(57)【要約】【課題】高輝度化がされる光変調素子の長寿命化が可能な画像投射装置を提供する。【解決手段】画像情報に応じて光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子で変調された光を投射する投射光学系と、前記光源からの光で青帯域の波長のうち、所定の波長よりも波長の短い光が青帯域用の光変調素子に入射するのを阻止する入射阻止手段と、を有する。【選択図】図１
2016011999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報に応じて光源からの光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された光を投射する投射光学系と、
前記光源からの光で青帯域の波長のうち、所定の波長よりも波長の短い光が青帯域用の光変調素子に入射するのを阻止する入射阻止手段と、
を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記光変調素子は、青帯域、緑帯域、赤帯域の各々の色光に対応する第１、第２、第３の光変調素子であって、
前記投射光学系は前記第１、第２、第３の光変調素子で変調され合成された色光を投射することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記光変調素子は、青帯域、緑帯域、赤帯域の色光に共通に設けられた光変調素子であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記光変調素子は反射型の光変調素子であり、
前記入射阻止手段は、波長選択性位相板と、光路中で前記波長選択性位相板の後方に設けられる偏光ビームスプリッタと、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記光変調素子は反射型もしくは透過型の光変調素子であり、
前記入射阻止手段は、波長選択性位相板と、光路中で前記波長選択性位相板の後方に設けられる偏光板と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記光変調素子は反射型もしくは透過型の光変調素子であり、
前記入射阻止手段は、前記青帯域の波長のうち、所定の波長よりも波長の短い光を反射するもしくは吸収する波長選択性フィルタを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記入射阻止手段の無効化と有効化を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記入射阻止手段の無効化と有効化を選択する選択手段を有し、
前記選択手段は、前記波長選択性位相板を光路外と光路内との間で出し入れする移動手段であることを特徴とする請求項４または５に記載の画像投射装置。
【請求項９】
前記入射阻止手段の無効化と有効化を選択する選択手段を有し、
前記選択手段は、前記波長選択性フィルタを光路外と光路内との間で出し入れする移動手段であることを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
【請求項１０】
前記青帯域は４００乃至５２０ｎｍ内のいずれかの帯域であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１１】
前記波長選択性位相板は、４２０乃至４７０ｎｍのいずれかの波長を境界として、境界波長より短波長側の光の偏光方向を９０°回転させることを特徴とする請求項４または５に記載の画像投射装置。
【請求項１２】
前記波長選択性位相板は、４２０乃至４７０ｎｍのいずれかの波長を境界として、境界波長より長波長側の光の偏光方向を９０°回転させることを特徴とする請求項４または５に記載の画像投射装置。
【請求項１３】
前記入射阻止手段によって入射が阻止された光を検出するセンサを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【請求項１４】
前記入射阻止手段によって入射が阻止された光を吸収する吸収材を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、画像投射装置は、ますます高輝度化が求められており、そのような背景の下、光量の増加に伴って起こる液晶などの光変調素子の短寿命化が問題となり得る。そして、可視領域外の光の中でも高いエネルギーを持つＵＶ光（紫外光）をフィルタなどによってカットすることで光変調素子の寿命をある程度延ばすことはできるものの、更なる長寿命化が必要となっている。
【０００３】
一方、長寿命化とは目的が違うものの、可視領域内の光、緑の波長と赤の波長との間の波長（５８０ｎｍ近辺の波長の光）をカットする技術として、特許文献１、特許文献２が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２４９０９８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３７２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
但し、前述したように、特許文献１、２は、光変調素子の長寿命化を目的としたものではなく、実際に５８０ｎｍ近辺の波長の光をカットしても、光変調素子の長寿命化を達成することは難しい。
【０００６】
本発明の目的は、高輝度化がされる光変調素子の長寿命化が可能な画像投射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像投射装置は、画像情報に応じて光源からの光を変調する光変調素子と、前記光変調素子で変調された光を投射する投射光学系と、前記光源からの光で青帯域の波長のうち、所定の波長よりも波長の短い光が青帯域用の光変調素子に入射するのを阻止する入射阻止手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高輝度化がされる光変調素子の長寿命化が可能な画像投射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態における画像投射装置の説明図である。
【図２】第２の実施形態における画像投射装置の説明図である。
【図３】第３の実施形態における画像投射装置の説明図である。
【図４】波長選択性位相板の境界波長を変化させたときの光変調素子の寿命を示す図である。
【図５】波長選択性位相板の境界波長を変化させたときの白の色度変化量を示す図である。
【図６】波長選択性位相板の移動手段の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
《第１の実施形態》
（画像投射装置）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像投射装置の説明図である。本実施形態は、画像情報に応じて光源からの光を変調する光変調素子として、青帯域、緑帯域、赤帯域の各々の色光に対応する第１、第２、第３の光変調素子として別個に設けられる計３枚の光変調素子を用いるいわゆる３板式の画像投射装置である。
【００１２】
光源１から射出された光線は、インテグレータ光学系２を通過しダイクロイックミラー３に入射する。ダイクロイックミラー３は青帯域の光線を反射し、赤、緑帯域の光線を透過させる性質を持つ。ここで、青帯域とは、４００乃至５２０ｎｍ内の波長帯域を意味している。
【００１３】
ダイクロイックミラー３を透過した赤、緑帯域の光線は波長選択性位相板４ａに入射する。波長選択性位相板４ａは緑帯域の光線の偏光方向を９０°回転させる性質を持つ。その結果、偏光分離素子５ＲＧに入射した赤帯域の光線は偏光分離素子５ＲＧを透過し、緑帯域の光線は反射してそれぞれの帯域の光線に対応した光変調素子６Ｒと６Ｇで映像信号によって変調される。光変調素子６Ｒ、６Ｇで反射された赤、緑帯域の光線は、再び偏光分離素子５ＲＧに入射し、変調された光線のみ合成され色合成プリズム８に入射する。
【００１４】
ダイクロイックミラー３で反射した青帯域の光線は、後述する波長選択性位相板４ｂが青帯域の光路内に無い場合、偏光分離素子５Ｂを透過し、光変調素子６Ｂで映像信号によって変調される。光変調素子６Ｂで反射された青帯域の光線は再び偏光分離素子５Ｂに入射し、変調された光線のみ反射されて色合成プリズム８に入射する。
【００１５】
色合成プリズム８は赤、緑帯域の光線を反射し、青帯域の光線を透過させる性質を持っており、ここで赤、緑、青の光線が合成される。その後、合成された光線は投射光学系としての投射レンズ９に入射して投射される。
【００１６】
（入射阻止手段）
以下、波長選択性位相板４ｂが青帯域の光路内に有る場合について説明する。ここで、波長選択性位相板４ｂと偏光ビームスプリッタである偏光分離素子５Ｂとは、光源からの光で青帯域のうち短波長側の光の光変調素子６Ｂへの入射を阻止する入射阻止手段として機能する。この入射阻止手段は、青帯域の波長のうち、所定の波長よりも波長の短い光が青帯域用の光変調素子に入射するのを阻止するように構成されている。この所定の波長とは、後述する４２０乃至４７０ｎｍの間の波長を適宜選択可能である。
【００１７】
即ち、波長選択性位相板４ｂは４２０乃至４７０ｎｍのいずれかの波長を境界として境界波長よりも短波長側の光の偏光方向を９０°回転させ、境界波長より長波長側の光には何も作用しないという性質を持つ。その結果、波長選択性位相板４ｂによって偏光方向が９０°回転した境界波長より短波長側の光は、偏光分離素子５Ｂで反射されて吸収材７によって吸収される。
【００１８】
一方、波長選択性位相板４ｂで何の作用も受けなかった境界波長より長波長側の光は、偏光分離素子５Ｂを透過して光変調素子６Ｂで映像信号によって変調される。そして、光変調素子６Ｂで反射された光線は、再び偏光分離素子５Ｂに入射し、変調された光線のみ反射されて色合成プリズム８に入射する。色合成プリズム８は赤、緑帯域の光線を反射し、青帯域の光線を透過させる性質を持っており、ここで赤、緑、青の光線が合成される。その後、合成された光線は、投射レンズ９に入射して投射される。
【００１９】
本実施形態で、波長選択性位相板４ｂは可動式であるため、光路中に配置されているときは境界波長より短波長側の光を吸収材７に入射させ、光路から外れているときは光変調素子５Ｂに入射させる役割を持つ。その結果、光源からの光で青帯域のうち短波長側の光を光路から外して光変調素子５Ｂを長寿命化させるモードと、青帯域全波長を光変調素子５Ｂに入射させて明るさや白の色を重視するモードとの切り替えが可能となっている。
【００２０】
このように、本実施形態では、波長選択性位相板４ｂに関し、波長選択性位相板４ｂの無効化（光路内から退避）と有効化（光路内へ挿入）を選択する選択手段として、波長選択性位相板を光路外と光路内との間で出し入れする移動手段を有する。移動手段としては、例えば図６に示すように、波長選択性位相板４ｂの保持枠４ｂ０の周辺部の一点を回転中心とするように、モータＭに直結する回転軸Ｓを設けるものが考えられるが、これ以外の周知の移動手段を用いることができる。
【００２１】
図４に、可動式の波長選択性位相板４ｂの境界波長をそれぞれ４４０、４５０、４６０ｎｍにしたときの光変調素子６Ｂの寿命を示す。ここで、光変調素子５Ｂに青帯域全波長の光線が入射してくる場合の寿命を１としている。
【００２２】
また、図５に、可動式の波長選択性位相板４ｂの境界波長をそれぞれ４４０、４５０、４６０ｎｍにしたときの白の色度を示す。青帯域全波長の光線を使用する場合の色度を基準の色度とし、基準の色度からのずれ（△ｕ’、△ｖ’）を記載している。赤、緑の光量を落として白の色度を波長選択性位相板４ｂが光路中にない場合の色度に合わせることも可能であるが、この場合、４４０ｎｍを境界波長にした場合でも白の明るさが１０％以上低下してしまう。境界波長をもっと長波長側にずらす場合は、当然ながらそれ以上の照度低下が起こってしまう。
【００２３】
本実施形態では、波長選択性位相板４ｂを可動式にすることで、白の明るさと色が必要な場合にも波長選択性位相板４ｂを光路外へ退避させることで対応できる。また、本実施形態では、境界波長よりも短波長側の光の偏光方向を９０°回転させて、この光を偏光ビームスプリッタである偏光分離素子５Ｂで側方（４５度方向）へ反射させるため、戻り光の影響の心配がない。
【００２４】
また、吸収材７に至るまでの光路に光吸収部材が設けられないため、光吸収による発熱の問題もない。そして、吸収材７での発熱に関しては、吸収材７の周りにスペースがあるため吸収材７の冷却が容易であるため、冷却が可能である。
【００２５】
《第２の実施形態》
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。図２において赤、緑光路は図１で説明した通りである。よって青光路のみを説明する。
【００２６】
ダイクロイックミラー３で反射した青帯域の光線は、可動式の波長選択性位相板４ｂに入射する。この波長選択性位相板４ｂは、４２０乃至４７０ｎｍのいずれかの波長を境界として境界波長よりも長波長側の光の偏光方向を９０°回転させ、境界波長より短波長側の光には何も作用しないという性質を持つ。その結果、波長選択性位相板４ｂによって何の作用も受けなかった境界波長より短波長側の光は、偏光分離素子５ｂを透過して吸収材７によって吸収される。
【００２７】
一方、波長選択性位相板４ｂで偏光方向を９０°回転した境界波長より長波長側の光は、偏光分離素子５Ｂで反射されて光変調素子６Ｂで映像信号によって変調される。そして、光変調素子６Ｂで反射された光線は、再び偏光分離素子５Ｂに入射し、変調された光線のみ透過して色合成プリズム８に入射する。
【００２８】
色合成プリズム８は、赤、緑帯域の光線を反射し、青帯域の光線を透過させる性質を持っており、ここで赤、緑、青の光線が合成される。その後合成された光線は、投射レンズ９に入射して投射される。
【００２９】
本実施形態では、波長選択性位相板４ｂは可動式であるため、光路中に配置されているときは境界波長より短波長側の光を吸収材７に入射させ、光路から外れているときは光変調素子５Ｂに入射させる役割を持つ。その結果、短波長側の光線を光路から外して光変調素子５Ｂを長寿命化させるモードと、青帯域全波長を光変調素子５Ｂに入射させて明るさや白の色を重視するモードとの切り替えが可能となっている。
【００３０】
このように、本実施形態でも、波長選択性位相板４ｂに関し、波長選択性位相板４ｂの無効化（光路内から退避）と有効化（光路内へ挿入）を選択する選択手段として、波長選択性位相板を光路外と光路内との間で出し入れする移動手段を有する。
【００３１】
図４に、可動式の波長選択性位相板４ｂの境界波長をそれぞれ４４０、４５０、４６０ｎｍにしたときの光変調素子６Ｂの寿命を示す。ここで、光変調素子５Ｂに青帯域全波長の光線が入射してくる場合の寿命を１としている。
【００３２】
また、図５に、可動式の波長選択性位相板４ｂの境界波長をそれぞれ４４０、４５０、４６０ｎｍにしたときの白の色度を示す。青帯域全波長の光線を使用する場合の色度を基準の色度とし、基準の色度からのずれ（△ｕ’、△ｖ’）を記載している。赤、緑の光量を落として白の色度を波長選択性位相板４ｂが光路中にない場合の色度に合わせることも可能であるが、この場合、４４０ｎｍを境界波長にした場合でも白の明るさが１０％以上低下してしまう。境界波長をもっと長波長側にずらす場合は、当然ながらそれ以上の照度低下が起こってしまう。
【００３３】
本実施形態では、波長選択性位相板４ｂを可動式にすることで、白の明るさと色が必要な場合にも対応できる。また、本実施形態では、境界波長よりも短波長側の光を偏光ビームスプリッタの４５度配置の光学面を透過させるため、戻り光の影響の心配がない。また、本実施形態では、吸収材７に至るまでの光路に光吸収部材が設けられないため、光吸収による発熱の問題もない。そして、吸収材７での発熱に関しては、吸収材７の周りにスペースがあるため吸収材７の冷却が容易であるため、冷却が可能である。
【００３４】
《第３の実施形態》
以下、図３を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。図３において、光線が辿る光路は第１の実施形態とまったく同じである。本実施形態では、第１の実施形態における吸収材７をセンサ１０に変えている。このセンサ１０は、例えばフォトダイオードなどで、入射してくる光量を感知（検出）できるようになっている。この光量データは制御部に送られる。制御部では不要光の光量低下量から光源のランプ自体の光量低下量を計算し、ランプ光量の低下量を相殺するように画像処理部が入力画像を光変調素子に送る信号に変換する際の係数を変化させることができる。このようにすることで長時間表示画像の明るさを一定に保つことができる。
【００３５】
（変形例）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００３６】
（変形例１）
上述した実施形態では、青帯域、緑帯域、赤帯域の色光毎に第１、第２、第３の光変調素子として別個に設けられる３板式の画像投射装置を前提に説明したが、本発明はこれに限られない。即ち、青帯域、緑帯域、赤帯域の色光に単一の光変調素子として共通に設けられる単板式の画像投射装置にも同様に適用できるものである。また、２板式の画像投射装置にも適用できる。
【００３７】
（変形例２）
上述した実施形態では、反射型の光変調素子を用い、入射阻止手段が、波長選択性位相板と、光路中で前記波長選択性位相板の後方に設けられる偏光ビームスプリッタと、を備えるものとしたが、本発明はこれに限られない。
【００３８】
例えば、入射阻止手段として、以下のものに置き換えても構わない。即ち、前述の所定の波長未満の波長の光を反射し（或いは透過し）、それ以上の波長の光を透過する（或いは反射する）、光路に対して挿脱可能な波長選択性フィルタと置き換えても構わない。波長選択性フィルタは、波長選択性吸収フィルタもしくは波長選択性反射フィルタ（ダイクロイックミラー等）である。
【００３９】
ここで、波長選択性フィルタを用いる場合、もし光変調素子として透過型の光変調素子を用いる場合は、波長選択性吸収フィルタを、光変調素子の入射側に配置された偏光板よりも更に入射側（光源側）に配置することが望ましい。
【００４０】
また、別の形態としては、入射阻止手段として、波長選択性位相板と、偏光ビームスプリッタの代わりの偏光板を用いても良い。例えば図１においては、波長選択性位相板４ｂと５Ｂの位置の単なるビームスプリッタの間に偏光板を配置すれば、反射型の光変調素子を用いた画像投射装置に適用できる。
【００４１】
また、入射阻止手段として、波長選択性位相板と、偏光板を用いる場合、透過型の光変調素子を用いた画像投射装置においては、光変調素子の入射側（光源側）に配置された偏光板よりも更に入射側（光源側）に、波長選択性位相板を配置することが望ましい。
【符号の説明】
【００４２】
４ｂ・・波長選択性位相板、５Ｂ・・偏光分離素子、６Ｂ・・光変調素子、７・・光材、９・・投射レンズ
【図１】
2016011999.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016011999.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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