JP2007171660A

JP2007171660A - 投影型映像表示装置用照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置

Info

Publication number: JP2007171660A
Application number: JP2005370446A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yamamiya; 国雄山宮
Original assignee: Olympus Imaging Corp
Current assignee: Olympus Imaging Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】光量制御を簡単にでき、適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光が得られ、ホワイトバランスに優れた高品質の映像を投影できる投影型映像表示装置用照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置を提供する。
【解決手段】放電ランプ４および赤色光を発光する半導体レーザ８からの照明光束を映像に応じて空間光変調素子２２，２８，３５で空間変調して投影表示する投影型映像表示装置に用いる照明装置４０において、放電ランプ４からの照明光束の一部が入射するように配置され、赤色光の波長帯域の光は透過し他の光は反射するフィルタ４４と、フィルタ４４の透過光を受光するように配置したランプ用光検出器４６とを有し、ランプ用光検出器４６の出力に基づいて放電ランプ４の発光量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロジェクタ等の投影型映像表示装置に用いる照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置に関するものである。

従来、光源からの光を透過型または反射型の液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などの空間光変調素子により表示すべき映像に応じて変調し、その変調された光を投影光学系によりスクリーン上に拡大投影する投影型映像表示装置として、１枚の空間光変調素子を用いてＲＧＢのカラー画像を表示する単板式のものや、ＲＧＢの各色専用の空間光変調素子を用いる３板式のものなど、各種方式のものが知られている。

このような投影型映像表示装置において、良好なホワイトバランスを実現するには、適切な演色性のスペクトル分布を有する光源を用いる必要がある。

ところが、光源としてメタルハライドランプや超高圧水銀灯などの放電ランプを用いると、放電ランプは、一般にＲ成分の光強度が低いため、良好なホワイトバランスを実現することが困難になる。

この光源の問題を解決し得るものとして、赤色を出力する複数のＬＥＤ素子および青色を出力する複数のＬＥＤ素子を有する第１の光源と、緑色を出力するアーク光源を有する第２の光源とを用い、これら光源から赤色、青色および緑色を異なるタイミングで出射させて、合成プリズムを経てライトバルブに順次入射させるとともに、合成プリズムを経て順次出射される赤色、青色および緑色の光束を共通のフォトセンサで受光して、対応する光源の出射光を制御するようにしたハイブリッド型の照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２６３９０２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のように、赤色、青色および緑色の光束を共通のフォトセンサで受光して、対応する光源の出射光を制御する場合には、一般にフォトダイオードからなるフォトセンサは、赤色光の感度が高く、青色光の感度が低いために、青色光を高精度で検出することが困難である。

このため、発光量を最適に制御するには、フォトセンサの赤色光の受光出力と青色光の受光出力との相関を予め求めておく必要があり、光量制御が煩雑になることが懸念される。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、光量制御を簡単にでき、適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光が得られる投影型映像表示装置用照明装置、およびこの照明装置を用いてホワイトバランスに優れた高品質の映像を投影できる投影型映像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、放電ランプおよび赤色光を発光する半導体レーザからの照明光束を映像に応じて空間光変調素子で空間変調して投影表示する投影型映像表示装置に用いる照明装置において、
上記放電ランプからの照明光束の一部が入射するように配置され、赤色光の波長帯域の光は透過し他の光は反射するフィルタと、
上記フィルタの透過光を受光するように配置したランプ用光検出器とを有し、
上記ランプ用光検出器の出力に基づいて上記放電ランプの発光量を制御するようにしたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の投影型映像表示装置用照明装置において、上記フィルタの透過光が入射するように配置したランプ用ホログラムを有し、該ランプ用ホログラムの回折光を上記ランプ用光検出器で受光し、０次光は上記空間光変調素子に入射させるようにしたことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の投影型映像表示装置用照明装置において、上記半導体レーザからの照明光束が入射するように配置したレーザ用ホログラムを有し、該レーザ用ホログラムの０次光を上記空間光変調素子に入射させ、回折光はレーザ用光検出器で受光して、該レーザ用光検出器の出力に基づいて上記半導体レーザの発光量を制御するようにしたことを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する請求項４に係る投影型映像表示装置の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置と、
上記照明装置からの照明光束を映像に応じて空間変調する空間光変調素子と、
上記空間光変調素子で空間変調された照明光束を投影表示する投影レンズとを有することを特徴とするものである。

本発明に係る投影型映像表示装置用照明装置によれば、放電ランプから出射される発光強度の低い赤色光をフィルタで選択してランプ用光検出器で受光し、その出力に基づいて放電ランプの発光量を制御するようにしたので、ランプ用光検出器として赤色光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなる光検出器を用いて、放電ランプの発光量を簡単かつ高精度で制御でき、半導体レーザからの出射光と合成して適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光を出射することができる。

また、本発明による投影型映像表示装置によれば、照明装置から適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光が出射されるので、ホワイトバランスに優れた高品質の映像を投影することができる。

以下、本発明による投影型映像表示装置用照明装置およびこれを用いる投影型映像表示装置の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る照明装置を搭載した投影型映像表示装置の概略構成を示すものである。この投影型映像表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂ用の液晶ライトバルブを有する三板式の液晶プロジェクタを示すもので、筐体１に装填された光学ボックス２および投射レンズ３を有している。

光学ボックス２には、水銀ランプ等の放電ランプ４とこれを装着する放物面形状のリフレクタ５とを有しており、放電ランプ４から出射された照明光は、リフレクタ５で反射されて平行光束に変換され、シリンドリカルレンズアレイからなる第１レンズアレイ１１に入射し、ここで複数の光束に分割されて、同様にシリンドリカルレンズアレイからなる第２レンズアレイ１２上に集光され、この第２レンズアレイ１２から出射される複数の光束が偏光板１３に入射するようになっている。

ここで、放電ランプ４から出射される照明光は、Ｒ成分の光強度が低い。このため、本実施の形態では、この放電ランプ４からのＲ成分を補うために、光学ボックス２に波長６３５ｎｍのＲ光を発光する半導体レーザ８を配置して、この半導体レーザ８から出射される光をコリメータレンズ９で平行光とした後、導光体１０を経て第１レンズアレイ１１の中央部に入射させるようにしている。

導光体１０は、台形状プリズム１０ａと平行四辺形状プリズム１０ｂとを結合して構成され、その平行四辺形状プリズム１０ｂが第１レンズアレイ１１の平坦な入射面側に赤外線硬化接着剤等により接合されて、半導体レーザ８からの光が台形状プリズム１０ａに入射して平行四辺形状プリズム１０ｂから第１レンズアレイ１１の中央部に出射されるようになっている。なお、平行四辺形状プリズム１０ｂの出射光軸と放電ランプ４からの光束の光軸とは一致している。

偏光板１３は、公知のＰＳ変換素子で、偏光分離膜と波長板とを有する偏光ビームスプリッタアレイからなり、ここで複数の光束は例えばＳ偏光の直線偏光に揃えられる。

偏光板１３から出射される直線偏光の複数の光束は、収束レンズであるトーリック機能を有するコンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を経てダイクロイックミラー１８に入射し、ここで半導体レーザ８からの出射光を含むＲ光が反射、その他の光が透過されて、Ｒ光が分離される。

このダイクロイックミラー１８で分離された複数のＲ光束は、反射ミラー１９で反射された後、フィールドレンズ２０ａおよび入射側の偏光板２１を経て液晶ライトバルブ（液晶パネル）２２に重畳して入射され、この液晶ライトバルブ２２で変調されたＲ光（Ｒ光の分光画像）が出射側の偏光板２３を経てダイクロイックプリズム２４に入射される。

ダイクロイックミラー１８を透過した複数の光束は、ダイクロイックミラー２５に入射し、ここでＧ光が反射、Ｂ光が透過されて、Ｇ光とＢ光とが分離される。このダイクロイックミラー２５で分離された複数のＧ光束は、フィールドレンズ２０ｂおよび入射側の偏光板２７を経て液晶ライトバルブ２８に重畳して入射され、この液晶ライトバルブ２８で変調されたＧ光（Ｇ光の分光画像）が出射側の偏光板２９を経てダイクロイックプリズム２４に入射される。

また、ダイクロイックミラー２５で分離された複数のＢ光束は、リレーレンズ３０、反射ミラー３１、リレーレンズ３２、反射ミラー３３、フィールドレンズ２０ｃおよび入射側の偏光板３４を経て液晶ライトバルブ３５に重畳して入射され、この液晶ライトバルブ３５で変調されたＢ光（Ｂ光の分光画像）が出射側の偏光板３６を経てダイクロイックプリズム２４に入射される。

ダイクロイックプリズム２４に入射したＲ，Ｇ，Ｂ光の分光画像は、該ダイクロイックプリズム２４で合成され、その合成像が投射レンズ３により図示しないスクリーンに投影される。

さらに、放電ランプ４や液晶ライトバルブ２２，２８，３５等を冷却するとともに、後述する加振動作によって照明装置の第２レンズアレイ１２および偏光板１３から離脱した塵埃粒子を外部に吹き飛ばすため、光学ブロック２内への外気導入用のファン３７と排気用のファン３８が設けられている。なお、図１では、ファン３７によって導入された外気が光学ブロック２内にこもることなく、ファン３８からスムーズに排気されるように、光学ブロック２内に排気ダクト３９を設けて、導入された外気が光学ブロック２内の適宜の箇所から排気ダクト３９へ逃げるようにしてある。

本実施の形態では、放電ランプ４、リフレクタ５、半導体レーザ８、コリメータレンズ９、導光体１０、第１レンズアレイ１１、第２レンズアレイ１２、偏光板１３、コンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を含んで照明装置４０を構成している。

以下、本実施の形態の照明装置４０について、図２および図３を参照して詳細に説明する。

図２は照明装置４０の全体の概略構成を示しており、図３は偏光板１３の構成を示している。本実施の形態では、偏光板１３の入射面側の周辺部に波長６００ｎｍ以上のＲ光領域の光を透過し、その他の光は反射させる輪帯状のフィルタ４４（例えば、東海光学製のＲＥＤフィルタ）を設け、偏光板１３の出射面側にはフィルタ４４を透過したＲ光が入射するように輪帯状に偏光性のランプ用ホログラム４５を設けて、このランプ用ホログラム４５の０次光をコンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を経て液晶ライトバルブ２２，２８，３５側に導き、１次回折光をコンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を経て集光させて、Ｒ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるランプ用光検出器４６で受光し、その出力に基づいて放電ランプ４の発光量を制御する。

また、偏光板１３の出射面側で、半導体レーザ８からのＲ光が入射する光軸中央部には偏光性のレーザ用ホログラム４７を設け、その０次光をコンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を経て液晶ライトバルブ２２，２８，３５側に導き、１次回折光をコンデンサレンズ１６および反射ミラー１７を経て集光させて、同様にＲ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるレーザ用光検出器４８で受光し、その出力に基づいて半導体レーザ８の発光量を制御する。

ここで、偏光ビームスプリッタアレイからなる偏光板１３は、例えば図３に示すように個々の偏光ビームスプリッタが、平行に配置された偏光分離膜１３ａおよび反射膜１３ｂと、偏光分離膜１３ａへの入射開口を形成するように入射面側に形成された遮光膜１３ｃと、偏光分離膜１３ａを透過するＰ偏光をＳ偏光に変換するように出射面側に設けられた１／２波長板１３ｄとを有しており、入射光は偏光分離膜１３ａでＰ偏光が透過して１／２波長板１３ｄでＳ偏光に変換されて出射され、偏光分離膜１３ａで反射されるＳ偏光は対応する反射膜１３ｂで反射されて出射されるようになっている。

したがって、フィルタ４４は偏光分離膜１３ａへの入射開口部に設け、ランプ用ホログラム４５は反射膜１３ｂの出射開口部および／または１／２波長板１３ｄ上に設ける（図３では、反射膜１３ｂの出射開口部に設けている）。

また、半導体レーザ８からのＲ光を回折させるレーザ用ホログラム４７は、偏光板１３の中央部において、反射膜１３ｂの出射開口部および／または１／２波長板１３ｄ上に設ける（図３では、反射膜１３ｂの出射開口部に設けている）。

このように、本実施の形態では、放電ランプ４から出射される発光強度の低いＲ光をフィルタ４４で選択して、Ｒ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるランプ用光検出器４６で受光し、その出力に基づいて放電ランプ４の発光量を制御するようにしたので、放電ランプ４の発光量を簡単かつ高精度で制御することができる。

同様に、Ｒ光を出射する半導体レーザ８の発光量についても、半導体レーザ８からの出射光のみをレーザ用ホログラム４７で回折させて、Ｒ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるランプ用光検出器４６で受光し、その出力に基づいて半導体レーザ８の発光量を制御するようにしたので、半導体レーザ８の発光量を簡単かつ高精度で制御することができる。

したがって、放電ランプ４および半導体レーザ８からの出射光を合成して得られる照明光として、適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光を得ることができるので、ホワイトバランスに優れた高品質の映像を投影することができる。

（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る照明装置を搭載した投影型映像表示装置の概略構成を示すものである。

この投影型映像表示装置は、カラーホイール５１を有する面順次方式のもので、空間光変調素子としてＤＭＤ５２を用いている。また、水銀ランプ等の放電ランプ５４とこれを装着する放物面状のリフレクタ５５とを有しており、放電ランプ５４から放射された照明光は、リフレクタ５５で反射されて平行光として出射され、透明な補助板５６を経てコンデンサレンズ５７によりカラーホイール５１に集光されるようになっている。

ここで、放電ランプ５４から出射される照明光は、Ｒ成分の光強度が低いため、本実施の形態では、この放電ランプ５４からのＲ成分を補うために、Ｒ光を出射する半導体レーザ５８をリフレクタ５５の外側近傍に配置して、この半導体レーザ５８からの出射光をレンズ５９によりリフレクタ５５に形成した開口５５ａに集光させるようにして補助板５６の中央部に入射させている。

また、補助板５６には、半導体レーザ５８からの光が入射する中央部分にレーザ用ホログラム６０を形成して、半導体レーザ５８からの光を平行光として回折させ、これにより半導体レーザ５８からの光を放電ランプ５４からの照明光の光軸と一致させてコンデンサレンズ５７によりカラーホイール５１に集光させるようにしている。

カラーホイール５１は、少なくともＲＧＢの各色フィルタを有しており、各色フィルタが照明光の光路中に順次位置するようにモータ５１ａにより回転駆動されるようになっている。このカラーホイール５１を透過した照明光は、第１リレーレンズ６１を経てＤＭＤ５２により映像に応じて反射されて空間光変調され、その反射光が第２リレーレンズ６２により絞り６３の位置に集光された後、凸レンズ６４ａおよび凹レンズ６４ｂを有する投影レンズ６４によりスクリーン６５上に投影される。

さらに、本実施の形態では、コンデンサレンズ５７の入射面側の外周部に波長６００ｎｍ以上のＲ光領域の光を透過し、その他の光は反射させる輪帯状のフィルタ６６を設け、コンデンサレンズ５７の出射面側の外周部には、フィルタ６６を透過したＲ光が入射するように輪帯状のランプ用ホログラム６７を設けて、ランプ用ホログラム６７の０次光はカラーホイール５１に集光させ、１次回折光はＲ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるランプ用光検出器６８で受光して、その出力に基づいて放電ランプ５４の発光量を制御する。

また、半導体レーザ５８には、後方モニタ用のレーザ用光検出器６９を設け、これにより半導体レーザ５８から出射される後方ビームを受光して、その出力に基づいて半導体レーザ５８の発光量を制御する。

このように、本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に、放電ランプ５４から出射される発光強度の低いＲ光をフィルタ６６で選択して、Ｒ光に対して高い受光感度を有する通常のフォトダイオードからなるランプ用光検出器６８で受光し、その出力に基づいて放電ランプ５４の発光量を制御するようにしたので、放電ランプ５４の発光量を簡単かつ高精度で制御することができる。

また、Ｒ光を出射する半導体レーザ５８の発光量は、後方モニタ用のレーザ用光検出器６９の出力に基づいて制御するようにしたので、同様に簡単かつ高精度で制御することができる。

したがって、放電ランプ５４および半導体レーザ５８からの出射光を合成して得られる照明光として、適切な演色性のスペクトル分布を有する照明光を得ることができるので、カラーホイール５１により所定の色の光を所望の強度で面順次で得ることができ、ホワイトバランスに優れた高品質の映像を投影することができる。

また、本実施の形態では、第１実施の形態におけるように、第１レンズアレイ１１に導光体１０を取り付ける必要がないので、照明装置を簡単に組み立てできる利点がある。

（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る照明装置の要部の概略構成を示す部分断面図である。

本実施の形態は、第２実施の形態において、フィルタ６６を透明基板７１に接合し、ランプ用ホログラム６７はコンデンサレンズ５７の入射面側に形成して、これら透明基板７１とコンデンサレンズ５７とを共通の鏡筒７２に組み付け、フィルタ６６を透過した放電ランプ５４からのＲ光をランプ用ホログラム６７に入射させて、その０次光をカラーホイール５１に集光させ、１次回折光をランプ用光検出器６８で受光するようにしたもので、その他の構成は第２実施の形態と同様である。ここで、透明基板７１の径は、コンデンサレンズ５７の径よりも大きくする。

本実施の形態によれば、フィルタ６６を接合した透明基板７１と、ランプ用ホログラム６７を形成したコンデンサレンズ５７とを共通の鏡筒７２に容易に組み立てできるとともに、組み立て後は、ランプ用ホログラム６７が密閉されるので埃から保護することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記第２実施の形態や第３実施の形態においては、図４に示した第２リレーレンズ６２や投影レンズ６４を、例えば特開２００４−１９８６８８号公報に開示されているような、光束にパワーを与える曲面形状に構成された偏心プリズムを備えた投影光学系に置き換えることも可能である。

第１実施の形態に係る照明装置を搭載した投影型映像表示装置の概略構成を示す図である。図１に示す照明装置の全体の概略構成を示す図である。図２に示す偏光板の概略構成を示す断面図である。本発明の第２実施の形態に係る照明装置を搭載した投影型映像表示装置の概略構成を示すものである。本発明の第３実施の形態に係る照明装置の要部の概略構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１筐体
２光学ボックス
３投射レンズ
４放電ランプ
５リフレクタ
８半導体レーザ
９コリメータレンズ
１０導光体
１１第１レンズアレイ
１２第２レンズアレイ
１３偏光板
１３ａ偏光ビームスプリッタ
１３ｂ反射ミラー
１３ｃ遮光マスク
１３ｄ１／２波長板
１６コンデンサレンズ
１７，１９，３１，３３反射ミラー
１８，２５ダイクロイックミラー
２０ａ，２０ｂ，２０ｃフィールドレンズ
２１，２３，２７，２９，３４，３６偏光板
２２，２８，３５液晶ライトバルブ（液晶パネル）
２４ダイクロイックプリズム
３０，３２リレーレンズ
３７，３８ファン
３９排気ダクト
４０照明装置
４４フィルタ
４５ランプ用ホログラム
４７レーザ用ホログラム
４６ランプ用光検出器
４８レーザ用光検出器
５１カラーホイール
５２ＤＭＤ
５４放電ランプ
５５リフレクタ
５６補助板
５７コンデンサレンズ
５８半導体レーザ
５９レンズ
６０ホログラム
６１第１リレーレンズ
６２第２リレーレンズ
６３絞り
６４投影レンズ
６５スクリーン
６６フィルタ
６７ランプ用ホログラム
６８ランプ用光検出器
６９レーザ用光検出器
７１透明基板
７２鏡筒

Claims

放電ランプおよび赤色光を発光する半導体レーザからの照明光束を映像に応じて空間光変調素子で空間変調して投影表示する投影型映像表示装置に用いる照明装置において、
上記放電ランプからの照明光束の一部が入射するように配置され、赤色光の波長帯域の光は透過し他の光は反射するフィルタと、
上記フィルタの透過光を受光するように配置したランプ用光検出器とを有し、
上記ランプ用光検出器の出力に基づいて上記放電ランプの発光量を制御するようにしたことを特徴とする投影型映像表示装置用照明装置。
上記フィルタの透過光が入射するように配置したランプ用ホログラムを有し、該ランプ用ホログラムの回折光を上記ランプ用光検出器で受光し、０次光は上記空間光変調素子に入射させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の投影型映像表示装置用照明装置。
上記半導体レーザからの照明光束が入射するように配置したレーザ用ホログラムを有し、該レーザ用ホログラムの０次光を上記空間光変調素子に入射させ、回折光はレーザ用光検出器で受光して、該レーザ用光検出器の出力に基づいて上記半導体レーザの発光量を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の投影型映像表示装置用照明装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置と、
上記照明装置からの照明光束を映像に応じて空間変調する空間光変調素子と、
上記空間光変調素子で空間変調された照明光束を投影表示する投影レンズとを有することを特徴とする投影型映像表示装置。