JP2002277820A - 照明光学系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置 - Google Patents

照明光学系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置

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JP2002277820A
JP2002277820A JP2001083432A JP2001083432A JP2002277820A JP 2002277820 A JP2002277820 A JP 2002277820A JP 2001083432 A JP2001083432 A JP 2001083432A JP 2001083432 A JP2001083432 A JP 2001083432A JP 2002277820 A JP2002277820 A JP 2002277820A
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color wheel
reflector
color
illumination
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Kazuya Yoneyama
一也 米山
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Fujinon Corp
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Fuji Photo Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 カラーホイールの配設角度または配設位置を
規定することにより、照明光がカラーホイールで反射さ
れて発光管に戻る戻り光の低減を図り、この戻り光によ
る発光管の劣化を緩和もしくは回避し得る照明光学系お
よびこれを用いた投写型カラー画像表示装置を得る。 【構成】 放物面リフレクタ１２の焦点近傍に発光管１
１が配された光源部１からの照明光を、コンデンサレン
ズ３、コンデンサレンズ３の焦点近傍に配されたカラー
ホイール２、ロッドインテグレータ１５よりなるインテ
グレータ部５、リレーレンズ１６、および全反射プリズ
ム１７を介して、ＤＭＤ素子よりなる画像表示素子９に
導く。カラーホイール２は透過型で、カラーホイール２
において反射された照明光がリフレクタ１２で再反射さ
れ発光管１１に戻されることがない程度に、光軸に直交
する位置から傾斜されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示素子によ
り照明光を光変調し、それを拡大投映する投写型画像表
示装置の照明光学系に関し、特に色分解手段としてカラ
ーホイールを備えた照明光学系およびこれを用いた投写
型カラー画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、投写型カラー画像表示装置の照明
光学系において、色分解手段としてカラーホイール装置
を備えたものが知られてきている。カラーホイール装置
は従来の３板式の色分解光学系に比べ軽量小型で、コス
ト的にも優れた色分解手段である。
【０００３】図６は一般的なカラーホイール装置の例で
ある。図示されるようにカラーホイール装置２０は、ガ
ラス製の円板状のカラーホイール本体２０ａに、その円
周角を略３等分するように中心から扇形状に３つの領域
３７、３９、４１が設けられている。各々の領域には、
３原色光のうち各々１色の光束のみを反射または透過す
るダイクロイック膜が形成されている。そしてこの円板
を、中心部にモータの軸部４３ａを固定しモータの回転
を伝達して回転させ、周辺部の所定位置に照明光を入射
させることにより、照明光は３つの領域３７、３９、４
１に順に入射されることになり、時分割で各色光成分に
分解される。
【０００４】例えば透過型カラーホイールの場合、照明
光はカラーホイールを透過することにより時分割され、
３原色のうち１色の光束が順に出射される。すなわち、
照明光の可視光成分のうち約３分の１が常時有効な光束
としてカラーホイールを透過し、後段の画像表示素子に
向かい、残りの約３分の２の光は常時反射されて光源方
向に戻る。
【０００５】なお、スクリーン上にはこの時分割された
各色光成分による画像が時系列的に投映されるが、人の
視認速度より十分早い変化速度とすることにより、カラ
ー画像として認識され得る。したがってこの装置を用い
た場合、スクリーン上でカラー画像として認識されるた
めに、後段の画像表示素子は応答速度の速いものが望ま
れる。このような画像表示素子としては例えば、デジタ
ルマイクロミラー素子や、反射型液晶表示素子の一種で
ある強誘電性液晶（felloelectric liquid crystal）表
示素子が好適である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなカラーホイ
ールを用いた照明光学系において、発光管の寿命が著し
く短くなるという問題が生じている。この原因はカラー
ホイールからの反射光にある。上述したとおり透過型カ
ラーホイールでは、可視光成分のうち約３分の２の光が
常時反射されて光源方向に戻ることになり、このように
多くの反射光が光源部の発光管に戻ってしまうと、発光
管内部が熱せられ内部の電極等の劣化が促進されてしま
うのである。
【０００７】カラーホイールによる反射光が発光管に戻
る様子を図７に示す。図示するとおり、光源部１におい
て、放物面リフレクタ１２の焦点近傍に配された発光管
(発光点１１として示されている)から出射された照明光
は、放物面リフレクタ１２により光軸前方に略平行光と
して反射される。この照明光の光線のうち図７において
光軸から下半分について、光軸に近い方から順に光線Ａ
〜Ｇの符号を付している。光源部１より出射された照明
光は、通常、コンデンサレンズ３で収束され、照明光の
光束径が最も小さくなる位置に光軸に対して垂直にカラ
ーホイール２が挿入される。
【０００８】ここでこのカラーホイール２を透過型とし
た場合、照明光のうち１つの原色に相当する約３分の１
の光が常時有効な光束としてカラーホイール２のダイク
ロイック膜を透過するが、残り２つの原色に相当する約
３分の２の光はカラーホイール２のダイクロイック膜に
より常時反射される。すなわち、光線Ａ〜Ｇの照明光は
その約３分の２の光量が光源部側に戻るように反射され
る。なお、図７においてカラーホイール２を透過する照
明光については図示を省略している。
【０００９】図７において、この反射光の大半の光線
（光線Ａ〜Ｆ）が、リフレクタ１２に再入射し光源の発
光点１１（リフレクタ焦点位置）の付近に集光されるこ
とが示されている。光線Ａ〜Ｆのようにカラーホイール
２で反射されリフレクタ１２で再反射されて発光点１１
付近まで戻る光(以下、このような光を戻り光と称する)
が、このように多くなってしまうことにより、発光管の
温度が上昇してしまう。なお、最周辺の光線Ｇは、カラ
ーホイール２で反射されたのちコンデンサレンズ３の枠
当たりによって光路を遮断され、発光点１１付近には戻
らない。これはコンデンサレンズ３の球面収差が原因で
ある。
【００１０】また、このように戻り光として問題となる
光は上述したカラーホイールで透過されない可視光だけ
ではなく、これに加え紫外光や赤外光も同様にカラーホ
イールで反射されて戻り光となる。これらの光も発光点
１１付近に集光された場合には発光管の温度上昇を招い
てしまい問題となる。
【００１１】なお、特開2000−305172号公報には、紫外
光や赤外光が光源に戻らないようにするために、光源か
ら画像表示素子までの光路中に配設されるレンズの曲面
に紫外光や赤外光を反射する処理を施した投写型表示装
置が開示されている。しかしながら、曲面に紫外光や赤
外光を反射させるようなコート処理を施すことは難し
く、これにより良好な反射特性を得るのは一般的に困難
である。また、色分解手段としてカラーホイールを用い
る場合には、上述したように、紫外光や赤外光に加え可
視光までもが戻り光となるため、紫外光と赤外光の戻り
光の低減のみを図る上記従来例ではその対策が充分では
ない。
【００１２】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、カラーホイールを用いた場合に戻り光による発光
管の劣化を緩和もしくは回避するために、原因となる戻
り光の低減を図り得る照明光学系およびこれを用いた投
写型カラー画像表示装置を提供することを目的とするも
のである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の照明光学系は、
発光体から出射された照明光を光軸前方に反射するリフ
レクタと、このリフレクタからの照明光を各色光成分に
分解するカラーホイールとを備えた照明光学系におい
て、該カラーホイールが光軸に対し所定の角度を有する
ように配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】また、放物面鏡からなる前記リフレクタの
焦点近傍に前記発光体が配され、該リフレクタからの前
記照明光を収束させるコンデンサレンズが配され、この
コンデンサレンズの焦点位置近傍に前記カラーホイール
が配置されていることが好ましい。
【００１５】また、楕円面鏡からなる前記リフレクタの
第１焦点近傍に前記発光体が配され、該リフレクタの第
２焦点近傍に前記カラーホイールが配置されていること
も好ましい。
【００１６】また、本発明の照明光学系は、放物面鏡か
らなるリフレクタの焦点近傍に発光体が配された光源部
と、コンデンサレンズと、該光源部からの照明光を各色
光成分に分解するカラーホイールとを備えた照明光学系
において、該カラーホイールが、該コンデンサレンズの
焦点位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、光
軸に沿って所定距離だけ離れて配置されていることを特
徴とするものである。
【００１７】また、本発明の照明光学系は、楕円面鏡か
らなるリフレクタの第１焦点近傍に発光体が配された光
源部と、該光源部からの照明光を各色光成分に分解する
カラーホイールとを備えた照明光学系において、該カラ
ーホイールが、該リフレクタの第２焦点位置より光源部
方向または光源部と逆の方向に、光軸に沿って所定距離
だけ離れて配置されていることを特徴とするものであ
る。
【００１８】なお、前記カラーホイールの少なくとも一
方の面に赤外光反射コートが形成されていることや、前
記カラーホイールの少なくとも一方の面に紫外光反射コ
ートが形成されていることがより好ましい。
【００１９】本発明の投写型カラー画像表示装置は、上
記照明光学系より出射される照明光を、画像表示素子に
おいて光変調させるように構成されたものである。な
お、前記画像表示素子は強誘電体液晶表示素子とされて
いるか、またはデジタルマイクロミラー素子とされてい
ることが好ましい。
【００２０】また、前記カラーホイールにおいて各色光
成分に分解された前記照明光のうち、該カラーホイール
において透過された色光成分の該照明光が、前記画像表
示素子に導光されるよう構成されることがより好まし
い。
【００２１】なお、上記「該カラーホイールが光軸に対
し所定の角度を有するように配置されている」とは、該
カラーホイールにおいて反射された前記照明光が、前記
リフレクタで再反射され前記光源部の前記発光体に戻さ
れることがない程度に、該カラーホイールが光軸に直交
する位置から傾斜されていることを意味している。ま
た、上記「該カラーホイールが、該コンデンサレンズの
焦点位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、光
軸に沿って所定距離だけ離れて配置されている」およ
び、上記「該カラーホイールが、該リフレクタの第２焦
点位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、光軸
に沿って所定距離だけ離れて配置されている」とは、該
カラーホイールにおいて反射された前記照明光が、前記
リフレクタで再反射され前記光源部の前記発光体に戻さ
れることがない程度に、光軸に略直交する該カラーホイ
ールが、該コンデンサレンズの焦点位置または楕円面鏡
からなる該リフレクタの第２焦点位置より光源部方向ま
たは光源部と逆の方向に、光軸に沿って所定距離だけ離
れて配置されていることを意味している。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる照明光学系
およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置の実施形
態について図面を参照しつつ説明する。図１は、後述す
る実施例１の投写型カラー画像表示装置の構成を示す図
であり、本発明にかかる第１の実施形態の構成による照
明光学系を用いている。
【００２３】この装置は、放物面リフレクタ１２の焦点
近傍に発光管１１が配された光源部１からの照明光を、
コンデンサレンズ３と、このコンデンサレンズの焦点近
傍に配され光源部１からの照明光を各色光成分に分解す
るカラーホイール２とを介して画像表示素子９に導く照
明光学系を備えた投写型カラー画像表示装置であり、こ
の画像表示素子９において照明光を光変調させ、投映レ
ンズ（図示せず）により投映する。なお、光源部１と画
像表示素子９との間にはこのほかにインテグレータ部
５、リレーレンズ１６、および全反射プリズム１７が配
されている。
【００２４】この照明光学系においてカラーホイール２
は図示されるように透過型のものであり、光軸に対し所
定の角度を有するように配置されている。すなわち、カ
ラーホイール２において反射された光源部１からの照明
光が、リフレクタ１２で再反射され光源部１の発光管１
１に戻されることがない程度に、カラーホイール２が、
光軸に直交する位置から傾斜されている。
【００２５】カラーホイール２をこのように傾斜させて
配置する意義について、図２を用いて説明する。図２は
本実施形態にかかる照明光学系の光源部１からカラーホ
イール２までを拡大した図であり、（ａ）のカラーホイ
ール２は光軸に直交する位置から５度傾斜されている。
すなわち、前述した図７の状態から、カラーホイール２
の光軸上の位置は変えずに、５度だけ回転させたもので
ある。
【００２６】光源部１において、放物面リフレクタ１２
の焦点近傍に配された発光管(発光点１１として示され
ている)から出射された照明光は、放物面リフレクタ１
２により光軸前方に略平行光として反射される。そして
光源部１より出射された照明光はコンデンサレンズ３に
より収束され、これにより照明光束径が最も小さくなる
位置にカラーホイール２が挿入されている。この図２な
らびに以下の図３および図４においても、前述した図７
と同様に、リフレクタ開口から射出される光のうち、光
軸より下半分について光線を追跡し、光軸に近い方から
順に光線Ａ〜Ｇの符号を付し、また同様に、カラーホイ
ール２を透過する照明光については図示を省略してい
る。
【００２７】図２(ａ)に示されるように、カラーホイー
ル２を光軸に直交する位置から傾斜させることにより、
カラーホイール２で反射されリフレクタ１２で再反射さ
れて発光点１１付近まで戻る光は明らかに図７の状態に
比べて低減される。すなわち、図７においては光線Ａ〜
Ｆが戻り光となっていたのに対し、図２(ａ)においては
光線Ａ〜Ｃが戻り光となっているのみである。したがっ
て、発光管１１の温度上昇は少なくなり、発光管内部の
電極等の劣化を抑制することができる。
【００２８】図２(ｂ)はカラーホイール２を更に傾け、
光軸に直交する位置から25度傾斜させた場合を示してい
る。この場合も、カラーホイール２は光軸上ではコンデ
ンサレンズ３の焦点近傍に配されている。このようにカ
ラーホイール２の傾斜角度を大きくした場合には、カラ
ーホイール２で反射されリフレクタへ戻る光は全く無く
なるので、戻り光による発光管の発熱は生じない。カラ
ーホイール２での反射光が全てリフレクタから外れるよ
うにするためには、コンデンサレンズ３からカラーホイ
ール２へ出射される最外周光線が光軸と成す角をα度と
して、カラーホイール２を光軸に直交する位置から少な
くともα度傾斜するように配置すればよい。
【００２９】なお、本実施形態のように、放物面鏡のリ
フレクタを用いカラーホイール２を光軸に対し所定の角
度だけ傾斜させる場合には、コンデンサレンズ３は必須
ではない。コンデンサレンズ３はカラーホイール２の小
型化を図るためのものであり、コンデンサレンズ３によ
り収束された照明光の光束径が最小となる位置(コンデ
ンサレンズ３の焦点位置)近傍にカラーホイール２を配
置することが一般的となっている。しかし、コンデンサ
レンズ３を配置せずカラーホイール２に光源部１から平
行光が入射されるような構成であっても、カラーホイー
ル２を傾けて配置することで戻り光が低減されるという
作用およびその効果は、上述した場合と同様である。
【００３０】また、カラーホイール２には少なくとも一
方の面に赤外光反射コートが形成されていることが好ま
しい。さらに、このカラーホイール２の少なくとも一方
の面に紫外光反射コートが形成されていることが好まし
い。
【００３１】前述したように色分解手段としてカラーホ
イールを用いる場合には可視光も戻り光となりこの量が
多いため、この可視光の戻り光を低減することが重要で
あるが、カラーホイール２には赤外光や紫外光も入射さ
れ得る。本実施形態の照明光学系において、カラーホイ
ール２に赤外光や紫外光を反射するコートを形成するこ
とにより、これらの光がカラーホイール２を透過するこ
とを防止するとともに、カラーホイール２が光軸に対し
傾斜されているためにこれらの光は発光管付近に戻るこ
となくリフレクタから外れるように反射され得る。した
がって、これらの赤外光や紫外光の戻り光による発光管
の温度上昇を抑制することができる。また、カラーホイ
ール２のような平面にコートを形成する方が、曲面にコ
ートを形成するよりも容易で、良好な反射特性を得るこ
とができる。
【００３２】次に本発明にかかる照明光学系の第２の実
施形態について、図３の、照明光学系の光源部１からカ
ラーホイール２までの拡大図を用いて説明する。本実施
形態による照明光学系も、第１の実施形態による照明光
学系と同様に投写型カラー画像表示装置に適用すること
ができる。この照明光学系の光源部１は第１の実施形態
と同様で、放物面鏡からなるリフレクタ１２の焦点近傍
に発光管（発光点１１として示されている）が配されて
いる。また同様に、この光源部１からの照明光はコンデ
ンサレンズ３により収束される。
【００３３】本実施形態においてカラーホイール２は光
軸に略直交するように配され、コンデンサレンズ３の焦
点位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、光軸
に沿って所定距離だけ離れて配置されている。すなわ
ち、カラーホイール２において反射された照明光が、リ
フレクタ１２で再反射され光源部１の発光管１１に戻さ
れることがない程度に、コンデンサレンズ３の焦点位置
より光源部方向または光源部と逆の方向に、光軸に沿っ
て所定距離だけ離れて配置されている。図３（ａ）はカ
ラーホイール２がコンデンサレンズ３の焦点位置より光
源部方向に距離Ｌだけ離れて配置されている状態を示す
ものであり、図３（ｂ）はカラーホイール２がコンデン
サレンズ３の焦点位置より光源部と逆の方向に距離Ｍだ
け離れて配置されている状態を示すものである。図３
（ａ）および（ｂ）において、点線により、仮想的にコ
ンデンサレンズ３の焦点位置にカラーホイール２が配さ
れた状態を示している。
【００３４】このようにカラーホイール２の光軸上の位
置をコンデンサレンズ３の焦点位置から離した場合に
も、発光点１１への戻り光を低減することができる。図
３（ａ）に示されるとおり、カラーホイール２が光源部
方向に配置されている場合には、光線追跡された光線Ａ
〜Ｇはカラーホイール２で反射されたのち全てリフレク
タ１２で再反射されるが、全てが戻り光として発光点１
１の位置に集光されるわけではない。図示されるよう
に、発光点１１の位置では光線がまばらになっており、
これによる発熱は図７の状態よりも抑えられる。また、
図３（ｂ）に示されるとおり、カラーホイール２が光源
部と逆の方向に配置されている場合には、光線Ａ〜Ｇの
うち周辺部の光線は、光線Ｆ、Ｇのようにカラーホイー
ル２で反射されたのちコンデンサレンズ３の鏡胴にて蹴
られてしまいリフレクタ１２には到達しない。したがっ
て、発光点位置での発熱は図７の状態よりも抑えられ
る。
【００３５】ただし、本実施形態においては、カラーホ
イール２の位置がコンデンサレンズ３の焦点位置から離
れているので、カラーホイール２の位置はコンデンサレ
ンズ３により収束された照明光の光束径が最小となる位
置ではない。したがって、本実施形態の場合、距離Ｌ、
Ｍを大きくしすぎると第１の実施形態に比べカラーホイ
ール２のサイズが大きくなることがある。
【００３６】なお、本実施形態においてもカラーホイー
ル２の少なくとも一方の面に赤外光反射コートが形成さ
れていることや、少なくとも一方の面に紫外光反射コー
トが形成されていることが好ましい。これにより、これ
らの光がカラーホイール２を透過することを防止すると
ともに、発光管付近への戻り光も低減されるので発光管
１１の発熱は抑制され得る。
【００３７】次に本発明にかかる照明光学系の第３の実
施形態について、図４の、照明光学系の光源部１からカ
ラーホイール２までの拡大図を用いて説明する。本実施
形態による照明光学系も、第１の実施形態による照明光
学系と同様に投写型カラー画像表示装置に適用すること
ができる。
【００３８】本実施形態において、光源部１は楕円面鏡
からなるリフレクタ１４の第１焦点近傍に発光管（発光
点１１として示されている）が配されたものである。そ
して、このカラーホイール２は、光軸上はリフレクタ１
４の第２焦点近傍に配され、かつ、光軸に対し所定の角
度を有するように配置されている。すなわちこのカラー
ホイール２は、カラーホイール２において反射された照
明光が、リフレクタ１４で再反射され光源部１の発光体
１１に戻されることがない程度に、光軸に直交する位置
から傾斜されている。
【００３９】本実施形態は、カラーホイール２を傾けて
配置するという点で第１の実施例と共通しているが、本
実施形態においては、楕円面鏡からなるリフレクタ１４
を用いているので、リフレクタ１４の第２焦点位置に照
明光を収束させることができる。したがって、第１の実
施形態のように照明光を収束させるためにコンデンサレ
ンズ３を配置する必要がなく、部材を低減しつつ照明光
の光束径が最小となる位置近傍にカラーホイール２を配
置することができる。
【００４０】本実施形態においても第１の実施形態と同
様に、カラーホイール２を傾ける角度に応じて発光管１
１への戻り光を低減したり、あるいはカラーホイール２
で反射された光がリフレクタへ全く戻らないように構成
することができるので、戻り光による発光管１１の発熱
は低減あるいは解消され得る。なお、第１の実施形態と
同様に、カラーホイール２での反射光が全てリフレクタ
から外れるようにするためには、リフレクタ１４からカ
ラーホイール２へ出射される最外周光線が光軸と成す角
をβ度として、カラーホイール２を光軸に直交する位置
から少なくともβ度傾斜するように配置すればよい。
【００４１】また、本実施形態においてもカラーホイー
ル２の少なくとも一方の面に赤外光反射コートが形成さ
れていることや、少なくとも一方の面に紫外光反射コー
トが形成されていることが好ましい。これにより、これ
らの光がカラーホイール２を透過することを防止すると
ともに、これらの光はカラーホイール２が光軸に対し傾
斜されているために発光管付近に戻ることなくリフレク
タから外れるように反射され得る。したがって、これら
の赤外光や紫外光の戻り光による発光管１１の温度上昇
を抑制することができる。
【００４２】次に本発明にかかる照明光学系の第４の実
施形態について説明する。本実施形態に係る照明光学系
は、楕円面鏡からなるリフレクタの第１焦点近傍に発光
管が配された光源部と、該光源部からの照明光を各色光
成分に分解するカラーホイールとを備えた照明光学系に
おいて、該カラーホイールが、該リフレクタの第２焦点
位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、光軸に
沿って所定距離だけ離れて配置されているものである。
このカラーホイールは、光軸に略直交して配され、該カ
ラーホイールにおいて反射された前記照明光が、前記リ
フレクタで再反射され前記光源部の前記発光体に戻され
ることがない程度に、楕円面鏡からなるリフレクタの第
２焦点位置より光源部方向または光源部と逆の方向に、
光軸に沿って所定距離だけ離れて配置されている。
【００４３】すなわち本実施形態にかかる照明光学系
は、図４の光源部１の後段に、図３（ａ）または（ｂ）
のようにカラーホイール２が配置されたものということ
ができる。本実施形態にかかる照明光学系は、第３の実
施形態にかかる照明光学系と同様に楕円面鏡からなるリ
フレクタを用いているので、リフレクタの第２焦点位置
に照明光を収束させることができる。したがって、第２
の実施形態のようにコンデンサレンズ３を配置する必要
がなく部材を低減することができる。
【００４４】また、本実施形態にかかる照明光学系は第
２の実施形態にかかる照明光学系と同様に、カラーホイ
ールがリフレクタの第２焦点位置より光源部方向に配置
されている場合にも、カラーホイールがリフレクタの第
２焦点位置より光源部と逆の方向に配置されている場合
にも、発光点への戻り光を低減することができる。した
がって、発光点位置での発熱は図７の状態よりも抑えら
れる。
【００４５】なお、本実施形態においてもカラーホイー
ルの少なくとも一方の面に赤外光反射コートが形成され
ていることや、少なくとも一方の面に紫外光反射コート
が形成されていることが好ましい。これにより、これら
の光がカラーホイールを透過することを防止するととも
に、発光管付近への戻り光も低減されるので発光管の発
熱は抑制され得る。
【００４６】以上説明した第１〜第４の実施形態にかか
る照明光学系は、いずれも戻り光の低減効果を有し、投
写型カラー画像表示装置の照明光学系として有用であ
る。いずれの構成による照明光学系を採用することが最
良であるかは、装置設計の自由度等により個々の場合に
応じて実験等により決定されるべきである。
【００４７】また、このような戻り光による発光管の温
度上昇を抑制するために、リフレクタや発光管を冷却す
るという方法も一般に採用されている。例えば、図１に
示す装置には光源部１の発光管１１近傍に冷却部１３が
設けられている。冷却部１３の位置は図１に示す位置に
限られるものではないが、このように光源部１に冷却部
１３が設けられている場合には、カラーホイール２によ
り反射された光が必ずしも全てがリフレクタ外に反射さ
れるように構成されていなくても発光管１１の温度上昇
を抑制することが可能であり、例えば、カラーホイール
２による反射光がリフレクタ１２、１４によりこの冷却
部付近に反射されるように構成されていてもよい。
【００４８】
【実施例】以下、本発明の各実施例について説明する。
各実施例において同様の部材には同一の符号を付してい
る。 ＜実施例１＞図１は、上述したとおり、本実施例にかか
る投写型カラー画像表示装置の構成を示す図である。こ
の装置の構成についてさらに詳しく説明する。
【００４９】非偏光な光を出射する発光管１１からの光
束は、放物面リフレクタ１２により光軸前方に略平行光
として光源部１から出射される。なお、光源部１には、
カラーホイール２からの戻り光による発光管１１の温度
上昇を抑制するために、発光管１１の近傍に冷却部１３
が配されている。照明光は図中左方向から右方向へ進行
し、コンデンサレンズ３により収束される。コンデンサ
レンズ３の焦点近傍の、照明光の光束径が最小となる位
置近傍に色分解手段として透過型カラーホイール２が配
されている。
【００５０】このカラーホイールは、上述した第１の実
施形態のように、カラーホイール２において反射された
光源部１からの照明光が、リフレクタ１２で再反射され
光源部１の発光管１１に戻されることがない程度に、カ
ラーホイール２が光軸に直交する位置から傾斜されてい
る。これにより、カラーホイール２で反射されリフレク
タ１２で再反射されて発光管１１付近まで戻る光は明ら
かに低減される。したがって、発光管１１の温度上昇は
少なくなり、発光管内部の電極等の劣化を抑制すること
ができる。また、カラーホイール２には光源部側の面に
赤外光反射コートおよび紫外光反射コートが形成されて
いる。
【００５１】カラーホイール２を出射した照明光は、ロ
ッドインテグレータ１５よりなるインテグレータ部５に
入射される。インテグレータ部５は光軸と垂直な断面内
での照明光の強度分布を均一化するものである。ロッド
インテグレータ１５は、入射光が内部で複数回反射され
て出射されることにより出射光の強度分布が均一化され
るもので、通常、図１のように入射光の光束径が小さい
位置に配される。ロッドインテグレータ１５より出射さ
れた照明光はリレーレンズ１６および全反射プリズム１
７を介し画像表示素子９に照射される。本実施例におい
て画像表示素子９はデジタルマイクロミラー素子（以
下、ＤＭＤ素子と称する）とされている。そして、画像
情報に基づきこのＤＭＤ素子により投映レンズ（図示さ
れていない）の方向に反射された照明光により、スクリ
ーン上にカラー画像が投影される。
【００５２】なおＤＭＤ素子は、基板上に微少な鏡を格
子状に並べた素子である。１つ１つの鏡は個々の画素に
相当し、各々対角線を中心に±10度の角度に傾くように
なっており、画像情報によりこの傾きを切り換えて、照
射した光を投映レンズの方向に反射するかしないかを制
御するものである。その特徴として高輝度で、また切り
換え時間が非常に高速であるため、本発明のように色分
解手段としてカラーホイールを用いた装置の、画像表示
素子として用いることができる。
【００５３】なお、本実施例の装置は、光源部１の構成
およびカラーホイール１の配置が上記第１の実施形態と
して説明したとおりとなっているが、同様の装置におい
て、カラーホイール１の配置を上記第２の実施形態とし
て説明したものに替えることも可能である。また、同様
の装置において、光源部１のリフレクタを楕円面鏡と
し、コンデンサレンズ３を除去して、カラーホイール１
の配置を上記第３または第４の実施形態として説明した
ものに替えることも可能である。
【００５４】＜実施例２＞本実施例にかかる照明光学系
を用いた投写型カラー画像表示装置の構成を図５に示
す。
【００５５】実施例１と同様の光源部１より出射された
略平行光の照明光は、アフォーカル部４に入射される。
アフォーカル部４はアフォーカル前群レンズ（本実施例
においてはコンデンサレンズ３がこれに相当する）およ
びアフォーカル後群レンズ１８が略アフォーカル系を構
成し、その光束径が最小となるアフォーカル部４中間位
置の、コンデンサレンズ３の焦点近傍に色分解手段とし
て透過型カラーホイール２が配されている。このアフォ
ーカル部４は、平行光が出射される光源部１と、後段
の、平行光が入射されることが望ましいフライアイイン
テグレータ１９ａ、１９ｂとの間に配され、照明光の光
束径をカラーホイール２に適するよう小さくするととも
に、フライアイインテグレータ１９ａ、１９ｂに向けて
平行光を出射する作用を担っている。なお、アフォーカ
ル部４を出射した照明光はリフレクタ１２の開口出射時
とほぼ同じ程度の光束径となっている。
【００５６】アフォーカル部４を出射後、照明光はイン
テグレータ部５に入射される。インテグレータ部５は光
軸と垂直な断面内での照明光の強度分布を均一化するも
ので、２枚の光軸方向に配列されたフライアイ１９ａ、
１９ｂよりなる、フライアイインテグレータからなる。
フライアイ１９ａ、１９ｂは各々が、複数のレンズが二
次元的に配列されて構成されている。略平行光とされて
光源部側フライアイ１９ａに入射した照明光は、このフ
ライアイ１９ａの各セルにより部分光束に分割される。
画像表示素子側フライアイ１９ｂは光源部側フライアイ
１９ａの分割数に応じた複数の２次光源像が生成される
位置近傍に配され、この各部分光束を各々被照明領域方
向に射出する。
【００５７】このインテグレータ部５の後段に、照明光
を一方向に振動する直線偏光に変換するための偏光変換
手段として、入射される非偏光な照明光を互いに直交す
る偏光成分を有する第１偏光および第２偏光に分離する
ビームスプリッタと、このビームスプリッタにより分離
されたいずれか一方の偏光を反射するミラーと、いずれ
か一方の偏光を他の偏光と同じ偏光方向の光に揃えるた
めの位相板とからなり、非偏光な照明光をいずれか一方
の偏光成分のみの光として出射する偏光変換素子６が配
されている。
【００５８】この偏光変換素子６は画像表示素子側フラ
イアイ１９ｂの出射直後に配置されている。この位置は
フライアイ１９ａの分割数に応じた複数の２次光源像が
生成される位置近傍であり、その各々について偏光変換
素子６の位相板が対応している。この２次光源像は、光
源部側フライアイ１９ａのセルにより部分光束に分割さ
れて結像されているので、各々の２次光源のＦ値は大き
い（すなわち光束の角度分布が狭い）。したがってフラ
イアイインテグレータ１９ａ、１９ｂおよび偏光変換素
子６がこのように配置されていることにより、照明光を
効率よく、いずれか一方の偏光成分のみの光として変換
することができる。なお、本実施例では偏光変換素子６
を出射した光束は全て後段の偏光ビームスプリッタ８の
内部の偏光分離膜に対してＰ偏光となるよう構成されて
いる。偏光変換素子６から出射された各部分光束は、重
畳レンズ７により被照明領域で重畳されるよう収束さ
れ、偏光ビームスプリッタ８に入射される。
【００５９】そして、照明光は偏光ビームスプリッタ８
内部の偏光分離膜を透過して画像表示素子９に照射され
る。本実施例において画像表示素子９は強誘電体液晶表
示素子（以下、ＦＬＣ素子と称する）とされている。Ｆ
ＬＣ素子に到達したＰ偏光の照明光は画素毎に光変調を
受けた後、再び偏光ビームスプリッタ８に入射し、投映
されるべき（Ｓ偏光に変調された）光束は内部の偏光分
離膜で反射されて投映レンズ（図示されていない）に向
けて出射され、スクリーン上にカラー画像が投影され
る。他方、遮断されるべき（Ｐ偏光のままの）光束は透
過されて照明光学系側に戻される。
【００６０】なお、ＦＬＣ素子は、液晶の旋光作用を利
用し、偏光方向によって画素のＯＮ状態とＯＦＦ状態を
区別する反射型液晶表示素子の一種であり、高解像度
化、高照度化といった一般的な反射型液晶表示素子とし
ての特徴の他に、「電圧印加に対する応答速度が速いこ
と」がその最大の特徴として挙げられる。従って本発明
のように色分解手段としてカラーホイールを用いた装置
の、画像表示素子として用いることができる。
【００６１】なお、本実施例の装置は、光源部１の構成
およびカラーホイール１の配置が上記第１の実施形態と
して説明したとおりとなっているが、同様の装置におい
て、カラーホイール１の配置を上記第２の実施形態とし
て説明したものに替えることも可能である。また、同様
の装置において、光源部１のリフレクタを楕円面鏡と
し、コンデンサレンズ３を除去して、カラーホイール１
の配置を上記第３または第４の実施形態として説明した
ものに替えることも可能である。
【００６２】なお、本発明の照明光学系およびこれを用
いた投写型カラー画像表示装置としては上述した実施例
のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。
【００６３】例えば、本発明の照明光学系において、カ
ラーホイールの光軸方向の位置および光軸に対する角度
を調節可能とし、発光体への戻り光の影響を測定しつつ
カラーホイールの最適な位置および角度を決定すること
ができるように構成されていてもよい。
【００６４】また、本発明の照明光学系において、カラ
ーホイールは上述した透過型のものに限られない。カラ
ーホイールとしては透過型のものだけでなく、３原色に
対応する３つの領域に各々３原色光のうち各々１色の光
束のみを反射するダイクロイック膜が形成された反射型
カラーホイールが知られている。このような反射型カラ
ーホイールを用いた照明光学系においても、カラーホイ
ールで反射された照明光のうちリフレクタに戻ってしま
う光がある場合には、透過型カラーホイールの戻り光と
同様の問題を生じてしまう。したがって、反射光がリフ
レクタに戻ることがないよう、反射型カラーホイールへ
の入射光の光軸に対しカラーホイールが所定量以上の傾
きを持って配設されていることが望ましい。
【００６５】また、本発明においてカラーホイールは、
各原色光を透過または反射させる領域が３等分されてい
るものに限られない。いずれかの領域が広いまたは狭い
ものや３原色以外の色光、例えば白色光や３原色のうち
の２色を混合した色光を透過または反射させるような領
域が形成されたものとされていてもよい。
【００６６】また、本発明の投写型カラー画像表示装置
において上記実施例では、インテグレータ部がロッドイ
ンテグレータで画像表示素子がＤＭＤ素子とされている
例、およびインテグレータ部がフライアイインテグレー
タで画像表示素子がＦＬＣ素子とされている例について
説明しているが、インテグレータ部の構成と画像表示素
子の組み合わせは任意である。すなわち、インテグレー
タ部がロッドインテグレータによるかフライアイインテ
グレータによるか、また、画像表示素子ＤＭＤ素子によ
るか、ＦＬＣ素子によるかについては実施例以外の組み
合わせとされていてもよい。ただし、画像表示素子によ
っては前段に偏光変換素子を入れることが好ましく、こ
の偏光変換素子の構成もインテグレータ部から射出され
る光束の状態により異なる。さらに、これらの組み合わ
せによってインテグレータ部から画像表示素子までのレ
ンズ系も異なってくる。したがって、これらの組み合わ
せは任意であるが装置全体としての整合性は必要であ
る。
【００６７】また、本発明の投写型カラー画像表示装置
において画像表示素子はＤＭＤ素子、ＦＬＣ素子に限ら
れず、従来の透過型および反射型の液晶表示素子等、こ
れら以外の画像表示素子を用いて構成されていてもよ
い。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
系およびこれを用いた投写型カラー画像表示装置によれ
ば、カラーホイールが、照明光の光束径が最小となる位
置近傍に光軸に対し所定の角度を有するように配置され
ているか、または、照明光の光束径が最小となる位置よ
り光軸に沿って所定距離だけ離れて光軸に略直交するよ
うに配置されていることにより、カラーホイールで反射
されて発光管に戻る戻り光の低減を図り得るので、この
戻り光による発光管の劣化を緩和もしくは回避すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１にかかる投写型カラー画像表示装置の
構成を示す図
【図２】本発明にかかる照明光学系の第１の実施形態を
説明する図
【図３】本発明にかかる照明光学系の第２の実施形態を
説明する図
【図４】本発明にかかる照明光学系の第３の実施形態を
説明する図
【図５】実施例２にかかる投写型カラー画像表示装置の
構成を示す図
【図６】カラーホイール装置の構成を示す図
【図７】戻り光について説明する図
【符号の説明】
１ 光源部 ２ 透過型カラーホイール ３ コンデンサレンズ ４ アフォーカル部 ５ インテグレータ部 ６ 偏光変換素子 ７ 重畳レンズ ８ 偏光ビームスプリッタ ９ 画像表示素子 １１ 発光管（発光点） １２ 放物面リフレクタ １３ 冷却部 １４ 楕円面リフレクタ １５ ロッドインテグレータ １６ リレーレンズ １７ 全反射プリズム １８ アフォーカル後群レンズ １９ａ 光源部側フライアイ １９ｂ 画像表示素子側フライアイ ２０ カラーホイール装置 ２０ａ カラーホイール本体 ３７、３９、４１ 扇形状領域 ４３ａ モータ軸部
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 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｆ 33/12 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｆターム(参考） 2H041 AA21 AB10 AC04 AZ02 AZ05 2H088 EA13 HA20 HA21 HA24 HA28 JA17 MA20 2H091 FA10Z FA14Z FA26X FA26Z FA41Z HA12 LA01 LA30 MA07 5C060 GA01 GA02 GB01 GB05 HC09 HC17 HC25 HD01 JA27

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光体から出射された照明光を光軸前方
    に反射するリフレクタと、このリフレクタからの照明光
    を各色光成分に分解するカラーホイールとを備えた照明
    光学系において、該カラーホイールが光軸に対し所定の
    角度を有するように配置されていることを特徴とする照
    明光学系。
  2. 【請求項２】 放物面鏡からなる前記リフレクタの焦点
    近傍に前記発光体が配され、該リフレクタからの前記照
    明光を収束させるコンデンサレンズが配され、このコン
    デンサレンズの焦点位置近傍に前記カラーホイールが配
    置されていることを特徴とする請求項１記載の照明光学
    系。
  3. 【請求項３】 楕円面鏡からなる前記リフレクタの第１
    焦点近傍に前記発光体が配され、該リフレクタの第２焦
    点近傍に前記カラーホイールが配置されていることを特
    徴とする請求項１記載の照明光学系。
  4. 【請求項４】 放物面鏡からなるリフレクタの焦点近傍
    に発光体が配された光源部と、コンデンサレンズと、該
    光源部からの照明光を各色光成分に分解するカラーホイ
    ールとを備えた照明光学系において、該カラーホイール
    が、該コンデンサレンズの焦点位置より光源部方向また
    は光源部と逆の方向に、光軸に沿って所定距離だけ離れ
    て配置されていることを特徴とする照明光学系。
  5. 【請求項５】 楕円面鏡からなるリフレクタの第１焦点
    近傍に発光体が配された光源部と、該光源部からの照明
    光を各色光成分に分解するカラーホイールとを備えた照
    明光学系において、該カラーホイールが、該リフレクタ
    の第２焦点位置より光源部方向または光源部と逆の方向
    に、光軸に沿って所定距離だけ離れて配置されているこ
    とを特徴とする照明光学系。
  6. 【請求項６】 前記カラーホイールの少なくとも一方の
    面に赤外光反射コートが形成されていることを特徴とす
    る請求項１〜５のうちいずれか１項記載の照明光学系。
  7. 【請求項７】 前記カラーホイールの少なくとも一方の
    面に紫外光反射コートが形成されていることを特徴とす
    る請求項１〜６のうちいずれか１項記載の照明光学系。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のうちいずれか１項記載の
    照明光学系より出射される照明光を、画像表示素子にお
    いて光変調させるように構成されたことを特徴とする投
    写型カラー画像表示装置。
  9. 【請求項９】 前記画像表示素子が強誘電体液晶表示素
    子とされていることを特徴とする請求項８記載の投写型
    カラー画像表示装置。
  10. 【請求項１０】 前記画像表示素子がデジタルマイクロ
    ミラー素子とされていることを特徴とする請求項８記載
    の投写型カラー画像表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記カラーホイールにおいて各色光成
    分に分解された前記照明光のうち、該カラーホイールに
    おいて透過された色光成分の該照明光が、前記画像表示
    素子に導光されるよう構成されたことを特徴とする請求
    項７〜１０のうちいずれか１項記載の投写型カラー画像
    表示装置。
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