(57)【要約】【課題】複数個のランプのうち一部が点灯していても、また外部の衝撃等により部品ズレが発生し、光軸がずれ、照度分布が不均一になっても、スクリーンに投影される輝度分布は輝度劣化なく、完全に均一化することのできる投写型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】ランプ２１、２２は、それぞれが保持体に保持されてランプユニット３１、３２を構成しており、ランプユニット３１、３２は、上下左右において物理的に平行移動する調整機構（図示せず）を有し、また光軸において、それぞれの角度α、βにて回転する回転機構（図示せず）を有しており、スクリーン上の輝度分布と明るさが最適となるようにランプユニット３１、３２の位置を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を生成する複数の光源と、
前記複数の光源の全部または一部によって生成された光を反射し、かつ合成する光反射合成手段と、
前記反射された光の光路を調節できるように、前記光反射合成手段に対し、前記複数の光源を位置変更可能に駆動保持する光源位置駆動手段と、
を備えた投写型表示装置。
【請求項２】
前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源を平行方向に位置変更可能に駆動保持する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の光軸を回転方向に位置変更可能に駆動保持する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の光軸を６軸方向に位置変更可能に駆動保持する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の点灯状態を検知し、点灯している光源において輝度均一化に最適な光の反射光路を調整する様に、光源の位置変更を自動で行う請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源をそれぞれ独立に位置変更可能に駆動保持する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記光反射合成手段を位置変更可能に駆動保持する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記反射された光を重畳する光重畳手段を備え、前記光重畳手段は、レンズアレイまたはガラスロッドを利用して構成されている請求項１記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大画面映像をスクリーン上に投影するための投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大画面映像を得るための方法として、ライトバルブ上に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を照射し、投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するプロジェクタ等の投写型表示装置がよく用いられている。
【０００３】
かかる方法においては、ライトバルブとして液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などの反射型ライトバルブを用いることで、高い解像度と高い画素開口率とを両立させることができ、光利用効率の高い高輝度の投写画像を表示することが可能となる。
【０００４】
図５に、上述したような反射型ライトバルブを用いた従来の投写型表示装置における光学系の概略構成図を示す。図５において、光源としてのランプ光源１から放射される光を反射型ライトバルブ１０上に集光及び照明するための照明光学系は、凹面鏡２、断面が反射型ライトバルブ１０の有効表示面と略同じアスペクト比を有する四角柱状のロッドプリズム３、コンデンサレンズ４、カラーホイール（図示せず）、ＴＩＲ（内部全反射）プリズム５によって構成されている。そして、反射型ライトバルブ１０からの反射光は、投写レンズ１１によりスクリーン（図示せず）上に投影される。
【０００５】
上記構成において、凹面鏡２は反射面の断面形状が楕円形をなしており、第１焦点と第２焦点を有している。そして、ランプ光源１の発光体の中心１ａが凹面鏡２の第１焦点付近に位置するように配置されており、ロッドプリズム３の光入射面３ａが凹面鏡２の第２焦点付近に位置するように配置されている。なお、凹面鏡２は、ガラス製機材の内面に、赤外光を透過させ、可視光を反射させる性質を有する光学多層膜を形成したものである。
【０００６】
ランプ光源１から放射された光は、凹面鏡２によって反射及び集光され、凹面鏡２の第２焦点においてランプ光源１の発光体像を形成する。
【０００７】
ここで、ランプ光源１の発光体像は、光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、そのままでは、輝度に不均一性が残ってしまうという問題が生じる。
【０００８】
かかる問題に対し、第２焦点付近にロッドプリズム３の入射面３ａを配置し、ロッドプリズム３の側面３ｂで入射光を多重反射させて輝度の均一化を図っている。こうすることで、ロッドプリズム３の出射面３ｃを２次面光源として、以降に配置されているコンデンサレンズ４によって、反射型ライトバルブ１０上に結像させることにより、照明光の均一性を確保することが可能となる。
【０００９】
一方、高輝度、高信頼性という市場の要望に対して、前述の投写型表示装置において、ランプ（ランプ光源と凹面鏡を併せて、以下ランプと称す）を２灯、もしくはそれ以上のランプの光源を使用した投写型表示装置が開発されている。
【００１０】
図６に、例えばランプを２灯備えた投写型表示装置の概略構成図を示す。図６において、図５と同じものは同一の番号を付している。ランプ２１とランプ２２も前述のランプと同等のものである。
【００１１】
ランプ２１とランプ２２の発光体像は、三角プリズム６によりそれぞれ反射された後、ロッドプリズム３の光入射面３ａに結像され、前述の投写型表示装置と同様に、ロッドプリズム３の側面３ｂで入射光を多重反射させて輝度の均一化を図っている。
【００１２】
このような複数のランプを用いた光学系では、高輝度化を図ることができる一方、複数のランプ全てが同時に使用されず、ユーザーのマニュアル操作に応じて複数の光源の一部だけが使用される場合がある。
【００１３】
実際、明るさを求めるのではなく、投写型表示装置のランプ寿命の延命手段として、備わっている複数個のランプのうち、一部のランプのみを使用する場合がある。また、一部のランプが破裂、破損し、点灯不可となった場合、残っているランプのみを使用する場合もある。
【００１４】
しかしながら、複数の光源を用いた光学系では、全ての光源が使用される状態のみを想定して均一な照明が可能であるようにデバイス設計が行われている。要するに、複数の光源を用いた光学系では、複数の光源全てが使用されない場合は、表示画面内の明るさの均一性が劣化し、いわゆる照度斑を発生することがあった。
【００１５】
この問題を解決するために、光を生成する複数個の光源と、複数個の光源の全部または一部によって生成された光を反射かつ合成する光反射合成手段と、反射された光の反射光路を調節できるように、光反射合成手段を位置変更可能に保持する光反射合成手段保持手段とを備えた装置が提案されている(特許文献１参照)。
【００１６】
この光反射合成手段保持手段は、光反射合成手段である三角プリズムの対称面（底面に垂直な対称面）が、２つのランプの光軸とほぼ直交し、照明光学系の光軸を含むように、三角プリズムを移動させ、ニュートラル位置（ランプが２つとも使用されるという想定で均一な照明が可能な位置）に調整するようにしたものである。
【特許文献１】特許第４０２８５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献１に記載された装置では、反射光路を調節できるように、光反射合成手段の位置を変更するが、この方法では光線の角度のみの調整だけであり、光軸の変更の自由度が低い。
【００１８】
実際の複数のランプを使用した光学系では、各光源の光路を確保するため、光軸はそれぞれほぼ平行にずらして設計されている。このため、特許文献１の方法では反射光路を調節できるように、光反射合成手段の位置を変更するようにしているが、この方法では光線の角度のみの調整だけであり、ランプの数が減少した場合などに輝度分布の不均一性を完全に取り除くことができず、また、輝度の大幅な劣化も招いてしまう。
【００１９】
本発明は、上述の問題を解決するもので、複数個のランプのうち一部が点灯していても、また外部の衝撃等により部品ズレが発生し、光軸がずれ、照度分布が不均一になっても、スクリーンに投影される輝度分布は輝度劣化なく、完全に均一化することのできる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明にかかる投写型表示装置は、光を生成する複数の光源と、前記複数の光源の全部または一部によって生成された光を反射し、かつ合成する光反射合成手段と、前記反射された光の光路を調節できるように、前記光反射合成手段に対し、前記複数の光源を位置変更可能に駆動保持する光源位置駆動手段と、を備えている。
【００２１】
また、前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源を平行方向に位置変更可能に駆動保持する。
【００２２】
また、前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の光軸を回転方向に位置変更可能に駆動保持する。
【００２３】
また、前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の光軸を６軸方向に位置変更可能に駆動保持する。
【００２４】
また、前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源の点灯状態を検知し、点灯している光源において輝度均一化に最適な光の反射光路を調整する様に、光源の位置変更を自動で行うものである。
【００２５】
また、前記光源位置駆動手段は、前記複数の光源をそれぞれ独立に位置変更可能に駆動保持する。
【００２６】
また、前記光反射合成手段を位置変更可能に駆動保持するものである。
【００２７】
前記反射された光を重畳する光重畳手段を備え、前記光重畳手段は、レンズアレイまたはガラスロッドを利用して構成されている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、複数個のランプのうち一部が点灯していても、また外部の衝撃等により部品ズレが発生し、光軸がずれ、照度分布が不均一になっても、スクリーンに投影される輝度分布は輝度劣化なく、完全均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成図である。図１において、従来例の図５、図６と同じものは同一の番号を付している。２１は２つの光源の内、一方のランプを、２２はもう一方の対向ランプを示す。３はロッドプリズム、１０は反射型ライトバルブ、４はロッドプリズムから出射した光を反射型ライトバルブ１０に送るリレーレンズ、５はＴＩＲプリズム、１１は投写レンズを、それぞれ示している。
【００３１】
反射型ライトバルブ１０は、画素ごとにミラー素子がマトリックス状に形成されており、映像信号に応じて光の進行方向を制御することによって、反射角の変化に応じて光学像が形成されるＤＭＤである。
【００３２】
また、ランプ２１、２２には高圧水銀ランプを用いており、それぞれが保持体に保持されてランプユニット３１、３２を構成している。
【００３３】
ランプ２１とランプ２２の発光体像は、三角プリズム６によりそれぞれ反射された後、ロッドプリズム３の光入射面３ａに結像される。
【００３４】
ロッドプリズム３は、光の入射面３ａ及び出射面３ｃが反射型ライトバルブ１０の有効表示面と同じアスペクト比を有する四角柱形状を有しており、ランプ２１、２２からの放射光が集光される場所に配置されるため、材質は耐熱性に優れる石英ガラスが好ましい。
【００３５】
ロッドプリズム３に入射した光線束はロッドプリズム３の側面３ｂで多重反射され、反射回数分だけ発光体像が細分割および重畳され、ロッドプリズム３の出射面３ｃから出た光線束はカラーホイール（図示せず）で色分離された後、コンデンサレンズ４によって、ＴＩＲプリズム５を経て反射型ライトバルブ１０上に照明され、その照明光が投射レンズ１１により、スクリーン上に投影される。
【００３６】
ここで、ランプユニット３１、３２は、上下左右において物理的に平行移動する調整機構（図示せず）を有し、また光軸において、それぞれの角度α、βにて回転する回転機構（図示せず）を有している。
【００３７】
図２にランプを点灯したときのスクリーン上の輝度分布図を示す。（ａ）の２灯点灯時には、スクリーン上におけるセンター照度「オ」と、ある特定のＡＮＳＩ４ポイント平均（スクリーン左上「ア」、左下「イ」、右上「ウ」、右下「エ」）との比（これを周辺照度比と以後称す）は９５％以上であり、本来の光学設計どおり、スクリーン上において輝度分布が均一化されている。
【００３８】
次に、片側のランプが切れる、もしくはユーザーがランプの長寿命化を目的に意図的に片側のランプを消した場合、ランプ点灯は片側１灯のみとなり、スクリーン上の輝度分布は画質の品位として劣るものとなる。
【００３９】
２灯設置ランプにおいて、片側１灯のみ点灯した場合におけるスクリーン上の輝度分布（ｂ）では、左右上下において輝度勾配が発生しているのが判る。また、このとき周辺照度比は９０％以下となる。
【００４０】
ここで、従来の特許文献１のように、反射合成手段である三角プリズムの位置変更のみで調整した場合の照度分布は（ｃ）のようになる。図から判るように、完全には照度分布を取り除くことはできず、また、照度劣化も最高照度比に対し、９５％以下である。
【００４１】
本実施の形態では、ランプユニット３１、３２がそれぞれ６軸方向に位置変位できる調整機構を設ける。これは手動、もしくは自動で変位できるものでも構わない。６軸変位可能なため、光線の光線高さ、光線角度を任意に操作することが可能であり、それにより、スクリーン上の輝度分布を任意で調整操作が可能である。
【００４２】
ただし、本実施の形態におけるランプは回転対称体なので、実質的には５軸となる。この調整機構による調整後のスクリーン上の輝度分布（ｄ）を示す。図から判るように、照度分布が完全に均一化しており、また照度劣化も９５％となっており、周辺照度比も初期の２灯点灯時とほぼ同等となる。
【００４３】
なお、この６軸変位ランプはランプユニット３１、３２を変異させたが、ランプ２１、２２自身が６軸調整されてもかまわない。
【００４４】
また、ランプとランプの破裂を防ぐ防爆ガラスを同時に保持するモールド成型部品が同時に変位しても構わない。
【００４５】
また、調整機構はランプそれぞれに独立して存在することが望ましい。
【００４６】
また、点灯しているランプを検知し、点灯しているランプにおいて、最も輝度均一化できるように自動調整する機構を有していることも望ましい。
【００４７】
また、発光体像を重畳する光重畳手段は、ロッドプリズムもしくはレンズアレイを利用して構成されていることが望ましい。
【００４８】
次に、具体内容として、図３にランプが平行移動する様子を説明する。例えば、２灯点灯時は（ａ）のように、ランプ２１の１灯点灯時は、ランプユニット３１が（ｂ）のように上側にランプ２１の光軸２１ａを２１ｂの位置に平行移動し、スクリーン上の輝度分布と明るさが最適となるように可変する。また、このとき、三角プリズム６の位置も左右に可変させる。
【００４９】
また、図４にランプが回転する様子を説明する。一般的に光学系は光学部品の公差、光学部材保持部品のバラツキにより、光軸の精度が出ていない。
【００５０】
これにより、若干の補整を実施する場合において、例えば図のように、ランプユニット３１を微小に傾けて回転させ、照度分布と明るさの最適化を実行する。
【００５１】
例えば、ランプ２１の光軸２１ａをβ方向に回転させ、光軸２１ｃとし、スクリーン上の輝度分布と明るさが最適となるように可変する。
【００５２】
以上のように本実施の形態により、輝度均一化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の投写型表示装置は、複数個のランプのうち一部が点灯していても、また外部の衝撃等により部品ズレが発生し、光軸がずれ、照度分布が不均一になっても、スクリーンに投影される輝度分布は輝度劣化なく、完全均一化することができるものであり、高輝度化のため複数のランプを用いたプロジェクタなどの投写型表示装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２】同投写型表示装置のランプを点灯したときのスクリーン上の輝度分布図
【図３】同投写型表示装置のランプが平行移動する様子を説明する図
【図４】同投写型表示装置のランプが回転する様子を説明する図
【図５】従来の投写型表示装置における光学系の概略構成図
【図６】従来の２灯式の投写型表示装置における光学系の概略構成図
【符号の説明】
【００５５】
３  ロッドプリズム
３ａ  入射面
３ｂ  側面
３ｃ  出射面
４  コンデンサレンズ
５  ＴＩＲプリズム
６  三角プリズム
１０  反射型ライトバルブ
１１  投写レンズ
２１、２２  ランプ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  光軸
３１、３２  ランプユニット
【図１】
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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２】
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