(57)【要約】【課題】小型軽量、低コスト化に有利な、発光ダイオードを光源にした単板型の投写型表示装置の光源装置に関し、さらに一層の小型軽量化を実現する。【解決手段】単色光源１０１〜１０３と、光合成手段１０４とで構成されており、光合成手段１０４は、波長選択膜が形成された反射面からなる二つの傾斜状態を有する可動ミラーと、該可動ミラーを駆動する駆動手段を有している。第１の単色光源１０１は、第１の角度に傾斜した反射面１０５に対して照射することにより２次元光変調器へ光束を発光する。第２の単色光源１０２は、該可動ミラーの第２の角度に傾斜した反射面１０６に対して照射することにより２次元光変調器へ光束を発光する。第３の単色光源１０３は該可動ミラーを透過して２次元光変調器へ光束を発光することを特徴としている。光合成手段は１つで済み、小型軽量化に繋がる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元光変調器を表示デバイスとする投写型表示装置の光源装置であって、前記光源装置は、所定の単色光の光束を照射する３種類の発光手段と、前記発光手段より照射される単色光の光束を前記投写型表示装置に照射する光合成手段とを有しており、
前記光合成手段は、光の波長選択性を備えた膜が形成され、前記発光手段より照射される単色光の光束を反射させる反射面を有する可動状態の反射手段と、前記反射手段を駆動する駆動手段とを有しており、前記駆動手段は、前記投写型表示装置に照射される光束の光軸に垂直な面と前記反射面とがなす第１の角度または第２の角度を形成する２種類の傾斜状態に前記反射手段を駆動することを特徴とし、
第１の前記発光手段は、前記反射手段の第１の角度に傾斜した前記反射面に対して照射することにより、前記２次元光変調器へ光束を発光し、
第２の前記発光手段は、前記反射手段の第２の角度に傾斜した前記反射面に対して照射することにより、前記２次元光変調器へ光束を発光し、
第３の前記発光手段は、前記反射手段を透過して前記２次元光変調器へ光束を発光することを特徴とする投写型表示装置の光源装置。
【請求項２】
前記第１から第３の発光手段は、異なる発光色を呈した発光ダイオードを光源とすることを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置の光源装置。
【請求項３】
前記第１から第３の発光手段は、アレイ状に配列された複数の発光ダイオードを光源とし、構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置の光源装置。
【請求項４】
前記光源装置は、前記発光手段の単色光の光束を交互に照射するように照射タイミングを制御する発光制御手段をさらに有することを特徴とし、前記発光制御手段は、
前記反射手段の反射面が第１の角度に傾斜したときに、第１の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、
前記反射手段の反射面が第２の角度に傾斜したときに、第２の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、
前記反射手段の反射面が第１の角度と第２の角度に傾斜している間に、第３の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させるように照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の投写型表示装置の光源装置。
【請求項５】
前記光源装置は、前記発光手段の単色光の光束を交互に照射するように照射タイミングを制御する発光制御手段をさらに有することを特徴とし、前記発光制御手段は、
前記反射手段の反射面が第１の角度に傾斜したときに、第１の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、その後第２の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、
前記反射手段の反射面が第２の角度に傾斜したときに、第３の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、
前記反射手段の反射面が第１の角度と第２の角度に傾斜している間に、前記発光手段は対応する単色光の光束を照射させることのないように照射タイミングを制御することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の投写型表示装置の光源装置。
【請求項６】
前記第１の角度または前記第２の角度の範囲が、１０°〜２０°であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の投写型表示装置の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型表示装置の光源装置に関するものであり、さらなる小型軽量化を追求した投写型表示装置の光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面を比較的容易に得られる電子機器として投写型表示装置がある。従来の投写型表示装置は、使用する２次元光変調器の数の違いにより３板式と単板式が知られている。いずれの方式も光源には主に白色の放電ランプを用いている。
【０００３】
３板式では、光源からの白色光をダイクロイックミラー等を用いＲ、Ｇ、Ｂの３色に分光して対応する３つの２次元光変調器の照明を行い、その画像をダイクロイックプリズム等を使って合成し、投写レンズを用いてスクリーン上に拡大投写するものである。２次元光変調器には主に透過型の液晶パネルが使われることが多い。
【０００４】
一方単板式は２次元光変調器に反射型の素子であるＤＭＤが一般的に使用されている。この方式では光源からの白色光がダイクロイックミラーが領域分割して蒸着された回転式の円盤を使用して時分割的にＲ、Ｇ、Ｂの３色が形成されＤＭＤを照明する。ＤＭＤの画像は投写レンズを介してスクリーン上に拡大投写される。液晶パネルを使用した３板型に比べて、２次元光変調器が１つで済むため光学系は簡素なものとなり、小型軽量そして低コストに有利である。
【０００５】
さて、このような従来の投写型表示装置で使用されている放電ランプは、その発光成分に紫外および赤外成分が含まれており、これらの成分は画像表示に必要としないため何らかの手段を講じて除去する必要がある。
【０００６】
具体的には、紫外線および赤外線カットの光学フィルタを配置することになるが、これらのフィルタを用いても完全に除去できないという問題がある。紫外線成分に関しては、長期間にわたり、徐々に表示デバイスに致命的なダメージを与え、深刻な問題である。特に青用液晶パネルに強く働く。また、赤外成分も同様に表示デバイスの動作特性に影響を与えるほか、最終的には装置の外部に排出する必要があるため、ファンを設置する必要が生じる。
【０００７】
さらにまた、放電ランプの本質的な問題として寿命特性が良くないということが上げられる。この種の放電ランプの寿命公称値は、ランプの電力にも依るが１５００時間から３０００時間程度と言われている。民生需要の用途においては、ランプの交換に係わるランニングコストの低減は重要なファクターである。故に放電ランプに変えて固体光源を利用した投写型表示装置の実現への動きがある。
【０００８】
固体光源としては、発光ダイオードや半導体レーザー等が知られている。特に最近の発光ダイオードの高輝度化は目覚ましいものがある。発光ダイオードは消費電力が比較的小さく、しかも長寿命かつ単色の発光色を呈するという点で、従来の白色放電ランプの問題点を解決できる可能性がある。
【０００９】
このような発光ダイオードの投写型表示装置への適用に関して例えば、（米）Ｌｕｍｉｌｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  社が発表した非特許文献１によれば、図９に示すような構成が検討されている。図９において、Ｒ９０１、Ｇ９０２、Ｂ９０３の３色の発光ダイオードからの光束は、順次点灯し２種類のダイクロイックミラー９０４および９０５を用いて選択反射または透過をさせて最終的に同一経路にすることで、時分割のカラーの照明光として全反射プリズム９０６を介して２次元光変調器であるＤＭＤ９０７に照射される。なお、この図においては、発光ダイオードからの射出光線の平行性を向上させるために、すり鉢状で中央付近に凸レンズが形成された合成樹脂の補助光学素子９０８を用いている。
【００１０】
ＤＭＤ９０７で変調された画像は、プリズム９０６を透過し、投写レンズ９０９でスクリーン上に拡大投写されるというものである。Ｒ、Ｇ、Ｂの発光ダイオード９０１、９０２、９０３には単色の発光ダイオードを使用しているので、紫外線および赤外線の心配は無く、その上、回転式の円盤も必要なくコンパクトな構成となり、従来のＤＭＤを用いた単板型に比べて、さらに小型軽量そして低コストなものとなる。
【００１１】
上記の構成ではダイクロイックミラーを２つ有しており、小型軽量化を実現していく観点からだと、ダイクロイックミラーのような光合成手段は、１つで済ませたいところである。
【００１２】
特許文献１の技術では、光合成手段が１つで済むような構成を備えた表示システムを提供しており、第３、第４の実施例にて説明されている。
【００１３】
しかし、特許文献１に示した表示システムの構造では光源より照射された光束の光利用効率が悪く、表示の明るさが乏しい。
【００１４】
即ち第３の実施例においては、図１３〜１５に示されているように、ミラーアレイ７１は１つで済むものの、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束全てがミラーアレイ７１には当たらない。というのも図１５のように、ミラー要素が１列おきにＲ／Ｂ、Ｇというようになっているので、これでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束をライン状に形成しない限り、光束のロスが発生することになる。ミラーの１つ１つは非常に微少なので、Ｒ、Ｇ、Ｂの光束を、この微少ミラーに対応するようにライン状に形成するのは不可能であり、この第３の実施例の構成では第１の実施例のそれに比べて、明るさが原理的に１／２以下となる。
【００１５】
また第４の実施例においては、図２１に示されているように、Ｒ、Ｇ、Ｂ用に別々のミラー素子が対応することになるので、図２１の方が図１５よりさらに光を反射する面積が小さくなり、光利用効率が悪くなる。
【００１６】
【特許文献１】
特表２０００−５０１１９７号公報
【非特許文献１】
Ｇｅｒａｒｄ  Ｈａｒｂｅｒｓ，Ｓｔｅｖｅ  Ｐａｏｌｉｎｉ，Ｍａｔｔｈｉｊｓ  Ｋｅｕｐｅｒ，”Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  ＬＥＤ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ”，ＭＩＣＲＯＤＩＳＰＬＡＹ  ２００２  ＤＩＧＥＳＴ  ＰＡＰＥＲ，ｐ２２−２５
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を鑑みて、その目的とするところは、小型軽量、低コスト化に有利な、発光ダイオードを光源にした単板型の投写型表示装置の光源装置に関し、光利用効率を低下させることなく、さらに一層の小型軽量化を実現することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を解決するため、請求項１に記載の発明は、２次元光変調器を表示デバイスとする投写型表示装置の光源装置であって、前記光源装置は、所定の単色光の光束を照射する３種類の発光手段と、前記発光手段より照射される単色光の光束を前記投写型表示装置に照射する光合成手段とを有しており、前記光合成手段は、光の波長選択性を備えた膜が形成され、前記発光手段より照射される単色光の光束を反射させる反射面を有する可動状態の反射手段と、前記反射手段を駆動する駆動手段とを有しており、前記駆動手段は、前記投写型表示装置に照射される光束の光軸に垂直な面と前記反射面とがなす第１の角度または第２の角度を形成する２種類の傾斜状態に前記反射手段を駆動することを特徴とし、第１の前記発光手段は、前記反射手段の第１の角度に傾斜した前記反射面に対して照射することにより、前記２次元光変調器へ光束を発光し、第２の前記発光手段は、前記反射手段の第２の角度に傾斜した前記反射面に対して照射することにより、前記２次元光変調器へ光束を発光し、第３の前記発光手段は、前記反射手段を透過して前記２次元光変調器へ光束を発光することを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１から第３の発光手段は、異なる発光色を呈した発光ダイオードを光源とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１から第３の発光手段は、アレイ状に配列された複数の発光ダイオードを光源とし、構成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の発明において、前記光源装置は、前記発光手段の単色光の光束を交互に照射するように照射タイミングを制御する発光制御手段をさらに有することを特徴とし、前記発光制御手段は、前記反射手段の反射面が第１の角度に傾斜したときに、第１の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、前記反射手段の反射面が第２の角度に傾斜したときに、第２の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、前記反射手段の反射面が第１の角度と第２の角度に傾斜している間に、第３の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させるように照射タイミングを制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の発明において、前記光源装置は、前記発光手段の単色光の光束を交互に照射するように照射タイミングを制御する発光制御手段をさらに有することを特徴とし、前記発光制御手段は、前記反射手段の反射面が第１の角度に傾斜したときに、第１の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、その後第２の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、前記反射手段の反射面が第２の角度に傾斜したときに、第３の前記発光手段に対応する単色光の光束を照射させ、前記反射手段の反射面が第１の角度と第２の角度に傾斜している間に、前記発光手段は対応する単色光の光束を照射させることのないように照射タイミングを制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の発明において、前記第１の角度または前記第２の角度の範囲が、１０°〜２０°であることを特徴とする。
【００２４】
上記構成とすることで、従来は少なくとも２種類のダイクロイックミラーが必要とされていたのに対して１つの波長選択性を有するミラー（ダイクロイックミラー）により、光合成の光学系を構成し時分割のカラー光束を形成することができ、各光束は同じ光束幅で光源装置から射出され、光利用効率も高く、光学系が簡素なものとなり、小型化が可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態の構成＞
図１は本発明の光源装置の第１の実施の形態を示す図である。図１において、光合成手段１０４は、２つの傾斜状態（１０５または１０６）を有する可動ミラーとこれを動作させる駆動手段（不図示）とで構成されており、この可動ミラーには波長選択性を有する誘電体多層膜が蒸着されている。
【００２７】
光合成手段１０４としては、市販のガルバノミラーを応用することができる。ガルバノミラーは、図２のガルバノスキャナの外観図に示すようにミラー２０１が支持部材２０２に固定されており、支持部材２０２が、駆動軸２０３およびコロガリ軸受２０４を介して、ガルバノ本体２０５に回転自在に支持されており、ガルバノ本体２０５に内蔵された、例えばモーターような駆動装置により極めて小さな角度の範囲で、双方向に交互に回転し、これにより、ミラー２０１が駆動軸２０３のまわりに揺動する仕組みとなっている。従って、このミラー２０１を前記誘電体多層膜が蒸着したダイクロイックミラーとすることで容易に構成可能である。
【００２８】
緑色の発光ダイオード１０１と赤色の発光ダイオード１０２とは、各々から発せられる光束が、光合成手段１０４の、可動ミラーが第１の傾斜状態１０５ならびに第２の傾斜状態１０６に達しているときに各々反射後に同一経路となるような位置関係に配置されている。そして、青用の発光ダイオード１０３は可動ミラーの傾斜状態に係わらず透過して、緑色および赤色の発光ダイオードからの反射光束と略合致するように配置されている。
【００２９】
すなわち、図６に示すように、可動ミラーでの反射後の光軸を６０１としたときに、可動ミラーの第１および第２の傾斜状態（１０５および１０６）が、＋α°および−α°傾いているとすれば、光軸６０１に対して各々＋２α°および−２α°となるような位置関係である。
【００３０】
なお、装置の小型軽量化を考慮すると、αとしてはできるだけ小さな値であることが望ましいが、緑色の発光ダイオード１０１と赤色の発光ダイオード１０２自身の大きさや照射される単色光の干渉現象等を考慮すると、密接になりすぎるのも望まれず、可動ミラーの傾斜状態としては、１０°≦α≦２０°くらいでよい。
【００３１】
＜第１の実施の形態の動作＞
次に第１の実施の形態の動作について図３を参照しながら説明する。可動ミラー３０１はα°と−α°の傾斜状態を繰り返し行うよう駆動されている。
【００３２】
まず、赤用の発光ダイオード１０２の点灯が行われる（図３（ａ））。このとき、可動ミラー３０１はα°傾斜している状態である。赤用の発光ダイオード１０２による左上方向からの光束は、可動ミラー３０１の傾斜角度に応じた反射作用を受けて真上方向に進行方向が変化する。
【００３３】
次に、可動ミラー３０１がα°から−α°の方向に傾く期間に青用の発光ダイオード１０３の点灯が行われる（図３（ｂ））。ここで可動ミラーには、赤および緑の光を反射させて青の光を透過させる特性を有するダイクロイックミラーコーティングが施されており、この特性により発光ダイオード１０３からの光束は、可動ミラー３０１を透過して真上方向に進行する。なお、青色発光ダイオード１０３が点灯している時には、赤用の発光ダイオード１０２は消灯している。可動ミラー１０３で反射された赤色の光束と、可動ミラー１０３を透過した青色の光束の進行方向はほぼ同一である。
【００３４】
そして可動ミラー３０１が−α°傾いたところに達したら、緑用発光ダイオード１０１の点灯が行われる（図３（ｃ））。なお、緑色発光ダイオード１０１の点灯直前に青色の発光ダイオード１０２は消灯される。可動ミラー３０１で反射された右上方向からの緑色の光束は、反射ミラーにより真上方向に進行方向が変わる。この光束と、可動ミラー３０１を透過した青色の光束の進行方向はほぼ同一である。
【００３５】
次に、可動ミラー３０１はα°の傾斜状態に移行するが、この間は青色の発光ダイオード１０３の点灯が行われる（図３（ｂ））。緑色の発光ダイオード１０１は消灯している。これを１サイクルとして、繰り返し実施されることで、赤→青→緑→青→赤→青→緑…という繰り返しの時分割によるカラー照明光束が形成されるので、この照明光束により２次元光変調器を同期させることで、単板型の投写型表示装置を構成することが可能である。なお、上記の点灯タイミングを図で表せば図５のようになる。
【００３６】
なお、発光ダイオードは、複数のアレイ構成のものを使用しても構わない。この場合、使用する数に応じて高輝度な照明光束が得られる。また、赤、青、緑の発光ダイオードはそれぞれ同数使用しなくとも良い。一般に発光ダイオードの発光効率は発光色により異なる。すなわち、同じ系列品種（発光チップサイズ、外形等）の発光ダイオードでも得られる輝度が異なるのである。
【００３７】
例えば、日亜化学社製の、高光度タイプの発光ダイオードでは、標準的な光度ランクのもので、赤用（型名ＮＳＰＲ３４６ＢＳ）は０．３０５カンデラ、青用（型名ＮＳＰＢ３４６ＢＳ）は０．５カンデラ、緑用（型名ＮＳＰＧ３４６ＢＳ）では１．７３カンデラとなっている。
【００３８】
また、米ルミレッズ社製のＬｕｘｅｏｎシリーズの発光ダイオードは赤用（型名ＬＸＨＬ−ＢＤ０１）は２５ルーメン、青用（型名ＬＸＨＬ−ＢＢ０１）は５ルーメン、緑用（型名ＬＸＨＬ−ＢＭ０１）では２５ルーメンとなっている。これは、発光素子の材料その他に起因すると考えられる。
【００３９】
もし、同数を使用しても全ての発光ダイオードを最大の光出力が得られる状態で使用することができない場合がある。具体的には、ＮＴＳＣでは、ホワイトを構成する赤、緑、青の光量比はおおよそ３：６：１とされる。
【００４０】
従って、日亜化学製の発光ダイオードでは緑用が１個に対して赤用が２．８個、青用が０．５７個という比率で各発光ダイオードを配備する必要がある。緑に対して赤は２．８倍個が必要で、そして青は０．５６倍個で良いということになる。
【００４１】
また、米ルミレッズ社のＬｕｘｅｏｎシリーズでは、緑用が１個に対して赤用が０．５個、青用が０．８３個という比率である。従って、ホワイトバランスを考慮した所定の数の発光ダイオードで構成することが望ましい。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
図４は本発明の光源装置の第２の実施の形態を示す図である。第１の実施の形態との違いは、光合成手段１０４の可動ミラー部に形成するダイクロイックミラーの特性を赤および青の波長成分を反射し、緑の波長成分を透過する特性とし、これに応じて左上方向に青の発光ダイオード１０３を、右上に赤の発光ダイオード１０２を、そして緑の発光ダイオード１０１を中央下に配置した点である。
【００４３】
また、緑の発光ダイオード１０１を可動ミラーの一方の傾斜状態に点灯するように制御している。すなわち、第１の実施の形態では時分割のカラー光束が、赤→青→緑→青→赤→青→緑…という繰り返しのサイクルであったのに対して、第２の実施の形態では青→緑→赤の繰り返しになるように構成してある。このように構成することで、同期させる２次元光変調器の信号処理が簡素化できる。
【００４４】
さらに、第１の実施の形態の図５に示すように回転期間にも点灯を実施する場合と比べて、可動ミラーがどちらかの傾斜位置に静止しているときのみ、全ての発光ダイオードの点灯が実施されるようになっている。このように構成することで、同期させる２次元光変調器の信号処理が簡素化できる。上記の点灯タイミングを図で示すと図７のようになる。
【００４５】
図８は、第１、２の実施の形態の光源装置を用いた投写型表示装置の構成を示す図である。赤、青、緑の発光ダイオード１０２、１０３、１０１および、光合成手段１０４、そして光合成手段１０４を駆動する駆動機構８０２とで構成される光源装置８０１と、プリズム８０４、２次元光変調器であるＤＭＤ８０５と投写レンズ８０６、ＤＭＤ８０５を制御する信号処理回路８０３とから構成される。
【００４６】
光源装置８０１で形成される時分割のカラー光束はプリズム８０４を介してＤＭＤ８０５を照明し、ＤＭＤ８０５の画像は再度プリズム８０４を経て投写レンズ８０６により拡大投写される。このようにして、単板型の投写型表示装置を実現できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光源装置によれば、赤、青、緑の発光ダイオードからの光束を１つのダイクロイックミラーを有する光合成手段で時分割のカラー光束を形成するので、一定の光利用効率を保持しながら小型の光源装置を実現できる。
また、発光ダイオードは複数配備するこができるので、容易に高輝度化が可能であり、小型で明るい投写型表示装置の光源装置を得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の投写型表示装置の光源装置の構成図である。
【図２】ガルバノスキャナの外観図である。
【図３】第１の実施の形態の投写型表示装置の光源装置の状態遷移図である。
【図４】第２の実施の形態の投写型表示装置の光源装置の構成図である。
【図５】第１の実施の形態での各発光ダイオードの点灯タイミングを説明するための図である。
【図６】可動ミラーの傾斜状態に関する図である。
【図７】第２の実施の形態での各発光ダイオードの点灯タイミングを説明するための図である。
【図８】投写型表示装置の構成図である。
【図９】非特許文献１の投写型表示装置の構成図である。
【符号の説明】
１０１、９０２  緑色発光ダイオード
１０２、９０１  赤色発光ダイオード
１０３、９０３  青色発光ダイオード
１０４  光合成手段
１０５  第一の傾斜状態
１０６  第二の傾斜状態
２０１  ミラー
２０２  支持部材
２０３  駆動軸
２０４  コロガリ軸受
２０５  ガルバノ本体
３０１  可動ミラー
６０１  光軸
８０１  光源装置
８０２  駆動機構
８０３  信号処理回路
８０４、９０６  プリズム
８０５、９０７  ＤＭＤ
８０６、９０９  投写レンズ
９０４、９０５  ダイクロイックミラー
９０８  補助光学素子
【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】
2004302357.tif 000008
【図７】
2004302357.tif 000009
【図８】
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【図９】
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