて順次入射される青色光、赤色光、及び緑色光に同期してマイクロミラー素子がオンオフされるとともにスイッチングレシオが制御される、所謂ＰＷＭ制御により光変調される。

投写光学系１４０は、反射型表示素子１３１がオン状態となって反射された映像光を、拡大してスクリーン等の投写面に投写する投写レンズからなるものであって、実施の形態１のものと同一である。

次に、以上のように構成された実施の形態２における照明光学系１１０の作用について説明する。なお、ガイド光学系１２０、光変調光学系１３０、投写光学系１４０は、上記のようなに一般的なものであるので、ここではこれら光学系についての作用の説明を省略する。

この実施の形態において、青色光及び赤色光は、実施の形態１の場合と同様に青色発光ダイオード１１１Ｂ及び赤色発光ダイオード１１１Ｒから出射され、コリメートレンズ１１２Ｂ、コリメートレンズ１１２Ｒ、第１ダイクロイックミラー１１３Ｒ及び第２ダイクロイックミラー１１３Ｇを経由して、コンデンサーレンズ１１６に向けて出射される。

また、緑色光は、実施の形態１の場合と同様に、レーザ発光器１１１Ａからの青色レーザ光を励起光として、蛍光体１１５に照射され、蛍光体１１５から緑色の蛍光光が緑色光として発光される。発光された緑色光は、蛍光体１５が塗布された反射ミラーにより反射され、さらに、コリメートレンズ１２Ａでコリメートされて第２ダイクロイックミラー１３Ｇへ出射される。そして、この緑色光は、第２ダイクロイックミラー１３Ｇで反射され、コンデンサーレンズ１１６に向けて出射される。

上記緑色光の発光過程において、レーザ発光器１１１Ａから発光される青色レーザ光は、異方性拡散板１１４により所定の面形状となるように変形されつつ拡散される。さらに具体的には、蛍光体１１５の表面に集光される青色レーザ光の集光面形状は、楕円形に変形されるとともに、この楕円形の短辺寸法が導光部材１１７の長方形入射面の短辺寸法に近似するように拡散変形される。また、青色レーザ光がこのように拡散変形されることにより、蛍光体１１５表面における温度上昇が抑制されるので、蛍光体１１５における発光効率が向上する。導光部材１１７の長方形入射面は、光源の後段に位置する光学系における長方形入射部である。

上記のように発光される青色光、赤色光及び緑色光は、制御部（不図示）により制御され、時分割されて順次発光される。順次発光された各色光は、コンデンサーレンズ１１６により導光部材１１７の長方形入射部としての入射面に集光される。この場合において、導光部材１１７の入射面に集光される緑色光の集光面形状は、楕円形に変形されるとともに、この楕円形の短辺寸法が導光部材１１７の入射面の短辺寸法に近似するように異方性拡散板１１４が設定されているので、導光部材１１７に取り込まれない光を減少させることができ、緑色光の光の利用効率が向上する。

そして、導光部材１１７の入射面に集光された各色光は、導光部材１１７に入射される。入射された各色光は、導光部材１１７内で反射を繰り返し輝度分布が均一化にされる。このようにして輝度分布が均一な光となって出射された光は、ガイド光学系１２０に導かれる。ガイド光学系１２０、光変調光学系１３０、投写光学系１４０は、前述のように従来公知の一般的な構成であり、ガイド光学系１２０から光変調光学系１３０に導かれた各色光は、従来公知のように、変調処理されて投写光学系１４０により映像光として拡大投写される。

実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、以上のように構成されているので、実施の形態１における（１）〜（３）及び（５）の効果に加え、次の効果を奏することができる。

（６）実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、入射面が長方形を成す棒状又は筒状の導光部材１１７を使用するが、異方性拡散板１１４により、蛍光体１１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を楕円形とするとともに、この楕円形の短辺寸法を導光部材１１７の入射面の短辺寸法に近似するように拡散変形させている。これにより、導光部材１１７に光を効率よく取り込むことができ、光の利用効率を向上させることができる。

（７）実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、光変調装置としてマイクロミラー素子からなる反射型表示素子を使用した投写型映像表示装置であって、照明光学系１１０の一部の光源としてレーザ発光器１１１Ａを使用するため、寿命が長く、高電圧が不要で、高効率の発光を行う光源を備えた投写型映像表示装置を提供することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施の形態において、以下のように変更することもできる。
・前記各実施の形態は、拡散板として異方性拡散板１４、１１４を使用しているが、何れの方向の拡散角度も同一な等方性拡散板を使用することもできる。

・前記各実施の形態においては、緑色光を得る場合のみにレーザ光を用いるようにしているが、他の色光を得るための励起光としてレーザ光を用いる場合にも、拡散板を使用することにより発光効率を向上させることもできる。また、この場合にも、異方性拡散板１４、１１４を使用することにより、後段の光学系に効率よく光を取り込むようにして、光の利用効率を向上させるようにしてもよい。

・前記各実施の形態においては、緑色光を発生させるために、青色波長域のレーザ光を出力する青色レーザダイオードを用いているが、このレーザダイオードを、紫外線を出力する紫外線レーザダイオードとしてもよい。

・前記各実施の形態においては、励起光であるレーザ光を照射する物質を蛍光体１５，１１５としていたが、これを燐光を発光する燐光体としてもよい。なお、両者は実用上は区別されず、蛍燐光体又は単に蛍光体と呼ばれることもあり、本発明はこれらを包含するものである。

・実施の形態２において、導光部材１１７として入射面が長方形の棒状のロッドインテグラを使用しているが、これに代えて、入射部が長方形入射面であって、内面がミラーで形成された筒状のライトトンネルを用いてもよい。この場合は、蛍光体１１５の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を、このライトトンネルの長方形入射部（すなわち、ライトトンネルの入口）の形状に近似させるようにすればよい。

・投写型映像表示装置の形式は、前記実施の形態のものに拘泥されるものではない。たとえば、反射型の液晶パネルを利用した投写型映像表示装置とすることもできる。

本発明に係る投写型映像表示装置は、ホームシアター、会議室、研修室、教室、娯楽場、各種展示室、スタジオなど多方面の施設における映像表示システムとして利用することができる。

Ｅ…（蛍光光又は燐光光の）集光面形状、Ｆ…（偏光ビームスプリッタの）入射許容面、１０，１１０…照明光学系、１１Ａ，１１１Ａ…レーザ発光器、１１Ｂ，１１１Ｂ…青色発光ダイオード、１１Ｒ，１１１Ｒ…赤色発光ダイオード、１４，１１４…異方性拡散板、１５，１１５…蛍光体、１６…フライアイレンズ、１７…偏光ビームスプリッタ、１１７…導光部材、１３１…反射型表示素子。

Claims (7)

1. 蛍光体又は燐光体に対し励起光としてレーザ発光器からレーザ光を照射することにより蛍光光又は燐光光を発光させ、この蛍光光又は燐光光を少なくとも一部の色光の照明光とする照明光学系を備えた投写型映像表示装置であって、
   前記照明光学系は、レーザ発光器と蛍光体または燐光体との間に拡散板が設けられ、レーザ発光器からのレーザ光がこの拡散板を透過して前記蛍光体又は燐光体を照射するように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項１記載の投写型映像表示装置において、
   前記拡散板を異方性拡散板とすることにより、蛍光体または燐光体の表面に集光されるレーザ光の集光面形状を楕円形とし、この楕円形の短辺寸法を、後段の光学系における前記蛍光光又は燐光光を集光して入射する長方形入射部の短辺寸法に近似させている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項２記載の投写型映像表示装置において、
   前記照明光学系は、赤色光用光源、青色光用光源及び緑色光用光源を備え、これら光源のうち、赤色光用光源は赤色発光ダイオードにより構成され、青色光用光源は青色発光ダイオードにより構成され、緑色光用光源は、レーザ発光器からのレーザ光が励起光として蛍光体または燐光体に照射され、これにより蛍光体又は燐光体から発光される緑色の蛍光光又は燐光光を利用するように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
4. 請求項２又は３記載の投写型映像表示装置において、
   前記照明光学系は、フライアイレンズ及び偏光ビームスプリッタを使用するものであって、この偏光ビームスプリッタの短冊状を成す入射許容面が前記長方形入射部となるように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
5. 請求項２又は３記載の投写型映像表示装置において、
   前記照明光学系は、入射面の形状が長方形に形成された棒状又は筒状の導光部材を備えたものであって、この導光部材の入射面が前記長方形入射部となるように構成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
6. 請求項４記載の投写型映像表示装置であって、
   光変調装置として赤色光用液晶パネル、緑色光用液晶パネル及び青色光用液晶パネルを使用した３板式投写型映像表示装置に形成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
7. 請求項５記載の投写型映像表示装置であって、
   光変調装置としてマイクロミラー素子からなる反射型表示素子を用いた投写型映像表示装置に形成されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。