JP2017125891A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで複数の発光タイプの光源を利用可能な投写型表示装置を提供する。【解決手段】光変調素子（１３）と、光源（１）を保持する光源ユニットと光源からの光を光変調素子へ導く光学素子（４５）とを収容する収容部材（２）とを有し、収容部材は、光源ユニットとして、第１光源ユニットと第１光源ユニットとは発光タイプの異なる第２光源ユニットとを選択的に収容可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光タイプの光源を利用可能な投写型表示装置に関する。

従来から、プロジェクタ（投写型表示装置）には高輝度であることや軽量であることに加えて低コストであることも求められている。特許文献１には、低コストのプロジェクタを実現するため、照明光学系を構成する第１のレンズアレイと第２のレンズアレイを挿入可能な溝を複数設けた構成が開示されている。このような構成において、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイの位置関係を調整することにより、１台のプロジェクタで複数の仕様に合わせた照明光学系を実現し、低コスト化が可能となる。つまり、特許文献１によれば、複数の仕様に合わせて構成が異なるプロジェクタを逐一設計開発する必要が無くなる。

特開２００５−２７５０９０号公報

また、近年は従来の高圧水銀ランプなどの放電発光タイプの光源を用いたプロジェクタだけではなく、半導体レーザなどの半導体発光タイプの光源を用いたプロジェクタが開発されている。このような複数の発光タイプの光源が開発されている現状において、低コスト化を図るには複数の発光タイプの光源を選択的に取り付け可能な構成のプロジェクタが望ましい。

特許文献１に開示されているように、複数の仕様に合わせた照明光学系を実現可能なプロジェクタは知られているが、互いに異なる発光タイプの光源を利用可能な構成のプロジェクタは未だに知られていない。

そこで本発明は、低コストで複数の発光タイプの光源を利用可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての投写型表示装置は、光変調素子と、光源を保持する光源ユニットと該光源からの光を前記光変調素子へ導く光学素子とを収容する収容部材とを有し、前記収容部材は、前記光源ユニットとして、第１光源ユニットと該第１光源ユニットとは発光タイプの異なる第２光源ユニットとを選択的に収容可能である。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。

本発明によれば、低コストで複数の発光タイプの光源を利用可能な投写型表示装置を提供することができる。

本実施形態における放電発光タイプの光源を用いた光学ブロックの斜視図である。 本実施形態における半導体発光タイプの光源を用いた光学ブロックの斜視図である。 本実施形態における放電発光タイプの光源を保持する光源ユニットの斜視図である。 本実施形態における放電発光タイプの光源を保持する光源ユニットの平面図（図３中の矢印Ｗの方向から見た図）である。 本実施形態における光学ブロックの分解斜視図である。 本実施形態における半導体発光タイプの光源を保持する光源ユニットの斜視図である。 本実施形態における半導体発光タイプの光源を保持する光源ユニットの平面図（図６中の矢印Ｓの方向から見た図）である。 本実施形態における光学ブロックの分解斜視図である。 本実施形態における半導体発光タイプの光源を用いた光学ブロックの平面図（図２中の矢印Ｕから見た図）である。 本実施形態における投写型表示装置の外観概略図である。 本実施形態における投写型表示装置の内部構造図である。 本実施形態における半導体発光タイプの光源を用いた光源ユニットの光学構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、図１０および図１１を参照して、本実施形態における投写型表示装置の全体構成について説明する。図１０は、本実施形態における投写型表示装置１００の外観概略図である。図１１は、投写型表示装置１００の内部構造図である。なお、図１０および図１１のＸ、Ｙ、Ｚ軸は、それぞれの方向を示す。

１は光源である。２は、光源１からの光（白色光）をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分解し、各色に対応する光変調素子ブロック３に導く光学素子４５（光学部品、照明光学系）を収容する光学ブロック（収容部材）である。また光学ブロック２は、光源１を保持する光源ユニットを収容する。３つの光変調素子ブロック３はそれぞれ、光源１からの光が照射される光変調素子１３を備えている。４は、光源１からの光を外部スクリーンへ拡大投写する投写レンズである。５は、投写型表示装置１００の内部に設けられている各部品を冷却するための冷却用空気の取り入れ口である。６は、投写型表示装置１００の各部品（特に光源１）を冷却した空気を排気する排気ファンである。７は、光源１を冷却する冷却ファンである。８は、投写型表示装置１００の各部品を収容する外装ケースである。

光源１として放電発光タイプの光源を用いる場合、照度低下などの光源１の性能劣化に伴って光源１を交換する必要がある。このため、外装ケース８の一面（後面）には、光源交換用の開口部３１と、開口部３１を塞ぐための蓋部材３２とが設けられている。すなわち蓋部材３２は、光源ユニット９の交換（着脱）の際に開閉可能である。一方、光源１として半導体発光タイプの光源（固体光源）を用いる場合、半導体発光タイプの光源の寿命は、投写型表示装置１００の寿命、特に光変調素子１３の寿命よりも長い。このため、半導体発光タイプの光源に関しては、外装ケース８に設けられた蓋部材３２を介して交換可能に構成する必要はない。また半導体発光タイプの光源は、安全性のため、ユーザ自身による交換を制限する必要があることから、蓋部材３２を介して光源を取り外しできないように構成することが好ましい。より具体的には、半導体発光タイプの光源からの光が何らかの光学素子を全く介さずにユーザの眼に直接入射することを防ぐ必要があるためである。

次に、図１、図３乃至図５を参照して、本実施形態の光学ブロック２に放電発光タイプの光源を取り付ける場合の構成について説明する。図１は、本実施形態における放電発光タイプの光源を用いた光学ブロック２の斜視図であり、放電発光タイプの光源を保持する光源ユニット９を光学ブロック２に収容した状態を示している。図３は、本実施形態における放電発光タイプの光源を保持する光源ユニット９の斜視図であり、放電発光タイプの光源として高圧水銀ランプを用いた場合の光源ユニットを示している。図４は、光源ユニット９の平面図（図３の矢印方向Ｗから見た図）である。図５は、光学ブロック２の分解斜視図であり、光源ユニット９を収容していない状態での光学ブロック筺体２１と光学ブロック蓋２２とを示している。

図１に示されるように、光学ブロック２は、光源ユニット９の交換用の開口部２３を備えている。光源ユニット９は、光学ブロック２に対してＹ方向に（図１中の矢印Ａの方向に沿って）移動させることにより交換可能（着脱可能）である。図５に示されるように、光学ブロック筺体２１は、光源ユニット９（光源１）から出射する光束を光変調素子１３へ導くため、単一または複数の光学素子（照明光学系）をＺ方向に組み込む（取り付ける）ための保持部２１１を有する。光学ブロック筺体２１は、光源ユニット９を収容する収容部２１８と、光学素子が形成する有効光路に対して、光源ユニット９を所定の位置に配置するため、複数の位置決め用のボス部２１２および受け面２１３とを備える。ボス部２１２および受け面２１３は、光源ユニット９を取り付けるための第１取り付け部を構成する。図４に示されるように、光源ユニット９は、光学ブロック２に対して所定の位置に配置されるように、光学ブロック筺体２１のボス部２１２に対応する位置決め用の穴部９１と、光学ブロック筺体２１の受け面２１３に対応する突当て面９２とを備える。

このように構成により、ボス部２１２と穴部９１との嵌合によりＸ方向およびＺ方向の平行移動と、Ｙ軸を回転中心とする回転移動とを抑制することができる。また、受け面２１３と突当て面９２との当接により、Ｙ方向の平行移動と、Ｘ軸およびＺ軸を回転中心とする回転移動とを抑制することができる。また、保持部２１１、ボス部２１２、および、受け面２１３を光学ブロック筺体２１に設けることにより、複数の部品の組み合わせにより位置決め用のボス部および受け面を設ける構成と比較して、部品公差の累積計算上有利な構成となる。その結果、光源ユニット９を所定の位置に高精度に配置することが可能となる。

光学ブロック蓋２２は、光源ユニット９からの漏れ光を遮光する。光学ブロック蓋２２は、光学ブロック蓋２２の突当て面２２１と、光学ブロック筺体２１の後述の光源ユニット１０の受け面２１５および受け面２１６との間で、不図示のビスを用いて、光学ブロック筺体２１と締結（固定）される。このように受け面２１５（第２取り付け部の少なくとも一部）は、光学ブロック２に収容された光源ユニット９を覆う光学ブロック蓋２２（カバー）を保持する保持部である。これにより、光学ブロック筺体２１の大型化およびコストの増大を抑制することができる。

次に、図２、図６乃至図９を参照して、本実施形態の光学ブロック２に半導体発光タイプ（白色レーザ）の光源を取り付ける場合の構成について説明する。図２は、本実施形態における半導体発光タイプの光源を用いた光学ブロック２の斜視図であり、半導体発光タイプの光源を保持する光源ユニット１０を光学ブロック２に収容した状態を示している。図６は、光源ユニット１０の斜視図である。図７は、光源ユニット１０の平面図（図６中の矢印Ｓの方向から見た図）である。図８は、光学ブロック２の分解斜視図であり、光源ユニット１０を収容していない状態での光学ブロック筺体２１を示している。

図６に示されるように、光源ユニット１０は、収容ブロック１０１、集光ブロック１０２（集光部）、および、放熱器１０３を有する。収容ブロック１０１は、複数の白色レーザ発光部を収容する。集光ブロック１０２は、複数の白色レーザ発光部から射出した光を集光し、平行性を高めた光束として有効光路へ導く。放熱器１０３は、収容ブロック１０１を介して、白色レーザ発光部から発生する熱を外部へ放出する。

図２に示されるように、光源ユニット１０は、光学ブロック２に対してＺ方向に（図２中の矢印Ｂの方向に沿って）移動させることにより交換可能（着脱可能）である。放電発光タイプの光源ユニット９の交換用の開口部２３は、半導体発光タイプの光源ユニット１０の放熱器１０３と、光学ブロック筺体２１との干渉を回避けるように構成されている。本実施形態において、放熱器１０３は、光源ユニット１０の集光ブロック１０２に対してＹ方向側に設けられることが好ましい。例えば放熱器１０３を集光ブロック１０２に対してＺ方向側に設けると、放熱器１０３を冷却するための風路や冷却用ファンの配置が煩雑になる。また、集光ブロック１０２に対するＺ方向には、投写型表示装置１００の各種の制御基板が配置されているため、投写型表示装置１００のＺ方向におけるサイズ増大を回避するには、Ｚ方向とは異なる方向に放熱器１０３を配置することが好ましい。

図８に示されるように、光学ブロック筺体２１は、光源ユニット１０を収容する収容部２１９と、光学素子が形成する有効光路に対して、光源ユニット１０を所定の位置に配置するため、複数の位置決め用のボス部２１４および受け面２１５を備える。ボス部２１４および受け面２１５は、光源ユニット１０を取り付けるための第２取り付け部を構成する。図７および図９に示されるように、光源ユニット１０は、光学ブロック２に対して所定の位置に配置するため、光学ブロック筺体２１の位置決め用のボス部２１４に対応する穴部１０４と、光学ブロック筺体２１の受け面２１５に対応する突当て面１０５とを備える。また光源ユニット１０には、光源ユニット９を所定の位置に配置するための光学ブロック筺体２１の受け面２１３との干渉を避けるための穴部１０６が形成されている。

このように構成により、ボス部２１４と穴部１０４との嵌合によりＸ方向およびＺ方向の平行移動と、Ｙ軸を回転中心とする回転移動とを抑制することができる。また、受け面２１５と突当て面１０５との当接により、Ｙ方向の平行移動と、Ｘ軸およびＺ軸を回転中心とする回転移動とを抑制することができる。また、保持部２１１、ボス部２１４、および、受け面２１５を光学ブロック筺体２１に設けることにより、複数の部品の組み合わせにより位置決め用のボス部および受け面を設ける構成と比較して、部品公差の累積計算上有利な構成となる。その結果、光源ユニット１０を所定の位置に高精度に配置することが可能となる。

次に、図１２を参照して、光源ユニット１０の光学構成について説明する。図１２は、光源ユニット１０の光学構成図である。光源部１５１は、半導体発光タイプの光源１（第２光源）を複数配列して構成されている。より具体的には、第２光源は青色光を発する半導体レーザ（ＬＤ）である。

複数の光源から射出された光束は、コリメータレンズアレイ１５２、放物面ミラーアレイ１５３、プリズム１５４、負レンズ１５５を介して複数の平行光束となる。放物面ミラーアレイ１５３は、互いに形状が異なる複数の放物面ミラーから構成されており、負レンズ１５５が無い場合にはコリメータレンズアレイ１５２からの複数の光束を１点に集光させる。つまり、放物面ミラーアレイ１５３からの複数の光束は互いの距離を縮めながらプリズム１５４へ向かう。

プリズム１５４は、放物面ミラーアレイ１５３からの複数の光束を負レンズ１５５に導く。負レンズ１５５は、プリズム１５４からの複数の光束をそれぞれ平行光束に変換する。負レンズ１５５からの光束は、マイクロレンズアレイ１５６に入射する。マイクロレンズアレイ１５６は、第１のレンズ面アレイ１５６Ａと第２のレンズ面アレイ１５６Ｂとを備えており、負レンズ１５５からの光束の照度分布を均一化する。マイクロレンズアレイ１５６からの光束は、ダイクロイックミラー１５７（導光素子）、および、集光レンズユニット１５８（集光光学系）を介して、蛍光体１５９（波長変換素子）に照射される。

ダイクロイックミラー１５７は、光源部１５１からの青色光を反射する。集光レンズユニット１５８は、ダイクロイックミラー１５７により反射した光を集光する。蛍光体１５９は、集光レンズユニット１５８により集光された光の波長を変換する（青色光の一部を緑色光および赤色光に変換する）。ダイクロイックミラー１５７は、光源からの青色光を反射し、緑色光および赤色光を含む蛍光光を透過させる。このため、蛍光体１５９から反射した光は、集光レンズユニット１５８を介して、照明光学系１６０へ導かれる。

本実施形態の投写型表示装置１００は、光学ブロック２（光源を保持する光源ユニットと光源からの光を光変調素子へ導く光学素子とを収容する収容部材）に異なる発光タイプの光源ユニット（光源ユニット９、１０）を取り付け可能である。すなわち収容部材は、光源ユニットとして、第１光源ユニットと、第１光源ユニットとは発光タイプの異なる第２光源ユニットとを選択的に収容可能である。好ましくは、第１光源ユニットは、放電発光タイプの第１光源を保持し、第２光源ユニットは、半導体発光タイプの第２光源（固体光源）を保持する。このため、投写型表示装置の開発コストや部品コストを低減することができる。したがって本実施形態によれば、低コストで複数の発光タイプの光源を利用可能な投写型表示装置を提供することが可能である。

好ましくは、第１光源ユニットを収容部材に対して第１方向（Ｙ方向）に沿って取り付け可能であり、第２光源ユニットを収容部材に対して第１方向とは異なる第２方向（Ｚ方向）に沿って取り付け可能である。より好ましくは、第１方向は、光学素子の着脱方向とは異なる方向であり、第２方向は、光学素子の着脱方向と同一の方向（Ｚ方向）である。より好ましくは、第１方向および第２方向は、互いに直交している。このように、第１光源ユニットと第２光源ユニットとの着脱方向が互いに異なるため、光学ブロックの設計が容易になるとともに、各光源ユニットに適した収容構造を光学ブロックに形成することができる。

好ましくは、投写型表示装置１００は、開閉可能な蓋部材３２を有する。第１光源ユニットは、蓋部材が開いた状態で収容部材に対して着脱可能であり、第２光源ユニットは、蓋部材が開いた状態であっても収容部材から取り外せない。このような構成により、安全性の高い投写型表示装置を提供することが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、放電発光タイプの光源としてクセノンランプを用い、半導体発光タイプの光源として白色ＬＥＤ光源を用いてもよい。

２ 光学ブロック（収容部材）
１３ 光変調素子
１００ 投写型表示装置

Claims (9)

1. 光変調素子と、
   光源を保持する光源ユニットと該光源からの光を前記光変調素子へ導く光学素子とを収容する収容部材と、を有し、
   前記収容部材は、前記光源ユニットとして、第１光源ユニットと該第１光源ユニットとは発光タイプの異なる第２光源ユニットとを選択的に収容可能であることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記第１光源ユニットを前記収容部材に対して第１方向に沿って取り付け可能であり、
   前記第２光源ユニットを前記収容部材に対して前記第１方向とは異なる第２方向に沿って取り付け可能であることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記第１方向は、前記光学素子の着脱方向とは異なる方向であり、
   前記第２方向は、前記光学素子の前記着脱方向と同一の方向であることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記第１方向および前記第２方向は、互いに直交していることを特徴とする請求項２または３に記載の投写型表示装置。
5. 前記第１光源ユニットは、放電発光タイプの第１光源を保持し、
   前記第２光源ユニットは、半導体発光タイプの第２光源を保持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記第２光源ユニットは、
   前記第２光源として複数の半導体レーザを配列して構成された光源部と、
   前記光源部からの光を反射するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーにより反射した光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系により集光された光の波長を変換する波長変換素子と、を有することを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記収容部材は、
   前記第１光源ユニットを取り付けるための第１取り付け部と、
   前記第２光源ユニットを取り付けるための第２取り付け部と、を有することを特徴とする請求項５または６に記載の投写型表示装置。
8. 前記第２取り付け部の少なくとも一部は、前記収容部材に収容された前記第１光源ユニットを覆うカバーを保持する保持部であることを特徴とする請求項７に記載の投写型表示装置。
9. 開閉可能な蓋部材を更に有し、
   前記第１光源ユニットは、前記蓋部材が開いた状態で前記収容部材に対して着脱可能であり、
   前記第２光源ユニットは、前記蓋部材が開いた状態であっても前記収容部材から取り外せないことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。