JP2010181591A

JP2010181591A - 照明装置及びそれを用いた投写型表示装置

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Publication number: JP2010181591A
Application number: JP2009024562A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Sakai; 俊彦坂井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】複数のランプのうち一部が不点灯の際にも、表示画面の色ムラ、照度ムラが少ない照明装置及び投写型表示装置を提供する。
【解決手段】光源２１ａ、２１ｂのいずれか１つが不点灯となった場合には、重畳レンズ２９の光軸３７に直角かつ、ダイクロイックミラー３０ａにおける反射光の進行方向と平行な方向に沿って移動できるランプ移動機構２５を移動させることにより、点灯している光源を重畳レンズ２９の光軸３７に近づける照明装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の光源を有する照明装置及び前記照明装置からなる投写型表示装置に関するものである。

スクリーン上の画像の輝度を高める手段として複数のランプを用いた投写型表示装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、複数のランプと透過型の液晶ライトバルブを用いた従来の投写型表示装置の構成例である。光源１ａ、１ｂからの出射光は、それぞれ凹面鏡２ａ，２ｂにより反射され、凹面鏡２ａ、２ｂからは略平行光が出射される。第１インテグレーターレンズ５ａ、５ｂは、凹面鏡２ａ、２ｂから出射された光を複数の部分光束に分割し、第２インテグレーターレンズ６ａ、６ｂは、第１インテグレーターレンズ５ａ、５ｂによって分割された部分光束をライトバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上に結像させる。重畳レンズ７は、第２インテグレーターレンズ６ａ、６ｂから出射された部分光束を、ライトバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ上に重畳させる。ダイクロイックミラー８、９はそれぞれ、赤色光を透過かつシアン色光を反射、青色光を透過かつ緑色光を反射し、光束を赤、緑、青の三色に分離する。反射ミラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、光線を反射し、光路を折り曲げる。リレーレンズ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは不等光路長にあるリレー系の光路差を補償しライトバルブ上に出射瞳位置が概無限遠の照明光を導く。フィールドレンズ１２ａ、１２ｂは、光束の出射瞳位置を概無限遠にする。ライトバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、入射する色光を変調して赤、緑、青３色の画像光を生成する。クロスダイクロイックプリズム１４は、ライトバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃで変調された画像光を合成し、投写レンズ１５にてスクリーン上に拡大投写する。ランプケース４ａ、４ｂは光源１ａ、１ｂおよび凹面鏡２ａ、２ｂをそれぞれ対で保持しており、それぞれが独立して取り外すことができる。

ダイクロイックミラー８，９には入射角依存性があり、光線の入射角度によって反射率（透過率）の波長特性にずれが生じる。そのため、光源１ａ、１ｂ両方からの照明光が概同強度であることを前提にダイクロイックミラー８，９の波長特性分布を調整する。

上記構成によれば、ライトバルブを複数のランプで照明するため、明るい投写型照明装置が実現できる。

特許第３３３６６６４号公報

しかしながら、ダイクロイックミラーの波長分布特性が複数のランプ全てが点灯している状態を前提としているため、いずれかのランプが不点灯となった際に、照明光の角度分布に偏りが生じ、スクリーン上での色むらが発生し、照度分布が不均一となるという課題があった。

また一部のランプが不点灯となった場合でも、投写型表示装置を使用し続けたいという市場の要求もある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するように、以下の形態または適用例として実現される。

〔適用例１〕本適用例に係る照明装置は、光源から出射される光を集光して照明領域を照明する照明装置であって、前記光源と、前記光源と対をなし前記光源から出射される光を集光する凹面鏡とを有する複数のランプと、複数のレンズで構成され前記ランプからの光を複数の光束に分割する第１インテグレーターレンズと、複数のレンズで構成され前記第１インテグレーターレンズからの前記複数の光束を前記照明領域に結像させる第２インテグレーターレンズと、前記第２インテグレーターレンズからの複数の光束が入射し、前記照明領域に重畳する重畳手段と、前記重畳手段からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、前記ランプを、前記重畳手段の光軸と垂直な面に沿って移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする。

〔適用例２〕また、上記適用例に記載の照明装置は、前記移動手段が、前記複数のランプのうち、一部の光源が不点灯となった際に、点灯中のランプを前記重畳手段の中心光軸に近づくように、前記ランプを移動させることが望ましい。

上記適用例によれば、複数のランプのいずれかが不点灯となった場合においても、移動手段によってランプを移動することによって照明光束の角度分布を前記重畳手段の光軸に関して対称に保つことができ、色ムラ、照度ムラの発生を減少させることが可能となる。

〔適用例３〕本適用例に係る投写型表示装置は、上記適用例に記載の照明装置と、前記照明装置から出射される複数の色光が入射し、映像信号に応じて画像を形成する複数の画像形成手段と、前記画像形成手段から出射される複数の色光を１つに合成する合成手段と、前記画像形成手段によって形成される画像をスクリーン上に投写する投写手段と、を備えることを特徴とする。

上記適用例によれば、複数の光源のうち１つが不点灯となった場合においても、照明光束の角度分布を前記重畳手段の光軸に関して対称に保つことができ、色ムラ、照度ムラの無い投写型表示装置を提供することが可能となる。

従来の投写型表示装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態の概略構成を示す図である。第２の実施形態の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る照明装置および投写型表示装置の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図２は、本発明に係る照明装置および投写型表示装置の第１の実施の形態を示す構成例である。２１ａ、２１ｂは光源、２２ａ、２２ｂは凹面鏡である放物面鏡、２３ａ、２３ｂはＵＶ−ＩＲカットフィルター、２４ａ、２４ｂはランプケース、２５はランプ移動機構、２６は第１インテグレーターレンズ、２７は第２インテグレーターレンズ、２８は偏光変換プリズムアレイ、２９は重畳手段としての重畳レンズ、３０ａ、３０ｂは色分離手段としてのダイクロイックミラー、３１ａ、３１ｂ、３１ｃは全反射ミラー、３２ａ、３２ｂ、３２ｃはリレーレンズ、３３ａ、３３ｂはフィールドレンズ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃは液晶ライトバルブ、３５はクロスダイクロイックプリズム、３６は投写レンズ、３７は重畳レンズの光軸である。

光源２１ａ、２１ｂは超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の放電管である。光源２１ａ、２１ｂからの出射光は放物面鏡２２ａ、２２ｂによって反射され、平行光束となってＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂに導かれる。

ＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂは、光源２１ａ、２１ｂの出射光に含まれるＵＶ光およびＩＲ光を反射する。ＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂによって反射されたＵＶ光およびＩＲ光が、光源に戻り温度上昇を招くことを防ぐため、ＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂは放物面鏡２２ａ、２２ｂの光軸に対して若干傾けて配置されることが望ましい。

光源２１ａ、２１ｂと放物面鏡２２ａ、２２ｂおよびＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂとは、それぞれランプケース２４ａ、２４ｂに収められる。ランプケース２４ａ、２４ｂはそれぞれ独立して移動手段としてのランプ移動機構２５に取り付け、取り外しができる。ランプ移動機構２５は、重畳レンズ２９の光軸３７に直角かつ、ダイクロイックミラー３０ａにおける反射光の進行方向と平行な方向に沿って移動できる。ランプ移動機構２５の動力源は、手動であっても、モーター等による電動であってもよい。
光源２１ａ、２１ｂのいずれか１つが不点灯となった場合には、ランプ移動機構２５を移動させて、点灯している光源を重畳レンズ２９の光軸３７に近づける。

ＵＶ−ＩＲカットフィルター２３ａ、２３ｂから出射した光束は、第１インテグレーターレンズ２６によって複数の部分光束に分割され、第２インテグレーターレンズ２７へ集光される。第２インテグレーターレンズ２７は第１インテグレーターレンズ２６によって分割された部分光束を液晶ライトバルブ３４ａ〜３４ｃへ投影する。

第２インテグレーターレンズ２７から出射された光束は偏光変換プリズムアレイ２８へと導かれる。偏光変換プリズムアレイ２８は、光源２１ａ、２１ｂからの自然光を一種類の偏光、例えばＳ偏光にそろえて出射することで、光の利用効率を高めることができる。

偏光変換プリズムアレイ２８から出射された光束は、重畳レンズ２９へと導かれる。重畳レンズ２９は、第１インテグレーターレンズ２６によって分割された個々の部分光束を、照明領域である液晶ライトバルブ３４ａ〜３４ｃの画像形成領域に重畳させる。

重畳レンズ２９から出射された光束は、ダイクロイックミラー３０ａによって赤色光とシアン色光に分離される。赤色光はダイクロイックミラー３０ａを透過し、全反射ミラー３１ｃによって光路を折り曲げられて、フィールドレンズ３３ａに導かれる。一方シアン色光は、ダイクロイックミラー３０ａによって反射され、ダイクロイックミラー３０ｂへと導かれる。

ダイクロイックミラー３０ｂへ導かれた光束は、緑色光が反射されフィールドレンズ３３ｂへ導かれる。一方青色光はダイクロイックミラー３０ｂを透過し、リレーレンズ３２ａ〜３２ｃおよび全反射ミラー３１ａ、３１ｂを介して、リレーレンズ３２ａ〜３２ｃにより、出射瞳位置を無限遠とし液晶ライトバルブ３４ｃへ導かれる。

フィールドレンズ３３ａ、３３ｂはそれぞれ、赤色光束、緑色光束を出射瞳位置無限遠として、液晶ライトバルブ３４ａ、３４ｂへ導く。

液晶ライトバルブ３４ａ〜３４ｃは、それぞれ入射側偏光板、液晶パネル、出射側偏光板からなり、液晶により入射光の偏光度を２次元的に変化させ、透過光の強度を変調することにより、それぞれ赤色、緑色、青色の２次元像を作成する。

液晶ライトバルブ３４ａ〜３４ｃを出射した赤色、緑色、青色の画像光は、クロスダイクロイックプリズム３５で合成されてカラー画像光となる。このカラー画像光が投写レンズ３６によって拡大投写され、スクリーン上へ投写表示される。

上記実施の形態により、２つの光源２１ａ、２１ｂのうち１つが不点灯となった場合においても、照明光束の角度分布を重畳レンズ２９の光軸３７に関して対称に保つことができ、色ムラ、照度ムラの無い照明装置および投写型表示装置を提供できる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る照明装置および投写型表示装置の第２の実施の形態を示す構成例である。５１ａ〜５１ｄは光源、５２ａ〜５２ｄは放物面鏡、５３ａ〜５３ｄはランプケース、５４はランプ移動機構、５５は第１インテグレーターレンズ、５６は第２インテグレーターレンズ、５７は重畳レンズ、５８は重畳レンズの光軸である。

光源５１ａ、５２ｂ、５２ｃ、５１ｄのいずれか１つ又は２つが不点灯となった場合には、点灯している複数の光源の平均中心を重畳レンズ５７の光軸５８に近くなるようにランプ移動機構５４を移動させる。また、光源５１ａ、５２ｂ、５２ｃ、５１ｄのいずれか３つが不点灯となった場合には、点灯している１つの光源の中心を重畳レンズ５７の光軸５８に重なるようにランプ移動機構５４を移動させる。

上記実施の形態により、４つの光源のうち１つから３つが不点灯となった場合においても、照明光束の角度分布を前記重畳手段の光軸に関して対称に保つことができ、色ムラ、照度ムラの無い照明装置および投写型表示装置を提供できる。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手段は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造に適宜変更できる。例えば、上記実施の形態では凹面鏡として放物面鏡を用いているが、これに代えて楕円面鏡を用いても良い。なお、楕円面鏡による反射光は収束光となるため、第一インテグレーターレンズへ平行光を入射させるためには楕円面鏡の収束光を平行光とするための平行化レンズが必要となる。

１ａ、１ｂ、２１ａ、２１ｂ、５１ａ〜５１ｄ…光源２ａ、２ｂ…凹面鏡２２ａ、２２ｂ、５２ａ〜５２ｄ…放物面鏡２４ａ、２４ｂ、５３ａ〜５３ｄ…ランプケース２５、５４…ランプ移動機構３７、５８…重畳レンズ光軸中心線。

Claims

光源から出射される光を集光して照明領域を照明する照明装置であって、
前記光源と、前記光源と対をなし前記光源から出射される光を集光する凹面鏡とを有する複数のランプと、
複数のレンズで構成され、前記ランプからの光を複数の光束に分割する第１インテグレーターレンズと、
複数のレンズで構成され、前記第１インテグレーターレンズからの前記複数の光束を前記照明領域に結像させる第２インテグレーターレンズと、
前記第２インテグレーターレンズからの複数の光束が入射し、前記照明領域に重畳する重畳手段と、
前記重畳手段からの光を複数の色光に分離する色分離手段と、
前記ランプを、前記重畳手段の光軸と垂直な面に沿って移動させる移動手段と、を備えることを特徴とする照明装置。
前記移動手段が、前記複数のランプのうち、一部の光源が不点灯となった際に、点灯中のランプを前記重畳手段の中心光軸に近づくように、前記ランプを移動させることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
請求項１または２に記載の照明装置と、
前記照明装置から出射される複数の色光が入射し、映像信号に応じて画像を形成する複数の画像形成手段と、
前記画像形成手段から出射される複数の色光を１つに合成する合成手段と、
前記画像形成手段によって形成される画像をスクリーン上に投写する投写手段と、を備えることを特徴とする投写型表示装置。