JP2009128689A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】どのような使用体勢においても、光源のアーク軸を水平に保つことのできる投写型表示装置の提供。
【解決手段】光源から発する光を反射鏡で略平行光にして又は集光して得られた光源光束を形成する複数の光源装置と、前記複数の光源装置からの光源光束を纏めて照明光束とする照明光学系と、前記照明光束に照明されるライトバルブと、前記ライトバルブにより変調された光束を空間あるいはスクリーン上に投射して表示画像を結像させる結像光学系とを備えた投射型表示装置において、前記空間あるいはスクリーン上に投射された画像における水平方向と、前記複数の光源装置における光源光束の光軸とが平行であることを特徴とする投射型表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライトバルブにより変調された照明光束を空間あるいはスクリーン上に投射して表示画像を得る投射型表示装置に関する。

液晶パネルなどの矩形の投射画面をスクリーン上に投射して、表示画像を得る投射型表示装置として、液晶プロジェクタが知られている。このような投射型表示装置（以下、投射装置と略称することがある。）における光源装置は、単一の光源だけでなく複数の光源を組み合わせたものが各種知られている。

例えば、特許文献１には、図９に示すように、２つの光源からの光をひとつの光束として射出する光源装置であって、２つの光軸１０ａ，１０ｂを直交させて配置した放物面の２つの主鏡（放物面鏡）２ａ，２ｂと、それぞれの主鏡２ａ，２ｂの焦点に各々配置された２つのランプ（光源）１ａ，１ｂと、主鏡２ａ，２ｂの開口の半分を塞ぐ平面の２つの副鏡（平面鏡）３ｄ，３ｅと、端部が主鏡２ａ，２ｂの光軸１０ａ，１０ｂの交点に接し、両光軸１０ａ，１０ｂに対して４５゜傾けて配置した平面鏡２０で構成された光源装置が開示されている。主鏡２ａ，２ｂの開口のうち副鏡３ｄ，３ｅが覆っている部分で反射された主鏡２ａ，２ｂからの光は、副鏡３ｄ，３ｅによってほぼ垂直に反射され、主鏡２ａ，２ｂの同一部位で再反射されて、焦点を通って主鏡２ａ，２ｂ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。副鏡３ｄ，３ｅは主鏡２ａ，２ｂ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、両光束を繋ぎ合わせて断面が円形となるひとつの光束となっている。

特許文献２には、複数個の光源と、複数個の光源からの光を合成する光合成部と、光合成部からの光の偏光方向を揃える偏光変換素子と、偏光変換素子からの光の照度を均一化し、且つ第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとで形成されるレンズアレイ群と、レンズアレイ群からの光をＲ光、Ｇ光及びＢ光の各色の光に分離する色分離部と、色分離部で分離された３原色の各々の色に対応して配置された複数個の映像表示素子と、複数個の映像表示素子からの光を合成する色合成部と、色合成部からの光を投射する投射レンズとで構成された投射装置が開示されている。照明光の光合成部は、図１０に示すように、入射した光のうち、約半分の光を透過し、残りの半分の光を反射する光分離部であるハーフミラー３ａと、全反射ミラー３ｂとからなる。詳細に述べるならば、光合成部は、断面が直角三角形のブロック状の透光性部材と、断面が平行四辺形のブロック状の透光性部材とを貼り合わせたプリズムアレイ構成となっている。そして、それらの接合界面にハーフミラー膜としての作用面３ａが形成され、また平行四辺形の透光性部材の外部斜面に全反射膜としての作用面３ｂが形成されている。このようにして、光源１ａと光源１ｂの光束を合成して、インテグレータ光学系に入射している。

特許文献３，４に開示されているカラー液晶プロジェクタにおける光源装置は、図１１，１２に示すように、４灯式及び２灯式の光源装置であるが、特許文献１，２とはその配置が相違しており、個々の光源装置（ランプ及び反射鏡の組み合わせ）の照射する光束の光軸は同一方向に揃っている。なお、特許文献３における光源装置の照射する光は平行光束であるが、特許文献４における光源装置の照射する光は集光光束である。しかし、両者とも光源装置の照射する光の光軸は、同一直線状又は平行線上にある。

しかし、特許文献３，４に開示されているカラー液晶プロジェクタにおいては、この液晶プロジェクタが投射する表示画像の水平方向（本願においては、表示画面を観察したときに横方向と認識する方向、すなわち通常の矩形の表示画面を垂直なスクリーンに投射したときの横方向を水平方向という。また、水平方向の線を水平線という。）と光源装置から発する光束の光軸との配置関係は記載されていないので、どのような関係かは不明である。例えば、図１１で説明すれば、この液晶プロジェクタは、紙面の表側と裏側を液晶プロジェクタの上下と見立てれば、紙面の左右方向が表示画像７の水平方向となり、光源装置から発する光束の光軸は表示画像７の水平方向と平行である。ところが、紙面の左側と右側を液晶プロジェクタの上下と見立てれば、紙面に垂直な方向が表示画像７の水平方向となり、光源装置から発する光束の光軸は表示画像の水平方向と垂直となる。このように、図１１，１２においては、液晶プロジェクタが投射する表示画像の水平方向と光源装置から発する光束の光軸との配置関係は特定されていない。

ところで、一般に、高圧水銀ランプなどのアーク放電型のランプは、特に、プロジェクタなどへ適用されているランプは、アーク近傍の温度が数百度から１０００度を越えるといわれており、ランプメーカは、安定した点灯を実現するために、リフレクタ−（反射鏡）を取りつけたときの形態でランプ構造の最適化設計を行っている。例えば、特許文献５の段落［００１６］中の従来技術の問題点にも記載されている内容によると「放電ランプは、陽極と陰極との間におけるアーク放電により、内部に封入されている水銀、あるいは、不活性ガスの原子や分子が励起されて発光されるものである。したがって、光源を構成する放電ランプが水平方向に対し傾けられて配置されると、両電極の水平方向からの傾きにより、アーク放電パターンに影響を与えてしまい、結果、両電極にストレスとなるダメージが与えられ、放電ランプの寿命を短くしてしまう問題を有している。而して、一般に、放電ランプを使用する光源の水平方向からの傾斜角度θ２は、２０度以下に抑えて使用されることが求められている。」とあり、放電ランプのアーク軸が水平からずれることの不具合を示すことが記されている。放電ランプ以外の光源においても、上述の作用効果は大なり小なり見受けられる。また、一般に光源装置においては、光源から発する光束の光軸と放電ランプのアーク軸とは、製作上の容易さ、発光光の有効利用などの観点から同軸又は平行軸としていると考えてよい。なお、放電ランプのアーク軸とは、放電ランプにおける陽極と陰極とを結ぶ軸線である。
特開２０００−３０５１６９号公報 特開２００７−１６３６１９号公報 特許第３５９４５４３号公報 特許第３７０５１３８号公報 特開２００３−１１４４７９号公報

最近の液晶プロジェクタは、投射光量を増加して、より大画面で、より明るい表示画面を達成するため、個々の放電ランプの光量を増加させることが要求されている。一般に、放電ランプの光を有効利用するために、放電ランプは光源の一方を放物面鏡や回転楕円鏡で覆い、他方に開口を設けて平行光や集光を射出する構造になっている。そして、放電ランプの光軸は、放電ランプが照射する平行光や集光の光軸と平行になるように構成されている。そこで、光源の光量を増加させるためには、放電ランプに大量の電力が投入され、発行量を増加される。しかし、放電ランプに大量の電力が投入されると、放電ランプの温度が上がりやすく、放電ランプの寿命や性能維持の面からアーク軸を水平に保つことがより重要になる。

投射装置の投射光量を増加する方法として、上記の特許文献１〜４に示したように、放電ランプの数を増やすことも考えられている。この場合も、光源全体の安定性や寿命の点から全ての放電ランプにおけるアーク軸を水平に保つことが求められる。すなわち、それぞれの光源からの照射光の光軸を水平とすることである。

しかし、特許文献１，２に記載されているような照明装置では、２つの照射光の光軸が垂直になっており、照射光の光軸と同じ方向を向く光源ランプのアーク軸も垂直に交わっているけれども、これらの光軸が水平になっているという考え方は記載されていない。さらに、これらの光源を使用した液晶プロジェクタにおいては、偶然２つの光源からの光束の光軸が水平であったとしても、液晶プロジェクタそのものを水平に回転して使用する場合は問題ないが、この液晶プロジェクタで斜め上に画像を投影するために液晶プロジェクタを垂直方向に傾けると、少なくとも一方の光源からの光束の光軸は水平から傾いてしまい、当然アーク軸も傾いてしまう。

また、特許文献３，４に記載されている液晶プロジェクタは、上述のように、表示画像の水平方向と光源からの光束の光軸が水平方向との配置関係が特定されておらず、この光源装置の光源からの光束の光軸は、表示画像の水平方向と垂直になっている可能性もある。すなわち、光源からの光束の光軸、言い換えれば、放電ランプのアーク軸を水平に保つという考え方はなく、そのような考慮も払われていない。

このように、従来の投射装置においては、放電ランプのアーク軸を水平に保つべきという問題点に対する考慮がなく、投射装置でほぼ正面の垂直な壁に表示画像を投射するときにおいても、斜め上方の壁や、極端な場合には天井や床面に表示画像を投射する場合にも放電ランプのアーク軸を水平に保って、放電ランプの寿命や性能維持を図ることは考えられていなかったし、そのような構成を特定する説明や図面の記載はなかった。

特に、複数の光源を使用した投写装置においては、投写装置を水平に設置したときに複数の光源のアーク軸がたとえ水平に配置されていたとしても、投射方向を上下に移動してもすべての光源のアーク軸が水平に保たれているものはなかった。この為、投写装置の使用中の投射姿勢により、一部又は全部の光源のアーク軸が水平から大きくずれることがあり、特に複数光源においては、光源の寿命低下や安定性不良という問題が解消されていなかった。

本発明の目的は、上記課題を踏まえ、通常のどのような使用体勢においても、複数の光源を持ち、その全ての光源のアーク軸を水平に保つことのでき、光源の寿命や安定性を向上させた投写型表示装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明者等は、以下の発明を完成した。
本発明は、光源から発する光を反射鏡で略平行光にして又は集光して得られた光源光束を形成する複数の光源装置と、前記複数の光源装置からの光源光束を纏めて照明光束とする照明光学系と、前記照明光束に照明されるライトバルブと、前記ライトバルブにより変調された光束を空間あるいはスクリーン上に投射して表示画像を結像させる結像光学系とを備えた投射型表示装置において、前記空間あるいはスクリーン上に投射された画像における水平方向と、前記複数の光源装置における光源光束の光軸とが平行であることを特徴とする投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記光源装置の光源がアーク放電型ランプであり、該アーク放電型ランプのアーク軸を光源光束の光軸と平行に配置したことを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記反射鏡が放物面鏡であり、光源の発光部を前記放物面鏡の焦点に配置することを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記放物面鏡で反射された光の一部光路中に反射鏡を配置し、前記放物面鏡で反射された光の一部を再び放物面鏡に導き、光源光束とすることを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記反射鏡が回転楕円鏡であり、光源の発光部を前記回転楕円鏡の何れか一方の焦点に配置すること特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記回転楕円鏡で反射された光の光路中にパワーを有する集光素子を配置して、前記回転楕円鏡の開口幅より小さい光束幅の平行光束を形成したことを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記照明光学系が、前記複数の光源装置からの光源光束を結合させて照明光束とすることを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記複数の光源装置から得られるおのおのの光源光束を、光路分離素子により反射光と透過光とに分離し、それぞれ異なった光源光束からの反射光と透過光とを重畳させて複数の照明光束を形成したことを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記複数の光源装置の光源を個別に点滅させる光源制御装置を備えたことを特徴とする前記投射型表示装置である。

好ましい本発明は、前記複数の光源装置が、光源の出力が異なるものを含むことを特徴とする前記投射型表示装置である。

本発明は、光束を発生する第一及び第二の光源装置と、第一及び第二の光源装置で発生した光束を照明光束としてライトバルブに導く照明光学系と、前記ライトバルブに形成された画像を結像光学系により空間あるいはスクリーン上に結像させて表示画像を得る投射型表示装置において、上記複数の第一及び第二の光源装置における照明光源はアーク放電型ランプであり、前記表示画像における横方向を水平に保ったまま、投射表示装置の姿勢を変化させても、前記アーク放電型ランプのアーク軸は、水平に維持されていることを特徴とする投射型表示装置である。

本発明によれば、通常のどのような使用体勢においても、複数の光源を持ち、その全ての光源のアーク軸を水平に保つことのでき、複数光源における光源の寿命低下や安定性不良という問題が解消される投写型表示装置を提供することができる。

本発明の投射型表示装置は、光源から発する光を反射鏡で略平行光にして又は集光して得られた光源光束を形成する複数の光源装置と、前記複数の光源装置からの光源光束を纏めて照明光束とする照明光学系と、前記照明光束に照明されるライトバルブと、前記ライトバルブにより変調された光束を空間あるいはスクリーン上に投射して表示画像を結像させる結像光学系とを備えている。好ましくは、光源装置の光源は、アーク放電型ランプであり、該アーク放電型ランプのアーク軸を光源光束の光軸と平行に配置されている。そして、空間あるいはスクリーン上に投射された画像における水平方向と、前記複数の光源装置における光源光束の光軸とが平行になるように構成されている。

また、本発明の投射型表示装置は、少なくとも２つの光源装置を有し、それぞれの光源装置から発する光束の光軸は平行又は重なっている。そして、これらの光軸は、この投射装置により正面の垂直に配置したスクリーンに表示画像を投影するときには、表示画像の水平線と平行であるので水平になっている。さらに、この投射装置の投射方向を左右に回転して表示画面を移動させても、光源装置から発する光束の光軸は水平を保っている。また、この投射装置の投射方向を上下に動かして表示画面を移動させても、それぞれの光源装置から発する光束の光軸は水平を保っている。すなわち、光源装置から発する光束の光軸と同一方向のアーク軸は、この投射装置の投射方向を上下左右に変更しても常に水平を保つことができる。この為、光源装置のランプに不都合なストレスがかからず、ランプの寿命が延び、発光の安定性も保たれる。

本発明を実施するための最良の実施形態を必要に応じて図面を参照にして説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明の好ましい形態における例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１の投射装置を図１に示した。この投射装置は、２つの光源装置を備え、折り返しミラー、照明レンズ系を含む照明光学系、ライトバルブ、投射レンズ系である結像光学系とを備えている。そして、この投射装置で特徴的なことは、２つの光源装置から発する平行光束の光軸が平行になるように配置され、さらに、この投射装置で投射した表示画像の水平方向の線と平行に構成されている。言い換えれば、２つの光源装置から発する平行光束の光軸は、一般に矩形である投射された表示画像の横方向と同じ方向を向いている。

図１に従って、具体的に説明すると、この投射装置１００における光源装置の光源１ａ，１ｂは、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、無電極放電ランプ等のアーク放電ランプ、ＬＥＤ、ＬＤ等の固体発光型光源など、さまざまな光源が用いられる。その中でもアーク放電ランプが好ましく用いられる。

反射鏡２ａ，２ｂは、光源１ａ，１ｂから発散される光束を効率よく一方向に導くためのもので、いわゆるリフレクタとも呼ばれ、光源１ａ，１ｂと一体に形成され光源装置を形成している。光源装置は、電力供給用のリード線等が付属したランプハウスユニットとしての形態が一般的である。反射鏡２ａ，２ｂは、放物面鏡、回転楕円鏡などが好ましく用いられ、平行光や焦点への集光等の出射光が形成される。図１においては、それぞれ放電ランプ光源１ａ，１ｂと放物面鏡２ａ，２ｂを備えた２つの光源装置から光軸１０ａ，１０ｂが平行な光束１１ａ，１１ｂを出射している。

２つの光源装置から発生した平行な光束１１ａ，１１ｂのうち、一方の光束１１ｂは折り返しミラー３ａ，３ｂにより平行移動され、もう一方の光束１１ａと接するように結合されひとつになる。そして、ひとつに結合された光束は照明レンズ系４、おり返しミラー３ｃにより光軸を９０℃折り曲げられてライトバルブ５を照明する。これらの折り返しミラー３ａ，３ｂ，３ｃ、照明レンズ系４が照明光学系に相当する。

この実施形態の投射装置に搭載されている照明レンズ系４の具体例としては、フライアイレンズを組み合わせたいわゆるインテグレータ光学系などがある。その動作、作用としては、第一のフライアイレンズ光源光で複数の２次光源をつくり、第二フライアイレンズとコンデンサーレンズによって、ライトバルブ５上に重畳させて照明光の均一化を図っている。

ライトバルブ５を照明した照明光束は、ライトバルブ５により変調されて表示画像を形成する。ライトバルブ５としては、液晶ライトバルブ、反射型タイプや、透過型タイプ、また、微小なミラーを２次元配置したＤＭＤといわれるライトバルブがあるが、これらは何れも採用可能である。特に、液晶ライトバルブでは、光の偏光を利用するために、照明光には一方向に揃えた直線偏光が望ましい。その場合は、必要に応じて、ランダム偏光の光源光を直線偏光に変換する、いわゆる偏光変換素子と組み合わせることもできる。

ライトバルブ５上に表示された画像情報は、制御装置（図示せず）から入力された画像情報信号によって変調されて、照明光により結像光学系６（一般に投射レンズと呼ばれている）を介して拡大投射されスクリーン上に表示画像７を形成する。このとき、表示画像７は、通常は矩形であり、水平方向（横方向）と垂直方向（縦方向）を有している。ここで、水平方向とは、例えば、４：３のアスペクト比の矩形パネルであれば、長さ比４の方向、１６：９のアスペクト比の矩形画面であるならば、長さ比１６の長軸方向がセッティングされる。もちろん、使用用途に応じて、観察者が水平方向として選択した方向であればその方向を水平方向と定義する。

このとき、この実施形態の投射装置１００は、結像光学系６から投射される投射光の光軸１２は、光源装置から発した光束１１ａ，１１ｂの光軸１０ａ，１０ｂから９０℃方向転換している。そして、この投射装置１００においては、ライトバルブ５の姿勢を調整して、紙面の左右方向が表示画像の左右方向、すなわち表示画像の水平方向とし、紙面に対して垂直方向が表示画像の縦方向、すなわち垂直方向となるような構成にする。このような構成とすることで、光源装置から発した光束１１ａ，１１ｂの光軸１０ａ，１０ｂと表示画像の左右方向線、すなわち表示画像の水平線１３とが平行になり、さらに、この投射装置１００の投射方向を左右、又は上下に回転させても光源装置から発した光束１１ａ，１１ｂの光軸１０ａ，１０ｂは水平に保たれる。そして、光源１０ａ，１０ｂのアーク軸も水平に保たれる。投射装置１００の通常の使用方法においては、投射装置１００の左右方向と上下方向への回転は考えられるが、投射装置１００の投射方向を軸として捩って使用することはないので、投射装置１００の通常の使用状態においては、常に光源１０ａ，１０ｂのアーク軸は水平に保たれる。

この状態を図２，３を参照にして説明すると、図２はこの実施形態の投射装置１００により垂直なスクリーンに表示画像７を投射した斜視図である。表示画像７における水平線１３は矩形の画像の上下端部の線に相当し、表示画像の垂直線１４は画像の左右端部の線に相当する。そして、投射装置１００の中の光源装置から発した光束１１ａ，１１ｂの光軸１０ａ，１０ｂは、点線表示しているが、表示画像の水平線１３と平行になるため、水平線となっている。この投射装置１００の投影方向を左右に回転させても、光軸１０ａ，１０ｂが水平を保たれることは容易に判る。

図３は、図２に示した投射装置１００の投影方向を９０℃上に向け、天井に表示画像７を結像させた斜視図である。この場合、投射装置１００は、光軸１０ａ、又は光軸１０ｂを中心軸として９０度回転したものと考えることができ、いずれにしても光軸１０ａ，１０ｂは水平を保っている。このように、この実施形態の投射装置１００は、表示画像の水平線１３（横方向）を水平に保ってさえいれば、常に光軸１０ａ，１０ｂは水平を保つことができる。

なお、本願発明での水平とは厳密な意味での水平ではなく略水平であればよい。また、光軸１０ａ，１０ｂと表示画像の水平線１３が平行との概念も略平行であればよい。これは、背景技術の欄の引用文献５で説明したように、アーク軸がほぼ水平を保つように投射装置１００が構成されればよいからである。定量的には、水平とは、アーク軸の水平度として０度から２０度くらいまでの範囲、望ましくは１０度以内の誤差範囲内である。高温となるアーク放電型のランプでは、アーク軸が水平方向から傾けられて使用されると、両電極の水平方向からの傾きにより、アーク放電パターンに影響を与えてしまい、結果的に、放電ランプの寿命を短くしてしまう問題を有しているので、一般に、放電ランプを使用する光源１の水平方向からの傾斜角度θ２は、２０度以下望、望ましくは１０度以下に抑えて使用されることが求められており、この範囲に設定することが望ましいからである。このように、本願発明は、水平配置にすることを推奨された光源に適用した場合に最も効果を発揮する。特に、放電ランプ光源に適用することで、発光の安定や、発光寿命に関して非常に効果がある。なお、ここで、アーク軸とは、陽極と陰極を結ぶ線として定義している。

（実施形態２）
本発明の実施形態２として、図４に例示したようなカラー投射装置を説明する。この投射装置１００は、２つの光源光束を有していて、それぞれの光源光束１１ａ，１１ｂは、平板反射鏡（副鏡）３ｄ'，３ｅ'，３ｄ，３ｅによって放物面鏡（主鏡）２ａ，２ｂの開口からの平行な光源光束の一部を放物面鏡２ａ，２ｂに戻されて、その光源光束の幅を狭めるのと同時に、放物面鏡（主鏡）２ａ，２ｂ開口の周辺光の有効利用を行っている。

各々の光源光束１１ａ，１１ｂは、平板反射鏡３ｄ'，３ｅ'，３ｄ，３ｅで形成される開口幅に応じた幅に狭められているが、２つの光源光束１１ａ，１１ｂのうち、一つは、折り返しミラー３ａ'，３ｂ'により光路を折り曲げ、また、もう一方は、折り返しミラー３ａ，３ｂにより光路を折り曲げられて、ちょうど隣接配置されているので、あたかも一つの照明光束となる。この照明光束を、インテグレータ光学系の照明レンズ系４で調整してライトバルブの照明光として用いている。

照明光学系は、実施形態１で説明したようなインテグレータ光学系と偏光変換素子により透過型液晶のライトバルブ５ａ，５ｂ，５ｃ上に偏光のそろった均一照明がなされる。途中光路に、色分離素子１５ａ，１５ｂを組み合わせ、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応した色分離を行ない、反射鏡１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介してそれぞれの色に対応した３つのライトバルブ５ａ，５ｂ，５ｃを照射する。各色対応した画像をライトバルブ５ａ，５ｂ，５ｃで画像変調して、３つのライトバルブ５ａ，５ｂ，５ｃから得られた画像は、色合成ブリズム１７により合成されたあと、投射レンズ６により表示画像７を得る。

ここで、光源１ａから発し、第一の反射鏡２ａで略平行になった光源光束１１ａの中心軸を光軸１０ａ、光源１ｂから発し、第二の反射鏡２ｂで略平行になった光源光束１１ｂの中心軸を光軸１０ｂから発する。そして、光軸１０ａ、１０ｂ、表示画像の水平線１３（表示画像７の横方向線）は略平行となった配置で構成されている。このためには、光軸１０ａ、１０ｂ平行になるように構成されており、投射レンズ６からの投射光の光軸１２は光軸１０ａ、１０ｂと垂直に構成されている。そして、図４で言えば、紙面の上下方向が表示画像７の横方向（水平方向）であり、紙面に対して垂直な方向が表示画像７の縦方向である。このような構成で、表示画面の水平線１３と、光軸１０ａ、１０ｂは互いに略平行となるような構成としているので、表示画面７の水平方向を保ったまま、例えば天井に投射画像を投射するなどしても、光軸１０ａ、１０ｂと平行なランプ光源のアーク軸は、水平から傾くことはない投射装置の姿勢を決めることができる。したがって、ランプ寿命が縮まるという問題点が解消されている。

（実施形態３）
実施形態３は、図５に示す投射装置である。この投射装置１００は、実施形態２の投射装置と同様、平板反射鏡３ｄ，３ｅ，３ｆを用いて放物面鏡２ａ，２ｂ，２ｃで反射した平行な光源光束の周辺光を光束の中央部に再帰反射させて照明効率を向上させているが。光源のランプを３つ利用した実施形態である。投射画像は図示していないが、３つの照明光束の光軸１ａ，１ｂ，１ｃが、何れも投射画面７の水平方向と平行になっている。図示はしないが、このように光源が４つになっても、５つになってもそれぞれの光源光束の光軸が、投射画面７の水平方向（横方向）と平行になっていれば本発明の投射装置が実現できる。

また、光源が、アーク放電型ランプの場合は、アーク軸（陽極と陰極を結ぶ線上）が水平を保つことができる配置とする。通常、アーク放電型ランプのアーク軸と放物面鏡等で平行光となった光源光束の光軸は平行であるので、光源光束の光軸が水平であれば、実質的にアーク軸が水平となる。特殊な場合として、放物面鏡の焦点にアーク像が位置しているにもかかわらず、照明効率の観点で、アーク軸と光源光軸が正確に平行でない場合がある。この場合は、投射装置の姿勢を変化させても、アーク軸の方向と投射画面の水平方向（横方向）と平行に保つようにして、アーク軸を常に水平に保つことができるようにする。

（実施形態４）
実施形態４の投射装置を図６に示した。図６に示す投射装置１００は、平行に隣り合わせて配置した放物面鏡（主鏡）２ａ，２ｂの焦点に、光源１ａ，１ｂを配置し、第一平板反射鏡（副鏡）３ｄ，３ｅを、放物面鏡２ａ，２ｂの前面に配置している。第一平板反射鏡３ｄは、ちょうど、放物面鏡２ａから反射した平行反射光の開口上側半分を反射させ、再び光源近傍を通過させ、放物面鏡３ａに再び反射されて、第一平板反射鏡３ｄがない開口部下部から光源光束１１ａとなって、照明光学系へと導かれる。同様に、第一平板反射鏡３ｅは、放物面鏡２ｂから反射した平行反射光の開口下側半分を反射させ、再び光源近傍を通過させ、放物面鏡３ｂに再び反射されて、第一平板反射鏡３ｅがない開口部上部から光源光束１１ｂとなって、光源光束１１ａと隣り合わせの状態で照明光学系へと導かれる。

図６に示すようにこの実施形態の投射装置１００においても、照明光学系内部で光束の光路を９０度変更し、投射レンズ６の投射光の光軸を光源光束１１ａ，１１ｂと垂直になるようにしている。そして、投射画像の水平方向を光源光束１１ａ，１１ｂの光軸に平行になるような構成レイアウトとしている。なお、表示画像７における水平方向は、図６の左右方向である。

（実施形態５）
実施形態５の投射装置における照明装置を図７に示す。図７に示した照明装置は、これまで説明した放物面鏡の主鏡を利用して平行な光源光束を形成していた例と相違して、回転楕円面が有する２つの焦点のうち、一方の焦点に光源を配置して、回転楕円面から集光光束を得る。その集光光束中に、集光レンズ系（例えば、凹レンズ）を配置し、平行光束とし、その平行光束を照明光束として利用するものである。

図７を参照して具体的に説明すると、２組の光源装置を、光源１ａ，１ｂとそれに対応する回転楕円鏡２ａ，２ｂとで構成し、それぞれの光源装置からは集光光束が発生する。ここで、光源装置から発した２つの集光光束の光軸が平行になっており、従って、２つの光源１ａ，１ｂのアーク軸も平行になっている。

光源装置から発した２つの集光光束は、それぞれ凹レンズ１８Ａ，１８Ｂによって平行な光源光束１１ａ，１１ｂとなる。そして、２つの光源光束１１ａ，１１ｂは、折り返しミラー３ａ'，３ｂ'によってひとつの光束にされて、照明レンズ系４により照明光束として調整される。さらに、この照明光束は、図示していないが、光路を９０度折り曲げられて、ライトバルブに照射され、ライトバルブで変調されて画像を形成され、投射レンズでスクリーン等に投射され表示画像を形成する。なお、光路を９０度折り曲げるのは、照明光学系でなくても、投射レンズを含む結像光学系で実施してもよい。いずれにしても、スクリーン等に投射される表示画像の投射時点での投射光の光軸が、光源装置から発した２つの集光光束の光軸と９０度の角度をなしている状態ならよい。

（実施形態６）
実施形態６の投射装置を図８に示した。図８に示した投射装置１００は、実施形態２で説明した図４に示すカラー投射装置と類似している。実施形態２との相違点は、２つの光源装置からの２つの光源光束１１ａ，１１ｂをひとつの照明光束とする構成にある。この実施形態の投射装置１００は、放物面鏡２ａ，２ｂにより平行光とした平行光束の周辺部の光束のみを、平面反射鏡３ｄ，３ｅで光源１ａ，１ｂ近傍に戻し、再び、放物面鏡２ａ，２ｂにより反射させて光源光束１１ａ，１１ｂを得る。光源光束１１ａは、光路分離素子１９の片面から入射して、透過光と反射光に分離される。このとき透過光をＡＴ、反射光をＡＲとする。一方、光源光束１１ｂは、折り返しミラー３ａを介して光路分離素子１９の片面から入射して、透過光と反射光に分離される。このとき透過光をＢＴ、反射光をＢＲとする。ここで、ＡＴとＢＲとは一部もしくは、全部が重なり合うように配置されている。また、同時に、ＡＲとＢＴが一部もしくは、全部が重なり合い、ＡＲとＢＴとは、折り返しミラー３ｂにより、ＡＴとＢＲと同じ方向に偏向し、照明光学系へと導かれる。

ここで、光源１ａから発し、放物面鏡２ａで略平行になった光源光束１１ａの中心軸である光軸１０ａと、光源１ｂから発し、放物面鏡２ｂで略平行になった光源光束１１ｂの中心軸である光軸１０ｂとは、平行な構成となっている。図８においては、２つの放物面鏡２ａ，２ｂは、略対向するように配置されているが、同じ方向を向いて並んでいてもよい。そして、この場合も、これらの光源光束１１ａ，１１ｂの放物面鏡から発する際の光軸１０ａ，１０ｂが、表示画像の水平方向に対して、ともに、略平行となった配置で構成されている。照明レンズ系４以降の構成は実施形態２と同じなので、説明を省略する。

この実施形態においては。それぞれの光源装置から発した光源光束が重なり合って照明光学系に向かうので、一方の光源装置が故障したり、消灯されたり、減灯されたりしても全体の光量は低下するが、投射装置としては正常に投射画像を提供できる。また、２つの光源装置の光源の明るさが異なっていても投射される表示画面に光源に由来する明るさのムラができることはない。

（実施形態７）
実施形態７
これまで説明した実施形態１〜６においては、いずれも光源が２つ以上搭載されている実施例を示したが、この実施形態では、これらの光源が異なる出力の光源とした。表１に２つの光源を用いた場合について、その組み合わせに対する表示画面の明るさの変化を示した。

表１において、光源１は出力１５０Ｗを用い、光源２は出力１００Ｗのもので組み合わせた場合を示す。両方の光源をｏｎにした場合は、最も明るい出力が得られることは明白である。その次は、出力の高い光源１だけを点灯した場合、さらに、光源２のみを点灯した場合の３段階の明るさが得られることが判る。もし、同一の出力のランプを２つ組み合わせても、２段階の明るさ調整しかできない。このように、本発明の投射装置は、実施形態１〜６の殿形態においても、光源明るさを変化させることにより投射される表示画像の明るさを調整できる。このことを応用して、光源の一部が球切れ灯で消灯しても投射装置としては使用できることも判る。また、投射環境の状況に応じて表示画像の明るさを調整することもできる。

以上、説明した実施形態の投射装置の特徴点を列記すると、本発明の投射装置においては、投射された表示画像における水平方向に対し、第一の照明光束の光軸、第二の照明光束の光軸いずれもが略平行に配置されているので、表示画像の水平方向を保ったまま投射装置の姿勢を変えても、ランプの輝度安定性や、寿命を劣化させることがない。

また、特に、アーク放電型ランプに適用した場合は、アーク放電パターンに悪影響を与えてしまうことなく、放電ランプの寿命を短くしてしまう問題を回避でき、非常に有効である。

本発明の投射装置における、反射鏡を放物面鏡とした場合は、平行光束を容易に得ることができ、これにより、照明光学系への広がりを最小限に抑えることができ、そのため、平行光束の間にミラー折り返しのスペースを確保できる。したがって、ランプ照明光軸を平行配置とするための光源配置のレイアウトを格段に向上することができる。

さらに、放物面鏡で反射された照明光束の光路中に、平面反射鏡を配置し、前記照明光束幅より狭めた光束とすれば、多灯照明ユニットを用いた投射表示装置で問題であった、複数ランプ配置による開口幅の拡大を抑えることができ、これにより、照明光学系の開口を大きくすること無く（照明Ｆ値を小さくすることなく）、装置の肥大化を防止できる。また、液晶ライトバルブを採用した場合、照明角の拡大によるコントラスト低下を防ぐことができる。

本発明の投射装置において、反射鏡に回転楕円鏡を採用した場合は、照明光束を収束光とできるので、回転楕円鏡の開口幅よりも縮小した開口幅を得ることができ、光源レイアウトの自由度が向上する。

また、パワーを有した集光素子を配置して、反射鏡の開口幅より小さい平行光束幅とすれば、複数のランプ光源を隣接する位置とすることができる。複数の光源から得られる平行光束の照明光を、隣接させて照明光束とできるので、従来の照明光学系の技術をそのまま利用することが可能である。

複数の光源から得られるおのおのの光束を透過光と反射光の２つの光束に分離して、透過光と反射光を隣接して同一方向に向かわせる構成とすれば、照明光学系への入射光が均一化され、よって、ライトバルブへの照明光の均一化、表示画面内での照度均一化が測られる。

複数の光源のうち、少なくとも一つは、異なる出力の光源を用いれば、同じ出力のランプを用いた場合より、明るさのレベル調整段数を増やすことができ、表示環境に応じた明るさレベルを設定することができた。

本発明の投射装置においては、ユーザが、表示画像の水平方向を維持して投射装置の姿勢を変えるような利用のされ方に対しても、アーク放電型のランプを水平に保つことができるので、ランプの輝度安定性や、寿命を劣化させることのない投射型表示装置を実現できる。

また、本発明の投射装置においては、万が一、一部のランプが切れても画面がブラックアウトしないという、２灯照明の効果に加え、より高輝度化が求められているプロジェクタ装置に関して、ランプ寿命を損なうことなく、水平で利用したり、立てて利用したりすることができる。これにより、適用用途の範囲を広げることができることと、同じエンジンで、縦横兼用のプロジェクタが構築でき、量産効果により、装置の低コスト化を実現できる。

本発明の投射装置の概念図 本発明の投射装置で正面の垂直な面に表示画像を投影した斜視図 本発明の投射装置で水平な面に表示画像を投影した斜視図 本発明のカラー投射装置の例（１） 本発明のカラー投射装置の例（２） 本発明のカラー投射装置の例（３） 本発明の投射装置の照明装置の例 本発明のカラー投射装置の例（４） 従来の照明装置の例 従来の投射装置の例 従来のカラー投射装置の例（１） 従来のカラー投射装置の例（２）

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ：光源（放電ランプ）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：主鏡（反射鏡）
３ａ，３ａ'，３ａ"，３ｂ，３ｂ'，３ｂ"，３ｃ：折り返しミラー
３ｄ，３ｄ'，３ｅ，３ｅ'，３ｆ：副鏡（平板反射鏡）
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ：照明レンズ系
５，５ａ，５ｂ，５ｃ：ライトバルブ（液晶表示装置）
６：結像光学系（投射レンズ）
７：表示画像（スクリーン、壁、天井面等に投射された略矩形の画像）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：光源光束の光軸
１１ａ，１１ｂ：光源光束
１２：投射光の光軸
１３：表示画像の水平線（略矩形の表示画像の横方向線）
１４：表示画像の垂直線（略矩形の表示画像の縦方向線）
１５，１５ａ，１５ｂ：色分離素子
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ：反射鏡
１７：合成プリズム
１８ａ，１８ｂ：凹レンズ
１９：光路分離素子
２０：平面鏡
１００：投射装置

Claims (11)

1. 光源から発する光を反射鏡で略平行光にして又は集光して得られた光源光束を形成する複数の光源装置と、
   前記複数の光源装置からの光源光束を纏めて照明光束とする照明光学系と、
   前記照明光束に照明されるライトバルブと、
   前記ライトバルブにより変調された光束を空間あるいはスクリーン上に投射して表示画像を結像させる結像光学系とを備えた投射型表示装置において、
   前記空間あるいはスクリーン上に投射された表示画像における水平方向と、前記複数の光源装置における光源光束の光軸方向とが平行であることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記光源装置の光源は、アーク放電型ランプであり、該アーク放電型ランプのアーク軸を光源光束の光軸と平行に配置したことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記反射鏡は放物面鏡であり、光源の発光部を前記放物面鏡の焦点に配置することを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
4. 前記放物面鏡で反射された光の一部光路中に反射鏡を配置し、前記放物面鏡で反射された光の一部を再び放物面鏡に導き、光源光束とすることを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
5. 前記反射鏡は回転楕円鏡であり、光源の発光部を前記回転楕円鏡の何れか一方の焦点に配置すること特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
6. 前記回転楕円鏡で反射された光の光路中にパワーを有する集光素子を配置して、前記回転楕円鏡の開口幅より小さい光束幅の平行光束を形成したことを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記照明光学系は、前記複数の光源装置からの光源光束を結合させて照明光束とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
8. 前記複数の光源装置から得られるおのおのの光源光束を、光路分離素子により反射光と透過光とに分離し、それぞれ異なった光源光束からの反射光と透過光とを重畳させて照明光束を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
9. 前記複数の光源装置の光源を個別に点滅させる光源制御装置を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
10. 前記複数の光源装置は、光源の出力が異なるものを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
11. 光束を発生する第一及び第二の光源装置と、第一及び第二の光源装置で発生した光束を照明光束としてライトバルブに導く照明光学系と、前記ライトバルブにより変調された照明光束を結像光学系により空間あるいはスクリーン上に結像させて表示画像を得る投射型表示装置において、
    第一及び第二の光源装置における照明光源はそれぞれアーク放電型ランプであり、
    前記表示画像における横方向を水平に保ったまま、投射型表示装置の姿勢を変化させても、前記アーク放電型ランプのアーク軸は、水平に維持されていることを特徴とする投射型表示装置。

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