JP2018081129A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高エネルギーの光が筺体の外部に漏れることを防止可能な投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】固体光源からの光を拡散させて拡散光に変換する拡散素子と、拡散素子からの光を遮光する遮光状態と、拡散素子からの光の少なくとも一部を通過させる開放状態とを切り替えられる遮光手段と、拡散素子からの光を検出する検出手段と、固体光源の点灯前、遮光手段が遮光状態となるように制御し、固体光源の点灯後、検出手段の結果に基づいて遮光手段を遮光状態から開放状態に切り替わるように制御する制御手段と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、投射型表示装置に関する。

近年、レーザー光源と蛍光体を用いるプロジェクタが台頭している。レーザー光源は、ランプ光源に比べて、長寿命で姿勢差の影響を受けづらく設置性がよい。一方、エネルギー密度が高く、高出力であるため、安全性に配慮する必要がある。蛍光体に高エネルギーのレーザー光を照射し続けると、蛍光体の温度が上昇して異常が発生してしまう。蛍光体で異常が発生すると、レーザー光が十分に拡散されずに外部に射出されるおそれがある。そこで、蛍光体の異常を防止するために、高速回転するホイール上に蛍光体を設けて一点に光が当たり続けないようにしたり、裏面からヒートシンク等で十分に冷却したりしている。

しかしながら、蛍光体は、経年劣化によって異常が発生してしまう場合もある。また、蛍光体は、ホイールの回転が停止する場合や蛍光体への冷却が不十分である場合といった装置の不具合により異常が発生してしまう場合もある。そこで、特許文献１では、光変調装置が遮光状態に保持された状態で光源装置から射出された光の強度を検出した結果に基づいて、光変調装置の遮光状態を解除するか否かを判断するプロジェクタが提案されている。特許文献１では、光変調装置を遮光状態に保持する方法として、透過（反射）型液晶パネルで光を遮光する方法と、マイクロミラーが光を反射する方向を切り替える方法が開示されている。

特開５９１５２２９号公報

しかしながら、特許文献１では、光源装置から射出された光が外部に射出されるまでの光路が物理的に遮光されていないため、拡散光に正常に変換されなかった高エネルギーの光が筐体の外部に漏れるおそれがある。

このような課題に鑑みて、本発明は、高エネルギーの光が筺体の外部に漏れることを抑制可能な投射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射型表示装置は、固体光源からの光を拡散させて拡散光に変換する拡散素子と、前記拡散素子からの光を遮光する遮光状態と、前記拡散素子からの光の少なくとも一部を通過させる開放状態とを切り替えられる遮光手段と、前記拡散素子からの光を検出する検出手段と、前記固体光源の点灯前、前記遮光手段が前記遮光状態となるように制御し、前記固体光源の点灯後、前記検出手段の結果に基づいて前記遮光手段を前記遮光状態から前記開放状態に切り替わるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、高エネルギーの光が筺体の外部に漏れることを抑制可能な投射型表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る投射型表示装置の外観図である。 投射型表示装置の内観を示す概略図である。 ホイールと蛍光体の外観図である。 メカシャッタの構成図である。 実施例１の投射型表示装置の制御を示すフローチャートである。 制御基板による拡散光に正常に変換されているか否かを判断する方法の一例を示す図である。 実施例２の投射型表示装置の制御を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は投射型表示装置１の外観斜視図であり、図２は投射型表示装置１の内観を示す概略図である。投射型表示装置１は、光源ユニット１００、光源制御基板３、照明光学系１０、メカシャッタ（遮光手段）１１、全反射ミラー１２、色分離合成光学系１３、投射レンズ１４、光センサ（検出手段）１５および制御基板（制御手段）１６を備える。

光源ユニット１００は、光源２、ミラーアレイ４、プリズム５、導光光学系６、ダイクロイックミラー７、ホイール８および蛍光体９を備える。光源制御基板３は、光源２を制御することで、光源２から射出される光を調節する。光源２は、例えば、レーザーダイオード（レーザー光源）や発光ダイオードなどの固体光源である。本実施例では、光源２としてレーザーダイオードが使用される。光源２はヒートシンク（不図示）により冷却され、光源制御基板３もヒートシンクに設けられた板金を介して冷却される。

光源２から射出された光は、ミラーアレイ４で反射しプリズム５に集光される。導光光学系６は、プリズム５からの光をダイクロイックミラー７に導光する。ダイクロイックミラー７に入射した光は、図３に示されるようにホイール８に塗布された蛍光体９に照射される。ホイール８は、モータ（不図示）により回転する。蛍光体９は、光源２から射出された光を安全な出力である拡散光（蛍光光）に変換して射出する。なお、本実施形態では、光源２から射出された光を拡散光に変換する拡散素子としてホイール８に塗布された蛍光体９を使用しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、拡散板を拡散素子として使用してもよい。

蛍光体９からの拡散光は、フライアイレンズやＰＳ変換素子などの光学素子を備える照明光学系１０を介して全反射ミラー１２に導かれた後、全反射ミラー１２で反射される。全反射ミラー１２で反射された光は、色分離合成光学系１３で画像に変換され、投射レンズ１４を通じてスクリーン（不図示）等に投射される。

メカシャッタ１１は、蛍光体９からの光を遮光する遮光状態と、蛍光体９からの光の少なくとも一部を通過させる開放状態とに切り替えられる。図４は、メカシャッタ１１の構成図である。メカシャッタ１１の開閉方式として、例えば、上下から板金が閉まる方式（図４（Ａ））、片側から板金が閉まる方式（図４（Ｂ））、羽根を絞る方式（図４（Ｃ））などが用いられるが、物理的に遮光できれば他の方式を用いてもよい。

本実施例では、メカシャッタ１１は、照明光学系１０と全反射ミラー１２との間に配置されているが、本発明はこれに限定されない。メカシャッタ１１は、遮光状態に切り替えられた場合に蛍光体９からの光を遮光可能に配置されればよい。例えば、メカシャッタ１１は、投射レンズ１４からの光を遮光可能な位置に配置されてもよいし、投射レンズ１４の直前に配置されてもよい。

後述するように、光源２から射出された光は蛍光体９により正常に拡散されない場合があるが、色分離合成光学系１３が有する透過（反射）型液晶パネルは高エネルギーの光が照射されると、熱に弱いため短時間で破損してしまうおそれがある。そのため、光源２から射出された光が蛍光体９により正常に拡散されなかった場合に透過（反射）型液晶パネルへの高エネルギーの光の照射を防止するために、メカシャッタ１１は、蛍光体９と色分離合成光学系１３との間に配置されることが好ましい。

光センサ１５は、蛍光体９とメカシャッタ１１との間に配置され、蛍光体９からの光を検出する。具体的には、光センサ１５は、蛍光体９からの光の色成分や光強度を検出する。制御基板１６は、投射型表示装置１全体の制御を行ってもよいし、投射型表示装置１全体ではなく光源２、蛍光体９、メカシャッタ１１といった各装置のみを制御する複数の制御基板を備えてもよい。

また、制御基板１６は、投射レンズ１４を通じて画像をスクリーンに投射する際に、メカシャッタ１１の開口量を制御してメカシャッタ１１を通過する光量を調節する。メカシャッタ１１を通過する光量を調節することで、スクリーン等に投射される画像のコントラストや明るさを制御することができる。なお、制御基板１６は、光源制御基板３を介して光源２への電流を制御して光源２の光強度を調節することで、画像の明るさを制御してもよい。

光源２から射出された光は、通常、拡散素子により拡散光に変換される。本実施例では、蛍光体９により光源２から射出された光は拡散光に変換される。しかしながら、ホイール８の回転が停止し蛍光体９の特定の箇所に光源２から射出された光が照射され続けたり、ファンの停止等により蛍光体９の冷却が不十分であったりする場合、蛍光体９に異常が発生するおそれがある。また、輸送等で蛍光体９へ強い衝撃が加わったり、蛍光体９のホイール８への固着が甘かったりした場合も同様に蛍光体９に異常が発生するおそれがある。

このように、蛍光体９に異常が発生する場合、すなわち拡散素子により光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されない場合、高エネルギーの光がそのまま投射レンズ１４を通じて筺体の外部に漏れてしまうおそれがある。

本実施例では、制御基板１６が光源２の点灯前にメカシャッタ１１を制御することで拡散素子により光源２から射出された光が拡散されなかった場合でも筐体の外部への高エネルギーの光の漏れを防止することができる。図５は、本実施例の制御基板１６による投射型表示装置１の制御を示すフローチャートである。制御基板１６は、ユーザの操作によって投射開始信号を受信することでこの制御を開始する。投射開始信号には、電源ＯＮ信号も含まれる。

ステップＳ１０１では、制御基板１６は、メカシャッタ１１を遮光状態にする。遮光状態であるメカシャッタ１１は、蛍光体９からの光を物理的に遮光する。そのため、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されなかった場合でも、メカシャッタ１１以降に配置された光学素子への高エネルギーの光の照射を防止することができる。ステップＳ１０２では、制御基板１６は、ホイール８を回転させる。

ステップＳ１０３では、制御基板１６は、ホイール８の回転数が所定の範囲内であるか否かを判断する。ホイール８の回転数が所定の範囲内である場合、ステップＳ１０４に進み、所定の範囲外である場合、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、制御基板１６は、ホイール８を回転させるモータの駆動を停止する。ステップＳ１０６では、制御基板１６は、例えば、エラーランプを点灯させることで、ユーザにエラーを通知する。

ステップＳ１０４では、制御基板１６は、光源制御基板３を介して、光源２を点灯させる。ステップＳ１０７では、制御基板１６は、光センサ１５から取得した検出結果に基づいて光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されているか否かを判断する。光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されている場合、ステップＳ１０８に進み、拡散光に正常に変換されていない場合、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、制御基板１６は、光源制御基板３を介して、光源２を消灯する。ステップＳ１１１では、制御基板１６は、ホイール８を回転させるモータの駆動を停止する。ステップＳ１１２では、制御基板１６は、例えば、エラーランプを点灯させることで、ユーザにエラーを通知する。

ステップＳ１０７において、本実施例では、制御基板１６は、光センサ１５から取得した蛍光体９からの光の色成分を用いた情報に基づいて、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されているか否かを判断する。具体的には、制御基板１６は、図６（Ａ）に示されるように、蛍光体９からの光の緑色成分と青色成分との比が所定値より小さい（所定の範囲内である）場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていると判断する。一方、図６（Ｂ）に示されるように、緑色成分と青色成分との比が所定値より大きい（所定の範囲外である）場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていないと判断する。

本実施例では、所定値として１．８を設定しているが、本発明はこれに限定されない。なお、本実施例の判断方法は一例であり、制御基板１６は本実施例の方法とは異なる色成分を用いた判断方法に基づいて光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されているか否かを判断してもよい。また、制御基板１６は、光センサ１５から取得した蛍光体９からの光の光強度に基づいて、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されているか否かを判断してもよい。

この場合、制御基板１６は、蛍光体９からの光の光強度が所定の範囲内である場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていると判断する。一方、所定の範囲外である場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていないと判断する。また、蛍光体９からの光の光強度が所定の範囲内であるかどうかではなく、蛍光体９からの光の光強度が所定値に対して小さいか大きいかを基準として蛍光体９で異常が発生しているかどうかを判断してもよい。すなわち、蛍光体９からの光の光強度が所定値より小さい場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていると判断してもよい。一方、所定値より大きい場合、光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていないと判断してもよい。

ステップＳ１０８では、制御基板１６は、メカシャッタ１１を遮光状態から開放状態に切り替わるように制御する。ステップＳ１０９では、制御基板１６は、投射型表示装置１にスクリーン等への投射を開始させる。

以上説明したように、本実施例の投射型表示装置１では、光源２の点灯前にメカシャッタ１１を遮光状態としておく。そして、光源２の点灯後に光源２から射出された光が拡散光に正常に変換されていることを確認してからメカシャッタ１１を遮光状態から開放状態に切り替えてスクリーンへの投射を開始する。したがって、電源がＯＮされた場合等に、蛍光体９からの光がメカシャッタ１１により物理的に遮光されるため、高エネルギーの光が筺体の外部に漏れることを防止することができる。

本実施例では、実施例１と異なる投射型表示装置１の制御について説明する。図７は、本実施例の制御基板１６による投射型表示装置１の制御を示すフローチャートである。なお、本実施例の投射型表示装置１の構成は実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ２０１〜ステップＳ２１２は、実施例１のステップＳ１０１〜ステップＳ１１２に相当するため、詳細な説明は省略する。

ステップＳ２１２では、制御基板１６は、ユーザの操作によって投射終了信号を受信することで投射型表示装置１の投射を終了させる。投射終了信号には、電源ＯＦＦ信号も含まれる。ステップＳ２１３では、制御基板１６は、メカシャッタ１１を開放状態から遮光状態に切り替わるように制御する。

以上説明したように、本実施例の投射型表示装置１は、投射が終了した時点でメカシャッタ１１が遮光状態となっており、電源がＯＮされた場合等に高エネルギーの光が筐体の外部に漏れてしまうことを実施例１に比べて確実に防止することができる。

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。

１ 投射型表示装置
２ 光源（固体光源）
９ 蛍光体（拡散素子）
１１ メカシャッタ（遮光手段）
１５ 光センサ（検出手段）
１６ 制御基板（制御手段）

Claims (11)

1. 固体光源からの光を拡散させて拡散光に変換する拡散素子と、
   前記拡散素子からの光を遮光する遮光状態と、前記拡散素子からの光の少なくとも一部を通過させる開放状態とを切り替えられる遮光手段と、
   前記拡散素子からの光を検出する検出手段と、
   前記固体光源の点灯前、前記遮光手段を前記遮光状態となるように制御し、前記固体光源の点灯後、前記検出手段の結果に基づいて前記遮光手段を前記遮光状態から前記開放状態に切り替わるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記遮光手段は、前記拡散素子と投射レンズとの間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記遮光手段は、前記拡散素子と色分離合成光学系との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記遮光手段は、メカシャッタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記制御手段は、投射終了信号を受信した場合に前記遮光手段を前記開放状態から前記遮光状態に切り替わるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記制御手段は、前記遮光手段が開放状態である場合、前記遮光手段の開口量を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
7. 前記検出手段は、前記拡散素子と前記遮光手段との間に配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
8. 前記検出手段は、光センサであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
9. 前記検出手段は、前記拡散素子からの光の色成分を検出し、
   前記制御手段は、前記固体光源の点灯後、前記色成分に基づく情報が所定の範囲内である場合、前記遮光手段を前記遮光状態から前記開放状態に切り替える制御を行い、前記色成分に基づく情報が前記所定の範囲外である場合、前記固体光源を消灯させることを特徴とする請求項８に記載の投射型表示装置。
10. 前記検出手段は、前記拡散素子からの光の光強度を検出し、
    前記制御手段は、前記固体光源の点灯後、前記光強度が所定の範囲内である場合、前記遮光手段を前記遮光状態から前記開放状態に切り替える制御を行い、前記光強度が前記所定の範囲外である場合、前記固体光源を消灯させることを特徴とする請求項８に記載の投射型表示装置。
11. 前記固体光源は、レーザー光源であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の投射型表示装置。