(57)【要約】      （修正有）【課題】色毎に異なる瞳形状を有する光に対し、絞り開閉度合いによる色バランスの変動を抑制すること可能にした絞りを提供すること。【解決手段】色毎に異なる瞳形状を有する照明光学系と、照明光学系に配置され、部材を光路に移動させることで光量を調整する遮光機構１４と、を有する投射表示装置において、前記遮光機構の光路に移動させる部材が波長選択光学素子で構成され、前記遮光機構の光路に移動させる部材は、光入射角度に対して、角度変化しながら移動するよう構成することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色毎に異なる瞳形状を有する照明光学系と、
照明光学系に配置され、部材を光路に移動させることで光量を調整する遮光機構と、を有する投射表示装置において、
前記遮光機構の光路に移動させる部材が波長選択光学素子で構成され、
前記遮光機構の光路に移動させる部材は、光入射角度に対して、角度変化しながら移動するよう構成することを特徴とする投射表示装置。
【請求項２】
波長選択光学素子は、光入射角度の角度変化に応じて反射、または透過する波長帯域の変動が発生すること特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項３】
瞳形状は、中心部において、青色の波長帯域の光が他の波長帯域の光と比較して少ない事を特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項４】
投射表示装置は、青光を発する固体光源とすることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項５】
投射表示装置は、蛍光体を有し、蛍光体からの光路中に配置される波長選択光学素により色毎に異なる瞳形状が形成されることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞り機構に関し、特に固体光源を有する投射表示装置の絞り機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体光源を利用した投射表示装置が増加している。固体光源を利用する場合、光源色が従来の高圧水銀ランプの様に白色で無い為、蛍光体を用いて所望の波長帯域への変換を行う。上記を実現する上で、様々な光学系が考えられるが、低価格や装置の小型化を目的として、照明光学系の瞳形状が色毎に異なることがある。
【０００３】
しかし、色毎に異なる瞳形状において、絞り機構を開閉した場合、各色が同じ度合いで遮光されない為、絞り機構の開閉度合いで色バランスが変動する問題がある。特許文献１には、投射レンズ内部の絞りの開閉において、特定の波長を抑制する様、波長選択性の絞り羽を有する提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に開示された従来技術では、絞りの最外領域は全ての色の光を遮断し、中央円形領域は全ての色の光を透過。前記領域の間の領域は、１つまたは複数の色光を遮光することで特定波長の光を選択して透過させることができる。これにより、例えば、短波長光よる開口収差の発生を原因とした結像性能の低下を抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、上記構成では、色毎に異なる瞳形状に対し、絞りの開閉度合いによって発生する色バランスの変動を抑制することはできない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、色毎に異なる瞳形状を有する光に対し、絞り開閉度合いによる色バランスの変動を抑制すること可能にした絞りを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る投射表示装置は、
色毎に異なる瞳形状を有する照明光学系と、
照明光学系に配置され、部材を光路に移動させることで光量を調整する遮光機構と、
を有する投射表示装置において、
前記遮光機構の光路に移動させる部材が波長選択光学素子で構成され、前記遮光機構の光路に移動させる部材は、光入射角度に対して、角度変化しながら移動するよう構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る投射表示装置によれば、色毎に異なる瞳形状を有する光に対し、絞り開閉度合いによる色バランスの変動を抑制すること可能にした絞りを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に関わる全体概略図
【図２】絞り周辺部概略図
【図３】絞り周辺瞳形状概略図
【図４】入射角度と光学特性の変化を示す図
【図５】光源および蛍光体部の光学特性を説明する図
【図６】光源および蛍光体部に配置されるダイクロイックミラー特性を説明する図
【図７】光源および蛍光体部に配置されるダイクロイックミラー特性を説明する図
【図８】光源および蛍光体部特性を説明する図
【図９】光源および蛍光体部特性を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態にかかわる全体簡略図である。ある程度構成部品を省略して図示してある。図２は、図１太枠内の特定部品を抜き出した絞り周辺部概略図である。蛍光体ユニット７からの光を、絞り機構１４の遮光羽が回転することで遮光していることを示す。図３は、絞り部での瞳形状の概略を示す図である。
【００１３】
図４は、波長選択性光学素子への入射角度とその際の反射光学特性を示す図である。図４（Ａ）は、反射率が変動することを示し、図４（Ｂ）は波長選択性光学素子への光の入射角度を示す。図５は、光源および蛍光体部の光学特性を説明する図である。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）にある部品はすべて共通である。
【００１４】
図６、図７は、光源および蛍光体部に配置されるダイクロイックミラー特性を説明する図である。反射する４６５ｎｍ以下の波長帯域の光を反射し、それ以上の波長帯域の光を透過する。図８、図９は、光源および蛍光体部特性を説明する図である。図８はレーザー光源の発光スペクトルを示し、図９は蛍光体で生成される蛍光光のスペクトルを示す。
【００１５】
初めに、光源および蛍光体部について説明する。
【００１６】
まず、レーザー光源１からの射出光が蛍光体ユニット７に至るまでを説明する。図５（ａ）はレーザー光源１から蛍光体ユニット７までの経路を説明した図である。レーザー光源１はレーザーダイオードであり、図８で示す通り、４４８ｎｍの青色光を発する。レーザー光源１から発したレーザー光束は出側レンズ３２、１次反射ミラー２、２次反射ミラー３を経て、コリメータレンズ４によって略平行光化され、光源ダイクロイックミラー５に到達する。ダイクロイックミラー５は図６で示すようにダイクロイックミラー面５１と、全波長領域の光を透過する全透過領域５２とに分かれる。
【００１７】
コリメータレンズ４によって略平行光化された光は、まずダイクロイックミラー面５１に入射する。図７の光源ダイクロイックミラー面５１の特性が示す通り、４４８ｎｍの光は反射され、その後、６の蛍光体集光レンズＡ、Ｂによって蛍光体ユニット７の面上に集光される。蛍光体ユニット７は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系を主材料とした蛍光材料であり、レーザー波長を励起光として図９に示されるようなスペクトルの蛍光を発する。これにより緑および赤の光が生成される。蛍光体はミラーや金属などに固定されているため、蛍光体ユニット７で透過する光はなく、全ての光は反射される。蛍光体ユニット７は蛍光体が塗布される円盤状の基板をモーターユニット８で回転させ、光が一点に集中して発熱することを防止している。
【００１８】
図５（ｂ）および（ｃ）は蛍光体ユニット７が蛍光光束を発した後の経路を説明した図である。図５（ｂ）は蛍光光に波長変換された蛍光光束について、（ｃ）が蛍光体ユニット７に入射したものの波長変換されずにそのまま反射された波長未変換光束について説明したものである。蛍光体ユニット７によって反射される光束は、蛍光光束、波長未変換光束にかかわらず拡散反射される。６の蛍光体集光レンズＡ、Ｂは拡散反射された光束を取込んで再び平行光束として光源ダイクロイックミラー５側に戻す。
【００１９】
蛍光体ユニット７から発した光束は拡散反射光であるため図５（ａ）の入射レーザー光束に比べ、光束径が太くなる。したがって光源ダイクロイックミラー面５１よりも大きな面に対して入射することになる。図５（ｂ）（ｃ）においては拡散反射光束のうち光源ダイクロイックミラー面５１に入射するものをグレーの矢印で、それ以外の部分である全透過領域５２に入射するものを白抜きの矢印で図示してある。以下、蛍光体ユニット７から反射された後の蛍光光束および波長未変換光束の振る舞いについて図５（ｂ）および（ｃ）を用いて説明する。
【００２０】
蛍光光束のスペクトル特性は図７に図示されたものであり、ほぼすべての光が光源ダイクロイックミラー面５１の透過波長の４６５ｎｍ以上である。そのため、光源ダイクロイックミラー５に入射する光束は図７および図９が示す通り、ほぼ全てが光源ダイクロイックミラー５を透過する。すなわち蛍光光束は全ての光束が照明光学系側に導かれることになる。
【００２１】
一方、図５（ｃ）では波長未変換光束について説明する。波長未変換光束はレーザー波長のままであるので、４４８ｎｍの波長を有する。そのため、光源ダイクロイックミラー面５１の透過波長の４６５ｎｍ以下である。そのため、光源ダイクロイックミラー面５１に入射する光についてはそのまま反射し、レーザー光源１の側に向かう。光源ダイクロイックミラー面５１以外に入射する光束は、図５（ｃ）に示されるように照明光学系側に向けて反射することになる。すなわち、波長未変換光束は光源ダイクロイックミラー５以外に入射した光束のみ照明光学系に導かれる。
【００２２】
以上が本実施例の光源および蛍光体部の光学特性の概要であるが、このような構成をとることにより青レーザー光を青色の照明光光源として使うことが可能になる。この構成は、もともと捨てられていた蛍光体の波長未変換光を有効活用できるため、消費電力を上げることなく、明るい投射表示装置を実現することができるのである。さらには、もともとは光源に向かって反射されていた未変換光束を大幅に減じるので、光源部の温度上昇や寿命への影響を減らすことができ、より信頼性の高いプロジェクターを実現することができる。
【００２３】
次に、その他の光学系について説明する。
【００２４】
先に説明した蛍光体ユニット７からの光は、９のフライアイレンズＡ、１１のフライアイレンズＢを経て照明領域において均一な光束となる。１０はＵＶカットフィルタである。ただし、超高圧水銀ランプと半導体光源との双方の光源を流用可能な光学構成において配置されるものであり、半導体光源を利用する本提案の構成においては除外しても良い。１２はＰＳ偏光素子。１３の照明系集光レンズＡ、１５の照明系集光レンズＢで所定の照明領域（後述の反射型液晶パネルの有効領域）に光束を調整する。
【００２５】
なお、照明系集光レンズ１３、１５との間に光路に絞り羽を出し入れすることで絞り機構１４は図２で示すように絞り羽部が回転運動をすることで光の遮光度合いを調整する構成である。
【００２６】
図２で、１はレーザー光源、３０１はレーザー光源１から蛍光体ユニット７への光経路を示す。３０２は蛍光体ユニット７での未変換光の光経路を示す。３０３は蛍光体ユニット７にて発生した蛍光光の光経路、３０４は光源ダイクロイックミラー５後の照明光を示す。
【００２７】
絞り機構１４の遮光部分である絞り羽は色選択性反射光学素子で構成される。反射特性は図４（Ａ）実線で示す。４９０ｎｍ以上の光を透過させ、それ以下の光を反射する。実線の反射特性は図４（Ｂ）３０５で示すように、色選択性反射光学素子に直角に光が入射した際の特性を示す。また、３０６で示すように、色選択性反射光学素子に９０°よりも小さい角度で入射した際の反射特性を点線で示す。
【００２８】
色選択性反射光学素子は、入射角度が所定角度に対してずれると、反射特性の波長帯域が短い側に移動する、所謂ブルーシフトと呼ばれる現象が発生する。図４（Ａ）（Ｂ）は、このブルーシフトを説明する図である。なお、絞り機構１４にて遮光する位置での瞳形状は図３で示す。領域３１１は、光源ダイクロイックミラー面５１の影響により、４６５ｎｍ以下の波長帯域の光を含まない。また領域３１２は、４６５ｎｍ以上の波長帯域であり、かつ、図９で示す蛍光光の波長帯域の光である。照明系ダイクロイックミラー１６は緑光を透過、赤および青光を反射する。
【００２９】
１７は緑用のλ／２板。１８は検光用のワイヤグリッド。１９１は緑用の偏光ビームスプリッターで偏光方向により透過、反射するＧプリズム。２０１、２０２、２０３は各色それぞれのλ／４板。２１１、２１２、２１３は各色それぞれの反射型液晶パネル。２４は緑用出側偏光板。２２は検光用のワイヤグリッド。２３は色を選択して偏光方向を変換するカラーセレクトであり、青光の偏光方向を変換する。１９２は赤青用の偏光ビームスプリッターで偏光方向により透過、反射するＲＢプリズム。２４は赤青用出側偏光板。２５は赤青光を透過し、緑光を反射するダイクロイックミラーである合成プリズム。２６は合成プリズム２５からの光を図示せぬスクリーンに透過する投射レンズ。投射レンズ２６は複数のレンズおよび絞りからなる。３０は、レーザー光源１からの図示せぬスクリーンまでの光経路を示す。２７は蛍光体ユニット７を冷却する冷却ファン。２８は、レーザー光源１を冷却する為の冷却ファン。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３１】
光源ダイクロイックミラー５以降の光は、図３で示したように真ん中が４６５ｎｍ以下の波長帯域の光が含まれない。この様な光学構成において、図２で示すように、絞り機構１４の絞り羽の位置を１４２とした場合と、１４１とした場合を比較すると、全光透過領域に対する４６５ｎｍ以下の光が含まれない領域の比率が多い１４２の方が青光成分比率が少なくなる。これは、投射光での青光の比率が少なくなることと同じである。対策としては、１４２で青光（短い波長帯域の光）が多く、１４１で青光が少なくすることで、投射光の色バランスを改善することができる。
【００３２】
実施例では、図４（Ｂ）３０５の様に色選択性光学素子で構成する絞り機構１４の絞り羽に対して直角に入射した際（１４２の状態）の反射特性が図４（Ａ）となるように設定する。この際、４９０ｎｍ以下の光を透過、それ以外の光を反射する。
【００３３】
これに対し、１４１の様に、１４２に対し、絞り羽が入射角度に対して所定角度からずれて行くと（絞り機構１４が開く方向）、反射する波長帯域が短い方向にずれて行く。つまり、絞り機構１４で遮光（反射）される波長帯域がより短い波長帯域となる。これにより１４２よりも１４１の方が、より短波長側まで反射する為、結果として後段への青光の比率が少なくなる。これにより、上記対策を実施しない場合と比較して、色バランスの変動を抑制することができる。結果として、色毎に異なる瞳形状を有する光に対し、絞り開閉度合いによる色バランスの変動を抑制すること可能にした絞りを提供することができる。
【００３４】
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。例えば、絞り機構１４の絞り羽の反射、透過波長帯域は限定されず、所謂ブルーシフトを使用して、色バランスの改善効果が認められればどのように設定してもかまわない。
【符号の説明】
【００３５】
１  レーザー光源、２  一次反射ミラー、３  二次反射ミラー、
４  コリメータレンズ、５  光源ダイクロイックミラー、
５１  ダイクロイックミラー面、５２  全透過領域、６  蛍光体集光レンズ、
７  蛍光体ユニット、８  モーターユニット、９  フライアイレンズＡ、
１０  ＵＶカットフィルタ、１１  フライアイレンズＢ、１２  ＰＳ変換素子、
１３  照明系集光レンズＡ、１４  絞り機構、１５  照明系集光レンズＢ、
１６  照明系ダイクロイックミラー、１７  λ／２板、１８  ワイヤグリッド、
１９  偏光ビームスプリッター、２０  λ／４板、２１  反射型液晶パネル、
２２  検光用ワイヤグリッド、２３  カラーセレクト、２４  出側偏光板、
２５  合成プリズム、、２６  投射レンズ、２７  蛍光体ユニット冷却ファン、
２８  レーザー光源冷却ファン、３０  光経路、３２  出側レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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