JP2878944B2 - 光源装置及び投写型表示装置 - Google Patents

光源装置及び投写型表示装置

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JP2878944B2
JP2878944B2 JP5283381A JP28338193A JP2878944B2 JP 2878944 B2 JP2878944 B2 JP 2878944B2 JP 5283381 A JP5283381 A JP 5283381A JP 28338193 A JP28338193 A JP 28338193A JP 2878944 B2 JP2878944 B2 JP 2878944B2
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博 木田
信介 鹿間
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三菱電機株式会社
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • G03B21/20Lamp housings
    • G03B21/208Homogenising, shaping of the illumination light

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所望の被照射領域に高
照度な光照射ができ、さらに照度均一性の高い光照射が
できる光源装置に関するものである。
【0002】また、他の発明は、上記光源装置を組込ん
だ投写型表示装置に関し、さらに詳細に言えば、投写画
像の輝度が高くかつ輝度むらが少ない投写型表示装置に
関するものである。
【0003】
【従来の技術】図27は、従来の光源装置10及び投写
型表示装置40の光学系の構成を概略的に示す構成図で
ある。
【0004】同図に示されるように、従来の光源装置1
0は、ランプ21と、反射面が光軸AXを中心とする回
転対称の楕円面である楕円鏡22と、集光レンズ23と
を有する。ランプ21は、その発光中心が楕円鏡22の
第1焦点FP1付近に位置するように、配置されてい
る。従って、ランプ21から出射され楕円鏡22で反射
された光L1は楕円鏡22の第2焦点FP2付近の集光点
CPに集光して、ランプ21の像を形成する。また、集
光レンズ23は、その前側(ランプ21側を前側又は前
方とし、スクリーンSC側を後側又は後方とする。以
下、本明細書において同じ。)の焦点位置が集光点CP
に一致するように配置されている。従って、集光点CP
を通って集光レンズ23に入射する光L1は、被照射面
(ここでは、液晶パネル61である。)を照射する平行
光束L2となる。
【0005】また、従来の投写型表示装置40は、上記
光源装置10に加えて、ライトバルブとして機能する液
晶パネル61と、投写レンズ62とを有する。尚、図
中、SCは、画像が投写されるスクリーンである。
【0006】液晶パネル61は、駆動回路(図示せず)
からの電気信号に基づいた画像を表示する画像表示領域
を有し、表示された画像の濃淡及び色に応じて画像表示
領域内の光透過率が変化する。液晶パネル61を透過し
た光束L3はさらに投写レンズ62を透過して投写光L4
となり、スクリーンSC上に拡大投写される。
【0007】また、図28は、カラー画像を拡大投写で
きる従来の投写型表示装置41の光学系の構成を概略的
に示す構成図である。
【0008】この投写型表示装置41は、図27と同じ
構成の光源装置10に加えて、赤色光Lrのみを反射し
他の色成分の光を透過する色分離用のダイクロイックミ
ラー63Rと、青色光Lbのみを反射し他の色成分の光
を透過する色分離用のダイクロイックミラー63Bと、
光を反射するミラー64R,64Gとを有する。さら
に、投写型表示装置41は、青色光Lbのみを反射し他
の色成分の光を透過する色合成用のダイクロイックミラ
ー66Bと、緑色光Lgのみを反射し他の色成分の光を
透過する色合成用のダイクロイックミラー66Gと、液
晶パネル61R,61G,61Bと、フィールドレンズ
65R,65G,65Bと、投写レンズ62とを有す
る。
【0009】この投写型表示装置41においては、光源
装置10から出射された光束L2の内、赤色光Lrはダイ
クロイックミラー63Rで反射し、ミラー64Rで向き
を変え、液晶パネル61Rとフィールドレンズ65Rを
透過し、さらにダイクロイックミラー66B,66Gを
透過して投写レンズ62に入射する。また、青色光Lb
はダイクロイックミラー63Rを透過し、ダイクロイッ
クミラー63Bで反射し、液晶パネル61Bとフィール
ドレンズ65Bを透過し、ダイクロイックミラー66B
で反射し、ダイクロイックミラー66Gを透過して投写
レンズ62に入射する。また、緑色光Lgはダイクロイ
ックミラー63R,63Bを透過し、液晶パネル61G
とフィールドレンズ65Gを透過し、ミラー64Gで向
きを変え、ダイクロイックミラー66Gで反射して投写
レンズ62に入射する。投写レンズ62に入射した合成
光束L3は、投写光L4としてスクリーンSC上に拡大投
写される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光源装置10から出射される照明光束L2の断面形
状が円形であるのに対し、液晶パネル61の画像表示領
域は一般に矩形であるため、図29に示すように、照明
光L2の直径を矩形の画像表示領域70の対角寸法より
も大きくする必要があり、斜線部分に入射する光が無駄
になるため画像表示領域70を透過して投写レンズ62
に入射する光量が少なくなり、投写画像の高輝度化が図
りにくいという問題があった。
【0011】また、ランプ21は一般に出射方向によっ
て光度が異なるので、光源装置10から出射される光束
2は均一ではなく、投写画像に輝度むらが生じるとい
う問題があった。例えば、図27又は図28に示される
ようにランプ21が放電電極を光軸AXに平行に配置し
た放電ランプである場合には、光軸AX方向の光度が小
さいので、投写画像の中心付近の輝度が低くなるという
問題があった。
【0012】そこで、本発明は、所望の被照射領域に高
照度な光照射ができ、さらに照度均一性の高い光照射が
できる光源装置を提供することを目的とする。
【0013】また、他の発明は、投写画像の輝度が高く
かつ輝度むらが少ない投写型表示装置を提供することを
目的とする。
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【課題を解決するための手段】 また、請求項の光源装
置は、入射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、
ランプと、前記ランプからの出射光を集光させる集光手
段と、前記集光手段からの光束を偏向し、前記柱状光学
素子の入射端面に入射させる錐体状の偏向手段と、前記
柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレンズ手
段とを有し、前記集光手段による収束光束の集光点近傍
に前記偏向手段を配置し、前記偏向手段の直後に前記柱
状光学素子の入射端面を配置し、前記第1のレンズ手段
により前記柱状光学素子の出射端面の像を照明したい被
照射面に結像させることを特徴としている。
【0018】また、請求項の投写型表示装置は、入射
端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプと、
前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、前記
集光手段からの光束を偏向し、前記柱状光学素子の入射
端面に入射させる錐体状の偏向手段と、前記柱状光学素
子の出射端面の像を形成する第1のレンズ手段と、画像
表示領域を有する面内に画像を形成するライトバルブ
と、前記ライトバルブの表示画像を拡大投写する投写レ
ンズ手段とを有し、前記第1のレンズ手段により前記柱
状光学素子の出射端面の像を前記ライトバルブ面内の画
像表示領域に形成することを特徴としている。
【0019】また、請求項11の投写型表示装置は、入
射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプ
と、前記柱状光学素子の入射端面近傍に前記ランプから
の出射光を集光させる集光手段と、前記集光手段からの
光束を偏向し、前記柱状光学素子の入射端面に入射させ
る錐体状の偏向手段と、前記柱状光学素子の出射端面の
像を形成する第1のレンズ手段と、前記柱状光学素子の
出射端面から出射し前記第1のレンズ手段を透過した光
を、赤色成分の光と緑色成分の光と青色成分の光とに分
ける分光手段と、画像表示領域を有する面内に赤色成分
用の画像を形成する第1のライトバルブと、画像表示領
域を有する面内に緑色成分用の画像を形成する第2のラ
イトバルブと、画像表示領域を有する面内に青色成分用
の画像を形成する第3のライトバルブと、前記第1乃至
第3のライトバルブからの赤色成分の光と緑色成分の光
と青色成分の光を重ね合わせる合成手段と、前記合成手
段により合成された前記第1乃至第3のライトバルブの
表示画像を拡大投写する投写レンズ手段とを有すること
を特徴としている。
【0020】また、請求項12の光源装置は、入射端面
及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプと、前記
ランプからの出射光を集光させる集光手段と、前記柱状
光学素子の出射端面の像を形成する第1のレンズ手段と
を有し、前記柱状光学素子は、入射端面が錐体形状に形
成され、出射端面が平面により形成され、前記集光手段
による光束の集光点近傍に前記柱状光学素子の入射端面
を配置し、前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素
子の出射端面の像を照明したい被照射面に結像すること
を特徴としている。
【0021】また、請求項18の投写型表示装置は、入
射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプ
と、前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、
前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
ズ手段と、画像表示領域を有する面内に画像を形成する
ライトバルブと、前記ライトバルブの表示画像を拡大投
写する投写レンズ手段とを有し、前記柱状光学素子は、
入射端面が錐体形状に形成され、出射端面が平面により
形成され、前記集光手段による光束の集光点近傍に前記
柱状光学素子の入射端面を配置し、前記第1のレンズ手
段により前記柱状光学素子の出射端面の像を前記ライト
バルブ面内の画像領域に形成することを特徴としてい
る。
【0022】また、請求項26の投写型表示装置は、入
射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプ
と、前記柱状光学素子の入射端面近傍に前記ランプから
の出射光を集光させる集光手段と、前記柱状光学素子の
出射端面の像を形成する第1のレンズ手段と、前記柱状
光学素子の出射端面から出射し前記第1のレンズ手段を
透過した光を、赤色成分の光と緑色成分の光と青色成分
の光とに分ける分光手段と、画像表示領域を有する面内
に赤色成分用の画像を形成する第1のライトバルブと、
画像表示領域を有する面内に緑色成分用の画像を形成す
る第2のライトバルブと、画像表示領域を有する面内に
青色成分用の画像を形成する第3のライトバルブと、前
記第1乃至第3のライトバルブからの赤色成分の光と緑
色成分の光と青色成分の光を重ね合わせる合成手段と、
前記合成手段により合成された前記第1乃至第3のライ
トバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ手段とを
有し、前記柱状光学素子は、入射端面が錐体形状に形成
され、出射端面が平面により形成され、前記集光手段に
よる光束の集光点近傍に前記柱状光学素子の入射端面を
配置し、前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素子
の出射端面の像を前記ライトバルブ面内の画像領域に形
成することを特徴としている。
【0023】また、請求項27の投写型表示装置は、入
射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプ
と、前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、
前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
ズ手段と、画像表示領域を有する面内に画像を形成する
ライトバルブと、前記ライトバルブの表示画像を拡大投
写する投写レンズ手段とを有し、前記柱状光学素子は、
出射端面形状が異なる複数の柱状光学素子から成り、前
記ライトバルブに形成される画像の縦横比に応じて柱状
光学素子が切り換えられて光路中に配置されることを特
徴としている。また、請求項30の投写型表示装置は、
入射端面及び出射端面を有する柱状光学素子と、ランプ
と、前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、
前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
ズ手段と、前記柱状光学素子の出射端面から出射し前記
第1のレンズ手段を透過した光を、赤色成分の光と緑色
成分の光と青色成分の光とに分ける分光手段と、画像表
示領域を有する面内に赤色成分用の画像を形成する第1
のライトバルブと、画像表示領域を有する面内に緑色成
分用の画像を形成する第2のライトバルブと、画像表示
領域を有する面内に青色成分用の画像を形成する第3の
ライトバルブと、前記第1乃至第3のライトバルブから
の赤色成分の光と緑色成分の光と青色成分の光を重ね合
わせる合成手段と、前記合成手段により合成された前記
第1乃至第3のライトバルブの表示画像を拡大投写する
投写レンズ手段とを有し、前記柱状光学素子は出射端面
形状が異なる複数の柱状光学素子から成り、前記ライト
バルブに形成される画像の縦横比に応じて柱状光学素子
が切り換えられて光路中に配置されることを特徴として
いる。
【0024】
【0025】
【0026】
【作用】請求項1 の光源装置においては、錐体状の偏向
手段により出射光量が少ないランプの光軸方向の光束を
増やし、柱状光学素子の側面における全反射によって生
じる虚光源数を減らしても柱状光学素子の出射端面の照
度均一性を高くしている。また、例えば、被照射領域よ
り、僅かに広い範囲にだけ光照射をすることにより、所
望の被照射領域に高照度な光照射ができる。
【0027】また、請求項の投写型表示装置において
は、錐体状の偏向手段により出射光量が少ないランプの
光軸方向の光束を増やし、柱状光学素子の出射端面の照
度均一性を高めることにより、投写画像の輝度むらを少
なくしている。また、例えば、ライトバルブの画像形成
領域より、僅かに広い範囲にだけ光照射をすることによ
り、投写画像の輝度を高めることができる。
【0028】また、請求項12の光源装置においては、
錐体状の入射端面を備えた柱状光学素子により出射光量
が少ないランプの光軸方向の光束を増やし、柱状光学素
子の側面における全反射によって生じる虚光源数を減ら
しても柱状光学素子の出射端面の照度均一性を高くして
いる。また、例えば、被照射領域より、僅かに広い範囲
にだけ光照射をすることにより、所望の被照射領域に高
照度な光照射ができる。
【0029】また、請求項18の投写型表示装置におい
ては、錐体状の入射端面を有する柱状光学素子により出
射光量が少ないランプの光軸方向の光束を増やし、柱状
光学素子の出射端面の照度均一性を高めることにより、
投写画像の輝度むらを少なくしている。また、例えば、
ライトバルブの画像形成領域より、僅かに広い範囲にだ
け光照射をすることにより、投写画像の輝度を高めるこ
とができる。
【0030】また、請求項27の投写型表示装置は、柱
状光学素子を切換えることにより、ライトバルブの画像
形成領域の形状に応じて、ライトバルブに照射される光
束の断面形状を切り換え、画像の投写に寄与しない無駄
な光束を少なくしている。
【0031】
【実施例】
実施例1 以下に、実施例1の光源装置11を、図1乃至図3に基
づいて説明する。
【0032】図1は、実施例1の光源装置11及びこの
光源装置11が組込まれた投写型表示装置42の光学系
の構成を概略的に示す構成図である。
【0033】同図に示されるように、実施例1の光源装
置11は、ランプ21と、反射面が光軸AXを中心とす
る回転対称の楕円面である楕円鏡22と、透明の光学素
子であるロッドインテグレータ24と、リレーレンズ2
5と、フィールドレンズ26とを有する。
【0034】ランプ21としては、メタルハライドラン
プやキセノンランプ等の放電ランプや、ハロゲンランプ
等が用いられる。ランプ21は、その発光中心が楕円鏡
22の第1焦点FP1付近に位置するように、配置され
ている。従って、ランプ21から出射され楕円鏡22で
反射された光束L11は楕円鏡22の第2焦点FP2付近
の集光点CPに集光して、ランプ21の像を形成する。
【0035】ロッドインテグレータ24は、その入射端
面24Fが集光点CPの近傍に位置するように、配置さ
れており、ロッドインテグレータ24内を通過した光は
出射端面24Bから光束L12として出射される。
【0036】リレーレンズ25は、ロッドインテグレー
タ24の出射端面24Bの像を被照射面(ここでは、液
晶パネル61である。)上に形成するように配置されて
いる。この場合のリレーレンズ25の共役関係は、図1
に破線25a,25bとして示されている。楕円鏡22
による集光点CPから後方(図1において、右方向)に
進む光は、ロッドインテグレータ24を通過後、光束L
12としてリレーレンズ25を透過し、液晶パネル61の
手前の面S2で2次光源像を形成し、その後発散光束L
13となりフィールドレンズ26に入射する。
【0037】フィールドレンズ26は、その焦点が2次
光源像のある面S2近傍に位置するように、被照射面で
ある液晶パネル61の近傍に配置されている。フィール
ドレンズ26の作用によって、光束L13は平行光束L14
に変換されて被照射面である液晶パネル61を照射す
る。
【0038】尚、フィールドレンズ26は被照射面であ
る液晶パネル61の近傍に配置されているので、破線2
5a,25bで示したリレーレンズ25の共役関係には
ほとんど影響を与えない。従って、ランプ21の発光面
0と楕円鏡22の第2焦点面S1、リレーレンズ25後
方の面S2は互いに共役面であり、第2焦点面S1と面S
2にはランプ21像が形成されている。また、被照射面
1とロッドインテグレータ24の出射端面24Bを含
む面T0 は共役であり、被照射面T1には出射端面24
Bの形状に相似な断面形状を持つ光束L14が照射され
る。
【0039】図2は、ロッドインテグレータ24の形状
を示す斜視図である。同図に示されるように、ロッドイ
ンテグレータ24は、四角柱状の透明光学素子であり、
照明光の波長領域に対して透明なガラス材料やプラスチ
ック材料で形成されている。ロッドインテグレータ24
は、入射端面24Fと、出射端面24Bと、全反射用の
側面である上側面24T、下側面24U、右側面24
R、左側面24Lとを有する。側面24L,24R,2
4T,24Uは全反射面となるように鏡面仕上げされて
いる。また、出射光量を増加させるため、入射端面24
F及び出射端面24Bには誘電体薄膜からなる無反射コ
ーティングを施すことが望ましい。
【0040】図3は、ロッドインテグレータ24の機能
を説明するための説明図である。同図では説明の簡素化
のため、y−z断面内の光束のみを示す。入射光束L11
は、側面(図3には、上側面24T及び下側面24Uの
みを示す。)で全反射されて出射端面24Bに到達する
か、又は、側面で全反射することなく出射端面24Bに
到達する。側面24T,24Uで全反射された光束は、
全反射された面の組み合わせに応じて、入射端面24F
を含む面内の虚光源点(図3における、CPa,CPb
CPc,CPd)から発せられた光線のように出射端面2
4Bを重畳照射する。また、側面24L,24Rで全反
射された光線も出射端面24Bを重畳照射する。このよ
うに出射端面24Bは、多数の虚光源点により重畳照射
されるので、出射端面24Bはその面内が均一性よく照
明される。
【0041】また、図2に示されるように、出射端面2
4B(及び入射端面24F)の縦寸法をH、横寸法をW
とすると、被照射面である液晶パネル61の画像表示領
域の縦横比は出射端面24Bの縦横比H:Wとほぼ等し
い値とすることが望ましい。これは図1の被照射面T1
を照射する光束L14の断面形状がリレーレンズ25によ
り出射端面24Bと相似な共役像とされるためである。
例えば、被照射面が液晶パネル61であり、液晶パネル
61の画像表示領域の縦横比が3:4である場合には、
出射端面24Bの縦横比H:Wも3:4とした方が照明
効率が最適化される。また、液晶パネル61の画像表示
領域の縦横比が9:16である場合には、出射端面24
Bの縦横比H:Wも9:16とした方が照明効率が最適
化される。
【0042】以上のように、実施例1の光源装置11に
よれば、所望の被照射領域に高照度な光照射ができる。
また、この光源装置11においては、入射端面24Fを
含む面内にある多数の虚光源点CPa,CPb,CPc
CPdから発せられた光線のように出射端面24Bを重
畳照射することができるので、照度均一性の高い光照射
ができる。
【0043】尚、実施例1の光源装置11では、ロッド
インテグレータ24の入射端面24Fと出射端面24B
の形状が矩形の場合について説明したが、被照射領域の
形状とに応じた形状であれば、例えば、正六角形や円形
等の他の形状であってもよく、好ましくは、被照射領域
の形状と出射端面24Bの形状とは相似形状であるのが
よい。
【0044】実施例2 以下に、実施例2の投写型表示装置42を、図1及び図
4に基づいて説明する。
【0045】図1に示されるように、実施例2の投写型
表示装置42は、実施例1の光源装置11に加えて、画
像形成用のライトバルブとして機能する液晶パネル61
と、投写レンズ62とを有する。尚、図1において、S
Cは、画像が投写されるスクリーンである。
【0046】液晶パネル61は、駆動回路(図示せず)
からの電気信号に基づいた画像を表示する画像表示領域
を有し、表示された画像の濃淡及び色に応じて画像表示
領域の光透過率が変化する。液晶パネル61の駆動方式
は、単純マトリクス駆動方式、アクティブマトリクス駆
動方式のいずれでもよい。また、液晶パネル61の液晶
材料としては、ねじれネマチック(TN:Twisted Nema
tic)液晶、超ねじれネマチック(STN:Super Twist
ed Nematic)液晶、高分子液晶(PDLC:Polymer Di
spersed Liquid Crystal)、動的散乱モード(DSM:
Dynamic Scattering Mode)液晶等を用いることができ
る。そして、液晶パネル61を透過した光束L15はさら
に投写レンズ62を透過して投写光L16となり、スクリ
ーンSC上に拡大投写される。
【0047】尚、投写レンズ62が非テレセントリック
系の場合には、照明光L15の投写レンズ62への入射効
率を高めるため、液晶パネル61の直後(投写レンズ6
2側)又は直前(ランプ21側)にフィールドレンズを
配置してもよい。
【0048】また、ライトバルブとして液晶パネル以外
の方式、例えば、電気的に画像を表示できる油膜等を用
いてもよい。
【0049】図4は、液晶パネル61の画像表示領域7
0と照明光束L14の照明領域を示す説明図である。従来
の投写型表示装置では、図29に示されるように投写光
束L2が円形であり、その直径を液晶パネル61の画像
表示領域70の対角寸法より大きく設定していたので図
中に斜線71で示した広い領域の光束がスクリーンへの
投写に寄与していなかった。しかし、図4に示されるよ
うに、実施例2の投写型表示装置42による照明光束L
14は画像表示領域70と相似な矩形であり、表示領域7
0の寸法よりやや大きく設定されているので、スクリー
ンSCへの投写に寄与しない光束(斜線72で示され
る。)は極めて少なくなる。
【0050】以上の説明のように、実施例2の投写型表
示装置42によれば、ランプ21から出射された光束の
損失を小さくできるので、スクリーンSCに投写された
投写画像の輝度を高めることができる。また、ロッドイ
ンテグレータ24の出射端面24Bの照度均一性が高
く、液晶パネル61の画像表示領域70も均一に光照射
されるので、スクリーンSCの投写画像の輝度むらを小
さくできる。
【0051】また、図5は実施例2の投写型表示装置4
2の変形例の構成を示す構成図である。図5において、
図1と同一の構成には同一の符号を付して説明すると、
図5の投写型表示装置42A(又は光源装置11A)
は、2つのロッドインテグレータ24,30を有し、楕
円鏡22からの光束を透過させるロッドインテグレータ
を切換えることができる機構(図示せず)を備えた点の
みが、図1の装置と相違する。
【0052】図6(a)に示されるように液晶パネル6
1の画像表示領域70の縦横比(H:W)が9:16で
ある場合には、図6(b)に示される縦横比(HL
L)が9:16のロッドインテグレータ24を使用
し、図6(a)に破線で示されるように縦横比9:16
の画像表示領域70に縦横比3:4の画像73を表示す
る場合には、図6(b)に示される縦横比(HL:WL
が3:4のロッドインテグレータ30を使用するよう
に、ロッドインテグレータを切換えれば、照明光束の無
駄を少なくすることができ、投写画像の輝度を向上させ
ることができる。
【0053】同様に、図6(c)に示されるように液晶
パネル61の画像表示領域70の縦横比(H:W)が
3:4である場合には、図6(d)に示される縦横比
(HL:WL)が3:4のロッドインテグレータ24を使
用し、図6(c)に破線で示されるように縦横比3:4
の画像表示領域70に縦横比9:16の画像74を表示
する場合には、図6(d)に示される縦横比(HL
L)が9:16のロッドインテグレータ30を使用す
るように、ロッドインテグレータを切換えれば、照明光
束の無駄を無くすることができ、投写画像の輝度を向上
させることができる。
【0054】実施例3 以下に、実施例3の投写型表示装置43を、図7に基づ
いて説明する。
【0055】図は、カラー画像を表示できる実施例3
の投写型表示装置43の光学系の構成を概略的に示す構
成図である。
【0056】同図に示されるように、実施例3の投写型
表示装置43は実施例1の光源装置11の構成と同じ、
ランプ21と、楕円鏡22と、ロッドインテグレータ2
4と、リレーレンズ25とを有する。また、この投写型
表示装置43は、第1のフィールドレンズ26R,26
G,26Bを有する。
【0057】さらに、この投写型表示装置43は、赤色
光Lrのみを反射し他の色成分の光を透過する色分離用
のダイクロイックミラー63Rと、青色光Lbのみを反
射し他の色成分の光を透過する色分離用のダイクロイッ
クミラー63Bと、光を反射するミラー64R,64G
とを有する。また、この投写型表示装置43は、青色光
bのみを反射し他の色成分の光を透過する色合成用の
ダイクロイックミラー66Bと、緑色光Lgのみを反射
し他の色成分の光を透過する色合成用のダイクロイック
ミラー66Gと、液晶パネル61R,61G,61B
と、第2のフィールドレンズ65R,65G,65B
と、投写レンズ62とを有する。
【0058】リレーレンズ25は、ロッドインテグレー
タ24の出射端面24Bの像を、液晶パネル61R,6
1G,61B上に形成するように配置される。この場合
のリレーレンズ25と緑色光用の液晶パネル61Gとの
共役関係は、図7に破線25a,25bとして示されて
いる。リレーレンズ25から赤色光Lr用の液晶パネル
61Rまでの光学距離とリレーレンズ25から青色光L
b用の液晶パネル61Bまでの光学距離は、リレーレン
ズ25から緑色光Lg用の液晶パネル61Gまでの光学
距離に等しいので、液晶パネル61R,61Bの画像表
示面上にも出射端面24Bの共役像が形成され、各液晶
パネル61R,61G,61Bの画像表示領域は、その
形状と相似であって、画像形成領域と同等か若干大きい
断面形状の照明光束で照射される。
【0059】また、各液晶パネル61R,61G,61
Bの手前側近傍に配置された第1のフィールドレンズ2
6R,26G,26Bの前側焦点はフィールドレンズ2
6Rについては2次光源像の位置S22に,フィールドレ
ンズ26G,26Bについては2次光源像の位置S21
一致するように設定されているので、各液晶パネル61
R,61G,61Bに入射する照明光Lr,Lg,Lb
平行化されている。
【0060】この投写型表示装置43においては、ラン
プ21から出射されロッドインテグレータ24及びリレ
ーレンズ25を透過した光束L13の内、赤色光Lrはダ
イクロイックミラー63Rで反射し、ミラー64Rで向
きを変え、液晶パネル61Rとフィールドレンズ65R
を透過し、さらにダイクロイックミラー66B,66G
を透過して投写レンズ62に入射する。また、青色光L
bはダイクロイックミラー63Rを透過し、ダイクロイ
ックミラー63Bで反射し、液晶パネル61Bとフィー
ルドレンズ65Bを透過し、ダイクロイックミラー66
Bで反射し、ダイクロイックミラー66Gを透過して投
写レンズ62に入射する。また、緑色光Lgはダイクロ
イックミラー63R,63Bを透過し、液晶パネル61
Gとフィールドレンズ65Gを透過し、ミラー64Gで
向きを変え、ダイクロイックミラー66Gで反射して投
写レンズ62に入射する。投写レンズ62に入射した合
成光束L15は、投写光としてスクリーンSC上に拡大投
写される。
【0061】以上のように、実施例3の投写型表示装置
43においては、液晶パネル61R,61G,61Bの
それぞれの画像表示領域が、図4に示されるように、そ
の形状と相似であって、画像形成領域70と同等か若干
大きい断面形状の照明光束で照射されているので、照明
光の損失を小さくでき、スクリーンSCの投写画像の輝
度を高めることができる。また、この投写型表示装置4
3によれば、ロッドインテグレータ24の出射端面24
Bの照度均一性が高く、液晶パネル61R,61G,6
1Bのそれぞれの画像表示領域も均一に光照射されるの
で、スクリーンSCの投写画像の輝度むらを少なくでき
る。
【0062】実施例4 以下に、実施例4の投写型表示装置44を、図8に基づ
いて説明する。
【0063】実施例4の投写型表示装置44は、第2の
フィールドレンズ65R,65G,65Bを備えておら
ず、第1のフィールドレンズ26R,26G,26Bに
よって2次光源像S22,S21の共役像が投写レンズ62
の入射瞳に形成されるようにしている点のみが、実施例
3の投写型表示装置43(図7)と相違する。実施例4
の投写型表示装置44は、この点を除き、実施例3の装
置と同一である。
【0064】尚、図8は、投写レンズ62が非テレセン
トリック系であり、入射瞳が投写レンズ62から有限距
離の点に位置する場合を示しているが、投写レンズ62
がテレセントリック系である場合には、入射瞳は無限遠
近傍に位置し、フィールドレンズ26R,26G,26
Bによる光源像も無限遠に形成されることになるので、
各フィールドレンズ26R,26G,26Bを透過して
液晶パネル61R,61G,61Bを照明する照明光を
平行光束とすることが望ましい。
【0065】また、上記実施例4の説明では、第1のフ
ィールドレンズ26R,26G,26Bによって2次光
源像S22,S21の共役像が投写レンズ62の入射瞳に形
成される場合を説明したが、第1のフィールドレンズ2
6R,26G,26Bを備えずに第2のフィールドレン
ズ65R,65G,65B(図7に示されるもの)によ
って2次光源像S22,S21の共役像が投写レンズ62の
入射瞳に形成されるようにしてもよい。
【0066】実施例5 以下に、実施例5の光源装置12を、図9乃至図16に
基づいて説明する。
【0067】図9は、実施例5の光源装置12及びこの
光源装置12が組込まれた投写型表示装置45の光学系
の構成を概略的に示す構成図である。
【0068】実施例5の光源装置12において、実施例
1の光源装置11(図1乃至図3)と同一の構成には同
一の符号を付して説明すると、実施例5の光源装置12
は、錐体状レンズ27を、楕円鏡22の第2焦点近傍で
あって、ロッドインテグレータ24の前側(ランプ21
側)に備えた点のみが、実施例1の光源装置11と相違
する。錐体状レンズ27は、円形、楕円形又は矩形等の
底面27Pを有し、その底面27Pがランプ21側を向
き、その頂点27Tがロッドインテグレータ24の入射
端面24Fに向い合うように備えられている。
【0069】図10は、錐体状レンズ27を備えた理由
を説明するためのものであり、実施例1の光源装置11
及び投写型表示装置42における照明光の一例を示す光
線図である。
【0070】実施例1(図1乃至図3)の説明で述べた
ように、ロッドインテグレータ24の出射端面24Bの
照度均一性を高め、ひいては投写画像の輝度むらを少な
くするためには、面S1の虚光源像CPa1,CPc1等を
増やすことが望ましい。しかし、この場合には、面S2
における光源像が大きくなり被照射面T1に入射する光
線L14の平行度が低下するので、液晶パネル61がPD
LCやDSM等の散乱型液晶パネルである場合にはコン
トラストの低下を招く。
【0071】また、虚光源像CPa1,CPc1が大きくな
ると、面S2及び面S3で形成される光源像が大きくな
り、投写レンズ62の絞り62aの開口を大きくするこ
と、即ち、投写レンズ62のFナンバーを小さくするこ
とが要求されるので、投写型表示装置の性能面及びコス
ト面からの要求(Fナンバーを大きくするという要求)
に反する。
【0072】錐体状レンズ27は、出射端面24Bの照
度均一性を高めるという要求を満たすと共に、光線L14
の平行度を高め、投写レンズ62のFナンバーを大きく
するという要求をも満たすために備えられている。
【0073】図11は、実施例5の光源装置12の錐体
状レンズ27の機能を示す説明図であり、図12及び図
13は、錐体状レンズ27の頂点27T付近(図11の
領域80)を拡大して示す説明図である。図11におい
ては、集光点CPが錐体状レンズ27の頂点27Tに一
致するように記載されているが、実際には、図12に示
されるように、集光点CPは頂点27Tよりも僅かにラ
ンプ21側(錐体状レンズ27内)に位置している。
【0074】図11乃至図13に示されるように、錐体
状レンズ27の底面27Pに入射角(光軸AXとの角
度)β1で入射する光線L11aは、錐体状レンズ27内の
集光点CPを通過後、錐体状レンズ27の斜面27Bで
屈折して、入射角β1より小さい出射角(光軸AXとの
角度)β3で光線L11aaとして出射される。また、錐体
状レンズ27の底面27Pに入射角β1で入射する光線
11bは、錐体状レンズ27内の集光点CPを通過後、
錐体状レンズ27の斜面27Aで屈折して、入射角β1
より小さい出射角β3で光線L11bbとして出射される。
【0075】また、錐体状レンズ27の底面27Pに入
射角β2で入射する光線L11c(ランプ21から光軸AX
方向には、出射される光束が少ない暗部が存在し、光線
11cは暗部との境界からの暗部境界光線である。)
、集光点CPを通過後、錐体状レンズ27の斜面27
Bで屈折して、光軸AXと交差する方向(図中、上方)
に光線L11ccとして出射される。また、錐体状レンズ2
7の底面27Pに入射角β2で入射する光線L11d(暗部
境界光線である。)は、錐体状レンズ27の集光点CP
を通過後、錐体状レンズ27の斜面27Aで屈折して、
光軸AXと交差する方向(図中、下方)に光線L11dd
して出射される。
【0076】図13に斜線で示されるように、入射光線
11aとL11Cとの間の光束は、錐体状レンズ27から出
射後、出射光線L11aaとL11ccとの間の光束となる。同
様に、入射光線L11bとL11dとの間の光束は、錐体状レ
ンズ27から出射後、出射光線L11bbとL11ddとの間の
光束となる。
【0077】このように、錐体状レンズ27からの出射
光束は光軸AX近傍で重なり合うので、ランプ21が放
電電極を光軸AXに平行に配置した放電ランプである場
合であっても、光軸AX方向の照度を高めることができ
る。よって、実施例1の場合のように虚光源像を増やさ
なくても、照度むらを軽減することができる。
【0078】また、錐体状レンズ27を備えたことによ
り、出射される光束の出射角β3が小さくなるため、錐
体状レンズ27とロッドインテグレータ24とを組み合
わせることにより、ロッドインテグレータ24の側面に
おける全反射で生ずる虚光源像の数を減らし、2次光源
像を小さくできる。例えば、錐体状レンズ27とロッド
インテグレータ24との好ましい設計条件の一例を示す
図14のように、錐体状レンズ27透過後の最外角光線
11aaがロッドインテグレータ24の出射端面24Bの
端部hに一致し、最外角光線L11bbがロッドインテグレ
ータ24の出射端面24Bの端部fに一致しするように
設計すれば、2次光源像を小さくできる。この場合に
は、液晶パネル61に入射する光束の平行度を向上させ
ることができるとともに、投写レンズ62のFナンバー
を大きくできる。
【0079】尚、図11に於いて錐体状レンズ27から
出射する最外角光線L11aa(又はL11bb)の出射角β3
を最小にするためには、出射錐角β3と錐体状レンズ2
7に入射する暗部境界光線L11cと最外角光線L11a(又
は暗部境界光線L11dと最外角光線L11b)とがなす収束
角(β1−β2)とが、 β3 ≒(β1 −β2 )/2 (1) の関係を有するように設計すればよい。
【0080】また、出射角β3を小さくしたい場合に
は、光線L11aの強度が光線L11cの強度より大きいこと
を勘案して、錐体状レンズ27を透過した光線L11aa
光軸AXとなす角度より光線L11ccが光軸となす角度の
ほうが大きくなるように設計するのが望ましい。
【0081】また、錐体状レンズ27が円錐形である場
合には、錐体状レンズ27の出射角β3が光軸AXを含
むいずれの断面においても同じ角度になるので、ロッド
インテグレータ24の対角断面(図2における断面ad
he又は断面bcgf)内において出射端面24B側の
端部(図2における角部e,f,g,h)を最外角光線
11bb,L11aaが通るようにすれば、出射端面24Bが
光度均一性の高い光源面となる。このようにすれば、ロ
ッドインテグレータ24の側面による全反射が必要最小
限に抑えられ、液晶パネル61に入射する照明光束の平
行度を高めることができる。
【0082】また、錐体状レンズ27を楕円錐や角錐等
にした場合には、光軸AXを含む断面方向により、錐体
状レンズ27の出射角β3に異方性を生じる。図15
(a)、(b)は錐体状レンズ27が四角錐の場合の側
面図と、正面図である。この場合、頂角はgef断面に
おいて最も小さく、bde断面(又はace断面)にお
いて最も大きくなる。また、図16(a)、(b)は錐
体状レンズ27が楕円錐の場合の側面図と、正面図であ
る。この場合には、楕円の長軸を含むabe断面で出射
角β3が最も大きく、楕円の短軸を含むcde断面で出
射角β3が最も小さくなる。従って、ロッドインテグレ
ータ24の断面形状に応じ、出射角β3の異方性が最適
化される錐体状レンズ27を選択すればよい。
【0083】例えば、ロッドインテグレータ24が角柱
の場合には、ロッドインテグレータ24の側面で反射が
生じない条件でかつ、図2のadhe断面(又はcbf
g断面)に対して出射角β3が最も大きく、y−z断面
に対して出射角β3が最も小さくなるような光束を出射
する錐体状レンズ27を使用すればよい。このようにす
ることにより、円錐レンズを用いる場合よりもロッドイ
ンテグレータ24側面における全反射は少なくなり、面
2の2次光源像を小さくでき、液晶パネル61に入射
する照明光の平行度を一層向上させることができる。
【0084】実施例6 以下に、実施例6の投写型表示装置46を、図9及び図
4に基づいて説明する。
【0085】図9に示されるように、実施例6の投写型
表示装置45は、実施例5の光源装置12に加えて、画
像形成用のライトバルブとして機能する液晶パネル61
と、投写レンズ62とを有する。ここで、液晶パネル6
1、投写レンズ62は、実施例2のものと同一である。
【0086】実施例6の投写型表示装置45において
も、図4に示されるように、液晶パネル61の画像表示
領域70をこれと相似で、表示領域70の寸法と同等か
これよりやや大きい光束で照射できるので、スクリーン
SCへの投写に寄与しない光束(斜線で示される)はほ
とんどなくなる。従って、実施例6の投写型表示装置4
5によれば、ランプ21から出射された光束の損失を小
さくできるので、投写画像の輝度を高めることができ
る。
【0087】また、錐体状レンズ27を備えることによ
り、ロッドインテグレータ24の出射端面24Bの照度
均一性が高く、液晶パネル61の画像表示領域も均一に
光照射されるので、スクリーンSCの投写画像の輝度む
らを小さくできる。
【0088】実施例7 以下に、実施例7の投写型表示装置46を、図17に基
づいて説明する。
【0089】図17は、カラー画像を表示できる実施例
7の投写型表示装置46の光学系の構成を概略的に示す
構成図である。
【0090】実施例7の投写型表示装置46において、
実施例3の投写型表示装置43(図7)と同一の構成に
は同一の符号を付して説明する。実施例7の投写型表示
装置46は、錐体状レンズ27を、楕円鏡22の第2焦
点近傍であって、ロッドインテグレータ24の前側(ラ
ンプ21側)に備えた点のみが、実施例3の投写型表示
装置43と相違する。また、錐体状レンズ27は、実施
例5のものと同一である。
【0091】従って、実施例7の投写型表示装置46に
よれば、実施例5の場合と同様に、投写画像の輝度を高
めることができ、また、錐体状レンズ27を備えたこと
により、スクリーンSCの投写画像の輝度むらを小さく
することができる。
【0092】実施例8 以下に、実施例8の投写型表示装置47を、図18に基
づいて説明する。
【0093】図18は、カラー画像を表示できる実施例
8の投写型表示装置47の光学系の構成を概略的に示す
構成図である。
【0094】実施例8の投写型表示装置47において、
実施例4の投写型表示装置44(図8)と同一の構成に
は同一の符号を付して説明すると、実施例8の投写型表
示装置47は、錐体状レンズ27を、楕円鏡22の第2
焦点近傍であって、ロッドインテグレータ24の前側
(ランプ21側)に備えた点のみが、実施例4の投写型
表示装置44と相違する。また、錐体状レンズ27は、
実施例5のものと同一である。
【0095】従って、実施例8の投写型表示装置47に
よれば、実施例5の場合と同様に、投写画像の輝度を高
めることができ、また、錐体状レンズ27を備えたこと
により、スクリーンSCの投写画像の輝度むらを小さく
することができる。
【0096】実施例9 以下に、実施例9の光源装置13を、図19乃至図22
に基づいて説明する。図19は、実施例9の光源装置1
3とこの光源装置13が組込まれた投写型表示装置48
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。
【0097】実施例9の光源装置13において、実施例
1の光源装置11(図1乃至図3)と同一の構成には同
一の符号を付して説明する。実施例9の光源装置13
は、ロッドインテグレータ28の形状のみが実施例1の
光源装置11と相違する。図19に示されるように、実
施例9の光源装置13のロッドインテグレータ28は、
その入射端面をランプ21側に突出した頂点28Tを有
する錐体形状(錐体部28C)にしている。
【0098】このように、ロッドインテグレータ28の
入射端面を錐体形状にした理由は、図10に基づいて実
施例5で説明したように、出射端面28Bの照度均一性
を高めるという要求を満たす共に、光線L14の平行度
を高め、投写レンズ62のFナンバーを大きくするとい
う要求をも満たすためである。
【0099】図20は、実施例9の光源装置13のロッ
ドインテグレータ28の機能を示す説明図であり、図2
1は、ロッドインテグレータ28の錐体部28Cの頂点
28T付近(図20の領域81)を拡大して示す説明図
である。
【0100】図19及び図20においては、集光点CP
が錐体部28Cの頂点28Tに一致するように記載され
ているが、実際には、図21に示されるように、集光点
CPは頂点28Tよりも僅かにランプ21側(空気中)
に位置している。
【0101】空気中の集光点CPを通過後、ロッドイン
テグレータ28の錐体部28Cに入射角(光軸AXとの
角度)β1で入射する光線L11aは、錐体部28Cの斜面
28Eで屈折して、入射角β1より小さい角度(光軸A
Xとの角度)β4で光線L11aaとして進む。また、空気
中の集光点CPを通過後、錐体部28Cに入射角β1
入射する光線L11bは、錐体部28Cの斜面28Dで屈
折して、入射角β1より小さい出射角β4で光線L11bb
して進む。
【0102】また、空気中の集光点CPを通過後、錐体
部28Cに入射角β2で入射する光線L11c(ランプ21
から光軸AX方向には、出射される光束が少ない暗部が
存在し、光線L11cは暗部との境界の暗部境界光線であ
る。)は、錐体部28Cの斜面28Eで屈折して、光軸
AXと交差する方向(図中、上方)に光線L11ccとして
進む。また、空気中の集光点CPを通過後、錐体部28
Cに入射角β2で入射する光線L11d(暗部境界光線であ
る。)は、錐体部28Cの斜面28Dで屈折して、光軸
AXと交差する方向(図中、下方)に光線L11ddとして
進む。
【0103】このように、入射光線L11aとL11Cとの間
の光束は、ロッドインテグレータ28に入射後、光線L
11aaとL11ccとの間の光束となる。同様に、入射光線L
11bとL11dとの間の光束は、ロッドインテグレータ28
に入射後、光線L11bbとL11ddとの間の光束となる。
【0104】このように、ロッドインテグレータ28内
部の光束は光軸AX近傍で重なり合うので、ランプ21
が放電電極を光軸AXに平行に配置した放電ランプであ
る場合であっても、光軸AX方向の照度を高めることが
できる。よって、実施例1の場合のように虚光源像を増
やさなくても、照度むらを少なくすることができる。
【0105】また、ロッドインテグレータ28が錐体部
28Cを備えたことにより、光束が光軸AXとなす角β
4が小さくなるため、ロッドインテグレータ28の側面
における全反射で生ずる虚光源像の数を減らし、2次光
源像を小さくできる。例えば、ロッドインテグレータ2
8の好ましい設計条件の一例を示す図22のように、最
外角光線L11aaがロッドインテグレータ28の出射端面
28Bの端部に一致し、最外角光線L11bbがロッドイン
テグレータ28の出射端面28Bの端部に一致するよう
に設計すれば、2次光源像を小さくできる。この場合に
は、液晶パネル61に入射する光束の平行度を向上させ
ることができるとともに、投写レンズ62のFナンバー
を大きくできる。
【0106】尚、最外角光線L11aa(又はL11bb)の出
射角β4を最小にするためには、出射角β4と錐体部28
Cに入射する暗部境界光線L11cと最外角の光線L
11a(又は暗部境界光線L11dと最外角の光線L11b)と
がなす収束角(β1−β2 とが、 β4 ≒(β1−β2)/2n …(2) の関係を有するように設計すればよい。ここで、nは、
ロッドインテグレータの屈折率である。
【0107】また、この条件は、ロッドインテグレータ
28から出射後の光束のなす角度β3(図20)につい
β3 ≒(β1−β2)/2 …(3) の関係を有することと同じである。
【0108】また、出射角β3 を小さくしたい場合に
は、光線L11aの強度が光線L11cの強度より大きいこと
を勘案して、ロッドインテグレータ29に入射した光線
11aaが光軸AXとなす角度より光線L11ccが光軸とな
す角度のほうが大きくなるように設計するのが望まし
い。
【0109】また、図19のロッドインテグレータ28
は、柱状部と錐体部とを一体成形したものであるある
が、柱状部と錐体部とが別個に成形し、これらを接合し
た構成であってもよい。
【0110】実施例10 以下に、実施例10の投写型表示装置48を、図19及
び図4に基づいて説明する。
【0111】図19に示されるように、実施例10の投
写型表示装置48は、実施例9の光源装置13に加え
て、画像形成用のライトバルブとして機能する液晶パネ
ル61と、投写レンズ62とを有する。ここで、液晶パ
ネル61、投写レンズ62は、実施例2のものと同一で
ある。
【0112】実施例10の投写型表示装置48において
も、図4に示されるように、液晶パネル61の画像表示
領域70を、これと相似であって、画像表示領域70の
寸法と同等かこれよりやや大きい断面を持つ光束で照射
できるので、スクリーンSCの投写に寄与しない光束
(斜線71で示される。)をほとんどなくすることがで
きる。このように、実施例10の投写型表示装置48に
よれば、ランプ21から出射された光束の損失を小さく
できるので、投写画像の輝度を高めることができる。
【0113】また、錐体部28Cを有するロッドインテ
グレータ28を備えることにより、ロッドインテグレー
タ28の出射端面28Bの照度均一性が高く、液晶パネ
ル61の画像表示領域も均一に光照射されるので、スク
リーンSCの投写画像の輝度むらを小さくすることがで
きる。
【0114】実施例11 以下に、実施例11の光源装置14を、図23及び図2
4に基づいて説明する。
【0115】図23は、実施例11の光源装置14のロ
ッドインテグレータ29の機能を示す説明図であり、図
24は、錐体状凹部29Cの底部29T付近(図21の
領域82)を拡大して示す説明図である。
【0116】図23においては、集光点CPが錐体状凹
部29Cの底部29Tに一致するように記載されている
が、実際には、図24に示されるように、集光点CPは
底部29Tよりも僅かに出射端面29B側(ロッドイン
テグレータ29内)に位置している。
【0117】図24に示されるように、ロッドインテグ
レータ29の錐体状凹部29C内の集光点CPに向って
入射角(光軸AXとの角度)β1で入射する光線L
11aは、錐体状凹部29Cの斜面29Dで屈折して、入
射角β1より小さい角(光軸AXとの角度)β4で光線L
11aaとして進む。また、錐体状凹部29Cに集光点CP
に向って入射角β1で入射する光線L11bは、錐体状凹部
29Cの斜面29Eで屈折して、入射角β1より小さい
出射角β4で光線L11bbとして進む。
【0118】また、錐体状凹部29Cの斜面29Dに集
光点CP方向に向かって入射角β2で入射する光線L11c
(ランプ21から光軸AX方向には、出射される光束が
少ない暗部が存在し、光線L11cは暗部との境界の暗部
境界光線である。)は、錐体状凹部29Cの斜面29D
で屈折して、図中上方に光線L11ccとして進む。また、
錐体部29Cの斜面29Eに集光点CP方向に向かって
入射角β2で入射する光線L11d(暗部境界光線であ
る。)は、錐体部29Cの斜面29Eで屈折して、図中
下方に光線L11ddとして進む。
【0119】このように、入射光線L11aとL11Cとの間
の光束は、ロッドインテグレータ28に入射後、光線L
11aaとL11ccとの間の光束となる。同様に、入射光線L
11bとL11dとの間の光束は、ロッドインテグレータ28
に入射後、光線L11bbとL11ddとの間の光束となる。
【0120】このように、ロッドインテグレータ29内
部の光束は光軸AX近傍で重なり合うので、ランプ21
が放電電極を光軸AXに平行に配置した放電ランプであ
る場合であっても、光軸AX方向の照度を高めることが
できる。よって、実施例1の場合のように虚光源像を増
やさなくても、照度むらを小さくすることができる。
【0121】また、ロッドインテグレータ29が錐体状
凹部29Cを備えたことにより、光束が光軸AXとなす
角β4が小さくなるため、ロッドインテグレータ29の
側面における全反射で生ずる虚光源像の数を減らし、2
次光源像を小さくできる。例えば、図23のように、最
外角光線L11aaがロッドインテグレータ29の出射端面
29の端部に一致し、最外角光線L11bがロッドインテ
グレータ29の出射端面29Bの端部に一致しするよう
に設計すれば、2次光源像を小さくできる。この場合に
は、液晶パネル61に入射する光束の平行度を向上させ
ることができるとともに、投写レンズ62のFナンバー
を大きくできる。
【0122】実施例12 以下に、実施例12の投写型表示装置49を、図25に
基づいて説明する。
【0123】図25は、カラー画像を表示できる実施例
12の投写型表示装置49の光学系の構成を概略的に示
す構成図である。
【0124】実施例12の投写型表示装置49におい
て、実施例3の投写型表示装置43(図7)と同一の構
成には同一の符号を付して説明する。実施例12の投写
型表示装置49は、ロッドインテグレータ28の前側
(ランプ21側)に錐体部28Cを備えた点のみが、実
施例3の投写型表示装置43と相違する。また、ロッド
インテグレータ28は、実施例9のものと同一である。
【0125】実施例12の投写型表示装置49において
も、図4に示されるように、液晶パネル61の画像表示
領域70をこれと相似で、表示領域70の寸法と同等か
これよりやや大きい光束で照射できるので、スクリーン
SCへの投写に寄与しない光束(斜線で示される)はほ
とんどなくなる。従って、実施例12の投写型表示装置
49によれば、ランプ21から出射された光束の損失を
小さくできるので、投写画像の輝度を高めることができ
る。
【0126】また、錐体部28Cを持つロッドインテグ
レータ28の出射端面28Bの照度均一性が高く、液晶
パネル61の画像表示領域も均一に光照射されるので、
スクリーンSCの投写画像の輝度むらを小さくできる。
【0127】実施例13 以下に、実施例13の投写型表示装置50を、図26に
基づいて説明する。
【0128】図26は、カラー画像を表示できる実施例
13の投写型表示装置50の光学系の構成を概略的に示
す構成図である。
【0129】実施例13の投写型表示装置50におい
て、実施例4の投写型表示装置44(図8)と同一の構
成には同一の符号を付して説明する。実施例13の投写
型表示装置50は、ロッドインテグレータ28の前側
(ランプ21側)に錐体部28Cを備えた点のみが、実
施例3の投写型表示装置43と相違する。また、ロッド
インテグレータ28は、実施例9のものと同一である。
【0130】実施例13の投写型表示装置50において
も、図4に示されるように、液晶パネル61の画像表示
領域70をこれと相似で、表示領域70の寸法と同等か
これよりやや大きい光束で照射できるので、スクリーン
SCへの投写に寄与しない光束(斜線で示される)はほ
とんどなくなる。従って、実施例13の投写型表示装置
50によれば、ランプ21から出射された光束の損失を
小さくできるので、投写画像の輝度を高めることができ
る。
【0131】また、錐体部28Cを持つロッドインテグ
レータ28の出射端面28Bの照度均一性が高く、液晶
パネル61の画像表示領域も均一に光照射されるので、
スクリーンSCの投写画像の輝度むらを小さくできる。
【0132】
【0133】
【0134】
【発明の効果】請求項1乃至4 の光源装置においては、
錐体状の偏向手段により出射光量が少ないランプの光軸
方向の光束を増やし、柱状光学素子の側面における全反
射によって生じる虚光源数を減らしても柱状光学素子の
出射端面の照度均一性を高めることができるという効果
がある。また、被照射領域より、僅かに広い範囲にだけ
光照射をすることにより、所望の被照射領域に高照度な
光照射ができるという効果がある。
【0135】また、請求項5乃至11の投写型表示装置
においては、錐体状の偏向手段により出射光量が少ない
ランプの光軸方向の光束を増やし、柱状光学素子の出射
端面の照度均一性を高めることにより、投写画像の輝度
むらを少なくすることができるという効果がある。ま
た、ライトバルブの画像形成領域より、僅かに広い範囲
にだけ光照射をすることにより、投写画像の輝度を高め
ることができるという効果がある。
【0136】また、請求項12乃至17の光源装置にお
いては、錐体状の入射端面を備えた柱状光学素子により
出射光量が少ないランプの光軸方向の光束を増やし、柱
状光学素子の側面における全反射によって生じる虚光源
数を減らしても柱状光学素子の出射端面の照度均一性を
高くすることができるという効果がある。また、被照射
領域より、僅かに広い範囲にだけ光照射をすることによ
り、所望の被照射領域に高照度な光照射ができるという
効果がある。
【0137】また、請求項18乃至26の投写型表示装
置においては、錐体状の入射端面を有する柱状光学素子
により出射光量が少ないランプの光軸方向の光束を増や
し、柱状光学素子の出射端面の照度均一性を高めること
により、投写画像の輝度むらを少なすることができると
いう効果がある。また、ライトバルブの画像形成領域よ
り、僅かに広い範囲にだけ光照射をすることにより、投
写画像の輝度を高めることができるという効果がある。
【0138】また、請求項27乃至30の投写型表示装
置は、柱状光学素子を切換えることにより、ライトバル
ブの画像形成領域の形状に応じて、ライトバルブに照射
される光束の断面形状切り換えることにより、画像の投
写に寄与しない無駄な光束を少なくして、投写画像の輝
度を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の光源装置11及び実施例2の投写型
表示装置42の光学系の構成を概略的に示す構成図であ
る。
【図2】実施例1のロッドインテグレータの構成を示す
斜視図である。
【図3】実施例1のロッドインテグレータの機能を示す
説明図である。
【図4】実施例2の投写型表示装置42における液晶パ
ネル上の画像表示領域の照明状態を示す説明図である。
【図5】実施例1の光源装置にロッドインテグレータの
切換え機能を持たせた場合の光学系の構成を概略的に示
す構成図である。
【図6】図5の投写型表示装置の機能を説明するための
図である。
【図7】実施例3の投写型表示装置43の光学系の構成
を概略的に示す構成図である。
【図8】実施例4の投写型表示装置44の光学系の構成
を概略的に示す構成図である。
【図9】実施例5の光源装置12及び実施例6の投写型
表示装置45の光学系の構成を概略的に示す構成図であ
る。
【図10】実施例5の光源装置12に錐体状レンズを備
えた理由を説明するための説明図である。
【図11】実施例5の光学装置12の錐体状レンズの機
能を説明するための説明図である。
【図12】図11の錐体状レンズの頂点付近を拡大して
示す説明図である。
【図13】図11の錐体状レンズにより照度均一性が向
上する理由を説明するための説明図である。
【図14】実施例5の光源装置12において、錐体状レ
ンズとロッドインテグレータの形状を最適化する方法を
説明するための説明図である。
【図15】実施例5の光学装置12の錐体状レンズの他
の例を示す説明図である。
【図16】実施例5の光学装置12の錐体状レンズの他
の例を示す説明図である。
【図17】実施例7の投写型表示装置46の光学系の構
成を概略的に示す構成図である。
【図18】実施例8の投写型表示装置47の光学系の構
成を概略的に示す構成図である。
【図19】実施例9の光源装置13及び実施例10の投
写型表示装置48の光学系の構成を概略的に示す構成図
である。
【図20】実施例9の光源装置13のロッドインテグレ
ータの機能を説明するための説明図である。
【図21】図20のロッドインテグレータの錐体部を拡
大して示す説明図である。
【図22】図20のロッドインテグレータの形状を最適
化する方法を説明するための説明図である。
【図23】実施例11の光源装置14の光学系の構成を
概略的に示す構成図である。
【図24】図23のロッドインテグレータの錐体状凹部
付近を拡大して示す説明図である。
【図25】実施例12の投写型表示装置49の光学系の
構成を概略的に示す構成図である。
【図26】実施例13の投写型表示装置50の光学系の
構成を概略的に示す構成図である。
【図27】従来の光源装置10及び投写型表示装置40
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。
【図28】カラー画像を表示できる従来の投写型表示装
置41の光学系の構成を概略的に示す構成図である。
【図29】従来の投写型表示装置における液晶パネル上
の画像表示領域の照明状態を示す説明図である。
【符号の説明】
11,11A,12,13,14 光源装置 21 ランプ 22 楕円鏡(集光手段) 24,28,29,30 ロッドインテグレータ(柱状
光学素子) 25 リレーレンズ(第1のレンズ手段) 26,26R,26G,26B フィールドレンズ(第
2のレンズ手段) 27 錐体状レンズ(偏向手段) 28C 錐体部 29C 錐体状凹部 42,42A,43,…,50 投写型表示装置 61,61R,61G,61B 液晶パネル(ライトバ
ルブ、被照射面) 62 投写レンズ 63R,63B,66B,66G ダイクロイックミラ
ー 64R,64G ミラー 65R,65G,65B フィールドレンズ(第3のレ
ンズ手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03B 21/14 G02B 27/00 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 530 H04N 5/74

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射端面及び出射端面を有する柱状光学
    素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記集光手段からの光束を偏向し、前記柱状光学素子の
    入射端面に入射させる錐体状の偏向手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段とを有し、 前記集光手段による収束光束の集光点近傍に前記偏向手
    段を配置し、前記偏向手段の直後に前記柱状光学素子の
    入射端面を配置し、前記第1のレンズ手段により前記柱
    状光学素子の出射端面の像を照明したい被照射面に結像
    させることを特徴とする光源装置。
  2. 【請求項2】 前記柱状光学素子は、その入射端面及び
    出射端面を矩形とする四角柱であり、前記偏向手段によ
    り偏向された出射光の最外角光線が、前記柱状光学素子
    の出射端面の対角線を含む面において、前記柱状光学素
    子の出射端面を含む領域を透過することを特徴とする請
    求項1記載の光源装置。
  3. 【請求項3】 前記錐体状の偏向手段は、前記柱状光学
    素子の断面形状に応じて、前記偏向手段の出射角に異方
    性のある形状としたことを特徴とする請求項1記載の光
    源装置。
  4. 【請求項4】 前記被照射面の手前近傍に照射光束を平
    行化するための第2のレンズ手段を配置したことを特徴
    とする請求項1記載の光源装置。
  5. 【請求項5】 入射端面及び出射端面を有する柱状光学
    素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記集光手段からの光束を偏向し、前記柱状光学素子の
    入射端面に入射させる錐体状の偏向手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 画像表示領域を有する面内に画像を形成するライトバル
    ブと、 前記ライトバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ
    手段とを有し、 前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素子の出射端
    面の像を前記ライトバルブ面内の画像表示領域に形成す
    ることを特徴とする投写型表示装置。
  6. 【請求項6】 前記柱状光学素子は、その入射端面及び
    出射端面を矩形とする四角柱であり、前記偏向手段によ
    り偏向された出射光の最外角光線が、前記柱状光学素子
    の出射端面の対角線を含む面において、前記柱状光学素
    子の出射端面を含む領域を透過することを特徴とする請
    求項5記載の投写型表示装置。
  7. 【請求項7】 前記柱状光学素子は、その入射端面及び
    出射端面を矩形とする四角柱であり、前記出射端面の形
    状が前記ライトバルブの画像表示領域の形状と相似形状
    であることを特徴とする請求項5記載の投写型表示装
    置。
  8. 【請求項8】 前記第1のレンズ手段で形成される出射
    端面の像の寸法が、前記ライトバルブの画像表示領域の
    大きさと略同等又はそれ以上であることを特徴とする請
    求項5記載の投写型表示装置。
  9. 【請求項9】 前記ライトバルブの前記集光手段側の近
    傍に、照射光束を平行化するための第2のレンズ手段を
    配置したことを特徴とする請求項5記載の投写型表示装
    置。
  10. 【請求項10】 前記ライトバルブの近傍に、前記第1
    のレンズ手段によって形成された前記ランプの像を前記
    投写レンズの入射瞳の近傍に再結像させる第3のレンズ
    手段を配置したことを特徴とする請求項5記載の投写型
    表示装置。
  11. 【請求項11】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記柱状光学素子の入射端面近傍に前記ランプからの出
    射光を集光させる集光手段と、 前記集光手段からの光束を偏向し、前記柱状光学素子の
    入射端面に入射させる錐体状の偏向手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 前記柱状光学素子の出射端面から出射し前記第1のレン
    ズ手段を透過した光を、赤色成分の光と緑色成分の光と
    青色成分の光とに分ける分光手段と、 画像表示領域を有する面内に赤色成分用の画像を形成す
    る第1のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に緑色成分用の画像を形成す
    る第2のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に青色成分用の画像を形成す
    る第3のライトバルブと、 前記第1乃至第3のライトバルブからの赤色成分の光と
    緑色成分の光と青色成分の光を重ね合せる合成手段と、 前記合成手段により合成された前記第1乃至第3のライ
    トバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ手段とを
    有することを特徴とする投写型表示装置。
  12. 【請求項12】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段とを有し、 前記柱状光学素子は、入射端面が錐体形状に形成され、
    出射端面が平面により形成され、前記集光手段による光
    束の集光点近傍に前記柱状光学素子の入射端面を配置
    し、前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素子の出
    射端面の像を照明したい被照射面に結像することを特徴
    とする光源装置。
  13. 【請求項13】 前記柱状光学素子は、その入射端面が
    錐体状の凸部であり、その出射端面が矩形の平面である
    ことを特徴とする請求項12記載の光源装置。
  14. 【請求項14】 前記柱状光学素子は、その入射端面が
    錐体状の凹部であり、その出射端面が矩形の平面である
    ことを特徴とする請求項12記載の光源装置。
  15. 【請求項15】 前記柱状光学素子は、その出射端面を
    矩形とする四角柱であり、前記錐体状の入射端面により
    偏向された最外角光線が、前記柱状光学素子の出射端面
    の対角線を含む面において、前記柱状光学素子の出射端
    面を含む領域を透過することを特徴とする請求項12乃
    至14のいずれかに記載の光源装置。
  16. 【請求項16】 前記柱状光学素子の錐体形状は、前記
    柱状光学素子の出射端面の形状に応じて、錐体形状の入
    射端面の形状に異方性のある形状としたことを特徴とす
    る請求項12乃至14のいずれかに記載の光源装置。
  17. 【請求項17】 前記被照射面の手前近傍に照射光束を
    平行化するための第2のレンズ手段を配置したことを特
    徴とする請求項12記載の光源装置。
  18. 【請求項18】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 画像表示領域を有する面内に画像を形成するライトバル
    ブと、 前記ライトバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ
    手段とを有し、 前記柱状光学素子は、入射端面が錐体形状に形成され、
    出射端面が平面により形成され、前記集光手段による光
    束の集光点近傍に前記柱状光学素子の入射端面を配置
    し、前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素子の出
    射端面の像を前記ライトバルブ面内の画像領域に形成す
    ることを特徴とする投写型表示装置。
  19. 【請求項19】 前記柱状光学素子は、その入射端面が
    錐体状の凸部であり、その出射端面が矩形の平面である
    ことを特徴とする請求項18記載の投写型表示装置。
  20. 【請求項20】 前記柱状光学素子は、その入射端面が
    錐体状の凹部であり、その出射端面が矩形の平面である
    ことを特徴とする請求項18記載の投写型表示装置。
  21. 【請求項21】 前記柱状光学素子は出射端面が矩形で
    あり、前記柱状光学素子の錐体状の入射端面により偏向
    される光束の最外角光線が、前記柱状光学素子の出射端
    面の対角線を含む面において、前記柱状光学素子の出射
    端面を含む領域を透過することを特徴とする請求項18
    乃至20のいずれかに記載の投写型表示装置。
  22. 【請求項22】 前記柱状光学素子は出射端面が矩形で
    あり、前記出射端面の形状が前記ライトバルブの画像表
    示領域の形状と相似形状であることを特徴とする請求項
    18記載の投写型表示装置。
  23. 【請求項23】 前記第1のレンズ手段で形成される出
    射端面の像の寸法が、前記ライトバルブの画像表示領域
    の大きさと略同等又はそれ以上であることを特徴とする
    請求項18乃至20のいずれかに記載の投写型表示装
    置。
  24. 【請求項24】 前記ライトバルブの前記ランプ側近傍
    に、照射光束を平行化するための第2のレンズ手段を配
    置したことを特徴とする請求項18乃至20のいずれか
    に記載の投写型表示装置。
  25. 【請求項25】 前記ライトバルブの近傍に、前記第1
    のレンズ手段によって形成されたランプの像を投写レン
    ズ手段の入射瞳の近傍に再結像する第3のレンズ手段を
    配置したことを特徴とする請求項18乃至20のいずれ
    かに記載の投写型表示装置。
  26. 【請求項26】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記柱状光学素子の入射端面近傍に前記ランプからの出
    射光を集光させる集光手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 前記柱状光学素子の出射端面から出射し前記第1のレン
    ズ手段を透過した光を、赤色成分の光と緑色成分の光と
    青色成分の光とに分ける分光手段と、 画像表示領域を有する面内に赤色成分用の画像を形成す
    る第1のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に緑色成分用の画像を形成す
    る第2のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に青色成分用の画像を形成す
    る第3のライトバルブと、 前記第1乃至第3のライトバルブからの赤色成分の光と
    緑色成分の光と青色成分の光を重ね合せる合成手段と、 前記合成手段により合成された前記第1乃至第3のライ
    トバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ手段とを
    有し、 前記柱状光学素子は、入射端面が錐体形状に形成され、
    出射端面が平面により形成され、前記集光手段による光
    束の集光点近傍に前記柱状光学素子の入射端面を配置
    し、前記第1のレンズ手段により前記柱状光学素子の出
    射端面の像を前記ライトバルブ面内の画像領域に形成す
    ることを特徴とする投写型表示装置。
  27. 【請求項27】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 画像表示領域を有する面内に画像を形成するライトバル
    ブと、 前記ライトバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ
    手段とを有し、 前記柱状光学素子は出射端面形状が異なる複数の柱状光
    学素子から成り、前記ライトバルブに形成される画像の
    縦横比に応じて柱状光学素子が切り換えられて光路中に
    配置されることを特徴とする投写型表示装置。
  28. 【請求項28】 前記柱状光学素子の入射端面の手前
    に、光束を偏向する錐体状の偏向手段を配置したことを
    特徴とする請求項27記載の投写型表示装置。
  29. 【請求項29】 前記柱状光学素子の入射端面を錐体形
    状とすることを特徴とする請求項27記載の投写型表示
    装置。
  30. 【請求項30】 入射端面及び出射端面を有する柱状光
    学素子と、 ランプと、 前記ランプからの出射光を集光させる集光手段と、 前記柱状光学素子の出射端面の像を形成する第1のレン
    ズ手段と、 前記柱状光学素子の出射端面から出射し前記第1のレン
    ズ手段を透過した光を、赤色成分の光と緑色成分の光と
    青色成分の光とに分ける分光手段と、 画像表示領域を有する面内に赤色成分用の画像を形成す
    る第1のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に緑色成分用の画像を形成す
    る第2のライトバルブと、 画像表示領域を有する面内に青色成分用の画像を形成す
    る第3のライトバルブと、 前記第1乃至第3のライトバルブからの赤色成分の光と
    緑色成分の光と青色成分の光を重ね合わせる合成手段
    と、 前記合成手段により合成された前記第1乃至第3のライ
    トバルブの表示画像を拡大投写する投写レンズ手段とを
    有し、 前記柱状光学素子は出射端面形状が異なる複数の柱状光
    学素子から成り、前記 ライトバルブに形成される画像の
    縦横比に応じて柱状光学素子が切り換えられて光路中に
    配置されることを特徴とする投写型表示装置。
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