特許 7478994 投写型画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-25

(45)【発行日】2024-05-08

(54)【発明の名称】投写型画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20240426BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20240426BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20240426BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 Z

G03B21/00 F

H04N5/74 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020042120

(22)【出願日】2020-03-11

(65)【公開番号】P2021144119

(43)【公開日】2021-09-24

【審査請求日】2023-03-07

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】山岸 成多

(72)【発明者】

【氏名】室田 知洋

【審査官】西田 光宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０２１２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４００８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２８７２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６４８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０２０８５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０７０５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７６５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５０２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５３３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１２０６３９１（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０１６９５２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／０４－５／０８

Ｇ０３Ｂ ２１／００－２１／１０

Ｇ０３Ｂ ２１／１２－２１／３０

Ｇ０３Ｂ ２１／５６－２１／６４

Ｇ０３Ｂ ３３／００－３３／１６

Ｇ０９Ｂ ２３／００－２９／１４

Ｇ０９Ｆ ９／００－９／４６

Ｇ０９Ｇ ３／００－３／０８

Ｇ０９Ｇ ３／１２－３／１６

Ｇ０９Ｇ ３／３０－３／３４

Ｇ０９Ｇ ３／３８

Ｈ０４Ｎ ５／６６－５／７４

Ｈ１０Ｋ ５０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源からの照明光を画像光として反射する反射型画像素子と、
前記反射型画像素子からの画像光を投写する投写レンズと、
複数のプリズムを含み、前記複数のプリズムを部分的に接着剤を介して接着することによって前記複数のプリズムの間に形成されたエアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記反射型画像素子に向かって反射し、前記反射型画像素子からの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する、内部全反射プリズムと、
前記内部全反射プリズムに設けられ、プリズム内温度が一様になるように加熱するヒータと、を有し、
前記ヒータが、前記接着剤と接合した前記プリズムの部分を加熱する、投写型画像表示装置。

【請求項2】

前記内部全反射プリズムが、
前記照明光を反射し且つ前記画像光が透過する側面を備える三角柱状の第１のプリズムと、
前記第１のプリズムの側面との間に前記エアギャップを形成する側面を備える三角柱状の第２のプリズムと、から構成され、
前記第１のプリズムの両端面それぞれに、前記ヒータが設けられている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。

【請求項3】

前記第２のプリズムの両端面それぞれに、前記ヒータが設けられている、請求項２に記載の投写型画像表示装置。

【請求項4】

光源と、
前記光源からの照明光を画像光として反射する第１、第２、および第３の反射型画像素子と、
前記第１、第２、および第３の複数の反射型画像素子それぞれからの画像光を投写する投写レンズと、
前記光源からの照明光を波長が異なる複数の光に分解して前記第１、第２、および第３の反射型画像素子に向かって出射し、前記第１、第２、および第３の反射型画像素子それぞれからの画像光を合成して出射する分解合成プリズムと、
複数のプリズムを含み、前記複数のプリズムを部分的に接着剤を介して接着することによって前記複数のプリズムの間に形成されたエアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記分解合成プリズムに向かって反射し、前記分解合成プリズムから出射された合成済みの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する内部全反射プリズムと、
前記内部全反射プリズムに設けられ、プリズム内温度が一様になるように加熱するヒータと、を有し、
前記ヒータが、前記接着剤と接合した前記プリズムの部分を加熱する、投写型画像表示装置。

【請求項5】

前記内部全反射プリズムが、
前記照明光を反射し且つ前記画像光が透過する側面を備える三角柱状の第１のプリズムと、
前記第１のプリズムの側面との間に前記エアギャップを形成する側面を備える三角柱状の第２のプリズムと、から構成され、
前記第１のプリズムの両端面それぞれに、前記ヒータが設けられている、請求項４に記載の投写型画像表示装置。

【請求項6】

前記第２のプリズムの両端面それぞれに、前記ヒータが設けられている、請求項５に記載の投写型画像表示装置。

【請求項7】

前記分解合成プリズムが、
前記内部全反射プリズムに対向する第１の側面、前記第１の反射型画像素子に対向する第２の側面、および第３の側面を備える三角柱状の第３のプリズムと、
前記第３のプリズムの第３の側面に対向する第１の側面、前記第２の反射型画像素子に対向する第２の側面、および第３の側面を備える三角柱状の第４のプリズムと、
前記第４のプリズムの第３の側面に対向する第１の側面、および前記第３の反射型画像素子に対向する第２の側面を備える台形柱状の第５のプリズムと、から構成され、
前記第３のプリズムの第１の側面における前記内部全反射プリズムに対向する部分を除く部分に、前記ヒータが設けられている、請求項４から６のいずれか一項に記載の投写型画像表示装置。

【請求項8】

前記ヒータが、プリズム表面に接触する熱伝導部材を介して加熱する、請求項１から７のいずれか一項に記載の投写型画像表示装置。

【請求項9】

プリズム表面温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部と、を有する、請求項８に記載の投写型画像表示装置。

【請求項10】

前記反射型画像素子に入力される画像信号の平均画像レベルに基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部を有する、請求項８に記載の投写型画像表示装置。

【請求項11】

前記光源からの照明光の強度に基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部を有する、請求項８に記載の投写型画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プリズムを介して画像が投写される投写型画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の投写型画像表示装置の場合、エアギャップによって構成された内部全反射面を備える内部全反射プリズムを備える。

【0003】

また、特許文献１に記載された投写型画像表示装置は、内部全反射プリズムを冷却するために、そのプリズムに取り付けられた放熱フィンと、放熱フィンに向かって送風するファンとを有する。これにより、プリズムの熱変形による画像品質の劣化が抑制されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－２１２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年、投写型画像表示装置において、光源の高出力化が進んでいる。そのため、プリズムの熱変形による画像品質の劣化をさらに抑制することが求められている。

【0006】

そこで、本開示は、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述の課題を解決するために、本開示の一態様によれば、
光源と、
前記光源からの照明光を画像光として反射する反射型画像素子と、
前記反射型画像素子からの画像光を投写する投写レンズと、
エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記反射型画像素子に向かって反射し、前記反射型画像素子からの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する、内部全反射プリズムと、
前記内部全反射プリズムに設けられ、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する、投写型画像表示装置が提供される。

【0008】

また、本開示の別の態様によれば、
光源と、
前記光源からの照明光を画像光として反射する第１、第２、および第３の反射型画像素子と、
前記第１、第２、および第３の複数の反射型画像素子それぞれからの画像光を投写する投写レンズと、
前記光源からの照明光を波長が異なる複数の光に分解して前記第１、第２、および第３の反射型画像素子に向かって出射し、前記第１、第２、および第３の反射型画像素子それぞれからの画像光を合成して出射する分解合成プリズムと、
エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記分解合成プリズムに向かって反射し、前記分解合成プリズムから出射された合成済みの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する内部全反射プリズムと、
前記分解合成プリズムおよび前記内部全反射プリズムの少なくとも一方に、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する、投写型画像表示装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施の形態１に係る投写型画像表示装置の構成を示す概略図

【図2】蛍光体ホイールの斜視図

【図3】画像生成ユニットの構成を示す概略図

【図4】画像生成ユニットの右前方斜視図

【図5】画像生成ユニットの左前方斜視図

【図6A】光が透過中の画像生成ユニットの側面図

【図6B】光が透過中の画像生成ユニットの上面図

【図7A】プリズムの熱変形が生じている状態の画像生成ユニットの側面図

【図7B】プリズムの熱変形が生じている状態の画像生成ユニットの上面図

【図8】投写画像の品質劣化を起こす熱変形を抑制する原理を説明するための図

【図9】本開示の実施の形態２に係る投写型画像表示装置の概略的構成図

【図10】内部全反射プリズムの斜視図

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の一態様に係る投写型画像表示装置は、光源と、前記光源からの照明光を画像光として反射する反射型画像素子と、前記反射型画像素子からの画像光を投写する投写レンズと、エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記反射型画像素子に向かって反射し、前記反射型画像素子からの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する、内部全反射プリズムと、前記内部全反射プリズムに設けられ、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する。

【0012】

このような態様によれば、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することができる。

【0013】

例えば、前記内部全反射プリズムが、前記照明光を反射し且つ前記画像光が透過する側面を備える三角柱状の第１のプリズムと、前記第１のプリズムの側面との間に前記エアギャップを形成する側面を備える三角柱状の第２のプリズムと、から構成され、前記第１のプリズムの両端面それぞれに、前記保温デバイスが設けられてもよい。

【0014】

例えば、前記第２のプリズムの両端面それぞれに、前記保温デバイスが設けられてもよい。

【0015】

本開示の別態様に係る投写型画像表示装置は、光源と、前記光源からの照明光を画像光として反射する第１、第２、および第３の反射型画像素子と、前記第１、第２、および第３の複数の反射型画像素子それぞれからの画像光を投写する投写レンズと、前記光源からの照明光を波長が異なる複数の光に分解して前記第１、第２、および第３の反射型画像素子に向かって出射し、前記第１、第２、および第３の反射型画像素子それぞれからの画像光を合成して出射する分解合成プリズムと、エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記分解合成プリズムに向かって反射し、前記分解合成プリズムから出射された合成済みの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する内部全反射プリズムと、前記分解合成プリズムおよび前記内部全反射プリズムの少なくとも一方に、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する。

【0016】

このような態様によれば、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することができる。

【0017】

例えば、前記内部全反射プリズムが、前記照明光を反射し且つ前記画像光が透過する側面を備える三角柱状の第１のプリズムと、前記第１のプリズムの側面との間に前記エアギャップを形成する側面を備える三角柱状の第２のプリズムと、から構成され、前記第１のプリズムの両端面それぞれに、前記保温デバイスが設けられてもよい。

【0018】

例えば、前記第２のプリズムの両端面それぞれに、前記保温デバイスが設けられてもよい。

【0019】

例えば、前記分解合成プリズムが、前記内部全反射プリズムに対向する第１の側面、前記第１の反射型画像素子に対向する第２の側面、および第３の側面を備える三角柱状の第３のプリズムと、前記第３のプリズムの第３の側面に対向する第１の側面、前記第２の反射型画像素子に対向する第２の側面、および第３の側面を備える三角柱状の第４のプリズムと、前記第４のプリズムの第３の側面に対向する第１の側面、および前記第３の反射型画像素子に対向する第２の側面を備える台形柱状の第５のプリズムと、から構成され、前記第３のプリズムの第１の側面における前記第１のプリズムに対向する部分を除く部分に、前記保温デバイスが設けられてもよい。

【0020】

例えば、前記保温デバイスが、プリズム表面に接触する熱伝導部材と、前記熱伝導部材を加熱するヒータとを含んでもよい。

【0021】

例えば、投写型画像表示装置は、プリズム表面温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出温度に基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部と、を有してもよい。

【0022】

例えば、投写型画像表示装置は、前記反射型画像素子に入力される画像信号の平均画像レベルに基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部を有してもよい。

【0023】

例えば、投写型画像表示装置は、前記光源からの照明光の強度に基づいて、前記ヒータの加熱出力を制御する制御部を有してもよい。

【0024】

例えば、前記保温デバイスが、断熱材を含んでもよい。

【0025】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0026】

（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る投写型画像表示装置の構成の概略図である。

【0027】

図１に示すように、本実施の形態１に係る投写型画像表示装置１０は、概略、照明光を発生させる照明装置１２と、照明光を画像光に変換する画像生成ユニット１４と、画像光を、例えばスクリーンに投写する投写レンズ１６とから構成される。

【0028】

本実施の形態１の場合、照明装置１２は、例えば、青色レーザダイオードとコリメートレンズとから構成される第１および第２の光源２０Ａ、２０Ｂを備える。また、照明装置１２は、第１および第２の光源２０Ａ、２０Ｂそれぞれから出射された光を画像生成ユニット１４に導光する複数の光学要素を備える。これらの光学要素を、光の伝播とともに説明する。

【0029】

第１および第２の光源２０Ａ、２０Ｂそれぞれから出射された光は、開口を備えるミラー２２に向かって進む。第１の光源２０Ａからの光は、一部がミラー２２の開口を通過してレンズ２４に集光し、残りがミラー２２に反射されてレンズ２６に集光する。第２の光源２０Ｂからの光は、一部がミラー２２の開口を通過してレンズ２６に集光し、残りがミラー２２に反射されてレンズ２４に集光する。なお、レンズ２４に比べてレンズ２６に向かう光の光量が大きくなるように、ミラー２２の開口が設計されている。

【0030】

ミラー２２からレンズ２４に向かう青色光（実線）は、そのレンズ２４を透過した後、ミラー２８で反射され、拡散板３０近傍に集光される。拡散板３０を通過した青色光は、コンデンサレンズ３２によって略平行光にされ、ダイクロイックミラー３４に入射する。このダイクロイックミラー３４は、青色光を透過し、青色光以外の光は反射する。ダイクロイックミラー３４を透過した青色光は、レンズ３６、ミラー３８、レンズ４０を介して、矩形状断面を備えるロッドインテグレータ４２の入射面に集光する。

【0031】

一方、ミラー２２からレンズ２６に向かう青色光（破線）は、ミラー４４を挟んでアフォーカル系を構成するレンズ２６とレンズ４６とによって収束されて拡散板４８に入射する。拡散板４８によって拡散された青色光は、ダイクロイックミラー３４を透過した後、コンデンサレンズ５０、５２を介して、モータ５４によって回転されている蛍光体ホイール５６に入射する。

【0032】

図２は、蛍光体ホイールの斜視図である。

【0033】

図２に示すように、蛍光体ホイール５６は、円盤状の本体５６ａと、その表面に設けられた反射層５６ｂと、その反射層５６ｂ上に設けられた円環状の蛍光体５６ｃとを備える。蛍光体５６ｃは、例えばセラミック蛍光体である。反射層５６ｂは、蛍光体５６ｃからの蛍光光を反射する。

【0034】

蛍光体５６ｃに入射した青色光は、黄色光に変換され、反射層５６ｂに反射される。反射層５６ｂに反射された黄色光（二点鎖線）は、コンデンサレンズ５２、コンデンサレンズ５０を透過し、ダイクロイックミラー３４に反射される。ダイクロイックミラー３４に反射された黄色光は、レンズ３６、ミラー３８、レンズ４０を介して、矩形開口を備えるロッドインテグレータ４２の入射面に集光する。

【0035】

ロッドインテグレータ４２に入射した青色光（実線）と黄色光（二点鎖線）が重畳され、白色光が生成される。白色光は、リレーレンズ５８，６０を透過し、ミラー６２に反射される。ミラー６２に反射された白色光は、照明装置１２の照明光Ｌｉとして、フィールドレンズ６４を透過し、画像生成ユニット１４（その内部全反射プリズム）に入射する。

【0036】

画像生成ユニット１４は、内部全反射プリズム７０と、分解合成プリズム７２と、３つの反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂとを有する。

【0037】

図３は、画像生成ユニットの構成を示す概略図である。

【0038】

図３に示すように、内部全反射プリズム７０は、エアギャップ７０ａによって構成された内部全反射面を備える。内部全反射プリズム７０は、その内部全反射面で照明装置１２からの照明光Ｌｉを分解合成プリズム７２に向かって反射する。

【0039】

具体的には、本実施の形態１の場合、内部全反射プリズム７０は、第１および第２のプリズム８０、８２から構成されている。第１および第２のプリズム８０、８２は、実質的に三角柱形状を備えるプリズムであって、例えばガラス材料から作製されている。第１のプリズム８０と第２のプリズム８２との間に、数μｍのエアギャップ７０ａが形成されている。

【0040】

第１のプリズム８０は、照明装置１２からの照明光Ｌｉが入射する側面８０ａと、入射した照明光Ｌｉを反射する側面８０ｂと、反射した照明光Ｌｉが透過し、分解合成プリズム７２に対向する側面８０ｃとを備える。

【0041】

第２のプリズム８２は、第１のプリズム８０の側面８０ｂに対して平行に間隔をあけて対向することによってエアギャップ７０ａを形成する側面８２ａと、投写レンズ１６に対して対向する側面８２ｂとを備える。第１のプリズム８０の側面８０ｂと第２のプリズム８２の側面８２ａは、例えば、光が透過する部分以外の部分で接着剤を介して互いに接着されることにより、エアギャップ７０ａを形成する。

【0042】

分解合成プリズム７２は、内部全反射プリズム７０によって反射された照明光Ｌｉを、波長が異なる複数の光に分解して複数の反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに向かって出射する。また、分解合成プリズム７２は、反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂそれぞれからの反射光を合成して内部全反射プリズム７０に向かって出射する。

【0043】

具体的には、分解合成プリズム７２は、照明光Ｌｉを赤色光、緑色光、および青色光に分解し、赤色光を反射型画像素子７４Ｒに向かって出射し、緑色光を反射型画像素子７４Ｇに向かって出射し、青色光を反射型画像素子７４Ｂに向かって出射する。

【0044】

そのために、本実施の形態１の場合、分解合成プリズム７２は、第３、第４、および第５のプリズム８４、８６、８８から構成されている。第３および第４のプリズム８４、８６は、実質的に三角柱形状を備えるプリズムであって、例えばガラス材料から作製されている。第５のプリズム８８は、実質的に台形柱形状を備えるプリズムであって、例えばガラス材料から作製されている。

【0045】

第３のプリズム８４は、内部全反射プリズム７０における第１のプリズム８０の側面８０ｃに対向する第１の側面８４ａと、反射型画像素子７４Ｂと対向する第２の側面８４ｂと、第３の側面８４ｃとを備える。第３の側面８４ｃは、青色光を反射し、それ以外の色の光を透過する青色反射ダイクロイックミラー面である。

【0046】

第４のプリズム８６は、第３のプリズム８４の第３の側面８４ｃに対向する第１の側面８６ａと、反射型画像素子７４Ｒに対向する第２の側面８６ｂと、第３の側面８６ｃとを備える。第３の側面８６ｃは、赤色光を反射し、それ以外の色の光を透過する赤色反射ダイクロイックミラー面である。

【0047】

第５のプリズム８８は、第４のプリズム８６の第３の側面８６ｃに対向する第１の側面８８ａと、反射型画像素子７４Ｇに対向する第２の側面８８ｂとを備える。第５のプリズム８８において、第１の側面８８ａは、第２の側面８８ｂの反対側に位置する。

【0048】

なお、第３、第４、および第５のプリズム８４、８６、８８は、例えば、光が透過する部分以外の表面の部分で接着剤を介して互いに接着されることにより、一つの分解合成プリズム７２を構成している。

【0049】

反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、および７４Ｂそれぞれは、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）であって、分解合成プリズム７２からの赤色光、緑色光、および青色光が入射される。

【0050】

ＤＭＤは、マトリックス配置された複数のマイクロミラー（図示せず）を備える。各マイクロミラーは、入射した光を第１の方向または第２の方向のいずれか一方に選択的に反射するために、その姿勢が二者択一的に変更可能である。第１の方向への反射光は、ＯＮ光と呼ばれ、第２の方向への反射光は、ＯＦＦ光と呼ばれる。本実施の形態１の場合、ＯＮ光は、分解合成プリズム７２に対してゼロ度の入射角度で入射する。このような複数のマイクロミラーの一部からのＯＮ光が、投写レンズ１６を介してスクリーンなどに投写されることにより、そのスクリーン上に画像が表示される。一方、ＯＦＦ光は、投写レンズ１６に到達せず、スクリーン上に投写されない。

【0051】

反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、および７４Ｂそれぞれは、投写型画像表示装置１０の制御部（図示せず）から赤色画像、緑色画像、および青色画像のデータを受け取る。制御部は、例えばＣＰＵと、そのＣＰＵに様々な制御を実行させるためのプログラムを記憶する記憶装置を含んでいる。そのデータに基づいて、反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、および７４Ｂそれぞれは、入射した赤色光、緑色光、および青色光を赤色画像光Ｌｐｒ、青色画像光Ｌｐｂ、および緑色画像光Ｌｐｇに変換して分解合成プリズム７２に向かって反射する。

【0052】

このような画像生成ユニット１４によれば、内部全反射プリズム７０における第１のプリズム８０の側面８０ａに入射した照明光Ｌｉは、第１のプリズム８０の側面８０ｂ（内部全反射面）に反射される。その反射された照明光Ｌｉは、第１のプリズム８０の側面８０ｃから出射し、分解合成プリズム７２の第３のプリズム８４の第１の側面８４ａに入射する。

【0053】

第３のプリズム８４に入射した照明光Ｌｉは、第３の側面８４ｃ（ダイクロイックミラー面）に到達し、その中の青色光が反射型画像素子７４Ｂに向かうように反射される。青色光以外の色の光は、第３の側面８４ｃから出射し、第４のプリズム８６の第１の側面８６ａに入射する。

【0054】

第４のプリズム８６に入射した、青色光が取り除かれた光は、第３の側面８６ｃ（ダイヤクロイックミラー面）に到達し、その中の赤色光が反射型画像素子７４Ｒに向かうように反射される。赤色光以外の色の光、すなわち緑色光は、第３の側面８６ｃから出射し、第５のプリズム８８の第１の側面８８ａに入射する。

【0055】

第５のプリズム８８に入射した緑色光は、第２の側面８８ｂから出射し、反射型画像素子７４Ｇによって反射される、すなわち緑色画像光Ｌｐｇに変換される。緑色画像光Ｌｐｇは、第１の側面８８ａから出射し、第４のプリズム８６に入射する。

【0056】

第４のプリズム８６に入射した緑色画像光Ｌｐｇは、反射型画像素子７４Ｒからの赤色画像光Ｌｐｒと合成される。その合成画像光は、第１の側面８６ａから出射して第３のプリズム８４に入射する。

【0057】

第３のプリズム８４に入射した緑色画像光Ｌｐｇと赤色画像光Ｌｐｒの合成画像光は、反射型画像素子７４Ｂからの青色画像光Ｌｐｂと合成される。その合成画像光、すなわちフルカラーの画像光Ｌｐは、第１の側面８４ａから出射して内部全反射プリズム７０に入射する。

【0058】

内部全反射プリズム７０の第１のプリズム８０に入射したフルカラーの画像光Ｌｐは、側面８０ｂ（内部全反射面）を透過し、第２のプリズム８２に入射する。そして、第２のプリズム８２に入射したフルカラーの画像光Ｌｐは、側面８２ｂから出射し、投写レンズ１６によってスクリーンに拡大投写される。

【0059】

ここまでは、本実施の形態１に係る投写型画像表示装置１０の全体構成について説明してきた。ここからは、本実施の形態１のさらなる特徴について説明する。

【0060】

図４は、画像生成ユニットの右前方斜視図である。また、図５は、画像生成ユニットの左前方斜視図である。なお、図１および図３は概略図であるため、図１および図３に示す画像生成ユニット１４における複数の第１～第５のプリズム８０～８８のレイアウトは、図４および図５に示すレイアウトとは異なる。

【0061】

本実施の形態１に係る投写型画像表示装置１０における画像生成ユニット１４は、内部全反射プリズム７０に設けられ、そのプリズム内温度が一様になるように加熱するヒータ９０と、分解合成プリズム７２に設けられ、そのプリズム内温度が一様になるように加熱するヒータ９２とを有する。

【0062】

ヒータ９０および９２は、プリズム内温度を一様に高温状態で保つための保温デバイスである。ヒータ９０および９２は、プリズム表面に接着剤を介して貼り付けられたアルミニウムや銅などの導電性に優れた材料から作製された薄板状の熱伝導部材９４を介して内部全反射プリズム７０および分解合成プリズム７２に設けられている。熱伝導部材９４は、ヒータ９０、９２のからの熱をプリズムの広範囲に伝達するスプレッダとして機能する。

【0063】

本実施の形態１の場合、ヒータ９０は、内部全反射プリズム７０における第１および第２のプリズム８０、８２の両方に設けられている。具体的には、ヒータ９０は、第１のプリズム８０の三角形状の両端面８０ｄそれぞれに設けられている。また、ヒータ９０は、第２のプリズム８２の三角形状の両端面８２ｃそれぞれに設けられている。

【0064】

また、本実施の形態１の場合、ヒータ９２は、分解合成プリズム７２における第３のプリズム８４に設けられている。具体的には、ヒータ９２は、第３のプリズム８４の第１の側面８４ａにおける第１のプリズム８０に対向する部分を除く部分に設けられている。

【0065】

このようなヒータ９０、９２を用いて内部全反射プリズム７０と分解合成プリズム７２とを保温する理由について説明する。

【0066】

図６Ａおよび図６Ｂは、光が透過中の画像生成ユニットの上面図および側面図である。図６Ａは照明光Ｌｉと画像光Ｌｐとを示し、図６Ｂは、赤色画像光Ｌｐｒ、緑色画像光Ｌｐｇ、青色画像光Ｌｐｂ、およびこれらの合成である画像光Ｌｐ、すなわちＯＮ光を示している。

【0067】

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、投写型画像表示装置１０が画像を表示しているとき（画像光Ｌｐが投写されているとき）、光が通過するプリズムの部分は、温度が上昇する。

【0068】

本実施の形態１の場合、特に、光量が相対的に大きい照明光Ｌｉと画像光Ｌｐとが通過する内部全反射プリズム７０における第１のプリズム８０の部分（クロスハッチング部分）が、光をより多く吸収して他の部分に比べて大きく発熱する。また、分解合成プリズム７２においては、三色の光、すなわち三色の光に分解される前の照明光Ｌｉと、赤色画像光Ｌｐｒ、緑色画像光Ｌｐｇ、および青色画像光Ｌｐｂを合成してなる画像光Ｌｐとが通過する第３のプリズム８４の部分（クロスハッチング部分）が、光をより多く吸収して他の部分に比べて大きく発熱する。それにより、光を吸収して発熱したプリズムの部分が熱膨張し、その結果としてそのプリズムが熱変形する。

【0069】

図７Ａは、プリズムの熱変形が生じている状態の画像生成ユニットの側面図である。また、図７Ｂは、プリズムの熱変形が生じている状態の画像生成ユニットの上面図である。

【0070】

図７Ａに示すように、照明光Ｌｉと画像光Ｌｐとが通過する内部全反射プリズム７０における第１のプリズム８０の部分（クロスハッチング部分）が熱膨張すると、その熱膨張部分に近い第１のプリズム８０の側面８０ｂの部分が、外側に膨らむように熱変形する。このような第１のプリズム８０の局所的に大きい熱変形により、側面８０ｂの一部分が、第２のプリズム８２の側面８２ａに接触する可能性がある。この接触によってエアギャップ７０ａの一部分が実質的に消滅すると、その一部分に到達した照明光Ｌｉの一部Ｌｉ’が、反射することなく透過する。その結果、スクリーン上に投影された画像の一部分が暗い、画像の一部が欠けているなどの、投写画像の品質劣化が生じる。

【0071】

また、図７Ｂに示すように、三色の光が通過する分解合成プリズム７２における第３のプリズム８４の部分（クロスハッチング部分）が熱膨張すると、その熱膨張部分に近い第３のプリズム８４の第１の側面８４ａの部分および第３の側面８４ｃの部分が外側に膨らむように熱変形する。この第１の側面８４ａおよび第３の側面８４ｃは、反射型画像素子７４Ｂから反射された青色画像光Ｌｐｂの反射面として機能する。このような第３のプリズム８４の局所的に大きい熱変形により、反射型画像素子７４Ｂから反射された青色画像光Ｌｐｂの第１の側面８４ａでの反射位置と第３の側面８４ｃでの反射位置とがずれる可能性がある（局所的な熱変形が生じる前に比べて）。その結果、青色画像光Ｌｐｂがピントずれの状態でスクリーンに投写される、または青色画像光Ｌｐｂが赤色画像光Ｌｐｒと緑色画像光Ｌｐｇに対してずれて重なるなどの、投写画像の品質劣化が生じる。

【0072】

このようなプリズムの局所的に大きい熱変形による投写画像の品質劣化を抑制するために、発明者は、プリズム内の部分の違いによる温度差、すなわちプリズム内の温度勾配を小さくすることを考えた。特に、プリズム全体を一様に高温状態に保つことを考えた。

【0073】

図８は、投写画像の品質劣化を起こす熱変形を抑制する原理を説明するための図である。

【0074】

図８に示すように、２つのプリズム１００、１０２があって、その間に内部全反射面となるエアギャップ１０４が形成されているシンプルな光学系モデルを用いて投写画像の品質劣化を起こす熱変形を抑制する原理を説明する。図８における左図に示すように、光Ｌが通過するプリズム１００の部分がまだ高温状態でないとき、プリズム１００に入射した光Ｌは、エアギャップ１０４で反射される。

【0075】

図８における中央図に示すように、光Ｌがプリズム１００に入射されて時間が経過すると、光Ｌが通過する部分（クロスハッチング部分）が高温状態になって熱膨張する。それにより、エアギャップ１０４を構成するプリズム１００の表面の一部分がプリズム１０２に向かって大きく熱変形してそのプリズム１０２に接触する。その結果、光Ｌは、エアギャップ１０４で反射されることなく、プリズム１０２に入射する。

【0076】

そこで、図８における右図に示すように、光Ｌが通過して高温状態の部分以外の部分、すなわち低温状態のプリズム１００の両端部分をヒータ１０６によって加熱する。それにより、プリズム１００内の部分の違いによる温度差、すなわち温度勾配を小さくし、プリズム１００全体を一様に高温状態で保ち、そして、局所的に大きい熱変形を抑制する。その結果、投写画像の品質劣化を招く、すなわちエアギャップの消滅や反射面の局所的な変形を引き起こす、プリズム１００の局所的に大きい熱変形の発生を抑制することができる。

【0077】

本実施の形態１の場合、図４および図５に示すように、ヒータ９０は、照明光Ｌｉと画像光Ｌｐとが通過する内部全反射プリズム７０における第１のプリズム８０の部分を挟むように、第１のプリズム８０の両端面８０ｄそれぞれに設けられている。これにより、第１のプリズム８０全体が一様に高温状態で保たれる。その結果、第１のプリズム８０の側面８０ｂが局所的に大きく変形して第２のプリズム８２に接触すること、すなわちエアギャップ７０ａが部分的に消滅することが抑制される。

【0078】

また、画像光Ｌｐが通過する内部全反射プリズム７０における第２のプリズム８２の部分を挟むように、第２のプリズム８２の両端面８２ｃそれぞれに設けられている。これにより、第２のプリズム８２全体が一様に高温状態で保たれる。その結果、第２のプリズム８２の側面８２ａが局所的に大きく変形して第１のプリズム８０に接触すること、すなわちエアギャップ７０ａが部分的に消滅することが抑制される。

【0079】

さらに、三色の光が通過する分解合成プリズム７２における第３のプリズム８４の部分に近い第１の側面８４ａに、ヒータ９２が設けられている。これにより、第３のプリズム８４全体が一様に高温状態で保たれる。その結果、反射型画像素子７４Ｂから反射された青色画像光Ｌｐｂの第１の側面８４ａおよび第３の側面８４ｃ上の反射位置のずれが抑制される。

【0080】

なお、図４および図５に示すように、本実施の形態１の場合、ヒータ９０、９２による加熱出力は、プリズム表面温度を検出する温度センサ９６の検出温度に基づいて制御される。

【0081】

図４および図５に示すように、温度センサ９６は、ヒータ９０、９２近傍、具体的には熱伝導部材９４に取り付けられている。これにより、温度センサ９６は、熱伝導部材９４を介してプリズム表面温度を検出する。温度センサ９６は、検出温度に対応する信号を投写型画像表示装置１０の制御部に送信し、制御部はその信号に基づく制御信号をヒータ９０、９２に出力する。

【0082】

例えば、光が通過するプリズムの内部の温度は、直接的に測定することはできないが、照明装置１２の照明光Ｌｉの強度（すなわち光源２０Ａ、２０Ｂの出力レベル）、反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに入力される画像データのＡＰＬ（平均画像レベル）などに基づいて推定することができる。例えば、光源２０Ａ、２０Ｂの出力レベルが高いほど、またその高い出力レベルの出力時間が長いほど、光が通過するプリズムの内部分の温度は高くなる。さらに、画像データのＡＰＬが高いほど、そのＡＰＬが高い画像の表示時間（投写時間）が長いほど、光が通過するプリズムの内部の温度は高くなる。

【0083】

また、光が通過するプリズムの内部の温度と、温度センサ９６が取り付けられたプリズム表面の温度との対応関係は、実験的にまたはシミュレーションによって得ることができる。しがたって、温度センサ９６の検出温度に基づいてヒータ９０、９２の加熱出力を制御することにより、ヒータ９０、９２は、過剰に加熱することなく、投写画像の品質劣化が抑制するように、すなわちプリズムの局所的に大きい熱変形が抑制されるように適切にプリズムを加熱することができる。例えば、温度センサ９６の検出温度（すなわち光が通過するプリズムの内部の温度）が低い場合には、ヒータ９０、９２の加熱出力を減少する、および／または加熱時間を減少する。また例えば、温度センサ９６の検出温度（すなわち光が通過するプリズム内部の温度）が高い場合には、ヒータ９０、９２の加熱出力を増加する、および／または加熱時間を増加する。

【0084】

温度センサを用いることなく、照明装置１２の照明光Ｌｉの強度および画像データのＡＰＬの少なくとも一方に基づいて、光が通過するプリズムの内部の温度を推定し、その推定結果に基づいてヒータ９０、９２を制御することも可能である。照明光Ｌｉの強度が低い状態で維持されている場合、および／またはＡＰＬが低い画像が投写され続ける場合、ヒータ９０、９２の加熱出力を減少する、および／または加熱時間を減少する。また例えば、照明光Ｌｉの強度が高い状態で維持されている場合、および／またはＡＰＬが高い画像が投写され続ける場合、ヒータ９０、９２の加熱出力を増加する、および／または加熱時間を増加する。

【0085】

なお、ヒータ９０、９２と、熱伝導部材９４と、温度センサ９６は、光が通過しないプリズム表面に設けられる。当然ながら、これらは、投写レンズ１６に最終的には到達する反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂからの赤色画像光Ｌｐｒ、緑色画像光Ｌｐｇ、青色画像光Ｌｐｂ（すなちＯＮ光）が通過しないプリズム表面に設けられる。また、これらは、反射型画像素子７４Ｒ、７４Ｇ、７４ＢからのＯＦＦ光が通過しないプリズム表面に設けられる。さもなくば、ＯＦＦ光が熱伝導部材９４などによって反射され、内部全反射プリズム７０や分解合成プリズム７２内に迷光が発生しうる。

【0086】

以上のような本実施の形態１によれば、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することができる。

【0087】

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る投写型画像表示装置は、上述の実施の形態１に係る投写型画像表示装置１０と異なる構成で、フルカラーの画像を投写する。

【0088】

図９は、本開示の実施の形態２に係る投写型画像表示装置の構成の概略図である。

【0089】

図９に示すように、本実施の形態２に係る投写型画像表示装置２１０は、概略、照明光を発生させる照明装置２１２と、照明光を画像光に変換する画像生成ユニット２１４と、画像光を、例えばスクリーンに投写する投写レンズ２１６とから構成される。

【0090】

本実施の形態２の場合、照明装置２１２は、例えば、高圧水銀灯であって白色の拡散光を出射する光源ランプから構成される光源２２０を備える。また、照明装置２１２は、光源２２０から出射された光を画像生成ユニット２１４に導光する複数の光学要素を備える。これらの光学要素を、光の伝播とともに説明する。

【0091】

光源２２０から出射された拡散光は、リフレクタ２２２によって、矩形状断面を備えるロッドインテグレータ２２４の入射面に集光される。

【0092】

ロッドインテグレータ２２４の出射面の前方には、カラーホイール２２６が配置されている。カラーホイール２２６は、光源２２０からの白色光に含まれる赤色光のみを透過する赤色透過フィルタ、緑色光のみを透過する緑色透過フィルタ、および青色光のみを透過する青色透過フィルタを備える。カラーホイール２２６がモータ２２８によって回転されることにより、赤色透過フィルタ、緑色透過フィルタ、および青色透過フィルタが順に且つ繰り返し、ロッドインテグレータ２２４の出射面の前方に配置される。その結果、カラーホイール２２６から、赤色光、緑色光、および青色光が順に且つ繰り返して出射される。

【0093】

カラーホイール２２６を通過した光は、レンズ２３０、レンズ２３２、レンズ２３４、ミラー２３６、およびレンズ２３８を介して、画像生成ユニット２１４に入射する。

【0094】

本実施の形態２の場合、画像生成ユニット２１４は、内部全反射プリズム２４０と、１つの反射型画像素子２４２とを有する。

【0095】

内部全反射プリズム２４０は、本実施の形態２の場合、第１および第２のプリズム２４４、２４６から構成されている。第１および第２のプリズム２４４、２４６は、実質的に三角柱形状を備えるプリズムであって、例えばガラス材料から作製されている。第１のプリズム２４４と第２のプリズム２４６との間に、数μｍのエアギャップ２４０ａが形成されている。

【0096】

第１のプリズム２４４は、照明装置２１２からの照明光Ｌｉが入射する側面２４４ａと、入射した照明光Ｌｉを反射する側面２４４ｂと、反射した照明光Ｌｉが透過し、反射型画像素子２４２に対向する側面２４４ｃとを備える。

【0097】

第２のプリズム２４６は、第１のプリズム２４４の側面２４４ｂに対して平行に間隔をあけて対向することによってエアギャップ２４０ａを形成する側面２４６ａと、投写レンズ２１６に対して対向する側面２４６ｂとを備える。第１のプリズム２４４の側面２４４ｂと第２のプリズム２４６の側面２４６ａは、例えば、光が透過する部分以外の部分で接着剤を介して互いに接着されることにより、エアギャップ２４０ａを形成する。

【0098】

反射型画像素子２４２は、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）である。反射型画像素子２４２には、照明装置２１２から内部全反射プリズム２４０の第１のプリズム２４４を介して、照明光Ｌｉ、すなわち赤色光、緑色光、および青色光が順に且つ繰り返して入射する。

【0099】

また、反射型画像素子２４２からの反射光、すなわち、画像光Ｌｐは、内部全反射プリズム２４０に入射し、そのエアギャップ２４０ａ（内部全反射面）を透過し、第２のプリズム２４６の側面２４６ｂから投写レンズ２１６に出射される。そして、画像光Ｌｐは、投写レンズ２１６によってスクリーンに投写される。

【0100】

本実施の形態２も、上述の実施の形態１と同様に、プリズムを保温するためのヒータが設けられている。

【0101】

図１０は、内部全反射プリズムの斜視図である。

【0102】

図１０に示すように、ヒータ２５０が熱伝導部材２５２を介して内部全反射プリズム２４０に設けられている。具体的には、ヒータ２５０は、第１のプリズム２４４の両端面２４４ｄそれぞれと、第２のプリズム２４６の両端面２４６ｃそれぞれに設けられている。それにより、ヒータ２５０は、照明光Ｌｉと画像光Ｌｐとが通過する第１のプリズム２４４の部分と、画像光Ｌｐが通過する第２のプリズム２４６の部分とを挟んでいる。

【0103】

ヒータ２５０が熱伝導部材２５２を介して第１および第２のプリズム２４４、２４６を加熱することにより、第１及び第２のプリズム２４４、２４６全体に一様に高温状態で保つことができる。それにより、これらのプリズムの局所的に大きく熱変形することが抑制される。その結果、第１および第２のプリズム２４４、２４６の側面２４４ｂ、２４６ａの少なくとも一方が局所的に大きく熱変形して互いに接触すること、すなわちエアギャップ２４０ａが部分的に消滅することが抑制される。

【0104】

なお、図１０には示していないが、上述の実施の形態１と同様に、プリズム表面温度を検出する温度センサを内部全反射プリズム２４０に設け、その温度センサの検出温度に基づいてヒータ２５０の加熱出力を制御してもよい。

【0105】

本実施の形態２も、上述の実施の形態１と同様に、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置において、プリズムの熱変形による画像品質の劣化を抑制することができる。

【0106】

以上、上述の実施の形態１および２を挙げて説明したが、本開示の実施の形態は上述の実施の形態に限らない。

【0107】

例えば、上述の実施の形態１および２の場合、プリズム全体を一様に高温状態で保つ保温デバイスはヒータであったが、本開示の実施の形態はこれに限らない。保温デバイスは断熱材であってもよい。断熱材の場合、光が通過するプリズムの部分で発生した熱がプリズム全体に行き渡り、断熱材によってプリズム外部への放熱が制限されることにより、プリズム全体が一様に高温状態で保たれる。その結果、プリズムの局所的な大きな熱変形によるエアギャップの消滅や反射面の変形が抑制される。なお、ヒータによる加熱と断熱材による断熱とを併用してもよい。

【0108】

また、例えば、上述の実施の形態１の場合、ヒータ９０は、図４および図５に示すように、内部全反射プリズム７０における三角柱状の第１および第２のプリズム８０、８２の端面８０ｄ、８２ｃそれぞれに設けられている。また、ヒータ９２は、分解合成プリズム７２のおける第３のプリズム８４の第１の側面８４ａに設けられている。しかしながら、ヒータを設けるプリズム表面における位置はこれに限らない。すなわち、光が通過しないプリズム表面の部分であって、且つ、そのプリズム全体を一様に高温状態に保つことができる位置に、保温デバイスは設けられればよい。

【0109】

なお、本開示の実施の形態は、ファンがプリズムに向かって送風することを否定するものではない。ファンは、プリズム周りの高温の空気を投写型画像表示装置の外部に送り出したり、プリズム近くの反射型画像素子を冷却する役割を果たす。

【0110】

すなわち、本開示の実施の形態は、広義には、光源と、前記光源からの照明光を画像光として反射する反射型画像素子と、前記反射型画像素子からの画像光を投写する投写レンズと、エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記反射型画像素子に向かって反射し、前記反射型画像素子からの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する、内部全反射プリズムと、前記内部全反射プリズムに設けられ、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する、投写型画像表示装置である。

【0111】

また、本開示の別の実施の形態は、広義には、光源と、前記光源からの照明光を画像光として反射する第１、第２、および第３の反射型画像素子と、前記第１、第２、および第３の複数の反射型画像素子それぞれからの画像光を投写する投写レンズと、前記光源からの照明光を波長が異なる複数の光に分解して前記第１、第２、および第３の反射型画像素子に向かって出射し、前記第１、第２、および第３の反射型画像素子それぞれからの画像光を合成して出射する分解合成プリズムと、エアギャップによって構成された内部全反射面を備え、前記内部全反射面によって前記光源からの照明光を前記分解合成プリズムに向かって反射し、前記分解合成プリズムから出射された合成済みの画像光を前記内部全反射面が透過して前記投写レンズに出射する内部全反射プリズムと、前記分解合成プリズムおよび前記内部全反射プリズムの少なくとも一方に、プリズム内温度が一様になるように保温する保温デバイスと、を有する、投写型画像表示装置である。

【0112】

以上のように、本開示における技術の例示として、上述の実施の形態を説明してきた。そのために、図面および詳細な説明を提供している。したがって、図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上述の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0113】

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0114】

本開示は、プリズムを介して画像を投写する投写型画像表示装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0115】

２４０ 内部全反射プリズム
２５０ 保温デバイス（ヒータ）
２５２ 保温デバイス（熱伝導部材）
Ｌｉ 照明光
Ｌｐ 画像光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】