JP2003295312A - 光照射装置及び投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率を向上させることができる時分
割色選択機能を持つ光照射装置及び投写画像の輝度を向
上できる投写型画像表示装置を提供する。 【解決手段】 光照射装置は、ランプ装置１から出射さ
れ、カラーホイール２を透過し、ライトパイプ４で断面
照度分布が均一化された光Ｌ_５を照射する。ランプ装置
１及びカラーホイール２は、ランプ装置１の焦点Ｐ_１が
回転するカラーホイール２上に位置するように、配置さ
れる。集光リレーレンズ５により、ランプ装置１の焦点
Ｐ_１とライトパイプ４の光入射面４ａとが共役関係にな
るように構成する。ランプ装置１からカラーホイール２
に入射する光束Ｌ_２のＦ値が、集光リレーレンズ５から
ライトパイプ４の光入射面４ａに入射する光束Ｌ_４のＦ
値に等しいか又は小さくなるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時分割色選択機能
を持つ光照射装置及びこれを搭載した投写型画像表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の時分割色選択機能を持
つ光照射装置の光学系の構成を概略的に示す図である。
図１２は、図１１に示されるカラーホイールの正面図で
ある。

【０００３】図１１に示されるように、従来の光照射装
置は、集光光Ｌ_１２を出射するランプ装置１０１と、透
過光Ｌ_１３の色を時分割で切り替えるカラーホイール１
０２と、光入射面１０４ａから入射した光Ｌ_１３の断面
照度分布を均一化して光出射面１０４ｂから出射するラ
イトパイプ１０４とを備えている。ここで、ランプ装置
１０１の焦点Ｐ_１１は、ライトパイプ１０４の光入射面
１０４ａ上に位置するように構成されている。

【０００４】従来の光照射装置においては、ランプ装置
１０１のランプ光源１０１ａで発生した光Ｌ_１１は、ラ
ンプリフレクタ１０１ｂで反射して集光光Ｌ_１２とな
り、回転するカラーホイール１０２のカラーフィルタ１
０２ａ（又は１０２ｂ又は１０２ｃ）を透過して、ライ
トパイプ１０４の光入射面１０４ａ上に集光する。光入
射面１０４ａからライトパイプ１０４に入射した光Ｌ
_１３は、ライトパイプ１０４の内面で反射を繰り返して
断面照度分布を均一化させ、光出射面１０４ｂから出射
される。カラーホイール１０２からは、赤色（Ｒ）、緑
色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の透過光Ｌ_１３が時間軸に
沿って順番に出射される。

【０００５】図１３は、図１１の光照射装置１００を搭
載した従来の投写型画像表示装置の光学系の構成を概略
的に示す図である。図１３に示されるように、従来の投
写型画像表示装置においては、ランプ装置１０１から出
射され、カラーホイール１０２及びライトパイプ１０４
を透過した光Ｌ_１４は、リレーレンズ１１２で屈折し、
リレーミラー１１３で反射することによって反射型映像
デバイス１１４を照明する。ここで、ライトパイプ１０
４の光出射面１０４ｂと反射型映像デバイス１１４とは
光学的な共役関係になるように設計される。反射型映像
デバイス１１４は、投写型画像表示装置の入力映像信号
に応じて光を変調又はスイッチングして映像光Ｌ_１７を
反射する。映像光Ｌ_１７は、投写レンズ１１５を通じて
スクリーン（図示せず）に投影され、拡大された像をス
クリーン上に映し出す。

【０００６】従来の投写型画像表示装置においては、カ
ラーホイール１０２の回転により、反射型映像デバイス
１１４にはＲ、Ｇ、Ｂの各色の光が順番に照明される。
カラーホイール１０２の色に同期して、反射型映像デバ
イス１１４にはその色に対応する映像信号が入力され
る。このようにして、スクリーン上にはＲ、Ｇ、Ｂの各
色の映像が順番に映し出される。色の交代周期が十分に
早ければ、これらの色は観測者の脳で合成され、フルカ
ラーの映像として認識される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光照射装置及び投写型映像表示装置において
は、図１４に示されるように、集光光Ｌ_１２のスポット
１０２ｅが軌跡１０２ｆに沿ってカラーフィルタ１０２
ａ，１０２ｂ，１０２ｃの境界を横切る期間（切替え期
間）が存在する。即ち、図１５に示される切替え期間直
前の時点から図１６に示される切替え期間直後の時点ま
での切替え期間が存在する。

【０００８】図１４に示される集光光Ｌ_１２のスポット
１０２ｅから理解できるように、切替え期間中は、隣接
するカラーフィルタの色が合成された色の透過光が出射
されるので、切替え期間が長いほど、出射光の色純度
（従って、投写画像の色純度）が低下する。また、色純
度の低下を軽減するために、切替え期間におけるカラー
フィルタの透過光をスクリーンに投写しないブランク期
間を設けるように、反射型映像デバイス１１４に入力さ
れる映像信号を制御することもできるが、この場合に
は、ブランク期間が長いほど、光の利用効率が低くな
り、結果的に出射光の照度が低下する（従って、投写画
像の輝度が低下する）という問題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記したような従来技術
の課題を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、色純度の低下及びカラーフィルタ切替
え時のブランク期間による出射光の照度低下を抑制する
ことができる時分割色選択機能を持つ光照射装置、並び
に、色純度の低下及びカラーフィルタ切替え時のブラン
ク期間による投写画像の輝度低下を抑制することができ
る投写型画像表示装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る光照射装
置は、集光光を出射するランプ装置と、複数のカラーフ
ィルタを有し、透過光の色を時分割で切り替えるカラー
ホイールと、前記カラーホイールを回転させる駆動手段
と、光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面から入
射した光束の断面照度分布を均一化して前記光出射面か
ら出射する光学素子とを備え、前記ランプ装置から出射
され、回転する前記カラーホイールの前記カラーフィル
タを透過し、前記光学素子で断面照度分布が均一化され
た光を照射する装置である。前記ランプ装置の焦点が、
回転する前記カラーホイールの前記カラーフィルタ上に
位置するように、前記ランプ装置及び前記カラーホイー
ルを配置し、前記カラーホイールと前記光学素子との間
に集光リレーレンズを備え、前記ランプ装置の焦点上に
位置する前記カラーフィルタと前記光学素子の前記光入
射面とが前記集光リレーレンズにより光学的な共役関係
になるように構成される。

【００１１】また、請求項２に係る光照射装置は、前記
ランプ装置から前記カラーフィルタに入射する光束のＦ
値が、前記集光リレーレンズから前記光学素子の光入射
面に入射する光束のＦ値に等しいか又は小さくなるよう
に構成される。

【００１２】また、請求項３に係る光照射装置は、前記
ランプ装置が、光を発するランプ光源と、光軸を中心と
した回転楕円面形状の光反射面で、前記光軸上に配置さ
れた前記ランプ光源からの光を反射して前記集光光を出
射するランプリフレクタとを有するように構成される。

【００１３】また、請求項４に係る光照射装置は、前記
ランプ装置が、光を発するランプ光源と、光軸を中心と
した回転放物面形状の光反射面で、前記光軸上に配置さ
れた前記ランプ光源からの光を反射して平行光にするラ
ンプリフレクタと、前記ランプリフレクタからの平行光
を前記集光光にするコンデンサレンズとを有するように
構成される。

【００１４】また、請求項５に係る光照射装置は、前記
光学素子を、前記光入射面及び前記光出射面を開口部と
し、前記光入射面と前記光出射面とを繋ぐ側壁内側を光
反射面にした筒状のライトパイプで構成している。

【００１５】また、請求項６に係る光照射装置は、前記
光学素子を、前記光入射面と前記光出射面とを繋ぐ側面
を全反射面にした柱状のインテグレータロッドで構成し
ている。

【００１６】また、請求項７に係る光照射装置は、前記
光学素子を、前記光入射面と前記光出射面とを繋ぐ複数
本の光ファイバを有し、前記光入射面に入射した光の断
面照度分布を均一化して前記光出射面から出射するよう
に前記複数本の光ファイバを配列したファイバーロッド
で構成している。

【００１７】また、請求項８に係る光照射装置は、前記
カラーホイールを、赤色光透過用の赤カラーフィルタ、
緑色光透過用の緑カラーフィルタ、及び青色光透過用の
青カラーフィルタを前記カラーホイールの周方向に配列
した構造を持つように構成している。

【００１８】また、請求項９に係る光照射装置は、前記
カラーホイールを、赤色光透過カラーフィルタ、緑色光
透過カラーフィルタ、青色光透過カラーフィルタ、及び
透明フィルタを前記カラーホイールの周方向に配列した
構造、又は、赤色光透過カラーフィルタ、緑色光透過カ
ラーフィルタ、青色光透過カラーフィルタ、及び開口窓
を前記カラーホイールの周方向に配列した構造を持つよ
うに構成している。

【００１９】請求項１０に係る投写型画像表示装置は、
前記請求項１から９までのいずれか一つに記載の光照射
装置と、前記光照射装置から順に出射される各色の光束
が照射される反射型表示デバイスと、前記反射型表示デ
バイスから出射された映像光をスクリーン上に投写する
投写レンズとを有するように構成される。

【００２０】また、請求項１１に係る投写型画像表示装
置は、前記反射型表示デバイスを、入力映像信号に基づ
いて光の反射方向を切り替えることができる小型スイッ
チングミラーを多数配列したミラーデバイス又は入力映
像信号に基づいて光を変調する画素を多数配列した反射
型液晶パネルで構成している。

【００２１】また、請求項１２に係る投写型画像表示装
置は、前記光学素子の前記光出射面と前記反射型表示デ
バイスとを、光学的な共役関係になるように構成してい
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明の
実施の形態１に係る時分割色選択機能を持つ光照射装置
の光学系の構成を概略的に示す図である。また、図２
は、図１に示されるカラーホイール２の正面図である。
また、図３は、図１に示されるライトパイプ４を概略的
に示す斜視図であり、図４は、図３に示されるライトパ
イプ４の機能を説明するための図である。

【００２３】図１に示されるように、実施の形態１に係
る光照射装置は、焦点Ｐ_１に集光する集光光Ｌ_２を出射
するランプ装置１を有する。ランプ装置１は、光Ｌ_１を
発するランプ光源１ａと、光軸ＡＸを中心とした回転楕
円面形状の光反射面で、光軸ＡＸ上に配置されたランプ
光源１ａからの光Ｌ_１を反射して集光光Ｌ_２にするラン
プリフレクタ１ｂとから構成される。ランプ光源１ａの
発光中心は、回転楕円面鏡であるランプリフレクタ１ｂ
の一方の焦点付近に配置される。ランプ光源１ａのアー
クで発生した光Ｌ_１は、ランプリフレクタ１ｂで反射し
て集光光Ｌ_２となり、ランプリフレクタ１ｂの他方の焦
点Ｐ_１付近に集光する。

【００２４】また、図１に示されるように、実施の形態
１に係る光照射装置は、カラーホイール２と、このカラ
ーホイール２を回転させるモータ２ｄとを有する。図２
に示されるように、カラーホイール２は、その周方向
（回転方向）に並ぶ赤色光透過カラーフィルタ（Ｒカラ
ーフィルタ）２ａ、緑色光透過カラーフィルタ（Ｇカラ
ーフィルタ）２ｂ、及び青色光透過カラーフィルタ（Ｂ
カラーフィルタ）２ｃを備えている。モータ２ｄにより
カラーホイール２を回転させると、透過光Ｌ_３の色は時
分割で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に切り替わ
る。即ち、カラーホイール２以降の光学系に対しては、
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光が時間軸に沿って順番に送り込ま
れる。

【００２５】また、図１に示されるように、実施の形態
１に係る光照射装置は、光入射面４ａ及び断面照度分布
が均一化された光束を出射する光出射面４ｂを備えた光
学素子であるライトパイプ４と、カラーホイール２とラ
イトパイプ４との間に配置された集光リレーレンズ５と
を有する。図３に示されるように、ライトパイプ４は、
光入射面４ａ及び光出射面４ｂを開口部とし、光入射面
４ａと光出射面４ｂとを繋ぐ側壁４ｃの内側を光反射面
にした四角筒状構造の光学素子である。図１に示される
ように、カラーホイール２の透過光Ｌ_３は集光リレーレ
ンズ５で屈折し、ライトパイプ４の光入射面４ａ近傍に
集光する集光光Ｌ_４になる。図４に示されるように、ラ
イトパイプ４の光入射面４ａから入射した光Ｌ_４は、側
壁４ｃの内面で反射を繰り返し、断面照度分布を均一化
した光束Ｌ_５として光出射面４ｂから出射される。

【００２６】また、図１に示されるように、実施の形態
１に係る光照射装置においては、回転するカラーホイー
ル２のカラーフィルタ２ａ，２ｂ，２ｃ上にランプ装置
１の焦点Ｐ_１が円状の軌跡２ｆを描くように、ランプ装
置１及びカラーホイール２を配置している。また、ラン
プ装置１の焦点Ｐ_１上に位置するカラーフィルタ２ａ，
２ｂ，２ｃとライトパイプ４の光入射面４ａとが集光リ
レーレンズ５により光学的な共役関係になるように構成
している。

【００２７】また、実施の形態１に係る光照射装置にお
いては、光束の拡散角又は集光角を２θとしたときに１
／（２ｓｉｎθ）で示される光束のＦ値を次のように設
定する。ランプ装置１からカラーフィルタ２ａ（又は２
ｂ又は２ｃ）に入射する光束Ｌ_２のＦ値（＝１／（２ｓ
ｉｎθ_２））が、集光リレーレンズ５からライトパイプ
４の光入射面４ａに入射する光束Ｌ_４のＦ値（＝１／
（２ｓｉｎθ_４））に等しいか又は小さくする。集光リ
レーレンズ５の出射側の光束Ｌ_４のＦ値は光学素子４の
出射光束Ｌ_５で要求されるＦ値（＝１／（２ｓｉｎ
θ_５））と同じにしなくてはならないが、集光リレーレ
ンズ５の入射側の光束Ｌ_３のＦ値（＝１／（２ｓｉｎθ
_３））は自由に選ぶことができるので、ランプリフレク
タ１ｂによる集光光Ｌ_２のＦ値（＝１／（２ｓｉｎ
θ_２））を小さく設計することが可能となる。

【００２８】図１又は図２に示されるように、ランプ装
置１から出射された集光光Ｌ_２は、カラーホイール２の
カラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）上の焦点Ｐ_１
に集光する。カラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）
の透過光Ｌ_３は時分割で色選択された発散光であり、集
光リレーレンズ５に入射する。集光リレーレンズ５に入
射する光Ｌ_３は発散光であるが、集光リレーレンズ５に
より屈折して集光光Ｌ _４となる。集光リレーレンズ５か
ら出射した集光光Ｌ_４は、ライトパイプ４の光入射面４
ａ上の点Ｐ_２に集光する。ライトパイプ４の光入射面４
ａに入射した光Ｌ_４は、図４に示されるように、ライト
パイプ４の側壁４ｃ内面で反射を繰り返し、断面照度分
布が均一化された光束Ｌ_５が、光出射面４ｂから出射さ
れる。

【００２９】以上説明したように、実施の形態１に係る
光照射装置おいては、ランプリフレクタ１ｂの焦点Ｐ_１
がカラーホイール２のカラーフィルタ上に位置するよう
に、ランプ装置１及びカラーホイール２を配置したの
で、図２に示されるように、カラーフィルタ２ａ（又は
２ｂ又は２ｃ）に当たるランプ装置１からの集光光Ｌ２
のスポット２ｅの径は、破線で示す従来のスポット１０
２ｅの径より小さくなる。このため、カラーホイール２
における色切替え期間（図２の角度２ｇに対応する期
間）を短縮でき、その結果、隣接するカラーフィルタ２
ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の色が合成された色の透過光が
出射されることにより生じる、出射光の色純度の低下を
軽減できる。また、カラーホイール２における色切替え
期間（図２の角度２ｇに対応する期間）をカラーフィル
タ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の透過光をスクリーンに投
写しないブランク期間とした場合であっても、ブランク
期間を短くできるので、ランプ装置１で発生した光の利
用効率を高くすることができる。

【００３０】また、実施の形態１に係る光照射装置にお
いては、ランプ装置１からカラーフィルタ２ａ（又は２
ｂ又は２ｃ）に入射する光束Ｌ_２のＦ値が、集光リレー
レンズ５からライトパイプ４の光入射面４ａに入射する
光束Ｌ_４のＦ値に等しいか又は小さくしたので、ランプ
装置１のランプ光源１ａにおけるアーク像等の発光部の
サイズがある程度大きい場合であっても、カラーホイー
ル２に当たるランプ装置１からの集光光Ｌ_２のスポット
２ｅの径を小さくすることができる。その結果、隣接す
るカラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の色が合成
された色の透過光が出射されることにより生じる、出射
光の色純度の低下を軽減できる。また、カラーホイール
２における色切替え期間をカラーフィルタ２ａ（又は２
ｂ又は２ｃ）の透過光をスクリーンに投写しないブラン
ク期間とした場合であっても、ブランク期間を短くでき
るので、ランプ装置１で発生した光の利用効率を高くす
ることができる。

【００３１】実施の形態２．図５は、本発明の実施の形
態２に係る時分割色選択機能を持つ光照射装置の光学系
の構成を概略的に示す図である。図５において、図１の
構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。

【００３２】実施の形態２に係る光照射装置は、ランプ
装置６の構成のみが上記実施の形態１のランプ装置１の
構成と異なる。従って、実施の形態５の説明に際して
は、図２から図３までをも参照する。図５に示されるよ
うに、実施の形態２におけるランプ装置６は、光を発す
るランプ光源１ａと、光軸ＡＸを中心とした回転放物面
形状の光反射面で、光軸ＡＸ上に配置されたランプ光源
１ａからの光Ｌ_１ａを反射して平行光Ｌ_１ｂにするラン
プリフレクタ１ｃと、ランプリフレクタ１ｃからの平行
光Ｌ_１ｂを集光光Ｌ_２にするコンデンサレンズ１１とか
ら構成される。

【００３３】図５に示されるように、実施の形態２に係
る光照射装置においては、ランプ装置６の焦点が、回転
するカラーホイール２のカラーフィルタ２ａ（又は２ｂ
又は２ｃ）上に位置するように、ランプ装置６及びカラ
ーホイール２を配置している。また、図５に示されるよ
うに、実施の形態２に係る光照射装置は、カラーホイー
ル２とライトパイプ４との間に集光リレーレンズ５を備
えている。また、ランプ装置６の焦点Ｐ_１上に位置する
カラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）とライトパイ
プ４の光入射面４ａとが集光リレーレンズ５により光学
的な共役関係になるように構成されている。さらにま
た、実施の形態２に係る光照射装置においては、ランプ
装置６からカラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）に
入射する光束Ｌ_２のＦ値が、集光リレーレンズ５から光
学素子４の光入射面４ａに入射する光束Ｌ_４のＦ値に等
しいか又は小さなるように構成されている。従って、実
施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果を得
ることができる。

【００３４】なお、実施の形態２において、上記以外の
点は、上記実施の形態１と同じである。

【００３５】実施の形態３．図６は、本発明の実施の形
態３に係る時分割色選択機能を持つ光照射装置のカラー
ホイールの正面図である。図６において、図２の構成と
同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。

【００３６】図６に示されるように、実施の形態３に係
る光照射装置は、カラーホイール３の構造が、上記実施
の形態１及び２に係る光照射装置のカラーホイール２と
相違する。実施の形態３に係る光照射装置においては、
図６に示されるように、カラーホイール３が、赤色光透
過カラーフィルタ（Ｒカラーフィルタ）３ａ、緑色光透
過カラーフィルタ（Ｇカラーフィルタ）３ｂ、青色光透
過カラーフィルタ（Ｂカラーフィルタ）３ｃ、及び透明
フィルタ３ｄをカラーホイール３の周方向に配列した構
造を持つ。このように、全色の光を透過させる透明フィ
ルタ３ｄを追加することにより、光照射装置の出射光の
明るさの底上げを行うことができる。実施の形態３にお
いても、上記実施の形態１又は２の場合と同様の効果を
得ることができる。なお、カラーホイール３の透明フィ
ルタ３ｄに代えて、開口窓を設けても同様の効果を得る
ことができる。

【００３７】また、実施の形態３において、上記以外の
点は、上記実施の形態１又は２と同じである。

【００３８】実施の形態４．図７は、本発明の実施の形
態４に係る時分割色選択機能を持つ光照射装置のインテ
グレータロッドの構成及び機能を説明するための図であ
る。実施の形態４の説明に際しては、図１及び図２をも
参照する。

【００３９】実施の形態４に係る光照射装置は、集光リ
レーレンズ５からの出射光Ｌ_４の断面照度分布の均一化
を図る光学素子としてインテグレータロッド７を採用し
た点が、ライトパイプ４を採用した上記実施の形態１か
ら３までと相違する。インテグレータロッド７は、ガラ
スで作られた角柱状又は円柱状の光学素子であり、図７
に示されるように、界面（側面）の全反射を利用して入
射光Ｌ_４の反射を繰り返し、出射面上の照度分布を均一
化させる。インテグレータロッド７は、ライトパイプ４
と同等の機能を持つ。実施の形態４においても、上記実
施の形態１から３までの場合と同様の効果を得ることが
できる。

【００４０】なお、実施の形態４において、上記以外の
点は、上記実施の形態１から３までと同じである。

【００４１】実施の形態５．図８は、本発明の実施の形
態５に係る時分割色選択機能を持つ光照射装置のファイ
バロッドの構成及び機能を説明するための図である。実
施の形態５の説明に際しては、図１及び図２をも参照す
る。

【００４２】実施の形態５に係る光照射装置は、集光リ
レーレンズ５からの出射光Ｌ_４の断面照度分布の均一化
を図る光学素子としてファイバロッド８を採用した点
が、ライトパイプ４を採用した上記実施の形態１から３
までと相違する。図８に示されるように、ファイバロッ
ド８は、複数本の光ファイバ（１本の光ファイバの断面
を符号８ｃで示す。）を束ねたものであり、各光ファイ
バ８ｃのロッド断面上での位置を、光入射面８ａから光
出射面８ｂにかけて、ランダム又はある規則に従って移
動させている。このため、光入射面８ａにおける断面照
度分布が不均一であっても、光出射面８ｂにおける出射
光の断面照度分布を均一化することができる。実施の形
態５においても、上記実施の形態１から３までの場合と
同様の効果を得ることができる。

【００４３】なお、実施の形態５において、上記以外の
点は、上記実施の形態１から３までと同じである。

【００４４】実施の形態６．図９は、本発明の実施の形
態６に係る投写型画像表示装置の光学系の構成を概略的
に示す図である。

【００４５】図９に示されるように、実施の形態６に係
る投写型画像表示装置は、光照射装置９と、リレーレン
ズ１２と、リレーミラー１３と、反射型表示デバイス１
４と、投写レンズ１５とを有する。光照射装置９は、図
１の光照射装置と同じ構造を持つ。また、ライトパイプ
４の光出射面４ｂと反射型映像デバイス１４は光学的に
共役関係になるように設計される。反射型表示デバイス
１４は、例えば、入力映像信号に基づいて光の反射方向
を切り替えることができる小型スイッチングミラーを多
数配列したミラーデバイス又は入力映像信号に基づいて
光を変調する画素を多数配列した反射型液晶パネルであ
る。

【００４６】光照射装置９から出射された光束Ｌ_５は、
リレーレンズ１２で屈折し、リレーミラー１３で反射す
ることによって反射型映像デバイス１４を照明する。反
射型映像デバイス１４は、投写型画像表示装置の入力映
像信号に応じて光を変調又はスイッチングし、デバイス
に入射する光を映像光Ｌ_８として反射する。映像光Ｌ _８
は、投写レンズ１５を通じてスクリーン（図示せず）に
投影され、拡大された像をスクリーン上に結ぶ。

【００４７】実施の形態６に係る投写型画像表示装置に
おいては、カラーホイール２の回転により、反射型映像
デバイス１４にはＲ、Ｇ、Ｂの各色の光が順番に照明さ
れる。カラーホイール２の回転に同期して、反射型映像
デバイス１４には、照明光の色に対応する映像信号が入
力される。このようにして、スクリーン上にはＲ、Ｇ、
Ｂの各色の映像光Ｌ_８が順番に映し出される。色の交代
周期が十分に早ければ、これらの色は観測者の脳で合成
され、フルカラーの映像として認識される。

【００４８】以上説明したように、実施の形態６に係る
投写型画像表示装置おいては、ランプリフレクタ１ｂの
焦点Ｐ_１がカラーホイール２のカラーフィルタ上に位置
するように、ランプ装置１及びカラーホイール２を配置
したので、図２に示されるように、カラーフィルタ２ａ
（又は２ｂ又は２ｃ）に当たるランプ装置１からの集光
光Ｌ２のスポット２ｅの径は、破線で示す従来のスポッ
ト１０２ｅの径より小さくなる。このため、カラーホイ
ール２における色切替え期間（図２の角度２ｇに対応す
る期間）を短縮でき、その結果、隣接するカラーフィル
タ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の色が合成された色の透過
光が出射されることにより生じる、投写画像の色純度の
低下を軽減できる。また、カラーホイール２における色
切替え期間（図２の角度２ｇに対応する期間）をカラー
フィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の透過光をスクリー
ンに投写しないブランク期間とした場合であっても、ブ
ランク期間を短くできるので、ランプ装置１で発生した
光の利用効率を高くすることができるので、ブランク期
間を設けたことに起因する投写画像の輝度の低下を軽減
できる。

【００４９】また、実施の形態６に係る投写型画像表示
装置においては、ランプ装置１からカラーフィルタ２ａ
（又は２ｂ又は２ｃ）に入射する光束Ｌ_２のＦ値が、集
光リレーレンズ５からライトパイプ４の光入射面４ａに
入射する光束Ｌ_４のＦ値に等しいか又は小さくしたの
で、ランプ装置１のランプ光源１ａにおけるアーク像等
の発光部のサイズがある程度大きい場合であっても、カ
ラーホイール２に当たるランプ装置１からの集光光Ｌ_２
のスポット２ｅの径を小さくすることができる。その結
果、隣接するカラーフィルタ２ａ（又は２ｂ又は２ｃ）
の色が合成された色の透過光が出射されることにより生
じる、出射光の色純度の低下を軽減できる。また、カラ
ーホイール２における色切替え期間をカラーフィルタ２
ａ（又は２ｂ又は２ｃ）の透過光をスクリーンに投写し
ないブランク期間とした場合であっても、ランプ装置１
で発生した光の利用効率を高くすることができるので、
ブランク期間を設けたことに起因する投写画像の輝度の
低下を軽減できる。

【００５０】また、図１０は、本発明の実施の形態６に
係る投写型画像表示装置の光学系の変形例の構成を概略
的に示す図である。図１０の投写型画像表示装置は、光
照射装置１０として、図５の光照射装置を採用した点の
みが、図９の場合と相違する。図１０の変形例におい
て、これ以外の点は、図９の投写型画像表示装置の場合
と同じである。

【００５１】なお、実施の形態６に係る投写型画像表示
装置のカラーフィルタ２を、図６に示されるカラーフィ
ルタ３に代えてもよい。

【００５２】また、実施の形態６に係る投写型画像表示
装置のライトパイプ４を、図７に示されるインテグレー
タロッド７又は図８に示されるファイバロッド８に代え
てもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１から９ま
でに記載の光照射装置によれば、ランプ装置の焦点が、
回転するカラーホイールのカラーフィルタ上に位置する
ように、ランプ装置及びカラーホイールを配置したの
で、カラーホイールに当たるランプ装置からの集光光の
スポット径を小さくすることができる。このため、カラ
ーホイールにおける色切替え期間を短縮でき、その結
果、隣接するカラーフィルタの色が合成された色の透過
光が出射されることにより生じる、出射光の色純度の低
下を軽減できる。また、カラーホイールにおける色切替
え期間をカラーフィルタの透過光をスクリーンに投写し
ないブランク期間とした場合であっても、ブランク期間
を短くできるので、ランプ装置で発生した光の利用効率
を高くすることができる。

【００５４】また、請求項２に記載の光照射装置によれ
ば、ランプ装置からカラーフィルタに入射する光束のＦ
値が、集光リレーレンズから光学素子の光入射面に入射
する光束のＦ値に等しいか又は小さくしたので、ランプ
装置におけるアーク像等の発光部のサイズがある程度大
きい場合であっても、カラーホイールに当たるランプ装
置からの集光光のスポット径を小さくすることができ
る。その結果、隣接するカラーフィルタの色が合成され
た色の透過光が出射されることにより生じる、出射光の
色純度の低下を軽減できる。また、カラーホイールにお
ける色切替え期間をカラーフィルタの透過光をスクリー
ンに投写しないブランク期間とした場合であっても、ブ
ランク期間を短くできるので、ランプ装置で発生した光
の利用効率を高くすることができる。

【００５５】また、請求項９に記載の光照射装置によれ
ば、カラーホイールが、赤色光透過カラーフィルタ、緑
色光透過カラーフィルタ、青色光透過カラーフィルタ、
及び透明フィルタをカラーホイールの周方向に配列した
構造、又は、赤色光透過カラーフィルタ、緑色光透過カ
ラーフィルタ、青色光透過カラーフィルタ、及び開口窓
をカラーホイールの周方向に配列した構造を持つので、
光照射装置から出射する光の照度を向上させることがで
きる。

【００５６】また、請求項１０から１２までに記載の投
写型画像表示装置によれば、請求項１から９までに記載
の光照射装置を搭載しているので、投写画像の色純度の
低下を軽減できる。また、カラーホイールにおける色切
替え期間をカラーフィルタの透過光をスクリーンに投写
しないブランク期間とした場合であっても、ランプ装置
で発生した光の利用効率を高くすることができるので、
ブランク期間を設けたことに起因する投写画像の輝度の
低下を軽減できる。

【００５７】また、請求項１０から１２までに記載の投
写型画像表示装置において、請求項２に記載の光照射装
置を搭載した場合には、ランプ装置からカラーフィルタ
に入射する光束のＦ値が、集光リレーレンズから光学素
子の光入射面に入射する光束のＦ値に等しいか又は小さ
くしたので、ランプ装置におけるアーク像等の発光部の
サイズがある程度大きい場合であっても、カラーホイー
ルに当たるランプ装置からの集光光のスポット径を小さ
くすることができる。その結果、隣接するカラーフィル
タの色が合成された色の透過光が出射されることにより
生じる、投写画像の色純度の低下を軽減できる。また、
カラーホイールにおける色切替え期間をカラーフィルタ
の透過光をスクリーンに投写しないブランク期間とした
場合であっても、ランプ装置で発生した光の利用効率を
高くすることができるので、ブランク期間を設けたこと
に起因する投写画像の輝度の低下を軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る時分割色選択機
能を持つ光照射装置の光学系の構成を概略的に示す図で
ある。

【図２】 図１に示されるカラーホイールの正面図であ
る。

【図３】 図１に示されるライトパイプを概略的に示す
斜視図である。

【図４】 図３に示されるライトパイプの機能を説明す
るための図である。

【図５】 本発明の実施の形態２に係る時分割色選択機
能を持つ光照射装置の光学系の構成を概略的に示す図で
ある。

【図６】 本発明の実施の形態３に係る時分割色選択機
能を持つ光照射装置のカラーホイールの正面図である。

【図７】 本発明の実施の形態４に係る時分割色選択機
能を持つ光照射装置のインテグレータロッドの構成及び
機能を説明するための図である。

【図８】 本発明の実施の形態５に係る時分割色選択機
能を持つ光照射装置のファイバロッドの構成及び機能を
説明するための図である。

【図９】 本発明の実施の形態６に係る投写型画像表示
装置の光学系の構成を概略的に示す図である。

【図１０】 本発明の実施の形態６に係る投写型画像表
示装置の光学系の変形例の構成を概略的に示す図であ
る。

【図１１】 従来の時分割色選択機能を持つ光照射装置
の光学系の構成を概略的に示す図である。

【図１２】 従来のカラーホイールの動作を示す説明図
である。

【図１３】 従来の投写型画像表示装置の光学系の構成
を概略的に示す図である。

【図１４】 従来のカラーホイールの色切替え過程（切
替え期間の途中）を示す正面図である。

【図１５】 従来のカラーホイールの色切替え過程（切
替え期間の直前）を示す正面図である。

【図１６】 従来のカラーホイールの色切替え過程（切
替え期間の直後）を示す正面図である。

【符号の説明】

１，６ ランプ装置、 １ａ ランプ光源、 １ｂ ラ
ンプリフレクタ、 ２，３ カラーホイール、 ２ａ，
３ａ 赤色光透過カラーフィルタ（Ｒカラーフィル
タ）、 ２ｂ，３ｂ 緑色光透過カラーフィルタ（Ｇカ
ラーフィルタ）、２ｃ，３ｃ 青色光透過カラーフィル
タ（Ｂカラーフィルタ）、 ２ｄ モータ、 ３ｄ 透
明フィルタ又は開口窓、 ２ｅ 集光光のスポット、
２ｆ 集光光のスポットの軌跡、 ４ ライトパイプ、
４ａ 光入射面、 ４ｂ 光出射面、 ４ｃ ライト
パイプの側壁、 ５ 集光リレーレンズ、 ７ インテ
グレータロッド、 ７ａ インテグレータロッドの光入
射面、 ７ｂ インテグレータロッドの光出射面、 ８
ファイバロッド、 ８ａ ファイバロッドの光入射
面、 ８ｂ ファイバロッドの光出射面、 ８ｃ 光フ
ァイバの断面、 ９，１０ 光照射装置、 １１ コン
デンサレンズ、 １２ リレーレンズ、 １３リレーミ
ラー、 １４ 反射型映像デバイス、 １５ 投写レン
ズ、 Ｌ_１ ランプ光源からの光、 Ｌ_１ａ ランプ光
源からの光、 Ｌ_１ｂ ランプリフレクタからの平行
光、 Ｌ_２ ランプ装置からの集光光、 Ｌ_３ カラー
フィルタの透過光、 Ｌ_４ 集光リレーレンズからの
光、 Ｌ_５ ライトパイプから出射する光、 Ｌ_８ 映
像光、 Ｐ_１ ランプ装置の焦点、 ＡＸ 光軸。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ 27/18 Ｆ２１Ｍ 1/00 Ｒ // Ｆ２１Ｙ 101:00 Ｆターム(参考） 2H038 AA54 BA01 2H041 AA21 AB10 AC01 AZ02 AZ03 2K103 AA01 AA14 AB04 BA01 BA05 BC27 BC35 BC42 3K042 AA01 AC06 BB03 BC01 BE08

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集光光を出射するランプ装置と、 複数のカラーフィルタを有し、透過光の色を時分割で切
   り替えるカラーホイールと、 前記カラーホイールを回転させる駆動手段と、 光入射面及び光出射面を有し、前記光入射面から入射し
   た光束の断面照度分布を均一化して前記光出射面から出
   射する光学素子とを備え、 前記ランプ装置から出射され、回転する前記カラーホイ
   ールの前記カラーフィルタを透過し、前記光学素子で断
   面照度分布が均一化された光を照射する光照射装置にお
   いて、 前記ランプ装置の焦点が、回転する前記カラーホイール
   の前記カラーフィルタ上に位置するように、前記ランプ
   装置及び前記カラーホイールを配置し、 前記カラーホイールと前記光学素子との間に集光リレー
   レンズを備え、 前記ランプ装置の焦点上に位置する前記カラーフィルタ
   と前記光学素子の前記光入射面とが前記集光リレーレン
   ズにより光学的な共役関係になるように構成したことを
   特徴とする光照射装置。
2. 【請求項２】 前記ランプ装置から前記カラーフィルタ
   に入射する光束のＦ値が、前記集光リレーレンズから前
   記光学素子の光入射面に入射する光束のＦ値に等しいか
   又は小さいことを特徴とする請求項１に記載の光照射装
   置。
3. 【請求項３】 前記ランプ装置が、 光を発するランプ光源と、 光軸を中心とした回転楕円面形状の光反射面で、前記光
   軸上に配置された前記ランプ光源からの光を反射して前
   記集光光を出射するランプリフレクタとを有することを
   特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の光照射装
   置。
4. 【請求項４】 前記ランプ装置が、 光を発するランプ光源と、 光軸を中心とした回転放物面形状の光反射面で、前記光
   軸上に配置された前記ランプ光源からの光を反射して平
   行光にするランプリフレクタと、 前記ランプリフレクタからの平行光を前記集光光にする
   コンデンサレンズとを有することを特徴とする請求項１
   又は２のいずれかに記載の光照射装置。
5. 【請求項５】 前記光学素子が、前記光入射面及び前記
   光出射面を開口部とし、前記光入射面と前記光出射面と
   を繋ぐ側壁内側を光反射面にした筒状のライトパイプで
   あることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに
   記載の光照射装置。
6. 【請求項６】 前記光学素子が、前記光入射面と前記光
   出射面とを繋ぐ側面を全反射面にした柱状のインテグレ
   ータロッドであることを特徴とする請求項１から４まで
   のいずれかに記載の光照射装置。
7. 【請求項７】 前記光学素子が、前記光入射面と前記光
   出射面とを繋ぐ複数本の光ファイバを有し、前記光入射
   面に入射した光の断面照度分布を均一化して前記光出射
   面から出射するように前記複数本の光ファイバを配列し
   たファイバーロッドであることを特徴とする請求項１か
   ら４までのいずれかに記載の光照射装置。
8. 【請求項８】 前記カラーホイールが、赤色光透過カラ
   ーフィルタ、緑色光透過カラーフィルタ、及び青色光透
   過カラーフィルタを前記カラーホイールの周方向に配列
   した構造を持つことを特徴とする請求項１から７までの
   いずれかに記載の光照射装置。
9. 【請求項９】 前記カラーホイールが、赤色光透過カラ
   ーフィルタ、緑色光透過カラーフィルタ、青色光透過カ
   ラーフィルタ、及び透明フィルタを前記カラーホイール
   の周方向に配列した構造、又は、赤色光透過カラーフィ
   ルタ、緑色光透過カラーフィルタ、青色光透過カラーフ
   ィルタ、及び開口窓を前記カラーホイールの周方向に配
   列した構造を持つことを特徴とする請求項１から７まで
   のいずれかに記載の光照射装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項１から９までのいずれか一
    つに記載の光照射装置と、 前記光照射装置から順に出射される各色の光束が照射さ
    れる反射型表示デバイスと、 前記反射型表示デバイスから出射された映像光をスクリ
    ーン上に投写する投写レンズとを有ことを特徴とする投
    写型画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記反射型表示デバイスが、入力映像
    信号に基づいて光の反射方向を切り替えることができる
    小型スイッチングミラーを多数配列したミラーデバイス
    又は入力映像信号に基づいて光を変調する画素を多数配
    列した反射型液晶パネルであることを特徴とする請求項
    １０に記載の投写型画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記光学素子の前記光出射面と前記反
    射型表示デバイスとが、光学的な共役関係にあることを
    特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の投写
    型画像表示装置。