JP4514440B2 - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、投写型映像表示装置に関する。

複数の光源を備え、各光源が出射する光を分散的に照射面に導き、複数の光源全体で照明対象物の全体を照明することができる照明装置が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−２１９９６号公報

しかしながら、上記従来の照明装置では、複数の光源全体で照明対象物の全体を照明できるものの、個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導くことはできない。従って、複数の光源のうちのどれかが切れた場合には、輝度ムラが僅かに残るという不満がある。

この発明は、上記の事情に鑑み、個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導くことができる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、照明装置から出射された光をライトバルブにより光変調し、この光変調により得られた映像光を投写する投写型映像表示装置において、前記照明装置は、入射した略平行光の半分を反射し残り半分を透過させる光分離部材と光反射部材とを組み合わせて成る光路変更部材が、対向配置された二つの光源間に複数設けられ、前記光路変更部材により、二つの光源の中央領域からの光束をそれぞれ平行に入射させて重畳し、当該領域よりも広い領域の光束を形成して照明対象物の中央領域へ出射すると共に、前記二つの光源の周辺領域からの光束をそれぞれ平行に入射させて重畳し、当該領域よりも広い領域の光束を形成して照明対象物の周辺領域へ出射することで個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導く構成とされたことを特徴とする。

上記の構成によれば、光源の中央領域の光は照明対象物の中央に導かれ、光源の周辺領域の光は照明対象物の周辺に導かれると共に、個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導くことができる。

前記光路変更部材は、一方の光源の所定領域からの光束の半分を前記光分離部材にて前記一方向に反射することで第１の光束を形成し、残り半分の透過した光束を第１の光反射部材にて前記一方向に反射することで前記第１の光束に隣り合う第２の光束を形成し、他方の光源から出射され第２の光反射部材にて前記第１の光束と同方向に導かれた光束の半分を前記光分離部材にて透過させて前記第１の光束に重畳し、残り半分の反射された光束を前記第１の光反射部材にて前記一方向に反射することで第２の光束に重畳するように構成されていてもよい。

これらの照明装置において、隣接する光路変更部材中の光反射部材が隣り合っており、この隣り合う光反射部材はそれらの縁を合わせて山型を成すものでもよい。また、隣接する光路変更部材中の光反射部材が隣り合っており、この隣り合う光反射部材は三角柱部材の互いに隣接する二面の鏡面から成るものでもよい。また、照明対象物であるフライアイレンズのレンズ素子間の谷部に対応して前記光分離部材及び光反射部材の縁を位置させるのがよい。

前記光分離部材はハーフミラーであってもよい。また、前記光分離部材は偏光ビームスプリッタであってもよい。

以上説明したように、この発明の照明装置によれば、個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導くことができる。従って、当該照明装置を用いた投写型映像表示装置であれば、複数の光源のうちのどれかが切れた場合或いは省エネのために切られた場合でも、輝度ムラを殆ど生じさせないという効果が得られる。

（実施の形態１）
以下、この発明の実施の形態を図１乃至図３に基づいて説明する。図１はこの実施形態の照明装置を示した説明図であり、図２は光路変更の説明図であり、図３は図１の照明装置を二つ組み合わせて成る照明装置を示した説明図である。

図１に示す照明装置は、向き合って配置された二つの光源１，１と、これら二つの光源１，１間に配置された３組の光路変更部材２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）とから成る。光源１，１はその出射光中心を互いにずらして配置されている。各光源１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等から成る発光部１１と、この発光部１１から出射された光を略平行光にして出射する放物凹面鏡１２とを備える。光路変更部材２Ｂは光源１の中央領域からの光束を受けるように設けられ、光路変更部材２Ａと光路変更部材２Ｃは光源１の周辺領域からの光束を受けるように設けられている。

各光路変更部材２は、入射した略平行光の半分を反射し残り半分を透過させる偏光ビームスプリッタ２０と、第１ミラー２１と、第２ミラー２２とを組み合わせて成る。偏光ビームスプリッタ２０の分離膜は光源１の光軸に対して４５°傾けて配置され、第１ミラー２１は前記分離膜と平行に（前記光軸に対して４５°傾けて）配置され、第２ミラー２２は第１ミラー２１に対して直交する向きに配置されている。各光路変更部材２は二つの光源１Ａ，１Ｂの位置的に対応する領域からの光束をそれぞれ入射して合成し、当該領域の２倍の領域の光束を形成して一方向（フライアイレンズ３が配置されている方向）に出射することで個々の光源１の出射光を照明対象物であるフライアイレンズ３の全体に導く。

具体的には、各光路変更部材２は、一方の光源１Ａの所定領域（中央領域又は端部領域）からの光束の半分を偏光ビームスプリッタ２０にて前記一方向に反射することで第１の光束を形成し、残り半分の透過した光束を第１ミラー２１にて前記一方向に反射することで前記第１の光束に隣り合う第２の光束を形成する。そして、他方の光源１Ｂから出射され更に第２ミラー２２にて前記第１の光束と同方向に導かれた光束の半分を前記偏光ビームスプリッタ２０にて透過させて前記第１の光束に重畳し、残り半分の反射された光束を前記第１ミラー２１にて前記一方向に反射することで第２の光束に重畳する。

前記偏光ビームスプリッタ２０は、光源１からの光の中のＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。従って、図２に示しているように、光源１Ａの所定領域からの光束の中のＳ偏光が第１の光束となり、Ｐ偏光が第２の光束となる。一方、光源１Ｂの所定領域からの光束の中のＰ偏光が第１の光束となり、Ｓ偏光が第２の光束となる。

このように、光源１Ａ，１Ｂからの光は３つの光路変更部材２Ａ，２Ｂ，２Ｃによって重畳されてフライアイレンズ３上へと導かれることになり、且つ、光源１Ａ，１Ｂからの出射光のそれぞれをフライアイレンズ３の全体に導くことができる。更に、光路変更部材２Ｂは光源１Ａ，１Ｂの中央領域からそれぞれ出射される光束を重畳してフライアイレンズ３の中央領域へと導くことになり、光路変更部材２Ａ，２Ｃは光源１Ａ，１Ｂの周辺領域からそれぞれ出射される光束を重畳してフライアイレンズ３の周辺領域へと導くことになる。

隣接する光路変更部材２Ａと光路変更部材２Ｂとにおいて、第２ミラー２２と第１ミラー２１とが隣り合い、この隣り合うミラー２２，２１はそれらの縁を合わせて山型に配置されている。また、隣接する光路変更部材２Ｂと光路変更部材２Ｃにおいて、第２ミラー２２と第１ミラー２１とが隣り合い、この隣り合うミラー２２，２１はそれらの縁を合わせて山型に配置されている。このように山型に配置することでミラー２２，２１の一体化が可能であり、このように一体化することにより部品点数の削減が図れる。また、フライアイレンズ３のレンズ素子間の谷部に対応して前記偏光ビームスプリッタ２０及びミラー２１，２２の縁を位置させており、当該縁がフライアイレンズ３の凸レンズに対応して位置した場合に生じる不具合を回避している。

図３に示す照明装置は、図１の照明装置（以下、構成要素照明装置と称する）を二つ備え、これら二つの構成要素照明装置間に３つの光路変更部材２Ａ′、２Ｂ′、２Ｃ′を配置して成る。二つの構成要素照明装置は、その光路変更部材２…による光路変更後の光軸を互いにずらして配置されており、前記フライアイレンズ３は、その光入射面の法線が上記光路変更後の光軸と直交するように配置されている。この図３に示す照明装置は、図１の照明装置を光源として前記光路変更部材２Ａ′、２Ｂ′、２Ｃ′によって各光源（構成要素照明装置）の光束を重畳する照明装置となり、４灯タイプを実現したものとなる。この図３の照明装置においても、隣接する光路変更部材２Ａ′と光路変更部材２Ｂ′において、第２ミラー２２′と第１ミラー２１′とが隣り合い、この隣り合うミラー２２′，２１′はそれらの縁を合わせて山型に配置されている。また、隣接する光路変更部材２Ｂ′と光路変更部材２Ｃ′において、第２ミラー２２′と第１ミラー２１′とが隣り合い、この隣り合うミラー２２′，２１′はそれらの縁を合わせて山型に配置されている。また、フライアイレンズ３のレンズ素子間の谷部に対応して前記偏光ビームスプリッタ２０′及びミラー２１′，２２′の縁を位置させている。

（実施の形態２）
以下、この発明の実施形態にかかる投写型映像表示装置を図４に基づいて説明していく。図４は図３の照明装置を用いた液晶プロジェクタを示している。照明装置から出射された白色光は、一対のフライアイレンズ３に照射され、このフライアイレンズ３を経た光は偏光変換装置７１に至る。一対のフライアイレンズ３は、対応する個々のレンズ部分が後述する液晶パネルの全面を照射するように設計されており、照明装置から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。

偏光変換装置７１は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、フライアイレンズ３からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射されてそのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光はその前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換されるようになっている。

偏光変換装置７１を経て単一の偏光に変換された光は、集光レンズ７２を透過し、全反射ミラー７３によって光路を９０°変更されて第１ダイクロイックミラー７４へと導かれる。第１ダイクロイックミラー７４は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー７４を透過した赤色波長帯域の光は、全反射ミラー７５にて反射されて赤色光用の透過型の液晶パネル８１に導かれ、これを透過することで光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー７４にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー７６に導かれる。

第２ダイクロイックミラー７６は、青色波長帯域の光を透過し、緑色波長帯域の光を反射する。第２ダイクロイックミラー７６にて反射した緑色波長帯域の光は、緑色光用の透過型の液晶パネル８２に導かれ、これを透過することで光変調される。また、第２ダイクロイックミラー７６を透過した青色波長帯域の光は、全反射ミラー７７，７８を経て青色光用の透過型の液晶パネル８３に導かれ、これを透過することで光変調される。

液晶パネル８１，８２，８３を経て得られた変調光（各色映像光）はダイクロイックプリズム７９によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ８０によって拡大投写され、図示しないスクリーン上に投影表示される。

なお、図１や図３の照明装置におけるミラーの縁を合わせて山型に配置することに限らず、三角柱部材を備え、この三角柱部材の互いに隣接する二面を鏡面とすることとしてもよい。二つのミラーの縁を合わせて山型に配置するよりも、三角柱部材を用いた方が作製容易で組立が容易になるという利点がある。また、上記の液晶プロジェクタは図３の照明装置を用いて４灯式としたが、図１の照明装置を用いて２灯式の液晶プロジェクタを構成することもできる。図１の照明装置及び図３の照明装置のいずれについても、各光源からの光を照明対象物であるフライアイレンズ３の全面に導くことができ、従来のストライプ状に導く構成に比べ、複数の光源のうちのどれかが切れた場合の輝度ムラは極めて小さいものとなり、映像投写の続行が良好に行えることになる。また、意図的に幾つかの光源を消灯してエコノミーモードとすることも可能である。

また、以上説明した例では、光源の数が２つ及び４つの場合を示したが、複数であればよく、これらの数に限るものではない。対向配置された光源間に３つの光路変更部材を備える構成を示したが、このような３つに限るものではない。対向配置された光源が共に白色光源である場合を示したが、これに限らず、一方を白色光源とし、当該光源の特定波長の光を補うための補助光源（ランプ光源或いは発光ダイオード等を用いた固体素子光源でもよい）を他方の光源とするようにしてもよい。光分離部材として偏光ビームスプリッタを示したが、ハーフミラーを用いてもよい。投写型映像表示装置として３板式の液晶プロジェクタを示したが、単板式の液晶プロジェクタでもよい。更に、液晶パネル以外のライトバルブを用いた構成でもよい。

この発明の照明装置を示した説明図である。 光路変更の説明図である。 この発明の照明装置の他の例を示した説明図である。 図３の照明装置を用いた投写型映像表示装置の説明図である。

符号の説明

１（１Ａ，１Ｂ） 光源
２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ） 光路変更部材
２′（２Ａ′，２Ｂ′，２Ｃ′） 光路変更部材
２０ 偏光ビームスプリッタ
２１ 第１ミラー
２２ 第２ミラー
３ フライアイレンズ

Claims (7)

1. 照明装置から出射された光をライトバルブにより光変調し、この光変調により得られた映像光を投写する投写型映像表示装置において、前記照明装置は、入射した略平行光の半分を反射し残り半分を透過させる光分離部材と光反射部材とを組み合わせて成る光路変更部材が、対向配置された二つの光源間に複数設けられ、前記光路変更部材により、二つの光源の中央領域からの光束をそれぞれ平行に入射させて重畳し、当該領域よりも広い領域の光束を形成して照明対象物の中央領域へ出射すると共に、前記二つの光源の周辺領域からの光束をそれぞれ平行に入射させて重畳し、当該領域よりも広い領域の光束を形成して照明対象物の周辺領域へ出射することで個々の光源の出射光を照明対象物の全体に導く構成とされたことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投写型映像表示装置において、前記光路変更部材は、一方の光源の所定領域からの光束の半分を前記光分離部材にて前記一方向に反射することで第１の光束を形成し、残り半分の透過した光束を第１の光反射部材にて前記一方向に反射することで前記第１の光束に隣り合う第２の光束を形成し、他方の光源から出射され第２の光反射部材にて前記第１の光束と同方向に導かれた光束の半分を前記光分離部材にて透過させて前記第１の光束に重畳し、残り半分の反射された光束を前記第１の光反射部材にて前記一方向に反射することで第２の光束に重畳するように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の投写型映像表示装置において、隣接する光路変更部材中の光反射部材が隣り合っており、この隣り合う光反射部材はそれらの縁を合わせて山型を成すことを特徴とする投写型映像表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、隣接する光路変更部材中の光反射部材が隣り合っており、この隣り合う光反射部材は三角柱部材の互いに隣接する二面の鏡面から成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、照明対象物であるフライアイレンズのレンズ素子間の谷部に対応して前記光分離部材及び光反射部材の縁を位置させたことを特徴とする投写型映像表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光分離部材はハーフミラーであることを特徴とする投写型映像表示装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光分離部材は偏光ビームスプリッタであることを特徴とする投写型映像表示装置。

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