(57)【要約】【課題】  機械駆動によるモーターを用いずに、単一の光空間変調素子でカラー画像を作り出すことができる照明装置及びこれを用いた画像投影装置を提供することを課題とする。【解決手段】  複数の光源と、前記複数の光源から出射される光を同一の光路に集光する集光光学系と、単一の光空間変調素子とを備え、前記複数の光源と前記単一の光空間変調素子との間で同期をとる照明装置を構成する。【選択図】  図１
2007041212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、
前記複数の光源から出射される光を同一の光路に集光する集光光学系と、
単一の光空間変調素子と、を備えた照明装置であって、
前記複数の光源と前記単一の光空間変調素子との間で同期をとること
を特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の光源のうち、少なくとも一つが半導体レーザであること
を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記単一の光空間変調素子は、液晶表示素子であること
を特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
複数の光源と、
前記複数の光源から出射される光を同一の光路に集光する集光光学系と、
単一の光空間変調素子と、
前記単一の光空間変調素子で変調された画像を投影する投影光学系と、を備えた画像投影装置であって、
前記複数の光源と前記単一の光空間変調素子との間で同期をとること
を特徴とする画像投影装置。
【請求項５】
前記複数の光源のうち、少なくとも一つが半導体レーザであること
を特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記単一の光空間変調素子は、液晶表示素子であること
を特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置及びこれを用いた画像投影装置に関し、特に複数の光源ならびに光空間変調素子を用いた照明装置及びこれを用いた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶パネルやＤＭＤ(Digital Micro mirror Device)素子などの光空間変調素子を用いた画像投影装置（光学式プロジェクター）が提案されており、例えば、図３に示すような３枚の液晶パネルを用いた３板式画像投影装置１００が知られている。
図３において、放電ランプ１０１から出射される照明光は、リフレクター１０２でほぼ平行光にされたあと、光学部品１０３〜１１６で構成される照明光学系によって、液晶表示素子１１７〜１１９に均一照射される。また同時に、前記照明光は、前記照明光学系中に配置されたダイクロイックミラー１０７および１０８によって、３原色が分離され、各色に対応した前記各液晶表示素子１１７〜１１９に照射される。前記各液晶表示素子１１７〜１１９で各々の色毎に空間変調された光は、クロスプリズム１２０で再度合成されて、投射レンズ１２１でスクリーン１２２に投影される。
このような３板式の画像投影装置１００では、照明光学系で照明光が３原色に分離されて各液晶表示素子に照射されるため、照明光自体には変調の必要がないが、各々の色に対応した光変調を別々に行わなければならないため、３個の液晶表示素子が必要となり、さらに、各々の色毎に変調された光を再度合成しなければならないので、クロスプリズム１２０が必要となるという問題がある。
【０００３】
そこで、例えば図４に示すように、カラーホイール１３４とＤＭＤ素子１３６とを用いた単板式画像投影装置１３０が提案されている（特許文献１参照）。
図４において、放電ランプ１３１から出射される照明光は、リフレクター１３２でほぼ平行光にされたあと、各光学部品１３３〜１３５で構成される照明光学系によって、ＤＭＤ素子１３６に均一照射される。ＤＭＤ素子１３６で空間変調された光は、投影レンズ１３７でスクリーン１３８に投影される。また、前記のような単板式の画像投影装置の場合、光空間変調素子であるＤＭＤ素子１３６に入力される原映像信号は、画像の１フレーム分に相当する信号がさらに赤・緑・青の３原色の信号に分離されており、例えば赤、緑、青の順といったように時分割的に構成されている。
【０００４】
照明光学系中に配置されたカラーホイール１３４は、例えば図５に示されたような構造になっており、入射した照明光のうち、それぞれ、Ｒ領域は赤色光のみ、Ｇ領域は緑色光のみ、Ｂ領域は青色光のみが透過するような分光特性をもつ構造になっている。
さらに、前記カラーホイール１３４には、図示しないモーターが備えられており、例えばＲ領域、Ｇ領域、Ｂ領域が順次、照明光路を通過するように回転している。そして、その回転周期は前記色別に時分割された映像信号と同期が取られており、例えば前記映像信号のうち赤色部分に相当する信号が前記ＤＭＤ素子１３６に入力されるときは、前記カラーホイール１３４のＲ領域が照明光路を通過するので、赤色光のみが前記ＤＭＤ素子１３４に照射される。
次に、例えば緑色部分に相当する信号が入力されるときは、Ｇ領域が照明光路を通過するので、緑色光のみが照射される。青色信号でも同様にして、青色光のみが照射される。このようにして、映像信号とカラーホイール１３４の回転に同期をとっておけば、一つの光空間変調素子でカラー画像を作り出すことができることが知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９２００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図４に示したカラーホイール１３４とＤＭＤ素子１３６とを用いた単板式画像投影装置１３０においては、モーターを用いて機械駆動によりカラーホイール１３４を回転させているため、画像投影装置の寿命に関して、モーターの寿命が大きく関係し、モーターの寿命が尽きると、画像投影装置の寿命も尽きてしまうというような問題が発生する。
【０００７】
また、画像投影装置の性能を上げようとすると場合に、モーターの回転数を上昇させる必要が生じるため、機械駆動によるモーターの回転数の上昇に伴い、モーターの回転音が騒音として問題になることもある。
【０００８】
本発明は、上述の点を考慮し、機械駆動によるモーターを用いないで、かつ、単一の光空間変調素子によりカラー画像を作り出すことができる照明装置及びこれを用いた画像投影装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源から出射される光を同一の光路に集光する集光光学系と、単一の光空間変調素子とを備え、前記複数の光源と前記単一の光空間変調素子との間で同期をとる構成とする。
【００１０】
好ましくは、本発明に係る照明装置の前記複数の光源のうち、少なくとも一つが半導体レーザであることが適当である。
さらに好ましくは、本発明に係る照明装置の前記単一の光空間変調素子は、液晶表示素子であることが適当である。
【００１１】
本発明の照明装置では、機械駆動のモーターを用いることなく、単一の光空間変調素子でカラー画像を作り出すことができる。
【００１２】
本発明に係る画像投影装置は、複数の光源と、前記複数の光源から出射される光を同一の光路に集光する集光光学系と、単一の光空間変調素子と、前記単一の光空間変調素子で変調された画像を投影する投影光学系とを備え、前記複数の光源と前記単一の光空間変調素子との間で同期をとる構成とする。
【００１３】
本発明の画像投影装置では、機械駆動のモーターを用いることなく、一つの光空間変調素子でカラー画像を作り出すことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の照明装置によれば、機械駆動のモーターを用いることなく、カラー画像を作り出すことができるので、照明装置の寿命を延ばすことができる。
【００１５】
本発明の画像投影装置によれば、機械駆動のモーターを用いることなく、カラー画像を作り出すことができるので、画像投影装置の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る画像投影装置を実施するための最良の形態の例について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。また、本発明に係る照明装置については、画像投影装置と併せて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態例に係る画像投影装置１の概略構成図を示したものである。
図１に示すように、本例に係る画像投影装置１の光源２は、変調が可能な赤色光を出射する赤色レーザダイオード４１、緑色光を出射する緑色レーザダイオード４２、青色光を出射する青色レーザダイオード４３とからなる複数の光源で構成されている。これらのレーザダイオードには、ガリウム・ヒ素やインジリウム・リンなどの化合物を用いて製造された半導体レーザが用いられる。なお、光源は、レーザダイオードに限るものではなく、変調が可能であれば、例えばＬＥＤ(light emitting diode)を用いてもよい。
【００１８】
本例では、光源２を構成する複数の光源は、すべて半導体レーザで構成されているが、すべての光源が半導体レーザに限定されることはなく、例えば、赤色、青色の光源については半導体レーザを用い、緑色の光源については固体レーザを用いて構成するようにしてもよい。また、赤色の光源については半導体レーザを用い、青色、緑色の光源についてはＬＥＤを用いるように構成してもよい。
【００１９】
本例の画像投影装置１においては、それぞれのレーザダイオード４１〜４３の光出射側に対向する位置に、それぞれの光を同一の光路に集光するクロスプリズム４４が配置されている。このクロスプリズム４４の光出射側の光軸上には、光束の空間分布を均一化する第１及び第２フライアイレンズ４５及び４６、集光レンズ４７が、この順に配置され、クロスプリズム４４を加えた集光光学系が構成されている。また、第１フライアイレンズ４５、第２フライアイレンズ４６、集光レンズ４７とで構成された照明光学系と、光源２とによって照明装置１０が構成される。
【００２０】
集光レンズ４７の光出射側の光軸上には、光空間変調素子である単一の透過型液晶表示装置４８が、集光レンズ４７に対向するように配置されている。透過型液晶表示装置４８は、いわゆる単板状に形成されている。本例では、光空間変調素子として透過型液晶表示素子４８を用いるが、光空間変調素子はこれに限定されることなく、例えば反射型液晶表示素子やＤＭＤ素子を用いてもよい。また、液晶表示装置は、例えば、透明ガラス基板の上にストライプ状のＩＴＯ電極を設け、液晶を封入することにより作成されており、液晶表示装置のＩＴＯ電極に予め電圧をかけておき、照射される光の強度によって液晶にかかる電圧を変化させて、読み出される光の偏光状態を変化させるようにして液晶表示装置を動作させる。
【００２１】
透過型液晶表示装置４８の光出射側の光軸上には、透過型液晶表示装置４８で変調された光をスクリーンに投影する投影レンズ４９が配置されており、投影レンズ４９の光出射側にはスクリーン５０が配置されている。また、前記照明装置１０と、投影レンズ４９とによって画像投影装置１が構成される。
【００２２】
光源２等に接続される映像回路部５１は、入力映像が入力される入力部２１と、各色のレーザダイオード４１〜４３と透過型液晶表示装置４８との同期をとる同期信号が作られる映像信号処理部２２と、画像情報の調整を行うための変調用信号が生成される信号調整部２３と、信号調整部２３で生成された変調信号が、レーザ駆動用と液晶表示装置駆動用とに分離される信号分離部２３と、同期信号によってレーザダイオードの駆動と液晶表示装置の駆動との同期をとる制御部２５と、透過型液晶表示装置４８を駆動する液晶駆動部２６と、赤色レーザ４１を駆動する赤色レーザ駆動部３１と、緑色レーザ４２を駆動する緑色レーザ駆動部３２と、青色レーザ４３を駆動する青色レーザ駆動部３３とから構成されている。
【００２３】
照明装置１０の光源２を構成する赤色レーザダイオード４１、緑色レーザダイオード４２、青色レーザダイオード４３及び光空間変調素子である透過型液晶表示装置４８には、映像回路部５１の一部が接続されている。
【００２４】
具体的には、光源の赤色レーザダイオード４１には、映像回路部５１の赤色レーザ駆動部３１が接続されており、光源の緑色レーザダイオード４２には映像回路部５１の緑色レーザ駆動部３２が接続されており、光源の青色レーザダイオード４３には、映像回路部５１の青色レーザ駆動部３３が接続されている。また、透過型液晶表示装置４８には、映像回路部５１の液晶駆動部２６が接続されている。さらに、映像回路部５１の各色レーザ駆動部３１〜３３と液晶駆動部２６は、制御部２５を介して、互いに接続されている。なお、映像回路５１には、各駆動部を駆動するための電力を供給する電源５２が接続されている。
【００２５】
映像回路部５１において、スクリーン等に映し出される映像が入力部２１に入力されると、この映像信号が入力部２１から映像信号処理部２２へ送られる。つぎに、映像信号処理部２２では、入力部２１から送られてきた映像信号に基づいて制御用同期信号が生成され、この同期信号が制御部２５へ送られる。つぎに、信号調整部２３では、映像信号処理部２２から送られた映像信号に基づいて、画像情報の調整が行うための液晶表示素子の変調用映像信号とレーザ変調信号とが生成され、これらの信号が信号分離部２４へ送られる。つぎに、信号分離部２４では、信号調整部２３から送られてきた信号を、赤色レーザ４１を駆動する赤色レーザ変調信号と、緑色レーザ４２を駆動する緑色レーザ変調信号と、青色レーザ４３を駆動する青色レーザ変調信号と、透過型液晶表示装置４８を駆動する液晶表示素子変調信号とに分離して、各色のレーザ変調信号を各色に対応したレーザ駆動部３１〜３３へ、液晶表示素子変調信号を液晶駆動部２６へ送る。
【００２６】
さらに、映像回路部５１の制御部２５から液晶駆動部２６及び各色のレーザ駆動部３１〜３３へ同期信号が送られると、液晶駆動部２６によって透過型液晶表示装置４８が駆動され、各色のレーザ駆動部３１〜３３によって各色のレーザダイオード４１〜４３が所定のタイミングで駆動される。
【００２７】
具体的には、液晶表示素子変調信号が、液晶駆動部２６から透過型液晶表示装置４８に送られると、この変調信号の波形に従って透過型液晶表示装置４８が駆動する。また、赤色レーザ変調信号が、赤色レーザ駆動部３１から赤色レーザダイオード４１に送られると、この信号の波形に従って赤色レーザダイオード４１が駆動する。また、緑色レーザ変調信号が、緑色レーザ駆動部３２から緑色レーザ４２に送られると、この信号の波形に従って緑色レーザ４２が駆動する。また、青色レーザ変調信号が、青色レーザ駆動部３３から青色レーザダイオード４３に送られると、この信号の波形に従い青色レーザダイオード４３が駆動する。すなわち、液晶駆動部２６から出力された液晶表示素子変調信号と、各色のレーザ変調信号とによって、透過型液晶表示装置４８と各色のレーザダイオード４１殻３とが駆動され、透過型液晶表示素子４８において光空間変調が行われる。
【００２８】
図２は、レーザ駆動部から出力される各色のレーザ変調信号の波形と、液晶駆動部から出力される液晶表示素子変調信号の波形との関係を示すものである。
【００２９】
図２に示すように、液晶駆動部２６からは、図に示すような波形を有する液晶表示素子変調用映像信号６１が出力される。また、各色のレーザ駆動部３１〜３３からは、図に示すような波形を有する赤色レーザ変調信号６２と、緑色レーザ変調信号６３と、青色レーザ変調信号６４とがそれぞれ出力される。また、図に示すように、赤色のレーザ変調信号６２、緑色のレーザ変調信号６３、青色のレーザ変調信号６４とは、互いの出力領域が重ならないように設定された波形で構成されている。
【００３０】
液晶表示素子変調用映像信号６１は、１フレーム分の原映像信号の赤、緑、青に相当する部分を時分割するように構成されている。すなわち、液晶表示素子変調用映像信号６１は、１フレーム分の赤色の映像信号に相当する部分６１−ａ、緑色の映像信号に相当する部分６１−ｂ、青色の映像信号に相当する部分６１−ｃの順番で時分割されている。なお、本例では、液晶表示素子変調用映像信号６１は、赤色、緑色、青色の順番で連続するように構成されているが、時分割される映像信号の色の順番はこれに限るものではなく、例えば、緑色、赤色、青色のような順番であってもよい。
【００３１】
また、図２に示すように、液晶表示素子変調用映像信号６１と、赤色レーザ変調信号６２，緑色レーザ変調信号６３，青色レーザ変調信号６４との間では、お互いに同期が取られるように設定されている。すなわち、液晶表示素子変調用映像信号６１のうち赤色に相当する部分６１−ａが出力されているときは、赤色レーザ駆動部３１から赤色レーザ変調信号６２が出力されて赤色レーザダイオード６２が点灯するように設定されている。また、赤色レーザダイオードが点灯している間は、赤色以外の緑色レーザダイオード６３，青色レーザダイオード６４は、消灯するように設定されている。
【００３２】
また、液晶表示素子変調用映像信号６１のうち緑色に相当する部分６１−ｂが出力されているときは、緑色レーザ駆動部３２から緑色レーザ変調信号６３が出力状態となり、緑色レーザダイオード４２が点灯するように設定されている。この場合には、緑色以外の赤色レーザダイオード６２，青色レーザダイオード６４は消灯するように設定されている。さらに、液晶表示素子変調用映像信号６１のうち青色に相当する部分６１−ｃが出力されているときは、青色レーザ駆動部３３からの青色レーザ変調信号６４が出力状態となって、青色レーザダイオード６４が点灯するように設定されており、青色以外の赤色レーザダイオード６２，緑色レーザダイオード６３は消灯するように設定されている。
【００３３】
各色のレーザダイオード４１〜４３から出射されたそれぞれの色の照明光は、クロスプリズム４４に入射した後に、クロスプリズム４４内で屈折し、同一の光路を通って光空間変調素子である透過型液晶表示素子４８に入射する。透過型液晶表示素子４８に入射した光は、上述したように、各色ごとに同期が図られ、赤色、緑色、青色の映像が順次、時分割的に光空間変調される。透過型液晶表示素子４８によって光空間変調された光は、投影レンズ４９に入射される。なお、透過型液晶表示装置４８では、それぞれの色に対して瞬時に表示画像を切り替えているので、投影レンズ４９を通してスクリーン５０に投影された表示は、スクリーン上において非常に短い間隔で各色の映像が順次表示される。このため、目には、スクリーン上の映像が残像として見えるので、フルカラーの映像が認識される。
【００３４】
本例の照明装置によれば、モーター等を利用した機械駆動で動作させるカラーホイールを用いることなく、複数の光源を電気的に変調駆動させて、単一の光空間変調素子と同期をとることによりカラーシーケンシャルを実現しているので、従来のカラーホイール回転式のものに比べ、照明装置の寿命を延ばすことができる。また、回転音等が生じる機械駆動によるモーターを用いず、電気的な変調駆動を用いているので、モーターの回転音等によって生じる騒音を少なくすることができる。
【００３５】
また、本例の照明装置によれば、光源を三原色ごとに構成し、かつ、単一の光空間変調素子を用いているので、光源を３色に分離させるための装置が必要なく、また、カラーホールを用いる必要もないため、照明光学系を単純な構成とすることができる。従って、本例の照明装置によれば、照明装置全体を安価、小型にすることができる。また、本例の照明装置によれば、従来の３板式画像投影装置に比べて、光空間変調素子を一枚で構成するので、部品点数の削減することができ、照明装置を安価、小型にすることができる。
【００３６】
本例の画像投影装置によれば、寿命をのばすことができる照明装置を用いることにより、画像投影装置全体の寿命をのばすことができる。また、本例の画像投影装置によれば、安価、小型にすることができる照明装置を用いることにより、画像投影装置全体を安価、小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明に係る画像投影装置の概略構成図である。
【図２】図２は、各色のレーザ変調信号の波形と液晶表示素子変調信号の波形との関係を示すものである。
【図３】図３は、従来の３板式画像投影装置の概略構成図である。
【図４】図４は、従来の単板式画像投影装置の概略構成図である。
【図５】図５は、従来の単板式画像投影装置に用いられるカラーホイールの拡大図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・画像投影装置、２・・光源、１０・・照明装置、４１・・赤色レーザ、４２・・緑色レーザ、４３・・青色レーザ、４４・・クロスプリズム、４５・・第１フライアイレンズ、４６・・第２フライアイレンズ、４７・・集光レンズ、４８・・透過型液晶表示装置、４９・・投影レンズ、５０・・スクリーン、５１・・映像回路
【図１】
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【図２】
2007041212.tif 000004
【図３】
2007041212.tif 000005
【図４】
2007041212.tif 000006
【図５】
2007041212.tif 000007