JP2005115061A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 表示画像の不快な色むらを抑止する。
【解決手段】 異なる色光を出射する複数の光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）と、各前記光源装置から出射された色光を合成して投射する色合成手段とを備えるプロジェクタであって、前記光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）の各々には、前記色光を発光する発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）が同一個数かつ同一配置パターンで基板１２上に配置されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プロジェクタに関するものである。

従来のプロジェクタでは、その光源として、古くはハロゲンランプ、近年は高輝度高効率である高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）が多く用いられてきた。放電型のランプであるＵＨＰを用いた光源装置は高圧の電源回路を要し、大型で重く、プロジェクタの小型軽量化の妨げになっていた。また、ハロゲンランプよりは寿命が長いものの依然短寿命である他、光源の制御（高速の点灯、消灯、変調）が略不可能で、また立ち上げに数分という長い時間を要していた。

そこで最近、新しい光源としてＬＥＤ発光体が注目されている。ＬＥＤは超小型・超軽量、長寿命である。また、駆動電流の制御によって、点灯・消灯、出射光量の調整が自由にできる。この点でプロジェクタの光源としても有望であり、既に小型・携帯用の小画面プロジェクタへの応用開発が始まっている（例えば、特許文献１及び２）。
特開２０００−１１２０３１号公報 特開２０００−５６４１０号公報

ところが、現在のところＬＥＤを光源とするプロジェクタにおいて十分な輝度を得ることは難しい。これは、ＬＥＤは効率の点でまだＵＨＰの１／２〜１／３程度であり、定格いっぱいの電流を注入しても得られる光量が小さいからである。めざましい技術革新によって上記効率は年々着実に向上しつつあり、数年後には現在のＵＨＰ並みのレベルに達する可能性もあるが、少なくとも近い将来、製品化可能なＬＥＤ光源プロジェクタにおいては、状況は変わらないであろう。

そこで、近年、光量を稼ぐのにＬＥＤをアレイ化する方法が提案されている。ところが、ＬＥＤは発光する色光の種類によって各々発光効率が異なるため、従来のプロジェクタにおいては、各々のＬＥＤの数や配置が各光源毎に異なっている。このように、各光源装置におけるＬＥＤの数や配置が異なると、光源装置から出射された色光を重ね合わせた際に、各々の色光における照度むらのパターンが重ならないため表示画像に不快な色むらが生じてしまう。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、表示画像の不快な色むらを抑止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタは、異なる色光を出射する複数の光源装置と、各前記光源装置から出射された色光を合成して投射する色合成手段とを備えるプロジェクタであって、前記光源装置の各々には、前記色光を発光する発光素子が同一個数かつ同一配置パターンで基板上に配置されていることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明に係るプロジェクタによれば、各光源装置における発光素子が、同一個数かつ同一配置パターンで基板上に配置されている。このため、光源装置と色合成手段との間における光学系を各光源装置に合わせて異ならせることなく、容易に各々の色光の照射パターンを同一化させ重ね合わせることが可能となる。したがって、各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態で色合成手段からの投射光がスクリーン上に投影されるため、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

なお、通常、光学素子に備えられる発光チップには、短冊状の複数の発光領域が電極領域（非発光領域）を挟んで配置されている。そして、この非発光領域が拡大され表示画面上にむらとなって現れる。各発光チップは、同様の大きさの発光領域を有しており、各照射パターンにおける発光領域が対応して重なっている場合には、表示画面に不快な色むらは生じない。逆に、ある照射パターンにおける発光領域が異なる照射パターンの非発光領域を跨いで隣の発光領域と重なり合う場合に表示画面に不快な色むらが生じる。
このため、本発明に係るプロジェクタにおいて、各光源装置における発光素子の配置パターンは完全に同一である場合に限られず、ある照射パターンにおける発光領域が異なる照射パターンにおける非発光領域を跨いで隣の発光領域と重なり合わない範囲で同一であれば良い。

次に、本発明に係るプロジェクタは、異なる色光を出射する複数の光源装置と、各前記光源装置から出射された色光を合成して投射する色合成手段とを備えるプロジェクタであって、各前記光源装置から出射された前記色光の照射パターンを同一化する照射パターン同一化手段を備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明に係るプロジェクタによれば、各光源装置における発光素子の個数や配置パターンが異なる場合であっても、照射パターン同一化手段によって、各光源装置から出射された色光の照射パターンが同一化される。したがって、各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態で色合成手段からの投射光がスクリーン上に投影されるため、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

この照射パターン同一化手段としては、前記色光の照度分布を均一化する均一化手段の前段に配置されかつ前記色光の照射パターンを前記均一化手段の入射端面において同一化する集光レンズを用いることができる。
このような集光レンズを用いることによって、均一化手段の入射端面において各色光の照射パターンが同一化されるため、均一化手段の入射端面と色合成手段との間における光学系を各光源装置に合わせて異ならせることなく、容易に各々の色光の照射パターンを同一化させることが可能となる。
なお、均一化手段としては、自らの内部において色光を多重反射させることによってその照度分布を均一化するロッドレンズを用いることができる。

なお、集光レンズを設けずに、ロッドレンズを照射パターン同一化手段として用いても良い。この場合には、各光源装置の照射パターンがロッドレンズの出射端面において同一化されるようにロッドレンズの長さ及び径が調整される。

また、前記照射パターン同一化手段が、前記色光を変調する光変調手段の前段に配置されかつ前記色光の照射パターンを前記光変調手段において同一化するような構成としても良い。この場合の照射パターン同一化手段としては、例えば、ディフューザやホログラムを用いることができる。
なお、この光変調手段としては、液晶パネルを備える液晶装置を用いることができるがこれに限定されるものではなく、例えば、複数の極小ミラーを用いて色光を変調するデジタルミラーデバイスを用いても良い。

以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタの一実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本実施形態に係るプロジェクタは、３板式の液晶プロジェクタであり、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム３０の３つの光入射面３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂには、それぞれ光変調装置（変調手段）としての透過型液晶パネルを備える透過型液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが対向して配置されている。そして、各液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの背面側（クロスダイクロイックプリズム３０と反対側）にはそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色光を出射可能な光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ（光源装置）が配置されている。

各光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）は、同じ色光を発光する複数の発光素子１１と、この発光素子１１が一方の側に配置される基板１２とを備えている。図２に示すように、各光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）には、発光素子１１が同一個数かつ同一配置パターンで基板１２上に配置されている。各発光素子１１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）からなり、点灯制御回路（不図示）によって点灯されるようになっている。

光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとこれに対応する液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとの間には照明光の照度分布を液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて均一化させるための照度均一化手段１９として、照明装置側から第１のフライアイレンズ１９１、第２のフライアイレンズ１９２が順次設置されている。第１のフライアイレンズ１９１は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ１９２は被照明領域である液晶装置の設置位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。

クロスダイクロイックプリズム３０は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面３０ａ，３０ｂには誘電体多層膜からなる光反射膜（図示略）が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面３０ａには、液晶装置２０Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶装置２０Ｇ，２０Ｂで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面３０ｂには、液晶装置２０Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶装置２０Ｒ，２０Ｇで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。そして、クロスダイクロイックプリズム３０の光出射面に導光された各色の画像光は投射レンズ４０によってスクリーン５０に投射光として出射されるようになっている。そして、スクリーン５０は、投射レンズ４０から出射された投射光を受けることによって画像を表示する。
なお、本実施形態において、本発明に係る色合成手段は、クロスダイクロイックプリズム３０及び投射レンズ４０によって構成されている。

このように構成された本発明に係るプロジェクタにおいて、光源装置１０から色光が出射されると、各光源装置１０に発光素子１１が同一個数かつ同一配置パターンで基板１２上配置されているため、各光源装置１０の照射パターンが同一となる。したがって、仮に液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂが配置されていない場合には、光学系（フライアイレンズ１９１，１９２、クロスダイクロイックプリズム３０及び投射レンズ４０）を介してスクリーン５０に投影される各光源装置１０の照射パターンは重なった状態となる。
このため、各色光が液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを介して画像光とされた場合であっても、表示画像に合成色が表示される際には、その画像領域における各照射パターンが重なった状態となる。

このように、各照射パターンが重なり合うことによって、色合成手段からの投射光がスクリーン上において各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態となるため、
表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

なお、本発明に係るプロジェクタにおいて、各光源装置における発光素子の配置パターンは完全に同一である場合に限られず、ある程度の許容範囲をもって同一であれば良い。以下その理由について述べる。

図３は、発光素子１１に備えられる発光チップ１１ａの模式図である。この図に示すように、発光チップ１１ａには、短冊状の複数の発光領域１１ｂが電極領域１１ｃを挟んで配置されている。この電極領域１１ｃには発光層が存在しないため、発光チップ１１ａに電流が注入された場合であっても電極領域１１ｃは発光しない。そして、この電極領域１１ｃの影が色光の照度むらの１つの原因となる。各照射パターンにおける発光領域が対応して重なっている場合には、スクリーン５０上において各色光の照度むらが重なり、表示画面に不快な色むらは生じない。逆に、ある照射パターンにおける発光領域が異なる照射パターンの非発光領域を跨いで隣の発光領域と重なり合う場合に表示画面に不快な色むらが生じる。
したがって、各光源装置における発光素子の配置パターンは完全に同一である場合に限られず、ある照射パターンにおける発光領域が異なる照射パターンにおける非発光領域を跨いで隣の発光領域と重なり合わない範囲で同一であれば良い。

（第２実施形態）
次に、図４を及び図５を参照して本発明に係るプロジェクタの第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態においては、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第２実施形態に係るプロジェクタにおいては、図４に示すように各光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に発光素子１１が同一個数かつ同一配置パターンで配置されていない。具体的には、図４に示すように、緑色発光素子１１Ｇの配置パターンが赤色発光素子１１Ｒ及び青色発光素子１１Ｂの配置パターンと異なり、紙面上下方向に離間された状態となっている。

図５は、本第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本第２実施形態に係るプロジェクタにおいては、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとこれに対応する液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとの間には照明光の照度分布を液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて均一化させるためのロッドレンズ１９３（均一化手段）が設置されている。このロッドレンズ１９３は、自らの内部において色光を多重反射することによって、色光の照度を均一化させるものである。なお、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応して設置されているロッドレンズ１９３は、全て同一の長さ及び径を有するロッドレンズである。

そして、緑色光源装置１０Ｇとロッドレンズ１９３との間には、集光レンズ６０（照射パターン同一化手段）が設置されている。この集光レンズ６０は、ロッドレンズ１９３の入射端面において、緑色光源装置１０Ｇの照射パターンを縦方向（図５における紙面上下方向）に、赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂの照射パターンと同一化されるまで縮小する機能を有している。

したがって、各ロッドレンズ１９３の入射端面における光源装置１０の照射パターンは、全て同一化される。このため、ロッドレンズ１９３以降の光学系を各光源装置１０に対応して各々異ならせて構成しなくとも、各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態で色合成手段からの投射光がスクリーン５０上に投影されるため、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、図６及び図７を参照して本発明に係るプロジェクタの第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態においても、上記第１実施形態と異なる部分のみについて説明する。

本第３実施形態に係るプロジェクタにおいては、図６に示すように各光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に発光素子１１が同一個数かつ同一配置パターンで配置されていない。具体的には、図６に示すように、緑色発光素子１１Ｇの発光素子１１Ｇの個数が赤色発光素子１１Ｒ及び青色発光素子１１Ｂの個数の約４倍設置されている。

図７は、本第３実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本第３実施形態に係るプロジェクタにおいては、赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂに対応するロッドレンズ１９４（照度パターン均一化手段）が設置されている。
このロッドレンズ１９４は、自らの内部において赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂから出射された色光を多重反射した結果、自らの出射端面において、赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂの照射パターンが緑色光源装置１０Ｇの照射パターンと同一化されるような長さ及び径を有している。すなわち、ロッドレンズ１９４において赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂから出射された色光が多重反射されることによって、赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂの照射パターンに虚像が生まれ、この虚像を含めて赤色光源装置１０Ｒ及び青色光源装置１０Ｂの照射パターンと緑色光源装置１０Ｇの照射パターンとが同一化される。

したがって、ロッドレンズ１９４以降の光学系を各光源装置１０に対応して各々異ならせて構成しなくとも、各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態で色合成手段からの投射光がスクリーン５０上に投影されるため、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、図８及び図９を参照して本発明に係るプロジェクタの第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態においても、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本第３実施形態に係るプロジェクタにおいては、図８に示すように各光源装置１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）に発光素子１１が同一個数かつ同一配置パターンで配置されていない。具体的には、図８に示すように、緑色発光素子１１Ｇの配置パターンが赤色発光素子１１Ｒ及び青色発光素子１１Ｂの配置パターンと異なり、紙面上下方向に離間されかつ紙面左右方向に密集された状態となっている。

図９は、本第４実施形態に係るプロジェクタの概略構成図である。この図に示すように、本第４実施形態に係るプロジェクタは、光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとこれに対応する液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとの間に、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応するホログラム１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂ（照射パターン均一化手段）を備えている。これらのホログラム１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの色光を回折させることによって、照射パターンを変化させるものである。そして、各ホログラム１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂは、各液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて各照射パターンが同一となるように、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂからの色光を回折させる。

したがって、ホログラム１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂ以降の光学系を各光源装置１０に対応して各々異ならせて構成しなくとも、各々の色光における照度むらのパターンが重なった状態で色合成手段からの投射光がスクリーン５０上に投影されるため、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

なお、ホログラム１９５Ｒ，１９５Ｇ，１９５Ｂの代わりに色光の光路を曲げるディフューザを設けることによって、各液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて各照射パターンを同一化させても良い。

このように、上記第２〜４実施形態に係るプロジェクタによれば、各光源装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける発光素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂの個数や配置が異なる場合であっても、容易に照射パターンを同一化することができ、表示画像の不快な色むらを抑止することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係るプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態において、光変調手段として液晶装置２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを用いた。しかしながら、本発明に係るプロジェクタは、これに限定されるものではなく、例えば、光変調手段として、複数の極小ミラーを用いて色光を変調するデジタルミラーデバイスを用いても良い。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成図。 同、プロジェクタに設置される光源装置の概略構成図。 発光素子に備えられる発光チップの模式図。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタに設置される光源装置の概略構成図。 同、プロジェクタの概略構成図。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタに設置される光源装置の概略構成図。 同、プロジェクタの概略構成図。 本発明の第４実施形態に係るプロジェクタに設置される光源装置の概略構成図。 同、プロジェクタの概略構成図。

符号の説明

１０（１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ）……光源装置、１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）……発光素子、１２……基板、２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）……液晶装置（変調手段）３０……クロスダイクロイックプリズム、４０……投射レンズ、６０……集光レンズ（照射パターン同一化手段）、１９３……ロッドレンズ（均一化手段）、１９４……ロッドレンズ（照射パターン同一化手段）

Claims (7)

1. 異なる色光を出射する複数の光源装置と、各前記光源装置から出射された色光を合成して投射する色合成手段とを備えるプロジェクタであって、
   前記光源装置の各々には、前記色光を発光する発光素子が同一個数かつ同一配置パターンで基板上に配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 異なる色光を出射する複数の光源装置と、各前記光源装置から出射された色光を合成して投射する色合成手段とを備えるプロジェクタであって、
   各前記光源装置から出射された前記色光の照射パターンを同一化する照射パターン同一化手段を備えることを特徴とするプロジェクタ。
3. 前記照射パターン同一化手段は、前記色光の照度分布を均一化する均一化手段の前段に配置されかつ前記色光の照射パターンを前記均一化手段の入射端面において同一化する集光レンズであることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
4. 前記均一化手段は、ロッドレンズであることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ。
5. 前記照射パターン同一化手段は、前記色光の照度分布を均一化すると共に前記色光の照射パターンを自らの出射端面において同一化するロッドレンズであることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
6. 前記照射パターン同一化手段は、前記色光を変調する光変調手段の前段に配置されかつ前記色光の照射パターンを前記光変調手段において同一化することを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
7. 前記光変調手段は、液晶パネルを備える液晶装置であることを特徴とする請求項６記載のプロジェクタ。
   
   
   

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