JP2005141069A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
投射型映像表示装置において高輝度化と省電力化とが両立可能な技術を提供する。
【解決手段】
光源側からの光を、表示素子側に向かう第１の光成分と、該第１の光成分とは異なる方向に向かう第２の光成分とに分け、該第１の光成分は光学像を形成することに用い、該第２の光成分は電力変換して電源電力として用いる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示素子により形成した映像を拡大投射する投射型映像表示技術に係り、特に、光利用率の改善技術に関する。

本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００２−３１３５９４号公報（特許文献１）や、特開平１０−７８５５０号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２００２−３１３５９４号公報には、投射型表示装置に用いる高圧放電ランプの電力量を切替えるとともに、該高圧放電ランプの点灯装置としてのスイッチング電源の発振周波数を音響共鳴現象が起きない領域の周波数に切替える技術が記載され、また、特開平１０−７８５５０号公報には、カラーホイールで色分離した光をデジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）に照射して画像形成するシーケンシャルＤＭＤビデオシステムにおいて、デジタル・マイクロミラー装置が強い白を生成するように、カラーホイールのカラー境界の時間中にミラーをターンオンするようにした技術が記載されている。

特開２００２−３１３５９４号公報

特開平１０−７８５５０号公報

上記従来技術には、画像の明るさを劣化させることなく装置を省電力化するための技術についての開示はされていない。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示装置において、画像の明るさを低下させずに光の利用率を上げ、装置の実質的消費電力を低減できるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決できる技術の提供にある。

上記課題点を解決するために、本発明では、投射型映像表示装置として、光源側からの光を、表示素子側に向かう第１の光成分と、該第１の光成分とは異なる方向に向かう第２の光成分とに分け、該第１の光成分は光学像を形成することに用い、該第２の光成分は電力変換し電源電力としてフィードバックし装置駆動に用いる構成とする。

本発明によれば、投射型映像表示装置において、省電力化と高輝度化の両立が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の投射型映像表示装置の第１の実施形態の構成図である。本第１の実施形態では、表示素子として１個の反射型映像表示素子を用い、光分離手段としては電子的に色分離を行う構成のものを用いる。
図１において、１は、光源１ａとリフレクタ２を備えて成る光源ユニット、６２は、光源ユニット１側からの光（白色光）が入射され、紫外線及び赤外線を反射する反射フィルタ、７ｆは、反射フィルタ６２で反射された紫外線及び赤外線を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、５は、ガラスの直方体などで構成されたロッドレンズ型のライトパイプ、１９'は、入射光（白色光）からＳ偏光成分を反射しＰ偏光成分を透過して入射光（白色光）の偏光分離を行う光分離手段としての入射側偏光分離素子、１９ａ'は、該入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜、７ｂは、入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜１９ａ'を透過した白色光のＰ偏光成分を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、４３は結像レンズ、１１は、電子的制御に基づき入射白色光を各色光すなわち赤色光（以下、Ｒ光という）、緑色光（以下、Ｇ光という）及び青色光（以下、Ｂ光という）に色分離する光分離手段としての電子的色分離部、１９は、入射される各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）からＳ偏光成分を反射しＰ偏光成分を透過して入射色光の偏光分離を行う光分離手段としての偏光分離素子、１９ａは、該偏光分離素子１９の偏光分離膜、２５は、偏光分離素子１９における光のカット量を減らして明るさを確保するために、偏光分離素子１９の偏光軸と該偏光分離素子１９への入射光の偏光軸との位相差を補償する視野角補償位相差板、７ａは、偏光分離素子１９の偏光分離膜１９ａで反射された各色光のＳ偏光成分を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、２３は、上記偏光分離素子１９への光の入射角が偏光分離膜１９ａの膜面に対して傾斜しているために、入射時と再入射時に発生する位相差を補償しコントラストを改善するための１／４波長位相差板、１３ｒは表示素子としての反射型映像表示素子、１２は投射手段としての投射レンズユニット、５１は装置全体の電源回路、５２は、光源ユニット１を駆動する光源ユニット駆動回路、５３は、反射型映像表示素子１３ｒを駆動する映像表示素子駆動回路、５４は、漏電時に電源回路５１をオフ状態にする漏電遮断器、８は、蓄電手段としてのバッテリ、５０は外部電源接続用プラグ、３８は、スライド式のバッテリ用蓋、３７は投射型映像表示装置用筐体である。

上記光源１ａは、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で構成される。光源１ａ及びリフレクタ２は高温となるため、冷却ファン（図示なし）により冷却される。リフレクタ２は、楕円面、放物面、非球面などの反射面を有する。入射側偏光分離素子１９’は、ライトパイプ５の出射開口直後の位置に配される。該位置に配されることにより、入射側偏光分離素子１９’の寸法の縮減が可能となる。光電力変換器７ｆ、７ｂ、７ａとしては例えば、半導体を応用した太陽電池が適する。上記電子的色分離部１１は、各色光用の偏光回転制御素子すなわち、Ｒ偏光回転制御素子、Ｇ偏光回転制御素子及びＢ偏光回転制御素子を有し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光と順次、各色光の偏光を変換する。該各偏光回転制御素子は、電圧が印加されない場合に特定波長域の光の偏光軸が変換され、電圧が印加された場合は光の偏光軸が変換されずにそのまま出射される。これにより、該電子的色分離手部１１はＲ光、Ｇ光、Ｂ光と順次、各色光の偏光を変換し、該偏光を変換した各色光を順次、偏光分離素子１９側に出射する。

上記図１の構成において、光源ユニット１から出射された光（白色光）は、反射フィルタ６２に入射し、該反射フィルタ６２で紫外線と赤外線は反射され、それ以外の光成分は該反射フィルタ６２を透過する。反射された紫外線と赤外線は光電力変換器７ｆで受光され、電力に変換される。変換された電力はバッテリ８に電源用電力として蓄えられる。一方、上記反射フィルタ６２を透過した光成分（白色光）はライトパイプ５に入射して集光され、入射側偏光分離素子１９'に入射する。入射側偏光分離素子１９'では、偏光分離膜１９ａ'で入射光（白色光）のＳ偏光成分は反射され、反射型映像表示素子１３ｒ側へ出射される。Ｐ偏光成分は、入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜１９ａ'を透過して、反射型映像表示素子１３ｒ側でない方に出射する。このため、該Ｐ偏光成分は、映像表示に活用できない光６０となり、出射側に配された光電力変換器７ｂの受光部に入射する。光源ユニット１から出射される光は、略楕円偏光であるため、ここで約半分の光が光電力変換器７ｂの受光部に入射する。光電力変換器７ｂで光から変換された電力は、バッテリ８に蓄電される。このようにして不用光を電力に変換し、蓄電してリサイクルすることにより、消費電力の低減化が可能となる。一方、偏光分離膜１９ａ'で反射されたＳ偏光成分は、視野角補償位相差板２５、結像レンズ４３を経て、電子的色分離部１１に入射する。ここでは、該電子的色分離部１１にはＳ偏光で入射するため、白色光のうちＲ光を、次のタイミングにＧ光、さらに次のタイミングにＢ光を、Ｐ偏光に変換して出射し、残りの色光はＳ偏光のまま出射して分離（＝色分離）する。該電子的色分離部１１と後段の偏光分離素子１９との組合せを用いることで、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に時分割して反射型映像表示素子１３ｒに順次照射する。

電子的色分離部１１の出射側に配された偏光分離素子１９により、映像表示に活用できないＳ偏光６０は、反射して光電力変換器７ａの受光部に入射する。反射型映像表示素子１３ｒにＲ光が照射される場合は、Ｂ光とＧ光が光電力変換器７ａの受光部に入射する。同様に、Ｇ光が照射される場合は、Ｒ光とＢ光が光電力変換器７ａの受光部に入射し、Ｂ光が照射される場合は、Ｒ光とＧ光が光電力変換器７ａの受光部に入射する。光電力変換器７ａで光から変換された電力は、バッテリ８に蓄電される。光電力変換器７ａには、半導体を応用した太陽電池を用いる。該電池に光が当ると、光電力変換器７ａを構成するＮ型半導体とＰ型半導体との間に電位差が発生し、電力供給が可能となる。一方、上記偏光分離膜１９ａを透過した各色光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光）のＰ偏光成分は、１／４波長位相差板２３を経て、反射型映像表示素子１３ｒに照射される。反射型映像表示素子１３ｒは、映像表示素子駆動回路５３により映像信号に基づいて駆動され、照射されたＰ偏光成分の各色光を映像信号に対応して変調しかつＳ偏光成分に変換して、光学像が形成された反射光として１／４波長位相差板２３側に出射する。該Ｓ偏光成分の各色光の反射光は、再び１／４波長位相差板２３を経て、偏光分離素子１９に入射し、偏光分離膜１９ａで反射された後、投射レンズユニット１２に入り、投射レンズユニット１２によりスクリーン等に拡大投射され映像表示する。

上記偏光分離膜１９ａを透過し、１／４波長位相差板２３を経て反射型映像表示素子１３ｒにＲ、Ｇ、Ｂの順で照射された各色光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光）のＰ偏光成分は、照射のタイミングに合わせて、反射型映像表示素子１３ｒにより映像信号に対応した各色光の映像（光学像）を形成する。すなわち、Ｒ光の時はＲの映像を、Ｂ光の時はＢの映像を、Ｇ光の時はＧの映像を形成する。この各色光の切替えタイミングは、例えば１８０Ｈｚ以上と速いため、スクリーン（図示なし）上に投射される映像は、人間の目には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の映像が合成された映像として映る。反射型映像表示素子１３ｒは、表示画素に対応した数（例えば、横１３６５×縦７６８）の画素が設けてあり、映像信号に従って各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光が偏光分離素子１９により検光されるようになっている。偏光方向の一致しない角度の偏光を持った光は、偏光分離素子１９の偏光度との関係で規定される量が、偏光分離素子１９にて検光される。反射型映像表示素子１３ｒが黒表示を行う場合は、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
反射型液晶表示素子１３ｒの直前に配された１／４波長位相差板２３は、該反射型液晶表示素子１３ｒと偏光分離素子１９との間における偏光軸のずれを調整しコントラストを向上させる。また、該１／４波長位相差板２３は、該偏光分離素子１９への光線の入射角度が偏光分離膜１９ａの膜面に対して傾斜していることに起因して発生する入射時と再入射時における位相差を補償してコントラストを改善する。

上記光源ユニット１から出射する光は略楕円偏光であるため、上記入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜１９ａ'では、入射光量の約１／２がＰ偏光成分として透過し、光電力変換器７ｂの受光部に入射する。
上記電源回路５１は、光源ユニット駆動回路５２及び映像表示素子駆動回路５３に対し、バッテリ８または外部電源からの電力を所定の電圧状態などにして供給する。電源回路５１は、また、上記バッテリ８に接続されているか否かまたは外部電源に接続されているか否かを検出する検出手段を備え、外部電源に接続されている場合は、外部電源を装置の電力源として選択する。光源ユニットが点灯状態にされない場合はバッテリ８への充電を行う。外部電源に接続されていない場合は、バッテリ８を電力源として選択する。

上記バッテリ８の装着部は、該バッテリ８を着脱できる構成になっており、該バッテリ８を充電済のバッテリと交換することで、より長時間の映像表示が可能なようにしてある。バッテリの交換には、スライド式のバッテリ用蓋３８を開けてバッテリを取り出し、充電済のバッテリと交換した後、該バッテリ用蓋３８を閉じる。
上記光源ユニット駆動回路５２は、２レベルの電力を選択して光源ユニット１に供給できる構成を有する。すなわち、バッテリ８からの電力を光源ユニット１に供給するときは、低いレベルの方の電力を選択して供給し、外部電源からの電力を光源ユニット１に供給するときは、高いレベルの方の電力を選択して供給する。これにより、バッテリ駆動の場合の消費電力を減らし、映像表示の時間を長くすることができる。

上記映像表示素子駆動回路５３は、装置が投射を行っている映像の入力映像信号の変化分を監視する回路を有し、一定時間にわたって該入力映像信号に変化がない場合には、光源ユニット駆動回路５２により自動的に、光源ユニット１への供給電力が、より少ないレベルの電力に切替えられるようにしたり、電力切断のメッセージを表示した後、該電力供給が断たれたりするようになっている。
上記漏電遮断器５４は、例えば装置を屋外などで使用したときなどにおいて、雨水の浸入などによる漏電で装置が破損するのを防止するためのものである。

上記第１の実施形態によれば、光電力変換器７ｆ、７ｂ、７ａにおいて電力変換されて発生した電力は、バッテリ８に蓄電され、該バッテリ８に蓄電された電力は、電源回路５１を経て光源ユニット駆動回路５２や映像表示素子駆動回路５３に供給され、光源ユニット１や反射型映像表示素子１３ｒを駆動する駆動電力として利用される。このため、電力の利用率が高まり、装置の実質的消費電力が低減される。また、視野角補償位相差板２５をライトパイプ５の出射部近傍に配置しているため、以下の効果がある。すなわち、入射側偏光分離素子１９'から出射した光は、偏光分離膜１９ａ'に対する光線の角度成分に応じた偏光成分を有する。ここで、視野角補償位相差板２５は、偏光分離素子１９の偏光軸と、該偏光分離素子１９に角度を有して入射する光の偏光軸との位相差を補償することにより、偏光分離素子１９でカットされる光の量を減らし、明るさを向上させる。また、ライトパイプ５を出射した光は、反射型映像表示素子１３ｒ上に、結像レンズ群によって結像されるため、該結像レンズ群をライトパイプ５の出射側近傍に配する構成では、該結像レンズ群を反射型映像表示素子１３ｒの前方に配する構成の場合と同様の効果が得られる。反射型映像表示素子１３ｒの近傍に配した場合には、その分、反射型映像表示素子１３ｒと投射レンズユニット１２との間の距離を長くする必要があるが、本第の実施形態の構成では、この距離を短くできるため、投射レンズユニット１２におけるレンズの収差向上が可能となる。また、３個の反射型映像表示素子を用いる構成に比べ、低コスト化も可能となる。また、表示素子としては、反射型映像表示素子１３ｒの１個を用いた単板式構成のため、装置コストの低減化も可能となる。また、光を電力に変換しているため、光の乱反射によるコントラストの劣化を防止することができる。また、光が吸収されることにより熱の発生を抑えることができ、温度上昇による装置内の高温化を防ぐことができる。このため、冷却用ファン（図示せず）の回転数を低減することができ、低騒音化も可能となる。さらに、バッテリ８を備えるため、外部電力の供給がない場合も映像表示を行うことができる。これにより、屋外での使用が可能であり、また、電源コンセントの位置までケーブルを伸ばす手間も省くことができる。また、バッテリ８は、外部電源からの蓄電も可能であり、これにより、短時間での充電が可能となる。

図２は、本発明の投射型映像表示装置の第２の実施形態の構成図である。本第２の実施形態では、光分離手段として、光路方向に対し傾斜した回転軸を有する回転ホイールを光源ユニットの直後の位置に備える。
図２において、１は、光源１ａとリフレクタ２を備えて成る光源ユニット、１０は、光源ユニット１側からの光（白色光）を各色光に色分離する色分離領域を備えた回転ホイール、１０ａは、回転ホイール１０を回転駆動するモータ、７ｃは、光源ユニット１から出射される光のうち、光学像形成のための光路からはずれて出射される光を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、７ｄは、回転ホイール１０を透過せずに反射された色光を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、５はライトパイプ、１７は光路方向変更用の反射ミラー、４３は結像レンズ、４１は全反射面を有するＴＩＲプリズム、１３ｍは、画素単位のマイクロミラーを有する表示素子としての反射型映像表示素子、７ｅは、反射型映像表示素子１３ｍからのオフ反射光としての各色光を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、１２は投射レンズユニット、８は蓄電手段としてのバッテリ、５１は装置全体の電源回路、５２は、光源ユニット１を駆動する光源ユニット駆動回路、５３は、反射型映像表示素子１３ｍを駆動する映像表示素子駆動回路、５４は漏電遮断器、５０は外部電源接続用プラグ、９は、バッテリ８の蓄電電力の残量表示を行う表示部、１５はＬＥＤ、３７は投射型映像表示装置用筐体である。

上記図２の構成において、光源ユニット１から出射された光（白色光）は、回転ホイール１０と光電力変換器７ｃに入射する。ここでのリフレクタ２は装置の小型化のために小さいサイズのものを用いる。これに伴って反射面も小さくなるため、光源１ａから出射する光の一部は、反射面で捉えることが困難となる。従来の構成では、これらの光は、ライトパイプ５にも入射せず、後の光学系で捉えることができないため、映像表示に活用することができなかった。本実施形態の構成では、活用不可能な光６０が光電力変換器７ｃの受光部に入射するように、リフレクタ２の近傍の活用できない光６０の照射される位置に、該光電力変換器７ｃを配する。これにより、該光６０を、該光電力変換器７ｃで電力に変換しバッテリ８に蓄電する。光路方向に対し約４５°傾斜して配された回転ホイール１０に入射した光は、該回転ホイール１０の平面内の色分離領域で、時分割でＲ光、Ｇ光及びＢ光に色分離される。該色分離は、透過と反射によって行われ、Ｒ光を透過する色分離領域ではＧ光及びＢ光が反射され、Ｇ光を透過する色分離領域ではＢ光及びＲ光が反射され、Ｂ光を透過する色分離領域では、Ｒ光及びＧ光が反射される。該回転ホイール１０で反射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光は、光電力変換器７ｄで受光され電力に変換される。変換された電力は電源用電力としてバッテリ８に蓄えられる。
上記回転ホイール１０の各色分離領域を透過した各色光はライトパイプ５に入射して集光され、反射ミラー１７に入射し、反射されて光路方向を変更される。光路方向を変更された各色光は、結像レンズ４３を経て、ＴＩＲプリズム４１に入射する。ＴＩＲプリズム４１では、入射した各色光は全反射面で反射され、順次、反射型映像表示素子１３ｍに照射される。反射型映像表示素子１３ｍには、画素単位の微小なミラーが設けられており、電圧を印加することにより、該ミラーを約３０°回転させることができるようになっている。オン（ＯＮ）光の場合は、これを投射レンズユニット１２の光軸方向に出射させ、オフ（ＯＦＦ）光の場合は、各画素が具備するミラーを約３０°回転させて反射方向を変え、投射レンズユニット１２ではなく、光電力変換器７ｅの受光部に入射するようにする。光電力変換器７ｅに入射した光は電力に変換され、バッテリ８に蓄電される。このようにして不用光を電力に変換し、蓄電してリサイクルすることにより、消費電力の低減化が可能となる。

上記電源回路５１は、バッテリ８の蓄電残量を監視する回路を備え、表示部９に該残量を表示する。これによって、ユーザは、バッテリ８の蓄電残量を把握することができる。また、バッテリ８の蓄電残量が設定基準値以下になった場合は警告表示用のＬＥＤ１５を点灯させる。これにより、ユーザは、バッテリ８の交換、または外部電源に切替えるタイミングを事前に知ることができ、急に映像表示が途絶える事態を避けることができる。また、電源回路５１は、光源ユニット駆動回路５２及び映像表示素子駆動回路５３に対し、バッテリ８または外部電源からの電力を所定の電圧状態などで供給する。電源回路５１は、また、上記バッテリ８に接続されているか否かまたは外部電源に接続されているか否かを検出する検出手段を備え、外部電源に接続されている場合は、外部電源を装置の電力源として選択して、バッテリ８との接続をオフ状態にする。外部電源に接続されていない場合は、バッテリ８を電力源として選択する。また、上記光源ユニット駆動回路５２は、２レベルの電力を選択して光源ユニット１に供給できる構成を有しており、バッテリ８からの電力を光源ユニット１に供給するときは、低レベルの方の電力を選択して供給し、一方、外部電源からの電力を光源ユニット１に供給するときは、高レベルの方の電力を選択して供給する。これにより、バッテリ駆動の場合の消費電力を減らし、映像表示の時間を長くすることができる。

また、上記映像表示素子駆動回路５３も、上記第１の実施形態と同様に、装置が投射を行っている映像の入力映像信号の変化分を監視する回路を有し、一定時間にわたって該入力映像信号が変化しない場合は、光源ユニット駆動回路５２により自動的に、光源ユニット１への供給電力を、より少ないレベルの電力に切替えられるようにしたり、電力切断の旨のメッセージを表示した後、該電力供給が断たれたりするようになっている。また、上記漏電遮断器５４も、上記第１の実施形態の場合と同様、漏電で装置が破損しないようにする。

上記第２の実施形態によれば、光電力変換器７ｃ、７ｄ、７ｅにおいて電力変換されて発生した電力は、上記のようにバッテリ８に蓄電され、該蓄電された電力は、電源回路５１を介し、光源ユニット駆動回路５２や映像表示素子駆動回路５３に供給され、光源ユニット１や反射型映像表示素子１３ｒを駆動する駆動電力として利用される。このため、光の利用率が高まり、装置の消費電力が低減される。また、光を電力に変換しているため、光の乱反射によるコントラストの劣化を防止することができる。また、光が吸収されることにより熱の発生を抑えることができ、温度上昇による装置内の高温化を防ぐことができる。このため、冷却用ファン（図示せず）の回転数を低減することができ、低騒音化も可能となる。さらに、バッテリ８を備えるため、外部電力の供給がない場合も映像表示を行うことができる。これにより、屋外での使用が可能であり、また、電源コンセントの位置までケーブルを伸ばす手間も省ける。また、バッテリ８は、外部電源からの蓄電も可能であり、これにより、短時間での充電が可能となる。また、表示部９でのバッテリの残電力表示や、ＬＥＤ１５の点灯により、ユーザは、バッテリ交換のタイミングや外部電源への切替えタイミングを予め知ることができ、映像表示が突然途絶える不都合などが回避される。

図３及び図４は、本発明の投射型映像表示装置の第３の実施形態の説明図である。図３は、第３の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図、図４は、図３の装置において用いる回転ホイールの構成例図である。本第３の実施形態では、光分離手段としての回転ホイールを、１／２波長位相差板を備えかつ光路方向に対し平行な回転軸を有する構成とし、偏光分離素子の直前位置に配する。

図３において、１は、光源１ａとリフレクタ２を備えて成る光源ユニット、５はライトパイプ、１９'は、入射光（白色光）からＳ偏光成分を反射しＰ偏光成分を透過して入射光（白色光）の偏光分離を行う光分離手段としての入射側偏光分離素子、１９ａ'は、該入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜、７ｂは、入射側偏光分離素子１９'の偏光分離膜１９ａ'を透過した白色光のＰ偏光成分を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、４３は結像レンズ、１０は、１／２波長位相差板を平面内に備えかつ光路方向に対して平行な回転軸を有し、入射白色光を各色光すなわちＲ光、Ｇ光及びＢ光に色分離する光分離手段としての回転ホイール、１０ａは、該回転ホイール１０を回転駆動するモータ、１９は、入射される各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）からＳ偏光成分を反射しＰ偏光成分を透過して入射色光の偏光分離を行う光分離手段としての偏光分離素子、１９ａは、該偏光分離素子１９の偏光分離膜、２５は、偏光分離素子１９における光のカット量を減らして明るさを確保するために、偏光分離素子１９の偏光軸と該偏光分離素子１９への入射光の偏光軸との位相差を補償する視野角補償位相差板、７ａは、偏光分離素子１９の偏光分離膜１９ａを透過した各色光のＰ偏光成分を受光し電力変換する光電力変換手段としての光電力変換器、２３は、上記偏光分離素子１９への光の入射時と再入射時に発生する位相差を補償しコントラストを改善するための１／４波長位相差板、１３ｒは表示素子としての反射型映像表示素子、１２は投射手段としての投射レンズユニット、５１は装置全体の電源回路、５２は、光源ユニット１を駆動する光源ユニット駆動回路、５３は、反射型映像表示素子１３ｒを駆動する映像表示素子駆動回路、５４は漏電遮断器、８は、蓄電手段としてのバッテリ、５０は外部電源接続用プラグ、３８はスライド式のバッテリ用蓋、３７は投射型映像表示装置用筐体である。

図４は、上記図３における回転ホイール１０の平面構成例を示す。
図４において、４７ｇｂ、４７ｂｒ、４７ｒｇはそれぞれ、入射する特定波長範囲の光すなわち特定の色光につきＳ偏光成分をＰ偏光成分に変える第１の変換領域、４５は、入射する白色光のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変える第２の変換領域を形成する１／２波長位相差板、Ｗは、入射するＳ偏光成分の白色光を透過する反射防止膜を施した透過領域である。上記第１の変換領域のうち、４７ｇｂはＧ光及びＢ光につきＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換し、４７ｂｒはＢ光及びＲ光につきＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換し、４７ｒｇはＲ光及びＧ光につきＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換する。上記１／２波長位相差板４５は、瞬間的に上記反射型映像表示素子１３ｒ上への光の照射を偏光によってカットし、該カット期間に該反射型映像表示素子１３ｒにおける偏光状態の遷移を終了させることで色むらやコントラスト劣化を防止する。

上記図３の構成において、光源ユニット１から出射された光（白色光）は、ライトパイプ５に入射して集光され、入射側偏光分離素子１９'に入射する。入射側偏光分離素子１９'では、偏光分離膜１９ａ'で入射光（白色光）のＳ偏光成分は反射され、Ｐ偏光成分は該偏光分離膜１９ａ'を透過する。透過したＰ偏光成分は、光電力変換器７ｂで受光され、電力に変換される。変換された電力はバッテリ８に電源用電力として蓄えられる。偏光分離膜１９ａ'で反射されたＳ偏光成分は、視野角補償位相差板２５、結像レンズ４３を経て、回転ホイール１０に入射する。該回転ホイール１０では、図４に示す上記第１の変換領域４７ｇｂ、４７ｂｒ、４７ｒｇにおいては、回転速度に対応した時分割状態で、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のＳ偏光成分が分離される。すなわち、第１の変換領域４７ｇｂでは、入射したＳ偏光成分の白色光は、Ｒ光のＳ偏光成分とＧ光及びＢ光のＰ偏光成分とに分離（＝色分離）され、第１の変換領域４７ｂｒでは、Ｇ光のＳ偏光成分とＢ光及びＲ光のＰ偏光成分とに分離（＝色分離）され、第１の変換領域４７ｒｇでは、Ｂ光のＳ偏光成分とＲ光及びＧ光のＰ偏光成分とに分離（＝色分離）される。また、回転ホイール１０の１／２波長位相差板（第２の変換領域）４５（図４）では、入射されたＳ偏光成分の白色光がＰ偏光成分の白色光に変換されて出射される。また、透過領域Ｗでは、入射されたＳ偏光成分の白色光を透過する。回転ホイール１０を透過した光は、偏光分離素子１９に入射し、該入射光のうち、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のＳ偏光成分及び白色光のＳ偏光成分は偏光分離膜１９ａで反射され、Ｇ光とＢ光のＰ偏光成分、Ｂ光とＲ光のＰ偏光成分、Ｒ光とＧ光のＰ偏光成分、及び白色光のＰ偏光成分は、該偏光分離膜１９ａを透過する。偏光分離膜１９ａで反射された各色光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光）及び白色光のＳ偏光成分は、１／４波長位相差板２３を経て、反射型映像表示素子１３ｒに照射される。偏光分離膜１９ａを透過したＰ偏光成分の上記各光は光電力変換器７ａで受光され、電力に変換される。変換された電力は電源用電力としてバッテリ８に蓄えられる。反射型映像表示素子１３ｒは、映像表示素子駆動回路５３により映像信号に基づいて駆動され、照射されたＳ偏光成分の各色光を映像信号に対応して変調しかつＰ偏光成分に変換して、光学像が形成された反射光として１／４波長位相差板２３側に出射する。該Ｐ偏光成分の各色光の反射光は、再び１／４波長位相差板２３を経て、偏光分離素子１９に入射し、偏光分離膜１９ａを透過した後、投射レンズユニット１２に入り、投射レンズユニット１２によりスクリーン等に拡大投射され映像表示する。
上記回転ホイール１０において、上記１／２波長位相差板４５は、入射するＳ偏光成分の白色光の偏光を約９０°回転させ、Ｐ偏光成分の白色光に変えて出射することにより、出射光が偏光分離素子１９の偏光分離膜１９ａで反射されない（＝反射型映像表示素子１３ｒに照射されない）ようにする。これにより、瞬間的に上記反射型映像表示素子１３ｒ上への光の照射をカットし、該カット期間に該反射型映像表示素子１３ｒにおける偏光の遷移状態を終了させることで色むらやコントラスト劣化を防止する。すなわち、反射型映像表示素子１３ｒでは、画像切替え時は、該反射型映像表示素子１３ｒの偏光状態が、遷移途中の状態にあり、該遷移途中で該反射型映像表示素子１３ｒに光が照射されると色むらやコントラスト劣化が発生し易い。本構成では、上記カット期間における上記Ｐ偏光成分の白色光も電力変換して装置の駆動用電力として利用する。なお、上記１／２波長位相差板４５の遅相軸は、回転ホイール１０の位相角が該１／２波長位相差板４５の略真中が光軸と交差するとき、偏光分離素子１９の偏光軸に対して約４５°傾斜するようにしてある。
なお、本第３の実施形態において、電源回路５１やバッテリ８など他の部分の構成及び作用は、上記第１の実施形態の場合と同様である。

上記第３の実施形態によれば、光電力変換器７ｂ、７ａにおいて電力変換により発生した電力は、バッテリ８に蓄電され、電源回路５１から光源ユニット駆動回路５２や映像表示素子駆動回路５３に供給され、光源ユニット１や反射型映像表示素子１３ｒを駆動する駆動電力として消費される。このため、光の利用率が高まり、装置全体としての消費電力を低減することができる。また、視野角補償位相差板２５により、反射型映像表示素子１３ｒと投射レンズユニット１２との間の距離を短縮化でき、投射レンズユニット１２における収差の向上が可能となる。また、表示素子として、反射型映像表示素子１３ｒの１個を用いた単板式構成のため、装置コストの低減化も可能となる。また、光を電力変換しているため、光の乱反射によるコントラスト劣化を防止することができ、かつ、熱の発生を抑え、温度上昇による装置内の高温化を防ぐことができる。熱の発生が抑えられる結果、冷却用ファン（図示せず）の回転数を低減化することができ、低騒音化も可能となる。さらに、バッテリ８により、外部電力が供給されない場合の映像表示が可能となる。

図５は、上記図３の構成に適用可能な回転ホイールの他の構成例を示す図である。
図５において、１０'は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の色分離を行う回転ホイール、４５は、入射するＳ偏光成分の白色光をＰ偏光成分の白色光に変換する１／２波長位相差板、４６ｒは、入射するＳ偏光成分の白色光からＳ偏光成分のＲ光を透過し、Ｓ偏光成分のＧ光及びＢ光を反射するＲ光透過分離領域、４６ｇは、入射するＳ偏光成分の白色光からＳ偏光成分のＧ光を透過し、Ｓ偏光成分のＢ光及びＲ光を反射するＧ光透過分離領域、４６ｂは、入射するＳ偏光成分の白色光からＳ偏光成分のＢ光を透過し、Ｓ偏光成分のＲ光及びＧ光を反射するＢ光透過分離領域である。１／２波長位相差板４５は、上記図４の構成の場合と同様、反射型映像表示素子１３ｒ（図３）への光照射のカット期間を形成する。Ｒ光透過分離領域４６ｒ、Ｇ光透過分離領域４６ｇ及びＢ光透過分離領域４６ｂはそれぞれ、Ｓ偏光成分のＲ光、Ｓ偏光成分のＧ光、Ｓ偏光成分のＢ光を白色光から分離し、該それぞれの色光が、偏光分離素子１９を経て、反射型映像表示素子１３ｒ（図３）に照射されるようにする。

上記各実施形態は、表示素子として反射型映像表示素子を１個用いる構成としたが、本発明はこれに限定されず、表示素子としては、例えば、透過型表示素子を用いてもよいし、また、複数の表示素子を用いる構成であってもよい。

本発明の第１の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。 本発明の第２の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。 本発明の第３の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。 図３の構成における回転ホイールの構成例を示す図である。 回転ホイールの他の構成例を示す図である。

符号の説明

１…光源ユニット、
１ａ…光源、
２…リフレクタ、
５…ライトパイプ、
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ…光電力変換器、
８…バッテリ、
９…表示部、
１０、１０'…回転ホイール、
１０ａ…モータ、
１１…電子的色分離部、
１２…投射レンズユニット、
１３ｒ、１３ｍ…反射型映像表示素子、
１５…ＬＥＤ、
１７…反射ミラー、
１９…偏光分離素子、
１９ａ、１９ａ’…偏光分離膜、
１９’…入射側偏光分離素子、
２３…１／４波長位相差板、
２５…視野角補償位相差板、
３８…バッテリ用蓋、
４１…ＴＩＲプリズム、
４３…結像レンズ、
４５…１／２波長位相差板、
４６ｒ…Ｒ光透過分離領域、
４６ｇ…Ｇ光透過分離領域、
４６ｂ…Ｂ光透過分離領域、
４７ｇｂ、４７ｂｒ、４７ｇｂ…第１の変換領域、
５０…外部電源接続用プラグ、
５１…電源回路、
５２…光源ユニット駆動回路、
５３…映像表示素子駆動回路、
５４…漏電遮断器。

Claims (11)

1. 光源側からの光を表示素子に照射して映像信号に応じた光学像を形成し、投射手段を介して該光学像を拡大投射する投射型映像表示装置であって、
   上記光源と上記投射手段との間の光路上において上記光源側からの光を、上記光路に沿った第１の方向に向かう第１の光成分と、該第１の方向とは異なる第２の方向に向かう第２の光成分とに分ける光分離手段と、
   上記第１の光成分が照射され映像信号に対応して光学像を形成する表示素子と、
   上記第２の光成分を受光し電力変換する光電力変換手段と、
   を備え、上記第１の光成分に基づき光学像を形成し、上記第２の光成分に基づき電源電力を発生して装置を駆動する構成としたことを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 光を放射する光源ユニットと、映像信号に応じた光学像を形成する表示素子と、該表示素子から出射した光を投射する投射手段と、上記光源ユニット及び上記表示素子を駆動する電源回路系とを備えた投射型映像表示装置であって、
   上記光源ユニットから上記投射手段に至る途中の光路で映像表示に活用できない光を受光する受光手段と、
   上記電源回路系において上記受光手段で受光した光を電力に変換する光電力変換手段と、
   を備え、上記映像表示に活用できない光を電源電力として回収する構成としたことを特徴とする投射型映像表示装置。
3. 上記受光手段は、上記光源ユニットからの活用できない光を受光する位置に配置されている請求項２に記載の投射型映像表示装置。
4. 上記受光手段は、上記表示素子からの活用できない光を受光する位置に配置されている請求項２に記載の投射型映像表示装置。
5. 上記光電力変換手段で得た電力を電源電力として蓄える蓄電手段と、
   上記蓄電手段からの電力に基づき、上記光源ユニットまたは上記表示素子に駆動電力を供給する電源回路と、
   を備える請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
6. 上記蓄電手段に蓄えられた電力レベルと該電力レベルが基準レベル以下になったことのいずれか一方または両方を表示する表示手段を備える請求項２に記載の投射型映像表示装置。
7. 上記光分離手段は、紫外線または赤外線を含む光成分と、残りの光成分とに分離する構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
8. 上記光分離手段は、光を偏光分離または色分離する構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
9. 上記蓄電手段は、交換可能な構成である請求項５に記載の投射型映像表示装置。
10. 上記電源回路は、外部電源に接続されているか否かを検出する検出手段を備え、検出の結果、外部電源に接続されている場合は、該外部電源から、上記蓄電手段に充電する、または装置を駆動する電力が供給される請求項５に記載の投射型映像表示装置。
11. 光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットからの光を、映像信号に応じた光学像を形成する表示素子に照射させる照明光学系と、表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備えた投射型映像表示装置であって、
    上記照明光学系が、
    入射端面と出射端面を有し、該両端面を囲む面で光を反射することにより、出射端面での光の照度分布を略均一にする光伝達手段と、
    角度成分を有する光線の偏光度を補償する視野角補償子と、
    略直線偏光の光だけを透過する偏光子と、
    を有して成り、上記光伝達手段と上記偏光子との間に、上記視野角補償子を配した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。

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