(57)【要約】【課題】投写画像の高輝度化と、投写型表示装置の小型化・低消費電力化とを同時に実現する。【解決手段】投写型表示装置に用いられる照明光学系であって、光源ランプ４０と、光源ランプ４０から発せられた光をＲ・Ｇ・Ｂの各色光に分離する色分離光学系８０と、Ｒ・Ｇ・Ｂのいずれかの色の光を発する補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂと、色分離光学系８０によって分離された各色光と、補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂから発せられた各色光とを合成する光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂとを有し、補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂが光源ランプ４０に比べて消費電力が少なく、かつ、小型であ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】
投写型表示装置に用いられる照明光学系であって、
光源ランプと、
前記光源ランプから発せられた光を色の異なる２以上の光に分離する色分離光学系と、
複数の補助光源と、
前記色分離光学系によって分離された各光に、前記補助光源から発せられた光を合成する光合成手段とを有し、
前記補助光源は、前記光源ランプに比べて消費電力が少なく、かつ、小型であることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
投写型表示装置に用いられる照明光学系であって、
光源ランプと、
前記光源ランプから発せられた光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分離する色分離光学系と、
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかの色の光を発する複数の補助光源と、
前記色分離光学系によって分離された各色光と、前記補助光源から発せられた各色光とを合成する光合成手段とを有し、
前記補助光源は、前記光源ランプに比べて消費電力が少なく、かつ、小型であることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
前記光合成手段が、入射した光を反射する反射領域と、入射した光を透過させる透過領域とを備えた光学素子であり、該光学素子は、前記色分離光学系によって分離された光または前記補助光源から発せられた光のいずれか一方が前記反射領域に入射し、他方が前記透過領域に入射するように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
前記補助光源が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の照明光学系。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の照明光学系と、前記照明光学系から出射された光を変調するライトバルブと、ライトバルブよって変調された光を投射する投射光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一つは、光源から発せられた光を複数の色光に分離し、分離された各色光でもって照明対象を照明する照明光学系に関するものである。
【０００２】
本発明の他の一つは、照明光学系から発せられた色光を画像信号に基づいて変調して画像を形成し、形成された画像をスクリーンなどに拡大投写する投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
現在、液晶パネルをライトバルブ（画像形成素子）とするプロジェクタを中心として投写型表示装置の市場が拡大している。かかる投写型表示装置は、照明光学系から発せられた光を画像信号に基づいて変調して画像（画像光）を形成し、形成された画像（画像光）をスクリーンなどに投写（投射）する。図４は、一般的な投写型表示装置１００の概略構造を示す模式図である。図示されている投写型表示装置２００は、照明光学系２０１と、複数の液晶パネルユニット２０２Ｒ、２０２Ｇ、２０２ｂと、各液晶パネルユニット２０２Ｒ、２０２Ｇ、２０２ｂから出射された光を合成するクロスダイクロイックプリズム（以下「プリズム」または「ＸＤＰ」）２０３と、プリズム２０３によって合成された画像光を不図示のスクリーンなどに向けて投射する投射レンズ２０４とを有する。
【０００４】
照明光学系２０１は、光源ランプ２１０、青色反射ダイクロイックミラー２１１Ｂ、緑色反射ダイクロイックミラー２１１Ｇ、および反射ミラー２１２、２１３、２１４を有する。光源ラン２１０プから出射された光は、まず青色反射ダイクロイックミラー２１１Ｂに入射する。青色反射ダイクロイックミラー２１１Ｂに入射した光のうち、青色光は、該ミラー２１１Ｂによって反射された後、反射ミラー２１２によって進行方向が変換されて（偏向されて）、液晶パネルユニット２０２Ｂに入射する。
【０００５】
一方、青色反射ダイクロイックミラー２１１Ｂを透過した緑色光および赤色光のうち、緑色光は、緑色反射ダイクロイックミラー２１１Ｇによって反射されて液晶パネルユニット２０２Ｇに入射する。
【０００６】
また、緑色反射ダイクロイックミラー２１１Ｇを透過した赤色光は、反射ミラー２１３によって偏向された後に、反射ミラー２１４によって再度偏向されて液晶パネルユニット２０２Ｒに入射する。
【０００７】
上記のようにして各色光によって照明される液晶パネルユニット２０２Ｒ、２０２Ｇおよび２０２Ｂは、入射した光を画像信号に基づいて変調し、各色の画像光を形成する。形成された各色の画像光は、プリズム２０３の所定の入射面から該プリズム２０３に入射し、合成されてフルカラーの画像光となる。フルカラーの画像光は、プリズム２０３の所定の出射面から出射し、投射レンズ２０４に入射する。投射レンズ２０４は、入射した画像光を不図示のスクリーンなどに向けて投射する。以上によって、スクリーン上に、拡大画像が投写される。従来の投写型表示装置に用いられている照明光学系のさらに詳しい内容については、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１７４９０９号公報（[０００４]〜[０００７]、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記原理によって画像を投写する投写型表示装置では、投写画像の輝度が光源ランプの出力に大きく依存する。従って、投写画像の高輝度化を実現するためには、光源ランプの出力を高めるか、光源ランプを２灯以上設ける必要がある。しかし、光源ランプの出力を高めると、消費電力が増加したり、光源ランプの寿命が低下したりする。一方、光源ランプを２灯以上設けると、光源ユニットが大型化し、引いては投写型表示装置が大型化する。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、投写画像の高輝度化と、投写型表示装置の小型化・低消費電力化とを同時に実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の照明光学系の一つは、投写型表示装置に用いられる照明光学系であって、光源ランプと、光源ランプから発せられた光を色の異なる２以上の光に分離する色分離光学系と、複数の補助光源と、上記色分離光学系によって分離された各光に、上記補助光源から発せられた光を合成する光合成手段とを有し、上記補助光源が上記光源ランプに比べて消費電力が少なく、かつ、小型であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の照明光学系の他の一つは、投写型表示装置に用いられる照明光学系であって、光源ランプと、光源ランプから発せられた光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分離する色分離光学系と、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれかの色の光を発する複数の補助光源と、上記色分離光学系によって分離された各色光と、上記補助光源から発せられた各色光とを合成する光合成手段とを有し、上記補助光源が上記光源ランプに比べて消費電力が少なく、かつ、小型であることを特徴とする。
【００１２】
上記構成を有する本発明の照明光学系では、光源ランプから出射された光と補助光源から発せられた光とが合成され、照明光の輝度が増大する。しかも、補助光源を設けることによる消費電力の増加量は、光源ランプの出力を増大させたり、光源ランプの数を増やしたりする場合に比べて極めて少量である。さらには、照明光学系の大型化を招くこともない。
【００１３】
上記光合成手段は、入射した光を反射する反射領域と、入射した光を透過させる透過領域とを備えた光学素子であることが望ましい。光合成手段が上記光学素子である場合、色分離光学系によって分離された光または補助光源から発せられた光のいずれか一方が反射領域に入射し、他方が透過領域に入射するように該光学素子を配置するだけで、上記のような光の合成を実現することができる。また、上記補助光源としては、数ミリワット程度の電力で発光し、かつ、小型・軽量な発光ダイオードが好適である。
【００１４】
本発明の投写型表示装置は、上記本発明の照明光学系と、その照明光学系から出射された光を変調するライトバルブと、ライトバルブよって変調された光を投射する投射光学系とを有することを特徴とする。よって、ライトバルブは、光源ランプから出射された光と補助光源から発せられた光とが合成され、輝度が増大した光によって照明される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、投写画像の高輝度化と、投写型表示装置の小型化・低消費電力化とを同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の投写型表示装置の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本例の投写型表示装置の内部構造を示す模式的平面図である。本例の投写型表示装置では、上下２分割の外装ケース１内に構成要素が収容されている。まず、外装ケース１内における主要構成要素の配置状態について概説する。ここでは、説明の便宜上、図１に示す外装ケース１の内部空間を縦横に４分割し、紙面右上の領域を第１エリア、同左上の領域を第２エリア、同左下の領域を第３エリア、同右下の領域を第４エリアと定義する。
【００１７】
外装ケース１の第１エリアには、主に電源ユニット１０が配置されている。一方、第２エリア〜第４エリアには、主に、照明光学系３０（図２）を含む光学エンジン２０が配置されている。より具体的には、第４エリアに光源ランプ４０が配置され、第２エリアに投射レンズ２１が配置されている。光源ランプ４０から発せられた光は、概ね第４エリア、第３エリア、第２エリアの順で反時計回りに進行し、投射レンズ２１から出射される。また、第２、第３エリアには、吸気口（不図示）と、吸気口から外気を取り込むための吸気ファン（シロッコファン２２、２３）がそれぞれ配置され、第１エリアには、排気口（不図示）と、外装ケース１内の空気を外部に排気するための排気ファン（軸流ファン２４）とが配置されている。吸気ファン２２、２３によって各吸気口から導入された外気は、外装ケース１内の所定の経路を通過する過程で所定の冷却対象物を冷却した後、排気ファン２４によって排気口から外部に排気される。もっとも、ここでは各エリアに配置されている主要構成要素について概説したに過ぎず、各エリアには上記要素以外の要素が配置されることもあり、また、ある要素が複数のエリアに跨って配置されることもある。
【００１８】
図２は、本例の投写型表示装置が備える光学エンジン２０の概略図である。光学エンジン２０は、照明光学系３０と、照明光学系３０によってそれぞれ独立して照明される３つの液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂと、それら液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂによって変調された光を合成するクロスダイクロイックプリズム（以下「ＸＤＰ６０」）と、既述の投射レンズ２１とを有する。
【００１９】
照明光学系３０は、既述の光源ランプ４０と、光源ランプ４０から発せられた光（照明光）の輝度分布を均一化させるインテグレータ光学系７０と、インテグレータ光学系７０から出射された光をＲ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の各色光に分離する色分離光学系８０とを有する。さらに、色分離光学系８０によって分離された各色光と同一、または略同一の色成分（色相）の光を発する３つの補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂを有する。加えて、補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂから発せられた光を色分離光学系８０によって分離された各色光に合成する光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ，１００Ｂと、光路変換用の反射ミラー１１０Ｂ、１１０Ｒを有する。
【００２０】
光源ランプ４０は、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプなどの高圧放電ランプである。光源ランプ４０の周囲にはリフレクタ４１が配置されている。光源ランプ４０から発せられた光は、リフレクタ４１によって反射されてインテグレータ光学系７０に入射する。本例のインテグレータ光学系７０は、一対のレンズアレイ７１ａ、７１ｂと、フィールドレンズ７２と、レンズアレイ７１ｂとフィールドレンズ７２との間に配置された偏光変換素子７３とから構成されている。リフレクタ４１によって反射された光が最初に入射する前段のレンズアレイ７１ａは、入射した光を分割し、多数の２次光源像を形成する。後段のレンズアレイ７１ｂおよびフィールドレンズ７２は、前段のレンズアレイ７１ａによって形成された複数の２次光源像を液晶パネル上で重畳させる。尚、偏光変換素子７３は、フィールドレンズ７２に入射する光の偏光方向を所定方向に統一する（本例ではＳ偏光に統一する）。
【００２１】
色分離光学系８０は、青色反射ダイクロイックミラー８１と、緑色反射ダイクロイックミラー８２と、反射ミラー８３とを有する。インテグレータ光学系７０から出射された光は、まず青色反射ダイクロイックミラー８１に入射する。青色反射ダイクロイックミラー８１は、入射した光のうち、青色光（青色成分）のみを反射して光合成ミラー１００Ｂに入射させ、その他の光は透過させる。
【００２２】
青色反射ダイクロイックミラー８１を透過した光は、青色反射ダイクロイックミラー８１の後段に配置されている緑色反射ダイクロイックミラー８２に入射する。緑色反射ダイクロイックミラー８２は、入射した光のうち、緑色光（緑色成分）のみを反射して光合成ミラー１００Ｇに入射させ、その他の光は透過させる。
【００２３】
緑色反射ダイクロイックミラー８２を透過した光は、緑色反射ダイクロイックミラー８２の後段に配置されている反射ミラー８３に入射する。反射ミラー８３は、入射した光の全てを反射して光合成ミラー１００Ｒに入射させる。すなわち、赤色光（赤色成分）を光合成ミラー１００Ｒに入射させる。
【００２４】
光合成ミラー１００Ｂの近傍に配置されている補助光源９０Ｂは、青色発光ダイオードであり、青色反射ダイクロイックミラー８１によって分離される青色光と同一または略同一の色成分（色相）の光を発する。そして、補助光源９０Ｂから発せられた光は、光合成ミラー１００Ｂに入射する。
【００２５】
ここで、各光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ，１００Ｂは、入射した光を反射する反射領域と、入射した光をそのまま透過させる透過領域とを備えている。具体的には、図３に示すように、光透過性基板（本例では、ガラス板）１０１の光入射面の半分に反射フィルム１０２が貼られており、残り半分には何も貼られていない。よって、各光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの反射フィルム１０２が貼られている領域（反射領域）に入射した光は、該フィルム１０２によって全反射される。一方、各光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂの反射フィルム１０２が貼られていない領域（透過領域）に入射した光は、そのまま該ミラー１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂを透過する。もっとも、反射領域と透過領域の形成方法や面積比などは上記に限定されない。例えば、透過領域に、不要な赤外線をカットするコールドフィルムを貼るなどしてもよい。また、図３に示されている光合成ミラー１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂでは、光入射面の上半分に反射領域が、下半分に透過領域が形成されている。しかし、光入射面の右半分或いは左半分に反射領域を形成し、残り半分に透過領域を形成してもよい。また、対角線を挟んで反射領域と透過領域を形成してもよい。さらには、反射領域と透過領域とは、同一面積でなくともよい。
【００２６】
いずれにしても、図２に示す青色反射ダイクロイックミラー８１によって反射された青色光は、光合成ミラー１００Ｂの透過領域に入射し、補助光源９０Ｂから発せられた光は、同ミラー１００Ｂの反射領域に入射するように光路が設計されている。この結果、青色反射ダイクロイックミラー８１によって分離された青色光と、補助光源９０Ｂから発せられた光とが合成され、青色の照明光が増強される。増強された青色の照明光は、反射ミラー１１０Ｂによって偏向されて、液晶パネルユニット５０Ｂに入射する。
【００２７】
また、光合成ミラー１００Ｇの近傍に配置されている補助光源９０Ｇは、緑色発光ダイオードであり、緑色反射ダイクロイックミラー８２によって分離される緑色光と同一または略同一の色成分（色相）の光を発する。そして、緑色反射ダイクロイックミラー８２によって反射された緑色光は、光合成ミラー１００Ｇの透過領域に入射し、補助光源９０Ｇから発せられた光は、反射領域に入射する。よって、緑色反射ダイクロイックミラー８２によって分離された緑色光と、補助光源９０Ｇから発せられた光とが合成され、緑色の照明光が増強される。増強された緑色の照明光は、液晶パネルユニット５０Ｇに入射する。
【００２８】
さらに、光合成ミラー１００Ｒの近傍に配置されている補助光源９０Ｒは、赤色発光ダイオードであり、反射ミラー８３によって反射される赤色光と同一または略同一の色成分（色相）の光を発する。そして、反射ミラー８３によって反射された赤色光は、光合成ミラー１００Ｒの透過領域に入射し、補助光源９０Ｒから発せられた光は、反射領域に入射する。よって、反射ミラー８３によって反射された赤色光と、補助光源９０Ｒから発せられた光とが合成され、赤色の照明光が増強される。増強された赤色の照明光は、反射ミラー１１０Ｒによって偏向されて、液晶パネルユニット５０Ｒに入射する。
【００２９】
上記のようにして各液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂに入射した各色光（照明光）は、それぞれの液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂにおいて変調を受けた後に、ＸＤＰ６０によって合成される。尚、各液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂの液晶パネルの手前には、集光レンズと入射側偏光板がそれぞれ配置されており、各色光は、偏光方向が同一され、かつ、コリメートされた上で対応する液晶パネルに入射する。また、各液晶パネルの先には出射側偏光板が配置されており、液晶パネルから出射された光は、その偏光方向が統一された上でＸＤＰ６０に入射する。
【００３０】
以上のように、本例の投写型表示装置が備える照明光学系３０では、光源ランプ４０から出射され、分離された各色光と、補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂから発せられた光とが合成される。よって、光源ランプ４０の出力が従来と同等、或いはそれ以下に設定されている場合であっても、液晶パネルユニット５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ（液晶パネル）を照明する各照明光の輝度は、従来と同等、或いはそれ以上になる。また、Ｒ・Ｇ・Ｂのそれぞれの照明光が増強されることによって、これらの合成光（合成色）である白色光（白色）をも増強される。さらに、補助光源９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂは、光源ランプ（放電ランプ）４０に比べて消費電力が極めて少なく（数ミリワット程度）、かつ、小型・軽量な発光ダイオードである。即ち、本例の投写型表示装置では、投写画像の高輝度化と、装置の小型化・低消費電力化とが同時に達成されている。
【００３１】
尚、本明細書では、補助光源が単色の発光ダイオードである場合を例にとって本発明の実施形態の一例について説明した。しかし、補助光源としての発光ダイオードは、フルカラーの発光ダイオードであってもよい。もっとも、補助光源は、光源ランプよりも消費電力が少なく、かつ、小型の光源であればよく、発光ダイオードに限定されないことは勿論である。
【００３２】
また、各補助光源から発せられた光を光合成ミラーの透過領域に入射させ、色分離光学系によって分離された各色光を同ミラーの反射領域に入射させることによって、両光を合成することもできる。要するに、光源ランプから出射され、分離された各色光と、補助光源から発せられた光とを合成することが可能でれば、その合成手段は特定の手段に限定されない。
【００３３】
補助光源への印加電圧を可変とし、発光輝度を調整可能とすることもできる。かかる構成によれば、何らかの原因で光源ランプの輝度が低下した際に、補助光源の発光輝度を上げることによって、光源ランプの輝度低下を補うこともできる。
【００３４】
光源ランプから発せられた光が色分離光学系によって、Ｒ・Ｇ・Ｂ以外の中間色にも分離される場合、その中間色と同一または略同一の色成分（色相）の光を発する補助光源を追加することもできる。
【００３５】
本発明は、光源ランプから出射された光を時分割で色分離する照明光学系および投写型表示装置にも適用可能である。例えば、補助光源としてフルカラーの発光ダイオードを用い、その発光色を色分離光学系による色分離のタイミングに合わせて変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の投写型表示装置の実施形態の一例を示す模式的平面図である。
【図２】図１に示す光学エンジンの模式図である。
【図３】図２に示す光合成ミラーの構成を示す模式図である。
【図４】従来の投写型表示装置の概略構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  外装ケース
１０  電源ユニット
２０  光学エンジン
２１  投射レンズ
２２、２３  シロッコファン
２４  軸流ファン
３０  照明光学系
４０  光源ランプ
４１  リフレクタ
５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂ  液晶パネルユニット
６０  クロスダイクロイックプリズム（ＸＤＰ）
７０  インテグレータ光学系
８０  色分離光学系
９０Ｒ、９０Ｇ、９０Ｂ  補助光源
１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂ  光合成ミラー
１０１  光透過性基板
１０２  反射フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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