JP2009042569A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無電極放電ランプを光源とし、投射画像の輝度の可変範囲が広く、この輝度を変化させても高いコントラスト比を維持することが可能な投射型表示装置を提供する。
【解決手段】投射型表示装置１は、高周波によって放電発光する無電極放電ランプ２と、無電極放電ランプ２の出力に応じて出力が調整されるＬＥＤ（補助光源）３と、リフレクタ４・５と、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３とからの光を合成するための反射プリズム（光学部材）６と、光インテグレータ（光学部材）８と、３板式の光変調部１１と、制御部（補助光源出力制御部）１２と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は無電極放電ランプを用いた投射型表示装置に関する。

投射型表示装置は、この投射型表示装置の光源から出射された光に、映像信号に応じた光変調を与え、変調された光を拡大投影するものである。このような投射型表示装置は、高輝度表示が可能であることが一般的に望まれている。そこで、メタルハライドランプやキセノンランプなどの高輝度光源であるＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプが光源として採用されてきた。

しかしながら、ＨＩＤランプは、光量の出力可変範囲が約１割程度と少ないという特性を有している。このため、投射環境の明るさの違いなどによってランプの輝度を変化させたい場合などには好適ではなかった。

そこで、輝度レベルが比較的高い無電極放電ランプを光源として用いることが検討されている（特許文献１参照）。無電極放電ランプは、他のＨＩＤランプなどの光源と比較すると、超長寿命かつ発光出力の可変範囲が２０〜１００％と広い。このため、照射環境の明るさの違いなどによる輝度調整の要求に高く対応することが可能である。
特開２００２−３４３１０３号公報（平成１４年１１月２９日公開）

しかしながら、無電極放電ランプは、発光出力の変化に伴って分光光量分布が変化するという特性を有している。つまり、投射画像の輝度を変化させるために出力を変化させると同時に色度が変化するという問題がある。

本発明の課題は、無電極放電ランプを光源とし、投射画像の輝度の可変範囲が広く、この輝度を変化させても高いコントラスト比を維持することが可能な投射型表示装置を提供することにある。

第１の発明に係る投射型表示装置は、無電極放電ランプと、補助光源と、光学部材と、を備えている。無電極放電ランプは、高周波によって放電発光する。補助光源は、光の出力を変更することが可能な光源である。光学部材は、光を所定の方向に導光する。

ここでは、光源として無電極放電ランプを採用した投射型表示装置において、この無電極放電ランプの出力変化に応じて、光の出力を変更することが可能な補助光源と、この無電極放電ランプと補助光源とのそれぞれから出射した光を所定の方向に導光する光学部材と、を備えている。

ここで、無電極放電ランプは、電極が無いランプであって、シールドされた電球が誘電体材料の中に埋め込まれている。そして、増幅器によって生成された高周波信号が、上記誘電体材料を導波路として伝播し、電球の周囲に導かれる。この結果、電球の中のプラズマ放電材料（水銀や金属ハライド）が急速に過熱されて蒸発し、電球の中心部でプラズマが発生する。このプラズマの発光によって、全波長帯域にわたり強い光が放出される。このような無電極放電ランプは、他の光源と比べて出力の可変範囲が広いため、投射画像の輝度調整の要求に高く対応することが可能である。

補助光源は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）など、供給される電力の変化に応じて光の出力が変化する光源である。また、補助光源の分光光量分布におけるピーク波長は、無電極放電ランプの分光光量分布における光量が比較的少ない波長帯域であることが望ましい。光学部材は、例えば、反射プリズムなどの、複数の異なる方向からの光を所定の方向に導光するものや、レンズなどの光を所定の焦点に集光するものである。なお、分光光量分布は、光源が出射した光を分光し、波長ごとの光量を分布図化したものであり、ピーク波長は、この分布図において光量が最も多い波長を意味する。

このような構成によると、無電極放電ランプは、出力変化に応じて分光光量分布が変化し、光量が減少する波長帯域が存在するが、この減少した波長帯域の光量を補助光源によって補うことが可能になる。また、無電極放電ランプの出力変化に伴う分光光量分布の変化は既知であるため、補助光源が有する波長帯域の選択を適切に行うことができ、また、選択された補助光源の動作時において出力を高精度に変化させて、精度よくコントラストの調整を行うことができる。

したがって、投射環境の明るさの違いなどによって、高輝度な画像や低輝度な画像を投射することが望まれるそれぞれの場合においても、適切な輝度を有し、かつ、高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

第２の発明に係る投射型表示装置は、第１の発明に係る投射型表示装置であって、補助光源は複数の光源を含む。
ここでは、補助光源が複数備えられている。なお、例えば、分光光量分布およびこの分布におけるピーク波長が異なる複数の光源を用いてもよい。また、それぞれの補助光源のピーク波長が、無電極放電ランプの分光光量分布におけるＲＧＢ３原色の波長のうち、光量が少ない波長帯域であることが好ましい。

これにより、無電極放電ランプの出力変化に伴って、光量が顕著に変化する波長帯域が複数存在する場合でも、それぞれの波長帯域を複数の補助光源によって別々に補助することが可能になる。また、無電極放電ランプの出力変化に伴う分光光量分布の変化に柔軟かつ多様に対応することが可能になり、常時、ダイナミックレンジが高い光を供給することが可能になる。
したがって、様々な投射環境においても、高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

第３の発明に係る投射型表示装置は、第１の発明に係る投射型表示装置であって、補助光源は、単一の光源である。

ここでは、補助光源が一つのみ備えられている。なお、この補助光源のピーク波長は、無電極放電ランプの所定の出力における、高いコントラストを実現するために必要な波長帯域において、光量が最も少ない波長帯域であることが好ましい。または、ＲＧＢ３原色の波長帯域のなかで、無電極放電ランプがその出力変化に伴って、光量が最も少なくなる波長帯域であることが好ましい。

これにより、一つの補助光源によっても、無電極放電ランプの分光光量分布における光量が少ない波長帯域の光を補うことが可能になる。したがって、部品点数を抑え、コストアップを最小限にすることが可能になり、かつ、高いコントラスト比を有する画像を効果的に表示することが可能になる。

第４の発明に係る投射型表示装置は、第１から第３の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、補助光源が単色光源を含む。
ここでは、補助光源が単一の場合はこの補助光源が単色光源であり、補助光源が複数の場合はこれらの補助光源のうち少なくとも一つは単色光源を含んでいる。なお、例えば、ＲＢＧ３原色のうちいずれかの原色光を出射する光源であることが好ましい。

これにより、高いコントラストを実現するために必要な光を効率的に補うことが可能になる。したがって、補助光源の出力を軽減することが可能になり、省エネルギー化が可能になる。また、例えば、補助光源が３つ以上あり、そのうちＲＧＢ３原色のそれぞれの光源が少なくとも一つずつ含まれる構成であれば、このＲＧＢ３原色の合成によって、白色光を作ることも可能になる。

第５の発明に係る投射型表示装置は、第１から第４の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、補助光源のうち少なくとも一つは、分光光量分布におけるピーク波長が、ＲＧＢ３原色のそれぞれの波長のうちいずれか一つの波長である。

ここでは、少なくとも一つの補助光源が出射する光のピーク波長が、ＲＧＢ３原色の波長のうちいずれかの波長である。例えば、補助光源が複数ある場合においては、ピーク波長が、赤色（Ｒ原色）の波長である光源と、青色（Ｂ原色）の波長である光源とを含む構成とすればよい。あるいは、補助光源が単数である場合においては、ピーク波長が赤色の波長である光源を有する構成としてもよい。また、それぞれの補助光源がＲＧＢ３原色のいずれかの単色光源であってもよい。

これにより、コントラスト比の高いカラー画像に必要な波長のみを効率的に補うことが可能になり、不要な波長の光の出射を予め省くことが可能になる。したがって、光源に必要な出力を軽減しつつ、高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

第６の発明に係る投射型表示装置は、第１から第５の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、補助光源がＬＥＤまたはレーザを含む。
ここでは、補助光源としての光源は、ＬＥＤまたはレーザを含んでいる。これにより、分光光量分布において波長分散の少ない光を出射することが可能になるため、所望のピーク波長を有する補助光源を容易に選択することが可能になる。したがって、無電極放電ランプの分光光量分布における光量が少ない波長帯域を、的確かつ効率的に補うことが可能になる。また、ＬＥＤは、低消費電力であることから省エネルギー化が実現可能になる。

第７の発明に係る投射型表示装置は、第１から第３の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、補助光源が白色光源を含む。
ここでは、補助光源が白色光源を含んでいる。

これにより、白色光は広い分光光量分布特性を示すため、種々の波長帯域の光を同時に補うことが可能になる。したがって、無電極放電ランプの分光光量分布特性によらず、輝度補正と色度補正との両方を行うことが可能になり、様々な投射環境に対応した画像を表示することが可能になる。

第８の発明に係る投射型表示装置は、第１から第７の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、光学部材が反射プリズムを含む。
ここでは、無電極放電ランプから出射した光と補助光源から出射した光とを所定の方向に導光する光学部材として、反射プリズムを含んでいる。なお、光学部材は、反射プリズムの下流側に集光レンズを含むように構成されていてもよい。

これにより、異なる方向から入射した光を略同一の方向へ導光することが可能になり、それぞれの光源から出射した光が合成される。したがって、無電極放電ランプと補助光源との配設位置に自由度を持たせることが可能になり、他の構成部品の配置規制が緩和され、光源からの熱分散も容易になる。

第９の発明に係る投射型表示装置は、第１から第８の発明のいずれか一つに係る投射型表示装置であって、無電極放電ランプの出力に応じて、補助光源の出力を制御する補助光源出力制御手段を備える。

ここでは、投射環境の変化によって無電極放電ランプの出力を変化させた場合に、その出力変化に伴う無電極放電ランプの分光光量分布の変化に対応するように、補助光源の出力を制御する手段としての出力制御部をさらに備えている。具体的な制御としては、無電極放電ランプの分光光量分布の変化において光量が減少する波長帯域がある。そして、この波長帯域の光量が所定の光量を常に満たすように、補助光源の出力を調整する。つまり、ある波長帯域の光量が減少すると、この波長帯域にピーク波長を有する補助光源の出力を上げる。

これにより、所望の波長帯域の光が常に所定の光量を満たすことが可能になる。したがって、高いコントラストを有する画像を再現性よく表示することが可能になる。

本発明に係る投射型表示装置によれば、投射環境の明るさの違いなどによって、高輝度な画像や低輝度な画像を投射することが望まれるそれぞれの場合においても、適切な輝度を有し、かつ、高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタ（投射型表示装置）１について、図１から図４および、図５（ａ）〜図５（ｄ）を用いて説明すれば以下の通りである。なお、以下の説明で用いる「上流」・「下流」とは、光の進行方向に関するものであり、光源側を上流とし、投射画像側を下流として説明する。

[プロジェクタ１の構成]
本発明の一実施形態に係るプロジェクタ１は、主な部材として、図１に示すように、無電極放電ランプ２と、ＬＥＤ（補助光源）３と、リフレクタ４・５と、反射プリズム（光学部材）６と、光インテグレータ（光学部材）８と、３板式の光変調部１１と、制御部１２（図２参照）と、を備えている。以下に、この主な部材の構成について説明する。

（無電極放電ランプ２）
無電極放電ランプ２は、６００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの高周波電力を印加することにより発光する光源であって、電極が無く、シールドされた電球が誘電体材料の中に埋め込まれている。そして、増幅器によって生成された高周波信号が、上記誘電体材料を導波路として伝播し、電球の周囲に導かれる。この結果、電球の中のプラズマ放電材料（水銀や金属ハライド）が急速に過熱されて蒸発し、電球の中心部でプラズマが発生する。このプラズマの発光によって、全波長帯域にわたり強い光が放出される。このような無電極放電ランプ２は、他の光源と比べて出力の可変範囲が広いため、投射画像の輝度調整の要求に高く対応することが可能になる。

また、無電極放電ランプ２は、この無電極放電ランプ２の出力の変化に応じて出射する光の分光光量分布が変化する。この無電極放電ランプ２の出力変化による分光光量分布の変化は、封入された金属原子の圧力などにより予め決定されるものであり、本実施形態に用いる無電極放電ランプ２は、出力の減少に応じて青色の波長を有する光の光量が最も顕著に減少するものとする。

（ＬＥＤ３）
ＬＥＤ３は、本実施形態においては、ＲＧＢ３原色のうちの青原色（Ｂ原色）の光を出射する単色光源を用いる。このＬＥＤ３は、出力の変化すなわち出射する光の光量調整が可能であって、後述する制御部１２（図２参照）によって出力（光量）調整が行われる。そして、このＬＥＤ３は、プロジェクタ１の補助光源として用いられ、無電極放電ランプ２における光量の少ない波長の光を補う。なお、ＬＥＤ３は、低消費電力光源であるため、省エネルギー化が可能になる。

（リフレクタ４・５）
リフレクタ４は、無電極放電ランプ２から出射された光を反射し、この反射によって所定方向に集光する。本実施形態においては、図１に示すように、反射プリズム６の一反射面６ａ上に焦点が結ばれるように、リフレクタ４を配設する。

リフレクタ５は、ＬＥＤ３から出射された光を反射し、この反射によって所定方向へ集光する。本実施形態においては、図１に示すように、反射プリズム６の一反射面６ｂ上に焦点が結ばれるように、リフレクタ５を配設する。

（反射プリズム６）
反射プリズム６は、表面に二つの反射面６ａと反射面６ｂとを有し、これらの反射面６ａ・６ｂを備える部材として、プリズムを用いる。反射面６ａ・６ｂは、アルミニウム膜や可視光を反射する誘電体多層膜を用いて構成されている。ここで、プリズムを用いることによって、反射面の光軸近傍の有効領域と面精度とを確保することが可能になる。なお、反射面６ａの法線と無電極放電ランプ２の光軸とのなす角度、および、反射面６ｂの法線とＬＥＤ３の光軸とのなす角度は、それぞれ４５°±１°の範囲内に設定することが好ましい。このようにすると、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３とから出射された光の反射面６ａ・６ｂでの反射後の光の光軸４０・４１が、それぞれ、光軸１４２に対して実質上平行になる。
また、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３とが出射した光を、集光レンズ７の上流側の面上で合成することが可能になる。

（光インテグレータ８）
光インテグレータ８は、無電極放電ランプ２から照射される光の照度を照射面方向において均一化するための光学系の部品であって、集光レンズ７と、第１レンズアレイ２１と、第２レンズアレイ２２と、コンデンサレンズ１０と、を有している。

集光レンズ７は、球面収差を無収差にする非球面形状のレンズであって、反射プリズム６によって反射された光を略平行光に変換するように表面形状が形成されている。

第１レンズアレイ２１は、図１に示すように、集光レンズ７の下流側に配設されている。そして、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、複数の矩形状の微小レンズ（レンズ群）２１ａが、アレイ状に配列している。

第２レンズアレイ２２は、図１に示すように、第１レンズアレイ２１の下流側であって、第１レンズアレイ２１の各微小レンズ２１ａの焦点位置近傍に配置されている。そして、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、微小レンズ２１ａに対応して複数の微小レンズ２２ａが、アレイ状に配列している。
また、図１に示すように、このような構成の第１レンズアレイ２１と第２レンズアレイ２２とは、アレイ状の面が光軸４２に対し略垂直になるように配設されている。

コンデンサレンズ１０は、図１に示すように、第２レンズアレイ２２の下流側に配設されている。このコンデンサレンズ１０は、第２レンズアレイ２２の各微小レンズ２２ａを透過したそれぞれの光を下流に配設された光学部材上に重畳照明するためのレンズである。
なお、便宜上、上記の構成、すなわち、光源（無電極放電ランプ２およびＬＥＤ３）からコンデンサレンズ１０までの光学系を照明光学部３９と称する。

（光変調部１１）
光変調部１１は、上記の照明光学系から送られてきた光を色分離・合成および、画像形成を行うためのものであって、ダイクロイックミラー６０・６１と、反射ミラー６３・６４・６５と、液晶ライトバルブ７１・７２・７３と、リレーレンズ６６・６７と、フィールドレンズ６８・６９・７０と、ダイクロイックプリズム７６と、投射レンズ７７と、を備えている。

ダイクロイックミラー６０・６１は、所定の波長の光のみを反射し、その他の波長の光を透過する色分離手段であり、反射される光の波長は、表面に形成された誘電体多層膜の構成と光の入射角度とに依存する。ダイクロイックミラー６０は青色の波長の光を反射し、ダイクロイックミラー６１は緑色の波長の光を反射する。また、ダイクロイックミラー６０・６１は、入射光の光軸に対し４５度の角度で設置されている。

リレーレンズ６６・６７は、反射ミラー６４に入射する前に光を集光するためのレンズであり、ダイクロイックミラー６１と反射ミラー６４との間、および、反射ミラー６４と反射ミラー６５との間に設けられている。

反射ミラー６３・６４・６５は、光の進行方向を正確に変更するためのものであり、全反射ミラーを用いる。

フィールドレンズ６８・６９・７０は、投射画像の視野径を決めるレンズである。また、画像の端部分の輝度の向上と明瞭な視野の確保とが使用目的である。また、液晶ライトバルブ７１・７２・７３上に照明される光を投射レンズ７７の瞳面に集光するためのものである。

液晶ライトバルブ７１・７２・７３は、透過型のアクティブマトリックス方式のものであって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により光を変調し、それぞれ赤、緑、青の画像を形成する。

ダイクロイックプリズム７６は、色合成のためのプリズムであって、各方向から入射した赤、緑、青の光を合成して、投射レンズ７７方向へ導光する。

投射レンズ７７は、ダイクロイックプリズム７６によって合成された光を拡大し、スクリーンなどの被投射物に投射するためのレンズである。

（制御部１２）
制御部１２は、図２に示すように、ＬＥＤ３に電気的に接続された、ＬＥＤ３の出力制御手段であって、無電極放電ランプ２の出力に応じてＬＥＤ３の出力を変化させる。ここで、上述したように、無電極放電ランプ２の分光光量分布は、この無電極放電ランプ２の出力の違いによって変化する。つまり、コントラスト比の向上に必要であるＲＧＢ３原色の発光光量も変化する。ここで、無電極放電ランプ２における出力ごとのＲＧＢ３原色の発光光量は予め既知である。したがって、ＬＥＤ３の出力も予め無電極放電ランプ２の出力に応じて変化させるように設定することが可能である。つまり、使用する無電極放電ランプの出力特性を予め制御部１２が記憶していて、この記憶情報に基づいて、ＬＥＤ３の出力（ＯＮ／ＯＦＦを含む）を制御する。

例えば、無電極放電ランプ２の出力をＷとした場合、青原色の発光光量が所望の値に満たない出力範囲をＸ以下、すなわちＷ≦Ｘであるとする。この場合、ＷがＸ以下の場合にのみ、ＬＥＤ３を発光させて青原色の合成発光光量（無電極放電ランプ２による青原色の発光光量とＬＥＤ３による青原色の発光光量との合成光量）を所定の発光光量以上になるように設定する。ここで、青原色の発光光量は、要求される輝度によっても変化することがあるため、所望の発光光量をＷの値ごとに予め変化させるように設定してもよい。

ここで、高いコントラスト比を実現するために必要な波長帯域である、ＲＧＢ３原色の波長帯域（Ｒ：６９５ｎｍ〜７０５ｎｍ、Ｇ：５４０ｎｍ〜５５０ｎｍ、Ｂ：４３０ｎｍ〜４４０ｎｍ）の光量についてのみを模式的に棒グラフ状にして表した分光光量分布図（図５（ａ）〜図５（ｄ））を用いて、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３との光量について説明する。

先ず、図５（ａ）に示すように、無電極放電ランプ２の出力がＷ＝Ｐ＞Ｘであるときは、それぞれの光量が、高いコントラスト比を実現するために必要な光量の所定値Ｎを上回っている。この状態ではＬＥＤ３の出力はｗ＝０すなわちＯＦＦ状態である。次に、図５（ｂ）に示すように、無電極放電ランプ２の出力がＷ＝Ｑ≦Ｘであるときは、Ｂ原色の波長帯域の光量のみが、所定値Ｎを下回る。そこで、Ｂ原色の波長帯域の光量を補うために、ＬＥＤ３の出力をｗ＝ｑにする（図５（ｃ）参照）。この結果、図５（ｄ）に示すように、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３とのそれぞれの光量の合成光量において、Ｂ原色の波長帯域の光量が、所定値Ｎを上回る。
このようにして、高いコントラスト比の画像を表示するために必要な光量を維持することが可能になる。

＜プロジェクタ１における光路および作用＞
プロジェクタ１の以上の構成においての光路について以下で説明する。
まず、無電極放電ランプ２から出射した光は、リフレクタ４によって反射され、反射プリズム６の反射面６ａ上に集光される。そして、反射面６ａによって反射された光は、集光レンズ７に向かう。一方、ＬＥＤ３から出射した光は、リフレクタ５によって反射され、反射プリズム６の反射面６ｂ上に集光される。そして、反射面６ｂによって反射された光は、集光レンズ７に向かう。

このように同じ集光レンズ７に向かうように反射されたそれぞれの光は、ほぼ同じ軸を有する光となり、実質上合成された状態となって集光レンズ７に入射する。集光レンズ７では、入射光を略平行光にして下流側へ透過させる。この透過した光は集光レンズ７の直下流側に配設された第１レンズアレイ２１に入射する。第１レンズアレイ２１に入射した光は、多数の微小光束に分割される。分割された多数の微小光束は、第２レンズアレイ２２に収束する。この結果、第２レンズアレイ上には多数の微小光源像が映し出されている。この多数の微小光束は、第２レンズアレイを透過する際にそれぞれ屈折し、コンデンサレンズ１０に入射する。コンデンサレンズ１０に入射した多数の微小光束は、所定の一つの焦点に向かって屈折させられて透過する。

ここまでの光路によって、無電極放電ランプ２から出射した光とＬＥＤ３から出射した光とが、合成および輝度ムラの軽減がなされた状態になる。以下でコンデンサレンズ１０から下流の光路について説明する。

コンデンサレンズ１０を透過した光は、まず青反射のダイクロイックミラー６０において赤および緑色光が透過し、青色光は反射される。この青色光は、反射ミラー６３で反射され、フィールドレンズ７０を透過して液晶ライトバルブ７３に達する。

一方、青反射のダイクロイックミラー６０において透過された赤色光および緑色光のうちの緑色光は、緑反射のダイクロイックミラー６１において反射され、液晶ライトバルブ７１に達する。

赤色光は、緑反射のダイクロイックミラー６４を透過した後、リレーレンズ６６、反射ミラー６４、リレーレンズ６７、反射ミラー６５を、順に透過および反射され、液晶ライトバルブ７２に導かれる。

液晶ライトバルブ７１、７２、７３において各色に対応した映像信号にあわせて変調された光は、ダイクロイックプリズム７６に入射する。ダイクロイックプリズム７６は、赤反射の誘電体多層膜と青反射の誘電体多層膜とを十字状に交差させた状態で有していて、赤・青・緑の変調光束を合成する。ここで合成された光は、投射レンズ７７を透過して、図示しないスクリーン上に映像を形成する。

以上のように構成された本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、無電極放電ランプ２と、青原色の単色光を発光するＬＥＤ３と、これらの光源から出射した光を略同一方向すなわち集光レンズ７に向けて反射する反射面６ａ・６ｂを有する反射プリズム６と、ＬＥＤ３の出力を無電極放電ランプ２の出力に応じて制御する制御部１２と、を備えている。

これにより、無電極放電ランプ２の分光光量分布が、無電極放電ランプ２の出力変化に依存して変化し、青色の波長を有する光の光量が減少しても、ＬＥＤ３によって補うことが可能になる。また、無電極放電ランプ２を主光源として用いることで、出力の可変範囲がおよそ２０〜１００パーセントと広く、明るい投射環境では輝度を上げ、暗い投射環境では輝度を下げて、画像を投射することが可能になる。またさらに、無電極放電ランプ２は電極が無いため寿命が長く、ランプの取り替え頻度を抑えることが可能になる。一方、補助光源としてＬＥＤ３を用いることで、低消費電力光源であるため、省エネルギー化が可能になる。また、ＬＥＤ３は単色光を出射することができるため、不要な波長帯域の光を出射することが無い。そのため、投射画像の輝度への影響が少なく、無電極放電ランプ２の出力調整のみによって、投射画像の輝度調整を容易かつ適切に行うことが可能になる。また、反射プリズム６を用いることによって、光の合成と光源の配置位置の自由度の増加とが可能になり、放熱効率も向上する。また、制御部１２を備えることによって、無電極放電ランプ２の波長帯域ごとの光量変化に合わせて、ＬＥＤ３の出力変化を制御することができる。したがって、無電極放電ランプ２の出力（輝度）によらず、常に高いコントラスト比を有する画像を再現性よく表示することが可能になる。

［本プロジェクタ１の特徴］
（１）
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３と、これらの光源から出射した光を略同一方向すなわち集光レンズ７に向けて反射する反射面６ａ・６ｂを有する反射プリズム６と、を備えている。

これにより、無電極放電ランプ２の分光光量分布（図５（ａ）参照）が、無電極放電ランプ２の出力変化に依存して変化し、特定の波長帯域の光量が減少しても（図５（ｂ）参照）、特定の波長帯域は既知であるため、この減少する波長帯域に応じた光をＬＥＤ３から発光することができる（図５（ｃ）参照）。そして、この無電極放電ランプ２とＬＥＤ３とから出射した光を反射プリズムによって合成することで（図５（ｄ）参照）、光量分布バランスのよい光を光変調部１１に入射させることが可能になる。この結果、無電極放電ランプ２の広い輝度範囲を生かしつつ、この広い輝度範囲において常に高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

（２）
本実施形態のプロジェクタ１は、図１および図５に示すように、補助光源としてのＬＥＤ３が、無電極放電ランプ２が発光する光において光量が最も少なくなる波長帯域に対応する光を発光する単一のＬＥＤ３である。

これにより、一つの補助光源によっても、無電極放電ランプの分光光量分布における光量が最も少ない波長帯域の光を補うことが可能になる（図５（ａ）〜図５（ｄ）参照）。この結果、部品点数を抑え、コストアップを最小限に抑えつつ、高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

（３）
本実施形態のプロジェクタ１は、補助光源としてのＬＥＤ３が、ＲＧＢ３原色のうちの一つである青原色の単色光源である。
これは、本実施形態における無電極放電ランプ２の出力変化によって補正が必要とされる光の波長帯域が、青色の波長帯域であることが既知であるためである。

これにより、高いコントラスト比を実現するために必要な光を効率的に補うことが可能になる。したがって、不要な波長帯域の光を出射することが無い。この結果、投射画像の輝度への影響が少なく、無電極放電ランプ２の出力調整のみによって、投射画像の輝度調整を容易かつ適切に行うことが可能になる。

（４）
本実施形態のプロジェクタ１は、図２に示すように、無電極放電ランプ２の出力（輝度）に応じて、ＬＥＤ３の出力（輝度）を調整する制御部１２をさらに備えている。

これにより、本実施形態においては、光変調部１１に入射する光が、青色の光の光量を常に所定の光量に達しているように調整することが可能になる。この結果、常に高いコントラスト比を有する画像を再現性よく表示することが可能になる。

（５）
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、ＬＥＤ３を補助光源として用いている。

これにより、波長分散の少ない光を出射することが可能になる。そのため、所望の波長帯域の光を有する補助光源を容易に選択することができる。また、ＬＥＤ３は低消費電力光源であるため、省エネルギー化が可能になる。

（６）
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、光の合成を行う光学部材として、反射プリズム６を用いている。

これにより、無電極放電ランプ２とＬＥＤ３との配設位置に自由度を持たせることが可能になり、他の構成部品の配置規制が緩和され、光源からの熱分散も容易になる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一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るものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、補助光源としてＬＥＤ３を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、補助光源としてレーザ等の他の光源を用いてもよい。

（Ｂ）
上記実施形態では、図１に示すように、補助光源として単一のＬＥＤ３を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図６に示すように、二つの補助光源を用いてもよいし、または、図７に示すように、三つ以上の補助光源を用いてもよい。
図６に示す構成は、ＬＥＤ３に加え、緑原色を発光するＬＥＤ１０２と、緑色の光のみを反射するダイクロイックミラー１０３と、をさらに備えている。つまり、図１において、反射プリズム６の反射面６ｂに、ＬＥＤ２からの光とＬＥＤ１０２からの光とが、同じ光軸をもって入射する構成となる。

図７に示す構成は、ＬＥＤ３に加え、ＬＥＤ１１２と、ＬＥＤ１１３と、を備えている。また、この３つのＬＥＤ３・１１２・１１３から出射された光を合成するためのダイクロイックプリズム１０６と、この合成された光を集光するレンズ１０７と、を備えている。そして、集光された光は、上記実施形態と同様に、プリズム６によって、無電極放電ランプ２から出射された光と合成される。

これにより、無電極放電ランプ２において不足する波長帯域の光が複数ある場合であっても、この不足するそれぞれの波長帯域の光を別々に補うことが可能になる。

（Ｃ）
上記実施形態では、青原色の波長を有する光を発光するＬＥＤ３を補助光源として用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、赤原色の波長や緑原色の波長を有するＬＥＤを補助光源として用いてもよい。この場合は、無電極放電ランプ２が発光する光において出力変化によって不足する波長帯域が赤色や緑色の波長帯域であるときに好適である。

（Ｄ）
上記実施形態では、青色の原色光を発光するＬＥＤ３を補助光源として用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、青と緑との中間色の光を発光する光源であってもよい。この場合は無電極放電ランプ２が発光する光にとって不足する光が青色と緑色の両方の光であるときに特に好適である。これは、中間色の光であっても、プリズムなどの色分離光学部材により、所望の波長を有する光に分離することが可能であるためである。

これにより、複数の色の光が不足する場合であっても、単一の光源によって、不足するそれぞれの光を補うことが可能になる。したがって、部品点数の増加を軽減し、コストアップを抑えることが可能になる。

（Ｅ）
上記実施形態では、青原色の単色光を発光するＬＥＤ３を補助光源として用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、白色光を発光するＬＥＤを補助光源として用いてもよい。

これにより、コントラスト比を向上させるために必要な光、つまり、ＲＢＧ３原色の光を全て補うことが可能になる。また、コントラスト比だけではなく、投射画像全体の輝度を上げることも可能になる。

（Ｆ）
上記実施形態では、補助光源として単一のＬＥＤ３を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、三つの補助光源を備え、そのうちの二つの補助光源を単色光とし、残りの一つの補助光源を白色光とするものであってもよい。

（Ｇ）
上記実施形態では、光の合成手段として、反射プリズム６を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、リフレクタ４・５の焦点の方向を、集光レンズ７に直接向けた構成であってもよい。

（Ｈ）
上記実施形態では、制御部１２が、ＬＥＤ３に電気的に接続されていて、記憶情報に基づいてＬＥＤ３の出力を制御する構成として説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図８に示すように、制御部１２は、ランプ制御部１２ａと、情報処理部１２ｂと、受光素子１２ｃとを備えているものであってもよい。

詳細には、受光素子１２ｃは、投射レンズ７７の直下流側に設けられていて、ダイクロイックプリズム７６を通過した光を検知する。すなわち、投射画像の輝度やコントラスト比を検知する。そして、受光素子１２ｃによって検知された光の情報は、情報処理部１２ｂに伝送され、この情報処理部１２ｂによって輝度やコントラスト比は、個別の電気信号に変換される。この電気信号はランプ制御部１２ａに伝送され、ランプ制御部１２ａでは、受信した信号に基づいて、所定のコントラスト比を満たすように、ＬＥＤ３の出力を制御する。また、このランプ制御部１２ａは、無電極放電ランプ２の出力制御を兼ねている。

これにより、制御系と光学系とがフィードバック回路となり、随時、自動的に光源の出力を調整することが可能になる。また、無電極放電ランプ２の種類や個体差にかかわらず、最適な出力調整を行うことが可能になる。したがって、常に自動的に高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能になる。

（Ｉ）
上記実施形態では、光源からの光の反射および集光手段としてリフレクタ４・５を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図９に示すように、無電極放電ランプ２から出射された光を集光するためのレンズ１２１・１２２および補助光源としてのＬＥＤ３から出射された光を集光するためのレンズ１２３・１２４を用いた構成であってもよい。

これによっても、無電極放電ランプ２およびＬＥＤ３から出射された光を、プリズム６に集光することが可能であり、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の投射型表示装置は、輝度範囲が広く、この広い輝度範囲において常に高いコントラスト比を有する画像を表示することが可能である。したがって、使用環境の明暗や使用環境が時間的に変化する状態（例えば、移動する車内など）、あるいは、被投射物の色合いなどを問わずに利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 図１のプロジェクタの制御を行う制御ブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の第１レンズアレイの平面図、側面図、下面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図１の第２レンズアレイの平面図、側面図、下面図である。 （ａ）は、図１の無電極放電ランプの出力Ｗ＝Ｐにおける分光光量分布図である。（ｂ）は、図１の無電極放電ランプの出力Ｗ＝Ｑにおける分光光量分布図である。（ｃ）は、図１のＬＥＤの出力ｗ＝ｑにおける分光光量分布図である。（ｄ）は、（ｂ）と（ｃ）との合成分光光量分布図である。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタの主要部の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタの主要部の構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタの制御を行う制御ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタの主要部の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 無電極放電ランプ
３ ＬＥＤ（補助光源）
４ リフレクタ
５ リフレクタ
６ 反射プリズム（光学部材）
６ａ 反射面
６ｂ 反射面
６ｃ 反射面
６ｄ 反射面
７ 集光レンズ（光学部材）
８ 光インテグレータ（光学部材）
１０ コンデンサレンズ（光学部材）
１１ 光変調部
１２ 制御部
１２ａ ランプ制御部
１２ｂ 情報処理部
１２ｃ 受光素子
２１ 第１レンズアレイ
２１ａ 微小レンズ
２２ 第２レンズアレイ
２２ａ 微小レンズ
３９ 照明光学部
４０ 光軸
４１ 光軸
４２ 光軸
６０ ダイクロイックミラー
６１ ダイクロイックミラー
６３ 反射ミラー
６４ 反射ミラー
６５ 反射ミラー
６６ リレーレンズ
６７ リレーレンズ
６８ フィールドレンズ
６９ フィールドレンズ
７０ フィールドレンズ
７１ 液晶ライトバルブ
７２ 液晶ライトバルブ
７３ 液晶ライトバルブ
７６ ダイクロイックプリズム
７７ 投射レンズ
１０２ ＬＥＤ（補助光源）
１０３ ダイクロイックミラー
１０６ ダイクロイックミラー
１０７ レンズ
１１２ ＬＥＤ（補助光源）
１１３ ＬＥＤ（補助光源）
１２１ レンズ
１２２ レンズ
１２３ レンズ
１２４ レンズ

Claims (9)

1. 高周波によって放電発光する無電極放電ランプと、
   前記無電極放電ランプの光の出力に応じて、光の出力が調整される補助光源と、
   前記無電極放電ランプと前記補助光源とから出射された光を所定の方向に導光する光学部材と、
   を備えた投射型表示装置。
2. 前記補助光源は、複数の光源を含む、
   請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記補助光源は、単一の光源である、
   請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記補助光源は、単色光源を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型投影装置。
5. 前記補助光源のうち少なくとも一つは、分光光量分布におけるピーク波長が、ＲＧＢ３原色のそれぞれの波長のうちいずれか一つの波長である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記補助光源は、ＬＥＤまたはレーザを含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
7. 前記補助光源は、白色光源を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型投影装置。
8. 前記光学部材は、反射プリズムを含む、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
9. 前記無電極放電ランプの出力に応じて前記補助光源の出力を制御する補助光源出力制御部をさらに備えている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
   
   

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