(57)【要約】【課題】複数の光源を含む照明装置を採用した場合でも経時変化等により発生する投射画像上での色ムラを極力低減し得るプロジェクターの提供を目的とする。【解決手段】本発明のプロジェクター１は、第１の色光を含む光を射出する第１の光源９と、第２の色光および第３の色光を含む光を射出する第２の光源１０と、各光源から射出された光が入射され、入射光を第１の色光、第２の色光、第３の色光に分離する色分離部３と、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ（第１〜第３の光変調素子）と、色分離部と第１の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含むリレー光学系５（光伝達部）とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、
第２の色光および第３の色光を含む光を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、
前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、
前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、
前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、
前記色分離部と前記第１の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む光伝達部と、
前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、
前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記第１の光源から射出される光の配光分布が、前記第２の光源から射出される光の配光分布よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、
第２の色光および第３の色光を含む光を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、
前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、
前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、
前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、
前記色分離部と前記第２の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第１の光伝達部と、
前記色分離部と前記第３の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第２の光伝達部と、
前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、
前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項４】
前記第１の光源がレーザー光源であり、前記第２の光源が前記レーザー光源から射出された光を励起光として光を発する蛍光体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記第１の光源から射出される前記第１の色光を含む光が青色光であり、前記第２の光源から射出される前記第２の色光および前記第３の色光を含む光が黄色光であり、
前記蛍光体が前記第１の光源から射出される前記青色光の一部を透過することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記蛍光体が、回転可能とされた板体の一面に形成された蛍光体層からなることを特徴とする請求項４または５に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの光を３色の色光に分離する色分離光学系と、各色光に対応した３つの光変調装置を備えた表示光学系と、各光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、を備えたプロジェクターが下記の特許文献１に開示されている。このプロジェクターにおいては、色分離光学系における３色の色光の光路長（光源から光変調装置までの距離）を等価にすることにより、光量の減少や初期的な色ムラを抑制するように構成されている。すなわち、このプロジェクターは、最も光路長の長い色光の光路にリレーレンズ、フィールドレンズ、ミラー等から構成される光伝達光学系を介在させることにより、各色光の光路長を光学的に等価なものとしている。これにより、全ての色光の光路長を物理的に等しくした光学系に比べて、プロジェクターの小型化が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４９４３１５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、光源の発光点移動などの経時変化に起因する照明のずれが、色によって異なるという問題があった。なぜならば、光源の移動に起因する照明のずれは、光伝達光学系の有無によってスクリーン上で逆方向になるからである。
【０００５】
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、複数の光源を含む照明装置を採用し、３色の色光の光路を最適に配置することで、経時変化等によって発生する投射画像上での色ムラを極力低減し得るプロジェクターの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１のプロジェクターは、第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、第２の色光および第３の色光を含む光を射出する第２の光源と、前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、前記色分離部と前記第１の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む光伝達部と、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
プロジェクターにおいては、上述したように、物理的に異なる各色光の光路長を光学的に等価にするために、物理的な光路長が最も長い色光の光路にリレーレンズ、フィールドレンズ等の複数の光学素子を含む光伝達部を介在させることがある。ここで、本発明者は、投射画面上での色ムラが大きくなる問題が以下の原因に起因することを見出した。例えば赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色の色光を用いる場合、物理的な光路長が等価な２つの色光の光学像に対して、複数の光学素子を含む光伝達部を光路中に介在させた１つの色光の光学像が、他の光学像との結像回数の違いから反転することになる。すると、例えば経時変化等により光源の発光点の位置ずれが生じた場合、光路中に光伝達部を介在させた１つの色光と他の２つの色光とで光学像がずれる方向が逆になる結果、投射画像内の色ムラが大きくなるという問題を引き起こしていた。すなわち、１つの光源から射出された光を分離した２つの色光を光伝達部が介在している光路と光伝達部が介在していない光路とに振り分けた場合に、投射画像内の色ムラが大きくなる問題が生じていた。
【０００８】
これに対して、本発明の第１のプロジェクターにおいては、第１の光源から射出される第１の色光の光路上に複数の光学素子を含む光伝達部を介在させる一方、第２の光源から射出される光を分離して生成される第２の色光および第３の色光の光路上には光伝達部を介在させない構成とした。これにより、仮に第１の光源もしくは第２の光源で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本発明のプロジェクターによれば、第１の光源、第２の光源を含む照明系を採用した場合であっても、投射画像上での色ムラを極力低減することができる。なお、上記の問題点と本発明の作用、効果については、文章のみでは説明し難いため、［発明を実施するための形態］の項で図面を用いて詳しく説明する。
【０００９】
本発明のプロジェクターにおいては、前記第１の光源から射出される光の配光分布が、前記第２の光源から射出される光の配光分布よりも狭い構成とすることが望ましい。
一般に光伝達部を装入した光路では、他の光路に比べて光路長が長く、透過する光学部品（レンズ）の数が多いため、光のけられ（光学部品の光の飲み込みの制限により光の一部が遮断されること）が大きくなり、光伝達部を用いない場合に比べて光損失が大きくなる。その点、上記の構成では、第１の光源から射出される光の配光分布が第２の光源から射出される光の配光分布よりも狭く、配光分布が狭い第１の光源からの光を光伝達部が介在した光路に振り分けている。そのため、全体的な光損失が減少し、光の利用効率を高めることができる。
【００１０】
本発明の第２のプロジェクターは、第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、第２の色光および第３の色光を含む光を射出する第２の光源と、前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射され、入射された光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、前記色分離部と前記第２の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第１の光伝達部と、前記色分離部と前記第３の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第２の光伝達部と、前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２のプロジェクターは、本発明の第１のプロジェクターと異なり、３つの色光の光路のうち、２つの光路に光伝達部を介在させる構成に本発明を適用したものである。したがって、本発明の第２のプロジェクターでは、本発明の第１のプロジェクターとは逆に、第２の光源から射出される光を分離して生成される第２の色光および第３の色光の光路上に複数の光学素子を含む光伝達部を介在させる一方、第１の光源から射出される第１の色光の光路上には光伝達部を介在させない構成とした。これにより、仮に第１の光源もしくは第２の光源で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本発明のプロジェクターによれば、第１の光源、第２の光源を含む照明系を採用した場合であっても、投射画像上での色ムラを極力低減することができる。
【００１２】
本発明のプロジェクターにおいて、前記第１の光源がレーザー光源であり、前記第２の光源が前記レーザー光源から射出された光を励起光として光を発する蛍光体であることが望ましい。
この構成によれば、第１の光源としてレーザー光源を用いているため、瞬時点灯が可能である等、光源の応答性に優れ、色純度の高い投射画像が得られるプロジェクターを実現できる。また、蛍光体の励起光を射出する光源を別途用意する必要がなく、照明系の構成を簡略化できる。
【００１３】
本発明のプロジェクターにおいて、前記第１の光源から射出される前記第１の色光を含む光が青色光であり、前記第２の光源から射出される前記第２の色光および前記第３の色光を含む光が黄色光であり、前記蛍光体が前記第１の光源から射出される前記青色光の一部を透過することが望ましい。
この構成によれば、青色レーザー光源を用いることにより白色光が高効率で得られ、効率の良いプロジェクターが実現できる。
【００１４】
本発明のプロジェクターにおいて、前記蛍光体が、回転可能とされた板体の一面に形成された蛍光体層からなることが望ましい。
この構成によれば、蛍光体層が一面に形成された板体を回転させつつ蛍光体層にレーザー光を照射することで蛍光体層の過熱が抑制されるため、蛍光体層の劣化および発光効率の低下を防止することができる。そのため、信頼性に優れたプロジェクターを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図２】リレー光学系の作用を説明するための図である。
【図３】リレー光学系を除く光学系の作用を説明するための図である。
【図４】本プロジェクターの作用、効果を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【図７】本発明の第４実施形態のプロジェクターの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光の３色の色光をそれぞれ変調する液晶ライトバルブを備えたプロジェクター、いわゆる３板式の液晶プロジェクターである。また、本実施形態では、３色の色光のうち、赤色光の光路中にリレー光学系を装入した構成を例示する。
【００１７】
図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２は、リレー光学系の作用を説明するための図である。図３は、リレー光学系を除く光学系の作用を説明するための図である。図４は、本プロジェクターの作用、効果を説明するための図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１８】
本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、照明部２、色分離部３、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ（光変調素子）、リレー光学系５（光伝達部）、クロスダイクロイックプリズム６（色合成部）、投射レンズ７（投射部）等から概略構成されている。なお、図１では図面を簡略化するため、投射レンズ７を１つのレンズのみで表しているが、実際には投射レンズ７は複数のレンズで構成されている。
【００１９】
本実施形態の照明部２は、第１の光源９、第２の光源１０、ダイクロイックミラー１１、第１レンズアレイ１２、第２レンズアレイ１３からなる一対のレンズアレイ１４、偏光変換素子１５、重畳レンズ１６を備えている。第１の光源９は、赤色光を射出する赤色固体光源である。赤色固体光源としては、赤色発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）を用いても良いし、赤色レーザー光源を用いても良い。第２の光源１０は、白色（Ｗ）光を射出する高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプ１７である。白色ランプ１７は、発光管１８と、発光管１８からの光を反射させて前方に射出するリフレクター１９と、から構成されている。したがって、第２の光源１０である白色ランプ１７からは、赤色光、緑色光、青色光を含む白色光が射出される。一般的な高圧水銀ランプは赤色光が不足しがちであるが、赤色固体光源からの赤色光で補うことにより、色味を改善することができる。
【００２０】
第１の光源９から射出される赤色光と第２の光源１０から射出される白色光との光路上に、これら赤色光と白色光とを合成するためのダイクロイックミラー１１が設置されている。ダイクロイックミラー１１は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、ダイクロイックミラー１１は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を選択的に透過させる。具体的に、本実施形態のダイクロイックミラー１１は、赤色光を反射させる一方、緑色光および青色光を透過させる特性を有している。
【００２１】
したがって、第１の光源９から射出された赤色光はダイクロイックミラー１１で反射してその進行方向を変え、次段の色分離部３に向かう。また、第２の光源１０から射出された白色光のうち、緑色光および青色光はダイクロイックミラー１１を透過して次段の色分離部３に向かう。このようにして、第１の光源９から射出された赤色光と第２の光源１０から射出された緑色光および青色光とは、ダイクロイックミラー１１によって合成され、白色光となる。この構成においては、白色ランプ１７からの白色光のスペクトル中に含まれる赤色光成分ではなく、赤色固体光源に由来する赤色光を表示に利用することになるため、赤色固体光源を適切に選択することにより例えば色純度の高い赤を表現することができる。
【００２２】
一対のレンズアレイ１４と重畳レンズ１６とは、各光源９，１０から射出された光の強度分布を均一化するものである。ダイクロイックミラー１１で合成された白色光が一対のレンズアレイ１４によって複数の光束に分割され、これら複数の光束が重畳レンズ１６によって被照明領域である液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上で重畳されることにより、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ上での光の照度分布が均一化される。また、偏光変換素子１５は、その詳細な構造を図示しないが、偏光ビームスプリッターアレイ（ＰＢＳアレイ）と１／２波長板アレイとを有している。一対のレンズアレイ１４からＰＢＳアレイに入射した光のうち、第１の偏光方向の直線偏光がＰＢＳアレイ内の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）を透過するとともに、第２の偏光方向の直線偏光がＰＢＳアレイ内のＰＢＳ膜で反射する。反射した偏光は、１／２波長板アレイによって偏光方向が第１の偏光方向に変化して射出される。このように、偏光変換素子１５は、光源光の光量を損なうことなく光源光の偏光方向を一方向に揃える機能を有している。
【００２３】
重畳レンズ１６を透過した光は、ミラー２１で反射された後、色分離部３に入射する。色分離部３は、２枚のダイクロイックミラー２２，２３を備えている。これらダイクロイックミラー２２，２３は、照明部２のダイクロイックミラー１１と同様、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものであり、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を選択的に透過させる。具体的に、ダイクロイックミラー２２は、青色光ＬＢを透過させる一方、赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧを反射させる。ダイクロイックミラー２３は、ダイクロイックミラー２２で反射した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧのうち、赤色光ＬＲを透過させる一方、緑色光ＬＧを反射させる。
【００２４】
ダイクロイックミラー２２を透過した青色光ＬＢは、ミラー２４で反射した後、フィールドレンズ２５を経て青色光用の液晶ライトバルブ４Ｂに入射する。ダイクロイックミラー２３で反射した緑色光ＬＧは、フィールドレンズ２５を経て緑色光用の液晶ライトバルブ４Ｇに入射する。
【００２５】
ダイクロイックミラー２３を透過した赤色光ＬＲは、リレー光学系５を経て赤色光用の液晶ライトバルブ４Ｒに入射する。リレー光学系５は、ダイクロイックミラー２３側から順に配置された第１リレーレンズ２６、ミラー２７、第２リレーレンズ２８、ミラー２９、第３リレーレンズ３０から構成されている。第３リレーレンズ３０は、赤色光用の液晶ライトバルブ４Ｒの前段のフィールドレンズとしても機能する。本実施形態の場合、赤色光ＬＲの光路長が他の色光ＬＧ，ＬＢの光路長に比べて長く、光路が長いことによる光損失を防ぐため、赤色光ＬＲの光路長上にこのようなリレー光学系５を設けている。リレー光学系５は、第１リレーレンズ２６近傍の照明範囲と第３リレーレンズ３０近傍の照明範囲とを略等しくする効果がある。そのため、リレー光学系５を用いなかった場合と比べて、照明範囲の拡大による損失や、結像のずれによる照明の不均一性（ムラ）を低減することができる。照明の不均一性（ムラ）は、初期的な色ムラの原因となるため望ましくない。
【００２６】
液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの各々は、透過型液晶セルとその入射側、射出側にそれぞれ設けられた偏光板（ともに図示略）とから構成されている。透過型液晶セルは、例えばアクティブマトリクス型液晶セルであり、一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂは、画像信号を供給する任意の信号源に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、透過型液晶セルの電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の配向方向が制御される。これにより、入射された光の変調が可能になっている。各液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂで変調された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢは、クロスダイクロイックプリズム６に入射する。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム６は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光ＬＲが反射して緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢが透過する選択反射面（ダイクロイック面）と、青色光ＬＢが反射して赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧが透過する選択反射面（ダイクロイック面）とが互いに直交して形成されている。赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢはこれらの選択反射面で選択的に反射し、緑色光ＬＧはこれらの選択反射面を選択的に透過し、３つの色光は同じ側に射出される。これにより、３つの色光が重ね合わされて合成光Ｌとなる。クロスダイクロイックプリズム６を射出した合成光Ｌは、複数のレンズ群からなる投射レンズ７によりスクリーン３１（被投射面）上に拡大投射される。
【００２８】
図２は、リレー光学系５の構成要素のうち、ミラー２７，２９を省略し、第１リレーレンズ２６、第２リレーレンズ２８、第３リレーレンズ３０のみを取り出して直線的に展開し、光Ｌが集光する様子を示す図面である。この図に示すように、第１リレーレンズ２６に入射された光学像が第２リレーレンズ２８において中間像として結像し、この中間像が第２リレーレンズ２８によって拡大されて第３リレーレンズ３０に伝達される。この過程において、第１リレーレンズ２６に入射された光学像Ｙ１は、第３リレーレンズ３０の位置において上下左右が反転した光学像Ｙ２となる。
【００２９】
図３は、リレー光学系５が介在していない色光（代表として緑色光ＬＧで示す）の光路において、ミラー以外の光学素子を取り出して直線的に展開し、光ＬＧが集光する様子を示す図面である。以下、図３を用いて、リレー光学系５が介在していない光路において光学像がどのようにして反転するかを説明する。ただし、ミラーやクロスダイクロイックプリズム等で光の反射が生じ、光路が曲げられたときの左右のみの反転については一旦考えないこととし、上下左右反転について考える。
【００３０】
第１レンズアレイ１２から射出された光ＬＧは、第２レンズアレイ１３、偏光変換素子１５、重畳レンズ１６、フィールドレンズ２５を介して液晶ライトバルブ４Ｇの面上に上下左右が反転した像として結像する。さらに、光ＬＧは、ダイクロイックプリズム６、投射レンズ７を介してスクリーン３１上に再び上下左右が反転した像として結像する。したがって、スクリーン３１には、第１レンズアレイ１２の面に形成される照明像が上下左右反転することなく、そのまま結像する。
【００３１】
これに対して、図２を用いて説明したように、第２レンズアレイ１３とフィールドレンズ２５との間にリレー光学系５が装入された色光の光路では、リレー光学系５によって上下左右反転が１回生じる。なお、ミラーやクロスダイクロイックプリズムによって左右反転が生じるが、リレー光学系５の有無に係わらず、光の反射（光路の折り曲げ）の回数自体は光路によって異なっても、反射の回数が偶数回であるか、奇数回であるかは全ての光路で一致する。本実施形態の場合、図１に示すように、第２レンズアレイ１３とフィールドレンズ２５との間での各色光の反射の回数は、青色光が３回、緑色光が３回、赤色光が５回となり、全て奇数回である。すなわち、左右反転についてのみ考えると、リレー光学系５が介在する光路とリレー光学系５が介在しない光路とで光学像の左右反転の結果は一致する。したがって、全体としては、リレー光学系５が介在する光路では、リレー光学系５が介在しない光路に比べて光学像の上下左右反転が１回多くなる。
【００３２】
例えば経時変化によって第２の光源１０の位置ずれや発光点（アーク）の移動が生じた場合を考える。なお、第１の光源９は位置ずれや発光点の移動がないとする。本実施形態の場合、赤色光ＬＲは赤色固体光源からなる第１の光源９に由来し、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢは白色ランプからなる第２の光源１０に由来しているため、上記の経時変化によって緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光学像がスクリーン３１上の本来の位置からずれることになる。
【００３３】
ここで、本実施形態の構成と異なり、仮に緑色光の光路、青色光の光路のいずれか一方にリレー光学系５を装入していたとすると、図４（Ａ）に示すように、赤色光の光学像ＹＲ（実線で示す）がスクリーン３１上の本来の位置にあるのに対し、緑色光の光学像ＹＧ（１点鎖線で示す）と青色光の光学像ＹＢ（１点鎖線で示す）とが上下左右反転の関係にあるため、緑色光の光学像ＹＧと青色光の光学像ＹＢのずれ方向が逆になり、光学像全体のずれ量Ｚ１は光源の位置ずれ等に起因する本来のずれ量の２倍となってしまう。これに対して、本実施形態の構成のように、赤色光の光路にリレー光学系５を装入した場合、緑色光の光学像ＹＧと青色光の光学像ＹＢとが反転していないため、図４（Ｂ）に示すように、緑色光の光学像ＹＧ（１点鎖線で示す）と青色光の光学像ＹＢ（１点鎖線で示す）とのずれ方向が一致し、光学像全体のずれ量Ｚ２は光源の位置ずれ等に起因する本来のずれ量のみとなる。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１によれば、第１の光源９、第２の光源１０を含む照明部２とリレー光学系５を採用した構成であっても、経時変化による光源の位置ずれや発光点（アーク）の移動等に起因する投射画像の色ムラを極力低減することができる。上記の説明では第２の光源１０に位置ずれ等が生じることを想定したが、仮に赤色光を発する第１の光源９で位置ずれや発光点の移動が生じた場合には、リレー光学系５をいずれの光路に装入しても色ムラに対する影響は特に変わらない。しかしながら、固体光源を用いた第１の光源９と超高圧水銀ランプ等を用いた第２の光源１０とを比べると、第２の光源１０の方が光源の位置ずれや発光点の移動などを生じやすく、その観点から本実施形態の構成は非常に有効である。
【００３５】
また、複数の光源を用いたプロジェクターの場合、複数の光源を互いに離れた位置に配置する構成が考えられるが、本実施形態のように、複数の光源を１箇所に集中して配置することによって、光源の冷却機構、一対のレンズアレイからなる照明積算光学系、偏光変換光学系等を共通化することができる。
【００３６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と略同様であるが、照明部の構成と青色光の光路中にリレー光学系を装入した点とが第１実施形態と異なっている。
図５は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図５において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
本実施形態のプロジェクター４１は、図５に示すように、照明部４２、色分離部４３、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ（光変調素子）、リレー光学系５（光伝達部）、クロスダイクロイックプリズム６（色合成部）、投射レンズ７（投射部）等から概略構成されている。
【００３８】
本実施形態の照明部４２は、第１の光源４４、第２の光源４５、ダイクロイックミラー４６を備えている。第１の光源４４は、青色光を射出する青色レーザー光源である。第２の光源４５は、紫外光を射出する紫外レーザー光源４７と、蛍光体層４８が形成された回転蛍光板４９と、を備えている。回転蛍光板４９は、モーター等の駆動源５０により回転可能とされた板体５１と、板体５１の一面に形成された蛍光体層４８と、から構成されている。蛍光体層４８は、紫外光を励起光として黄色光を発光するものである。したがって、紫外レーザー光源４７から射出された紫外光が回転蛍光板４９の蛍光体層４８に照射されると、紫外光が励起光となって蛍光体層４８から黄色光（赤色光と緑色光とを含む光）が射出される。
【００３９】
第１の光源４４から射出される青色光と第２の光源４５から射出される黄色光との光路上に、青色光を反射させ、黄色光を透過させることでこれら青色光と黄色光とを合成するためのダイクロイックミラー４６が設置されている。これにより、第１の光源４４から射出された青色光と第２の光源４５から射出された黄色光とが、ダイクロイックミラー４６によって合成され、白色光となる。本実施形態の照明部４２は、第１の光源４４、第２の光源４５がともにレーザー光源であるため、瞬時点灯が可能である等、光源の応答性に優れ、色純度の高い色光が得られる。また、緑色光や赤色光については、要求波長に合致した高効率のレーザー光源が得られていないのが現状である。したがって、本実施形態の構成を採用することで、一部蛍光発光の過程を経ているが、レーザー光源を用いて青色光、緑色光、赤色光の３色の色光を得ることができる。
【００４０】
色分離部４３の構成は、２枚のダイクロイックミラー５２，５３を用いている点は第１実施形態と同様であるが、各ダイクロイックミラー５２，５３の分光特性が第１実施形態と異なっている。ダイクロイックミラー５２は、赤色光ＬＲを透過させる一方、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射させる。ダイクロイックミラー５３は、ダイクロイックミラー５２で反射した緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのうち、青色光ＬＢを透過させる一方、緑色光ＬＧを反射させる。本実施形態の場合、赤色光ＬＲの光路と緑色光ＬＧの光路とで物理的な光路長が等しくなり、これらに対して青色光ＬＢの光路の物理的な光路長が長くなる。したがって、青色光ＬＢの光路にリレー光学系５が装入されている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態の場合、青色光ＬＢは青色レーザー光源からなる第１の光源４４に由来し、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲは紫外レーザー光源４７と回転蛍光板４９とからなる第２の光源４５に由来している。そして、青色光ＬＢの光路にリレー光学系５を装入しているため、緑色光ＬＧの光学像と赤色光ＬＲの光学像とは反転していない関係にある。そのため、仮に第２の光源４５の位置ずれや発光点の移動等が起こったとしても、緑色光の光学像と赤色光の光学像のずれ方向が一致し、光学像全体のずれ量が本来のずれ量以上に拡大することがない。このように、本実施形態のプロジェクター４１においても、経時変化による光源の位置ずれ等に起因する投射画像の色ムラを低減できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４２】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と略同様であるが、照明部の構成が第１実施形態と異なっている。また、青色光の光路中にリレー光学系を装入した点は第２実施形態と同様である。
図６は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図６において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
本実施形態のプロジェクター６１は、図６に示すように、照明部６２、色分離部４３、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ（光変調素子）、リレー光学系５（光伝達部）、クロスダイクロイックプリズム６（色合成部）、投射レンズ７（投射部）等から概略構成されている。
【００４４】
本実施形態の照明部６２は、第１の光源６３と第２の光源６４とを備えている。本実施形態では、第２実施形態で用いたダイクロイックミラー４６が不要であり、照明部６２の構成がより簡略化されている。第１の光源６３は、青色光を射出する青色レーザー光源である。第２の光源６４は、蛍光体層６５が形成された回転蛍光板６６である。回転蛍光板６６は、モーター等の駆動源５０により回転可能とされた板体５１と、板体５１の一面に形成された蛍光体層６５と、から構成されている。回転蛍光板６６の概略構成は第２実施形態と同様であるが、蛍光体層６５の特性が第２実施形態と異なっている。
【００４５】
第２実施形態の蛍光体層４８は、紫外光を励起光として黄色光を発光するものであったのに対し、本実施形態の蛍光体層６５は、青色光を励起光として黄色光を発光するものである。したがって、第２実施形態では、励起光としてのみ機能する紫外光を射出する紫外レーザー光源４７が別途必要であったのに対し、本実施形態では、表示に寄与しない励起光を射出するレーザー光源が不要である。すなわち、本実施形態では、第１の光源６３である青色レーザー光源から射出される青色光の一部を蛍光体層６５の励起光として利用し、残りを投射表示に利用する。そのため、回転蛍光板６６は、全体として青色光を透過する機能を有している。したがって、第１の光源６３から射出された青色光が回転蛍光板６６の蛍光体層６５に照射されると、青色光の一部が励起光となって蛍光体層６５から黄色光（赤色光と緑色光とを含む光）が発光し、残りの青色光と発光した黄色光とが合成された白色光が回転蛍光板６６から射出される。例えば、蛍光体層６５の厚みや、蛍光体層６５の内部の蛍光体の濃度を変更することで、青色光と黄色光の比率を調整することができる。その他の構成は第２実施形態と同様である。
【００４６】
本実施形態のプロジェクター６１においても、経時変化による光源の位置ずれ等に起因する投射画像の色ムラを低減できる、といった第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００４７】
第２実施形態、第３実施形態では、ともに第２の光源４５，６４として回転蛍光板４９，６６を用いている。したがって、経時変化により回転蛍光板４９，６６の回転軸が光軸に対して傾いたり、回転がぶれたりすることが考えられる。ここで、回転蛍光板４９，６６は平板であるため、回転蛍光板４９，６６が傾いた場合でもレーザー光源である第１の光源４４，６３から射出される青色光の角度は、回転蛍光板４９，６６の前後で保存される。一方、第２の光源４５，６４から射出される黄色光は、回転蛍光板４９，６６の内部にある蛍光体が発光点であるため、回転蛍光板４９，６６の面からランバーシアンな輝度分布を有して発光する。よって、回転蛍光板４９，６６が傾くと、第２の光源４５，６４から射出される黄色光の角度も傾き、後段の素子への入射位置がずれることになる。そのため、上述したような回転蛍光板４９，６６の傾きや回転ぶれが生じたとしても、第１の光源４４，６３から射出される光は光軸の僅かな平行移動を生じるだけであるのに対し、第２の光源４５，６４から射出される光は後段の光学系に対して発光点の大きな位置ずれとして影響を及ぼす。その観点から、本実施形態の構成は非常に有効である。
【００４８】
一般にリレー光学系を装入した光路では、他の光路に比べて光路長が長く、透過するレンズの数が多いため、光のけられが大きくなり、リレー光学系を装入しない光路に比べて光損失が大きくなる。光のけられを抑えるには、レンズの飲み込み量を確保する必要があるので、配光分布の狭い光をリレー光学系が装入された光路に割り振ることが望まれる。ここで、レーザー光源は指向性が高く、シャープな輝度分布を有しているのに対して、高圧水銀ランプ等のランプや、蛍光体は指向性が殆どなく、広い輝度分布を有している。第１〜第３実施形態の構成では、ともにレーザー光源である第１の光源９，４４，６３からの光をリレー光学系５が装入された光路に振り分けている。そのため、全体的な光損失が減少し、光の利用効率を高めることができる。
【００４９】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターの基本構成は第１実施形態と略同様であるが、３つの色光の光路のうち、２つの光路にリレー光学系を装入した点が第１〜第３実施形態と異なる。
図７は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図７において、第１実施形態で用いた図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５０】
本実施形態のプロジェクター７１は、図７に示すように、照明部６２、クロスダイクロイックミラー７２からなる色分離部、液晶ライトバルブ４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ（光変調素子）、リレー光学系５（光伝達部）、クロスダイクロイックプリズム７３（色合成部）、投射レンズ７（投射部）等から概略構成されている。照明部６２は、青色レーザー光源からなる第１の光源６３と回転蛍光板６６からなる第２の光源６４とを有しており、その構成は第３実施形態と同様である。
【００５１】
本実施形態の場合、色分離部は、２枚のダイクロイックミラー７４，７５からなるクロスダイクロイックミラー７２で構成されている。ダイクロイックミラー７４は、青色光ＬＢを透過させる一方、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを反射させる特性を有している。ダイクロイックミラー７５は、青色光ＬＢを透過させ、緑色光ＬＧを反射させ、赤色光ＬＲを透過させる特性を有している。これらのダイクロイックミラー７４，７５を組み合わせたクロスダイクロイックミラー７２によれば、青色光ＬＢを透過させ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを互いに逆方向に反射させる構成を実現できる。これにより、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの物理的な光路長は、青色光ＬＢの物理的な光路長に対して長くなる。そのため、緑色光ＬＧの光路中と赤色光ＬＲの光路中とにリレー光学系５がそれぞれ装入されている。リレー光学系５の中身の構成は第１〜第３実施形態と同様である。
【００５２】
また、クロスダイクロイックプリズム７３（色合成部）は、２つのダイクロイック面が互いに直交するように形成されているが、これらダイクロイック面の分光特性はクロスダイクロイックミラー７２の２枚のダイクロイックミラー７４，７５の分光特性と同様である。
【００５３】
本実施形態のプロジェクター７１では、第３実施形態のプロジェクター６１とは逆に、第２の光源６４から射出される光を分離して生成される緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの光路上にリレー光学系５を装入させる一方、第１の光源６３から射出される青色光ＬＢの光路上にはリレー光学系５を装入しない構成とした。よって、第２の光源６４から生成される緑色光ＬＧの光学像と赤色光ＬＲの光学像とは反転の関係にない。これにより、仮に第２の光源６４で発光点の位置ずれが生じた場合であっても、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲの光学像の一方向のずれで済み、重ね合わせた光学像が互いに逆方向にずれることでずれ量が倍増することはない。このように、本実施形態のプロジェクター７１においても、経時変化等に伴う投射画像の色ムラを極力低減することができる。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記の第１実施形態では、赤色光は赤色固体光源からなる第１の光源に由来し、緑色光および青色光は白色ランプからなる第２の光源に由来するというように、あたかも各色光の全量がいずれか一方の光源に由来しているかのように記載した。しかしながら、例えば大部分の赤色光は第１の光源から射出されつつも僅かな赤色光が第２の光源から射出された光の中に含まれ、大部分の緑色光および青色光は第２の光源から射出されつつも僅かな緑色光および青色光が第１の光源から射出された光の中に含まれていても良い。この場合、各色光の全量がいずれか一方の光源に由来している場合に比べれば色ムラが若干増加する虞はあるが、本発明を適用しない場合に比べれば十分に効果を得ることができる。また、プロジェクターの各光学要素の具体的な構成、配置、形状、数等については、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。光源から射出される色光の組み合わせについても、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１，４１，６１，７１…プロジェクター、３，４３…色分離部、４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ…液晶ライトバルブ（第１〜第３の光変調素子）、５…リレー光学系（光伝達部）、６，７３…クロスダイクロイックプリズム（色合成部）、７…投射レンズ（投射部）、９，４４，６３…第１の光源、１０，４５，６４…第２の光源、４８，６５…蛍光体層、４９，６６…回転蛍光板、７２…クロスダイクロイックミラー（色分離部）。
【図１】
2014160259.tif 000003
【図２】
2014160259.tif 000004
【図３】
2014160259.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014160259.tif 000007
【図６】
2014160259.tif 000008
【図７】
2014160259.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月21日(2014.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源からなり、第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、
前記第１の光源から射出された光によって励起され、第２の色光および第３の色光を含む光を射出する蛍光体層を備える第２の光源と、
前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射し、入射した光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、
前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、
前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、
前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、
前記色分離部と前記第１の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む光伝達部と、
前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、
前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
前記第１の光源から射出される光の配光分布が、前記第２の光源から射出される光の配光分布よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
レーザー光源からなり、第１の色光を含む光を射出する第１の光源と、
前記第１の光源から射出された光によって励起され、第２の色光および第３の色光を含む光を射出する蛍光体層を備える第２の光源と、
前記第１の光源から射出された光と前記第２の光源から射出された光とが入射し、入射した光を前記第１の色光、前記第２の色光、前記第３の色光のそれぞれに分離する色分離部と、
前記第１の色光を変調する第１の光変調素子と、
前記第２の色光を変調する第２の光変調素子と、
前記第３の色光を変調する第３の光変調素子と、
前記色分離部と前記第２の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第１の光伝達部と、
前記色分離部と前記第３の光変調素子との間に設けられた複数の光学素子を含む第２の光伝達部と、
前記第１の光変調素子、前記第２の光変調素子、および前記第３の光変調素子により変調された各色光を合成する色合成部と、
前記色合成部により合成された光を被投射面上に投射する投射部と、
を備えたことを特徴とするプロジェクター。
【請求項４】
前記第１の光源から射出される前記第１の色光を含む光が青色光であり、前記第２の光源から射出される前記第２の色光および前記第３の色光を含む光が黄色光であり、
前記蛍光体層が前記第１の光源から射出される前記青色光の一部を透過することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記蛍光体層は、回転可能とされた板体の一面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロジェクター。