JP7258115B1 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
尚、以下の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
図1は、実施形態1に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
投射型表示装置1000は、B光源100B、G光源100G、R光源100R、B用偏向器210B、G用偏向器210G、R用偏向器210R、光合成部220、光路変換ミラー330、TIRプリズム350、反射型光変調素子340、投射レンズ360を備える。また、各色の光源と各色の偏向器の間には集光レンズ201が配置され、各色の偏向器と光合成部220の間にはコリメートレンズ202(第2コリメートレンズ)が配置されている。また、投射型表示装置1000は、任意的に投映スクリーン190を備えることができる。
光合成部220から出射したB光、G光、R光は、光路変換ミラー330によりXプラス方向に進路を変更され、TIRプリズム350に入射する。
B光源100B、G光源100G、R光源100Rについて説明する。B光源100BはB光を発する半導体レーザとコリメートレンズを、G光源100GはG光を発する半導体とレーザコリメートレンズを、R光源100RはR光を発する半導体レーザとコリメートレンズを、それぞれ備えている。半導体レーザの発光波長を別にすれば、各色の光源の基本的な構成は同一であるので、以下では色光毎に区別せずに単に光源100として説明する場合がある。
本実施形態で用いられ得る各色の光源には、単素子の半導体レーザを備えるタイプ(シングルLDタイプ)と、複数の半導体レーザを備えるタイプ(マルチLDタイプ)がある。以下、順に説明する。
図2は、シングルLDタイプの光源100の基本構成を示すための模式図である。11は半導体レーザ、13は給電端子、12は半導体レーザ11に形成された発光部であり、これらは発光素子101としてパッケージされている。尚、図2では、図1のB光源100Bに合わせてXYZ座標系の向きを表示している。図2においては、発光部12の長手方向HをY方向と平行にし、発光部12から出射した光の進行方向をZ方向と平行に図示している。
図5(a)は、マルチLDタイプの光源100の基本構成を示すための模式図である。光源100は、複数の半導体レーザおよびコリメートレンズ102(第1コリメートレンズ)を含んだレーザモジュールLM1を備えている。個々の半導体レーザについての説明は、シングルLDタイプと内容が重複するので省略する。尚、図5(a)では、図1のB光源100Bに合わせてXYZ座標系の向きを表示している。
B用偏向器210B、G用偏向器210G、R用偏向器210Rについて説明する。これらは、異なる色のレーザビームを偏向走査するのに用いられる偏向素子であるが、基本的な構成は同一であるので、以下では特に色を特定せずに偏向器210として説明する場合がある。偏向器210について、複数のバリエーションを説明する。
(偏向器1)
偏向器210の1つの形態である偏向器1について説明する。図8(a)は、偏向器1の外観を示す斜視図であり、図8(b)は、偏向器1の側面図である。
偏向器210の1つの形態である偏向器2について説明する。図10(a)は、偏向器2の外観を示す斜視図であり、図10(b)は、偏向器2の側面図である。
偏向器2の製造方法や具体的なサイズについては、偏向器1の説明と同様である。
偏向器210の1つの形態である偏向器3について説明する。図12(a)は、偏向器3の外観を示す斜視図であり、図12(b)は、偏向器3の反射面の位置と傾斜角の関係を示す図である。
偏向器3の製造方法や具体的なサイズについては、偏向器1の説明と同様である。
投射型表示装置1000(図1)は、B、G、Rの各色について、上述した光源100と偏向器210を備えている。光源100B、光源100G、光源100Rから出力された矩形のBビーム、Gビーム、Rビームは、反射型光変調素子340の画面を照明しながら、垂直方向(V方向)に沿って画面を走査する。光源100、偏向器210、集光レンズ201、第2コリメートレンズ202により構成される部分を、走査型光源と呼ぶことができる。
本実施形態では、偏向器の反射面を回転させることにより、矩形のレーザビームを走査方向SDに沿って偏向走査することができる。
実施形態2について説明するが、実施形態1と共通する事項については、説明を簡略化または省略するものとする。図16は、実施形態2に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態1と同様に、本実施形態の投射型表示装置1000は、B光源100B、G光源100G、R光源100R、B用偏向器210B、G用偏向器210G、R用偏向器210R、光合成部220、光路変換ミラー330、TIRプリズム350、反射型光変調素子340、投射レンズ360を備える。また、各色の光源と各色の偏向器の間には集光レンズ201が配置され、各色の偏向器と光合成部220の間にはコリメートレンズ202が配置されている。また、投射型表示装置1000は、任意的に投映スクリーン190を備えることができる。
実施形態3について説明するが、実施形態1あるいは実施形態2と共通する事項については、説明を簡略化または省略するものとする。図18は、実施形態3に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態4について説明するが、実施形態1~実施形態3と共通する事項については、説明を簡略化または省略するものとする。図19は、実施形態4に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
以上のように、本実施形態によれば、実施形態3と同様の効果に加えて、レーザ光によるシンチレーション(輝点の瞬き)の発生を抑制できる利点がある。
実施形態5について説明するが、実施形態1~実施形態4と共通する事項については、説明を簡略化または省略するものとする。図20は、実施形態5に係る投射型表示装置の光学系の概略構成を示す図である。説明の便宜のため、同図では、光学要素を設置するための機械的機構や、筐体、電気的配線などは省略されている。
実施形態1と同様に、本実施形態の投射型表示装置1000は、B光源100B、G光源100G、R光源100R、B用偏向器210B、G用偏向器210G、R用偏向器210R、光合成部220、光路変換ミラー330、TIRプリズム350、反射型光変調素子340、投射レンズ360を備える。また、各色の光源と各色の偏向器の間には集光レンズ201が配置され、各色の偏向器と光合成部220の間にはコリメートレンズ202が配置されている。また、投射型表示装置1000は、任意的に投映スクリーン190を備えることができる。
透過型の偏向器210の1つの形態である偏向器4について説明する。図21(a)は、偏向器4の外観を示す斜視図であり、図21(b)は、偏向器4の側面図である。
本発明の実施は、上述した実施形態や具体的な実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形や組み合わせの変更が可能である。
例えば、光源や偏向器についてバリエーションを例示したが、投射型表示装置の諸元に適合させるために、これらをもとに更なる変更を加えてもよい。一台の投射型表示装置に、異なる形態の光源や偏向器を組合わせて用いてもよい。
Claims (11)
- 第1波長のレーザビームを出力する第1半導体レーザと、
第2波長のレーザビームを出力する第2半導体レーザと、
第1偏向素子と、
第2偏向素子と、
前記第1半導体レーザが出力するレーザビームをコリメートする第1波長用第1コリメートレンズと、
前記第2半導体レーザが出力するレーザビームをコリメートする第2波長用第1コリメートレンズと、
前記第1波長用第1コリメートレンズが出力するレーザビームを、前記第1偏向素子の光学面に集光する第1集光レンズと、
前記第2波長用第1コリメートレンズが出力するレーザビームを、前記第2偏向素子の光学面に集光する第2集光レンズと、
前記第1偏向素子が出力するレーザビームをコリメートする第1波長用第2コリメートレンズと、
前記第2偏向素子が出力するレーザビームをコリメートする第2波長用第2コリメートレンズと、
前記第1波長用第2コリメートレンズが出力するレーザビームと前記第2波長用第2コリメートレンズが出力するレーザビームが、互いに重ならず偏向方向が同一になるように合成する光合成部と、
前記光合成部が出力する光を、反射型光変調素子に導く光路変換ミラーと、
前記反射型光変調素子が出力する映像光を投射する投射レンズと、を備え、
前記第1偏向素子と前記第2偏向素子の各々は、回転軸を中心に回転可能で、前記回転軸を中心とする円周に沿って形成された光学面を備え、前記光学面は、前記円周に沿って前記回転軸に対する傾斜角が変化するように構成されており、前記傾斜角は、前記光学面を一定速度で連続的に回転させると、前記レーザビームを一定方向に一定の偏向速度で再帰的に偏向するように構成されている、
ことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記第1偏向素子または前記第2偏向素子が備える前記光学面は、前記第1集光レンズまたは前記第2集光レンズにより集光された前記レーザビームを反射させる反射面である、
ことを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 - 前記第1偏向素子または前記第2偏向素子が備える前記光学面は、前記第1集光レンズまたは前記第2集光レンズにより集光された前記レーザビームを、透光性の基部に入射させる入射面である、
ことを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 - 前記第1波長用第1コリメートレンズが出力するレーザビームの断面は、前記第1半導体レーザのSlow軸を長手方向とし、Fast軸を短手方向とする略矩形形状であり、前記第1偏向素子は、前記短手方向に沿って前記レーザビームを偏向し、
前記第2波長用第1コリメートレンズが出力するレーザビームの断面は、前記第2半導体レーザのSlow軸を長手方向とし、Fast軸を短手方向とする略矩形形状であり、前記第2偏向素子は、前記短手方向に沿って前記レーザビームを偏向する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の投射型表示装置。 - 前記第1波長用第1コリメートレンズと前記第1集光レンズの間に、前記第1波長用第1コリメートレンズの出力光を前記Slow軸の方向に拡大するビームコンバイナを備えている、
ことを特徴とする請求項4に記載の投射型表示装置。 - Fast軸方向が直線に並ぶように配置された複数の前記第1半導体レーザを備えている、
ことを特徴とする請求項4に記載の投射型表示装置。 - 前記複数の前記第1半導体レーザの各々の出力ビームを分割するビーム分割手段を備えている、
ことを特徴とする請求項6に記載の投射型表示装置。 - 前記第1波長用第2コリメートレンズおよび前記第2波長用第2コリメートレンズが出力するビームのFast軸方向の強度分布には影響を与えないが、Slow軸方向の強度分布を均一化させる光学的インテグレータを備える、
ことを特徴とする請求項7に記載の投射型表示装置。 - 前記光学的インテグレータは、前記Slow軸方向にビームを拡散させるストライプ状の拡散素子と、前記拡散素子で拡散されたビームを前記反射型光変調素子の画面に集光するシリンドリカルレンズと、を備える、
ことを特徴とする請求項8に記載の投射型表示装置。 - 前記光学的インテグレータの出力光を拡散させる固定式または移動式の拡散手段と、前記拡散手段から出力される拡散光を前記反射型光変調素子の画面に転写して結像する転写照明系と、を更に備える、
ことを特徴とする請求項8または9に記載の投射型表示装置。 - 前記第1偏向素子の回転軸の方向と、前記第2偏向素子の回転軸の方向は、互いに異なる、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の投射型表示装置。
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