JPWO2017187844A1

JPWO2017187844A1 - 投射型表示装置

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Publication number: JPWO2017187844A1
Application number: JP2018514197A
Authority: JP
Inventors: 龍宮尾; 真理子小日向; 田中　雅; 雅田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: US10782602B2; US20200110328A1; JP7070403B2; WO2017187844A1

Abstract

この投射型表示装置は、第１の色光を出射する第１の光源部と、第１の色光とは出射強度分布が異なる第２の色光を出射する第２の光源部とを有する光源部と、光源部から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と、画像生成部から出射された光を投影面に向けて投射すると共に、装置全体の基本光軸からシフトして設定された投射光軸を有する投射レンズ部とを備え、第１の光源部の出射光軸は、投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されている。

Description

本開示は、プロジェクタ等の投射型表示装置に関する。

近年、プロジェクタなどの投射型表示装置では、例えば蛍光変換ホイール等を利用して、複数の光源部から互いに異なる波長の色光を出射させ、これらの各色光を合成して照明光を生成する光源装置が用いられている。

このような光源装置では、出射光の色むらを抑制するために様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１００１０２号公報

信号処理による補正を行わずに、また補正用の光学部材を新たに追加することなく、色むらを低減して、表示画質を向上させることが望まれている。

簡易な構成で表示画質を向上させることが可能な投射型表示装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態の投射型表示装置は、第１の色光を出射する第１の光源部と、第１の色光とは出射強度分布が異なる第２の色光を出射する第２の光源部とを有する光源部と、光源部から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と、画像生成部から出射された光を投影面に向けて投射すると共に、装置全体の基本光軸からシフトして設定された投射光軸を有する投射レンズ部とを備え、第１の光源部の出射光軸は、投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されている。

本開示の一実施の形態の投射型表示装置では、出射強度分布が異なる第１および第２の色光に基づいて生成された画像が、投射光軸がシフトして配置された投射レンズ部を介して投影面に投射されると、投影画面では色むらを生じ得る。ここで、第１の光源部の出射光軸が、投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されることで、投影画面における第１および第２の色光の照度分布が同等となり、色むらが低減する。

本開示の一実施の形態の投射型表示装置によれば、出射強度分布が異なる第１および第２の色光に基づく画像が、投射光軸がシフトして配置された投射レンズ部を介して投影面に投射される構成において、第１の光源部の出射光軸が、投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されている。これにより、信号処理による補正を行わずに、また補正用の光学部材を新たに追加することなく、投影画面における色むらを低減できる。簡易な構成で表示画質を向上させることが可能となる。

尚、上記内容は本開示の一例である。本開示の効果は、上述したものに限らず、他の異なる効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。

本開示の一実施形態に係る投射型表示装置の概略構成を表す模式図である。図１に示した光源部の構成を表す模式図である。第１光源部の光軸シフトについて説明するための図である。図２に示した第１光源部と第２光源部との出射強度分布を表す特性図である。出射強度分布を説明するための模式図である。図２に示した第１光源部の構成例を表す模式図である。比較例に係る光源部の構成と出射光路とを表す模式図である。図７に示した第１光源部と第２光源部との出射強度分布を表す特性図である。図７に示した光源部を含む投射型表示装置の要部構成と作用とを説明するための模式図である。図７に示した第１光源部から出射される青色光の照度分布を表す模式図である。図７に示した第２光源部から出射される蛍光の照度分布を表す模式図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示した青色光と蛍光とを組み合わせて生成される白色光を説明するための模式図である。図１に示した光源部の構成と出射光路とを表す模式図である。図１１に示した第１光源部と第２光源部との出射強度分布を表す特性図である。図１に示した投射型表示装置の要部構成と作用とを説明するための模式図である。図１１に示した第１光源部から出射される青色光の照度分布を表す模式図である。図１１に示した第２光源部から出射される蛍光の照度分布を表す模式図である。図１４Ａおよび図１４Ｂに示した青色光と蛍光と組み合わせて生成される白色光を説明するための模式図である。変形例に係る投射型表示装置の要部構成を表す模式図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（第１光源部の光軸を投射レンズ部の光軸のシフト方向とは反対方向にシフトさせて配置した投射型表示装置の例）
２．変形例（第１光源部が１つのレーザ光源を含む場合の例）

［構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の構成例を表したものである。投射型表示装置１は、光軸Ｚ０上に、例えば、光源部１０と、照明部２０と、画像生成部３０と、投射レンズ部４０とを備えている。これらの光源部１０、照明部２０、画像生成部３０および投射レンズ部４０は、例えば図示しない制御部により駆動制御される。尚、光軸Ｚ０は、本開示の「基本光軸」の一具体例に相当する。

光源部１０は、照明光として例えば白色光を出射するものであり。図２に光源部１０の詳細構成について示す。光源部１０は、例えば第１光源部１０Ａ（第１の光源部）と、ミラー１１，１２と、第２光源部としての蛍光体層１３１を含む蛍光変換ホイール１３（波長変換素子）と、コリメータ光学系１４とを備えている。この光源部１０は、第１光源部１０Ａから出射された色光と、蛍光体層１３１（第２の光源部）から出射される色光との混色により、例えば白色光を出射するように構成されている。

第１光源部１０Ａは、１または複数（ここでは複数）の光源１１０を含んで構成されている。光源１１０は、例えば半導体レーザ（ＬＤ）を含んで構成され、例えば青色の光（第１の色光）を出射するものである。この青色の光は、例えば４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有するものである。この第１光源部１０Ａは、白色光を生成する光源部１０において、青色光の光源として機能すると共に、例えば蛍光変換ホイール１３の励起光源としても機能するものである。この第１光源部１０Ａでは、複数の光源１１０が、例えば光軸Ｚ０を間にして２つの光源群１０Ａ１，１０Ａ２に分かれて配置されている。各光源群１０Ａ１，１０Ａ２における光源１１０の配置構成については後述する。

ミラー１１，１２は、光源群１０Ａ１，１０Ａ２から出射された光を集光しつつ、蛍光変換ホイール１３の蛍光体層１３１へ導くものである。ミラー１２は、例えば凹面反射鏡であり、第１光源部１０Ａから出射された光を、ミラー１１に向けて反射するとともに集光するものである。ミラー１１は、ミラー１２において反射された光を、蛍光体層１３１に向けて反射するように構成されている。第１光源部１０Ａは、これらのミラー１１，１２により、光源群１０Ａ１，１０Ａ２からの各出射光が、蛍光変換ホイール１３の蛍光体層１３１上の略同一の位置に集光されるように構成されている。

蛍光変換ホイール１３は、入射した色光（励起光）の一部を吸収してその色光とは異なる波長域の光（蛍光）を出射する蛍光体層１３１を有するものである。ここでは、蛍光変換ホイール１３は、入射した色光のうちの未吸収分（波長変換されなかった部分）を出射する機能を有している。ここでは、蛍光変換ホイール１３は、いわゆる透過型の構成を有している。即ち、励起光（例えば青色光）が入射すると、その未吸収分が透過されつつ出射すると共に、この青色光の出射方向と、蛍光（例えば黄色光）の出射方向とが同一となっている。

この蛍光変換ホイール１３は、例えば基板１３０と、この基板１３０の上または内部に保持された蛍光体層１３１と、基板１３０を回転駆動するモータ１３２とを有している。尚、ここでは、蛍光変換ホイール１３が回転可能である構成を例に挙げるが、蛍光体層１３１の励起エネルギー等によっては、回転しない構成とされてもよい。

基板１３０は、例えば円盤状を成す回転体（ホイール）であり、例えばモータ１３２の駆動により軸Ｃ１のまわりに回転可能に構成されている。この基板１３０は、例えば熱伝導率の高い材料、例えば、金属・合金系材料、セラミックス系材料、セラミックス金属混合系、サファイア等の結晶類、ダイヤモンド、またはガラスなどによって構成されている。金属・合金系材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷなどが挙げられる。セラミックス系材料としては、例えば、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｒＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃などが挙げられる。セラミックス金属混合系としては、例えば、ＳｉＣ−Ａｌ、ＳｉＣ−Ｍｇ、ＳｉＣ−Ｓｉなどが挙げられる。

蛍光体層１３１は、例えば基板１３０の面内の１の円周に沿って（環状の領域に）形成されている。この蛍光体層１３１の一部が、基板１３０の回転によって時分割的に光軸Ｚ０上に配置されるように構成されている。蛍光体層１３１は、特定の波長の光が入射すると、その特定の波長の光（入射光）によって励起されて、入射光の波長とは異なる波長域の光を発するものである。一例としては、青色光によって励起されて黄色の蛍光（黄色光）を発する蛍光物質を含んでいる。このような蛍光物質としては、例えば、約４４５ｎｍの中心波長を持つ青色光によって励起されて黄色の蛍光を生じるＹＡＧ系蛍光体（例えばＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂）が挙げられる。このＹＡＧ系蛍光体には例えばＣｅ等がドープされていてもよい。尚、蛍光体層１３１に含まれる蛍光物質としては、この他にも、例えば酸化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物系蛍光体、硫化物蛍光体およびシリケート系蛍光体が挙げられる。酸窒化物蛍光体の一例としては、例えば、ＢＳＯＮ蛍光体（例えばＢａ₃Ｓｉ₆Ｏ₁₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺）が挙げられる。窒化物系蛍光体の一例としては、例えば、ＣＡＳＮ蛍光体(例えばＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ)または、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体が挙げられる。硫化物蛍光体の一例としては、例えば、ＳＧＳ蛍光体(例えばＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ)が挙げられる。シリケート系蛍光体は、例えば、ＴＥＯＳ蛍光体(例えばＳｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄)が挙げられる。

この蛍光体層１３１は、例えば、粉体の蛍光体と、粉体の蛍光体を保持するバインダ（例えばシリコン材料）とを含んで構成されている。なお、蛍光体層１３１に含まれる粉体の蛍光体は、例えば、上述した各種蛍光体である。あるいは、蛍光体層１３１は、蛍光体材料で構成された多結晶板であってもよい。多結晶板は、蛍光体材料で構成された多結晶材を板状に加工することにより形成される。

蛍光体層１３１から出射される蛍光は、例えば黄色の光（第２の色光）であり、緑色の波長域と赤色の波長域とを含む波長域（例えば４８０ｎｍ以上７００ｎｍ以下）に強度ピークを有している。

コリメータ光学系１４は、蛍光変換ホイール１３の光出射側に配置され、入射光を平行光化する光学系であり、例えば１または複数のレンズを含んで構成されている。

照明部２０は、光源部１０から出射された光（白色光）を、複数の色光に分解すると共に、照明光の照度分布を均一化するものである。この照明部２０は、例えば、特に図示はしないが、インテグレータ素子、偏光変換素子、集光レンズ、ダイクロイックミラー等を含んで構成されている。

画像生成部３０は、外部から入力された各色に対応する映像信号に基づいて、照明部２０から入射された各色光を変調し、各色の画像光を生成するものである。この画像生成部３０は、例えば、赤色光用のライトバルブ３０Ｒ、緑色光用のライトバルブ３０Ｇおよび青色光用のライトバルブ３０Ｂと、偏光分離プリズム（ＰＢＳ）３１，３２と、色合成プリズム３３とを有している。

ライトバルブ３０Ｒは、外部から入力された赤色に対応する映像信号に基づいて、照明部２０から入力された赤色光を変調し、赤色の画像光を生成するものである。ライトバルブ３０Ｇは、外部から入力された緑色に対応する映像信号に基づいて、照明部２０から入力された緑色光を変調し、緑色の画像光を生成するものである。ライトバルブ３０Ｂは、外部から入力された青色に対応する映像信号に基づいて、照明部２０から入力された青色光を変調し、青色の画像光を生成するものである。これらのライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型液晶素子を用いることができる。但し、ライトバルブとしては、このような液晶素子に限らず、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などが用いられてもよい。

偏光分離プリズム３１，３２は、第１の偏光成分を透過し、第２の偏光成分を反射するように構成された光学素子である。偏光分離プリズム３１は、例えば赤色光が第１の偏光成分として、例えば青色光が第２の偏光成分として、それぞれ入力されることで、赤色光をライトバルブ３０Ｒに、青色光をライトバルブ３０Ｂに、それぞれ出射するように構成されている。ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｂにおいて生成された赤色および青色の各画像光は、偏光状態が回転されて、偏光分離プリズム３１へ出射される。これらの赤色および青色の各画像光は、偏光分離プリズム３１において合成されて、色合成プリズム３３に入力される。偏光分離プリズム３２は、例えば緑色光が第１または第２の偏光成分として入力されることで、緑色光を反射によりライトバルブ３０Ｇへ出射するように構成されている。ライトバルブ３０Ｇにおいて生成された緑色の画像光は、偏光状態が回転されて、偏光分離プリズム３２へ出射される。この緑色の画像光は、偏光分離プリズム３２を透過し、色合成プリズム３３に入力される。

色合成プリズム３３は、入力された赤色、緑色および青色の各画像光を合成して投射レンズ部４０へ出射するものである。

投射レンズ部４０は、例えばレンズ群４１と、ミラー４２とを含んで構成されている。レンズ群４１は、複数のレンズを含んで構成され、いわゆる短焦点型であってもよいし、長焦点型であってもよい。但し、本実施の形態の第１光源部１０Ａの光軸シフトによる効果は、短焦点型（あるいは超短焦点型）のものに特に有効である。超短焦点型のレンズのスローレシオ（Throw Ratio）は、例えば０．３８以下である。ここで、スローレシオと
は、レンズ群４１から投影面２００までの距離と、投影面２００上に形成される投影画面の幅との比率に相当する。

この投射レンズ部４０の投射光軸（レンズ群４１の出射光軸）は、光軸Ｚ０に対してシフトして配置されている。

（第１光源部１０Ａの光軸シフトについて）
図３に、投射型表示装置１の光軸Ｚ０、第１光源部１０Ａの出射光軸（光軸Ｚ１）、照明部２０の光軸Ｚ２、画像生成部３０の光軸Ｚ３および投射レンズ部４０の投射光軸（光軸Ｚ４）の位置関係について示す。このように、光源部１０では、第１光源部１０Ａの光軸Ｚ１が、光軸Ｚ０から所定の方向（方向ｄ１２）にシフトして配置されている。光軸Ｚ１のシフト量は、投射レンズ部４０の光軸Ｚ４のシフト量に応じて、光源部１０から出射された青色光と黄色光との各照度分布が同等となる（各照度分布同士が一致する、または各照度分布間の差異が低減される）ように設定されることが望ましい。

図４は、光源部１０から出射される青色光（光Ｌｂ）と、黄色の蛍光（光Ｌｙ）とのそれぞれの出射強度分布について示したものである。このように、光Ｌｂ，Ｌｙの出射強度分布は、互いに異なっている。ここで、本明細書において、光の出射強度分布（強度分布）とは、図５に模式的に示したように、光源部１０から出射された光（光束）Ｌｄの光軸Ｚ０に直交する面Ｓ１内における強度分布を示す。光Ｌｙの出射強度分布は、光軸Ｚ０に対して対称的に形成されるのに対し、光Ｌｂの出射強度分布は、光軸Ｚ０からＹ軸正の方向にシフトしており、光軸Ｚ０に対して非対称に形成されている。蛍光である光Ｌｙは、励起光の入射角度によらずに等方的に発光する（散乱角が大きい）ことから、強度分布の範囲（光束径）ｈ２は比較的大きくなる。一方で、青色の光Ｌｂは、蛍光体層１３１を透過する際にある程度拡散されるものの、その強度分布の範囲（光束径）ｈ１は、光Ｌｙの範囲ｈ２よりも小さなものとなる。このように、本実施の形態では、光Ｌｙの光路のうちの周辺部寄りの偏った領域に、光Ｌｂの光路が形成されるように光軸Ｚ１がシフト配置されている。

第１光源部１０Ａの光軸Ｚ１は、出射される青色光の光束の中心軸に相当するものであり、投射レンズ部４０の光軸Ｚ４のシフト方向（Ｙ軸負の方向ｄ１１）と反対の方向ｄ１２（ここでは、Ｙ軸正の方向）にシフトして配置されている。

この光軸Ｚ１のシフトは、例えば、第１光源部１０Ａを構成する、光源１１０の個数を光軸Ｚ０に対して非対称に配置することで実現することができる。

一例としては、各光源群１０Ａ１，１０Ａ２に配置される光源１１０の個数が異なる（光源群１０Ａ１，１０Ａ２における光源１１０の割合が異なる）ように設定する。具体的には、図２に示したように、光源群１０Ａ１と、光源群１０Ａ２との光源１１０の割合（個数比）が、均等とならない（この例では１：３となる）ように配置する。ここで、第１光源部１０Ａには、例えば図６に模式的に示したような光源モジュール（光源モジュール１１０ｍ）が用いられることが多い。光源モジュール１１０ｍには、例えば８つの光源１１０（レーザモジュール）が例えば２行４列で等間隔の位置に搭載されており、各光源１１０から光軸Ｚ０（Ｚ軸方向）に沿ってレーザ光が出射されるようになっている。このような光源モジュール１１０ｍを、光軸Ｚ０よりも上方（Ｙ軸正の側）に１つ配置して光源群１０Ａ１を構成し、下方（Ｙ軸負の側）に３つ配置して光源群１０Ａ２を構成することができる。このように、第１光源部１０Ａにおいて、光源群１０Ａ１よりも光源群１０Ａ２において光源１１０の数を増やすことで、第１光源部１０Ａの光軸Ｚ１を、光軸Ｚ０から方向ｄ１２に沿ってシフトさせることができる。

［作用および効果］
本実施の形態の投射型表示装置１では、光源部１０において、例えば白色光が生成され、この白色光が照明部２０に向けて出射される。照明部２０は、入射された白色光を例えば色分離すると共に偏光変換して、画像生成部３０へ向けて出射する。画像生成部３０では、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色の画像（画像光）が生成され、これらが合成された後に、投射レンズ部４０へ向けて出射される。投射レンズ部４０により、画像が投影面２００へ向けて投射されることで、カラーの画像表示がなされる。

このとき、光源部１０では、次のようにして、白色光が生成される。即ち、第１光源部１０Ａの各光源群１０Ａ１，１０Ａ２から出射した青色光は、図７に示したように、ミラー１１，１２により、蛍光変換ホイール１３へ向けて反射されつつ集光される。蛍光変換ホイール１３では、例えばモータ１３２により基板１３０が回転駆動され、これにより基板１３０に保持された蛍光体層１３１の一部が時分割的に（巡回的に）光軸Ｚ０上に配置される。この蛍光体層１３１に、青色光が入射すると、この青色光の一部が吸収されて黄色光を蛍光発光し、この黄色光（光Ｌｙ）が蛍光体層１３１を出射する。一方、入射した青色光のうち蛍光体層１３１において吸収されなかった青色光（光Ｌｂ）は、波長変換されずにそのまま蛍光体層１３１を透過し、黄色光と同一の方向に沿って蛍光変換ホイール１３を出射する。このように、蛍光変換ホイール１３から、青色の光Ｌｂと、蛍光である黄色の光Ｌｙとがそれぞれ出射される。

蛍光変換ホイール１３を出射した光Ｌｂ，Ｌｙは、コリメータ光学系１４へ入射し、コリメータ光学系１４において平行光とされる。これらの光Ｌｂ，Ｌｙの混色により、照明光としての白色光が生成される。

ここで、図７に、本実施の形態の比較例に係る光源部（光源部１００）の構成について示す。図８には、図７に示した光源部から出射される青色光と黄色光との各出射強度分布について示す。図９には、比較例に係る光源部１００を含む投射型表示装置の要部構成について示す。

比較例に係る光源部１００は、本実施の形態の光源部１０と同様、複数の光源１１０を含む光源群１００Ａ１，１００Ａ２と、ミラー１０１，１０２と、蛍光変換ホイール１０３と、コリメータ光学系１０４とを備える。但し、この光源部１００では、光軸Ｚ０に対して対称的に複数の光源１１０（光源群１００Ａ１，１００Ａ２）が配置されている。これにより、蛍光変換ホイール１０３の蛍光体層１０３１およびコリメータ光学系１０４を出射した光Ｌｒ，Ｌｂの混色により白色光が生成される。光源部１００を出射する各光Ｌｒ，Ｌｂの出射強度分布は、図８に示したように、どちらも光軸Ｚ０に対して対称性を有している。また、上述したような理由から、蛍光である光Ｌｙは、散乱角が大きいために範囲ｈ２が比較的大きくなるが、青色の光Ｌｂの強度分布の範囲ｈ１は、光Ｌｙの範囲ｈ２よりも小さくなる。

この比較例では、光源部１００から出射された光Ｌｂ，Ｌｙを含む白色光は、光軸Ｚ０に沿って、照明部２０、画像生成部３０および投射レンズ部４０（レンズ群４１）を順に通過して投影面へ投射される。光源部１００から出射された白色光のうち光Ｌｂでは、光軸Ｚ０を中心とする中央部が光路となるのに対し、光Ｌｙでは、その中央部から周辺部に至るまでの広範囲が光路となる。このように、光源部１００から出射された光Ｌｂ，Ｌｙの各強度分布の範囲ｈ１，ｈ２（光束径）は互いに異なっている。また、投射レンズ部４０では、本実施の形態と同様、光軸Ｚ４が光軸Ｚ０から方向ｄ１１に沿ってシフトして配置されている。

ところが、出射強度分布が異なる光Ｌｂ，Ｌｙに基づいて生成された画像が、上記のようにシフトされた光軸Ｚ４を有する投射レンズ部４０を介して投影面に投射されると、その投影画面では色むらを生じる。

図１０Ａ〜図１０Ｃに、一例を挙げる。図１０Ａは、光源部１００から出射された青色の光Ｌｂの投影画面における照度分布（Ｌｂ１００）を模式的に表したものである。このように、青色の光Ｌｂに基づく照度分布Ｌｂ１００は、略均一でむらの少ない分布となる。これは、光Ｌｂが光軸Ｚ０に近い中央部を通り、投射レンズ部４０による周辺滅光（周辺光量低下）の影響を受けにくいためである。図１０Ｂは、光源部１００から出射された黄色の光Ｌｙの投影画面における照度分布（Ｌｙ１００）を模式的に表したものである。光Ｌｂの照度分布Ｌｂ１００が略均一であるのに対し、黄色の光Ｌｙに基づく照度分布Ｌｙ１００では、むらを生じる。具体的には、上端中央部Ｙｃ付近において最も照度が大きく（光量が多く）、この上端中央部Ｙｃから下端部Ｙｅに向かって徐々に低下する（光量が減る）傾向を示す。これは、蛍光である光Ｌｙが、投射レンズ部４０（レンズ群４１）の周辺部を通過して周辺滅光（周辺光量低下）の影響を受け易いことと、投射レンズ部４０の光軸Ｚ４がシフトして配置されることとに起因する。特に、投射レンズ部４０が短焦点型である場合には、コサイン４乗則に応じて大きく周辺光量が低下する。このように、投射レンズ部４０による周辺光量の低下と、光軸Ｚ４のシフトとによって、光Ｌｙの照度分布Ｌｙ１００には、図１０Ｂに示したような照度むらが発生する。照度変化尚、図１０Ｂに示した破線は、照度変化を模式的に示したものであり、図１０Ｃに示した破線は、色度変化を模式的に示したものである。

このように、光Ｌｂ，Ｌｙの出射強度分布の範囲ｈ１，ｈ２（光束径）の違いにより、投射レンズ部４０による周辺光量低下の度合いが異なるため、上記のように照度分布Ｌｂ１００，Ｌｙ１００が互いに異なる分布となる。これらの照度分布の差異によって色度むらが発生する。例えば、図１０Ａの照度分布Ｌｂ１００をもつ光Ｌｂと、図１０Ｂの照度分布Ｌｙ１００をもつ光Ｌｙとの組み合わせにより生成される白色光の照度分布Ｌｗ１００では、図１０Ｃに示したような色むらを生じる。具体的には、照度分布Ｌｗ１００の多くの部分は、青色と黄色とがバランス良く混合された白色Ｗ１となるものの、局所的な部分、例えば照度分布Ｌｙ１００の上端中央部Ｙｃに対応する領域では黄色味がかった（黄色の度合いが青色に比べて強い）白色Ｗｙとなる。また、下端部Ｙｅに対応する領域では、青味がかった（青色の度合いが黄色に比べて強い）白色Ｗｂとなる。

これに対し、本実施の形態の光源部１０では、第１光源部１０Ａの光軸Ｚ１が、投射レンズ部４０の光軸Ｚ４のシフト方向（方向ｄ１１）とは反対の方向ｄ１２にシフトして配置されている。具体的には、図１１に示したように、第１光源部１０Ａにおける光源群１０Ａ１，１０Ａ２を光軸Ｚ０に対して非対称となるように構成することで、蛍光変換ホイール１３およびコリメータ光学系１４を介して光源部１０から出射される光Ｌｂの光軸Ｚ１が、光軸Ｚ０から方向ｄ１２に沿ってシフトする。図１２に示したように、光源部１０から出射される光Ｌｂの強度分布は上方（Ｙ軸正の向き）にシフトして形成される。この光源部１０から出射された光Ｌｂは、図１３に示したように、光軸Ｚ０からシフトした光軸Ｚ１に沿って、照明部２０、画像生成部３０および投射レンズ部４０を順に通過し、投影面２００へ投射される。一方、光Ｌｙは、入射光（第１光源部１０Ａから出射された青色光）の入射角度によらずに等方的に発光することから、光Ｌｙの出射光軸はシフトしない。即ち、光Ｌｙは、光軸Ｚ０に沿って照明部２０、画像生成部３０および投射レンズ部４０を順に通過し、投影面２００へ投射される。

光軸Ｚ１のシフトにより、図１４Ａおよび図１４Ｂに示したように、光源部１０から出射される光Ｌｂの照度分布Ｌｂ１と、光Ｌｙの照度分布Ｌｙ１が同等となる。光Ｌｙの照度分布Ｌｙ１が、上端中央部Ｙｃから下端部Ｙｅに向かって徐々に低下する（光量が減る）傾向を示すのに対し、光Ｌｂの照度分布Ｌｂ１も、上端中央部Ｂｃから下端部Ｂｅに向かって徐々に低下する傾向を示す。即ち、照度分布Ｌｂ１，Ｌｙ１において、照度むらの発生部分やその程度が同等となる。これは、光軸Ｚ１のシフトにより、光Ｌｂが投射レンズ部４０の周辺部寄りの領域を通過することとなり、光Ｌｙと同様に周辺光量が低下するためである。尚、図１４Ａおよび図１４Ｂに示した破線は、照度変化を模式的に示したものである。

この結果、図１４Ａの照度分布Ｌｂ１をもつ光Ｌｂと、図１４Ｂの照度分布Ｌｙ１をもつ光Ｌｙとの組み合わせにより生成される白色光の照度分布Ｌｗ１では、図１４Ｃに示したように、色むらが低減する。即ち、上記比較例（図１０Ｃ）のような黄色味がかった部分や青味がかった部分がなく、投影画面の全域において青色と黄色とがバランス良く混合された白色Ｗ１を実現することができる。

以上のように本実施の形態では、出射強度分布が異なる光Ｌｂ，Ｌｙに基づく画像が、投射光軸（光軸Ｚ４）が光軸Ｚ０からシフトして配置された投射レンズ部４０を介して投影面２００に投射される。このような構成において、第１光源部１０Ａの出射光軸（光軸Ｚ１）が、投射レンズ部４０の光軸Ｚ４のシフト方向（方向ｄ１１）とは反対の方向ｄ１２に向かってシフトして配置されている。これにより、信号処理による補正を行わずに、また補正用の光学部材を新たに追加することなく、投影画面における色むらを低減できる。簡易な構成で表示画質を向上させることが可能となる。

また、補正用の光学部材を別途用いることなく、色むらを低減できることから、光利用効率を低下させることもない。更には、補正のための信号処理も不要であることから、そのような信号処理による画質劣化が生じることもない。

次に、上記実施の形態の変形例について説明する。以下では、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

＜変形例１＞
図１５は、変形例に係る光源部（光源部１０Ｂ）を含む投射型表示装置の要部構成を表したものである。上記実施の形態では、光源部１０において、第１光源部１０Ａの光軸Ｚ１をシフトさせるために、複数の光源１１０を用いると共に、これらの光源１１０のレイアウト（個数など）を光軸Ｚ０に対して非対称となるように設定したが、光軸Ｚ１をシフトさせる手法はこれに限定されるものではない。例えば、本変形例のように、光源１１０は１つであってもよい。ここで、１つの光源を用いる場合には、破線で示した光源１００Ｂ１のように、光軸Ｚ０上に配置されることが一般的である。上述したように、光軸Ｚ１をシフトさせるために、本変形例では、光源１１０の出射光軸（光軸Ｚ１１）が、光軸Ｚ０に対して斜め下方から蛍光変換ホイール１３に向かうように設定する。これにより、上記実施の形態と同様、光源部１０の出射光軸（光軸Ｚ１）を、光軸Ｚ０から方向ｄ１２に沿ってシフトさせることができる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等において例示した光学系（光源部、照明部、画像生成部および投射レンズ部等）における各要素は、あくまで一例であり、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。尚、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であってその記載に限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

また、上記実施の形態等では、本開示の第１色光として青色光、第２の色光として黄色光を例に挙げて説明したが、第１および第２の色光の組み合わせは、これに限定されるものではない。光源の種類や蛍光体の特性に応じて、第１および第２の色光はそれぞれ他の波長域の光であってもよい。また、２種以上の色光の組み合わせであってもよく、例えば青色、緑色、赤色の各光を組み合わせてもよい。更には、可視域に限らず、例えば紫外域等の非可視域の光が用いられてもよい。

更に、上記実施の形態等では、光源部において透過型の蛍光変換ホイール１３を用いた構成を例に挙げたが、反射型または透過・反射型のものが用いられても構わない。互いに異なる出射強度分布をもつ第１の色光と第２の色光とをそれぞれ出射する光源部を有していればよい。また、上記実施の形態では、第１の色光を出射する光源が、第２の色光を発光させるための励起光源を兼ねた構成を例示したが、これに限らず、第１の色光を出射する光源と、第２の色光を発光させるための励起光源とが、別々に配置されていても構わない。

また、本開示は以下のような構成を取り得るものである。
（１）
第１の色光を出射する第１の光源部と、前記第１の色光とは出射強度分布が異なる第２の色光を出射する第２の光源部とを有する光源部と、
前記光源部から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から出射された光を投影面に向けて投射すると共に、装置全体の基本光軸からシフトして設定された投射光軸を有する投射レンズ部と
を備え、
前記第１の光源部の出射光軸は、前記投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されている
投射型表示装置。
（２）
前記第１の光源部は、複数の光源を含んで構成され、
前記複数の光源が前記基本光軸に対して非対称に配置されている
上記（１）に記載の投射型表示装置。
（３）
前記複数の光源はそれぞれ、レーザ光源を含む
上記（２）に記載の投射型表示装置。
（４）
前記第２の光源部は、入射光の少なくとも一部を吸収して前記第２の色光に変換して出射する波長変換素子を含んで構成されている
上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（５）
前記波長変換素子は、前記第１の光源部の出射側に配置されると共に、前記第１の光源部から入射される第１の色光の一部を吸収して前記第２の色光を出射する
上記（４）に記載の投射型表示装置。
（６）
前記光源部は、前記第１および第２の光源部から出射される各光の混色により白色光を出射する
上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。
（７）
前記第１の色光は青色光を含み、
前記第２の色光は黄色光を含む
上記（６）に記載の投射型表示装置。
（８）
前記投射レンズ部は、短焦点型レンズを含む
上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の投射型表示装置。

本出願は、日本国特許庁において２０１６年４月２７日に出願された日本特許出願番号第２０１６−８９０５６号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。

当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

第１の色光を出射する第１の光源部と、前記第１の色光とは出射強度分布が異なる第２の色光を出射する第２の光源部とを有する光源部と、
前記光源部から出射された光に基づいて画像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部から出射された光を投影面に向けて投射すると共に、装置全体の基本光軸からシフトして設定された投射光軸を有する投射レンズ部と
を備え、
前記第１の光源部の出射光軸は、前記投射光軸のシフト方向とは反対の方向に向かってシフトして配置されている
投射型表示装置。
前記第１の光源部は、複数の光源を含んで構成され、
前記複数の光源が前記基本光軸に対して非対称に配置されている
請求項１に記載の投射型表示装置。
前記複数の光源はそれぞれ、レーザ光源を含む
請求項２に記載の投射型表示装置。
前記第２の光源部は、入射光の少なくとも一部を吸収して前記第２の色光に変換して出射する波長変換素子を含んで構成されている
請求項１に記載の投射型表示装置。
前記波長変換素子は、前記第１の光源部の出射側に配置されると共に、前記第１の光源部から入射される第１の色光の一部を吸収して前記第２の色光を出射する
請求項４に記載の投射型表示装置。
前記光源部は、前記第１および第２の光源部から出射される各光の混色により白色光を出射する
請求項１に記載の投射型表示装置。
前記第１の色光は青色光を含み、
前記第２の色光は黄色光を含む
請求項６に記載の投射型表示装置。
前記投射レンズ部は、短焦点型レンズを含む
請求項１に記載の投射型表示装置。