(57)【要約】【課題】光学部品の温度が局部的に上昇することを抑制して、光学部品の曇りを防止できる投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】投射型画像表示装置１は、レーザ光源１０と、光学部品２０と、光学部品駆動部４０とを備える。レーザ光源１０は、レーザ光Ｂａを射出する複数のレーザ素子１１が配列されている。光学部品２０は、複数のレーザ素子１１から射出されたレーザ光Ｂａがそれぞれ照射される。光学部品駆動部４０は、光学部品２０を回転させる。複数のレーザ素子１１は、レーザ光Ｂａが光学部品２０の回転軸以外の領域に照射されるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する複数のレーザ素子が配列されたレーザ光源と、
前記複数のレーザ素子から射出されたレーザ光がそれぞれ照射される光学部品と、
前記光学部品を回転させる光学部品駆動部と
を備え、
前記複数のレーザ素子は、前記レーザ光が前記光学部品の回転軸以外の領域に照射されるように配置されている
ことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記光学部品駆動部は、前記光学部品に接触するブラシを有することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記レーザ光源は、前記複数のレーザ素子から射出されるレーザ光を照明光として射出し、
前記照明光を画像データに基づいて光変調し、画像光として射出する画像表示素子と、
前記画像光を拡大投射する投射レンズと
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型画像表示装置は、例えば青色レーザ光源及び蛍光体が照明光源として用いられる。青色光画像は青色レーザ光源を照明光源として生成される。赤色光画像及び緑色光画像は蛍光体を照明光源として生成される。
【０００３】
具体的には、蛍光体は、青色レーザ光源からレーザ光が照射されることにより、照射されたレーザ光のエネルギを赤色帯域及び緑色帯域を含む波長帯域の黄色光に変換する。特許文献１には、青色レーザ光源及び蛍光体が照明光源として用いられている投射型画像表示装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、投射型画像表示装置に用いられる青色レーザ光源は、複数の青色レーザ素子が配列されたレーザアレイ構造を有する。レンズ等の光学部品には、青色レーザ素子から高エネルギのレーザ光がスポット状に照射される。高エネルギのレーザ光が光学部品に照射されることにより、光学部品の温度は局部的に上昇する。
【０００６】
光学部品の温度が局部的に上昇することにより、光学部品の周囲の塵が光学部品の表面に焼き付く場合がある。塵が焼き付くことにより、光学部品の表面が曇る。特に青色レーザ光は、赤色レーザ光や緑色レーザ光と比較して光学部品の表面を曇らせやすい。光学部品の曇りは、光学部品の性能や表示画像の品位を悪化させる要因となる。
【０００７】
本発明は、光学部品の温度が局部的に上昇することを抑制して、光学部品の曇りを防止することができる投射型画像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】
【０００８】
本発明は、レーザ光を射出する複数のレーザ素子が配列されたレーザ光源と、前記複数のレーザ素子から射出されたレーザ光がそれぞれ照射される光学部品と、前記光学部品を回転させる光学部品駆動部とを備え、前記複数のレーザ素子は、前記レーザ光が前記光学部品の回転軸以外の領域に照射されるように配置されていることを特徴とする投射型画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の投射型画像表示装置によれば、光学部品の温度が局部的に上昇することを抑制して、光学部品の曇りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置を示す構成図である。
【図２】第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置のレーザ光源を示す構成図である。
【図３】第１及び第２実施形態の投射型画像表示装置のレーザ光源を構成するレーザ素子の半導体レーザを示す構成図である。
【図４】第１実施形態の投射型画像表示装置の集光レンズをレーザ光源側から見た状態を示す図である。
【図５】第２実施形態の投射型画像表示装置の集光レンズをレーザ光源側から見た状態を示す図である。
【図６】図５のＡ−Ａで切断した集光レンズ及びブラシ保持部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
図１〜図４を用いて、第１実施形態の投射型画像表示装置の構成例を説明する。図１は第１実施形態の投射型画像表示装置１の全体的な構成を示している。
【００１２】
図１に示すように、投射型画像表示装置１は、レーザ光源１０と、蛍光体２と、偏光変換素子（ＰＣＳ（Polarization Conversion System））３と、ダイクロイックミラー４，５と、反射型偏光板６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、色合成プリズム７と、赤色画像表示素子８Ｒ、緑色画像表示素子８Ｇ、及び青色画像表示素子８Ｂと、レンズ２０〜２８と、反射ミラー３０〜３２と、光学部品駆動部４０とを備える。
【００１３】
レーザ光源１０及び蛍光体２は照明光源を構成する。レーザ光源１０は、複数の青色レーザ素子１１が配列されたレーザアレイ構造を有する。レーザ光源１０は、各青色レーザ素子１１から青色レーザ光である青色照明光Ｂａを射出する。
【００１４】
光学部品である集光レンズ２０は、入射光である青色照明光Ｂａを蛍光体２に集光させる。集光レンズ２０は、光学部品駆動部４０に回転自在に保持されている。光学部品駆動部４０は、集光レンズ２０を光軸Ｃ２０回りに回転させる。
【００１５】
蛍光体２は、レーザ光源１０から照射された光のエネルギ、具体的にはレーザ光源１０から照射された青色照明光Ｂａの一部のエネルギ強度に応じた強度の赤色帯域の成分及び緑色帯域の成分を含む黄色照明光Ｙａを生成する蛍光層を有する。即ち、青色照明光Ｂａの一部は蛍光体２により黄色照明光Ｙａに変換され、黄色照明光Ｙａに変換されなかった青色照明光Ｂｂは蛍光体２を透過する。
【００１６】
蛍光体２の回転軸Ｃ２が集光レンズ２０の光軸Ｃ２０とは異なる位置になるようにして、蛍光体２を回転させるようにしてもよい。蛍光体２を連続的または断続的に回転させることにより、青色照明光Ｂａが照射される蛍光体２の位置を分散またはずらすことができる。これにより、蛍光体２の変換効率の悪化を抑制したり、蛍光体２の寿命を長くしたりすることができる。
【００１７】
コリメータレンズ２１は入射光を平行光にする。蛍光体２を透過した青色照明光Ｂｂ、及び蛍光体２により生成された黄色照明光Ｙａは、コリメータレンズ２１により平行光となり、反射ミラー３０によりフライアイレンズ２２に向けて反射される。
【００１８】
フライアイレンズ２２，２３は、入射した青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａの照明分布を均一化する。これにより、赤色画像表示素子８Ｒに照射される赤色照明光Ｒａ、緑色画像表示素子８Ｇに照射される緑色照明光Ｇａ、及び青色画像表示素子８Ｂに照射される青色照明光Ｂｂの照明分布を均一化することができる。
【００１９】
ＰＣＳ３は、入射した青色照明光Ｂｂ及び黄色照明光Ｙａをｐ偏光に揃える。クロスダイクロイックミラー４は、入射した青色照明光Ｂｂと黄色照明光Ｙａとを分離する。クロスダイクロイックミラー４により分離された黄色照明光Ｙａは、反射ミラー３１によりダイクロイックミラー５に向けて反射される。
【００２０】
ダイクロイックミラー５は、分離波長を分離境界として、入射した光を反射と透過によって分離する。具体的には、ダイクロイックミラー５は、入射した黄色照射光Ｙａに対して緑色帯域の成分である緑色照明光Ｇａを反射し、赤色帯域の成分である赤色照明光Ｒａを透過させる。即ち、ダイクロイックミラー５は、黄色照射光Ｙａを赤色照明光Ｒａと緑色照明光Ｇａとに分離する。ここで、緑色照明光Ｇａの反射率と赤色照明光Ｒａの透過率は、分離波長を境界として短波長側が反射率１００％、長波長側が透過率１００％になる。
【００２１】
分離波長の付近の波長では、緑色照明光Ｇａの反射率と赤色照明光Ｒａの透過率が小さくなるため、分離境界には、分離波長を中心とした幅があると言える。この分離境界の幅によって、赤色照明光Ｒａには緑色の波長帯域の成分が含まれ、緑色照明光Ｇａには赤色の波長帯域の成分が含まれる。分離境界の幅がないことが光エネルギの利用効率の観点で理想的である。
【００２２】
赤色照明光Ｒａは、ダイクロイックミラー５を透過し、レンズ２５を介して反射型偏光板６Ｒに入射する。反射型偏光板６Ｒは、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる。反射型偏光板６Ｒは、例えばワイヤグリッドで構成することができる。赤色照明光Ｒａは、反射型偏光板６Ｒを透過し、赤色画像表示素子８Ｒに入射する。
【００２３】
赤色画像表示素子８Ｒは、赤色成分の画像データに基づいて、照射された赤色照明光を光変調して赤色画像光を生成するための赤色画像用光変調素子である。赤色照明光Ｒａは、赤色画像表示素子８Ｒにより光変調され、ｓ偏光の赤色画像光Ｒｂとして射出される。赤色画像光Ｒｂは、反射型偏光板６Ｒで反射し、色合成プリズム７に入射する。
【００２４】
緑色照明光Ｇａは、ダイクロイックミラー５で反射し、レンズ２６を介して反射型偏光板６Ｇに入射する。反射型偏光板６Ｇは、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる。反射型偏光板６Ｇは、例えばワイヤグリッドで構成することができる。緑色照明光Ｇａは、反射型偏光板６Ｇを透過し、緑色画像表示素子８Ｇに入射する。
【００２５】
緑色画像表示素子８Ｇは、緑色成分の画像データに基づいて、照射された緑色照明光を光変調して緑色画像光を生成するための緑色画像用光変調素子である。緑色照明光Ｇａは、緑色画像表示素子８Ｇにより光変調され、ｓ偏光の緑色画像光Ｇｂとして射出される。緑色画像光Ｇｂは、反射型偏光板６Ｇで反射し、色合成プリズム７に入射する。
【００２６】
青色照明光Ｂｂは、反射ミラー３２で反射し、レンズ２７を介して反射型偏光板６Ｂに入射する。反射型偏光板６Ｂは、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過させる。反射型偏光板６Ｂは、例えばワイヤグリッドで構成することができる。青色照明光Ｂｂは、反射型偏光板６Ｂを透過し、青色画像表示素子８Ｂに入射する。
【００２７】
青色画像表示素子８Ｂは、青色成分の画像データに基づいて、照射された青色照明光を光変調して青色画像光を生成するための青色画像用光変調素子である。青色照明光Ｂｂは、青色画像表示素子８Ｂにより光変調され、ｓ偏光の青色画像光Ｂｃとして射出される。青色画像光Ｂｃは、反射型偏光板６Ｂで反射し、色合成プリズム７に入射する。
【００２８】
色合成プリズム７は、赤色画像光Ｒｂ及び青色画像光Ｂｃを反射し、緑色画像光Ｇｂを透過させ、赤色画像光Ｒｂと緑色画像光Ｇｂと青色画像光Ｂｃとを合成する。投射レンズ２８は、色合成プリズム７により赤色画像光Ｒｂと緑色画像光Ｇｂと青色画像光Ｂｃとが合成されたフルカラーの表示画像をスクリーン等へ拡大投射する。
【００２９】
図２及び図３を用いて、レーザ光源１０の構成例を説明する。図２はレーザ光源１０を集光レンズ２０側から見た状態を示している。図３はレーザ光源１０を構成する青色レーザ素子１１の半導体レーザの構成例を示している。
【００３０】
図２に示すように、レーザ光源１０は、複数の青色レーザ素子１１が配列されたレーザアレイとして構成されている。なお、図２には、青色レーザ素子１１が水平方向に４列で、垂直方向に４行のマトリクス状に配置された構成を示しているが、青色レーザ素子１１の配置はこれに限定されるものではない。
【００３１】
青色レーザ素子１１は半導体レーザ１２を有する。図３に示すように、半導体レーザ１２は、ｎ型半導体層１３と活性層１４とｐ型半導体層１５とが積層された積層構造を有する。半導体レーザ１２に電流を印加することにより、活性層１４から青色レーザ光Ｂａ１が光学部品である集光レンズ２０に、例えば楕円形状のスポット状に照射される。
【００３２】
図１及び図４を用いて、集光レンズ２０及び光学部品駆動部４０の構成例を説明する。図４は、集光レンズ２０をレーザ光源１０側から見た状態を示している。集光レンズ２０の外周部には歯車５１が形成されている。
【００３３】
光学部品駆動部４０は、集光レンズ２０を回転自在に保持する光学部品保持部４１と、集光レンズ２０の歯車５１と噛み合う歯車４２と、歯車４２の駆動を制御する光学部品駆動制御部４３とを有する。なお、図４では、説明をわかりやすくするために、集光レンズ２０と歯車５１，４２のみを示している。光学部品駆動制御部４３は、歯車４２の駆動を制御することにより、集光レンズ２０の回転を制御することができる。
【００３４】
集光レンズ２０には、レーザ光源１０、具体的には複数の青色レーザ素子１１からそれぞれ青色レーザ光Ｂａ１がスポット状に照射される。複数の青色レーザ素子１１からそれぞれ射出される青色レーザ光Ｂａ１が青色照明光Ｂａを構成している。集光レンズ２０に高エネルギのレーザ光がスポット状に照射されることにより、集光レンズ２０の温度が局部的に上昇する。
【００３５】
集光レンズ２０の温度が局部的に上昇することにより、集光レンズ２０の周囲の塵やガスが集光レンズ２０の表面に焼き付く場合がある。塵やガスが焼き付くことにより、集光レンズ２０の表面が曇ってしまう。特に青色レーザ光は、赤色レーザ光や緑色レーザ光と比較してエネルギが高いため、光学部品の表面を曇らせやすい。集光レンズ２０の曇りは、集光レンズ２０の性能や表示画像の品位を悪化させる要因となる。
【００３６】
そこで、光学部品駆動部４０により集光レンズ２０を連続的または断続的に回転させる。集光レンズ２０を回転させることにより、集光レンズ２０の局部的な温度上昇を防止することができる。集光レンズ２０の局部的な温度上昇を防止することにより、集光レンズ２０の曇りを抑制することができる。
【００３７】
青色レーザ光Ｂａ１が集光レンズ２０の回転軸（光軸Ｃ２０）の位置に照射されると、集光レンズ２０を回転させても、青色レーザ光Ｂａ１は集光レンズ２０の回転軸の位置に照射され続ける。そのため、青色レーザ光Ｂａ１が集光レンズ２０の回転軸以外の領域に照射されるように青色レーザ素子１１を配置することが望ましい。
【００３８】
図４では、集光レンズ２０上における青色レーザ素子１１から照射された複数のスポット状の領域は、回転軸に対して回転対称、詳しくは４回対称で配列されている例を示している。ここで、４回対称の基本となる配置を対称基本配置と呼ぶこととすると、対称基本配置を構成するスポット状の領域が集光レンズ２０の回転によって描く軌跡は、４回対称であるために、同一半径上に４重になっていることになる。つまり、集光レンズ２０上の１つの軌跡には、青色レーザ素子１１によって照射されたスポット状の領域によって描かれた軌跡が４重に重畳される。さらに、対称基本配置を構成するスポット状の領域が複数の場合において、集光レンズ２０の回転軸からの距離が同一であるスポット状の領域が複数ある場合は、同一軌跡に対して、さらに多くの青色レーザ素子１１によって照射されていることになる。
【００３９】
このように、集光レンズ２０の回転軸に対する軌跡上に多くの青色レーザ光Ｂａ１が集中して照射されると、集光レンズ２０を回転させても集光レンズ２０の軌跡上の温度が局部的に上昇する可能性がある。そのため、青色レーザ光Ｂａ１が集光レンズ２０上に描かれる複数の軌跡が同心円状に分散して照射されるように、青色レーザ素子１１を配置することが好ましい。
【００４０】
集光レンズ２０は、実際の製造品において光軸に対して完全に対称な形状ではない、軸非対称な形状であることがある。また、光学部品駆動部４０は、光学部品駆動部４０の回転軸に対してぶれがある、軸非対称な駆動軌跡となることがある。これらの軸非対称に対応するためには、集光レンズ２０の回転周期と表示画像のフレーム周波数とが同期している、または、大きくずれていることが好ましい。例えばフレーム周波数が６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの場合、集光レンズ２０の回転周期を１２０ｒｐｍ以上または１Ｈｚ以下にすることが好ましい。
【００４１】
［第２実施形態］
第２実施形態の投射型画像表示装置１０１は、第１実施形態の投射型画像表示装置１と比較して、光学部品駆動部１４０の構成が相違し、それ以外の構成は同じである。そこで、図５及び図６を用いて、光学部品駆動部１４０の構成を説明する。図５は、集光レンズ２０をレーザ光源１０側から見た状態を示している。図５は図４に対応する。図６は図５のＡ−Ａで切断した集光レンズ２０及びブラシ保持部１４５の断面を示している。
【００４２】
光学部品駆動部１４０は、光学部品である集光レンズ２０を回転自在に保持する光学部品保持部１４１と、集光レンズ２０の歯車５１と噛み合う歯車１４２と、歯車１４２の駆動を制御する光学部品駆動制御部１４３と、集光レンズ２０の曇り及び集光レンズ２０に焼き付いた塵等を除去するためのブラシ１４４（１４４ａ，１４４ｂ）と、ブラシ１４４（１４４ａ，１４４ｂ）を保持するブラシ保持部１４５とを有する。
【００４３】
ブラシ１４４は、集光レンズ２０にレーザ光が照射されない領域に配置され、集光レンズ２０の表面に接触している。なお、図５では、説明をわかりやすくするために、集光レンズ２０と歯車５１，１４２とブラシ１４４（１４４ａ，１４４ｂ）とブラシ保持部１４５のみを示している。
【００４４】
ブラシ保持部１４５は、光学部品保持部１４１に固定されていてもよい。また、ブラシ保持部１４５を設けずに、光学部品保持部１４１がブラシ１４４を保持する構成としてもよい。
【００４５】
光学部品駆動制御部１４３は、歯車１４２の駆動を制御することにより、集光レンズ２０の回転を制御することができる。ブラシ１４４ａは集光レンズ２０の一方の面（例えば入射面）と接触している。ブラシ１４４ｂは集光レンズ２０の他方の面（例えば射出面）と接触している。なお、図６では、集光レンズ２０と歯車５１と光学部品保持部１４１とブラシ１４４（１４４ａ，１４４ｂ）とブラシ保持部１４５を断面で示している。
【００４６】
集光レンズ２０には、レーザ光源１０（具体的には複数の青色レーザ素子１１）からそれぞれ青色レーザ光Ｂａ１がスポット状に照射されるため、集光レンズ２０の温度が局部的に上昇する。これにより、集光レンズ２０の表面が曇ることがある。そこで、光学部品駆動部１４０により集光レンズ２０を回転させ、集光レンズ２０の局部的な温度上昇を防止することにより、集光レンズ２０の曇りを抑制することができる。
【００４７】
第１実施形態と同様の理由により、青色レーザ光Ｂａ１が集光レンズ２０の回転軸以外の領域に照射されるように青色レーザ素子１１を配置することが望ましい。また、青色レーザ光Ｂａ１が集光レンズ２０の複数の同心円上に分散して照射されるように、青色レーザ素子１１を配置することが好ましい。また、集光レンズ２０の回転周期と表示画像のフレーム周波数とが同期している、または、大きくずれていることが好ましい。例えばフレーム周波数が６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの場合、集光レンズ２０の回転周期を１２０ｒｐｍ以上または１Ｈｚ以下にすることが好ましい。
【００４８】
集光レンズ２０に高エネルギのレーザ光が長期的に照射されると、集光レンズ２０の表面が曇ったり、集光レンズ２０の表面に塵等が付着したりする場合がある。そこで、光学部品駆動部１４０により集光レンズ２０を回転させることにより、集光レンズ２０の曇り、及び集光レンズ２０の表面に焼き付いた塵等をブラシ１４４により除去することができる。ブラシ１４４は、青色レーザ光Ｂａ１が照射されない位置及び形状で配置されることが望ましい。
【００４９】
従って、第２実施形態の投射型画像表示装置１０１によれば、光学部品駆動部１４０により集光レンズ２０を回転させることで、集光レンズ２０の曇りを抑制し、ブラシ１４４により集光レンズ２０の曇り、及び集光レンズ２０の表面に付着した塵等を除去することができる。
【００５０】
なお、ブラシ１４４は、集光レンズ２０が回転した場合にレーザ光が照射されたスポット状の領域が描く軌跡（幅を持つリング状の領域）と、ブラシ１４４が配置されている領域との交差する領域において集光レンズ２０の表面に接触していればよい。ここで、ブラシ１４４は、集光レンズ２０にレーザ光が照射されない領域に配置される。
【００５１】
言い換えると、ブラシ１４４は、集光レンズ２０の面内において、レーザ光が照射されない領域と、集光レンズ２０を回転させた場合のレーザ光が照射されるスポット状の領域が描く軌跡によって作られる領域とが重なる領域でのみ集光レンズ２０に接触するように配置されればよい。
【００５２】
このような領域にブラシ１４４が配置されることで、集光レンズ２０における焼き付いた塵等が付着していない領域を不必要に摩耗させずに、集光レンズ２０に焼き付いた塵等を効率的に除去することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上述した第１または第２実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、集光レンズ２０を回転させることが可能であれば、第１及び第２実施形態の光学部品駆動部４０及び１４０に限定されるものではない。
【００５４】
第１及び第２実施形態では、光学部品として集光レンズ２０を例に挙げて説明したが、本発明は、回転させた場合に光学特性が変化せず、レーザ光の照射により温度が局部的に上昇する光学部品であれば集光レンズ以外でも適用可能である。
【００５５】
また、第１及び第２実施形態では、照明光源として青色レーザ素子を用いたが、本発明は、赤色レーザ素子、緑色レーザ素子、及びＬＥＤ等の照明光源に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  投射型画像表示装置
８Ｂ  青色画像表示素子（画像表示素子）
８Ｇ  緑色画像表示素子（画像表示素子）
８Ｒ  赤色画像表示素子（画像表示素子）
１０  レーザ光源
１１  青色レーザ素子（レーザ素子）
２０  集光レンズ（光学部品）
２８  投射レンズ
４０，１４０  光学部品駆動部
１４４ａ，１４４ｂ  ブラシ
Ｂａ１  青色レーザ光（レーザ光）
【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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