JP2010160454A

JP2010160454A - 投写型表示装置

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Publication number: JP2010160454A
Application number: JP2009011852A
Authority: JP
Inventors: Kuniko Kojima; 邦子小島; Hiroshi Kida; 博木田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: TWI412869B; CN102171610B; KR20110076974A; US20110043763A1; KR101299890B1; CN102171610A; US8434876B2; EP2357526A1; JP4516622B2; WO2010067504A1; TW201022825A

Abstract

【課題】光利用効率が高く、長寿命な光源装置を備えた投写型表示装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２の光源ランプ１１，１２と、光強度均一化素子１５と、第１及び第２の折り曲げミラー１３，１４と、光強度均一化素子１５から出射された光束Ｌ３を変調して画像光Ｌ４に変換する画像表示素子６１と、画像光をスクリーン６３に投写する投写光学系６２とを備え、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃが第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃと一致せず、第１の折り曲げミラー１３から入射端１５ａまでの第１の距離と第２の折り曲げミラー１４から入射端１５ａまでの第２の距離とが異なるように、第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、及び第２の折り曲げミラー１４を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光源ランプを用いた投写型表示装置に関するものである。

投写型表示装置によって表示される映像の大画面化及び高輝度化を実現するために、複数の光源ランプを備えた多灯式の光源装置を備えた投写型表示装置が提案されている。例えば、特許文献１（特開２００１−３５９０２５号公報の段落００１３〜００１８、図１）には、互いに対向配置された２つの光源ランプからの光束を、光源ランプの集光点付近に配置したプリズムを用いて合成する投写型表示装置用の光源装置が提案されている。

特開２００１−３５９０２５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、２つの光源ランプをプリズムを挟んで対向配置しているので、光源ランプのロス光の内の対向する光源ランプの発光部に到達する光の割合が高くなり、光利用効率が低下する問題、及び、ロス光の入射に伴う光源ランプの温度上昇による光源ランプの寿命の短縮の問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光利用効率が高く、長寿命な光源装置を備えた投写型表示装置を提供することである。

本発明に係る投写型表示装置は、第１の光束を出射する第１の光源手段と、前記第１の光源手段に概ね向き合うように配置され、第２の光束を出射する第２の光源手段と、入射端及び出射端を有し、前記入射端に入射された光束を強度分布が均一化された光束に変換して前記出射端から出射する光強度均一化手段と、前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を前記入射端に向ける第１の折り曲げ手段と、前記第２の光源手段から出射された前記第２の光束を前記入射端に向ける第２の折り曲げ手段と、前記光強度均一化手段の前記出射端から出射された光束を変調して画像光に変換する画像表示素子と、前記画像光をスクリーンに投写する投写光学系とを備え、前記第１の光源手段の第１の光軸が前記第２の光源手段の第２の光軸と一致せず、前記第１の折り曲げ手段から前記入射端までの第１の距離と前記第２の折り曲げ手段から前記入射端までの第２の距離とが異なるように、前記第１の光源手段、前記第２の光源手段、前記第１の折り曲げ手段、及び前記第２の折り曲げ手段を配置したことを特徴としている。

本発明においては、第１の光源手段の第１の光軸が第２の光源手段の第２の光軸と一致せず、第１の折り曲げ手段から光強度均一化手段の入射端までの第１の距離と第２の折り曲げ手段から光強度均一化手段の入射端までの第２の距離とが異なるように、各構成を配置したので、第１の光源手段から第２の光源手段に向かうロス光及び第２の光源手段から第１の光源手段に向かうロス光を減少させて、光利用効率を高くすることができる。また、本発明によれば、第１の光源手段及び２の光源手段は、ロス光の影響が小さくなるので、寿命を長くできるという効果がある。

本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。（ａ）は、比較例における光強度均一化素子の入射端における光束の分布を概略的に示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１における光強度均一化素子の入射端における光束の分布を概略的に示す図であり、（ｃ）は、実施の形態１における光強度均一化素子の入射端における光束の分布の他の例を概略的に示す図である。比較例における折り曲げミラーの配置を概略的に示す図である。実施の形態１に係る投写型表示装置の要部の構成を示す図である。第１の光源ランプからの第１の光束の中心光線の偏心量及び第２の光源ランプからの第２の光束の中心光線の偏心量と、光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である。第１の光源ランプからの第１の光束の中心光線の偏心量及び第２の光源ランプからの第２の光束の中心光線の偏心量と、光利用効率の関係を計算した結果を示す図である。第１の光源ランプの第１の光軸と第２の光源ランプの第２の光軸との偏心量と、光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である。オフセット量と光利用効率の関係、及び、オフセット量とロス光の関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。遮光板の長さと光利用効率の関係、及び、遮光板の長さとロス光の関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る投写型表示装置は、強度が均一化された光束を出射する光源装置１０と、光源装置１０から出射された光束Ｌ３を入力映像信号に応じて変調して画像光Ｌ４に変換する画像表示素子（ライトバルブ）６１と、画像光Ｌ４をスクリーン６３に拡大投写する投写光学系６２とを有している。図１には反射型の画像表示素子６１を示しているが、画像表示素子６１は、透過型の画像表示素子であってもよい。画像表示素子６１は、例えば、液晶ライトバルブ、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などである。背面投射型の投写型表示装置の場合には、スクリーン６３は投写型表示装置の一部である。また、光源装置１０、画像表示素子６１、投写光学系６２、及びスクリーン６３の配置は、図示の例に限定されない。

光源装置１０は、第１の光束Ｌ１を出射する第１の光源手段としての第１の光源ランプ１１と、第１の光源ランプ１１に概ね向き合うように配置され、第２の光束Ｌ２を出射する第２の光源手段としての第２の光源ランプ１２と、入射端１５ａに入射された光束を強度分布が均一化された光束に変換して出射端１５ｂから出射する光強度均一化手段としての光強度均一化素子１５と、第１の光源ランプ１１から出射された第１の光束Ｌ１を入射端１５ａに向ける第１の折り曲げ手段としての第１の折り曲げミラー１３と、第２の光源ランプ１２から出射された第２の光束Ｌ２を入射端１５ａに向ける第２の折り曲げ手段としての第２の折り曲げミラー１４とを有している。

実施の形態１において、第１の光源ランプ１１から出射される第１の光束Ｌ１及び第２の光源ランプ１２から出射される第２の光束Ｌ２は、集光光束である。第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃは第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃと一致しないように、且つ、第１の折り曲げミラー１３から入射端１５ａまでの第１の距離と第２の折り曲げミラー１４から入射端１５ａまでの第２の距離とが異なるように（後述するオフセット量ＯＳだけ異なるように）、第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５を配置している。図１には、第１の折り曲げミラー１３から入射端１５ａまでの第１の距離が第２の折り曲げミラー１４から入射端１５ａまでの第２の距離より短い場合を示している。また、図１には、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと光強度均一化素子１５の光軸１５ｃとの成す角度が９０度であり、第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃと光強度均一化手段１５の光軸１５ｃとの成す角度が９０度であるように、第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５を配置した場合を示している。

第１の光源ランプ１１は、例えば、白色光を出射する発光体１１ａと、この発光体１１ａの周囲に設けられた楕円面鏡１１ｂとから構成される。楕円面鏡１１ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から出射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に収束させる。発光体１１ａは、楕円面鏡１１ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体１１ａから出射された光束は、楕円面鏡１１ｂの第２焦点近傍に収束される。また、第２の光源ランプ１２は、例えば、白色光を出射する発光体１２ａと、この発光体１２ａの周囲に設けられた楕円面鏡１２ｂとから構成される。楕円面鏡１２ｂは、楕円の第１中心に対応する第１焦点から出射された光束を反射して、楕円の第２中心に対応する第２焦点に収束させる。発光体１２ａは、楕円面鏡１２ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体１２ａから出射された光束は、楕円面鏡１２ｂの第２焦点近傍に収束される。なお、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂに代えて放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体１１ａ及び１２ａから出射された光束を放物面鏡により略平行化した後、コンデンサレンズ（図示せず）により収束させればよい。また、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂに代えて放物面鏡以外の凹面鏡を用いることもできる。また、光源ランプの数は３台以上とすることもできる。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の光束Ｌ１の第１の集光点Ｆ１が第１の折り曲げミラー１３より光強度均一化素子１５側に位置し、第２の光束Ｌ２の第２の集光点Ｆ２が第２の折り曲げミラー１４より光強度均一化素子１５側に位置するように、第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５を配置している。楕円面鏡１１ｂによって集光される第１の光束Ｌ１は、第１の折り曲げミラー１３によって光強度均一化素子１５の入射端１５ａ近傍に集光する。楕円面鏡１２ｂによって集光される第２の光束Ｌ２は、第２の折り曲げミラー１４によって光強度均一化素子１５の入射端１５ａ近傍に集光する。また、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の光束Ｌ１の中心光線（実施の形態１においては、光軸１５ｃに平行）が入射端１５ａに入射する第１の入射位置と第２の光束Ｌ２の中心光線（実施の形態１においては、光軸１５ｃに平行）が入射端１５ａに入射する第２の入射位置とは、互いに異なる位置であり、且つ、光強度均一化素子１５の光軸１５ｃからずれた位置（後述する、偏心量ｄ１，ｄ２だけずれた位置）である。

光強度均一化素子１５は、第１の折り曲げミラー１３によって導かれた第１の光束Ｌ１及び第２の折り曲げミラー１４によって導かれた第２の光束Ｌ２を、当該光束断面内（すなわち、光強度均一化素子１５の光軸１５ｃに直交する平面内）における光強度を均一化する（すなわち、照度ムラを低減する）機能を有する。光強度均一化素子１５としては、一般的に、ガラス又は樹脂等の透明材料で作られ、側壁内側が全反射面となるように構成された多角形柱状のロッド（すなわち、断面形状が多角形の柱状部材）、又は、光反射面を内側にして筒状に組み合わされ、断面形状が多角形のパイプ（管状部材）がある。光強度均一化素子１５が多角柱状のロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端から出射させる。光強度均一化素子１５が多角形のパイプである場合には、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端（出射口）から出射させる。光強度均一化素子１５は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子１５の出射端１５ｂの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子１５の出射端１５ｂ近傍においては、略均一な強度分布が得られる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、光強度均一化素子１５の入射端１５ａにおける光束の分布を概略的に示す説明図である。図２（ａ）〜（ｃ）において、濃度の濃く描かれている（黒色に近い）範囲は光束が強い（明るい）領域であり、濃度が薄くなるほど（白色に近づくほど）光束が弱い（暗い）領域である。図２（ａ）は、光源ランプを１灯使用した比較例の場合における光強度均一化素子の入射端の光束の分布の一例を示している。図２（ａ）は、入射端１５ａの中央付近に光強度のピークがあり、周辺に向かって徐々に暗くなる分布を示している。また、図２（ｂ）及び（ｃ）は、光源ランプを２灯使用した本発明の場合における光強度均一化素子１５の入射端１５ａの光束の分布の例を示している。また、図２（ｂ）は、光強度均一化素子１５の入射端１５ａにおいて、第１の光源ランプ１１の光照射領域と第２の光源ランプ１２による光照射領域とが入射端１５ａにおいてほとんど重複しない例を示している。また、図２（ｃ）は、光強度均一化素子１５の入射端１５ａにおいて、第１の光源ランプ１１の光照射領域と第２の光源ランプ１２による光照射領域とが入射端１５ａにおいて概ね重複しており、第１の光束Ｌ１の中心光線の方向が光軸１５ｃに対して傾斜しており、第２の光束Ｌ２の中心光線の方向が第１の光束Ｌ１の中心光線の方向及び光軸１５ｃの両方に対して傾斜している場合を示している。

図３は、比較例における折り曲げミラーの配置を概略的に示す図である。図３は、光源ランプを１灯配置し、光源ランプの光軸１１１ｃと光強度均一化素子１１５の光軸１１５ｃとが直交し、折り曲げミラー１１３で反射した光束Ｌ１の中心光線が光強度均一化素子の光軸１１５ｃと一致するように構成された場合を示している。図３の比較例の場合には、折り曲げミラー１１３の反射面の大きさを十分に大きくすることができるので、光源ランプからの光束Ｌ１を、ほとんどロスしないように、折り曲げることが可能である。

図４は、実施の形態１に係る投写型表示装置の要部の構成を示す図である。図４には、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５が示されている。図４に示されるように、実施の形態１においては、第１の光源ランプ１１の楕円面鏡１１ｂの第２焦点及び第２の光源ランプ１２の楕円面鏡１２ｂの第２焦点が光強度均一化素子１５の入射端１５ａ付近となるよう、各構成を配置している。また、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃとは一致せず、第１の光軸１１ｃと第２の光軸１２ｃとの間隔が０より大きい値（オフセット量ＯＳ）となるように構成している。

第１の光源ランプ１１からの第１の光束Ｌ１を第１の折り曲げミラー１３を用いて光強度均一化素子１５の入射端１５ａに入射させ、同時に、第２の光源ランプ１２からの第２の光束Ｌ２を第２の折り曲げミラー１４を用いて光強度均一化素子１５の入射端１５ａに入射させる場合には、第１の折り曲げミラー１３は、第２の光束Ｌ２を遮らないようにするために、十分な大きさを確保することができなくなる。そのために、図４に示す構成においては、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２がある程度のロスすることは免れない。

仮に、第１の折り曲げミラー１３で折り曲げられた第１の光束Ｌ１の中心光線Ｌ１０及び第２の折り曲げミラー１４で折り曲げられた第１の光束Ｌ２の中心光線Ｌ２０を、光強度均一化素子１５の光軸１５ｃに一致させようとすると、光のロスはさらに大きくなる。このため、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、光強度均一化素子１５の光軸１５ｃに対する第１の折り曲げミラー１３で折り曲げられた第１の光束Ｌ１の中心光線Ｌ１０の偏心量ｄ１及び光強度均一化素子１５の光軸１５ｃに対する第２の折り曲げミラー１４で折り曲げられた第２の光束Ｌ２の中心光線Ｌ２０の偏心量ｄ２を、０より大きい値にする。

図５は、偏心量ｄ１，ｄ２と光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である。図５に示すように、例えば、第１の光源ランプ１１からの第１の光束の中心光線Ｌ１０が偏心量ｄ１の位置に入射するように構成すると、第１の光源ランプ１１からの第１の光束Ｌ１が光強度均一化素子１５の入射端１５ａ上で偏心量ｄ１だけずれた位置に集光するため、光強度均一化素子１５の入射端１５ａにおける光利用効率が低下する。同様に、図５に示すように、例えば、第２の光源ランプ１２からの第２の光束の中心光線Ｌ２０が偏心量ｄ２の位置に入射するように構成すると、第２の光源ランプ１２からの第２の光束Ｌ２が光強度均一化素子１５の入射端１５ａ上で偏心量ｄ２だけずれた位置に集光するため、光強度均一化素子１５の入射端１５ａにおける光利用効率が低下する。

図６は、偏心量ｄ１，ｄ２と光利用効率Ｂの関係のシミュレーション計算の結果を示す図である。図６において、光利用効率Ｂは、偏心量ｄ１，ｄ２が０のとき、すなわち、図４に示されるように、光強度均一化素子１５に入射する光束の中心光線が光強度均一化素子１５の光軸１５ｃに一致した場合の光利用効率に対する比で示されている。図６より、偏心量ｄ１が０のとき、光利用効率Ｂは１となる。偏心量ｄ１が０．５ｍｍのとき、光利用効率Ｂは０．９９、偏心量ｄ１を１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍと増やしていくと、光利用効率Ｂは０．９７、０．９２、０．８４と低下していく。実施の形態１においては、例えば、光利用効率Ｂが０．９以上と高く、且つ、第２の光源ランプ１２からの第２の光束Ｌ２が第１の折り曲げミラー１４によって遮られ難くなるように（すなわち、干渉を緩和するように）、偏心量ｄ１及びｄ２をともに１．５ｍｍとする。ただし、偏心量ｄ１及びｄ２は、各構成の形状、サイズ、配置、光束の進行方向、各構成の光学的特性、求められる性能などの各種要因に応じて決定することができる。

図７は、偏心量ｄ３と光利用効率Ｃの関係のシミュレーション計算の結果を示す図である。図４に示されるように、実施の形態１においては、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃは第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃよりも光強度均一化素子１５に近い側に配置されている。第１の折り曲げミラー１３の光強度均一化素子１５の光軸１５ｃ側の端部１３ａは、第２の光源ランプ１２からの第２の光束Ｌ２との干渉を極力避けるために、光強度均一化素子１５の光軸１５ｃよりも第１の光源ランプ１１側（図４における上側）になるように配置している。図７においては、図４における偏心量ｄ１を１．５ｍｍに固定し、偏心量ｄ３を変化させた場合の光利用効率Ｃをシミュレーション計算した結果が示されている。図７における光利用効率Ｃは、図６の光利用効率Ｂの場合と同様に、図５における、偏心量ｄ１が０のとき、すなわち、第１の光束Ｌ１の中心光線Ｌ１０と光強度均一化素子１５の光軸１５ｃが一致した場合の光利用効率に対する比で示されている。図７には、偏心量ｄ３を１ｍｍから５ｍｍまで変化させた場合の光利用効率Ｃの変化が示されている。図７から、偏心量ｄ３が小さいと、第１の折り曲げミラー１３が小さくなるため、光利用効率Ｃは低下すること、偏心量ｄ３を１ｍｍから大きくしていくと徐々に光利用効率Ｃは高くなり、偏心量ｄ３が３ｍｍ及び３．５ｍｍのとき、光利用効率Ｃが最も高くなることがわかる。

図８は、オフセット量ＯＳと光利用効率の関係、及び、オフセット量ＯＳとロス光の関係を示す図である。図８には、偏心量ｄ１及びｄ２を１．５ｍｍ、偏心量ｄ３を３．５ｍｍに固定し、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃのオフセット量ＯＳを０ｍｍから８．５ｍｍまで変化させた場合の光利用効率とロス光を、オフセット量ＯＳが０ｍｍの場合に対する相対値として算出した結果を示している。図８における「ロス光」は、第１の光源ランプ１１又は第２の光源ランプ１２のいずれか一方を点灯した場合、他方の光源ランプ１２又は１１の発光体１２ａ又は１１ａに到達する光量をシミュレーション計算したものである。図８においては、ロス光が多い場合には、一方の光源ランプが他方の光源ランプの温度を大きく上昇させることになるので、発光効率や寿命低下の恐れがある。また、ロス光が迷光となり、投写型表示装置の内の他の箇所に侵入した場合に、画質に悪影響を与える等の問題が発生する恐れがある。したがって、ロス光は少ないことが望ましい。

第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃのオフセット量ＯＳを検討する場合、図４に示すオフセット量ＯＳが大きくなると、第２の光源ランプ１２の第２の折り曲げミラー１４を大きくすることが必要になるが、第２の折り曲げミラー１４の第１の光源ランプ１１側の端部１４ａを光強度均一化素子１５の光軸１５ｃよりも第１の光源ランプ１１側に伸ばすことが可能となるため、オフセット量ＯＳを大きくしても第２の折り曲げミラー１４における光損失が大きくなることはない。

図８において、光利用効率は、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃのオフセット量ＯＳを変化しても一定となっている。そこで、最適なオフセット量ＯＳは、ロス光の量に応じて決定することが望ましい。第２の光源ランプ１２のみ点灯したとき、第１の光源ランプ１１の発光体１１ａに到達するロス光をＬＡとすると、オフセット量ＯＳを大きくするとロス光ＬＡが減少する。同様に、第１の光源ランプ１１のみ点灯したとき、第２の光源ランプ１２の光源１２ｂに到達するロス光をＬＢとすると、オフセット量ＯＳを大きくするとロス光ＬＢが減少する。図８より、ロス光ＬＡについては、オフセットＯＳが２．５ｍｍ以上でほぼ０となることがわかる。図８に示されるように、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃのオフセット量ＯＳをある一定以上確保して配置すると、光利用効率を高く維持しつつ、ロス光を大幅に減少させることが可能となる。なお、最適なオフセット量ＯＳは、図８の例に限定されず、各構成の形状、サイズ、配置、光束の進行方向、各構成の光学的特性、求められる性能などの各種要因に応じて決定することができる。

以上に説明したように、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の光源ランプ１１の第１の光軸１１ｃと第２の光源ランプ１２の第２の光軸１２ｃが互いに一致しないように配置しているので、光利用効率を高く維持しつつ、ロス光を大幅に低減することが可能となる。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の光源ランプ１１と第２の光源ランプ１２の集光点を光強度均一化素子１５の入射端１５ａ近傍に配置したため、光利用効率が高い光学系を提供することができる。

さらに、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の光源ランプ１１と集光点Ｆ１までの間に第１の折り曲げミラー１３を配置し、第２の光源ランプ１２の集光点Ｆ２までの間に第２の折り曲げミラー１４を配置して、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２を折り曲げる構成としているため、光利用効率が高くロス光を低減した光学系を提供することができる。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置において、光強度均一化素子１５を内面を光反射面とした管状部材で構成する場合には、光強度均一化素子１５の保持構造の設計が容易になり、また、放熱性能が向上する。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置において、光強度均一化素子１５を透明材料で構成された断面形状が多角形の柱状光学素子とする場合には、光強度均一化素子１５の設計が容易になる。

さらに、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、第１の折り曲げミラー１３及び第２の折り曲げミラー１４よりも光強度均一化素子１５側に集光点が位置するように、各構成を配置したので、各折り曲げミラーの発熱を抑制できる。このため、実施の形態１に係る投写型表示装置においては、冷却装置等の追加の必要がなく、構成の簡素化、装置の低コスト化を実現できる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の光源装置２０の構成を概略的に示す図である。図９に示される光源装置２０は、図１（実施の形態１）に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図９における第１の光源ランプ２１、第２の光源ランプ２２、第１の折り曲げミラー２３、第２の折り曲げミラー２４、及び光強度均一化素子２５はそれぞれ、図１における第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５と同様の構成である。図９における発光体２１ａ及び２２ａ、楕円面鏡２１ｂ及び２２ｂ、光軸２１ｃ及び２２ｃ、入射端２５ａ、出射端２５ｂ、並びに、光軸２５ｃはそれぞれ、図１における発光体１１ａ及び１２ａ、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂ、光軸１１ｃ及び１２ｃ、入射端１５ａ、出射端１５ｂ、並びに、光軸１５ｃと同様の構成である。実施の形態２に係る投写型表示装置は、第１の折り曲げミラー２３で折り曲げられた第１の光束Ｌ１及び第２の折り曲げミラー２４で折り曲げられた第２の光束Ｌ２を、光強度均一化素子２５に導くリレー光学系２６を備えた点が、上記実施の形態１に係る投写型表示装置と相違する。図９に示されるように、実施の形態２においては、リレー光学系２６は、レンズ２６ａ及びレンズ２６ｂで構成されており、光束を光強度均一化素子２５に導く。リレー光学系２６を配置することにより、光強度均一化素子２５の入射端２５ａに入射される光束の分布を、所望の分布に変換することが可能になる。

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の場合と同じである。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の光源装置３０の構成を概略的に示す図である。図１０に示される光源装置３０は、図１（実施の形態１）に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図１０における第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、第１の折り曲げミラー３３、第２の折り曲げミラー３４、及び光強度均一化素子３５はそれぞれ、図１における第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５と同様の構成である。図１０における発光体３１ａ及び３２ａ、楕円面鏡３１ｂ及び３２ｂ、光軸３１ｃ及び３２ｃ、入射端３５ａ、出射端３５ｂ、並びに、光軸３５ｃはそれぞれ、図１における発光体１１ａ及び１２ａ、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂ、光軸１１ｃ及び１２ｃ、入射端１５ａ、出射端１５ｂ、並びに、光軸１５ｃと同様の構成である。実施の形態３に係る投写型表示装置は、第１の折り曲げミラー３３で折り曲げられた第１の光束Ｌ１及び第２の折り曲げミラー３４で折り曲げられた第２の光束Ｌ２を、光強度均一化素子３５に導くリレー光学系３６を備えた点が、上記実施の形態１に係る投写型表示装置と相違する。図１０に示されるように、実施の形態３においては、リレー光学系３６は、レンズ３６ａ、折り曲げミラー３６ｂ、及びレンズ３６ｃで構成されており、光束を光強度均一化素子３５に導く。リレー光学系３６を配置することにより、光強度均一化素子３５の入射端３５ａに入射される光束の分布を、所望の分布に変換することが可能になる。また、図１０に示すように、リレー光学系３６は折り曲げミラー３６ｂを有しているので、投写型表示装置の各構成の配置の自由度を高める（すなわち、柔軟なレイアウトを実現する）ことができる。

なお、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の場合と同じである。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置の光源装置４０の構成を概略的に示す図である。図１１に示される光源装置４０は、図１（実施の形態１）に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図１１における第１の光源ランプ４１、第２の光源ランプ４２、第１の折り曲げミラー４３、第２の折り曲げミラー４４、及びリレー光学系４６はそれぞれ、図９（実施の形態２）における第１の光源ランプ２１、第２の光源ランプ２２、第１の折り曲げミラー２３、第２の折り曲げミラー２４、及びリレー光学系２６と同様の構成である。図１１における発光体４１ａ及び４２ａ、楕円面鏡４１ｂ及び４２ｂ、光軸４１ｃ及び４２ｃはそれぞれ、図９における発光体２１ａ及び２２ａ、楕円面鏡２１ｂ及び２２ｂ、光軸２１ｃ及び２２ｃと同様の構成である。実施の形態４に係る投写型表示装置は、光強度均一化素子４５の構成が、上記実施の形態２に係る投写型表示装置のものと相違する。図１１に示されるように、実施の形態４においては、光強度均一化素子４５は、複数のレンズ素子を２次元配列したレンズアレイ４５ａ及び４５ｂを光軸４５ｃ方向に並べて配置することによって構成されている。このような構成の光強度均一化素子４５によって、照明光束の断面内の強度分布を均一にし、照度ムラを抑えることが可能になる。また、実施の形態４に係る投写型表示装置によれば、光強度均一化素子を光学部材のロッドで構成した場合に比べて、光軸４５ｃ方向のサイズを小さくすることが可能になる。

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、２又は３の場合と同じである。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の光源装置５０の構成を概略的に示す図である。図１２に示される光源装置５０は、図１（実施の形態１）に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図１２における第１の光源ランプ５１、第２の光源ランプ５２、第１の折り曲げミラー５３、第２の折り曲げミラー５４、及び光強度均一化素子５５はそれぞれ、図１における第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５と同様の構成である。図１２における発光体５１ａ及び５２ａ、楕円面鏡５１ｂ及び５２ｂ、光軸５１ｃ及び５２ｃ、入射端５５ａ、出射端５５ｂ、並びに、光軸５５ｃはそれぞれ、図１における発光体１１ａ及び１２ａ、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂ、光軸１１ｃ及び１２ｃ、入射端１５ａ、出射端１５ｂ、並びに、光軸１５ｃと同様の構成である。実施の形態５に係る投写型表示装置は、第１の光軸５１ｃと光強度均一化素子５５の光軸５５ｃとの成す角度が９０度より小さく、第２の光軸５２ｃと光強度均一化素子５５の光軸５５ｃとの成す角度が９０度より小さくなるように、第１の光源ランプ５１、第２の光源ランプ５２、第１の折り曲げミラー５３、第２の折り曲げミラー５４、及び光強度均一化素子５５を配置した点が、上記実施の形態１に係る投写型表示装置の場合と相違する。実施の形態５の構成によれば、光源装置５０の図１２における縦方向のサイズを短縮できる。

また、第１の光軸５１ｃと光強度均一化素子５５の光軸５５ｃとの成す角度を９０度より大きく、第２の光軸５２ｃと光強度均一化素子５５の光軸５５ｃとの成す角度が９０度より大きくなるように、第１の光源ランプ５１、第２の光源ランプ５２、第１の折り曲げミラー５３、第２の折り曲げミラー５４、及び光強度均一化素子５５を配置することも可能である。

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、２、３又は４の場合と同じである。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係る投写型表示装置の光源装置７０の構成を概略的に示す図である。図１３に示される光源装置７０は、図１（実施の形態１）に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図１３における第１の光源ランプ７１、第２の光源ランプ７２、第１の折り曲げミラー７３、第２の折り曲げミラー７４、及び光強度均一化素子７５はそれぞれ、図１における第１の光源ランプ１１、第２の光源ランプ１２、第１の折り曲げミラー１３、第２の折り曲げミラー１４、及び光強度均一化素子１５と同様の構成である。図１３における発光体７１ａ及び７２ａ、楕円面鏡７１ｂ及び７２ｂ、光軸７１ｃ及び７２ｃ、入射端７５ａ、出射端７５ｂ、並びに、光軸７５ｃはそれぞれ、図１における発光体１１ａ及び１２ａ、楕円面鏡１１ｂ及び１２ｂ、光軸１１ｃ及び１２ｃ、入射端１５ａ、出射端１５ｂ、並びに、光軸１５ｃと同様の構成である。

実施の形態６に係る投写型表示装置は、光強度均一化素子７５の入射端７５аに隣接して、第１の光源ランプ７１から出射され第２の光源ランプ７２（特に、発光体７２ａ及び楕円面鏡７２ｂの内面（反射面））に向かう光束を遮光（反射又は吸収）する遮光板７６を備えた点が、上記実施の形態１に係る投写型表示装置と相違する。また、遮光板７６は、第２の光源ランプ７２から出射され第１の光源ランプ７１（特に、発光体７１ａ及び楕円面鏡７１ｂの内面（反射面））に向かう光束を遮光（反射又は吸収）する機能も持つ。遮光板７６の材料は、光を透過させない材料であればよい。

遮光板７６は、図１３に示されるように、光強度均一化素子７５の入射端７５ａに隣接した第１の光源ランプ７１側に備えられている。ただし、遮光板７６は、光強度均一化素子７５の入射端７５ａに隣接した第２の光源ランプ７２側に備えてもよい。また、遮光板７６は、第１の光源ランプ７１から第１の折り曲げミラー７３に向かう光束Ｌ１を遮らない位置であって、第２の光源ランプ７２から第２の折り曲げミラー７４に向かう光束Ｌ２を遮らない位置に配置することが望ましい。また、遮光板７６は、第１の光源ランプ７１から第２の光源ランプ７２に向かう光束（又は、第２の光源ランプ７２から第１の光源ランプ７１に向かう光束）をできるだけ多く遮光する位置、大きさ（長さ及び幅）、及び形状にすることが望ましい。

図１３に示されるように、実施の形態６においては、第１の光源ランプ７１からの光束の内の第１の折り曲げミラー７３に到達しないロス光Ｌ５、及び、第２の光源ランプ７２からの光束の内のロス光を、遮光板７６によって遮光することができる。このため、第１の光源ランプ７１から第２の光源ランプ７２に向かうロス光、及び、第２の光源ランプ７２から第１の光源ランプ７１に向かうロス光は減少し、第１の光源ランプ７１及び第２の光源ランプ７２は、ロス光の影響が小さくなるので、第１の光源ランプ７１及び第２の光源ランプ７２の寿命を長くできるという効果がある。

図１４に、実際に遮光板７６を配置した場合の効果を確認した結果を示す図である。図１４には、遮光板７６の長さＥ１を０．１ｍｍから０．６ｍｍまで０．１ｍｍずつ変化させた場合における光利用効率と、第１の光源ランプ７１のみ点灯したときに第２の光源ランプ７２の光源７２аに到達するロス光ＬＢの量（相対値）を示す。遮光板７６の長さＥ１を大きくすると光利用効率は若干低下するが、ロス光ＬＢを大幅に減少することができることがわかる。

なお、実施の形態６において、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同じである。

１０，２０，３０，４０，５０，７０光源装置、１１，２１，３１，４１，５１，７１第１の光源ランプ、１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，７１ａ発光体、１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，７１ｂ楕円面鏡、１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ，４１ｃ，５１ｃ，７１ｃ第１の光源ランプの光軸、１２，２２，３２，４２，５２，７２第２の光源ランプ、１２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ，７２ａ発光体、１２ｂ，２２ｂ，３２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，７２ｂ楕円面鏡、１２ｃ，２２ｃ，３２ｃ，４２ｃ，５２ｃ，７２ｃ第２の光源ランプの光軸、１３，２３，３３，４３，５３，７３第１の折り曲げミラー、１４，２４，３４，４４，５４，７４第２の折り曲げミラー、１５，２５，３５，４５，５５，７５光強度均一化素子、１５ａ，２５ａ，３５ａ，４５ａ，５５ａ，７５ａ光強度均一化素子の入射端、１５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，４５ｂ，５５ｂ，７５ｂ光強度均一化素子の出射端、１５ｃ，２５ｃ，３５ｃ，４５ｃ，５５ｃ，７５ｃ光強度均一化素子の光軸、２６，３６，４６，５６リレー光学系、６１画像表示素子、６２投写光学系、６３スクリーン、７６遮光板、Ｌ１第１の光束、Ｌ２第２の光束、Ｌ３光強度均一化素子からの出射光、Ｌ４画像光、Ｌ５第１のロス光、Ｌ１０中心光線、Ｌ２０中心光線、Ｆ１第１の集光点、Ｆ２第２の集光点。

Claims

第１の光束を出射する第１の光源手段と、
前記第１の光源手段に概ね向き合うように配置され、第２の光束を出射する第２の光源手段と、
入射端及び出射端を有し、前記入射端に入射された光束を強度分布が均一化された光束に変換して前記出射端から出射する光強度均一化手段と、
前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を前記入射端に向ける第１の折り曲げ手段と、
前記第２の光源手段から出射された前記第２の光束を前記入射端に向ける第２の折り曲げ手段と、
前記光強度均一化手段の前記出射端から出射された光束を変調して画像光に変換する画像表示素子と、
前記画像光をスクリーンに投写する投写光学系と
を備え、
前記第１の光源手段の第１の光軸が前記第２の光源手段の第２の光軸と一致せず、前記第１の折り曲げ手段から前記入射端までの第１の距離と前記第２の折り曲げ手段から前記入射端までの第２の距離とが異なるように、前記第１の光源手段、前記第２の光源手段、前記第１の折り曲げ手段、及び前記第２の折り曲げ手段を配置した
ことを特徴とする投写型表示装置。
前記第１の光源手段から出射される前記第１の光束及び前記第２の光源手段から出射される前記第２の光束は集光光束であり、
前記第１の光束の第１の集光点が前記第１の折り曲げ手段より前記光強度均一化手段側に位置し、前記第２の光束の第２の集光点が前記第２の折り曲げ手段より前記光強度均一化手段側に位置するように、前記第１の光源手段、前記第２の光源手段、前記第１の折り曲げ手段、前記第２の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置した
ことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
前記第１の光束の中心光線が前記入射端に入射する第１の入射位置と前記第２の光束の中心光線が前記入射端に入射する第２の入射位置とが、互いに異なる位置であり、且つ、前記光強度均一化手段の光軸からずれた位置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投写型表示装置。
前記入射端に隣接して設けられ、前記第１の光源手段から出射され前記第２の光源手段に向かう光、及び、前記第２の光源手段から出射され前記第１の光源手段に向かう光を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記第１の折り曲げ手段で折り曲げられた前記第１の光束及び前記第２の折り曲げ手段で折り曲げられた前記第２の光束を、前記光強度均一化手段に導くリレー光学系を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記光強度均一化手段は、内面を光反射面とした管状部材を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記光強度均一化手段は、透明材料による多角柱状の部材を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記光強度均一化手段は、複数のレンズ素子を２次元配列したレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記第１の光源手段の前記第１の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が９０度であり、前記第２の光源手段の前記第２の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が９０度であるように、前記第１の光源手段、前記第２の光源手段、前記第１の折り曲げ手段、前記第２の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
前記第１の光源手段の前記第１の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が９０度より小さく、前記第２の光源手段の前記第２の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が９０度より小さくなるように、前記第１の光源手段、前記第２の光源手段、前記第１の折り曲げ手段、前記第２の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。