(57)【要約】【課題】装置のコンパクト化、及び適正な色での画像表示を行う。【解決手段】全反射ミラー６に入射される光Ｌ１１と該ミラー６から反射される光Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４とによって挟まれる部分（内側の部分）にカラーホイール２を配置している。これにより、光Ｌ１１，…の外側にカラーホイール２を配置する場合に比べて装置のコンパクト化を図ることができる。また、カラーホイール２は色の異なる複数のカラーフィルター部に分割された円板形状をしているが、このカラーホイール２には、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状に集光された状態で光が照射されるようになっている。これにより、光の分光が適正に行われ、画像表示も適正な色で行われることとなる。【選択図】　　　図１
2004126518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光を出射する光源と、該出射された光を反射する反射手段と、回転駆動されることに基づき前記光源からの光を順次異なる色に分光するカラーホイールと、該分光された光を変調するライトバルブと、を備え、前記光源からの光が前記カラーホイールにて分光され前記ライトバルブにて変調された上で投射される投射型表示装置において、
前記カラーホイールは、前記反射手段に入射される光と、該反射手段から出射される光とによって挟まれる部分に配置され、
前記カラーホイールは、複数の異なる色のカラーフィルター部に分割され、かつ、
前記光源からの光が、１つのカラーフィルター部のみを透過し得るような形状に集光された状態で前記カラーホイールを透過するように、該カラーホイールが配置された、
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記カラーホイールの回転軸と、該カラーホイールを透過する光の光軸とが平行にならないように設定され、かつ、
前記光源からの光が、前記形状に集光される前に前記カラーホイールと干渉することが防止される、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブにて変調した光を投射することに基づき画像を表示する投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶パネル等のライトバルブにて変調した光を投射することに基づき画像を表示する投射型表示装置として、種々の構造のものが提案されている。
【０００３】
その一つとして、カラーホイールを回転駆動することによって白色光を分光し、その光を利用してカラー表示するようにしたものがある。図３は、そのような従来の投射型表示装置の構造の一例を示す模式図である。本図において、符号１は投射ランプ、１ａはランプ管、１ｂは楕円反射鏡、２はカラーホイール、３はロッドインテグレーターレンズ、３ａは入射端面、３ｂは出射端面、４はリレーレンズ、５はフィールドレンズ、１０はライトバルブ、１１は投射レンズ、１２は筐体、ｍは回転軸、Ｍはモータ、Ａ１は光軸、Ｌ１１は出射光、Ｌ１２は出射光、そしてＤ３は本図の投射型表示装置を示す。
【０００４】
この投射型表示装置Ｄ３は、白色光を照射する投射ランプ１を備えており、その投射ランプ１の光出射側には、
・　モーターＭにて回転駆動されることに基づき、該白色光を各色光に順次分光するカラーホイール２や、
・　光をライトバルブ１０の表示領域に最適に照射するためのロッドインテグレーターレンズ（以降ロッドレンズと称する）３や、
・　リレーレンズ４や、
・　フィールドレンズ５や、
・　照射された光を変調するライトバルブ１０や、
・　ライトバルブ１０によって変調された変調光をスクリーン（不図示）に拡大投射する投射レンズ１１、
などが順に配置されている。
【０００５】
なお、図４は、投射ランプ１の詳細構造を示す断面図であるが、この図に示されるように、投射ランプ１は、ランプ管１ａと、該ランプ管１ａの背後に配置された楕円反射鏡１ｂとによって構成されており、楕円反射鏡１ｂは、反射面が光軸Ａ１を回転対称とする楕円面形状（符号Ｒ１参照）を呈している。そして、この楕円反射鏡１ｂは２つの焦点（以下、“第１焦点Ｆ１”“第２焦点Ｆ２”とする）を有しており、ランプ管１ａ（正確には、その光を発する部分）は第１焦点Ｆ１に配置されている。
【０００６】
また、カラーホイール２は、図５に詳示するように、色の異なる複数のカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ（例えば、赤青緑の３色のカラーフィルター部や、赤青緑透明の４つのカラーフィルター部）に分割されており、モーターＭにて回転駆動されることにより白色光を順次分光するようになっている。
【０００７】
さらに、ロッドレンズ３は、四角柱形状の光学素子であり、透明なガラスまたは樹脂材料で形成されていて、側面（入射端面３ａや出射端面３ｂ以外の面）は全反射面となっている。また、符号１２は筐体を示す。
【０００８】
いま、投射ランプ１が点灯されると、その出射光Ｌ１１は、楕円反射鏡１ｂによって集光され、カラーホイール２によって分光される。出射光Ｌ１１が投射ランプ１から出た領域を点線の２辺を含む三角領域で図示する。すなわちその領域とは、本図において４つの点線があるうちの第２焦点Ｆ２で交わる２つの線を２辺とする三角領域である。その後、光は、入射端面３ａからロッドレンズ３に入射され、側面で全反射され（或いは全反射されずに出射端面３ｂから出射され）均一光とされる。その出射光Ｌ１２は、リレーレンズ４およびフィールドレンズ５を通過することによって平行光束とされ、ライトバルブ１０を通過することによって光像に変換され、投射レンズ１１を通過することによってスクリーン（不図示）に投影されることとなる。
【０００９】
このような装置において、別構成の投射型表示装置Ｄ４を図６に示す。図６に符号６で示すように、投射ランプ１の上方に全反射ミラーが配置されている。そしてこの装置は、投射ランプ１からの光をＡ１からＡ２の方向へ反射させるようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図６に示す構造の投射型表示装置Ｄ４の場合、カラーホイール２やモーターＭが楕円反射鏡１ｂに干渉したり、ランプ管１ａから楕円反射鏡１ｂに照射される光Ｌ１１を遮ったりしてしまうという問題があった。というのも図からわかるようにカラーホイール２が、出射光Ｌ１１が投射ランプ１から出た三角領域に一部配置されてしまっているからである。
【００１１】
このような問題を避けるべく、さらに別工程の投射型表示装置Ｄ５がある。それを図７に示す。図７に示すように、カラーホイール２やモーターＭを光軸Ａ２の上側に配置しようとすると、光軸Ａ２の上側に十分なスペースを設けなければならず、装置が大型化してしまう等の問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、これらの問題を防止する投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、白色光を出射する光源と、該出射された光を反射する反射手段と、回転駆動されることに基づき前記光源からの光を順次異なる色に分光するカラーホイールと、該分光された光を変調するライトバルブと、を備え、前記光源からの光が前記カラーホイールにて分光され前記ライトバルブにて変調された上で投射される投射型表示装置において、
前記カラーホイールは、前記反射手段に入射される光と、該反射手段から出射される光とによって挟まれる部分に配置され、
前記カラーホイールは、複数の異なる色のカラーフィルター部に分割され、かつ、
前記光源からの光が、１つのカラーフィルター部のみを透過し得るような形状に集光された状態で前記カラーホイールを透過するように、該カラーホイールが配置された、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。同一構造の部分においては同一符号をつけることで説明を省略する。
【００１５】
本実施の形態に係る投射型表示装置は、図１に符号Ｄ１で示すように、白色光を出射する光源１と、該出射された光を反射する反射手段６と、回転駆動されることに基づき前記光源１からの光を順次異なる色に分光するカラーホイール２と、該分光された光を変調するライトバルブ１０と、を備えており、前記光源１からの光が、前記カラーホイール２にて分光され、前記ライトバルブ１０にて変調された上で投射されるように構成されている。反射手段６は、第２焦点手前で光を反射させる位置に配置されている。
【００１６】
前記カラーホイール２は、図５に示すように、複数の異なる色のカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに分割されており、モーターＭにて回転駆動されることに基き、光源１からの白色光を、時分割色分解するように構成されている。
【００１７】
ところで、前記反射手段６の存在により、反射手段６に入射される光（つまり、光軸Ａ１に沿うように照射される光Ｌ１１）と、該反射手段６から出射される光（つまり、光軸Ａ２に沿うように照射される光Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４）とによって挟まれる部分が現出されることになるが、前記カラーホイール２は該部分（反射手段６に入射される光Ｌ１１と、該反射手段６から出射される光Ｌ１２，…とによって挟まれる部分）に配置されている。別の方法で表現すると、図１に示す装置では、光軸Ａ１と光軸Ａ２とが約９０度の角度を為しており、該光軸Ａ１，Ａ２によって約９０度の中心角の側の領域と、約２７０度の中心角の側の領域とに区分されるが、カラーホイール２は、２７０度の側ではなく９０度の領域の側に配置されている。カラーホイール２は三角領域の外に配置されているということができる。カラーホイール２がそのような部分に配置されることにより、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１８】
なお、図２に示す投射型表示装置Ｄ２の場合、カラーホイール２は、光軸Ａ１と光軸Ａ２とに挟まれた部分にではなく、光軸Ａ２と光軸Ａ３とに挟まれた部分に配置されている。したがって、この図において請求項１にいう反射手段とは、符号６に示すものを指すのではなく、符号７に示すものを指すこととなる。図２の構成は、光源である投影ランプ１が斜めに筐体１２に配置されている。投影ランプ１はランプ管１ａが長尺形状であるがゆえ、ランプ管１ａをその長尺方向が反射手段７において光が出射される方向に沿うように配置してしまうと、筐体１２を反射手段７において光が出射される方向に余分に大きくしなければならなくなるが、本図が示す実施形態に係る投射型表示装置の場合、反射手段７において光が出射される方向にランプ管１ａの長尺方向を傾けることで筐体１２の反射手段７において光が出射される方向の幅を小さくすることができ、装置の小型化を実現できる。
【００１９】
ところで、光源１からの光を分光するには、該光がカラーホイール２を透過する必要がある。しかし、光源１からの光が十分に集光されていない状態（つまり、透過するときの光の断面形状が“１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂ”に収まり切らないような状態）でカラーホイール２を透過する場合には分光が適切には行われず、表示される画像の色も不適正となってしまう。本発明では、その点を考慮し、前記光源１からの光は、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状に集光された状態（つまり、透過するときの光の断面形状が“１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂ”に収まり切るような状態）で前記カラーホイール２を透過するようにした。なお、「透過するときの光の断面形状が“１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂ”に収まり切るような状態」と言っても、カラーホイール２は上述のように回転駆動されるものであるから、その回転位置によっては、２つのカラーフィルター部に跨った状態でカラーホイール２を透過する場合もあり得る。本明細書において「１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状」とは、「透過するときの光の断面形状が“１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂ”に収まり切るような状態」が一定の回転周期で実現されれば足りるという意味であり、過渡状態において「２つのカラーフィルター部に跨った状態で光がカラーホイール２を透過する状態」が存在したとしても構わない。図６に示す装置の場合、全反射ミラー６にて反射された光がカラーホイール２の上部に照射されるが、その前に、楕円反射鏡１ｂにて反射された光がカラーホイール２の下部に干渉してしまっている。前者の場合（つまり、全反射ミラー６にて反射された光がカラーホイール２の上部に照射される場合）、光源１からの光は、１つのカラーフィルター部のみを透過し得るような形状にまで集光されて“光の分光”を行い得るが、後者の場合（つまり、楕円反射鏡１ｂにて反射された光がカラーホイール２の下部と干渉している場合）、光源１からの光は、１つのカラーフィルター部のみを透過し得るような形状にまでは集光されてはいない。本発明は、このような構造は排除するものである。
【００２０】
なお、“光源１からの光が、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得る”ようにするには、カラーホイール２の回転中心軸ｍを、透過光の光軸Ａ２と平行にせず、集光光Ｌ１１の稜線Ｔ１１に対して略垂直となるようにすると良い。前記カラーホイール２の回転中心軸ｍと、該カラーホイール２を透過する光の光軸とが平行にならないように設定することにより、前記光源１からの光が、前記形状（つまり、“光源１からの光が、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得る”ような形状）に集光される前に前記カラーホイールと干渉することが防止される。
【００２１】
また、カラーホイール２とライトバルブ１０との間には、
・　照明領域を調整するためのロッドレンズ３や、
・　時分割色分解された複数の色成分を前記ライトバルブ１０に入射させる照明光学系４，５
を配置すると良い。
【００２２】
さらに、ライトバルブ１０によって変調された光をスクリーン（不図示）に拡大投射する投射手段１１を配置すると良い。
【００２３】
また、ライトバルブ１０は透過型としても反射型としても良い。
【００２４】
さらに、本発明は、前面投射型表示装置に限定されるものではなく、背面投射型表示装置に使用しても良い。
【００２５】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
【００２６】
本実施の形態によれば、光源１からの白色光は、時分割色分解されることとなり、視覚的な混色現象を利用してカラー画像を表示することができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、反射手段６に入射される光（図１の符号Ｌ１１参照）と、該反射手段６から出射される光（図１の符号Ｌ１２，…参照）とによって挟まれる部分にカラーホイール２が配置されているため、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００２８】
また、光源１からの光が、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状に集光された状態でカラーホイール２を透過するように構成されているため、分光が適切に行われ、表示される画像の色も適正な色となる。
【００２９】
さらに、本実施の形態によれば、カラーホイール２と光源１との干渉を回避できる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００３１】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す投射型表示装置Ｄ１を作製した。なお、図３乃至図７に示すものと同一構造の部分については、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３２】
本実施例においては、光軸Ａ１が投射レンズからの投射光軸と垂直に出射されるように投射ランプ（光源）１を配置した。この投射ランプ１は、ランプ管１ａと、該ランプ管１ａの背後に配置された楕円反射鏡１ｂとによって構成し、楕円反射鏡１ｂは、反射面が光軸Ａ１を回転対称とする楕円面形状（符号Ｒ１参照）を呈するようにした。また、ランプ管１ａ（正確には光を発する部分）は第１焦点Ｆ１に配置し、その前方（図示上方）には全反射ミラー（反射手段）６を配置した。
【００３３】
ランプ管１ａは、その発光中心が楕円反射鏡１ｂにおける楕円面形状Ｒ１の第１焦点Ｆ１の近傍に位置するように配置されているため、ランプ管１ａからの光は楕円反射鏡１ｂによって集光されながら前方に反射される。そして、該光Ｌ１１は、全反射ミラー６にて光軸Ａ２の方向へと反射されて一点に集光され（符号Ｌ１２参照）、ロッドレンズ３の内部に導かれる。該集光される部分近傍（つまり、全反射ミラー６とロッドレンズ３の間の光軸Ａ２上、かつロッドレンズ３の入射端面３ａの近傍）には、モーターＭにて駆動されるカラーホイール２が配置されているため、該光Ｌ１２は時分割色分解される。そして、視覚的な混色現象を利用してカラー画像を表示することができる。
【００３４】
ところで、全反射ミラー６に入射される光の軸Ａ１と、全反射ミラー６から出射される光の軸Ａ２は約９０度の角度を為すが、それらに挟まれる部分には図５に示す構造（つまり、赤緑青色のカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに分割された円板状）のカラーホイール２が配置されていて、装置のコンパクトが図られている。
【００３５】
また、楕円反射鏡１ｂにて反射された光Ｌ１１は図示のように集光されるが、その光Ｌ１１の稜線Ｔ１１に沿うようにカラーホイール２を配置している。つまり、カラーホイール２の回転軸ｍは、光軸Ａ２に対して平行でなく、かつ、集光される光Ｌ１１の稜線Ｔ１１に対して垂直となるように配置されている。これにより、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状に集光された後の光がカラーホイール２を透過するように構成されているため、分光が適切に行われ、適正な色の画像を表示することができる。
【００３６】
（実施例２）
本実施例では、図２に示す投射型表示装置Ｄ２を作製した。すなわち、光軸Ａ１　と、投射レンズ１１からの投射光軸との角度が　ほぼ４５度となるように投射ランプ１を配置し、その上方には略水平に全反射ミラー６を配置した。さらに、その全反射ミラー６の下方には、略水平にカラーホイール２を配置し、光軸Ａ２に沿うように、
・　ロッドレンズ３や、
・　リレーレンズ４や、
・　フィールドレンズ５や、
・　全反射ミラー（反射手段）７
等を配置した。そして、この全反射ミラー７の上方にはライトバルブ１０や投射レンズ１１等を配置した。
【００３７】
ランプ管１ａは、その発光中心が楕円反射鏡１ｂにおける楕円面形状Ｒ１の第１焦点Ｆ１の近傍に位置するように配置されているため、ランプ管１ａからの光は楕円反射鏡１ｂによって集光されながら前方に反射される。そして、該光Ｌ１１は、全反射ミラー６にて光軸Ａ２方向へと反射され、集光された状態でカラーホイール２を透過し、分光される。その後、ロッドレンズ３やリレーレンズ４やフィールドレンズ５を透過した後、全反射ミラー７にて反射され、さらにライトバルブ１０及び投射レンズ１１に導かれてカラー画像表示される。
【００３８】
ところで、全反射ミラー７に入射される光（符号Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５参照）の軸Ａ２と、全反射ミラー７から出射される光（符号Ｌ１６参照）の軸Ａ３は約４５度の角度を為すが、それらに挟まれる部分に図５に示す構造（つまり、赤緑青色のカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂに分割された円板状）のカラーホイール２が配置されていて、装置のコンパクトが図られている。
【００３９】
また、１つのカラーフィルター部２Ｒ，２Ｇ，又は２Ｂのみを透過し得るような形状に集光された後の光がカラーホイール２を透過するように構成されているため、分光が適切に行われ、適正な色の画像を表示することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、カラーホイールは、反射手段に入射される光と、該反射手段から出射される光とによって挟まれる部分に配置されているため、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００４１】
また、光源からの光が、１つのカラーフィルター部のみを透過し得るような形状に集光された状態でカラーホイールを透過するように構成されているため、分光が適切に行われ、表示される画像の色も適正な色となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る投射型表示装置の構造の一例を示す模式図。
【図２】本発明に係る投射型表示装置の構造の他の例を示す模式図。
【図３】従来の投射型表示装置の構造の一例を示す模式図。
【図４】投射ランプ１の詳細構造を示す断面図。
【図５】カラーホイールの形状を説明するための図。
【図６】従来の投射型表示装置の構造の他の例を示す模式図。
【図７】従来の投射型表示装置の構造の他の例を示す模式図。
【符号の説明】
１　　　　投射ランプ（光源）
２　　　　カラーホイール
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ　　カラーフィルター部
３　　　　ロッドレンズ
６　　　　全反射ミラー（反射手段）
７　　　　全反射ミラー（反射手段）
１０　　　ライトバルブ
Ｄ１　　　投射型表示装置
Ｄ２　　　投射型表示装置
Ｄ３　　　投射型表示装置
Ｍ　　　　モーター
【図１】
2004126518.tif 000003
【図２】
2004126518.tif 000004
【図３】
2004126518.tif 000005
【図４】
2004126518.tif 000006
【図５】
2004126518.tif 000007
【図６】
2004126518.tif 000008
【図７】
2004126518.tif 000009