JP6007756B2 - 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。
コントラスト改善のために照明光学系に絞りを有する構成が知られている。例えば、特許文献1のプロジェクターでは、ライトバルブの入射側に絞りを設置し、コントラストを低下させる要因となる斜め入射光を遮光している。フルカラー画像を表示する場合には、RGBの3つのライトバルブに対してそれぞれ絞りを設置すればよい。
3板式のプロジェクターでは、白色光源から射出された光をRGBの3つの色光に分離し、それぞれの色光をRGBの3つのライトバルブに導く。ライトバルブの入射側に絞りを設置する場合には、それぞれの絞りの量を等しくし、ホワイトバランスが崩れないようにすることが好ましい。
特開2004−361856号公報
一方、近年では、固体光源と蛍光体とを組み合わせたプロジェクターが開発されている。この種のプロジェクターとしては、固体光源と蛍光体とを組み合わせた第1光源部と、固体光源と拡散部材とを組み合わせた第2光源部とを併用したプロジェクターが知られている。例えば、第1光源部によってRとGの光を作成し、第2光源部によってBの光を作成する。そして、これらの光を分離してそれぞれRGBの3つにライトバルブに導く。
この種のプロジェクターにおいても、絞りを利用してコントラストを改善することが可能である。しかしながら、通常の3板式のプロジェクターのようにRGBの絞りを等しくしてしまうと、表示が青っぽくなり、ホワイトバランスが大きく崩れてしまうことが本発明者の検討によって明らかになっている。
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、投射画像のホワイトバランスを維持することが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
(1)すなわち、本発明の一態様におけるプロジェクターは、固体光源と、前記固体光源から射出された光を拡散させて拡散光として射出する拡散部材と、励起光源と、前記励起光源から射出された光によって励起され、蛍光を放射する蛍光体と、前記拡散部材から射出された前記拡散光と前記蛍光体から放射された前記蛍光とを画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射画像として投射する投射光学系と、前記拡散部材と前記光変調装置との間の光路上に配置され、前記拡散光の光軸を中心とする開口部を有する第1遮光部材と、前記蛍光体と前記光変調装置との間の光路上に配置され、前記蛍光の光軸を中心とする開口部を有する第2遮光部材と、を含み、前記拡散光の光軸の方向から見たときの前記第1遮光部材の前記開口部の面積を第1開口面積A1、前記拡散光の光軸の方向から見たときの前記第1遮光部材が前記拡散光を遮光する部分の面積を第1遮光面積A2、前記蛍光の光軸の方向から見たときの前記第2遮光部材の前記開口部の面積を第2開口面積B1、前記蛍光の光軸の方向から見たときの前記第2遮光部材が前記蛍光を遮光する部分の面積を第2遮光面積B2としたとき、前記第1開口面積A1に対する前記第1遮光面積A2の比A2/A1が、前記第2開口面積B1に対する前記第2遮光面積B2の比B2/B1よりも大きい。
2つの光源部を併用したプロジェクターにおいて上述のような課題が生じた原因としては、次のことが考えられる。すなわち、固体光源と拡散部材を用いた光源部では、拡散部材によって光を拡散させてはいるものの、固体光源が持つ強い指向性を完全に打ち消すことができずに、ある程度指向性の高い状態で光が射出されることになる。一方、固体光源と蛍光体を用いた光源部では、蛍光体から全方向に向けて等方的に光が放射されるため、殆ど指向性のない状態で光が射出される。そのため、これらの光を同じ絞りを用いて遮光しようとすると、指向性の高い光のほうが絞りを通過する光の光量が多くなるため、明るい表示となる。
そこで、本発明のプロジェクターでは、指向性の高い光(拡散部材から射出された拡散光)については絞りを大きくし、指向性の低い光(蛍光体から放射された蛍光)については絞りを小さくすることによって、絞りを通過する光の光量のバランスをとるようにしている。この構成によれば、拡散光における光強度分布のうち裾の部分(光強度が低い部分)を蛍光における光強度分布のうち裾の部分(光強度が低い部分)よりも大きく遮光することができる。そのため、第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1または第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1を所定の値に設定することにより、光変調装置に入射する拡散光の光量と蛍光の光量とを等しくすることができる。従って、投射画像のホワイトバランスを維持することができる。
(2)上記(1)に記載のプロジェクターでは、前記第1遮光部材は、前記固体光源から射出される光の光強度分布に対応して、前記比A2/A1が調整可能に構成されていてもよい。
この構成によれば、拡散光における光強度分布の裾の部分(光強度が低い部分)が広かったり狭かったりする場合であっても、光変調装置に入射する拡散光の光量を所定の値に調整することができる。従って、光変調装置に入射する拡散光の光量と蛍光の光量とを等しくすることが容易となる。
(3)上記(1)または(2)に記載のプロジェクターでは、前記第2遮光部材は、前記励起光源から射出される光の光強度分布に対応して、前記比B2/B1が調整可能に構成されていてもよい。
この構成によれば、蛍光における光強度分布の裾の部分(光強度が低い部分)が広かったり狭かったりする場合であっても、光変調装置に入射する蛍光の光量を所定の値に調整することができる。従って、光変調装置に入射する拡散光の光量と蛍光の光量とを等しくすることが容易となる。
(4)上記(1)から(3)までのいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記第1遮光部材は、前記投射光学系によって投射される前記投射画像の輝度またはコントラストに対応して、前記比A2/A1が調整可能に構成されていてもよい。
この構成によれば、投射画像の輝度またはコントラストを高めたい場合等の目的に応じて、光変調装置に入射する拡散光の光量を適宜調整することができる。従って、投射画像の高輝度化または高コントラスト化を図ることが容易となる。
(5)上記(1)から(4)までのいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記第2遮光部材は、前記投射光学系によって投射される前記投射画像の輝度またはコントラストに対応して、前記比B2/B1が調整可能に構成されていてもよい。
この構成によれば、投射画像の輝度またはコントラストを高めたい場合等の目的に応じて、光変調装置に入射する蛍光の光量を適宜調整することができる。従って、投射画像の高輝度化または高コントラスト化を図ることが容易となる。
(6)上記(1)から(5)までのいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記拡散部材と前記光変調装置との間の光路上には、前記拡散部材から射出された前記拡散光を平行化する第1コリメート光学系と、前記第1コリメート光学系から射出された光の輝度分布を均一化する一対の第1レンズアレイと、前記一対の第1レンズアレイから射出された光の偏光状態を揃える第1偏光変換素子と、が配置されており、前記第1遮光部材は、前記一対の第1レンズアレイの間の光路上または前記一対の第1レンズアレイと前記第1偏光変換素子との間の光路上に配置されていてもよい。
拡散光の光強度分布は、拡散部材と光変調装置との間の光路上の位置によって異なる。
仮に、第1遮光部材が第1偏光変換素子と光変調装置との間の光路上に配置される構成であると、拡散光の光強度分布が初期の分布と大きく異なる場合がある。この場合、拡散光を効果的に遮光することが困難となる。
これに対し、第1遮光部材が一対の第1レンズアレイの間の光路上または一対の第1レンズアレイと第1偏光変換素子との間の光路上に配置される構成によれば、第1遮光部材が第1偏光変換素子と光変調装置との間の光路上に配置される構成に比べて、第1遮光部材の配置位置が拡散部材に近い。そのため、拡散光の光強度分布が初期の分布と異なることが抑制される。
従って、この構成によれば、拡散光を効果的に遮光しやすくなる。
(7)上記(1)から(6)までのいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記蛍光体と前記光変調装置との間の光路上には、前記蛍光体から放射された前記蛍光を平行化する第2コリメート光学系と、前記第2コリメート光学系から射出された光の輝度分布を均一化する一対の第2レンズアレイと、前記一対の第2レンズアレイから射出された光の偏光状態を揃える第2偏光変換素子と、が配置されており、前記第2遮光部材は、前記一対の第2レンズアレイの間の光路上または前記一対の第2レンズアレイと前記第2偏光変換素子との間の光路上に配置されていてもよい。
蛍光の光強度分布は、蛍光体と光変調装置との間の光路上の位置によって異なる。
仮に、第2遮光部材が第2偏光変換素子と光変調装置との間の光路上に配置される構成であると、蛍光の光強度分布が初期の分布と大きく異なる場合がある。この場合、蛍光を効果的に遮光することが困難となる。
これに対し、第2遮光部材が一対の第2レンズアレイの間の光路上または一対の第2レンズアレイと第2偏光変換素子との間の光路上に配置される構成によれば、第2遮光部材が第2偏光変換素子と光変調装置との間の光路上に配置される構成に比べて、第2遮光部材の配置位置が蛍光体に近い。そのため、蛍光の光強度分布が初期の分布と異なることが抑制される。
従って、この構成によれば、蛍光を効果的に遮光しやすくなる。
本発明の一実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 拡散光の光強度分布を示す図である。 蛍光の光強度分布を示す図である。 比較例に係る遮光部材の平面図である。 比較例に係る拡散光の遮光状態を説明するための図である。 比較例に係る蛍光の遮光状態を説明するための図である。 本実施形態に係る第1遮光部材の平面図である。 本実施形態に係る第2遮光部材の平面図である。 第1開口面積及び第1遮光面積を説明するための図である。 第2開口面積及び第2遮光面積を説明するための図である。 拡散光の光強度分布と第1遮光面積との関係を説明するための図である。 蛍光の光強度分布と第2遮光面積との関係を説明するための図である。 本実施形態に係る拡散光の遮光状態を説明するための図である。 本実施形態に係る蛍光の遮光状態を説明するための図である。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図14を参照して説明する。
本実施形態においては、プロジェクター100として、光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射光学系を介してスクリーン(被投写面)上に投写する投射型のプロジェクターを例に挙げて説明する。
尚、以下の説明においては、必要に応じてXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。本実施形態においては、光源装置10から射出される光の光軸に平行な方向をX方向としており、X方向に直交する2方向をY方向、Z方向としている。
ここで、光源装置10から射出される光の光軸は、第1光源装置11(固体光源21)から射出される光の光軸AX1、第2光源装置12(励起光源22)から射出される光の光軸AX2を示す。
光軸AX1は、特許請求の範囲に記載の「拡散光の光軸」に相当する。光軸AX2は、特許請求の範囲に記載の「蛍光の光軸」に相当する。
図1は、本実施形態のプロジェクター100の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプロジェクター100は、光源装置10と、色分離導光光学系20と、光変調部400と、クロスダイクロイックプリズム500と、投射光学系600と、を備えている。
光変調部400は、光変調装置として、赤色光用の液晶光変調装置400R、緑色光用の液晶光変調装置400G、青色光用の液晶光変調装置400Bにより構成されている。
光源装置10は、第1光源装置11と、第2光源装置12と、を備えている。光源装置10は、赤色光、緑色光及び青色光を含む光を射出する。本実施形態において、第1光源装置11は青色光を射出し、第2光源装置12は赤色光及び緑色光を含む黄色光を射出する。
第1光源装置11は、固体光源21と、集光レンズ31と、拡散部材41と、回転機構30と、第1コリメート光学系61と、一対の第1レンズアレイ(前側レンズアレイ121及び後側レンズアレイ131)と、第1偏光変換素子141と、重畳レンズ151と、第1遮光部材71と、を備えている。
固体光源21は、青色のレーザー光Laを射出するレーザー光源である。レーザー光Laは、青色光の波長帯域を有する。例えば、レーザー光Laの発光強度のピークは445nmであり、レーザー光Laの波長帯域は430nm〜450nmの範囲である。
集光レンズ31は、固体光源21から射出されたレーザー光Laを略集光した状態で拡散部材41に入射させる。
回転機構30は、拡散部材41を支持する円板40と、円板40を回転させるモーター50と、を備えている。円板40は、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等の透明な材料からなる。これにより、レーザー光Laは円板40を透過する。
拡散部材41は、円板40上のうちレーザー光Laが入射する領域を含むように円板40の回転方向に沿ってリング状に連続して形成されている。拡散部材41は、集光レンズ31によって集光されたレーザー光Laを適度に拡散させて拡散光として第1コリメート光学系61に向けて射出する。
円板40は、使用時において、モーター50の駆動により、例えば7500rpmで回転する。これにより、拡散部材41の温度上昇を回避することができる。
第1コリメート光学系61は、拡散部材41から射出された拡散光を略平行化する。
一対の第1レンズアレイ121,131は、第1コリメート光学系61から射出された光の輝度分布を均一化する。
前側レンズアレイ121は、複数の小レンズ121aを有する。前側レンズアレイ121は、第1コリメート光学系61から射出された光を複数の部分光束に分割する。図示はしないが、小レンズ121aは、光軸AX1と直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配置されている。小レンズ121aの外形形状は、光変調部400のうち液晶光変調装置400Bの画像形成領域の外形形状と略相似形である。
後側レンズアレイ131は、前側レンズアレイ121の複数の小レンズ121aに対応する複数の小レンズ131aを有する。後側レンズアレイ131は、重畳レンズ151とともに、前側レンズアレイ121の各小レンズ121aの像を液晶光変調装置400Bの画像形成領域近傍に結像させる。
第1偏光変換素子141は、前側レンズアレイ121により分割された各部分光束を、偏光方向の揃った直線偏光光として射出する。
重畳レンズ151は、第1偏光変換素子141から射出された各部分光束を集光して液晶光変調装置400Bの画像形成領域近傍に重畳させる。
一対の第1レンズアレイ121,131及び重畳レンズ151は、青色光LBの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。これにより、青色光LBの面内照度が液晶光変調装置400Bの画像形成領域近傍で均一化される。
第1遮光部材71は、一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上に配置されている。第1遮光部材71は、前側レンズアレイ121から射出された光の一部を遮光する。尚、第1遮光部材71の詳細な構成については後述する。
以上のような構成により、第1光源装置11は、白色光の一部の成分である青色光LBを、液晶光変調装置400Bに向けて射出する。
第2光源装置12は、励起光源22と、集光レンズ32と、蛍光体42と、第2コリメート光学系62と、一対の第2レンズアレイ(前側レンズアレイ122及び後側レンズアレイ132)と、第2偏光変換素子142と、重畳レンズ152と、第2遮光部材72と、を備えている。
励起光源22は、青色のレーザー光Lbを射出するレーザー光源である。レーザー光Lbは、青色光の波長帯域を有する。例えば、レーザー光Lbの発光強度のピークは445nmであり、レーザー光Lbの波長帯域は430nm〜450nmの範囲である。
集光レンズ32は、励起光源22から射出されたレーザー光Lbを略集光した状態で蛍光体42に入射させる。
蛍光体42は、例えば、(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体である(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ceを含む層からなる。蛍光体42は、励起光源22から射出されたレーザー光Lb(青色光)を赤色光及び緑色光を含む光に変換する。具体的には、蛍光体42は、波長445nmの励起光であるレーザー光Lbによって励起され、赤色光及び緑色光を含む蛍光である黄色光LYに変換して第2コリメート光学系62に向けて射出する。
第2コリメート光学系62は、蛍光体42から射出された蛍光を略平行化する。
一対の第2レンズアレイ122,132は、第2コリメート光学系62から射出された光の輝度分布を均一化する。
前側レンズアレイ122は、複数の小レンズ122aを有する。前側レンズアレイ122は、第2コリメート光学系62から射出された光を複数の部分光束に分割する。図示はしないが、小レンズ122aは、光軸AX2と直交する面内に複数行・複数列のマトリクス状に配置されている。小レンズ122aの外形形状は、光変調部400のうち液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gの画像形成領域の外形形状と略相似形である。
後側レンズアレイ132は、前側レンズアレイ122の複数の小レンズ122aに対応する複数の小レンズ132aを有する。後側レンズアレイ132は、重畳レンズ152とともに、前側レンズアレイ122の各小レンズ122aの像を液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gの画像形成領域近傍に結像させる。
第2偏光変換素子142は、前側レンズアレイ122により分割された各部分光束を、偏光方向の揃った直線偏光光として射出する。
重畳レンズ152は、第2偏光変換素子142から射出された各部分光束を集光して液晶光変調装置400R,液晶光変調装置400Gの画像形成領域近傍に重畳させる。
一対の第2レンズアレイ122,132及び重畳レンズ152は、黄色光LYの面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。これにより、黄色光LYの面内照度が液晶光変調装置400R、液晶光変調装置400Gの各々の画像形成領域近傍で均一化される。
第2遮光部材72は、一対の第1レンズアレイ122,132の間の光路上に配置されている。第2遮光部材72は、前側レンズアレイ122から射出された光の一部を遮光する。尚、第2遮光部材72の詳細な構成については後述する。
以上のような構成により、第2光源装置12は、白色光の一部の成分である黄色光LYを、色分離導光光学系20に向けて射出する。
尚、第2光源装置12において、蛍光体42及びその周辺の構成に関して、第1光源装置11と同様、回転機構を設けてリング状の蛍光体を回転可能に支持する構成としてもよい。
色分離導光光学系20は、第2光源装置12から射出される黄色光LYを緑色光LGと赤色光LRとに分離するとともに、緑色光LG及び赤色光LRの各々を、緑色光LG及び赤色光LRの各々の照明対象となる液晶光変調装置400G、液晶光変調装置400Rに導光する。
色分離導光光学系20は、ダイクロイックミラー210と、反射ミラー220,230と、リレーレンズ260,270と、を備えている。色分離導光光学系20と液晶光変調装置400Rとの間の光路上には、フィールドレンズ300Rが配置されている。色分離導光光学系20と液晶光変調装置400Gとの間の光路上には、フィールドレンズ300Gが配置されている。第1光源装置11と液晶光変調装置400Bとの間の光路上には、フィールドレンズ300Bが配置されている。
ダイクロイックミラー210は、基板上に、所定の波長領域の光を反射して、他の波長領域の光を通過させる波長選択透過膜が形成されたミラーである。ダイクロイックミラー210は、緑色光成分を反射し、赤色光成分を透過させる。反射ミラー220,230は、赤色光成分を反射するミラーである。
黄色光LYの成分のうち、ダイクロイックミラー210で反射された緑色光LGは、フィールドレンズ300Gを通過して緑色光用の液晶光変調装置400Gの画像形成領域に入射する。
黄色光LYの成分のうち、ダイクロイックミラー210を通過した赤色光LRは、リレーレンズ260、入射側の反射ミラー220、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー230を経て、フィールドレンズ300Rを通過して赤色光用の液晶光変調装置400Rの画像形成領域に入射する。リレーレンズ260,270及び反射ミラー220,230は、ダイクロイックミラー210を通過した赤色光成分を液晶光変調装置400Rまで導くリレー光学系として機能する。
一方、第1光源装置11から射出された青色光LBは、色分離導光光学系20を経ることなく、フィールドレンズ300Bを経て青色光用の液晶光変調装置400Bの画像形成領域に入射する。
尚、青色光LBの光路長は、緑色光LG及び赤色光LRの光路に対応して光路長が調整されていてもよい。この場合には、リレー光学系を用いて調整されていてもよい。
液晶光変調装置400R,400G,400Bは、入射した色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものである。具体的には、液晶光変調装置400Bは第1光源装置11から射出された青色光LBを変調し、液晶光変調装置400Gは第2光源装置12から射出された黄色光LYの一部である緑色光LGを変調し、液晶光変調装置400Rは第2光源装置12から射出された黄色光LYの他の一部である赤色光LRを変調する。
尚、図示を省略したが、各フィールドレンズ300R,300G,300Bと各液晶光変調装置400R,400G,400Bとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置される。また、各液晶光変調装置400R,400G,400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏光板が配置される。これら入射側偏光板、液晶光変調装置400R,400G,400B及び射出側偏光板によって、入射された各色光の光変調が行われる。
液晶光変調装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置である。液晶光変調装置400R,400G,400Bは、例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
クロスダイクロイックプリズム500は、射出側偏光板から射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなす。直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜である一対のダイクロイック膜(第1ダイクロイック膜501及び第2ダイクロイック膜502)が形成されている。略X字状の一方の界面に形成された第1ダイクロイック膜501は、赤色光LR及び緑色光LGを透過し、青色光LBを反射するものである。他方の界面に形成された第2ダイクロイック膜502は、緑色光LG及び青色光LBを透過し、赤色光LRを反射するものである。これらのダイクロイック膜501,502によって赤色光LR及び青色光LBは曲折され、緑色光LGの進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投射光学系600によって拡大投写され、スクリーンSCR上で画像を形成する。
次に、第1光源装置11における拡散部材41から射出される拡散光の光強度分布及び第2光源装置12における蛍光体42から放射される蛍光の光強度分布の関係について、図2及び図3を用いて説明する。
図2は、拡散光の光強度分布を示す図である。
図3は、蛍光の光強度分布を示す図である。
図2において、横軸は、拡散光の光軸AX1を中心としたときの拡散光の射出位置(図2では単に位置と示す)である。縦軸は、拡散光の光強度である。
図3において、横軸は、蛍光の光軸AX2を中心としたときの蛍光の放射位置(図3では単に位置と示す)である。
図2及び図3に示すように、拡散光と蛍光とでは、光強度分布が大きく異なる。具体的には、拡散光の光強度の最大値(ピーク強度)は蛍光の光強度の最大値(ピーク強度)よりも大きい。蛍光の光強度分布の半値幅は、拡散光の光強度分布の半値幅よりも大きい。
この理由は以下によるものと考えられる。
拡散光は、固体光源21から射出された指向性の高い光が拡散部材41によって拡散されたものである。そのため、拡散光には、ある程度の指向性が残存している。
一方、蛍光は、励起光源22から射出された光によって励起されて蛍光体42から放射されるものである。蛍光は、蛍光体42に入射する光の指向性の有無に関わらず、放射状に等方的に広がる性質を有する。
次に、本実施形態に係る遮光部材の構成を説明する前に、比較例に係る遮光部材の構成について図4を用いて説明する。
図4は、比較例に係る遮光部材1070の平面図である。
ここで、遮光部材1070は、拡散部材と光変調装置との間の光路上(例えば、一対の第1レンズアレイの間の光路上)及び蛍光体と光変調装置との間の光路上(例えば、一対の第2レンズアレイの間の光路上)の各々に配置されるものとする。
図4に示すように、遮光部材1070は、遮光部1070mと、拡散光の光軸AX1(蛍光の光軸AX2)を中心とする開口部1070hとを有する。遮光部1070mの平面視形状は矩形枠状である。開口部1070hの平面視形状は矩形である。尚、図4では、開口部1070hの面積(開口面積)を符号BXで示している。
ここで、投射画像のホワイトバランスを維持する観点から、光変調装置に入射する拡散光の光量(例えば、青色光の光量)と蛍光の光量(例えば、赤色光及び緑色光の光量)とはそれぞれ所定の値に設定される。
以下、比較例に係る遮光部材1070の作用について、図5及び図6を用いて説明する。
図5は、比較例に係る拡散光の遮光状態を説明するための図である。
図6は、比較例に係る蛍光の遮光状態を説明するための図である。
図5及び図6において、横軸に直交する2本の破線は、開口部1070h(開口面積BX)の輪郭(図4に示す開口部1070hと遮光部1070mとの境界線)に相当する。
図5及び図6に示すように、比較例においては、上述した理由から、遮光部材1070による光の遮光量が、拡散光と蛍光とで大きく異なる。具体的には、拡散光の光路上の遮光部材1070による拡散光の遮光量は、蛍光の光路上の遮光部材1070による蛍光の遮光量よりも小さい。言い換えると、拡散光の光路上の遮光部材1070の開口部1070hを通過する拡散光の光量SAXは、蛍光の光路上の遮光部材1070の開口部1070hを通過する蛍光の光量SBXよりも大きい。
そのため、比較例に係る遮光部材1070を上述した光路上にそのまま適用したのでは、光変調装置に入射する拡散光の光量が所定の値よりも大きくなり、光変調装置に入射する蛍光の光量が所定の値よりも小さくなる。
このような構成であると、投射画像のホワイトバランスが崩れてしまう(例えば、拡散光が青色光であり、蛍光が黄色光である場合、青味が強くなる)ことが本発明者の検討によって明らかになっている。
そこで、本実施形態においては、上記の課題を解決するために、第1遮光部材71における第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1が、第2遮光部材72における第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1よりも大きいものとした。
ここで、拡散光の光軸AX1の方向から見たときの第1遮光部材71の開口部71hの面積を第1開口面積A1、拡散光の光軸AX1の方向から見たときの第1遮光部材71が拡散光を遮光する部分の面積を第1遮光面積A2、蛍光の光軸AX2の方向から見たときの第2遮光部材72の開口部72hの面積を第2開口面積B1、蛍光の光軸AX2の方向から見たときの第2遮光部材72が蛍光を遮光する部分の面積を第2遮光面積B2とする。
以下、第1遮光部材及び第2遮光部材の詳細について、図7及び図8を用いて説明する。
図7は、本実施形態に係る第1遮光部材71の平面図である。
図8は、本実施形態に係る第2遮光部材72の平面図である。
上述したように、第1遮光部材71は、拡散部材41と液晶光変調装置400Bとの間の光路上のうち一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上に配置されている。一方、第2遮光部材72は、蛍光体42と光変調部400との間の光路上のうち一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上の各々に配置されている。
図7に示すように、第1遮光部材71は、遮光部71mと、拡散光の光軸AX1を中心とする開口部71hとを有する。遮光部71mの平面視形状は矩形枠状である。開口部71hの平面視形状は矩形である。尚、図7では、開口部71hの面積(第1開口面積)を符号A1で示している。
図8に示すように、第2遮光部材72は、遮光部72mと、蛍光の光軸AX2を中心とする開口部72hとを有する。遮光部72mの平面視形状は矩形枠状である。開口部72hの平面視形状は矩形である。尚、図8では、開口部72hの面積(第2開口面積)を符号B1で示している。
図7及び図8に示すように、第1遮光部材71の開口部71hの第1開口面積A1は、第2遮光部材72の開口部72hの第2開口面積B1よりも小さい。
次に、第1遮光部材及び第2遮光部材の各々における開口面積と遮光面積との関係について、図9及び図10を用いて説明する。
図9は、第1遮光部材71における第1開口面積A1及び第1遮光面積A2を説明するための図である。
図10は、第2遮光部材72における第2開口面積B1及び第2遮光面積B2を説明するための図である。
所定の光路上に遮光部材を配置する場合、漏れ光や迷光を抑制する観点から、遮光部の外縁の大きさは、遮光部に入射する光の光束幅よりも大きく設定される。
図9に示すように、第1遮光部材71における遮光部71mは、第1遮光部71aと第2遮光部71bとを有する。第1遮光部71aは、遮光部71mのうち実際に拡散光が入射する部分(遮光部71mが実際に拡散光を遮光する部分)である。第2遮光部71bは、遮光部71mのうち実際には拡散光が入射しない部分(遮光部71mが実際に拡散光を遮光しない部分)である。
第1遮光部71aは、特許請求の範囲に記載の「第1遮光部材が拡散光を遮光する部分」に相当する。第1遮光部71aの面積A2は、特許請求の範囲に記載の「第1遮光面積A2」に相当する。
第1遮光部71aについて、図11を用いて説明する。
図11は、拡散光の光強度分布と第1遮光面積A2との関係を説明するための図である。図11において、横軸に直交する2本の破線は、第1開口面積A1と第1遮光面積A2とを足し合わせた部分(当該部分の面積A3)の輪郭(図9に示す第1遮光部71aと第2遮光部71bとの境界線)に相当する。
図11に示すように、例えば、第1遮光部材71に入射する光の光量は、一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上を通る拡散光の光量のうち光強度が低い部分を除いた光量とする。具体的には、第1遮光部材71における開口部71h及び第1遮光部71aに入射する光の光量は、一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上を通る拡散光の全光量の99%の光量SA1とする。
図10に示すように、第2遮光部材72における遮光部72mは、第1遮光部72aと第2遮光部72bとを有する。第1遮光部72aは、遮光部72mのうち実際に蛍光が入射する部分(遮光部72mが実際に蛍光を遮光する部分)である。第2遮光部72bは、遮光部72mのうち実際には蛍光が入射しない部分(遮光部72mが実際に蛍光を遮光しない部分)である。
第1遮光部72aは、特許請求の範囲に記載の「第2遮光部材が蛍光を遮光する部分」に相当する。第1遮光部72aの面積B2は、特許請求の範囲に記載の「第2遮光面積B2」に相当する。
第1遮光部72aについて、図12を用いて説明する。
図12は、蛍光の光強度分布と第2遮光面積との関係を説明するための図である。図12において、横軸に直交する2本の破線は、第2開口面積B1と第2遮光面積B2とを足し合わせた部分(当該部分の面積B3)の輪郭(図10に示す第1遮光部72aと第2遮光部72bとの境界線)に相当する。
図12に示すように、例えば、第2遮光部材72に入射する光の光量は、一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上を通る蛍光の光量のうち光強度が低い部分を除いた光量とする。具体的には、第2遮光部材72における開口部72h及び第1遮光部72aに入射する光の光量は、一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上を通る蛍光の全光量の99%の光量SB1とする。
本実施形態においては、図9及び図10に示すように、第1遮光部材71における第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1が、第2遮光部材72における第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1よりも大きい。
以下、本実施形態に係る遮光部材の作用について、図13及び図14を用いて説明する。
図13は、本実施形態に係る拡散光の遮光状態を説明するための図である。
図14は、本実施形態に係る蛍光の遮光状態を説明するための図である。
図13において、横軸に直交する2本の破線は、開口部71h(第1開口面積A1)の輪郭(図9に示す開口部71hと遮光部71mの第1遮光部71aとの境界線)に相当する。図14において、横軸に直交する2本の破線は、開口部72h(第2開口面積B1)の輪郭(図10に示す開口部72hと遮光部72mの第1遮光部72aとの境界線)に相当する。
図5及び図6に示したように、比較例においては、遮光部材1070を拡散光の光路上及び蛍光の光路上の各々にそのまま適用しているため、拡散光の光路上の遮光部材1070の開口部1070hを通過する拡散光の光量SAXは、蛍光の光路上の遮光部材1070の開口部1070hを通過する蛍光の光量SBXよりも大きくなっていた。その結果、投射画像のホワイトバランスが崩れてしまうという問題があった。
これに対し、本実施形態においては、第1遮光部材71における第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1が、第2遮光部材72における第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1よりも大きいため、図13及び図14に示すように、拡散光における光強度分布のうち裾の部分(光強度が低い部分)を蛍光における光強度分布のうち裾の部分(光強度が低い部分)よりも大きく遮光することができる。そのため、第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1または第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1を所定の値に設定することにより、拡散光の光路上の第1遮光部材71の開口部71hを通過する拡散光の光量SA2と、蛍光の光路上の第2遮光部材72の開口部72hを通過する蛍光の光量SB2とを等しくすることができる。これにより、液晶光変調装置400Bに入射する拡散光(青色光LB)の光量と、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gに入射する蛍光(液晶光変調装置400Rに入射する赤色光LR及び液晶光変調装置400Gに入射する緑色光LG)の光量とを等しくすることができる。従って、投射画像のホワイトバランスを維持することができる。
また、本実施形態においては、第1遮光部材71が一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上に配置されている。
拡散光の光強度分布は、拡散部材41と液晶光変調装置400Bとの間の光路上の位置によって異なる。
仮に、第1遮光部材71が第1偏光変換素子141と液晶光変調装置400Bとの間の光路上に配置される構成であると、拡散光の光強度分布が初期の分布と大きく異なる場合がある。この場合、拡散光を効果的に遮光することが困難となる。
これに対し、第1遮光部材71が一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上に配置される構成によれば、第1遮光部材71が第1偏光変換素子141と液晶光変調装置400Bとの間の光路上に配置される構成に比べて、第1遮光部材71の配置位置が拡散部材41に近い。そのため、拡散光の光強度分布が初期の分布と異なることが抑制される。
従って、この構成によれば、拡散光を効果的に遮光しやすくなる。
また、本実施形態においては、第2遮光部材72が一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上に配置されている。
蛍光の光強度分布は、蛍光体42と光変調部400との間の光路上の位置によって異なる。
仮に、第2遮光部材72が第2偏光変換素子142と光変調部400との間の光路上に配置される構成であると、蛍光の光強度分布が初期の分布と大きく異なる場合がある。この場合、蛍光を効果的に遮光することが困難となる。
これに対し、第2遮光部材72が一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上に配置される構成によれば、第2遮光部材72が第2偏光変換素子142と光変調部400との間の光路上に配置される構成に比べて、第2遮光部材72の配置位置が蛍光体42に近い。そのため、蛍光の光強度分布が初期の分布と異なることが抑制される。
従って、この構成によれば、蛍光を効果的に遮光しやすくなる。
尚、第1遮光部材71は、固体光源21から射出される光の光強度分布に対応して、第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1が調整可能に構成されていてもよい。
これにより、拡散光における光強度分布の裾の部分(光強度が低い部分)が広かったり狭かったりする場合であっても、液晶光変調装置400Bに入射する拡散光(青色光LB)の光量を所定の値に調整することができる。従って、液晶光変調装置400Bに入射する拡散光(青色光LB)の光量と、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gに入射する蛍光(液晶光変調装置400Rに入射する赤色光LR及び液晶光変調装置400Gに入射する緑色光LG)の光量とを等しくすることが容易となる。
例えば、比A2/A1を調整可能な構成としては、機構式のシャッター(メカニカルシャッター)や電子制御式のシャッター(電子シャッター)を用いることができる。
また、第2遮光部材72は、励起光源22から射出される光の光強度分布に対応して、第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1が調整可能に構成されていてもよい。
これにより、蛍光における光強度分布の裾の部分(光強度が低い部分)が広かったり狭かったりする場合であっても、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gに入射する蛍光の光量を所定の値に調整することができる。従って、液晶光変調装置400Bに入射する拡散光(青色光LB)の光量と、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gに入射する蛍光(液晶光変調装置400Rに入射する赤色光LR及び液晶光変調装置400Gに入射する緑色光LG)の光量とを等しくすることが容易となる。
例えば、比B2/B1を調整可能な構成としては、機構式のシャッター(メカニカルシャッター)や電子制御式のシャッター(電子シャッター)を用いることができる。
また、第1遮光部材71は、投射光学系600によって投射される投射画像の輝度またはコントラストに対応して、第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1が調整可能に構成されていてもよい。
これにより、投射画像の輝度またはコントラストを高めたい場合等の目的に応じて、液晶光変調装置400Bに入射する拡散光の光量を適宜調整することができる。従って、投射画像の高輝度化または高コントラスト化を図ることが容易となる。
また、第2遮光部材72は、投射光学系600によって投射される投射画像の輝度またはコントラストに対応して、第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1が調整可能に構成されていてもよい。
これにより、投射画像の輝度またはコントラストを高めたい場合等の目的に応じて、液晶光変調装置400R及び液晶光変調装置400Gに入射する蛍光の光量を適宜調整することができる。従って、投射画像の高輝度化または高コントラスト化を図ることが容易となる。
尚、本実施形態では、第1遮光部材71が一対の第1レンズアレイ121,131の間の光路上に配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第1遮光部材71が後側レンズアレイ131と第1偏光変換素子141との間の光路上に配置されていてもよい。このような配置であっても、拡散光を効果的に遮光しやすくなる。
また、第1遮光部材71が第1偏光変換素子141と液晶光変調装置400Bとの間の光路上に配置されていてもよい。ただし、拡散光を効果的に遮光しやすくする観点からは、上述の配置にしたほうがよい。
また、本実施形態では、第2遮光部材72が一対の第2レンズアレイ122,132の間の光路上に配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、第2遮光部材72が後側レンズアレイ132と第2偏光変換素子142との間の光路上に配置されていてもよい。このような配置であっても、蛍光を効果的に遮光しやすくなる。
また、第2遮光部材72が第2偏光変換素子142と光変調部400との間の光路上に配置されていてもよい。ただし、蛍光を効果的に遮光しやすくする観点からは、上述の配置にしたほうがよい。
また、本実施形態では、固体光源21として青色光を射出する固体光源、励起光源22として青色光を射出する励起光源、蛍光体42として青色光によって励起されて黄色光を放射する蛍光体を挙げて説明したが、これに限らない。
例えば、固体光源として青色光を射出する第1固体光源と赤色光を射出する第2固体光源、励起光源として青色光を射出する励起光源、蛍光体として青色光によって励起されて緑色光を放射する蛍光体を用いてもよい。
また、本実施形態では、第1遮光部材71における遮光部71mの平面視形状が矩形枠状、開口部71hの平面視形状が矩形、第2遮光部材72における遮光部72mの平面視形状が矩形枠状、開口部72hの平面視形状が矩形である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、遮光部の平面視形状がリング状、開口部の平面視形状が円形または楕円形であってもよい。遮光部の平面視形状、開口部の平面視形状は、適宜、種々の形状を採用することができる。
また、本実施形態では、第1開口面積A1に対する第1遮光面積A2の比A2/A1または第2開口面積B1に対する第2遮光面積B2の比B2/B1を所定の値に設定することにより、拡散光の光路上の第1遮光部材71の開口部71hを通過する拡散光の光量SA2と、蛍光の光路上の第2遮光部材72の開口部72hを通過する蛍光の光量SB2とを等しくする例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、液晶光変調装置400R、400G、400Bでホワイトバランスを調整できる程度まで、拡散光の光量SA2と蛍光の光量SB2との差が小さくなるように、比A2/A1を比B2/B1より大きくできる。
尚、上記実施形態におけるプロジェクターは透過型のプロジェクターであるが、これに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターであってもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶素子等のように光変調素子が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶素子等のように光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。
また、上記実施形態のプロジェクターでは、光変調装置として液晶光変調装置を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調装置としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調素子等を利用してもよい。マイクロミラー型光変調素子としては、例えば、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)(TI社の商標)を用いることができる。
本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクターに適用する場合にも、投射画像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、プロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
21…固体光源、22…励起光源、41…拡散部材、42…蛍光体、61…第1コリメート光学系、62…第2コリメート光学系、71…第1遮光部材、71h…開口部、72…第2遮光部材、72h…開口部、100…プロジェクター、121,131…一対の第1レンズアレイ、122,132…一対の第2レンズアレイ、141…第1偏光変換素子、142…第2偏光変換素子、400R…液晶光変調装置(光変調装置)、400G…液晶光変調装置(光変調装置)、400B…液晶光変調装置(光変調装置)、600…投射光学系、AX1…拡散光の光軸、AX2…蛍光の光軸

Claims (7)

  1. 固体光源と、
    前記固体光源から射出された光を拡散させて拡散光として射出する拡散部材と、
    励起光源と、
    前記励起光源から射出された光によって励起され、蛍光を放射する蛍光体と、
    前記拡散部材から射出された前記拡散光と前記蛍光体から放射された前記蛍光とを画像情報に応じて変調する光変調装置と、
    前記光変調装置によって変調された光を投射画像として投射する投射光学系と、
    前記拡散部材と前記光変調装置との間の光路上に配置され、前記拡散光の光軸を中心とする開口部を有する第1遮光部材と、
    前記蛍光体と前記光変調装置との間の光路上に配置され、前記蛍光の光軸を中心とする開口部を有する第2遮光部材と、を含み、
    前記拡散光の光軸の方向から見たときの前記第1遮光部材の前記開口部の面積を第1開口面積A1、前記拡散光の光軸の方向から見たときの前記第1遮光部材が前記拡散光を遮光する部分の面積を第1遮光面積A2、前記蛍光の光軸の方向から見たときの前記第2遮光部材の前記開口部の面積を第2開口面積B1、前記蛍光の光軸の方向から見たときの前記第2遮光部材が前記蛍光を遮光する部分の面積を第2遮光面積B2としたとき、
    前記第1開口面積A1に対する前記第1遮光面積A2の比A2/A1が、前記第2開口面積B1に対する前記第2遮光面積B2の比B2/B1よりも大きいプロジェクター。
  2. 前記第1遮光部材は、前記固体光源から射出される光の光強度分布に対応して、前記比A2/A1が調整可能に構成されている請求項1に記載のプロジェクター。
  3. 前記第2遮光部材は、前記励起光源から射出される光の光強度分布に対応して、前記比B2/B1が調整可能に構成されている請求項1または2に記載のプロジェクター。
  4. 前記第1遮光部材は、前記投射光学系によって投射される前記投射画像の輝度またはコントラストに対応して、前記比A2/A1が調整可能に構成されている請求項1から3までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
  5. 前記第2遮光部材は、前記投射光学系によって投射される前記投射画像の輝度またはコントラストに対応して、前記比B2/B1が調整可能に構成されている請求項1から4までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
  6. 前記拡散部材と前記光変調装置との間の光路上には、前記拡散部材から射出された前記拡散光を平行化する第1コリメート光学系と、前記第1コリメート光学系から射出された光の輝度分布を均一化する一対の第1レンズアレイと、前記一対の第1レンズアレイから射出された光の偏光状態を揃える第1偏光変換素子と、が配置されており、
    前記第1遮光部材は、前記一対の第1レンズアレイの間の光路上または前記一対の第1レンズアレイと前記第1偏光変換素子との間の光路上に配置されている請求項1から5までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
  7. 前記蛍光体と前記光変調装置との間の光路上には、前記蛍光体から放射された前記蛍光を平行化する第2コリメート光学系と、前記第2コリメート光学系から射出された光の輝度分布を均一化する一対の第2レンズアレイと、前記一対の第2レンズアレイから射出された光の偏光状態を揃える第2偏光変換素子と、が配置されており、
    前記第2遮光部材は、前記一対の第2レンズアレイの間の光路上または前記一対の第2レンズアレイと前記第2偏光変換素子との間の光路上に配置されている請求項1から6までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
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