(57)【要約】【課題】発光する波長帯域が完全に一致する補助光源を使用しても、主光源から出射された照明光の損失を可能な限り低減した、画像投影装置を提供する。【解決手段】主光源１から出射された主の照明光と、補助光源１９から出射された副の照明光は第１の波長分離素子５によって合成される。第１の波長分離素子５は、第１の領域２０の中に特性の異なる第２の領域２１を備えることを特徴とし、主光源１から出射された主の照明光は第１の領域２０を反射または透過し、補助光源１９から出射された副の照明光は第２の領域２１を透過する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の白色光源と、前記白色光源から出射された照明光を映像信号に基づいて変調する光学変調素子と、前記光学変調素子によって変調された光を拡大投影する投射レンズと、を備えた画像投影装置において、前記光源が白色である所定の発光スペクトルにより、主の照明光を出射する主光源と、前記主の照明光とは異なる発光スペクトルにより、前記主の照明光の発光スペクトルにて光量的に不足している波長領域を補う為の副の照明光を出射する補助光源と、前記主の照明光を反射または透過する領域を、前記副の照明光を透過または反射する領域よりも広く制限した波長分離素子と、を備えることを特徴とした画像投影装置。
【請求項２】
前記主光源が高周波で駆動される無電極ランプであり、前記補助光源が、所定の狭帯域発光スペクトルにより副の照明光を出射することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項３】
前記主光源が、可視光の範囲で、波長５００[ｎｍ]以下に吸収線（暗線）をもつことを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項４】
前記主光源が、波長４４５[ｎｍ]〜４６５[ｎｍ]に吸収線（暗線）をもつことを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項５】
前記副の照明光の中心波長が可視光の範囲で５００[ｎｍ]以下であることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項６】
前記副の照明光の中心波長が４００[ｎｍ]〜４８０[ｎｍ]であることを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。
【請求項７】
前記主光源が超高圧水銀ランプであり、前記補助光源が、所定の狭帯域発光スペクトルにより副の照明光を出射することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
【請求項８】
前記副の照明光の中心波長が可視光の範囲で６００[ｎｍ]以上であることを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置。
【請求項９】
前記副の照明光の中心波長が６００[ｎｍ]〜７５０[ｎｍ]であることを特徴とする請求項７に記載の画像投影装置。
【請求項１０】
前記補助光源が、レーザー光源または発光ダイオード光源であることを特徴とする請求項２、請求項７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、補助光源を備えた画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光源を使用する画像投影装置において、光源の特性上ホワイトバランスをとるために不足する発光を補助光源で補う技術がある。
【０００３】
均一な照明を得る為には、主光源からの照明光と補助光源からの照明光とを合成する必要があるが、従来この部分には光学薄膜の波長選択特性を利用する方法で合成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００２−２９６６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記従来の構成では、主光源と補助光源の発光する波長帯域が完全に異ならない限り、主光源の補助光源と同一波長帯域の光が利用できないため、補助光源を高出力で使用しなければいけないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、補助光源を備えた画像投影装置における主光源の照明光と補助光源の照明光の合成効率の改善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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、前記光源が白色である所定の発光スペクトルにより、主の照明光を出射する主光源と、前記主の照明光とは異なる発光スペクトルにより、前記主の照明光の発光スペクトルにて光量的に不足している波長領域を補う為の副の照明光を出射する補助光源と、前記主の照明光を反射または透過する領域を、前記副の照明光を透過または反射する領域よりも広く制限した波長分離素子を備えることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の補助光源を備えた画像投影装置によれば、主光源からの照明光は補助光源からの照明光を透過または反射させる極めて狭い領域のみで損失を生じ、両光源からの照明光を効率よく合成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の補助光源を備えた画像投影装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における補助光源を備えた画像投影装置の構成を示す。
【００１０】
図１において主光源１は高周波で駆動する無電極ランプであり、光学変調素子１３を照射する白色光を出射する。また、補助光源１９は半導体励起によって発振するレーザー光源であり、光学変調素子１３を照射する中心波長が４００ｎｍ〜４８０ｎｍにあることを特徴とした青色光を出射する。前記白色光は、可視光波長域のみ利用され、その中でも特に青色光波長域（４４５ｎｍ〜４６５ｎｍ）は他の波長域に比べて光量が不足気味である。そのため、補助光源１９は中心波長が前記青色光波長域内にあるようなレーザー光源を利用している。また、この補助光源１９は狭帯域発光を行なう発光ダイオード光源にも置き換えることができる。
可視光とは、電磁波のうち、人間の目で見える波長のものであり、可視光に相当する電磁波の波長は、おおよそ短波長側が３６０ｎｍ〜４００ｎｍ、長波長側が７６０ｎｍ〜８３０ｎｍである。
【００１１】
図１において光学変調素子１３は、各色（赤色、緑色、青色）光を映像信号に応じて電気的に変調する透過型の液晶表示素子である。透過型液晶素子は投影表示される映像を所望のものとするため、入射側偏光板１２および出射側偏光板１４とセットで利用されるのが一般的であり、必要な直線偏光（成分）が出射側偏光板１４により透過され、不要な直線偏光（成分）が出射側偏光板１４に吸収されるように、照射された照明光を映像信号に基づいて変調する。
【００１２】
図１においてインテグレータレンズ２は、一対のレンズ群（複眼レンズ）から構成されており、前記白色光に存在する照度分布を平均化し、光学変調素子１３の全面を均一に照明するための主の照明光を生成する。また、ロッドインテグレータ１８も同様に、前記青色光に存在する照度分布を平均化し、光学変調素子１３の全面を均一に照明する副の照明光を生成する。レンズ群１７は前記副の照明光を第１の波長分離素子５へ集光させ、その後光学変調素子１３の全面に均一に照射させるように光を導く設計がなされている。
【００１３】
図１において偏光変換素子３は、主光源１から出射された様々な振動方向（ランダム偏光）の光の９０％以上を特定の振動方向（直線偏光）に揃える働きを持つ。
【００１４】
図１において第１の波長分離素子５は、第１の領域２０の中に特性の異なる第２の領域２１を備える。第１の領域２０は青色光（４３０ｎｍ〜５００ｎｍ）を反射し、黄色光（５００ｎｍ〜７００ｎｍ）を透過させる特性を備え、第２の領域２１は青色光（４４５ｎｍ〜４５５ｎｍ）を透過し、黄色光（５００ｎｍ〜７００ｎｍ）も透過させる特性を持つ。
【００１５】
また、前記第２の領域２１の有効面積は、前記第１の領域２０の有効面積の約１０％とすることで、前記主の照明光の反射損失を大きく抑えることが出来る。
【００１６】
前記主の照明光は偏光変換素子３によってランダム偏光からＰ偏光（入射平面に平行な直線偏光）に変換された後、コンデンサーレンズ４を経て第１の波長分離素子５へ照射され、前記副の照明光はレンズ群１７を経てＰ偏光（補助光源１９は直線偏光の光を出射する）として第１の波長分離素子５へ照射される。
【００１７】
第１の波長分離素子５に入射した前記主の照明光の青色光成分（４３０ｎｍ〜５００ｎｍ）は、第１の領域２０によって反射され、全反射ミラー７により光路を変更された後、青色光用入射側偏光板１０ｂを経て青色光用光学変調素子１３ｂに照射される。また、第１の波長分離素子５に入射した前記副の照明光は、第２の領域２１を透過し、第１の領域２０によって反射された前記主の照明光と同一光路を経て、青色用光学変調素子１３ｂに照射される。
【００１８】
一方、第１の波長分離素子５を透過した前記主の照明光の黄色光成分（５００ｎｍ〜７００ｎｍ）は、緑色光（５２０ｎｍ〜５８０ｎｍ）を反射し、赤色光（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）を透過する第２の波長分離素子６へ照射される。
【００１９】
第２の波長分離素子６により反射された前記主の照明光の緑色光成分（５２０ｎｍ〜５８０ｎｍ）は、緑色光用入射側偏光板１０ｇを経て緑色光用光学変調素子１３ｇに照射し、これを透過することにより光変調される。また、第２の波長分離素子６を透過した前記主の照明光の赤色光成分（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）は、リレーレンズ９、全反射ミラー８、および赤色光用入射側偏光板１０ｒを経て赤色光用光学変調素子１３ｒに照射し、これを透過することにより光変調される。
【００２０】
ここで、前記光学変調素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂによって光変調された前記主の照明光および前記副の照明光は、各色光用出射側偏光板を経てダイクロイックプリズム１５でカラー映像光として光合成される、投射レンズ１６によってスクリーンへ投影される。
【００２１】
以上のように実施の形態１においては、第１の波長分離素子５における第２の領域２１の範囲を限定することで前記主の照明光を効率良く使用することができ、補助光源の出力を極力抑えて使用することができる。
【００２２】
また、補助光源を複数個で使用している場合には、数量を減らすことにより光学系が簡略化され、コストダウンを行なう事ができる。
【００２３】
図２は本発明の第１の実施の形態における第１の波長分離素子の平面構成図を示す。
図３は図２における第１の領域の特性を説明する図を示す。
【００２４】
図４は図２における第２の領域の特性を説明する図を示す。
【００２５】
図５は本発明の実施の形態１における主光源１の発光スペクトルを説明する図を示す。
【００２６】
図６は本発明の実施の形態１における補助光源１９の発光スペクトルを説明する図を示す。
【００２７】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における補助光源を備えた画像投影装置の構成を示す。
【００２８】
図７において実施の形態1の構成と異なるところは、前記主光源１を主光源２２に置き換えた点である。ここで主光源２２は超高圧水銀ランプであり、光学変調素子１３を照射する白色光を出射する。前記白色光は、前記主光源１同様に可視光波長域のみ利用され、その中でも特に赤色光波長域（６００ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光量が不足気味である。このため、補助光源２５は中心波長が６００ｎｍ〜７５０ｎｍであることを特徴とした赤色光を発振するレーザー光源（または発光ダイオード光源）を使用する。
【００２９】
図７において第１の波長分離素子２３は、第１の領域２６の中に特性の異なる第２の領域２７を備える。第１の領域２６は赤色光（５８０ｎｍ〜７００ｎｍ）を反射し、シアン色光（４３４ｎｍ〜５８０ｎｍ）を透過させる特性を備え、第２の領域２７は赤色光（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）を透過し、シアン色光（４３４ｎｍ〜５８０ｎｍ）も透過させる特性を持つ。
【００３０】
図７において第２の波長分離素子２４は、緑色光（５１５ｎｍ〜５８０ｎｍ）を反射し、青色光（４３４ｎｍ〜５１５ｎｍ）を透過する特性を備える。
（省略  以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）
図８は本発明の実施の形態における画像投影装置を利用した、リアプロジェクションディスプレイの概略構成図を示す。
【００３１】
図９は本発明の実施の形態における画像投影装置を利用した、フロントプロジェクタの概略構成図を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかる補助光源を備えた画像投影装置は、２種類以上の光源から照射される照明光の中で、所定の波長帯域を効率良く合成する波長分離素子（ダイクロイックミラー等）を用いた構造を有し、２種類以上の光源の照明光を分離または合成する技術等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における補助光源を備えた画像投影装置の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における第１の波長分離素子の平面図
【図３】図２における第１の領域の特性を説明する図
【図４】図２における第２の領域の特性を説明する図
【図５】本発明の実施の形態１における主光源１の発光スペクトルを説明する図
【図６】本発明の実施の形態１における補助光源１９の発光スペクトルを説明する図
【図７】本発明の実施の形態２における補助光源を備えた画像投影装置の概略構成図
【図８】本発明の実施の形態における画像投影装置を利用した、リアプロジェクションディスプレイの概略構成図
【図９】本発明の実施の形態における画像投影装置を利用した、フロントプロジェクタの概略構成図
【符号の説明】
【００３４】
１  主光源（無電極ランプ）
２  インテグレータレンズ
３  偏光変換素子（Ｐ／Ｓコンバータ）
４  コンデンサーレンズ
５  第１の波長分離素子
６  第２の波長分離素子
７  、８  全反射ミラー
９  リレーレンズ
１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ  フィールドレンズ（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）
１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ  トリミングフィルター（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）
１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ  入射側偏光板（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ  光学変調素子（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）
１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ  出射側偏光板（ｒ：赤色、ｇ：緑色、ｂ：青色）
１５  ダイクロイックプリズム
１６  投射レンズ
１７  レンズ群
１８  照明光学系
１９  補助光源（青紫色レーザー光源）
２０  第１の領域
２１  第２の領域
２２  主光源（超高圧水銀ランプ）
２３  第１の波長分離素子
２４  第２の波長分離素子
２５  補助光源（赤色レーザー光源）
２６  第１の領域
２７  第２の領域
２８  背面投射型画像投影装置
２９  背面ミラー
３０  透過型スクリーン
３１  画像投影装置
３２  反射型スクリーン
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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