JP2007103180A - 陰極線管光源装置、それを用いた陰極線管照明装置及び映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の単純化により軽量かつ小型化が可能でかつ製造コストを低減できるようにする。
【解決手段】陰極管装置の発光部３には、蛍光物質形成部が形成される。発光部３は、単体発光領域であるか、もしくは複数の発光領域が一軸方向に配列されている。複数の発光領域は、例えば白色、赤色、緑色、青色の蛍光体から選ばれる。発光部３の面積Ｓｃｒｔおよび光取込み角θｃｒｔと空間変調素子（ライトバルブ１２）の光入射面積Ｓｖａｌｂおよび光取込み角θｖａｌｂの間にはＳｃｒｔ・｛ｓｉｎθｃｒｔ（１／２）｝^２＝Ｓｖａｌｂ・｛ｓｉｎθｖａｌｂ（１／２）｝^２の関係式、および、Ｓｃｒｔ＜Ｓｖａｌｂの関係式が成り立つように構成する。空間変調素子としては、透過／反射型のＭＥＭＳやＬＣＤを用いることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、陰極線管（以下ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅの略）の原理を用いた陰極線管光源装置ならびに陰極線管照明装置に関し、またその陰極線管光源装置に液晶表示素子やマイクロマシン表示素子（以下ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓの略）を用いて映像入力信号に基き映像を表示する映像装置に関する。

本発明の陰極線管光源装置、陰極線管照明装置および映像表示装置の背景技術に関して、投影型映像表示装置を例として以下に説明する。
図１７は、従来の投影型映像装置に用いられている光源装置の構成例を説明するための図で、図中、２は電子銃、３は発光部、４は偏向電極、８はアノード、１０は電源プラグ、１１は集光レンズ、２０は光源装置、２１はファンネル部である。

投影型映像表示装置に用いられるＣＲＴは光源装置ではなく、それ自体が映像表示装置となっている。このため発光部３は、所望の表示画素数分の発光領域で構成されており、ＣＲＴ受像機同様の原理で、２組の偏向電極４により電子線を水平方向と垂直方向で順次走査させることで、映像を表示している。

上記順次走査手法を具体的に説明する。ＣＲＴの画素構成を水平画素数Ｘ（ｍ）とし、垂直画素数をＹ（ｎ）とし、入力画像信号の水平方向同期信号Ｈｓ（ｍ）、また垂直方向同期信号Ｖｓ（ｎ）とすると、前記Ｈｓ（ｍ）信号とＶｓ（ｎ）信号により、水平画素Ｘ（１）、垂直画素Ｙ（１）から走査を開始する。先ず、Ｖｓ（１）信号が入力している間、水平同期信号はＨｓ（１）からＨ（ｍ）まで入力される。この時のＣＲＴ上の点灯箇所は、座標軸で表すと｛Ｘ（１）、Ｙ（１）｝から｛Ｘ（ｍ）、Ｙ（１）｝となり、映像入力データ信号Ｄ｛Ｘ（ｍ）、Ｙ（ｎ）｝はＨｓとＶｓと同期し、Ｄ｛Ｘ（１）、Ｙ（１）｝からＤ｛Ｘ（ｍ）、Ｙ（１）｝が入力されている。

そして、垂直画素Ｙ（１）の位置で水平画素Ｘ（１）からＸ（ｍ）までの走査が終了した場合、次に、垂直画素Ｙ（２）の位置で水平画素Ｘ（１）からＸ（ｍ）までの走査を行い、順次、Ｙ（３）・・・Ｙ（ｎ）までの走査を行い、１画面走査が終了する。
第１画面走査が終了した場合、第２画面走査を開始するため、再び、水平画素Ｘ（１）、垂直画素Ｙ（１）から走査を開始する。以降同様の走査の繰り返しを行う。
上記において、１画面分の走査期間が６０Ｈｚの時、１秒間に６０画面の走査を行っている。

次に、上記走査時のＣＲＴ内部での各部の電位と、諧調表示（点灯）に関して以下に説明する。
まず走査開始の画素位置｛Ｘ（１）、Ｙ（１）｝に光線を照射するために、垂直方向偏向電極の電位ＶｖＹ（ｎ）は、ＶｖＹ（１）であり、水平方向偏向電極の電位ＶｈＸ（ｍ）はＶｈＸ（１）からＶｈＸ（ｍ）まで可変する。上記映像入力データ信号Ｄ｛Ｘ（ｍ）、Ｙ（ｎ）｝によりＣＲＴでは、陰極と電子強度可変格子間の電位差Ｇ｛Ｘ（ｍ）、Ｙ（ｎ）｝に変換される。

従って、画素位置｛Ｘ（１）、Ｙ（１）｝を諧調表示する時、ＣＲＴの各部の電位は、水平方向偏向電極間でＶｈＸ（１）、垂直方向偏向電極間でＶｖＹ（１）、また陰極と電子強度可変格子間でＧ｛Ｘ（１）、Ｙ（１）｝である。
ここで、実際には所望の画素を点灯させる際に、陰極と陽極（加速用およびフォーカス調整）間の電位差も可変しているが、詳細は省略する。

図１８は、３管式投影型映像表示装置と呼ばれる従来の映像表示装置を示す図で、図中２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれ赤色発光型と緑色発光型、および青色発光型の光源装置である。ここではカラー高解像度映像を投影するために、陰極線管として赤色発光型と緑色発光型、および青色発光型の３管のそれぞれを備えた３つの光源装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃを使用している。この場合、７２０ｐハイビジョン（以下ＨＤ：Ｈｉｇｈ−Ｖｉｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）クラスの映像を表示させる際には、陰極線管の有効表示領域が７型から９型となる。この場合、図１８中の投影型映像表示装置の幅Ｗは６００［ｍｍ］程度であり、ファンネル部２１の制限や回路を含んだ奥行きＤは８００［ｍｍ］程度と大型の表示装置となる。

上記のような陰極線管表示装置を用いた投影型映像表示装置の小型化、高解像度映像化を実現するための技術として例えば特許文献１がある。ここではフォーカス用陽極（フォーカスマグネット）と偏向電極（偏向ヨーク）を嵌合させる構成が開示されている。

また小型ＣＲＴを用いた表示装置として、ビデオカメラのビューファインダーがある。ビューファインダーに使用されるＣＲＴに関してもそれ自体が画像表示装置となっていて、また、製品の価格、開口寸法等に制限があるため、主に白黒型ＣＲＴが用いられているのが現状である。
上記のようなビューファインダーのカラー化、高解像度化を実現するための技術として、例えば特許文献２がある。ここでは、白黒ＣＲＴ表示装置の光出射側にカラー液晶表示装置を配置したものが開示されている。

また陰極線管表示装置を用いた投影型映像表示装置の光利用効率を向上する技術として例えば特許文献３がある。ここでは、白色ＣＲＴ光源と液晶等のライトバルブが略同形状であり、白色ＣＲＴの発光部の出射側に光学干渉フィルタを設ける手段が開示されている。同様に、特許文献４では、光利用効率を向上する技術として、ＣＲＴ光源とライトバルブの間にＣＲＴ光源の複数の発光部毎に凸レンズを配置する手段が開示されている。
特開平３−２２６９４６号公報 特開平６−１５３０３０号公報 特開平４−２１８３５号公報 特開平６−２６５８８１号公報

しかしながら、上記のように従来のＣＲＴ自体を表示装置とすると、ＣＲＴの開口部（発光部）の小型化、およびファンネル部の長さには限界があり、小型化に限界がある。
また、従来のＣＲＴは、広径発光部とファンネル部が長く、電子線の飛行距離が長いため、各部の電位差を高くしなければならず、このとき最も高い電位差は、陰極と陽極間でおよそ２０ＫＶから３５ＫＶであり、そのときの消費電力は１００Ｗ程度となる。このため、図１８に示した３管式プロジェクタでは３００Ｗ級となり、更に消費電力が高くなっている。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、構成の単純化により軽量かつ小型化が可能でかつ製造コストを低減できる陰極線管光源装置と、その陰極線管光源装置を使用することにより光利用効率を高めるとともに画像を高精細化し、安価で小型化が実現でき、汎用性に優れる陰極線管照明装置及び映像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、電子線を放出する電子銃と、電子銃から放出された電子線が衝突することによって発光する蛍光物質が形成された発光部とを有する陰極線管光源装置において、発光部は、単体発光領域からなっていることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、電子線を放出する電子銃と、電子銃から放出された電子線が衝突することによって発光する蛍光物質が形成された発光部とを有する陰極線管光源装置において、発光部は、複数の発光領域が一軸方向に配列されてなっていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１の技術手段において、上記の発光部が、少なくとも白色、赤色、緑色、青色のいずれかの単色発光部であることを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２の技術手段において、上記の複数の発光領域のうちの一つの発光領域が、少なくとも白色、赤色、緑色、青色のいずれかの単色発光部からなることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第２の技術手段において、上記の発光部は、少なくとも赤色、緑色、青色の多色発光領域から構成されることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第２ないし第４のいずれかの技術手段において、陰極線管光源装置が、一軸方向に光の進行を可変する偏向電極を備え、偏向電極の電界もしくは磁界を制御することにより、複数の発光領域のうちの異なる発光領域を発光させることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第１ないし第５のいずれかの技術手段における陰極線管光源装置と、反射素子もしくは屈折素子と、拡散素子とから構成されることを特徴とする陰極線管照明装置である。

第８の技術手段は、第１ないし第５のいずれかの技術手段における陰極線管光源装置と、光空間変調素子とを備えた映像表示装置であって、陰極線管光源装置の発光部の面積をＳｃｒｔ、発光部から出射される光の取込み可能な角度をθｃｒｔ、光空間変調素子の開口領域の面積をＳｖａｌｂ、光の利用可能な角度をθｖａｌｂとしたとき、Ｓｃｒｔ・｛ｓｉｎθｃｒｔ（１／２）｝^２＝Ｓｖａｌｂ・｛ｓｉｎθｖａｌｂ（１／２）｝^２の関係式、および、Ｓｃｒｔ＜Ｓｖａｌｂの関係式が成り立つことを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第８の技術手段において、陰極管光源装置が白色発光型であり、かつ光空間変調素子は液晶素子であることを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第８の技術手段において、陰極線管光源装置が白色発光型であり、かつ光空間変調素子は液晶素子であり、時分割で選択的に特定光波長領域を透過する光シャッター素子を備えたことを特徴としたものである。

第１１の技術手段は、第８の技術手段において、陰極線管光源装置が、少なくとも赤色、緑色、青色の多色発光型であり、かつ光空間変調素子は液晶素子であることを特徴としたものである。

第１２の技術手段は、第８の技術手段において、陰極線管光源装置が白色発光型であり、かつ光空間変調素子は機械的に光を反射もしくは透過させるマイクロマシン素子であり、時分割で選択的に特定光波長領域を透過する光シャッター素子を備えたことを特徴としたものである。

第１３の技術手段は、第８の技術手段において、陰極線管光源装置が赤色、緑色、青色発光型であり、かつ光空間変調素子は機械的に光を反射、もしくは透過させるマイクロマシン素子であることを特徴としたものである。

本発明によれば、構成の単純化により軽量かつ小型化が可能でかつ製造コストを低減できる陰極線管光源装置と、その陰極線管光源装置を使用することにより光利用効率を高めるとともに画像を高精細化し、安価で小型化が実現でき、汎用性に優れる陰極線管照明装置及び映像表示装置を提供することができる。

特に本発明によれば、発光部である蛍光物質形成部を、単体領域、もしくは複数の発光領域一軸上に配列しているため、電子線の走査機構（電極）の構成部品を少なくすることが可能となり、かつ単純化できるため、軽量小型化に貢献できる。
またファンネル部が無いため、陰極線管封体の形状が円筒状と簡易形状となり、製造コストが安価となる。

また本発明の陰極線管光源装置をプロジェクタ等の映像表示装置の光源装置として使用することにより、光源装置が長寿命であるためランプ交換の必要がなくなり、かつ小型の映像表示装置が実現できる。
また、表示映像の解像度に係らず、同一の陰極線管光源装置を使用することが可能であるため、汎用性に優れるという効果が得られる。

以下に、本発明の実施の形態について添付された図面を参照しながら具体的に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同様の機能を有する部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明による映像表示装置の一実施形態を説明するための図で、映像表示装置の最も基本的な光学システム構成を模式的に示す図である。図１において、１はＣＲＴ光源装置、２は電子銃、３は蛍光物質形成部（発光部）、４は偏向電極、１０は電源プラグ、１１ａは集光レンズ、１２はライトバルブ、１３は投影レンズ群、１４はスクリーンである。ＣＲＴ光源装置１は、本発明の陰極線管光源装置に該当する。

ＣＲＴ光源装置１から出射した光線は、まず集光レンズ１１ａに入射し、所望の角度範囲に制御され集光レンズ１１ａより出射する。これは、ライトバルブ１２の仕様、条件により制限されるもので、ＬＣＤ方式ライトバルブやＭＥＭＳ方式ライトバルブでは、光軸に対し１０度前後の光線でなければ良好な制御を行うことができず、コントラスト低下や迷光の原因となるためである。

そして、所望の角度分布に制御された光線がライトバルブ１２の面（画素）で結像し、画像光線を形成する。ライトバルブ１２の面で結像した画像光線は、投影レンズ群１３によりスクリーン１４で再び結像して投影映像となる。

まず本発明の映像表示装置の実施形態を説明する上で、ＣＲＴ光源１の基本構成ならびに動作原理を説明する。
第１の実施の形態に関わるＣＲＴ光源１の封止体は、鉛ガラスを円筒形に成形した管を用い、その内部を真空としている。

図２は、本発明の陰極線管光源装置に適用される電子銃構成の一例を示す図で、図中、５はカソード、６は輝度調整用のグリッド、７は電子レンズである。
図２に示すように、電子銃２の内部に、電子（熱電子）を放出するカソード５と、その電子の強度、即ち輝度を調整するグリッド６と、２組の電子レンズ７とを設けることにより、放出された電子群を一本の電子の束、即ち電子線が形成される。

図３は、本発明のＣＲＴ光源装置に適用されるアノード構成の一例を示す図で、図中、８はアノード、９は高圧発生部である。
図３に示すように、カソード５と、ＣＲＴの内面に形成されたアノード８に電位を加えることで電子が放出される。ここではアノード８に高電位を加えるほど電子が加速される。アノード８に関しては、説明の便宜上以下の図では省略する。

電子銃２から放出された電子線は、偏向電極４間に電位を加えることにより発生する電界により、進行方向が可変制御される。偏向電極４に偏向コイルを用い磁界を発生させることにより、電子線の向きを可変させる方式でも構わない。

ＣＲＴ光源装置１の円筒形ガラス封止体の片方の端面には、外部電源と接続する電源プラグ１０が形成され、もう片方の端面には、蛍光物質が形成された蛍光物質形成部（発光部）３が設けられている。
アノード８とカソード５間に電位を加えることで放出された電子群は、電子レンズ７により電子線となり、偏向電極４により進行方向が変えられ、発光部３の蛍光物質に衝突して発光する。

発光部３は、電子と衝突することで赤色、緑色、青色にそれぞれ発光する赤色発光部３Ｒ、緑色発光部３Ｇ、青色発光部３Ｂの３つのドットで構成されている。このとき、これら３つの発光部３Ｒ，３Ｇ，３Ｂは一軸方向に配置され、その配置方向は、偏向電極４の電極軸と同一とする。また発光部３の３つのドットおよび偏向電極４の配列方向は、垂直であっても水平であっても構わない。

図４及び図５は、本発明の陰極線管光源装置における電子線偏向制御の例について説明するための図で、図４はＣＲＴ光源装置における電子線の偏向状態を示す図、図５（Ａ）は偏向電極に適用するノコギリ波を示す図、図５（Ｂ）は偏向電極に適用するステップ波を示す図である。
偏向電極４により電子銃２から放出された光線を曲げる際には、図５（Ａ）に示したようなノコギリ波が通常使われている。偏向電極４間の電位がＶｒの範囲にある場合、電子銃２から放出された電子線は赤色発光部３Ｒに衝突し、赤色の出射光線となる。

同様に偏向電極４間の電位がＶｇの範囲にある場合、電子線は緑色発光部３Ｇに衝突し、緑色の出射光線となり、また電位差がＶｂの範囲にある場合、電子線は青色発光部３Ｂに衝突し、青色の出射光線となる。
上記のように偏向電極４にノコギリ波を印加した場合、電位がリニアに大きくなるため、各発光部３に電子線が衝突（入射）する際に、赤色発光部３Ｒと緑色発光部３Ｇの配置間隔が狭い際には、両方の発光部に電子線が衝突し、これによりこの瞬間では混色が発生する。

また同一発光部への衝突に関しても、まず電子線は発光部端の蛍光物質に衝突し、その後中央部に移行して、もう片側の発光部端に至る。この際、電子線と発光物質が衝突する箇所が異なり、その瞬間ごとに輝度値が変動してしまうことがある。これは、蛍光物質の塗布ムラが原因である。

そのため、図５（Ａ）のステップ波を偏向電極４間に印加した。ステップ波において、電子線が赤色発光部３Ｒの中心に衝突した時の電位をＶｒとし、緑色発光部３Ｇの中心に衝突した時の電位をＶｇ、青色発光部３Ｂの中心に衝突したときの電位をＶｂと設定している。このように偏向電極４にステップ波を印加することで、隣り合う発光部へ同時に電子線が衝突して混色することを回避することができ、常に各発光部の中心に電子線が入射するため、瞬間的な輝度ムラは発生しない。

図６は、本発明による陰極線管光源装置の第２の実施形態を説明するための図である。図１の構成では、ＣＲＴ光源装置１の電子銃２は単体であるが、図６に示した第２の実施形態に関わるＣＲＴ光源装置１は、複数の電子銃（赤色用電子銃２Ｒ，緑色用電子銃２Ｇ，青色用電子銃２Ｂ）を具備している。この場合、ＣＲＴ光源装置１の赤色発光部３Ｒへは、赤色用電子銃２Ｒから電子光線が直線的に進行する。緑色発光部３Ｇ、青色発光部３Ｂに関しても同様に、それぞれ緑色電子銃２Ｇ、青色電子銃２Ｂから電子光線が直線的に進行する。

このように電子銃２と発光部３を同数配置することで、電子線を曲げる必要が無くなり、偏向電極４が不必要となる。この結果、ＣＲＴ光源装置１は部品点数とその組立工程が省略できるため、安価となる。また、各色のバランス（強度）を個別に制御できるため、良好な表示品位が得られる。

図７は、本発明による陰極線管光源装置の第３の実施形態を説明するための図である。図７に示すように、ＣＲＴ光源装置１の発光部３は単体であっても構わない。このようにＣＲＴ光源装置１の発光部３を単体とした場合、電子銃２から放出した電子線は直線的に発光部３に進行するため、偏向電極４は必要なくなり、簡易構成となり安価となる。

図７のＣＲＴ光源装置１でカラー表示を行う場合は、後述する図１２のようにカラーホイール１６を用いるか、図１４、図１５のように、複数のＣＲＴ光源装置１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）を用いるように構成する。

次にＣＲＴ光源１からの出射光のうち、取り込み可能な出射角度成分について説明する。図８は、本発明に係わる照明装置を含んだ投影型映像表示装置の映像に関する説明図である。図８の構成において、ＣＲＴ光源装置１と集光レンズ１１ａとにより本発明に係わる照明装置の実施形態が構成される。
まずライトバルブ１２の面積をＳｖａｌｂとし、そのライトバルブ１２の取込み光線の角度仕様制限値（半値）をθｖａｌｂ（１／２）とする。ここでエテンデューＥの公式より、ライトバルブ１２の光束の断面積と、入射角度（立体角）の関係は下記の（１）式のようになる。
Ｅｖａｌｂ＝πＳｖａｌｂ・（ＳＩＮθｖａｌｂ（１／２））^２・・・（１）

同様に、ＣＲＴ光源装置１の発光部３については、発光部３の面積をＳｃｒｔとし、発光部３の出射光線角度（半値）をθｃｒｔ（１／２）とすると、
Ｅｃｒｔ＝πＳｃｒｔ・（ＳＩＮθｃｒｔ（１／２））^２・・・（２）
となる。

ここで、エテンデューは光束の断面積と立体角の関係は不変量であることから、次式を導くことができる。
Ｅｖａｌｂ＝Ｅｃｒｔ ・・・（３）

上記（３）式を、上記（１）式，（２）式の右辺に置き換えると以下の（４）式となる。
πＳｖａｌｂ・（ＳＩＮθｖａｌｂ（１／２））^２＝πＳｃｒｔ・（ＳＩＮθｃｒｔ（１／２））^２
即ち、ｖａｌｂ・（ＳＩＮθｖａｌｂ（１／２））^２＝Ｓｃｒｔ・（ＳＩＮθｃｒｔ（１／２））^２ ・・・（４）
上記（４）式によりθｃｒｔ（１／２）を求めることで、ＣＲＴ光源１からの出射光線を高効率で取込むための集光レンズ１１ａの径、及び配置箇所が決まる。

次に図８の集光レンズ１１ａ以外に、本発明に適用可能な集光光学素子の例について説明する。図９は、本発明における照明装置から出射する光線の断面積とその立体角をリフレクタにて制御する手段の説明図で、ＣＲＴ光源装置１の出射光を集光する光学素子としてリフレクタ（反射鏡）１１ｂを用いた光学系を示すものである。
リフレクタ１１ｂは、上記のエテンデューの式により、開口径及び奥行きが決まる。ここではリフレクタ１１ｂの形状を楕円としたが、その他、双曲線や円錐、角錐、円錐から角錐へ徐変する形状であっても構わない。

そしてリフレクタ１１ｂの材質としてアルミニウムを用いたが、ガラスや樹脂であっても同様の効果が得られ、また成形に関しては、鋳造やプレス、切削で製作可能である。そしてＣＲＴ光源１の出射光を反射させる部分には、Ａｌ薄膜やコールドミラー薄膜を施すことで効率良くライトバルブ（図示せず）に光線を照射することができる。

図１０は、本発明に係わる照明装置から出射する光線の断面積とその立体角をロッドインテグレータにて制御する手段の説明図で、ＣＲＴ光源装置１の出射光を集光する素子として、ロッドインテグレータ１１ｃを用いた光学系を示すものである。ロッドインテグレータ１１ｃに関しても、エテンデューの式により、開口寸法、奥行きが決定する。

ロッドインテグレータ１１ｃには、ガラス等の透明部材を使用する。ロッドインテグレータ１１ｃのＣＲＴ光源１側の端面から入射した光線は、空気中との屈折率差により、ガラス側面内部で全反射し、ロッドインテグレータ１１ｃ内部を伝搬し、ライトバルブ側の端面から出射する。このとき、ＣＲＴ光源１側のロッドインテグレータ１１ｃの側面には全反射せずに透過してしまう光線があるため、補助的にロッドインテグレータ１１ｃの４つの側面にＡｌ薄膜やコールドミラー薄膜を施すことで、効率良くライトバルブに光線を照射することができる。

またロッドインテグレータ１１ｃのもう一つの機能として、ロッドインテグレータ１１ｃ内部を光線が伝搬する際に、光線断面の輝度ムラを改善することができる。通常の集光レンズで単純にＣＲＴ光源１の発光面をライトバルブに結像してしまうと、蛍光体の塗り斑や付着した埃をそのまま結像してしまい、表示画像の品位を落としてしまう。
光線断面の輝度ムラにはロッドインテグレータ１１ｃの長さ（奥行き）が大きく関与しており、ロッドインテグレータ１１ｃの内面で光線の反射回数が多いほど輝度ムラが減少する。

図１１は、本発明による投影型表示装置の他の実施形態を説明するための図で、ＣＲＴ光源装置１の出射光を集光する素子としてフライアイレンズ１５を用いた光学系を示すものである。フライアイレンズ１５はマイクロレンズ群が２軸上に配列されたものであり、このフライアイレンズ１５を２組配置することで、上記のロッドインテグレータ１１ｃと同様に光線断面の輝度ムラを解消することができる。フライアイレンズ１５は、２組のフライアイレンズの間に偏向変換素子を配置するのに適しているため、主にライトバルブ１２が液晶表示素子（以下ＬＣＤ）である場合に用いる。

次に、ＣＲＴ光源装置１を含んだ映像表示装置において、具体的な光学システム構成を示して説明する。
図１２は、本発明による投影型表示装置の更に他の実施形態を説明するための図で、カラーホイール１６と、ライトバルブ１２として使用する反射型のＭＥＭＳとを用いた光学システムを示すものである。本光学システムは順に、ＣＲＴ光源装置１、集光レンズ１１ａ、カラーホイール１６、コンデンサレンズ１１ｄ、ミラー１７、ＭＥＭＳによるライトバルブ１２、投影レンズ群１３が配置された構成を有するものである。

ＣＲＴ光源装置１の発光部３は白色光線を出射する。そして出射した白色光線は集光レンズ１１ａを通過し、カラーホイール１６に入射する。カラーホイール１６は、円形のガラス基板上に最低Ｒ，Ｇ，Ｂのセグメントが分割して形成されていて、モータによって回転制御される。

ＭＥＭＳは、１フレーム間でＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を形成し、カラーホイール１６はＭＥＭＳと同期して動作する。そしてＭＥＭＳがＲ画像を形成した際に、Ｒセグメント上を光線が通過するように制御される。

図１３は、本発明による投影型表示装置の更に他の実施形態を説明するための図で、ライトバルブ１２に反射型ＬＣＤや反射型ＭＥＭＳを用いた場合の光学システムを示すものである。本光学システムは順に、ＣＲＴ光源装置１、集光レンズ１１ａ、ロッドインテグレータ１１ｃ、コンデンサレンズ１１ｄ、ミラー１７、ＭＥＭＳによるライトバルブ１２、投影レンズ群１３が配置された構成を有するものである。ＣＲＴ光源装置１の発光部３は、Ｒ，Ｇ，Ｂを発光する３ドット（赤色発光部３Ｒ，緑色発光部３Ｇ，青色発光部３Ｂ）に分けられている。

ライトバルブ１２として使用するＭＥＭＳは、１フレーム間にＲ画像、Ｇ画像、Ｂ画像を形成し、ＣＲＴ光源装置１はＭＥＭＳと同期して動作している。そしてＭＥＭＳが赤色画像を形成した際に、ＣＲＴ光源装置１の偏向電極４ではノコギリ波が印加され、その電位調整により電子線を赤色発光部３Ｒへ照射させる。またこのときに偏向電極４には、図５（Ｂ）に示したようなステップ波を印加してもよい。

図１４は、本発明による投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図で、ライトバルブ１２として反射型ＭＥＭＳを用いた場合の光学システムを示すものである。本光学システムは順に、ＣＲＴ光源装置１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）、集光レンズ１１ａ、ダイクロイックミラー一体型ロッドインテグレータ（以下ＤＩＲとする）１８、コンデンサレンズ１１ｄ、ミラー１７、ＭＥＭＳによるライトバルブ１２、投影レンズ群１３が配置された構成を有するものである。ＤＩＲ１８は、３つのダイクロイックミラー１８ａ，１８ｂ，１８ｃを備えている。

ＣＲＴ光源装置１は、緑色発光用ＣＲＴ光源１Ｇ、赤色発光用ＣＲＴ光源１Ｒ、青色発光用ＣＲＴ光源１Ｂを有して構成されている。これら各ＣＲＴ光源１Ｇ，１Ｒ，１Ｂの配列に関しては、各ＣＲＴ光源の発光部の径の大きさやダイクロイックミラー１８ａ，１８ｂ，１８ｃの反射特性を考慮したものであり、この他の配置組合せでも構わない。

ＭＥＭＳ（ライトバルブ１２）は、１フレーム間において第１のサブフィールドでＲ画像を形成する。このとき、赤色発光用ＣＲＴ光源１Ｒが同期して動作し、赤色光線を出射する。この赤色光線は、集光レンズ１１ａを通過し、ＤＩＲ１８に入射する。
ＤＩＲ１８に入射した赤色光線の主光線は、ダイクロイックミラー１８ｂに略４５度で入射し、光路を略９０度曲げられてＤＩＲ１８の長手方向に進行する。このとき、主光線に対して比較的大きな立体角で進行する光線群は、ＤＩＲ１８の側面にて内面反射して伝達しており、ＤＩＲ１８の出射面における輝度ムラは低減されている。

ＤＩＲ１８から出射した赤色光線は、光路下流のコンデンサレンズ１１ｄおよびミラー１７を介してＭＥＭＳによるライトバルブ１２に照射する。そして赤色画像光線に変換され、投影レンズ群１３を通過し、スクリーンに映像投影される。このとき、緑色発光用ＣＲＴ光源１Ｇおよび青色発光用ＣＲＴ光源１Ｂは、動作していないか、もしくは電子銃の輝度調整用グリッド６により低輝度になっている。

第２のサブフィールドに移行した際には、ＭＥＭＳでは緑色画像が形成されており、緑色発光用のＣＲＴ光源１Ｇが同期して動作し、緑色光線が出射する。さらに第３のサブフィールドに移行した際には、ＭＥＭＳでは青色画像が形成されており、青色発光用のＣＲＴ光源１Ｂが同期して動作し、青色光線が出射する。このように、１／６０秒間に、スクリーン上には赤色映像、緑色映像、青色映像が順次投影され、１枚のカラー映像が得られる。

図１５は、本発明の投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図で、ライトバルブ１２に透過型白黒ＬＣＤを用いた場合の光学システムを示すものである。本光学システムは順に、ＣＲＴ光源装置１（１Ｇ，１Ｒ，１Ｂ）、集光レンズ１１ａ、透過型ＬＣＤによるライトバルブ１２（１２Ｇ，１２Ｒ，１２Ｂ）、クロスプリズム１９、投影レンズ群１３が配置された構成を有するものである。

ＣＲＴ光源装置１は、緑色発光用ＣＲＴ光源１Ｇ、赤色発光用ＣＲＴ光源１Ｒ、青色発光用ＣＲＴ光源１Ｂを有して構成されている。そして透過型白黒ＬＣＤ１２Ｇに緑色画像信号を入力して緑色画像を形成させ、透過型白黒ＬＣＤ１２Ｒには赤色画像信号を入力して赤色画像信号を形成させ、透過型白黒ＬＣＤ１２Ｂには青色画像信号を入力して青色画像を形成させる。なお透過型白黒ＬＣＤ（１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ）は同期信号により同時に動作している。

ここで緑色発光用ＣＲＴ光源１Ｇから出射した緑色光線は、緑色用の集光レンズ１１ａを通過し、クロスプリズム１９に入射する。クロスプリズム１９には、所望の赤色波長領域を反射するダイクロイックミラーと青色波長領域を反射するダイクロイックミラーが形成されていて、緑色光線はクロスプリズム内を直進して投影レンズ群１３に入射し、スクリーン上に緑色映像を投影する。

同期間において、赤色発光用ＣＲＴ光源１Ｒから出射した赤色光線は、赤色用の集光レンズ１１ａを通過し、クロスプリズム１９に入射する。クロスプリズム１９には、所望の赤色波長領域を反射するダイクロイックミラーが形成されていて、赤色光線はクロスプリズム１９内で反射して光路を曲げられ、投影レンズ群１３に入射してスクリーン上に赤色映像を投影する。

同様に、同期間において、青色発光用ＣＲＴ光源１Ｂから出射した青色光線は、青色用の集光レンズ１１ａを通過し、クロスプリズム１９に入射する。クロスプリズム１９には、所望の青色波長領域を反射するダイクロイックミラーが形成されていて、青色光線はクロスプリズム１９内で反射し光路を曲げられ、投影レンズ群１３に入射してスクリーン上に青色映像を投影する。

このように、１／６０秒間に、スクリーン上には赤色映像、緑色映像、青色映像が同時投影され、１枚のカラー映像が得られる。
また図１５の光学システムにおいて、集光レンズ１１ａの代わりに１組のフライアイレンズと偏向変換素子を用いることにより、明るさを１．５倍程度向上させることができる。

上記の映像表示装置では、反射型スクリーンを使用するフロントプロジェクタの実施の形態を示したが、次に透過型スクリーンを使用するリアプロジェクションＴＶの実施の形態を説明する。
図１６は、本発明の投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図である。図１６の光学システムは、図１５の光学システムにおけるＣＲＴ光源装置１（１Ｇ，１Ｒ，１Ｂ）からクロスプリズム１９までの構成と同様のものであるが、投影レンズの代わりに集光レンズ１１ｅ、複数のミラー１７による照明系、および透過型スクリーン１４'を用いるのが相違点である。

また図１３のライトバルブに反射型ＭＥＭＳ１２を用いた光学系においても、投影レンズ群１３の代わりに集光レンズ１１ｅ、複数のミラー１７による照明系と、透過型スクリーン１４'とを用いることにより、リアプロジェクションＴＶが構成可能である。

本発明のＣＲＴ光源装置１をフロントプロジェクタ、およびリアプロジェクションＴＶに用いる場合には、大型画面投影を考慮し、ＣＲＴ光源装置１の電子線強度を上げ高輝度にしなければならない。この場合、本発明に係わるＣＲＴ光源装置１では発光部３が単体もしくは数ドットしかないため、発光部３の蛍光物質に高強度の電子線が長時間衝突する結果、蛍光物質の劣化が顕著に発生する。

これを解決するために、本発明に係わる実施形態では、ＣＲＴ光源装置１（１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ）の発光部３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）を塗布する面を別ピースとし、高熱伝導率、かつ高透過性のセラミックス基板を用い、併せて発光部３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）を形成した面に向け、ファンを配置し冷却を行ったところ、蛍光物質の劣化が改善した。
このようなＣＲＴ光源装置１の発光部３の冷却に関しては、水冷・液冷や、フィンを発光部３近傍の面に密着させる構成を採用することが有効である。

本発明による映像表示装置の一実施形態を説明するための図である。 本発明の陰極線管光源装置に適用される電子銃構成の一例を示す図である。 本発明のＣＲＴ光源装置に適用されるアノード構成の一例を示す図である。 ＣＲＴ光源装置における電子線の偏向状態を示す図である。 図５（Ａ）は偏向電極に適用するノコギリ波を示す図、図５（Ｂ）は偏向電極に適用するステップ波を示す図である。 本発明による陰極線管光源装置の第２の実施形態を説明するための図である。 本発明による陰極線管光源装置の第３の実施形態を説明するための図である。 本発明に係わる照明装置を含んだ投影型映像表示装置の結像に関する説明図である。 本発明における照明装置から出射する光線の断面積とその立体角をリフレクタにて制御する手段の説明図である。 本発明に係わる照明装置から出射する光線の断面積とその立体角をロッドインテグレータにて制御する手段の説明図である。 本発明による投影型表示装置の他の実施形態を説明するための図である。 本発明による投影型表示装置の更に他の実施形態を説明するための図である。 本発明による投影型表示装置の更に他の実施形態を説明するための図である。 本発明による投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図である。 本発明の投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図である。 本発明の投影型表示装置の更に他の光学構成の説明図である。 従来の投影型映像装置に用いられている光源装置の構成例を説明するための図である。 ３管式投影型映像表示装置と呼ばれる従来の映像表示装置を示す図である。

符号の説明

１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ…ＣＲＴ光源装置、２…電子銃、２Ｒ…赤色用電子銃，２Ｇ…緑色用電子銃，２Ｂ…青色用電子銃、３…蛍光物質形成部（発光部）、３Ｒ…赤色発光部、３Ｇ…緑色発光部、３Ｂ…青色発光部、４…偏向電極（偏向ヨーク／偏向コイル）、５…カソード、６…輝度調整用グリッド、７…電子レンズ、８…アノード、９…高圧発生部、１０…電源プラグ、１１…集光レンズ、１１ａ…集光レンズ、１１ｂ…リフレクタ、１１ｃ…ロッドインテグレータ、１１ｄ…コンデンサレンズ、１１ｅ…集光レンズ、１２，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…ライトバルブ、１３…投影レンズ群、１４，１４'…投影スクリーン、１５…フライアイレンズ、１６…カラーホイール、１７…ミラー、１８…ダイクロイックミラー一体型ロッドインテグレータ（ＤＩＲ）、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…ダイクロイックミラー、１９…クロスプリズム、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…光源装置、２１…ファンネル部。

Claims (13)

1. 電子線を放出する電子銃と、該電子銃から放出された電子線が衝突することによって発光する蛍光物質が形成された発光部とを有する陰極線管光源装置において、前記発光部は、単体発光領域からなっていることを特徴とする陰極線管光源装置。
2. 電子線を放出する電子銃と、該電子銃から放出された電子線が衝突することによって発光する蛍光物質が形成された発光部とを有する陰極線管光源装置において、前記発光部は、複数の発光領域が一軸方向に配列されてなっていることを特徴とする陰極線管光源装置。
3. 請求項１記載の陰極線管光源装置において、前記発光部は、少なくとも白色、赤色、緑色、青色のいずれかの単色発光部であることを特徴とする陰極線管光源装置。
4. 請求項２記載の陰極線管光源装置において、前記複数の発光領域のうちの一つの発光領域は、少なくとも白色、赤色、緑色、青色のいずれかの単色発光部からなることを特徴とする陰極線管光源装置。
5. 請求項２記載の陰極線管光源装置において、前記発光部は、少なくとも赤色、緑色、青色の多色発光領域から構成されることを特徴とする陰極線管光源装置。
6. 請求項２ないし４のいずれか記載の陰極線管光源装置において、該陰極線管光源装置は、一軸方向に光の進行を可変する偏向電極を備え、前記偏向電極の電界もしくは磁界を制御することにより、前記複数の発光領域のうちの異なる発光領域を発光させることを特徴とする陰極線管光源装置。
7. 請求項１ないし５のいずれか記載の陰極線管光源装置と、反射素子もしくは屈折素子と、拡散素子とから構成されることを特徴とする陰極線管照明装置。
8. 請求項１ないし５のいずれか記載の陰極線管光源装置と、光空間変調素子とを備えた映像表示装置であって、前記陰極線管光源装置の前記発光部の面積をＳｃｒｔ、前記発光部から出射される光の取込み可能な角度をθｃｒｔ、前記光空間変調素子の開口領域の面積をＳｖａｌｂ、光の利用可能な角度をθｖａｌｂとしたとき、
   Ｓｃｒｔ・｛ｓｉｎθｃｒｔ（１／２）｝^２＝Ｓｖａｌｂ・｛ｓｉｎθｖａｌｂ（１／２）｝^２の関係式、および、Ｓｃｒｔ＜Ｓｖａｌｂの関係式が成り立つことを特徴とする映像表示装置。
9. 請求項８記載の映像表示装置において、前記陰極線管光源装置は白色発光型であり、かつ前記光空間変調素子は液晶素子であることを特徴とする映像表示装置。
10. 請求項８記載の映像表示装置において、前記陰極線管光源装置は白色発光型であり、かつ前記光空間変調素子は液晶素子であり、時分割で選択的に特定光波長領域を透過する光シャッター素子を備えたことを特徴とする映像表示装置。
11. 請求項８記載の映像表示装置において、前記陰極線管光源装置は、少なくとも赤色、緑色、青色の多色発光型であり、かつ前記光空間変調素子は液晶素子であることを特徴とする映像表示装置。
12. 請求項８記載の映像表示装置において、前記陰極線管光源装置は白色発光型であり、かつ前記光空間変調素子は機械的に光を反射もしくは透過させるマイクロマシン素子であり、時分割で選択的に特定光波長領域を透過する光シャッター素子を備えたことを特徴とする映像表示装置。
13. 請求項８記載の映像表示装置において、前記陰極線管光源装置は赤色、緑色、青色発光型であり、かつ前記光空間変調素子は機械的に光を反射、もしくは透過させるマイクロマシン素子であることを特徴とする映像表示装置。

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