JP2000305169A - 照明装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの光源からの光を１本の光束として射出
する簡素な構成の照明装置を提供する。 【解決手段】 光軸を直交させて配置した放物面の２つ
の主鏡と、主鏡の焦点に配置された２つのランプと、主
鏡の開口の半分を塞ぐ平面の２つの副鏡と、縁が主鏡の
光軸の交点に接し両光軸に対して４５゜傾けて配置した
平面鏡で照明装置を構成する。主鏡のうち副鏡が面する
部位で反射されたランプからの光は、副鏡によって垂直
に反射され、主鏡の同一部位で再反射されて、焦点を通
って主鏡の反対側の部位に入射し、ここに直接入射する
ランプからの光と共に、断面が半円形の平行光束として
射出される。平面鏡は２つの主鏡から射出された光束の
一方を反射し他方を直進させることにより、両光束を接
し合わせて断面が円形の１本の光束とする。主鏡を楕円
面、副鏡を球面とした構成もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの光源を備え
た照明装置およびこの照明装置を用いた投射型表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像に応じて光を変調し、変調後の光を
スクリーンに投射して画像を表示する投射型表示装置が
ある。このような投射型表示装置は、一度に多数の人に
画像を提示するために利用され、近年では、比較的大画
面のテレビ受像器にも用いられるようになっている。一
般に、光の変調は液晶バルブをはじめとするライトバル
ブによって行われ、ライトバルブに投射用の光を供給す
るために、ランプ等の光源を有する照明装置が備えられ
る。投射型表示装置は明るくしかも明るさにむらのない
画像を表示することが望ましく、このため、照明装置の
光源からの光を投射に効率よく利用し、またライトバル
ブの全面を均一に照明することが要求される。

【０００３】光源が発した光の多くをライトバルブに導
くために、照明装置には光源の光を集光させる反射鏡が
備えられる。しかしながら、反射鏡によって反射された
光の強度分布は一様にはならず、光束の周辺部になるほ
ど強度が低下する。このため、照明装置に反射鏡を備え
ても、ライトバルブ全面を均一に照明することはでき
ず、表示した画像の明るさにむらが生じる。この不都合
を避けるために、照明装置からの光束を分割して複数の
収束光束とする第１のレンズアレイと、各光束をライト
バルブの全面に導く第２のレンズアレイとで構成される
オプティカルインテグレータを、投射型表示装置に備え
ることが行われている。

【０００４】また、２つの光源を備えることにより、照
明装置の光量を倍増させることも提案されている。例え
ば、特開平７−１８１３９２号公報や特開平８−３６１
８０号公報には、ランプと反射鏡の組を２つ備えた照明
装置と、インテグレータとを組み合わせた投射型表示装
置が開示されている。

【０００５】ライトバルブとして透過型液晶バルブのよ
うにブラックマトリクスが存在するものを使用する投射
型表示装置では、ブラックマトリスク上に入射する光は
遮断されて、投射に利用されない。このブラックマトリ
クスによる光の損失を避けるために、ライトバルブの直
前にマイクロレンズアレイを配置することも行われてい
る。ライトバルブの全面に入射するように導かれた光束
は、マイクロレンズアレイによって分割されて収束光束
とされ、ブラックマトリクス間の有効開口に入射する。

【０００６】このような構成により、近年では、明るく
しかも明るさにむらのない画像を表示することが可能な
投射型表示装置が実現されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平７−
１８１３９２号公報や特開平８−３６１８０号公報をは
じめ、照明装置に２つの光源を備える従来の投射型表示
装置では、２つの光源を並べて配置して、各光源からの
光束をインテグレータの隣合う部位に入射させるように
している。このため、インテグレータの２つの光束を受
ける範囲が、ただ１つの光源からの光束を受ける場合の
２倍になって、インテグレータからライトバルブに導か
れる光束のＦ値が、光源の離間方向に関して小さくな
る。その結果、変調後の光を投射する投射レンズの口径
を大きくしなければ、２つの光源からの光束の全てを投
射に利用することができなくなって、装置の大型化、大
重量化、高コスト化を招いている。

【０００８】インテグレータの第２のレンズアレイの各
レンズセルを小さくすれば、ライトバルブに導かれる光
束のＦ値が小さくなることをある程度抑えることができ
る。しかし、第２のレンズアレイのレンズセルをあまり
小さくすると、第１のレンズアレイによって分割された
光束がレンズセルに収まらなくなって、一部の光がライ
トバルブに導かれなくなる。このため、第２のレンズア
レイのレンズセルを小さくすることには限界がある。

【０００９】また、マイクロレンズアレイをライトバル
ブの直前に配置する構成では、ライトバルブに入射する
光束のＦ値はインテグレータからの光束のＦ値よりもさ
らに小さくなるから、投射レンズの口径をより大きくす
る必要が生じて、上記の問題が一層顕著になる。

【００１０】２つの光源からの光束をインテグレータに
至る前にコンバイナーを用いて重ね合わせれば、光束の
Ｆ値が小さくなるのを避けることができる。しかしなが
ら、半透過鏡のような簡素なコンバイナーでは光の一部
が失われることが避けられず、損失なく光を重ね合わせ
るためには、偏光特性を利用する等の特殊な処理が必要
になって、照明装置の構成が複雑になる。

【００１１】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、２つの光源からの光を１本の光束として射
出する簡素な構成の照明装置、および、口径の小さな投
射光学系で明るい画像を表示する投射型表示装置を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、第１の光源と、第１の光源からの光を
反射して第１の形状の断面をもつ光束として射出する射
出領域を有する第１の主鏡と、第１の主鏡の射出領域に
入射しなかった第１の光源からの光を反射して、第１の
光源の方向から第１の主鏡の射出領域に入射させる第１
の副鏡と、第２の光源と、第２の光源からの光を反射し
て第２の形状の断面をもつ光束として射出する射出領域
を有する第２の主鏡と、第２の主鏡の射出領域に入射し
なかった第２の光源からの光を反射して、第２の光源の
方向から第２の主鏡の射出領域に入射させる第２の副鏡
と、第１の主鏡から射出された光束と第２の主鏡から射
出された光束を接し合わせて１本の光束とする接合部と
で、照明装置を構成する。

【００１３】この照明装置は２つの光源を備えており、
強度の高い光を提供することができる。各光源からの光
は、それぞれ主鏡によって反射されて主鏡の射出領域に
応じた形状の光束とされた後、接合部によって接し合わ
されて１本の光束として射出される。接し合わされた光
束の断面の形状および大きさは主鏡の射出領域に依存
し、その設定次第で接し合わされた後の光束径を小さく
することができる。したがって、提供される光束のＦ値
を大きくすることも容易である。しかも、２つの主鏡か
らの光束を、重ね合わせるのではなく、接し合わせるこ
とによって射出する光束を１本とするものであるから、
光の特殊な性質を利用する必要がなく、簡素な構成の装
置となる。

【００１４】主鏡の射出領域に直接入射しなかった光
は、副鏡によって反射されて、光源の方向から主鏡の射
出領域に入射する。この光は、光源から射出領域に直接
入射する光と等価であり、照明装置から射出される光の
一部となる。接し合わせた後の光束径を小さくするため
に主鏡の射出領域を小さくする場合、光源が発した光の
うち主鏡の射出領域に直接入射しないものの割合は大き
くなるが、主鏡の射出領域に直接入射しない光を副鏡で
反射して射出領域に入射させることで、光の損失が防止
される。

【００１５】上記の照明装置において、第１の主鏡は第
１の光源からの光を反射する領域を射出領域以外に有
し、第１の副鏡は、第１の主鏡の射出領域以外の領域で
反射された第１の光源からの光を、垂直に反射して第１
の主鏡の射出領域以外の領域に再入射させることによ
り、第１の光源の方向から第１の主鏡の射出領域に入射
させ、第２の主鏡は第２の光源からの光を反射する領域
を射出領域以外に有し、第２の副鏡は、第２の主鏡の射
出領域以外の領域で反射された第２の光源からの光を、
垂直に反射して第２の主鏡の射出領域以外の領域に再入
射させることにより、第２の光源の方向から第２の主鏡
の射出領域に入射させるものとすることができる。

【００１６】光源が発した光のうち、主鏡の射出領域以
外の領域に入射した光は、反射されて副鏡に入射する。
副鏡はこの光を垂直に、すなわち入射光路を逆に辿るよ
うに、反射する。したがって、副鏡によって反射された
光は、主鏡の射出領域以外の領域の同一部位に入射する
ことになり、そこでさらに反射されて光源に向かう。こ
れにより、副鏡で反射された光は、光源の方向から主鏡
の射出領域に入射する。副鏡は、光源からの光が射出領
域以外の領域によって平行光束とされる場合は平面鏡と
し、収束光束とされる場合はその収束の程度に応じた凸
面鏡とする。

【００１７】主鏡は、光源からの光を反射する領域とし
て、射出領域のみを有するものとすることもできる。そ
の場合、副鏡は、光源から入射する光を反射して、何も
介さずに射出領域に入射させることになる。そのような
副鏡としては、光源を中心とする球面鏡を用いることが
できる。

【００１８】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、上記の照明装置と、照明装置からの光束を変調する
ライトバルブと、ライトバルブによって変調された光束
を投射して結像させる投射光学系とで、投射型表示装置
を構成する。照明装置はＦ値の大きい光束を射出するこ
とができるから、大きな口径の投射光学系を備えなくて
も、変調後の光束の全てを投射することが可能である。
前述のインテグレータやマイクロレンズアレイを備える
場合でも、投射光学系の大口径化を避けることができ
る。

【００１９】この投射型表示装置に、照明装置からの光
束を分割して、複数の収束光束とする第１のレンズアレ
イと、第１のレンズアレイからの複数の光束の収束位置
の近傍に配置され、各光束をライトバルブの全面に導く
第２のレンズアレイを備えるとともに、第１のレンズア
レイを２分割して、第１の主鏡から射出された光束の接
合部までの光路上と、第２の主鏡から射出された光束の
接合部までの光路上とに配置するようにしてもよい。

【００２０】２つのレンズアレイによってインテグレー
タが構成されて、強度分布が均一な光束がライトバルブ
に導かれることになり、明るさにむらのない画像を表示
することができる。しかも、第１のレンズアレイは照明
装置の光源と接合部の間に配置されるため、光源から第
２のレンズアレイまでの光路を短くすることができて、
装置全体が小型になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の照明装置および投
射型表示装置の実施形態について、図面を参照しながら
説明する。図１に第１の実施形態の照明装置１の断面を
示す。この照明装置１は、第１の光源であるランプ１
１、第２の光源であるランプ１２、第１の主鏡１３、第
２の主鏡１４、第１の副鏡１５、第２の副鏡１６、およ
び接合部である平面鏡１７を備えている。

【００２２】ランプ１１、１２としては、発光部が小さ
なものを使用する。第１、第２の主鏡１３、１４は、放
物線をその軸の回りに回転して得られる回転放物面を反
射面としてもつ全反射凹面鏡である。２つの主鏡１３、
１４は同じ大きさ、同じ形状である。ランプ１１、１２
はそれぞれ主鏡１３、１４の焦点に発光部が位置するよ
うに配置されている。したがって、主鏡１３によって反
射されたランプ１１からの光と、主鏡１４によって反射
されたランプ１２からの光は、それぞれ平行光束とな
る。

【００２３】第１、第２の副鏡１５、１６は全反射平面
鏡であり、主鏡１３、１４の光軸（回転軸）に対して垂
直に配置されている。副鏡１５、１６の一縁は直線であ
り、主鏡１３、１４の光軸を含む平面に接している。主
鏡１３、１４の開口の周縁は副鏡１５、１６に接してお
り、主鏡１３、１４の開口の１／２は副鏡１５、１６に
よって塞がれている。

【００２４】したがって、主鏡１３の反射面全体のうち
１／２の領域１３ａがランプ１１からの光を反射して射
出する射出領域となり、同様に、主鏡１４の反射面全体
のうち１／２の領域１４ａが、ランプ１２からの光を反
射して射出する射出領域となる。主鏡１３、１４の反射
面の他の領域１３ｂ、１４ｂはランプ１１、１２からの
光を反射するものの、領域１３ｂ、１４ｂによって反射
された光は副鏡１５、１６によって反射され、直接出射
しない。

【００２５】領域１３ｂ、１４ｂによって反射されたラ
ンプ１１、１２からの光は、０゜の入射角で副鏡１５、
１６に入射し、垂直に反射される。副鏡１５、１６によ
って反射された光は、副鏡１５、１６への入射光路を逆
に辿って、領域１３ｂ、１４ｂ上のランプ１１、１２か
ら最初に入射した位置に再入射する。これらの光は領域
１３ｂ、１４ｂで反射されて、ランプ１１、１２からの
入射光路を逆に辿ることになり、ランプ１１、１２を通
過して、射出領域１３ａ、１４ａに入射する。

【００２６】こうして、副鏡１５、１６から射出領域１
３ａ、１４ａに入射する光はランプ１１、１２から射出
領域１３ａ、１４ａに直接入射する光と等価になり、射
出領域１３ａ、１４ａで反射されて射出される。第１、
第２の主鏡１３、１４から射出される平行光束の断面を
図５の（ａ）に示す。主鏡１３、１４から射出される光
束の断面は、当然、半円形となる。

【００２７】第１の主鏡１３と第２の主鏡１４は、互い
の光軸が直交し、副鏡１５、１６の直線の縁が互いに平
行なるように、かつ、主鏡１３の射出領域１３ａと主鏡
１４の領域１４ｂが近接するように、配置されている。

【００２８】接合部である平面鏡１７は全反射鏡であ
り、主鏡１３、１４の光軸の交点を通り両光軸に対して
４５゜の傾きをなす平面上に配置されている。平面鏡１
７の一縁は直線であり、主鏡１３、１４の光軸の交点を
通り、副鏡１５、１６の直線の縁と平行になるように設
定されている。平面鏡１７は第１の主鏡１３から射出さ
れる光束の光路上に位置し、主鏡１３からの光束の全て
を受ける大きさを有している。

【００２９】第１の主鏡１３から射出された断面が半円
形の平行光束は、平面鏡１７によって反射される。一
方、第２の主鏡１４から射出された断面が半円形の平行
光束は、平面鏡１７の傍らを通り直進する。このとき、
主鏡１３からの光束の直線の縁と主鏡１４からの光束の
直線の縁が平面鏡１７の直線の縁に接することになり、
両光束は接し合わされて１本の光束となる。接し合わさ
れた後の光束の断面を図５の（ｂ）に示す。この光束の
断面は円形となり、副鏡１５がないとした場合に主鏡１
３から射出される光束、あるいは副鏡１６がないとした
場合に主鏡１４から射出される光束と同形である。ただ
し、接し合わされた光束の光量は２倍になっている。

【００３０】平面鏡１７は基板の一方の面に反射膜を設
けることにより形成されており、直線の縁の傍らを通過
する第２の主鏡１４からの光束に影響を与えないように
するために、この部位の基板の縁は、反射膜に対して４
５゜以下の角度の傾斜面とされている。第１、第２の主
鏡１３、１４からの光束の双方を受ける大きさの透明基
板の一部に反射膜を設ける構成とすることにより、基板
の縁の影響を避けるようにしてもよい。

【００３１】なお、ランプ１１、１２としては、発光部
が小さく点に近いものであればどのような種類のものを
用いてもよい。メタルハライドランプやこれに類する高
輝度ランプはこの条件を満たすが、この種のランプで
は、通常、全体を覆う石英管が発光部であるアークの周
囲で不均一な厚さとなっており、これがレンズの作用を
する。このようなランプを使用する場合、射出する光束
の平行度を高めるために、発光部の中心を主鏡１３、１
４の焦点に厳密に一致させるのではなく、石英管のレン
ズ作用に応じて光軸方向にややずらして配置するように
してもよい。

【００３２】第２の実施形態の照明装置２の断面を図２
に示す。この照明装置２は、第１の光源であるランプ２
１、第２の光源であるランプ２２、第１の主鏡２３、第
２の主鏡２４、第１の副鏡２５、第２の副鏡２６、およ
び接合部である平面鏡２７を備えている。ランプ２１、
２２および平面鏡２７は照明装置１のランプ１１、１２
および平面鏡１７と同一または類似のものであり、これ
らについての重複する説明は省略する。

【００３３】第１、第２の主鏡２３、２４は、楕円をそ
の長軸の回りに回転して得られる回転楕円面を反射面と
してもつ全反射凹面鏡である。２つの主鏡２３、２４は
同じ大きさ、同じ形状である。ランプ２１、２２はそれ
ぞれ主鏡２３、２４の第１の焦点に発光部が位置するよ
うに配置されている。したがって、主鏡２３によって反
射されたランプ２１からの光は、主鏡２３の第２の焦点
に収束する収束光束となり、主鏡２４によって反射され
たランプ２２からの光も、主鏡２４の第２の焦点に収束
する収束光束となる。

【００３４】第１、第２の副鏡２５、２６はそれぞれ、
主鏡２３、２４の第２の焦点を中心とする球面の全反射
凸面鏡である。副鏡２５、２６の一縁は主鏡２３、２４
の光軸（回転軸）を含む平面に接するように設定されて
いる。主鏡２３、２４の開口の周縁は副鏡２５、２６に
接しており、主鏡２３、２４の開口の１／２は副鏡２
５、２６によって塞がれている。

【００３５】したがって、主鏡２３の反射面全体のうち
１／２の領域２３ａがランプ２１からの光を反射して射
出する射出領域となり、同様に、主鏡２４の反射面全体
のうち１／２の領域２４ａが、ランプ２２からの光を反
射して射出する射出領域となる。主鏡２３、２４の反射
面の他の領域２３ｂ、２４ｂはランプ２１、２２からの
光を反射するものの、領域２３ｂ、２４ｂによって反射
された光は副鏡２５、２６によって反射され、直接出射
しない。

【００３６】領域２３ｂ、２４ｂによって反射されたラ
ンプ２１、２２からの光は、第２の焦点に向かって進む
から、０゜の入射角で副鏡２５、２６に入射することに
なり、垂直に反射される。副鏡２５、２６によって反射
された光は、副鏡２５、２６への入射光路を逆に辿っ
て、領域２３ｂ、２４ｂ上のランプ２１、２２から最初
に入射した位置に再入射する。これらの光は領域２３
ｂ、２４ｂで反射されて、ランプ２１、２２からの入射
光路を逆に辿り、ランプ２１、２２を通過して、射出領
域２３ａ、２４ａに入射する。

【００３７】こうして、副鏡２５、２６から射出領域２
３ａ、２４ａに入射する光は、ランプ２１、２２から射
出領域２３ａ、２４ａに直接入射する光と等価になり、
射出領域２３ａ、２４ａで反射されて射出される。第
１、第２の主鏡２３、２４から射出される光束の断面
は、照明装置１と同様に、図５の（ａ）に示した半円形
となる。ただし、これらの光束は第２の焦点に向かう収
束光束である。

【００３８】第１の主鏡２３と第２の主鏡２４は、互い
の光軸が直交し、光軸の交点からそれぞれの第１の焦点
までの距離が等しくなるように配置されている。また、
主鏡２３、２４に対する副鏡２５、２６および平面鏡２
７の位置関係は、照明装置１と同様に設定されている。
したがって、第１の主鏡２３から射出された光束と、第
２の主鏡２４から射出された光束は、断面の直線の部分
で互いに接し合わされて、第２の主鏡２４の第２の焦点
に収束する１本の光束となる。接し合わされた後の光束
の断面は、照明装置１と同様に、図５の（ｂ）に示した
円形となる。

【００３９】収束光束を射出する本実施形態の照明装置
２は、第１の実施形態の照明装置１よりも狭い範囲を照
明することができる。平面を照明する場合に、その平面
に対して光束の全ての部位の入射角を０゜とするとき
は、適宜コリメータレンズを配置して、平行光束とすれ
ばよい。また、第１、第２の主鏡として双曲面の全反射
凹面鏡を用い、第１、第２の副鏡として主鏡の焦点を中
心とする球面の全反射凹面鏡を用いる構成としてもよ
い。その場合も、光源は主鏡の焦点に配置し、必要に応
じてコリメータレンズで平行光束とする。

【００４０】第３の実施形態の照明装置３の断面を図３
に示す。この照明装置３は、第１の光源であるランプ３
１、第２の光源であるランプ３２、第１の主鏡３３、第
２の主鏡３４、第１の副鏡３５、第２の副鏡３６、およ
び接合部である平面鏡３７を備えている。ランプ３１、
３２および平面鏡３７は照明装置１のランプ１１、１２
および平面鏡１７と同じである。

【００４１】第１、第２の主鏡３３、３４は、照明装置
１の放物面の主鏡１３、１４をそれそれの光軸を含む平
面で２分割したものである。第１、第２の副鏡３５、３
６はそれぞれ、第１、第２の主鏡３３、３４の焦点を中
心とする半球の全反射凹面鏡であり、開口の縁が主鏡３
３、３４の分割面に接するように配置されている。

【００４２】ランプ３１、３２から主鏡３３、３４に直
接入射した光は、反射されて平行光束として射出され
る。一方、ランプ３１、３２から副鏡３５、３６に入射
した光は垂直に反射されて、ランプ３１、３２を通って
主鏡３３、３４に入射する。これらの光は、主鏡３３、
３４に直接入射する光と等価になり、反射されて平行光
束として射出される。主鏡３３、３４から射出された光
束の断面は、図５の（ａ）の如く、半円形となる。

【００４３】この照明装置３では、主鏡３３、３４の反
射面は全て射出領域３３ａ、３４ａとなっており、射出
領域３３ａ、３４ａに直接入射しなかったランプ３１、
３２からの光は、副鏡３５、３６によって直接反射され
ることになる。第１の主鏡３３と第２の主鏡３４の位置
関係、およびこれらに対する平面鏡３７の位置関係は、
前述のとおりであり、第１、第２の主鏡３３、３４から
射出された光束は平面鏡３７によって接し合わされて、
図５の（ｂ）に示した如く、断面が円形の１本の平行光
束とされる。

【００４４】第１の実施形態の照明装置１では、副鏡１
５、１６に入射する光は合計４回の反射を経て射出され
るが、照明装置３では、副鏡３５、３６に入射する光は
合計２回の反射を経て射出されることになる。したがっ
て、照明装置３では、反射に際しての光の損失が抑えら
れて、光の利用効率が高くなる。

【００４５】第４の実施形態の照明装置４の断面を図４
に示す。この照明装置４は、第１の光源であるランプ４
１、第２の光源であるランプ４２、第１の主鏡４３、第
２の主鏡４４、第１の副鏡４５、第２の副鏡４６、およ
び接合部である平面鏡４７を備えている。

【００４６】第１、第２の主鏡４３、４４は、照明装置
２の楕円面の主鏡２３、２４をそれそれの光軸を含む平
面で２分割したものである。第１、第２の副鏡４５、４
６はそれぞれ、第１、第２の主鏡４３、４４の第１の焦
点を中心とする半球の全反射凹面鏡であり、開口の縁が
主鏡４３、４４の分割面に接するように配置されてい
る。照明装置４においても、主鏡４３、４４の反射面全
体が射出領域４３ａ、４４ａとなる。

【００４７】この照明装置４は収束光束を射出する点
で、照明装置３と相違する。他の点については照明装置
３と同じであるので、説明を省略する。楕円面の主鏡４
３、４４に代えて、双曲面の主鏡を用いることも可能で
ある。

【００４８】なお、上記の各実施形態では、主鏡あるい
はその射出領域を同じ大きさ同じ形状とした例を示した
が、主鏡全体または射出領域の大きさや曲率は異なって
いてもよい。放物面鏡の場合は曲率と開口の大きさの設
定次第で、楕円面鏡や双曲面鏡の場合は曲率と開口の大
きさと接合部までの距離の設定次第で、接し合わせる際
に所望の大きさの光束径とすることができる。

【００４９】本発明の第５の実施形態である投射型表示
装置５の概略構成を図６に示す。この投射型表示装置５
は、第１の実施形態の照明装置１が射出する白色光を、
赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光に分解し、
分解後の各色光を３つの透過型液晶バルブ５１Ｒ、５１
Ｇ、５１Ｂで個別に変調し、変調後の光を合成して、投
射レンズ５２によって投射するものである。

【００５０】投射型表示装置５は、色分解のための２つ
のダイクロイック平面鏡５３Ｒ、５３Ｂ、色合成のため
のクロスダイクロイックプリズム５４のほか、照明装置
１からの光を液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの全面
に均一な強度で導くために、第１のレンズアレイ５５、
第２のレンズアレイ５６および重畳レンズ５７より成る
インテグレータを備えている。

【００５１】投射型表示装置５には、また、照明装置１
の光から赤外領域と線紫領域の波長を除去するためのＩ
Ｒ／ＵＶカットフィルター５８、分解後の光を液晶バル
ブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに導くための全反射平面鏡５
９ａ、５９ｂ、５９ｃ、光路長の差を補正して液晶バル
ブ５１Ｂに入射する光を液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇに入
射する光と等価にするためのリレーレンズ６０ａ、６０
ｂ、および、導かれた光を液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、
５１Ｂに対して略垂直に入射させるためのフィールドレ
ンズ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂも備えられている。

【００５２】照明装置１が射出した平行光束は、ＩＲ／
ＵＶカットフィルター５８を透過して可視領域のみの光
とされた後、第１のレンズアレイ５５に入射する。レン
ズアレイ５５は、２次元に配列された複数のレンズセル
より成り、入射した光束を各レンズセルによって収束光
束として分離する。

【００５３】第２のレンズアレイ５６は、第１のレンズ
アレイ５５のレンズセルに対応する複数のレンズセルよ
り成り、第１のレンズアレイ５５による光束の収束位置
近傍に配置されている。第１のレンズアレイ５５から第
２のレンズアレイ５６に入射した各光束は、レンズアレ
イ５６上で結像する。これにより、レンズアレイ５６の
各レンズセル上に、照明装置１の２つのランプ１１、１
２の像が１つの点状像として形成される。

【００５４】第２のレンズアレイ５６の各レンズセルに
形成された像の光は、各レンズセルおよび重畳レンズ５
７によって、液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂそれぞ
れの全面に導かれて、各液晶バルブ上で重ね合わされ
る。各液晶バルブのどの部位も、第２のレンズアレイ５
６の全てのレンズセルからの光を受けることになり、こ
れにより、各液晶バルブは均一に照明される。

【００５５】なお、ここでは、第２のレンズアレイ５６
と重畳レンズ５７を別体としているが、重畳レンズ５７
の光学特性をレンズアレイ５６に加えて、重畳レンズ５
７を省略することもできる。すなわち、第１のレンズア
レイ５５と第２のレンズアレイ５６のみで、インテグレ
ータを構成することも可能である。また、照明装置１が
射出した平行光束の接合境界を第１のレンズアレイ５５
のレンズセルの境界に合わせると、たとえ接合境界にお
いて平行光束に強度差がある場合でも、照明むらが生じ
難くなる。

【００５６】ダイクロイック鏡５３Ｒおよび５３Ｂは、
それぞれＲ光およびＢ光を選択的に透過させ、他の色光
を反射するように設定されている。インテグレータから
の光はダイクロイック鏡５３Ｒに入射して、透過するＲ
光と反射されるＧ光、Ｂ光とに分解される。ダイクロイ
ック鏡５３Ｒを透過したＲ光は、平面鏡５９ａによって
反射され、フィールドレンズ６１Ｒを透過して液晶バル
ブ５１Ｒに入射する。

【００５７】ダイクロイック鏡５３Ｒによって反射され
たＧ光とＢ光は、ダイクロイック鏡５３Ｂによって、透
過するＢ光と反射されるＧ光に分解される。反射された
Ｇ光は、フィールドレンズ６１Ｇを透過して液晶バルブ
５１Ｇに入射する。ダイクロイック鏡５３Ｂを透過した
Ｂ光は、リレーレンズ６０ａ、平面鏡５９ｂ、リレーレ
ンズ６０ｂ、および平面鏡５９ｃをこの順に経て、フィ
ールドレンズ６１Ｂを透過して液晶バルブ５１Ｂに入射
する。

【００５８】液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂはそれ
ぞれ、画像の赤色成分を表すＲ信号、緑色成分を表すＧ
信号、青色成分を表すＢ信号に基づいて、入射する光を
変調する。図示しないが、液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、
５１Ｂはいずれも入射側と出射側に偏光板を備えてお
り、入射側の偏光板を透過した直線偏光を変調する。変
調後の光には変調前と同一の直線偏光とこれに垂直な直
線偏光が含まれ、出射側の偏光板で一方のみを透過させ
ることにより画像を表す光が得られる。なお、照明装置
１からの光はあらかじめＩＲ／ＵＶカットフィルター５
８によって可視領域の光のみとされているため、入射側
の偏光板が赤外領域や紫外領域の光を吸収して高温にな
ることはない。

【００５９】液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを透過
した変調後の光はクロスダイクロイックプリズム５４に
入射する。クロスダイクロイックプリズム５４は、４つ
の三角プリズムを接合して成り、直交する接合面には、
Ｒ光を選択的に反射し他の色光を透過させるダイクロイ
ック膜５４Ｒと、Ｂ光を選択的に反射し他の色光を透過
させるダイクロイック膜５４Ｂが設けられている。液晶
バルブ５１Ｒ、５１Ｂから入射したＲ光、Ｂ光は、それ
ぞれダイクロイック膜５４Ｒ、５４Ｂによって反射さ
れ、液晶バルブ５１Ｇから入射したＧ光は、ダイクロイ
ック膜５４Ｒ、５４Ｂを透過する。

【００６０】こうして、変調後のＲ光、Ｇ光、Ｂ光が合
成され、合成された光は投射レンズ５２に入射する。投
射レンズ５２はクロスダイクロイックプリズム５４から
入射した光束を、図外のスクリーンに向けて投射して結
像させ、スクリーン上にカラー画像を形成する。

【００６１】照明装置１が射出する光束は、２つのラン
プ１１、１２が発した光でありながら、接し合わされて
いるため、インテグレータから液晶バルブ５１Ｒ、５１
Ｇ、５１Ｂに導かれる光束のＦ値は大きく、したがっ
て、液晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを透過した後の
光束の発散の程度は小さい。このため、投射レンズ５２
が大口径のものでなくても、液晶バルブ５１Ｒ、５１
Ｇ、５１Ｂからの光を全て投射することができる。

【００６２】なお、フィールドレンズ６１Ｒ、６１Ｇ、
６１Ｂに代えてマイクロレンズアレイを配置して、液晶
バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂの有効開口のみに光を入
射させるようにしてもよい。表示する画像を一層明るく
することができる。マイクロレンズアレイを備えると液
晶バルブ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂに入射する光束のＦ値
が小さくなるが、２つのランプを備えることによる小Ｆ
値化がないため、投射レンズ５２の口径をあまり大きく
する必要がない。

【００６３】また、ここでは、第１の実施形態の照明装
置１を備える例を示したが、第２〜第４の実施形態の照
明装置２〜４を備えるようにしてもよい。収束光束を射
出する照明装置２、４を備える場合は、射出光の光路上
にコリメータレンズを配置して、第１のレンズアレイ５
５に入射する光束を平行光束としておく。光束径が小さ
くなるから、照明装置１を備える場合よりも、第１、第
２のレンズアレイを５５、５６を小型化することができ
る。

【００６４】第６の実施形態の投射型表示装置６の概略
構成を図７に示す。この投射型表示装置６は、投射型表
示装置５の第１のレンズアレイ５５を２分割してレンズ
アレイ５５ａ、５５ｂとし、これらを照明装置１の主鏡
１３、１４の開口に近接して配置したものである。主鏡
１３、１４から射出された光束は、接し合わされる前に
分割されて収束光束とされる。

【００６５】この構成では、照明装置１から第２のレン
ズアレイ５６までの光路が短くなって、装置全体を小型
にすることができる。なお、ＩＲ／ＵＶカットフィルタ
ー５８は第２のレンズアレイ５６の直前に配置されてい
るが、これも２分割して、主鏡１３、１４の開口に近接
して配置するようにしてもよい。

【００６６】第７の実施形態の投射型表示装置７の概略
構成を図８に示す。この投射型表示装置７は、第６の投
射型表示装置６の照明装置１に代えて、第２の実施形態
の照明装置２を備えている。また、照明装置２が収束光
束を射出することに合わせて、レンズアレイ５５ａ、５
５ｂに代えて、第１のレンズアレイ６５ａ、６５ｂを備
えている。レンズアレイ６５ａ、６５ｂの入射側の面は
凹面であり、これらの面は主鏡２３、２４から射出され
た光に対してコリメータレンズとして作用する。他の構
成は投射型表示装置６と同じである。

【００６７】

【発明の効果】本発明の照明装置では、２つの光源から
の光を個別の光束として射出するのではなく、接し合っ
た１本の光束として射出するため、照明対象への２つの
光源からの光の入射角に差が生じ難い。換言すれば、Ｆ
値の大きな光束を射出することができる。また、２つの
光源からの光を接し合わせる得る断面形状の光束とする
ために、主鏡に射出領域を設けているが、射出領域に入
射しない光を副鏡で射出領域に入射させるようにしてい
るため、光束のＦ値を大きくしながらも、光源からの光
の損失を防止することができる。したがって、明るい光
を提供するという光源を２つ備えることの意味が、損な
われることもない。

【００６８】また、射出する光束のＦ値を大きくするた
めに各主鏡の曲率半径を小さくする必要がないから、主
鏡の加工精度や主鏡に対する光源の位置の誤差の許容範
囲は大きい。このため、主鏡の小曲率半径化に起因して
光束の輪郭が不明確になることが避けられて、射出する
光束のほとんど全てを照明対象範囲内に導くことができ
る。

【００６９】各主鏡に光源からの光を反射する領域を射
出領域以外にも設け、各副鏡が射出領域以外の領域で反
射された光を垂直に反射するようにした構成では、主鏡
を対称な形状とすることができて、主鏡の作製が容易に
なる。

【００７０】本発明の投射型表示装置では、Ｆ値の大き
い光束を射出する照明装置の特徴が生かされて、投射光
学系として大きな口径のものを備える必要がない。すな
わち、小型、軽量かつ低コストでありながら、明るい画
像を提供することが可能な投射型表示装置となる。

【００７１】２つのレンズアレイを備えるとともに、第
１のレンズアレイを２分割して、各主鏡から射出された
光束の光路上に配置した構成では、２つのレンズアレイ
のインテグレータとしての機能により、明るさにむらの
ない画像を提供することが可能である上、光源から第２
のレンズアレイまでの光路を短くすることができて、装
置全体を小型化することが可能である。２つの光源の一
方のみを発光させる場合でも、表示する画像の明るさに
むらは生じない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の照明装置の断面を示す図。

【図２】 第２の実施形態の照明装置の断面を示す図。

【図３】 第３の実施形態の照明装置の断面を示す図。

【図４】 第４の実施形態の照明装置の断面を示す図。

【図５】 各実施形態の照明装置の各主鏡から射出され
る光束の断面、および照明装置から射出される光束全体
の断面を示す図。

【図６】 第５の実施形態の投射型表示装置の概略構成
を示す図。

【図７】 第６の実施形態の投射型表示装置の概略構成
を示す図。

【図８】 第７の実施形態の投射型表示装置の概略構成
を示す図。

【符号の説明】

１、２、３、４ 照明装置 １１、２１、３１、４１ ランプ（第１の光源） １２、２２、３２、４２ ランプ（第２の光源） １３、３３ 放物面鏡（第１の主鏡） １３ａ、３３ａ 射出領域 １４、３４ 放物面鏡（第２の主鏡） １４ａ、３４ａ 射出領域 ２３、４３ 楕円面鏡（第１の主鏡） ２３ａ、４３ａ 射出領域 ２４、４４ 楕円面鏡（第２の主鏡） ２４ａ、４４ａ 射出領域 １５ 平面鏡（第１の副鏡） １６ 平面鏡（第２の副鏡） ２５、３５、４５ 球面鏡（第１の副鏡） ２６、３６、４６ 球面鏡（第２の副鏡） １７、２７、３７、４７ 平面鏡（接合部） ５、６、７ 投射型表示装置 ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂ 液晶バルブ（ライトバルブ） ５２ 投射レンズ（投射光学系） ５３Ｒ、５３Ｂ ダイクロイック平面鏡 ５４ ダイクロイックプリズム ５５、５５ａ、５５ｂ 第１のレンズアレイ ５６ 第２のレンズアレイ ５７ 重畳レンズ ５８ ＩＲ／ＵＶカットフィルター ５９ａ、５９ｂ、５９ｃ 平面鏡 ６０ａ、６０ｂ リレーレンズ ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ フィールドレンズ ６５ａ、６５ｂ 第１のレンズアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ Ｆターム(参考） 2H088 EA15 HA12 HA18 HA20 HA21 HA23 HA25 HA28 MA04 2H091 FA05X FA08X FA08Z FA14X FA14Z FA17Z FA29Z FA41Z FD05 FD13 FD22 LA18 MA07 5C058 AB06 BA05 BA06 EA12 EA13 EA26 EA51

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光源と、 第１の光源からの光を反射して第１の形状の断面をもつ
   光束として射出する射出領域を有する第１の主鏡と、 第１の主鏡の射出領域に入射しなかった第１の光源から
   の光を反射して、第１の光源の方向から第１の主鏡の射
   出領域に入射させる第１の副鏡と、 第２の光源と、 第２の光源からの光を反射して第２の形状の断面をもつ
   光束として射出する射出領域を有する第２の主鏡と、 第２の主鏡の射出領域に入射しなかった第２の光源から
   の光を反射して、第２の光源の方向から第２の主鏡の射
   出領域に入射させる第２の副鏡と、 第１の主鏡から射出された光束と第２の主鏡から射出さ
   れた光束を接し合わせて１本の光束とする接合部とを備
   えることを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 第１の主鏡は第１の光源からの光を反射
   する領域を射出領域以外に有し、 第１の副鏡は、第１の主鏡の射出領域以外の領域で反射
   された第１の光源からの光を、垂直に反射して第１の主
   鏡の射出領域以外の領域に再入射させることにより、第
   １の光源の方向から第１の主鏡の射出領域に入射させ、 第２の主鏡は第２の光源からの光を反射する領域を射出
   領域以外に有し、 第２の副鏡は、第２の主鏡の射出領域以外の領域で反射
   された第２の光源からの光を、垂直に反射して第２の主
   鏡の射出領域以外の領域に再入射させることにより、第
   ２の光源の方向から第２の主鏡の射出領域に入射させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の照明装置と、 照明装置からの光束を変調するライトバルブと、 ライトバルブによって変調された光束を投射して結像さ
   せる投射光学系とを備えることを特徴とする投射型表示
   装置。
4. 【請求項４】 照明装置からの光束を分割して、複数の
   収束光束とする第１のレンズアレイと、 第１のレンズアレイからの複数の光束の収束位置の近傍
   に配置され、各光束をライトバルブの全面に導く第２の
   レンズアレイを備え、 第１のレンズアレイが２分割されて、第１の主鏡から射
   出された光束の接合部までの光路上と第２の主鏡から射
   出された光束の接合部までの光路上とに配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。