JP5796653B2 - プロジェクター - Google Patents

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Description

本発明は、プロジェクターに関する。
光源からの光を3色の色光に分離する色分離光学系と、各色光に対応した3つの光変調装置を備えた表示光学系と、各光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、を備えたプロジェクターが下記の特許文献1に開示されている。このプロジェクターにおいては、色分離光学系における3色の色光の光路長(光源から光変調装置までの距離)を等価にすることにより、光量の減少や初期的な色ムラを抑制するように構成されている。すなわち、このプロジェクターは、最も光路長の長い色光の光路にリレーレンズ、フィールドレンズ、ミラー等から構成される光伝達光学系を介在させることにより、各色光の光路長を光学的に等価なものとしている。これにより、全ての色光の光路長を物理的に等しくした光学系に比べて、プロジェクターの小型化が実現できる。
米国特許第4943154号明細書
しかしながら、光源の発光点移動などの経時変化に起因する照明のずれが、色によって異なるという問題があった。なぜならば、光源の移動に起因する照明のずれは、光伝達光学系の有無によってスクリーン上で逆方向になるからである。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、複数の光源を含む照明装置を採用し、3色の色光の光路を最適に配置することで、経時変化等によって発生する投射画像上での色ムラを極力低減し得るプロジェクターの提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1のプロジェクターは、第1の色光を含む光を射出する第1の光源と、第2の色光および第3の色光を含む光を射出する第2の光源と、前記第1の光源から射出された光と前記第2の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第1の色光、前記第2の色光、前記第3の色光のそれぞれに分離する色分離部と、前記第1の色光を変調する第1の光変調素子と、前記第2の色光を変調する第2の光変調素子と、前記第3の色光を変調する第3の光変調素子と、前記色分離部と前記第1の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む光伝達部と、前記第1の光変調素子、前記第2の光変調素子、および前記第3の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、を備え、前記色分離部によって分離された前記第1の色光の配光分布は、前記色分離部によって分離された前記第2の色光および前記第3の色光の配光分布よりも狭いことを特徴とする。
プロジェクターにおいては、上述したように、物理的に異なる各色光の光路長を光学的に等価にするために、物理的な光路長が最も長い色光の光路にリレーレンズ、フィールドレンズ等の複数の光学素子を含む光伝達部を介在させることがある。ここで、本発明者は、投射画面上での色ムラが大きくなる問題が以下の原因に起因することを見出した。例えば赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の3色の色光を用いる場合、物理的な光路長が等価な2つの色光の光学像に対して、複数の光学素子を含む光伝達部を光路中に介在させた1つの色光の光学像が、他の光学像との結像回数の違いから反転することになる。すると、例えば経時変化等により光源の発光点の位置ずれが生じた場合、光路中に光伝達部を介在させた1つの色光と他の2つの色光とで光学像がずれる方向が逆になる結果、投射画像内の色ムラが大きくなるという問題を引き起こしていた。すなわち、1つの光源から射出された光を分離した2つの色光を光伝達部が介在している光路と光伝達部が介在していない光路とに振り分けた場合に、投射画像内の色ムラが大きくなる問題が生じていた。
これに対して、本発明の第1のプロジェクターにおいては、第1の光源から射出される第1の色光の光路上に複数の光学素子を含む光伝達部を介在させる一方、第2の光源から射出される光を分離して生成される第2の色光および第3の色光の光路上には光伝達部を介在させない構成とした。これにより、仮に第1の光源もしくは第2の光源で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本発明のプロジェクターによれば、第1の光源、第2の光源を含む照明系を採用した場合であっても、投射画像上での色ムラを極力低減することができる。なお、上記の問題点と本発明の作用、効果については、文章のみでは説明し難いため、[発明を実施するための形態]の項で図面を用いて詳しく説明する。また、前記色分離部によって分離された前記第1の色光の配光分布は、前記色分離部によって分離された前記第2の色光および前記第3の色光の配光分布よりも狭いので、全体的な光損失が減少し、光の利用効率を高めることができる。
本発明のプロジェクターにおいては、前記第1の光源から射出される光の配光分布が、前記第2の光源から射出される光の配光分布よりも狭い構成とすることが望ましい。
一般に光伝達部を装入した光路では、他の光路に比べて光路長が長く、透過する光学部品(レンズ)の数が多いため、光のけられ(光学部品の光の飲み込みの制限により光の一部が遮断されること)が大きくなり、光伝達部を用いない場合に比べて光損失が大きくなる。その点、上記の構成では、第1の光源から射出される光の配光分布が第2の光源から射出される光の配光分布よりも狭く、配光分布が狭い第1の光源からの光を光伝達部が介在した光路に振り分けている。そのため、全体的な光損失が減少し、光の利用効率を高めることができる。
本発明の第2のプロジェクターは、第1の色光を含む光を射出する第1の光源と、第2の色光および第3の色光を含む光を射出する第2の光源と、前記第1の光源から射出された光と前記第2の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第1の色光、前記第2の色光、前記第3の色光のそれぞれに分離する色分離部と、前記第1の色光を変調する第1の光変調素子と、前記第2の色光を変調する第2の光変調素子と、前記第3の色光を変調する第3の光変調素子と、前記色分離部と前記第2の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第1の光伝達部と、前記色分離部と前記第3の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第2の光伝達部と、前記第1の光変調素子、前記第2の光変調素子、および前記第3の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の第2のプロジェクターは、本発明の第1のプロジェクターと異なり、3つの色光の光路のうち、2つの光路に光伝達部を介在させる構成に本発明を適用したものである。したがって、本発明の第2のプロジェクターでは、本発明の第1のプロジェクターとは逆に、第2の光源から射出される光を分離して生成される第2の色光および第3の色光の光路上に複数の光学素子を含む光伝達部を介在させる一方、第1の光源から射出される第1の色光の光路上には光伝達部を介在させない構成とした。これにより、仮に第1の光源もしくは第2の光源で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本発明のプロジェクターによれば、第1の光源、第2の光源を含む照明系を採用した場合であっても、投射画像上での色ムラを極力低減することができる。
本発明のプロジェクターにおいて、前記第1の光源がレーザー光源であり、前記第2の光源が前記レーザー光源から射出された光を励起光として光を発する蛍光体であることが望ましい。
この構成によれば、第1の光源としてレーザー光源を用いているため、瞬時点灯が可能である等、光源の応答性に優れ、色純度の高い投射画像が得られるプロジェクターを実現できる。また、蛍光体の励起光を射出する光源を別途用意する必要がなく、照明系の構成を簡略化できる。
本発明のプロジェクターにおいて、前記第1の光源から射出される前記第1の色光を含む光が青色光であり、前記第2の光源から射出される前記第2の色光および前記第3の色光を含む光が黄色光であり、前記蛍光体が前記第1の光源から射出される前記青色光の一部を透過することが望ましい。
この構成によれば、青色レーザー光源を用いることにより白色光が高効率で得られ、効率の良いプロジェクターが実現できる。
本発明のプロジェクターにおいて、前記蛍光体が、回転可能とされた板体の一面に形成された蛍光体層からなることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体層が一面に形成された板体を回転させつつ蛍光体層にレーザー光を照射することで蛍光体層の過熱が抑制されるため、蛍光体層の劣化および発光効率の低下を防止することができる。そのため、信頼性に優れたプロジェクターを実現できる。
本発明の第1実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 リレー光学系の作用を説明するための図である。 リレー光学系を除く光学系の作用を説明するための図である。 本プロジェクターの作用、効果を説明するための図である。 本発明の第2実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 本発明の第3実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 本発明の第4実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤色(R)光、緑色(G)光、青色(B)光の3色の色光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブを備えたプロジェクター、いわゆる3板式の液晶プロジェクターである。また、本実施形態では、3色の色光のうち、赤色光の光路中にリレー光学系を装入した構成を例示する。
図1は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図2は、リレー光学系の作用を説明するための図である。図3は、リレー光学系を除く光学系の作用を説明するための図である。図4は、本プロジェクターの作用、効果を説明するための図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態のプロジェクター1は、図1に示すように、照明部2、色分離部3、液晶ライトバルブ4R,4G,4B(光変調素子)、リレー光学系5(光伝達部)、クロスダイクロイックプリズム6(色合成部)、投射レンズ7(投射部)等から概略構成されている。なお、図1では図面を簡略化するため、投射レンズ7を1つのレンズのみで表しているが、実際には投射レンズ7は複数のレンズで構成されている。
本実施形態の照明部2は、第1の光源9、第2の光源10、ダイクロイックミラー11、第1レンズアレイ12、第2レンズアレイ13からなる一対のレンズアレイ14、偏光変換素子15、重畳レンズ16を備えている。第1の光源9は、赤色光を射出する赤色固体光源である。赤色固体光源としては、赤色発光ダイオード(Light Emitting Diode, 以下、LEDと略記する)を用いても良いし、赤色レーザー光源を用いても良い。第2の光源10は、白色(W)光を射出する高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプ17である。白色ランプ17は、発光管18と、発光管18からの光を反射させて前方に射出するリフレクター19と、から構成されている。したがって、第2の光源10である白色ランプ17からは、赤色光、緑色光、青色光を含む白色光が射出される。一般的な高圧水銀ランプは赤色光が不足しがちであるが、赤色固体光源からの赤色光で補うことにより、色味を改善することができる。
第1の光源9から射出される赤色光と第2の光源10から射出される白色光との光路上に、これら赤色光と白色光とを合成するためのダイクロイックミラー11が設置されている。ダイクロイックミラー11は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、ダイクロイックミラー11は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を選択的に透過させる。具体的に、本実施形態のダイクロイックミラー11は、赤色光を反射させる一方、緑色光および青色光を透過させる特性を有している。
したがって、第1の光源9から射出された赤色光はダイクロイックミラー11で反射してその進行方向を変え、次段の色分離部3に向かう。また、第2の光源10から射出された白色光のうち、緑色光および青色光はダイクロイックミラー11を透過して次段の色分離部3に向かう。このようにして、第1の光源9から射出された赤色光と第2の光源10から射出された緑色光および青色光とは、ダイクロイックミラー11によって合成され、白色光となる。この構成においては、白色ランプ17からの白色光のスペクトル中に含まれる赤色光成分ではなく、赤色固体光源に由来する赤色光を表示に利用することになるため、赤色固体光源を適切に選択することにより例えば色純度の高い赤を表現することができる。
一対のレンズアレイ14と重畳レンズ16とは、各光源9,10から射出された光の強度分布を均一化するものである。ダイクロイックミラー11で合成された白色光が一対のレンズアレイ14によって複数の光束に分割され、これら複数の光束が重畳レンズ16によって被照明領域である液晶ライトバルブ4R,4G,4B上で重畳されることにより、液晶ライトバルブ4R,4G,4B上での光の照度分布が均一化される。また、偏光変換素子15は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッターアレイ(PBSアレイ)と1/2波長板アレイとを有している。一対のレンズアレイ14からPBSアレイに入射した光のうち、第1の偏光方向の直線偏光がPBSアレイ内の偏光分離膜(PBS膜)を透過するとともに、第2の偏光方向の直線偏光がPBSアレイ内のPBS膜で反射する。反射した偏光は、1/2波長板アレイによって偏光方向が第1の偏光方向に変化して射出される。このように、偏光変換素子15は、光源光の光量を損なうことなく光源光の偏光方向を一方向に揃える機能を有している。
重畳レンズ16を透過した光は、ミラー21で反射された後、色分離部3に入射する。色分離部3は、2枚のダイクロイックミラー22,23を備えている。これらダイクロイックミラー22,23は、照明部2のダイクロイックミラー11と同様、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものであり、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を選択的に透過させる。具体的に、ダイクロイックミラー22は、青色光LBを透過させる一方、赤色光LRおよび緑色光LGを反射させる。ダイクロイックミラー23は、ダイクロイックミラー22で反射した赤色光LRおよび緑色光LGのうち、赤色光LRを透過させる一方、緑色光LGを反射させる。
ダイクロイックミラー22を透過した青色光LBは、ミラー24で反射した後、フィールドレンズ25を経て青色光用の液晶ライトバルブ4Bに入射する。ダイクロイックミラー23で反射した緑色光LGは、フィールドレンズ25を経て緑色光用の液晶ライトバルブ4Gに入射する。
ダイクロイックミラー23を透過した赤色光LRは、リレー光学系5を経て赤色光用の液晶ライトバルブ4Rに入射する。リレー光学系5は、ダイクロイックミラー23側から順に配置された第1リレーレンズ26、ミラー27、第2リレーレンズ28、ミラー29、第3リレーレンズ30から構成されている。第3リレーレンズ30は、赤色光用の液晶ライトバルブ4Rの前段のフィールドレンズとしても機能する。本実施形態の場合、赤色光LRの光路長が他の色光LG,LBの光路長に比べて長く、光路が長いことによる光損失を防ぐため、赤色光LRの光路長上にこのようなリレー光学系5を設けている。リレー光学系5は、第1リレーレンズ26近傍の照明範囲と第3リレーレンズ30近傍の照明範囲とを略等しくする効果がある。そのため、リレー光学系5を用いなかった場合と比べて、照明範囲の拡大による損失や、結像のずれによる照明の不均一性(ムラ)を低減することができる。照明の不均一性(ムラ)は、初期的な色ムラの原因となるため望ましくない。
液晶ライトバルブ4R,4G,4Bの各々は、透過型液晶セルとその入射側、射出側にそれぞれ設けられた偏光板(ともに図示略)とから構成されている。透過型液晶セルは、例えばアクティブマトリクス型液晶セルであり、一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ4R,4G,4Bは、画像信号を供給する任意の信号源に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、透過型液晶セルの電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の配向方向が制御される。これにより、入射された光の変調が可能になっている。各液晶ライトバルブ4R,4G,4Bで変調された赤色光LR、緑色光LG、青色光LBは、クロスダイクロイックプリズム6に入射する。
クロスダイクロイックプリズム6は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光LRが反射して緑色光LGおよび青色光LBが透過する選択反射面(ダイクロイック面)と、青色光LBが反射して赤色光LRおよび緑色光LGが透過する選択反射面(ダイクロイック面)とが互いに直交して形成されている。赤色光LRおよび青色光LBはこれらの選択反射面で選択的に反射し、緑色光LGはこれらの選択反射面を選択的に透過し、3つの色光は同じ側に射出される。これにより、3つの色光が重ね合わされて合成光Lとなる。クロスダイクロイックプリズム6を射出した合成光Lは、複数のレンズ群からなる投射レンズ7によりスクリーン31(被投射面)上に拡大投射される。
図2は、リレー光学系5の構成要素のうち、ミラー27,29を省略し、第1リレーレンズ26、第2リレーレンズ28、第3リレーレンズ30のみを取り出して直線的に展開し、光Lが集光する様子を示す図面である。この図に示すように、第1リレーレンズ26に入射された光学像が第2リレーレンズ28において中間像として結像し、この中間像が第2リレーレンズ28によって拡大されて第3リレーレンズ30に伝達される。この過程において、第1リレーレンズ26に入射された光学像Y1は、第3リレーレンズ30の位置において上下左右が反転した光学像Y2となる。
図3は、リレー光学系5が介在していない色光(代表として緑色光LGで示す)の光路において、ミラー以外の光学素子を取り出して直線的に展開し、光LGが集光する様子を示す図面である。以下、図3を用いて、リレー光学系5が介在していない光路において光学像がどのようにして反転するかを説明する。ただし、ミラーやクロスダイクロイックプリズム等で光の反射が生じ、光路が曲げられたときの左右のみの反転については一旦考えないこととし、上下左右反転について考える。
第1レンズアレイ12から射出された光LGは、第2レンズアレイ13、偏光変換素子15、重畳レンズ16、フィールドレンズ25を介して液晶ライトバルブ4Gの面上に上下左右が反転した像として結像する。さらに、光LGは、ダイクロイックプリズム6、投射レンズ7を介してスクリーン31上に再び上下左右が反転した像として結像する。したがって、スクリーン31には、第1レンズアレイ12の面に形成される照明像が上下左右反転することなく、そのまま結像する。
これに対して、図2を用いて説明したように、第2レンズアレイ13とフィールドレンズ25との間にリレー光学系5が装入された色光の光路では、リレー光学系5によって上下左右反転が1回生じる。なお、ミラーやクロスダイクロイックプリズムによって左右反転が生じるが、リレー光学系5の有無に係わらず、光の反射(光路の折り曲げ)の回数自体は光路によって異なっても、反射の回数が偶数回であるか、奇数回であるかは全ての光路で一致する。本実施形態の場合、図1に示すように、第2レンズアレイ13とフィールドレンズ25との間での各色光の反射の回数は、青色光が3回、緑色光が3回、赤色光が5回となり、全て奇数回である。すなわち、左右反転についてのみ考えると、リレー光学系5が介在する光路とリレー光学系5が介在しない光路とで光学像の左右反転の結果は一致する。したがって、全体としては、リレー光学系5が介在する光路では、リレー光学系5が介在しない光路に比べて光学像の上下左右反転が1回多くなる。
例えば経時変化によって第2の光源10の位置ずれや発光点(アーク)の移動が生じた場合を考える。なお、第1の光源9は位置ずれや発光点の移動がないとする。本実施形態の場合、赤色光LRは赤色固体光源からなる第1の光源9に由来し、緑色光LGおよび青色光LBは白色ランプからなる第2の光源10に由来しているため、上記の経時変化によって緑色光LGおよび青色光LBの光学像がスクリーン31上の本来の位置からずれることになる。
ここで、本実施形態の構成と異なり、仮に緑色光の光路、青色光の光路のいずれか一方にリレー光学系5を装入していたとすると、図4(A)に示すように、赤色光の光学像YR(実線で示す)がスクリーン31上の本来の位置にあるのに対し、緑色光の光学像YG(1点鎖線で示す)と青色光の光学像YB(1点鎖線で示す)とが上下左右反転の関係にあるため、緑色光の光学像YGと青色光の光学像YBのずれ方向が逆になり、光学像全体のずれ量Z1は光源の位置ずれ等に起因する本来のずれ量の2倍となってしまう。これに対して、本実施形態の構成のように、赤色光の光路にリレー光学系5を装入した場合、緑色光の光学像YGと青色光の光学像YBとが反転していないため、図4(B)に示すように、緑色光の光学像YG(1点鎖線で示す)と青色光の光学像YB(1点鎖線で示す)とのずれ方向が一致し、光学像全体のずれ量Z2は光源の位置ずれ等に起因する本来のずれ量のみとなる。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター1によれば、第1の光源9、第2の光源10を含む照明部2とリレー光学系5を採用した構成であっても、経時変化による光源の位置ずれや発光点(アーク)の移動等に起因する投射画像の色ムラを極力低減することができる。上記の説明では第2の光源10に位置ずれ等が生じることを想定したが、仮に赤色光を発する第1の光源9で位置ずれや発光点の移動が生じた場合には、リレー光学系5をいずれの光路に装入しても色ムラに対する影響は特に変わらない。しかしながら、固体光源を用いた第1の光源9と超高圧水銀ランプ等を用いた第2の光源10とを比べると、第2の光源10の方が光源の位置ずれや発光点の移動などを生じやすく、その観点から本実施形態の構成は非常に有効である。
また、複数の光源を用いたプロジェクターの場合、複数の光源を互いに離れた位置に配置する構成が考えられるが、本実施形態のように、複数の光源を1箇所に集中して配置することによって、光源の冷却機構、一対のレンズアレイからなる照明積算光学系、偏光変換光学系等を共通化することができる。
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について、図5を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と略同様であるが、照明部の構成と青色光の光路中にリレー光学系を装入した点とが第1実施形態と異なっている。
図5は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図5において、第1実施形態で用いた図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態のプロジェクター41は、図5に示すように、照明部42、色分離部43、液晶ライトバルブ4R,4G,4B(光変調素子)、リレー光学系5(光伝達部)、クロスダイクロイックプリズム6(色合成部)、投射レンズ7(投射部)等から概略構成されている。
本実施形態の照明部42は、第1の光源44、第2の光源45、ダイクロイックミラー46を備えている。第1の光源44は、青色光を射出する青色レーザー光源である。第2の光源45は、紫外光を射出する紫外レーザー光源47と、蛍光体層48が形成された回転蛍光板49と、を備えている。回転蛍光板49は、モーター等の駆動源50により回転可能とされた板体51と、板体51の一面に形成された蛍光体層48と、から構成されている。蛍光体層48は、紫外光を励起光として黄色光を発光するものである。したがって、紫外レーザー光源47から射出された紫外光が回転蛍光板49の蛍光体層48に照射されると、紫外光が励起光となって蛍光体層48から黄色光(赤色光と緑色光とを含む光)が射出される。
第1の光源44から射出される青色光と第2の光源45から射出される黄色光との光路上に、青色光を反射させ、黄色光を透過させることでこれら青色光と黄色光とを合成するためのダイクロイックミラー46が設置されている。これにより、第1の光源44から射出された青色光と第2の光源45から射出された黄色光とが、ダイクロイックミラー46によって合成され、白色光となる。本実施形態の照明部42は、第1の光源44、第2の光源45がともにレーザー光源であるため、瞬時点灯が可能である等、光源の応答性に優れ、色純度の高い色光が得られる。また、緑色光や赤色光については、要求波長に合致した高効率のレーザー光源が得られていないのが現状である。したがって、本実施形態の構成を採用することで、一部蛍光発光の過程を経ているが、レーザー光源を用いて青色光、緑色光、赤色光の3色の色光を得ることができる。
色分離部43の構成は、2枚のダイクロイックミラー52,53を用いている点は第1実施形態と同様であるが、各ダイクロイックミラー52,53の分光特性が第1実施形態と異なっている。ダイクロイックミラー52は、赤色光LRを透過させる一方、緑色光LGおよび青色光LBを反射させる。ダイクロイックミラー53は、ダイクロイックミラー52で反射した緑色光LGおよび青色光LBのうち、青色光LBを透過させる一方、緑色光LGを反射させる。本実施形態の場合、赤色光LRの光路と緑色光LGの光路とで物理的な光路長が等しくなり、これらに対して青色光LBの光路の物理的な光路長が長くなる。したがって、青色光LBの光路にリレー光学系5が装入されている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
本実施形態の場合、青色光LBは青色レーザー光源からなる第1の光源44に由来し、緑色光LGおよび赤色光LRは紫外レーザー光源47と回転蛍光板49とからなる第2の光源45に由来している。そして、青色光LBの光路にリレー光学系5を装入しているため、緑色光LGの光学像と赤色光LRの光学像とは反転していない関係にある。そのため、仮に第2の光源45の位置ずれや発光点の移動等が起こったとしても、緑色光の光学像と赤色光の光学像のずれ方向が一致し、光学像全体のずれ量が本来のずれ量以上に拡大することがない。このように、本実施形態のプロジェクター41においても、経時変化による光源の位置ずれ等に起因する投射画像の色ムラを低減できる、といった第1実施形態と同様の効果が得られる。
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について、図6を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と略同様であるが、照明部の構成が第1実施形態と異なっている。また、青色光の光路中にリレー光学系を装入した点は第2実施形態と同様である。
図6は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図6において、第1実施形態で用いた図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態のプロジェクター61は、図6に示すように、照明部62、色分離部43、液晶ライトバルブ4R,4G,4B(光変調素子)、リレー光学系5(光伝達部)、クロスダイクロイックプリズム6(色合成部)、投射レンズ7(投射部)等から概略構成されている。
本実施形態の照明部62は、第1の光源63と第2の光源64とを備えている。本実施形態では、第2実施形態で用いたダイクロイックミラー46が不要であり、照明部62の構成がより簡略化されている。第1の光源63は、青色光を射出する青色レーザー光源である。第2の光源64は、蛍光体層65が形成された回転蛍光板66である。回転蛍光板66は、モーター等の駆動源50により回転可能とされた板体51と、板体51の一面に形成された蛍光体層65と、から構成されている。回転蛍光板66の概略構成は第2実施形態と同様であるが、蛍光体層65の特性が第2実施形態と異なっている。
第2実施形態の蛍光体層48は、紫外光を励起光として黄色光を発光するものであったのに対し、本実施形態の蛍光体層65は、青色光を励起光として黄色光を発光するものである。したがって、第2実施形態では、励起光としてのみ機能する紫外光を射出する紫外レーザー光源47が別途必要であったのに対し、本実施形態では、表示に寄与しない励起光を射出するレーザー光源が不要である。すなわち、本実施形態では、第1の光源63である青色レーザー光源から射出される青色光の一部を蛍光体層65の励起光として利用し、残りを投射表示に利用する。そのため、回転蛍光板66は、全体として青色光を透過する機能を有している。したがって、第1の光源63から射出された青色光が回転蛍光板66の蛍光体層65に照射されると、青色光の一部が励起光となって蛍光体層65から黄色光(赤色光と緑色光とを含む光)が発光し、残りの青色光と発光した黄色光とが合成された白色光が回転蛍光板66から射出される。例えば、蛍光体層65の厚みや、蛍光体層65の内部の蛍光体の濃度を変更することで、青色光と黄色光の比率を調整することができる。その他の構成は第2実施形態と同様である。
本実施形態のプロジェクター61においても、経時変化による光源の位置ずれ等に起因する投射画像の色ムラを低減できる、といった第1、第2実施形態と同様の効果が得られる。
第2実施形態、第3実施形態では、ともに第2の光源45,64として回転蛍光板49,66を用いている。したがって、経時変化により回転蛍光板49,66の回転軸が光軸に対して傾いたり、回転がぶれたりすることが考えられる。ここで、回転蛍光板49,66は平板であるため、回転蛍光板49,66が傾いた場合でもレーザー光源である第1の光源44,63から射出される青色光の角度は、回転蛍光板49,66の前後で保存される。一方、第2の光源45,64から射出される黄色光は、回転蛍光板49,66の内部にある蛍光体が発光点であるため、回転蛍光板49,66の面からランバーシアンな輝度分布を有して発光する。よって、回転蛍光板49,66が傾くと、第2の光源45,64から射出される黄色光の角度も傾き、後段の素子への入射位置がずれることになる。そのため、上述したような回転蛍光板49,66の傾きや回転ぶれが生じたとしても、第1の光源44,63から射出される光は光軸の僅かな平行移動を生じるだけであるのに対し、第2の光源45,64から射出される光は後段の光学系に対して発光点の大きな位置ずれとして影響を及ぼす。その観点から、本実施形態の構成は非常に有効である。
一般にリレー光学系を装入した光路では、他の光路に比べて光路長が長く、透過するレンズの数が多いため、光のけられが大きくなり、リレー光学系を装入しない光路に比べて光損失が大きくなる。光のけられを抑えるには、レンズの飲み込み量を確保する必要があるので、配光分布の狭い光をリレー光学系が装入された光路に割り振ることが望まれる。ここで、レーザー光源は指向性が高く、シャープな輝度分布を有しているのに対して、高圧水銀ランプ等のランプや、蛍光体は指向性が殆どなく、広い輝度分布を有している。第1〜第3実施形態の構成では、ともにレーザー光源である第1の光源9,44,63からの光をリレー光学系5が装入された光路に振り分けている。そのため、全体的な光損失が減少し、光の利用効率を高めることができる。
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について、図7を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第1実施形態と略同様であるが、3つの色光の光路のうち、2つの光路にリレー光学系を装入した点が第1〜第3実施形態と異なる。
図7は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図7において、第1実施形態で用いた図1と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態のプロジェクター71は、図7に示すように、照明部62、クロスダイクロイックミラー72からなる色分離部、液晶ライトバルブ4R,4G,4B(光変調素子)、リレー光学系5(光伝達部)、クロスダイクロイックプリズム73(色合成部)、投射レンズ7(投射部)等から概略構成されている。照明部62は、青色レーザー光源からなる第1の光源63と回転蛍光板66からなる第2の光源64とを有しており、その構成は第3実施形態と同様である。
本実施形態の場合、色分離部は、2枚のダイクロイックミラー74,75からなるクロスダイクロイックミラー72で構成されている。ダイクロイックミラー74は、青色光LBを透過させる一方、緑色光LGおよび赤色光LRを反射させる特性を有している。ダイクロイックミラー75は、青色光LBを透過させ、緑色光LGを反射させ、赤色光LRを透過させる特性を有している。これらのダイクロイックミラー74,75を組み合わせたクロスダイクロイックミラー72によれば、青色光LBを透過させ、緑色光LGおよび赤色光LRを互いに逆方向に反射させる構成を実現できる。これにより、緑色光LGおよび赤色光LRの物理的な光路長は、青色光LBの物理的な光路長に対して長くなる。そのため、緑色光LGの光路中と赤色光LRの光路中とにリレー光学系5がそれぞれ装入されている。リレー光学系5の中身の構成は第1〜第3実施形態と同様である。
また、クロスダイクロイックプリズム73(色合成部)は、2つのダイクロイック面が互いに直交するように形成されているが、これらダイクロイック面の分光特性はクロスダイクロイックミラー72の2枚のダイクロイックミラー74,75の分光特性と同様である。
本実施形態のプロジェクター71では、第3実施形態のプロジェクター61とは逆に、第2の光源64から射出される光を分離して生成される緑色光LGおよび赤色光LRの光路上にリレー光学系5を装入させる一方、第1の光源63から射出される青色光LBの光路上にはリレー光学系5を装入しない構成とした。よって、第2の光源64から生成される緑色光LGの光学像と赤色光LRの光学像とは反転の関係にない。これにより、仮に第2の光源64で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、緑色光LGおよび赤色光LRの光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本実施形態のプロジェクター71においても、経時変化等に伴う投射画像の色ムラを極力低減することができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記の第1実施形態では、赤色光は赤色固体光源からなる第1の光源に由来し、緑色光および青色光は白色ランプからなる第2の光源に由来するというように、あたかも各色光の全量がいずれか一方の光源に由来しているかのように記載した。しかしながら、例えば大部分の赤色光は第1の光源から射出されつつも僅かな赤色光が第2の光源から射出された光の中に含まれ、大部分の緑色光および青色光は第2の光源から射出されつつも僅かな緑色光および青色光が第1の光源から射出された光の中に含まれていても良い。この場合、各色光の全量がいずれか一方の光源に由来している場合に比べれば色ムラが若干増加する虞はあるが、本発明を適用しない場合に比べれば十分に効果を得ることができる。また、プロジェクターの各光学要素の具体的な構成、配置、形状、数等については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。光源から射出される色光の組み合わせについても、適宜変更が可能である。
1,41,61,71…プロジェクター、3,43…色分離部、4R,4G,4B…液晶ライトバルブ(第1〜第3の光変調素子)、5…リレー光学系(光伝達部)、6,73…クロスダイクロイックプリズム(色合成部)、7…投射レンズ(投射部)、9,44,63…第1の光源、10,45,64…第2の光源、48,65…蛍光体層、49,66…回転蛍光板、72…クロスダイクロイックミラー(色分離部)。

Claims (4)

  1. レーザー光源からなり、第1の色光を含む光を射出する第1の光源と、
    前記第1の光源から射出された光によって励起され、第2の色光および第3の色光を含む光を射出する蛍光体層を備える第2の光源と、
    前記第1の光源から射出された光と前記第2の光源から射出された光とが入射し、入射した光を前記第1の色光、前記第2の色光、前記第3の色光のそれぞれに分離する色分離部と、
    前記第1の色光を変調する第1の光変調素子と、
    前記第2の色光を変調する第2の光変調素子と、
    前記第3の色光を変調する第3の光変調素子と、
    前記色分離部と前記第1の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む光伝達部と、
    前記第1の光変調素子、前記第2の光変調素子、および前記第3の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、
    前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、
    を備え、
    前記色分離部によって分離された前記第1の色光の配光分布は、前記色分離部によって分離された前記第2の色光および前記第3の色光の配光分布よりも狭いことを特徴とするプロジェクター。
  2. 前記第1の光源から射出される光の配光分布が、前記第2の光源から射出される光の配光分布よりも狭いことを特徴とする請求項1に記載のプロジェクター。
  3. 前記第1の光源から射出される前記第1の色光を含む光が青色光であり、前記第2の光源から射出される前記第2の色光および前記第3の色光を含む光が黄色光であり、
    前記蛍光体層が前記第1の光源から射出される前記青色光の一部を透過することを特徴とする請求項1または2に記載のプロジェクター。
  4. 前記蛍光体層は、回転可能とされた板体の一面に設けられていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のプロジェクター。
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