(57)【要約】【課題】色合成時の色ムラをより低減し、コンパクトな装置構成で、高画質な投写画像を得られる投写型表示装置を提供する。【解決手段】光源ユニット２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂのそれぞれが光軸と垂直な方向（矢印２０３，２０４，２０５）へ位置調整可能な構造となっている。各光源ユニットからの出射光が色合成ユニット２０１の外に出ないよう、光出射側端における集光レンズの外周部が、色合成ユニット２０１の交差したダイクロミラー間に若干であるが入り込んでいるが、その集光レンズの外周縁を光軸方向に押える部分が、矢印２０３，２０４，２０５の方向においては設けられていない。【選択図】図１
2007322792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
夫々が発光色の異なる発光素子を備えた複数の光源ユニットと、前記各光源ユニットからの光を合成する色合成手段とを備え、該色合成手段による合成光を変調して投写する投写型表示装置において、
前記複数の光源ユニットのそれぞれは、
光源ユニットの光軸と交差する第１の方向に光源ユニットの位置を調整するための位置調整機構と、
前記発光素子の発光光を通す光学素子と、
前記光学素子の外周縁における、前記第１の方向の端部以外の部分で前記光学素子を固定する固定部と、を具備することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記色合成手段はクロスダイクロイックミラーであり、交差したダイクロイックミラーが前記第１の方向に存在している請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記複数の光源ユニットとして、個々に前記第１の方向に位置調整可能な赤、緑、青の光源ユニットを備えている請求項１または２に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記発光素子は発光ダイオードもしくは半導体レーザーであり、前記光変調素子は透過型の液晶パネルである請求項１から３のいずれかに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤや半導体レーザーなどの発光素子を光源に利用した投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源にＬＥＤや半導体レーザーなどの発光素子を利用した投写型表示装置の提案がある（特許文献１，２参照）。これらの発光素子は放電ランプと比べて、熱線や紫外線の成分を含まないので装置の冷却のための部品を必要とせず、点灯制御が簡単であるため制御回路を小さくできるので、コンパクトな投写型表示装置の光源として適している。
【０００３】
発光素子は、赤、緑、青などの単色光を発光するため、投写型表示装置の光源として用いる場合には、白色光を得るための色合成手段が必要である。
【０００４】
図６は赤、緑、青の発光光を一つの光路に合成する投写型表示装置の例である。
【０００５】
図６において、従来の投写型表示装置は、投写レンズ１０、光変調素子２０、ロッドインテグレータ３０、色合成手段４０、赤色の発光素子を有する光源５０Ｒ、緑色の発光素子を有する光源５０Ｇ、青色の発光素子を有する光源５０Ｂ、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ７０とから構成される。光変調素子２０には、透過型の液晶パネルを用い、ロッドインテグレータ３０は、略直方体の中実ロッドで、材質は光学ガラスからなる。また、光源には発光ダイオードや半導体レーザーなどの発光素子を用い、色合成手段にはクロスダイクロイックミラーを用いる。
【０００６】
光源５０Ｒ、光源５０Ｇ、光源５０Ｂから発光した各色の光は、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ７０にて集光され、色合成手段４０によって光路を一致させられ一つの光路となり、ロッドインテグレータ３０の入射面へ入射する。ロッドインテグレータ３０へ入射した光は、ロッドインテグレータ内部で内面反射を繰り返してロッド出射面から出射するが、ロッドインテグレータ出射面からの光は照度分布が略均一化された照明光として、光変調素子２０を照明するので比較的照度ムラの低減された照明光が得られる。光変調素子へ入射した照明光は、光変調素子２０にて光変調されて、投写レンズ１０にて不図示のスクリーンへ画像が投影される。
【特許文献１】特開２００５−３１６４０５号公報
【特許文献２】特開２００６−０３９３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成の投写型表示装置において白色光を得るためには、各色の照度分布が略一致していないと色ムラとなってしまうが、赤色の発光素子と、緑色や青色の発光素子とでは、発光材料も含めて発光素子の構造や電極パターンが違い、輝度分布が大きく異なるので色合成時に色ムラが発生してしまい、高品質なカラー画像を得ることが困難であった。
【０００８】
さらには、色合成手段にクロスダイクロイックミラーを用いた場合は、ダイクロイックフィルタ面を光線が通過する位置によって、透過または反射する光線の入射角度が異なるのでダイクロイックフィルタの特性も変化する。これにより、ダイクロイックミラーを透過または反射した照明光がロッドインテグレータに入射したとき、入射位置によって照度分布が異なってしまう。このため、赤、緑、青の各色の照度分布が一致せず色ムラとなってしまい、高画質な投写型表示装置を実現することが困難であった。
【０００９】
また、これらの色ムラを低減させるためには、ロッドインテグレータの長さを充分に長くすれば良い訳であるが、ロッドインテグレータを長くすると装置が大型化するため、コンパクトな投写型表示装置には適していない。
【００１０】
以上のように、赤、緑、青の３原色を発光する発光素子を光源に用い、各色の発光光をクロスダイクロイックミラーによって一つの光路に合成して、光変調素子によって得られた画像を投写する投写型表示装置において、各色の発光素子の構造の違いやクロスダイクロイックミラーの入射角特性による透過率の変動により、白色光合成時に色ムラとなり、これを低減して高品質な投写画像を得るにはコンパクトな投写型表示装置では実現できないという課題があった。
【００１１】
本発明は、高品質な投写画像を得るために、コンパクトな装置構成で、上記課題を解決することができる投写型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】
【００１２】
本発明の投写型表示装置は、夫々が発光色の異なる発光素子を備えた複数の光源ユニットと、前記各光源ユニットからの光を合成する色合成手段とを備え、該色合成手段による合成光を変調して投写する装置である。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明では、上記複数の光源ユニットのそれぞれが、光源ユニットの光軸と交差する第１の方向に光源ユニットの位置を調整するための位置調整機構と、前記発光素子の発光光を通す光学素子と、前記光学素子の外周縁における、前記第１の方向の端部以外の部分で前記光学素子を固定する固定部と、を具備している。
【００１４】
上記色合成手段にはクロスダイクロイックミラーが好ましい。また、複数の光源ユニットとしては、個々に前記第１の方向に移動調整可能な赤、緑、青の光源ユニットが考えられる。さらに、発光素子は発光ダイオードもしくは半導体レーザーであり、光変調素子は透過型の液晶パネルであることが考えられる。
【００１５】
また、各光源ユニットを光軸と垂直な第２の方向にも位置調整可能にすることで、光源ユニットでの照明範囲の調整方向を増やすことが可能である。
【００１６】
以上のように、光源ユニットにおける光学素子の外周縁に対して、光源ユニットを位置調整可能な第１の方向に対応する部分に固定部が無いので、光学素子の外周縁の全部を固定する場合と比べて、各光源ユニットにおける移動調整範囲を大きくとることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、各光源ユニットにおける、光軸と交差する方向の移動調整範囲を大きくすることができるので、クロスダイクロイックミラーの入射角度依存性による波長シフトにおける照度ムラの調整範囲が広く取れる。このため、従来装置よりも色合成時の色ムラをより低減し、コンパクトな装置構成で、高画質な投写画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、従来装置と同一の機能を有する部品については同一符号を用いて説明する。
【００１９】
図６に示した光学系と同様に、本実施形態の投写型表示装置の光学系は、投写レンズ１０、光変調素子２０、ロッドインテグレータ３０、色合成手段４０、赤色の発光素子を有する光源５０Ｒ、緑色の発光素子を有する光源５０Ｇ、青色の発光素子を有する光源５０Ｂ、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ７０とから構成される。光変調素子２０には、透過型の液晶パネルを用い、ロッドインテグレータ３０は、略直方体の中実ロッドで、材質はBK7などの光学ガラスからなるが、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料を用いてもよい。また、ミラーを貼り合せた中空のミラーロッドを用いても構わない。光源には発光ダイオードや半導体レーザーなどの発光素子を用い、色合成手段にはクロスダイクロイックミラーを用いる。
【００２０】
光源５０Ｒ、光源５０Ｇ、光源５０Ｂから発光した各色の光は、第１集光レンズ６０、第２集光レンズ７０にて集光され、色合成手段４０によって光路を一致させられ一つの光路となり、ロッドインテグレータ３０の入射面へ入射する。ロッドインテグレータ３０へ入射した光は、ロッドインテグレータ内部で内面反射を繰り返してロッド出射面から出射し、光変調素子２０を照明する。光変調素子へ入射した照明光は、光変調素子２０にて光変調されて、投写レンズ１０にて不図示のスクリーンへ画像が投影される。
【００２１】
本実施形態では、各色の光源ユニットに発光ダイオードを用いており、白色光を得るために、Ｒ色（赤色）の波長の光源５０Ｒ、Ｇ色（緑色）の波長の光源５０Ｇ、Ｂ色（青色）の波長の光源５０Ｂを有する。また、光変調素子２０は透過型の液晶パネルで、ＦＳＣ（Field Sequential Color）表示方式を用いる。Ｒ色の光源、Ｇ色の光源、Ｂ色の光源を順次点灯し、それらの光を光変調素子２０はそれぞれＲ色映像信号、Ｇ色映像信号、Ｂ色映像信号に従って変調する。すると、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色画像が順次表示され、人間の眼にはそれらが合成されてカラー画像として認識される。また、光変調素子２０には液晶パネルを用いており偏光光を取り扱うため、色合成手段４０とロッドインテグレータ３０の間に直線偏光の方向を統一する偏光ビームスプリッタを配置しても構わない。
【００２２】
さらに、本実施形態の投写型表示装置の構成を詳しく説明する。図１は、図６に示した光源５０Ｒ、５０Ｇ、５０Ｂと色合成手段４０の構造部品を表した図であり、ロッドインテグレータ３０と、光変調素子２０と、投写レンズ１０を固定する構造部品は省略している。
【００２３】
図１において、光源５０Ｒを有する光源ユニット２００Ｒと、光源５０Ｇを有する光源ユニット２００Ｇと、光源５０Ｂを有する光源ユニット２００Ｂと、色合成手段４０を保持固定する色合成ユニット２０１と、各光源ユニットにて光源を固定する光源ホルダ２０２とが示されている。
【００２４】
各光源ユニットの光源ホルダ２０２と、色合成ユニット２０１は、不図示の装置本体へ固定されるが、光源ホルダ２０２の装置本体への位置決め穴２０６、固定穴２０７は長穴形状となっているので、光源ユニット２００Ｒは矢印２０３の方向に、光源ユニット２００Ｇは矢印２０４の方向に、光源ユニット２００Ｂは矢印２０５の方向に位置調整が可能な構造となっている。
【００２５】
図２は本実施形態の光源ユニット２００の構成を示した分解構成図である。
【００２６】
光源ユニット２００は、光源ホルダ２０２、光源固定ネジ３０１、レンズホルダ３０２、レンズホルダ固定ネジ３０３、レンズスペーサ３０４、押え板３０５、押え板固定ネジ３０６とから構成される。光源ホルダ２００は光源５０の位置決めを行なう位置決めピンと、ネジ固定をするネジ穴を有し、また、レンズホルダ３０２の位置決めを行なう位置決めピンと、ネジ固定をするネジ穴を有する。レンズホルダ３０２は、レンズホルダ固定ネジ３０３によって光源ホルダ２０２へネジ止め固定される。そして、レンズホルダ３０２に設けられた円筒状の穴形状によって、第１集光レンズ６０、レンズスペーサ３０４、第２集光レンズ７０が位置決め・収納され、押え板３０５と押え板固定ネジ３０６によって、第１集光レンズ６０、レンズスペーサ３０４、第２集光レンズ７０が保持・固定される。レンズスペーサ３０４は円筒形状をしており、第１集光レンズ６０と第２集光レンズ７０の間に挿入され、第１集光レンズ６０と第２集光レンズ７０の間隔を維持する役割をもつ。レンズホルダ３０２には、押え板固定ネジ３０６用にネジ穴が切られている。
【００２７】
図３は各光源ユニット２００の構成を示した構成図であり、図３（ａ）は光源ユニット２００を第２集光レンズ７０の方向から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＡ−Ａ線断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２８】
図３（ｂ）の符号４０１に示すように、断面Ａ−Ａの方向では、第２集光レンズ７０を光軸方向から押え板３０５にて保持されている。これに対し、図３（ｃ）の符号４０２に示すように、断面Ｂ−Ｂの方向では、押え板３０５は第２集光レンズ７０を光軸方向から押えていない構造となっている。
【００２９】
図４は各光源ユニット２００に用いている押え板３０５の斜視図である。なお、図４中、符号５０３が付された一点鎖線の方向は図３（ａ）のＡ−Ａ線の方向に相当し、符号５０４が付された一点鎖線の方向は図３（ａ）のＢ−Ｂ線の方向に相当する。
【００３０】
図４に示すように、押え板３０５は、一点鎖線５０３の方向では第２集光レンズ７０を押える押え部５０１が設けられているが、一点鎖線５０４の方向では設けられていない構成となっている。言い換えれば、第２集光レンズ７０の外周縁を押える部分が、一点鎖線５０４の方向において切り欠かれている。
【００３１】
このように、第２集光レンズ７０を押える形状をレンズの円周に沿った形状で２ヶ所に相対して設けることで、第２集光レンズ７０を保持・固定する際にレンズが光軸方向５０５と傾いて固定されることを防いでいる。また、図６の光学系の構成に示すように、第２集光レンズ７０は、光源部からの照明範囲が広くなるためレンズの外径が大きくなっている。このため、第２集光レンズ７０の外周縁全部を押さえない形状の押え板３０５等のように、第２集光レンズ７０を固定する構造部品を極力小さくすることで、コンパクトな光源ユニットを実現できる。また、本実施形態では、押え板３０５は中央を真円にくり抜かれた部材からレンズ押え部５０１としての突起が設けられた形状となっているが、バネ性を有する板金部材から、曲げ加工や絞り加工によってレンズ押え部５０１，５０２のような形状を設けても構わない。
【００３２】
図５は図１に示した投写型表示装置に用いている色合成ユニット２０１の分解構成図である。
【００３３】
色合成ユニット２０１は、青色ダイクロミラー６０１と、２枚の赤色ダイクロミラー６０２，６０３と、固定板６０４と、ベースプレート６０５とから構成される。青色ダイクロミラー６０１は、誘電体多層膜を蒸着することにより、青色の波長領域を反射し、緑色と赤色の波長領域を透過する機能を有する。赤色ダイクロミラー６０２，６０３も同様に誘電体多層膜の蒸着により、赤色の波長領域を反射し、青色と緑色の波長領域を透過する機能を有する。赤色ダイクロミラー６０２と６０３は、青色ダイクロミラー６０１の両面に略垂直に配置され、固定板６０４とベースプレート６０５に設けられた段差によって赤色ダイクロミラー６０２と６０３、青色ダイクロミラー６０１の位置決めがなされる。また、角度精度を向上させるために、各ダイクロミラーのベースプレート６０５と反対側にも位置決め用の冶具を用いて位置合わせを行い、各ダイクロミラーを固定しても構わない。各部品はエポキシ系の接着剤や紫外線によって硬化する接着剤で保持・固定するが、ベースプレート６０５またはベースプレートを取付ける不図示の装置本体側にネジ加工を施し、固定板６０４に丸穴を設けてネジ固定しても良い。このような色合成ユニット２０１の構成とすることで、青色ダイクロミラー６０１と赤色ダイクロミラー６０２と６０３の固定部分をコンパクトにしている。
【００３４】
次に、本実施形態の投写型表示装置の特徴的な動作について、図１，図３，図４を参照して説明する。
【００３５】
図１に示すように、各色の光源ユニット２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、光源ホルダ２０２を有し、光源ホルダ２０２には位置決め穴２０６、固定穴２０７が各々に設けられている。光源ユニット２００Ｒにおいては、位置決め穴２０６と固定穴２０７は矢印２０３の方向に長穴形状となっているので、矢印２０３の方向へ位置調整可能な構造となっている。なお、光源ユニット２００Ｒからの出射光が色合成ユニット２０１の外側に出ないよう、光源ユニット２００Ｒの光出射側端に配置されている集光レンズ７０の外周部は色合成ユニット２０１の交差したダイクロミラー間に若干であるが入り込んでいる。
【００３６】
このような構造において、第２集光レンズ７０を光軸方向から保持・固定をしている押え板３０５は、図３（ｂ）の符号４０１と図３（ｃ）の符号４０２と図４の符号５０１を付した構成から分かるように、矢印２０３の方向において第２集光レンズ７０の押え部（固定部）が無い。このため、押え板３０５が色合成ユニット２０１のクロスダイクロイックミラーと干渉せず、光源ユニット２００Ｒの矢印２０３方向における移動量を大きくとることができる。
【００３７】
また、光源ユニット２００Ｇにおいても、位置決め穴２０６と固定穴２０７が矢印２０４の方向に長穴形状となっているので、矢印２０４の方向へ位置調整可能な構造となっている。また、光源ユニット２００Ｇからの出射光が色合成ユニット２０１の外側に出ないよう、光源ユニット２００Ｇの光出射側端における集光レンズ７０の外周部は色合成ユニット２０１の交差したダイクロミラー間に若干であるが入り込んでいる。そして、光源ユニット２００Ｇの押え板３０５も、図３（ｂ）の符号４０１と図３（ｃ）の符号４０２と図４の符号５０１を付した構成に示すように、矢印２０４の方向において第２集光レンズ７０の押え部（固定部）が無い。このため、押え板３０５がクロスダイクロイックミラーと干渉せず、光源ユニット２００Ｇの矢印２０４方向における移動量を大きくとることができる。
【００３８】
同様に、光源ユニット２００Ｂにおいても、位置決め穴２０６と固定穴２０７は、矢印２０５の方向に長穴形状となっているので、矢印２０５の方向へ位置調整可能な構造となっている。また、光源ユニット２００Ｂからの出射光が色合成ユニット２０１の外に出ないよう、光源ユニット２００Ｂの光出射側端における集光レンズ７０の外周部は色合成ユニット２０１の交差したダイクロミラー間に若干であるが入り込んでいる。そして、光源ユニット２００Ｂの押え板３０５は、矢印２０５の方向において第２集光レンズ７０の押え部（固定部）が無いため、クロスダイクロイックミラーと干渉せず、光源ユニット２００Ｂの矢印２０５方向における移動量を大きくとることができる。
【００３９】
このように、各色の光源ユニット２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂは、それぞれ光軸と垂直方向における移動調整量を大きくすることが可能となる。このため、各色の光変調素子２０への照明範囲を移動調整させる量が増えるので、各色の照明光を最適な照度分布の位置に調整することが可能となり、赤色光、緑色光、青色光による白色光合成時の色ムラをより低減し、高画質なカラー画像を得ることが可能となる。
【００４０】
また、光源ホルダ２０２を２つの部品に分割して図１における紙面に垂直な方向にも移動調整可能な構造とし、各光源ユニットの照明範囲の調整方向を増やすと、調整可能な軸が増えるためさらに効果的である。
【００４１】
本実施形態では、光源から発光した光を集光する光学素子として、第１集光レンズと第２集光レンズの２つの構成としているが、何個用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態による投写型表示装置の構成を示した概略図である。
【図２】図１に示した光源ユニットの分解斜視図である。
【図３】図１に示した光源ユニットの構成を示した平面図と断面図である。
【図４】図１〜図３の光源ユニットに用いられている押え板の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に用いている色合成ユニットの分解構成図である。
【図６】従来の投写型表示装置の光学系を示した概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    投写レンズ
２０    光変調素子
３０    ロッドインテグレータ
４０    色合成手段
５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ    光源
６０    第１集光レンズ
７０    第２集光レンズ
２００Ｒ，２００Ｇ，２００Ｂ    光源ユニット
２０１    色合成ユニット
２０２    光源ホルダ
２０３，２０４，２０５    光源ホルダの移動調整可能な方向
２０６    位置決め穴
２０７    固定穴
３０２    レンズホルダ
３０４    レンズスペーサ
３０５    押え板
５０１    レンズ押え部
５０５    光軸方向
６０１    青色ダイクロミラー
６０２，６０３    赤色ダイクロミラー
６０４    固定板
６０５    ベースプレート
【図１】
2007322792.tif 000003
【図２】
2007322792.tif 000004
【図３】
2007322792.tif 000005
【図４】
2007322792.tif 000006
【図５】
2007322792.tif 000007
【図６】
2007322792.tif 000008