(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源部と、
映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部と、
前記光源部からの光を前記映像生成部へ導く導光光学系と、
前記映像生成部により生成された前記映像光を投写する投写光学系と、を備え、
前記光源部は、光を発生させる光源と、前記光源からの光によって励起される蛍光体と、前記光源からの光を前記蛍光体へ導くダイクロイックミラーと、を有しており、
前記ダイクロイックミラーは、前記光源からの光の入射角が５０°以上６０°以下となるように配置され、
前記光源からの光を反射させて前記ダイクロイックミラーへ導く第２のミラーをさらに備え、前記第２のミラーは、前記光源からの光の反射角が前記入射角と同じになるように配置される、ことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記入射角は５５°であることを特徴とする請求項１記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記ダイクロイックミラーは、前記光源からの光を反射して前記蛍光体へ導くと共に、前記蛍光体からの光を透過して前記導光光学系へ光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
ダイクロイックミラーのＳ偏光透過率の半値とＰ偏光透過率の半値との間の幅が２６ｎｍ以上となるように、前記ダイクロイックミラーの特性を決定する、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、投写面に映像光を投写する投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、様々な映像などをスクリーンに拡大投写する投写型映像表示装置としてプロジェクタが広く普及している。プロジェクタは、映像信号に応じて、光源から出射された光を、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）、または、液晶表示素子といった空間光変調素子によって変調させ、スクリーン上に投写する。
【０００３】
天井に設置され、床面や壁面に映像を投写するプロジェクタも種々開発されている。天井に設置されて使用されるプロジェクタにおいては、専用の保持具や配線工事の必要性、収納方法、装置の小型化、作業の容易性、使い勝手、美感等、種々の検討すべき問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、これらの課題を考慮して、照明用配線器具に取り付け可能なコネクタと、床面に対向する面に照明装置とを備えた投写型映像表示装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８-１８５７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のプロジェクタは、天井に設けられた照明用配線に接続可能なコネクタを設けることで、プロジェクタを天井に容易に設置することを可能としている。また、床面に対向する、筐体の面側に照明装置を備えることで、映像投写しない場合、照明装置として使用することが可能であり、常時設置できる。
【０００７】
投写型映像表示装置は、可搬性や設置場所の占有面積の観点から、一般に小型なものが要望される。特に、天井に設置するプロジェクタの場合、天井の強度や視覚的な美観上の点からも装置の小型化が望まれる。
【０００８】
本開示は、小型化が可能な投写型映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】
【０００９】
本開示の投写型映像表示装置は、光を射出する光源部と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部と、光源部からの光を映像生成部へ導く導光光学系と、映像生成部により生成された映像光を投写する投写光学系と、を備える。光源部は、光を発生させる光源と、光源からの光によって励起される蛍光体と、光源からの光を蛍光体へ導くダイクロイックミラーと、を有している。ダイクロイックミラーは、光源からの光の入射角が５０°以上６０°以下となるように配置される。投写型映像表示装置は、光源部からの光を反射させてダイクロイックミラーへ導く第２のミラーをさらに備える。第２のミラーは、光源からの光の反射角が入射角と同じになるように配置される。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、画質の低下を抑制しつつ小型化が可能な投写型映像表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示に係る投写型映像表示装置の外観斜視図である。
【図２】本開示に係る投写型映像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本開示に係る投写型映像表示装置の光学構成を説明する模式図である。
【図４】本開示に係る光源部の光学構成を説明する模式図である。
【図５】本開示に係るダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフである。
【図６】ダイクロイックミラーの配置角度に対する青色光（Ｂ光）の効率を示す図である。
【図７】ダイクロイックミラーの配置角度に対する、緑色光（Ｇ光）および赤色光（Ｒ光）の効率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１３】
なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１４】
〔第１実施形態〕
１．投写型映像表示装置の概要
投写型映像表示装置について、以下に図を用いて説明する。図１は、投写型映像表示装置の外観斜視図である。投写型映像表示装置１００は、光源部等を収納する第１の筐体１０１と、天井に設けられた配線ダクト９０１に接続する第２の筐体１０２とを含む。
【００１５】
図２は、投写型映像表示装置１００の内部構成を示すブロック図である。投写型映像表示装置１００は、光を出射する光源部１１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部１６０と、光源部１１０から映像生成部１６０へ光を導く導光光学系１４０と、生成された映像光をスクリーン（不図示）へ投写する投写光学系１８０と、光源部１１０や映像生成部１６０などの制御を行う制御部１９０とを備える。
【００１６】
本開示の光源部１１０は、半導体レーザを有しており、半導体レーザからの光を励起光として、蛍光体を発光させる。導光光学系１４０は、各種レンズ、ミラーあるいはロッドなどの光学部材を含み、光源部１１０から出射した光を映像生成部１６０へ導く。映像生成部１６０は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」と称す）や液晶パネルなどの素子を用いて、映像信号に応じて光を空間変調する。投写光学系１８０は、レンズやミラーなどの光学部材を含み、空間変調された光を拡大してスクリーン（投写面）へ投写する。
【００１７】
２．投写型映像表示装置の光学的な構成
図３は、投写型映像表示装置１００の光学的な構成を説明する模式図である。
【００１８】
投写型映像表示装置１００は、光源部１１０と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部１６０と、光源部１１０から映像生成部１６０へ光を導く導光光学系１４０と、生成された映像光をスクリーン（不図示）へ投写する投写光学系１８０とを有する。
【００１９】
図４は、光源部１１０の詳細な構成を示した図である。光源部１１０は、図４に示すように、固体光源ユニット１２と、固体光源ユニット１２からの平行な光束を集光する凸面のレンズ１４と、レンズ１４からの光を再び平行光に変換する凹面のレンズ１６と、凸面のレンズ１４と凹面のレンズ１６との間に挿入されたミラー２４とを備える。さらに、光源部１１０は、レンズ１６からの並行光の光路を変更するダイクロイックミラー１８と、蛍光体ホイール２０と、平行光を蛍光体ホイール２０に集光するレンズ２２とを有する。ダイクロイックミラー１８は、レンズ１６からの平行光の光軸に対して５５°の傾斜を持って配置されている。このように配置される理由についは後述する。さらに、光源部１１０は、凹面のレンズ１６の後段に配置された偏光特性を維持しつつ干渉性を低減させる拡散板２６と、ダイクロイックミラー１８とレンズ２２との間に挿入されたλ／４板２８とを有する。
【００２０】
固体光源ユニット１２は、１２個の半導体レーザ３０と、各半導体レーザ３０に対向するように配置された集光レンズ３４とを含む。半導体レーザ３０は、放熱板３２上に一定の間隔で３行×４列のマトリクス状に配置される。ヒートシンク３６は、固体光源ユニット１２を冷却するためのものである。半導体レーザ３０は、４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの波長幅を有しかつ直線偏光の青色光を出射する。各半導体レーザ３０は、出射する光の偏光方向が、ダイクロイックミラー１８の入射面に対して、Ｓ偏光となるように配置される。
【００２１】
固体光源ユニット１２から出射した光は、凸面のレンズ１４と凹面のレンズ１６とによって小径化され、拡散板２６に入射する。ミラー２４は、小径化された光束が、後段のダイクロイックミラー１８に５５°の入射角で入射するよう、光路を変化させるように配置されている。拡散板２６を出射した光は、ダイクロイックミラー１８に入射する。ダイクロイックミラー１８は、後述する分光特性により、拡散板２６から入射した光を反射する。
【００２２】
ここで、ダイクロイックミラー１８の分光特性について説明する。図５に、本開示に係るダイクロイックミラー１８の分光特性（５５°度入射）を示す。図５では、分光特性として、波長に対する透過率を示している。曲線ＰはＰ偏光の光に対する特性であり、曲線ＳはＳ偏光の光に対する特性である。ダイクロイックミラー１８の分光特性によれば、波長４４０ｎｍ〜４４５ｎｍのＰ偏光の光は約９４％以上透過する。同様に、波長４４０ｎｍ〜４４５ｎｍのＳ偏光の光を９８％以上の高い反射率で反射させる。波長４９０ｎｍ〜７００ｎｍの緑色光〜赤色光は、Ｐ偏光、Ｓ偏光ともに９５％以上の高い透過率で透過する。
【００２３】
以上の分光特性により、拡散板２６から入射した光は、４４０ｎｍ〜４５５ｎｍの波長幅を持つＳ偏光の青色光であるため、ダイクロイックミラー１８によって反射される。
【００２４】
図５に示すように、Ｐ偏光とＳ偏光の透過率が５０％となる波長分離幅ｄは約３０ｎｍある。この波長分離幅ｄは、入射角が４５°である場合（約２０ｎｍ）に比べ長くなっている。よって、より高いＰ偏光の光とＳ偏光の光の分離能力が得られ、光利用効率を向上させることができる。
【００２５】
図４に戻り、ダイクロイックミラー１８によって反射された青の色光は、λ／４板２８によって、直線偏光から円偏光に変換される。円偏光の青の色光は、レンズ２２によって集光され、１〜２ｍｍのスポット径で蛍光体ホイール２０に照射される。
【００２６】
蛍光体ホイール２０は、アルミ平板で構成され、拡散反射面（図示せず）の領域であるＢ領域と、緑の色光を発光する蛍光体が塗布されたＧ領域と、赤の色光を発光する蛍光体が塗布されたＲ領域とが複数形成されている。
【００２７】
蛍光体ホイール２０に照射された光は各領域で青、緑および赤の色光に変換され、各色光はレンズ２２側へ出射する。各色光はレンズ２２によって、再び、平行光化されてλ／４板２８に入射する。λ／４板２８を再び透過することによって、青の色光は、Ｐ偏光に変換されて、ダイクロイックミラー１８に戻る。上述したダイクロイックミラー１８の分光特性から、λ／４板２８を再び透過したＰ偏光の青の色光は、緑および赤の色光とともにダイクロイックミラー１８を透過することができる。これにより、光源部１１０からは、青、緑および赤の色光が時分割で出射することになる。
【００２８】
図３に戻り、光源部１１０を出射した光は、複数のレンズ素子から構成される一対のフライアイレンズに入射する。第１のレンズアレイ板４２に入射した光束は、多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、第２のレンズアレイ板４４に収束する。第１のレンズアレイ板４２のレンズ素子は、映像生成部１６０のＤＭＤ６２と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板４４のレンズ素子は、第１のレンズアレイ板４２とＤＭＤ６２とが略共役関係となるように、その焦点距離が定められている。第２のレンズアレイ板４４から出射した光は、レンズ４６に入射する。レンズ４６は、第２のレンズアレイ板４４の各レンズ素子から出射した光を、ＤＭＤ６２上に重畳するためのレンズである。レンズ４６からの光は、ミラー４８によって反射された後、レンズ６４を透過して、全反射プリズム６６に入射する。
【００２９】
全反射プリズム６６は２つのプリズム６８、７０から構成され、互いのプリズムの近接面には薄い空気層７２を形成している。空気層７２は臨界角以上の角度で入射する光を全反射する。レンズ６４を介して全反射プリズム６６に入射した光は、全反射面を透過してＤＭＤ６２に入射する。ＤＭＤ６２は、映像信号に応じて、投写レンズ８２に入射する光と、投写レンズ８２の有効範囲外へ進む光とにマイクロミラーを偏向させる。ＤＭＤ６２によって反射された光は、空気層７２に臨界角以上の角度で入射するため、反射して、投写レンズ８２に入射する。このようにして、ＤＭＤ６２によって形成された映像光が、スクリーン（不図示）上に投写される。
【００３０】
前述のとおり、ダイクロイックミラー１８を光源ユニット１２からの光の入射角が５５°となるように配置した。これにより、ダイクロイックミラー１８及びそれに並行に配置されたミラー２４を、光源ユニット１２からの光の経路に対してより平行に近い角度で配置できる。よって、光源部１１０の小型化、特に図４における上下方向の長さを小さくすることができ、かつ、光利用効率も向上させることができる。ここで、ダイクロイックミラー１８を５５°の入射角を持つように配置する理由を説明する。
【００３１】
図６は、ダイクロイックミラーの配置角度（入射角）に対する青色光（Ｂ光）の効率を示す図である。青色光の効率は、Ｓ偏光の反射率とＰ偏光の透過率の積となる。図６の場合、半導体レーザの発振波長を４４０〜４５５ｎｍとし、ダイクロイックミラー１８の公差を±３ｎｍ、ダイクロイックミラー１８の入射角に対する分光特性の波長シフトを±３ｎｍを考慮した。そして、ダイクロイックミラー１８の配置角度に対する、４３４ｎｍから４６１ｎｍの波長の青色光の平均効率を求めた。配置角度が５５°の場合の青色光の効率は、配置角度が４５°の場合よりも１．３倍（１３０％）高くなっているのがわかる。このように、配置角度が５５度の場合に、比較的良好な効率が得られている。
【００３２】
一方、図７は、ダイクロイックミラー１８の配置角度に対する、緑色光（Ｇ光）、赤色光（Ｒ光）の平均透過率を示した図である。配置角度４５°の場合の透過率に対する、配置角度５０°、５５°、６０°の場合における透過率の比はそれぞれ、９９％、９７％、９５％となる。すなわち、緑色光（Ｇ光）、赤色光（Ｒ光）の透過率については、配置角度５５°の場合、配置角度４５°の場合よりも劣っている。しかしながら、配置角度が５５°の場合、配置角度が４５°の場合に比べて青色光の効率については大きく勝っている。
【００３３】
青色光の効率と、緑色光および赤色光の透過率との双方を考慮すると、ダイクロイックミラー１８の配置角度（基準入射角）は５０°〜６０°の範囲においては配置角度が５５°のときにもっとも効率が高くなる。よって、本実施形態では、ダイクロイックミラー１８の配置角度を５５°に設定した。
【００３４】
なお、本実施形態では、上述の理由によりダイクロイックミラー１８の配置角度を５５°に設定したが、配置角度は５５°に限定されるものではない。配置角度は４５°より大きい角度でも良い。特に小型化に注目した場合、配置角度は５０°以上が好ましい。一方、Ｐ偏光とＳ偏光との分離能力に注目した場合、配置角度は７０°より小さい角度である必要があり、特に６０°以下が好ましい。すなわち、両者を考慮すると、ダイクロイックミラー１８の配置角度は５０°以上６０°以下の範囲に設定するのが好ましい。
【００３５】
また、半導体レーザの発振波長幅を４４０〜４５５ｎｍとしたが、波長幅１５ｎｍで波長帯域がシフトした場合（例えば、４４７〜４６２ｎｍ、４５７〜４７２ｎｍ）であっても、ダイクロイックミラー１９８の特性を半導体レーザの波長に応じて変更すれば、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、ダイクロイックミラー１８のＳ偏光透過率の半値とＰ偏光透過率の半値との間の幅ｄ（以下「波長分離幅」という）はより広いほど、波長分離能力が高くなる。よって、ダイクロイックミラー１８は例えば２６ｎｍ以上の波長分離幅ｄを有するように設計される。
【００３７】
３．効果等
本実施形態の投写型映像表示装置１００は、光を射出する光源部（１１０）と、映像入力信号に応じて映像光を生成する映像生成部（１６０）と、光源部からの光を映像生成部へ導く導光光学系（１４０）と、映像生成部により生成された映像光を投写する投写光学系（１８０）と、を備える。光源部（１１０）は、光を発生させる個体光源ユニット（１２）と、個体光源ユニット（１２）からの光によって励起される蛍光体ホイール（２０）と、個体光源ユニット（１２）からの光を蛍光体ホイールへ導くダイクロイックミラー（１８）と、を有する。ダイクロイックミラー（１８）は、個体光源ユニット（１２）からの光の入射角が５０°以上６０°以下となるように配置される。
【００３８】
以上のように、光源部１１０のダイクロイックミラー１８を、通常の４５°配置ではなく、光路に対して４５°より大きな角度（ここでは５５°）を持って配置した。これにより、ダイクロイックミラーの波長分離性能を高く維持しつつ、光源部１１０の小型化を図ることができる。
【００３９】
以上のように、添付図面および詳細な説明によって、ベストモードと考える実施の形態と他の実施の形態とを提供した。これらは、特定の実施の形態を参照することにより、当業者に対して、特許請求の範囲に記載の主題を例証するために提供されるものである。したがって、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、上述の実施の形態に対して、種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本開示は、プロジェクタ等の投写型映像表示装置に適用できる。
【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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