JP3888486B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブに表示された映像をスクリーン上に拡大投影する投射型表示装置に関し、詳しくは、該ライトバルブを照明するバックライト光の照明均一化を図るために設けられたインテグレータ部の構成の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一種のケラー照明法であるリレーコンデンサ方式と称される照明法が知られている。この照明法は、光源の像をリレーして投影レンズの瞳近傍に結像させ、コンデンサによる光源の像を無限遠に形成するようにしたもので、これにより発光部の輝度ムラの影響による照明ムラを除くようにしたものである。しかしこの方法は、メタルハライドランプ、キセノンランプ、あるいはハロゲンランプ等のように配光特性にバラツキを有する光源を用いた場合、その影響による照明ムラが生じ大きな問題となる。
【０００３】
これに対し、この光源の配光特性によるムラを除去し得る、インテグレータ方式と称される、レンズアレイやレンチキュラー板を用いた方法が知られており、その光束分割手法としても種々提案されている（例えば特開平3-111806号公報）。
【０００４】
すなわち、このような照明光学装置は凹面鏡式照明光学装置の後段に、第１のインテグレータ板（一般には第２フライアイ等と称する）第２のインテグレータ板（一般には第１フライアイ等と称する）およびフィールドレンズをこの順に付加してなる。第１のインテグレータ板は、複数のレンズを二次元的に配列して構成する。第２のインテグレータ板も同様に、複数のレンズを二次元的に配列して構成する。第１のインテグレータ板は、凹面鏡から射出される明るさムラの大きな単一光束を、第１のインテグレータ板のレンズの数と同数の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、分割前の単一光束に比較して小さい。この各部分光束は、第２のインテグレータ板により各々被照明領域方向に射出され、フィールドレンズが被照明領域上でこれら各部分光束を重畳させるので、明るさムラの小さな照明を実現することができる。
【０００５】
また、上述した如き２つのインテグレータ板を用いた投射型表示装置では、照明光量を確保すること等を目的として、複数の光源を光軸対称に配置したものが知られている（特開平6-265887号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光源からの光により、上記第２のインテグレータ板の表面（投影レンズの瞳面）に二次光源が形成されるが、光源の配光特性のため通常その強度分布は一様ではない。したがって、特に上記複数の光源を光軸対称に配置するものにおいては、第２のインテグレータ板の表面に一致する、投影レンズの瞳面上の、光軸から所定距離だけ離れた位置に大きい強度の部分が生じることになる。
そして、投影レンズの結像性能が光軸付近で高く、そこから離れるにしたがって低くなることから、瞳面上の光軸から所定距離だけ離れた位置に強度の大きい部分、すなわち結像性能を支配する部分が存在するときは、投影レンズ本来の結像性能を充分に発揮できない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、複数個の光源を光軸対称に配列し、２つのインテグレータ板を用いて照明光の均一化を図る場合に、投影レンズの瞳面上の、各光源に対応する光強度の大きい部分を光軸に近づけることで投影レンズの結像性能を担保し得る投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の前記ライトバルブ側に、該照明装置からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるように屈折せしめる第１のプリズムと、前記ライトバルブ側のインテグレータ板の前記照明装置側に、該第１のプリズムからの光束を、前記光軸前方に向かうように屈折せしめる第２のプリズムを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板が該照明装置からの光束を、略平行光束のまま該インテグレータ部の光軸に近づけるように屈折せしめ、かつ前記ライトバルブ側のインテグレータ板が前記照明装置側のインテグレータ板からの光束を、前記インテグレータ部の光軸前方に向かうように屈折せしめるように構成されてなることを特徴とするものである。
さらに、前記リフレクタが放物面鏡あるいは楕円面鏡とされるように構成しても良い。
【００１１】
さらに、本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記リフレクタが放物面鏡であり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の照明装置側に２つのプリズムを備え、
この２つのプリズムのうち前記照明装置側のプリズムが、該照明装置からの光束を該インテグレータ部の光軸に近づくよう略平行光束のまま屈折せしめるように、かつ前記２つのプリズムのうち前記ライトバルブ側のプリズムが、前記照明装置側のプリズムからの光束を前記インテグレータ部の光軸前方へ略平行光束のまま屈折せしめるように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記２つのプリズムが、前記インテグレータ部の光軸の延びる方向に相対的に移動可能とされるように構成しても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２は、本実施形態による投射型表示装置の構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の投射型表示装置は、照明光学系１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るための、インテグレータ１１と、インテグレータ１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００１４】
上記照明光学系１０は、図１に示すごとく、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電管からなる発光体４と、放物面鏡よりなるリフレクタ１とからなる、複数（本実施形態では４つ）の光源部１０Ａ、１０Ｂを光軸対称に配設してなる。
すなわち、放物面鏡よりなるリフレクタ１は、発光体４の発光源を焦点位置とするものであり、発光体４から発せられて光源部１０Ａ、１０Ｂの光軸の後方および外方へ向かう光束の一部を該光軸に略平行な光束として反射させるものである。
【００１５】
インテグレータ１１は、照明光学系１０からの光束に対して作用する第２フライアイ１１Ａと、第２フライアイ１１Ａからの各光束を後述する液晶パネル上に重畳せしめる第１フライアイ１１Ｂと、第２フライアイ１１Ａの第１フライアイ１１Ｂ側に配され、第２フライアイ１１Ａからの出力光を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づくように屈折せしめるくさび状の第２プリズム１１Ｃと、第１フライアイ１１Ｂの第２フライアイ１１Ａ側に配され、第２プリズム１１Ｃからの出力光を略平行光束のまま光軸Ｌｏと平行となるように屈折せしめるくさび状の第１のプリズム１１Ｄと、凸のフィールドレンズ１１Ｅとを備えてなる。
【００１６】
一方、投射部１２は、インテグレータ１１により均一化された光束をＢ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離するためのＢ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離するためのＧ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と、Ｂ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｂと、Ｇ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｇと、Ｒ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｒと、各液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒを透過して画像情報が担持された光束の成分ＬＢ、ＬＧ、ＬＲを合成する３色合成プリズム２４と、３色合成プリズム２４により合成された光束をスクリーン上に結像させるための投影レンズ２５とを備えてなる。また、Ｂ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１により分離されたＢ成分ＬＢを液晶パネル２３Ｂに向けて反射する全反射ミラー２７と、全反射ミラー２７により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｂと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＧ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｇと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを液晶パネル２３Ｒに向けて反射するための全反射ミラー２９、３０と、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｒとを備えてなる。
【００１７】
なお、上記投影光学系においては、３色合成プリズム２４に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と全反射ミラー２９との間にはフィールドレンズ３１が、全反射ミラー２９と全反射ミラー３０との間にはリレーレンズ３２がそれぞれ配設されており、このフィールドレンズ３１とリレーレンズ３２とにより、Ｒ成分ＬＲの結像関係がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧと見かけ上同等となるように補正されるものである。
【００１８】
また、上記３色合成プリズム２４はクロスプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面２４Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面２４Ｒとを有するものである。
【００１９】
ところで、照明光学系１０を、複数個の光源部１０Ａ、１０Ｂを光軸対称に配置することにより構成する場合には、一般に、第１フライアイ１１Ｂ上の、光軸Ｌｏから離れた位置に強度の大きい部分が存在することになる。しかし、投影レンズ２５の結像性能は光軸付近で高く、そこから離れるにしたがって低くなる。したがって、瞳面上において光軸Ｌｏから離れた位置に強度の大きい部分が存在するときは投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることが困難である。
【００２０】
そこで、本実施形態のものにおいては、２つのフライアイ１１Ａ、１１Ｂの間に、上述した２つのくさび型プリズム１１Ｃ、１１Ｄを配設し、第２フライアイ１１Ａから出力された光束を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づける方向に屈折せしめて、瞳面上において光軸Ｌｏに近接した位置に強度の大きい部分が移動するようにしている。
【００２１】
すなわち、照明光学系１０が、光軸対称とされた４つの光源部１０Ａ、１０Ｂから構成される場合において、図３（Ａ）に示すように、第２フライアイ１１Ａ上における各光源部１０Ａ、１０Ｂからの４つの光スポット７０Ａは、各々光軸Ｌｏから離れた所定位置に配置されている。この後、各光スポット７０Ａを形成する各光束は、上述した２つのくさび型プリズム１１Ｃ、１１Ｄにより光軸Ｌｏ方向に平行移動せしめられ、図３（Ｂ）に示すように、第１フライアイ１１Ｂ上に互いにその一部が重なり合うよう光軸Ｌｏに近接した所定位置に各光スポット７０Ｂを形成する。
【００２２】
なお、上記２つのフライアイ１１Ａ、１１Ｂを比較すると、フライアイを構成する各レンズは第２フライアイ１１Ａでは、その４角に偏って配されており、中央部十字部分におけるレンズが縦、横各々２つずつ抜けたようになっているのに対し、第１フライアイ１１Ｂでは、第２フライアイ１１Ａにおける４角のレンズ群が光軸Ｌｏ方向近づいて互いに接合されるようになっており、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束は、第２フライアイ１１Ａ上の各光スポット７０Ａ位置から、径の大きさを変化させずに第１フライアイ１１Ｂ上の各光スポット７０Ｂ位置に平行移動することとなる。
【００２３】
この第２フライアイ１１Ａから第１フライアイ１１Ｂまでの、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束の移動は前述した公報（特開平6-265887号）記載の従来技術と、その移動の態様を全く異にするものである。すなわち、この公報記載のものでは、図４（Ａ）に示す如き、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａを比例縮小して第１フライアイ５１１Ｂ上に各光スポット５７０Ｂを形成するもので、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａから第１フライアイ５１１Ｂ上の各光スポット５７０Ｂへの縮小割合は、第２フライアイ５１１Ａの各レンズから第１フライアイ５１１Ｂの各レンズへの縮小割合に一致する。
【００２４】
したがって、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａの位置に比べ、第１フライアイ５１１Ｂ上の各光スポット５７０Ｂの位置は、一見、光軸Ｌｏに近づいているように見えるが、両フライアイ５１１Ａ、５１１Ｂの各レンズサイズおよび各光スポット５７０Ａ、５７０Ｂのサイズも比例縮小されており、実質的に光軸Ｌｏに近づいてはいない。
【００２５】
これに対し、本実施形態のものでは、フライアイ１１Ａ、１１Ｂの各レンズサイズおよび各光スポット７０Ａ、７０Ｂのサイズは等しく、瞳面上の、強度の大きい部分を光軸Ｌｏに実質的に近づけることができる。これにより、投影レンズ２５の瞳面上の光軸付近に、強い強度の部分を集めることができ、投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることができる。
【００２６】
なお、上記インテグレータ１１は、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束が略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づくように構成されており、このような作用効果を発揮し得る、例えば図５、図６に示す態様のものに変更が可能である。
すなわち、図５に示すインテグレータ１１１は、各フライアイ１１１Ａ、１１１Ｂを構成する各レンズ自体がくさび状のプリズム形状をなしており、図１に示す実施形態のものと同様に、第２フライアイ１１１Ａ上の各光スポットがその径を変化させることなく、かつ光軸Ｌｏに近づくように第１フライアイ１１１Ｂ上に各光スポットを形成する。
【００２７】
この図５に示す実施形態のものにおいても、図１に示す実施形態のものと同様の作用効果を得ることができ、投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることができる他、光学部品点数を削減することができる。
【００２８】
また、図６に示すインテグレータ２１１は、照明光学系１０と第２フライアイ２１１Ａとの間に配された２つのくさび型プリズム２１１Ｃ、２１１Ｄにより、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づけるようにしたものであって、上記図１および図５の実施形態のものとは異なり、各光束は第２フライアイ２１１Ａ上において既に光軸Ｌｏに近接するように構成されているため、該光束は第２フライアイ２１１Ａと第１フライアイ２１１Ｂの間で光軸Ｌｏに対し平行となるように進み、また、両フライアイ２１１Ａ、２１１Ｂの全サイズおよびその各レンズのサイズも等しくなるように形成されている。
【００２９】
また、この図６に示す実施形態のものにおいては、第２プリズム２１１Ｃが第１プリズム２１１Ｄに対して光軸Ｌｏの延びる方向に移動可能とされており、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束を光軸Ｌｏに近づける量を調整できるようになっている。すなわち、両プリズム２１１Ｃ、２１１Ｄの距離を長くするほど、上記光束を光軸Ｌｏに近づける量を大きくすることができる。
【００３０】
また、上述した各実施形態においては、照明光学系１０の光源部１０Ａ、１０Ｂの数を４としているが、本発明の投射型表示装置としてはこれに限られるものではなく、２以上の任意の数を選択することが可能である。
例えば、図１あるいは図５に示す実施形態のインテグレータ１１、１１１を採用した場合に、２つの光源部からの光束による第２フライアイ上の光スポット３７０Ａ（図７（Ａ）参照）を、互いに光軸Ｌｏに近づけるようにして第１フライアイ（瞳面）上に光スポット３７０Ｂを形成する（図７（Ｂ）参照）構成としたり、９つの光源部からの光束による第２フライアイ上の光スポット４７０Ａ（図８（Ａ）参照）を、互いに光軸Ｌｏに近づけるようにして第１フライアイ（瞳面）上に光スポット４７０Ｂを形成する（図８（Ｂ）参照）構成とすることも可能である。
【００３１】
なお、図７および図８において示されているフライアイ３１１Ａ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１Ｂは全て第１フライアイを表したもので、各光スポット位置の比較の便宜のために各光スポットと重ね合わせて示したものである。また、図８に示すごとく、１つの光源部からの光束により形成される光スポット４７１Ａ、４７１Ｂが光軸Ｌｏ上に位置することとなる場合、この光スポット４７１Ａ、４７１Ｂは、光軸Ｌｏに対する位置を両フライアイの間で移動させる必要がないので、図８（Ａ）、（Ｂ）中で太線で描かれた部分のレンズ４１２Ａ、４１２Ｂに対応する領域にはくさび型プリズム等の光束を屈折させるための手段は設けられていない。
【００３２】
また、上述した実施形態のものにおいては、各光源部１０Ａ、１０Ｂのリフレクタとして放物面鏡を用いているが、本発明の投射型表示装置としてはこれに限られるものではなく、インテグレータ部を、インテグレータ部の光軸に近づけるように、かつ該光束中心から該光軸までの距離の変化割合が該光束の径の変化割合以上となるような構成とする限りにおいて、楕円面鏡等の他の曲面鏡を用いることが可能である。ただし、上述した図６に示す実施形態のものでは、各光学部材の位置調節等の問題からリフレクタとして放物面鏡を使用する必要がある。
また、図６に示す実施形態のものにおいて、２つのフライアイ間で光束径を比例縮小するような構成とすることは勿論かまわない。
【００３３】
なお、本発明の投射型表示装置としては上述した実施形態のものに限られず、種々の態様の変更が可能であり、例えば照明装置の各光源部からの光束をインテグレータ部の光軸に近づけるように移動せしめる構成としても、他の種々のタイプのプリズムを使用することができる。
また、上記実施形態は色分解処理および色合成処理を行った後に投影する場合について説明しているが、本発明を色分解処理および色合成処理を行わない画像投影用の装置に適用することも勿論可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投射型表示装置によれば、２枚のインテグレータ板を用いたインテグレータ方式及び複数個の光源部を前提とし、この２枚のインテグレータ板を含むインテグレータ部において、照明装置の各光源部からの光束を該インテグレータ部の光軸に近づけるように、かつ該光束中心から該光軸までの距離の変化割合が該光束の径の変化割合以上となるように移動せしめる構成とされており、投影レンズの瞳面における、上記各光源部からの光束による光スポットを光軸に近接した位置に形成することができるので、投影レンズの結像性能を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る投射型表示装置の要部を示す概略図
【図２】 本発明の実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図３】 図１に示す実施形態による２つのフライアイ上の光スポット位置を示す概略図
【図４】 従来技術による２つのフライアイ上の光スポット位置を示す概略図
【図５】 図１の実施形態とは異なる実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図６】 図１および図５の実施形態とは異なる実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図７】 ２つの光源部を用いた場合の光スポット位置を示す概略図
【図８】 ９つの光源部を用いた場合の光スポット位置を示す概略図
【符号の説明】
１ 放物面鏡
４ 発光体
１０ 照明光学系
１０Ａ、１０Ｂ 光源部
１１、１１１、２１１ インテグレータ
１１Ａ、１１１Ａ、２１１Ａ 第２フライアイ
１１Ｂ、１１１Ｂ、２１１Ｂ 第１フライアイ
１１Ｃ、１１Ｄ、２１１Ｃ、２１１Ｄ くさび型プリズム
１１Ｅ フィールドレンズ
１２ 投射部
２１、２２ ダイクロイックミラー
２４ ３色合成プリズム
２５ 投影レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブに表示された映像をスクリーン上に拡大投影する投射型表示装置に関し、詳しくは、該ライトバルブを照明するバックライト光の照明均一化を図るために設けられたインテグレータ部の構成の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一種のケラー照明法であるリレーコンデンサ方式と称される照明法が知られている。この照明法は、光源の像をリレーして投影レンズの瞳近傍に結像させ、コンデンサによる光源の像を無限遠に形成するようにしたもので、これにより発光部の輝度ムラの影響による照明ムラを除くようにしたものである。しかしこの方法は、メタルハライドランプ、キセノンランプ、あるいはハロゲンランプ等のように配光特性にバラツキを有する光源を用いた場合、その影響による照明ムラが生じ大きな問題となる。
【０００３】
これに対し、この光源の配光特性によるムラを除去し得る、インテグレータ方式と称される、レンズアレイやレンチキュラー板を用いた方法が知られており、その光束分割手法としても種々提案されている（例えば特開平3-111806号公報）。
【０００４】
すなわち、このような照明光学装置は凹面鏡式照明光学装置の後段に、第１のインテグレータ板（一般には第２フライアイ等と称する）第２のインテグレータ板（一般には第１フライアイ等と称する）およびフィールドレンズをこの順に付加してなる。第１のインテグレータ板は、複数のレンズを二次元的に配列して構成する。第２のインテグレータ板も同様に、複数のレンズを二次元的に配列して構成する。第１のインテグレータ板は、凹面鏡から射出される明るさムラの大きな単一光束を、第１のインテグレータ板のレンズの数と同数の部分光束に分割する。分割後の部分光束の明るさムラは、分割前の単一光束に比較して小さい。この各部分光束は、第２のインテグレータ板により各々被照明領域方向に射出され、フィールドレンズが被照明領域上でこれら各部分光束を重畳させるので、明るさムラの小さな照明を実現することができる。
【０００５】
また、上述した如き２つのインテグレータ板を用いた投射型表示装置では、照明光量を確保すること等を目的として、複数の光源を光軸対称に配置したものが知られている（特開平6-265887号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、光源からの光により、上記第２のインテグレータ板の表面（投影レンズの瞳面）に二次光源が形成されるが、光源の配光特性のため通常その強度分布は一様ではない。したがって、特に上記複数の光源を光軸対称に配置するものにおいては、第２のインテグレータ板の表面に一致する、投影レンズの瞳面上の、光軸から所定距離だけ離れた位置に大きい強度の部分が生じることになる。
そして、投影レンズの結像性能が光軸付近で高く、そこから離れるにしたがって低くなることから、瞳面上の光軸から所定距離だけ離れた位置に強度の大きい部分、すなわち結像性能を支配する部分が存在するときは、投影レンズ本来の結像性能を充分に発揮できない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、複数個の光源を光軸対称に配列し、２つのインテグレータ板を用いて照明光の均一化を図る場合に、投影レンズの瞳面上の、各光源に対応する光強度の大きい部分を光軸に近づけることで投影レンズの結像性能を担保し得る投射型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の前記ライトバルブ側に、該照明装置からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるように屈折せしめる第１のプリズムと、前記ライトバルブ側のインテグレータ板の前記照明装置側に、該第１のプリズムからの光束を、前記光軸前方に向かうように屈折せしめる第２のプリズムを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板が該照明装置からの光束を、略平行光束のまま該インテグレータ部の光軸に近づけるように屈折せしめ、かつ前記ライトバルブ側のインテグレータ板が前記照明装置側のインテグレータ板からの光束を、前記インテグレータ部の光軸前方に向かうように屈折せしめるように構成されてなることを特徴とするものである。
さらに、前記リフレクタが放物面鏡あるいは楕円面鏡とされるように構成しても良い。
【００１１】
さらに、本発明の投射型表示装置は、発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記リフレクタが放物面鏡であり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の照明装置側に２つのプリズムを備え、
この２つのプリズムのうち前記照明装置側のプリズムが、該照明装置からの光束を該インテグレータ部の光軸に近づくよう略平行光束のまま屈折せしめるように、かつ前記２つのプリズムのうち前記ライトバルブ側のプリズムが、前記照明装置側のプリズムからの光束を前記インテグレータ部の光軸前方へ略平行光束のまま屈折せしめるように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記２つのプリズムが、前記インテグレータ部の光軸の延びる方向に相対的に移動可能とされるように構成しても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２は、本実施形態による投射型表示装置の構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態の投射型表示装置は、照明光学系１０から発せられた光束をミキシングして、光量分布の均一化を図るための、インテグレータ１１と、インテグレータ１１により均一光とされた光束に画像情報を担持せしめてスクリーンに投射するための投射部１２とからなる。
【００１４】
上記照明光学系１０は、図１に示すごとく、キセノンランプやメタルハライドランプ等の放電管からなる発光体４と、放物面鏡よりなるリフレクタ１とからなる、複数（本実施形態では４つ）の光源部１０Ａ、１０Ｂを光軸対称に配設してなる。
すなわち、放物面鏡よりなるリフレクタ１は、発光体４の発光源を焦点位置とするものであり、発光体４から発せられて光源部１０Ａ、１０Ｂの光軸の後方および外方へ向かう光束の一部を該光軸に略平行な光束として反射させるものである。
【００１５】
インテグレータ１１は、照明光学系１０からの光束に対して作用する第２フライアイ１１Ａと、第２フライアイ１１Ａからの各光束を後述する液晶パネル上に重畳せしめる第１フライアイ１１Ｂと、第２フライアイ１１Ａの第１フライアイ１１Ｂ側に配され、第２フライアイ１１Ａからの出力光を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づくように屈折せしめるくさび状の第２プリズム１１Ｃと、第１フライアイ１１Ｂの第２フライアイ１１Ａ側に配され、第２プリズム１１Ｃからの出力光を略平行光束のまま光軸Ｌｏと平行となるように屈折せしめるくさび状の第１のプリズム１１Ｄと、凸のフィールドレンズ１１Ｅとを備えてなる。
【００１６】
一方、投射部１２は、インテグレータ１１により均一化された光束をＢ成分ＬＢとＧＲ成分ＬＧ、ＬＲとに分離するためのＢ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２１により分離されたＧＲ成分ＬＧ、ＬＲを、Ｇ成分ＬＧと、Ｒ成分ＬＲとに分離するためのＧ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と、Ｂ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｂと、Ｇ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｇと、Ｒ成分用の画像が表示される液晶パネル２３Ｒと、各液晶パネル２３Ｂ、２３Ｇ、２３Ｒを透過して画像情報が担持された光束の成分ＬＢ、ＬＧ、ＬＲを合成する３色合成プリズム２４と、３色合成プリズム２４により合成された光束をスクリーン上に結像させるための投影レンズ２５とを備えてなる。また、Ｂ／ＧＲ分離用ダイクロイックミラー２１により分離されたＢ成分ＬＢを液晶パネル２３Ｂに向けて反射する全反射ミラー２７と、全反射ミラー２７により反射されたＢ成分ＬＢを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｂと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＧ成分ＬＧを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｇと、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを液晶パネル２３Ｒに向けて反射するための全反射ミラー２９、３０と、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２により分離されたＲ成分ＬＲを平行光とするためのフィールドレンズ２８Ｒとを備えてなる。
【００１７】
なお、上記投影光学系においては、３色合成プリズム２４に至るまでの光路長はＲ成分ＬＲのみが異なるが、Ｇ／Ｒ分離用ダイクロイックミラー２２と全反射ミラー２９との間にはフィールドレンズ３１が、全反射ミラー２９と全反射ミラー３０との間にはリレーレンズ３２がそれぞれ配設されており、このフィールドレンズ３１とリレーレンズ３２とにより、Ｒ成分ＬＲの結像関係がＢ成分ＬＢおよびＧ成分ＬＧと見かけ上同等となるように補正されるものである。
【００１８】
また、上記３色合成プリズム２４はクロスプリズムであり、Ｂ成分ＬＢに対して反射するダイクロイック面２４Ｂと、Ｒ成分ＬＲに対して反射するダイクロイック面２４Ｒとを有するものである。
【００１９】
ところで、照明光学系１０を、複数個の光源部１０Ａ、１０Ｂを光軸対称に配置することにより構成する場合には、一般に、第１フライアイ１１Ｂ上の、光軸Ｌｏから離れた位置に強度の大きい部分が存在することになる。しかし、投影レンズ２５の結像性能は光軸付近で高く、そこから離れるにしたがって低くなる。したがって、瞳面上において光軸Ｌｏから離れた位置に強度の大きい部分が存在するときは投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることが困難である。
【００２０】
そこで、本実施形態のものにおいては、２つのフライアイ１１Ａ、１１Ｂの間に、上述した２つのくさび型プリズム１１Ｃ、１１Ｄを配設し、第２フライアイ１１Ａから出力された光束を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づける方向に屈折せしめて、瞳面上において光軸Ｌｏに近接した位置に強度の大きい部分が移動するようにしている。
【００２１】
すなわち、照明光学系１０が、光軸対称とされた４つの光源部１０Ａ、１０Ｂから構成される場合において、図３（Ａ）に示すように、第２フライアイ１１Ａ上における各光源部１０Ａ、１０Ｂからの４つの光スポット７０Ａは、各々光軸Ｌｏから離れた所定位置に配置されている。この後、各光スポット７０Ａを形成する各光束は、上述した２つのくさび型プリズム１１Ｃ、１１Ｄにより光軸Ｌｏ方向に平行移動せしめられ、図３（Ｂ）に示すように、第１フライアイ１１Ｂ上に互いにその一部が重なり合うよう光軸Ｌｏに近接した所定位置に各光スポット７０Ｂを形成する。
【００２２】
なお、上記２つのフライアイ１１Ａ、１１Ｂを比較すると、フライアイを構成する各レンズは第２フライアイ１１Ａでは、その４角に偏って配されており、中央部十字部分におけるレンズが縦、横各々２つずつ抜けたようになっているのに対し、第１フライアイ１１Ｂでは、第２フライアイ１１Ａにおける４角のレンズ群が光軸Ｌｏ方向近づいて互いに接合されるようになっており、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束は、第２フライアイ１１Ａ上の各光スポット７０Ａ位置から、径の大きさを変化させずに第１フライアイ１１Ｂ上の各光スポット７０Ｂ位置に平行移動することとなる。
【００２３】
この第２フライアイ１１Ａから第１フライアイ１１Ｂまでの、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束の移動は前述した公報（特開平6-265887号）記載の従来技術と、その移動の態様を全く異にするものである。すなわち、この公報記載のものでは、図４（Ａ）に示す如き、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａを比例縮小して第１フライアイ５１１Ｂ上に各光スポット５７０Ｂを形成するもので、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａから第１フライアイ５１１Ｂ上の各光スポット５７０Ｂへの縮小割合は、第２フライアイ５１１Ａの各レンズから第１フライアイ５１１Ｂの各レンズへの縮小割合に一致する。
【００２４】
したがって、第２フライアイ５１１Ａ上の各光スポット５７０Ａの位置に比べ、第１フライアイ５１１Ｂ上の各光スポット５７０Ｂの位置は、一見、光軸Ｌｏに近づいているように見えるが、両フライアイ５１１Ａ、５１１Ｂの各レンズサイズおよび各光スポット５７０Ａ、５７０Ｂのサイズも比例縮小されており、実質的に光軸Ｌｏに近づいてはいない。
【００２５】
これに対し、本実施形態のものでは、フライアイ１１Ａ、１１Ｂの各レンズサイズおよび各光スポット７０Ａ、７０Ｂのサイズは等しく、瞳面上の、強度の大きい部分を光軸Ｌｏに実質的に近づけることができる。これにより、投影レンズ２５の瞳面上の光軸付近に、強い強度の部分を集めることができ、投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることができる。
【００２６】
なお、上記インテグレータ１１は、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束が略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づくように構成されており、このような作用効果を発揮し得る、例えば図５、図６に示す態様のものに変更が可能である。
すなわち、図５に示すインテグレータ１１１は、各フライアイ１１１Ａ、１１１Ｂを構成する各レンズ自体がくさび状のプリズム形状をなしており、図１に示す実施形態のものと同様に、第２フライアイ１１１Ａ上の各光スポットがその径を変化させることなく、かつ光軸Ｌｏに近づくように第１フライアイ１１１Ｂ上に各光スポットを形成する。
【００２７】
この図５に示す実施形態のものにおいても、図１に示す実施形態のものと同様の作用効果を得ることができ、投影レンズ２５の結像性能を良好なものとすることができる他、光学部品点数を削減することができる。
【００２８】
また、図６に示すインテグレータ２１１は、照明光学系１０と第２フライアイ２１１Ａとの間に配された２つのくさび型プリズム２１１Ｃ、２１１Ｄにより、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束を略平行光束のまま光軸Ｌｏに近づけるようにしたものであって、上記図１および図５の実施形態のものとは異なり、各光束は第２フライアイ２１１Ａ上において既に光軸Ｌｏに近接するように構成されているため、該光束は第２フライアイ２１１Ａと第１フライアイ２１１Ｂの間で光軸Ｌｏに対し平行となるように進み、また、両フライアイ２１１Ａ、２１１Ｂの全サイズおよびその各レンズのサイズも等しくなるように形成されている。
【００２９】
また、この図６に示す実施形態のものにおいては、第２プリズム２１１Ｃが第１プリズム２１１Ｄに対して光軸Ｌｏの延びる方向に移動可能とされており、各光源部１０Ａ、１０Ｂからの光束を光軸Ｌｏに近づける量を調整できるようになっている。すなわち、両プリズム２１１Ｃ、２１１Ｄの距離を長くするほど、上記光束を光軸Ｌｏに近づける量を大きくすることができる。
【００３０】
また、上述した各実施形態においては、照明光学系１０の光源部１０Ａ、１０Ｂの数を４としているが、本発明の投射型表示装置としてはこれに限られるものではなく、２以上の任意の数を選択することが可能である。
例えば、図１あるいは図５に示す実施形態のインテグレータ１１、１１１を採用した場合に、２つの光源部からの光束による第２フライアイ上の光スポット３７０Ａ（図７（Ａ）参照）を、互いに光軸Ｌｏに近づけるようにして第１フライアイ（瞳面）上に光スポット３７０Ｂを形成する（図７（Ｂ）参照）構成としたり、９つの光源部からの光束による第２フライアイ上の光スポット４７０Ａ（図８（Ａ）参照）を、互いに光軸Ｌｏに近づけるようにして第１フライアイ（瞳面）上に光スポット４７０Ｂを形成する（図８（Ｂ）参照）構成とすることも可能である。
【００３１】
なお、図７および図８において示されているフライアイ３１１Ａ、３１１Ｂ、４１１Ａ、４１１Ｂは全て第１フライアイを表したもので、各光スポット位置の比較の便宜のために各光スポットと重ね合わせて示したものである。また、図８に示すごとく、１つの光源部からの光束により形成される光スポット４７１Ａ、４７１Ｂが光軸Ｌｏ上に位置することとなる場合、この光スポット４７１Ａ、４７１Ｂは、光軸Ｌｏに対する位置を両フライアイの間で移動させる必要がないので、図８（Ａ）、（Ｂ）中で太線で描かれた部分のレンズ４１２Ａ、４１２Ｂに対応する領域にはくさび型プリズム等の光束を屈折させるための手段は設けられていない。
【００３２】
また、上述した実施形態のものにおいては、各光源部１０Ａ、１０Ｂのリフレクタとして放物面鏡を用いているが、本発明の投射型表示装置としてはこれに限られるものではなく、インテグレータ部を、インテグレータ部の光軸に近づけるように、かつ該光束中心から該光軸までの距離の変化割合が該光束の径の変化割合以上となるような構成とする限りにおいて、楕円面鏡等の他の曲面鏡を用いることが可能である。ただし、上述した図６に示す実施形態のものでは、各光学部材の位置調節等の問題からリフレクタとして放物面鏡を使用する必要がある。
また、図６に示す実施形態のものにおいて、２つのフライアイ間で光束径を比例縮小するような構成とすることは勿論かまわない。
【００３３】
なお、本発明の投射型表示装置としては上述した実施形態のものに限られず、種々の態様の変更が可能であり、例えば照明装置の各光源部からの光束をインテグレータ部の光軸に近づけるように移動せしめる構成としても、他の種々のタイプのプリズムを使用することができる。
また、上記実施形態は色分解処理および色合成処理を行った後に投影する場合について説明しているが、本発明を色分解処理および色合成処理を行わない画像投影用の装置に適用することも勿論可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の投射型表示装置によれば、２枚のインテグレータ板を用いたインテグレータ方式及び複数個の光源部を前提とし、この２枚のインテグレータ板を含むインテグレータ部において、照明装置の各光源部からの光束を該インテグレータ部の光軸に近づけるように、かつ該光束中心から該光軸までの距離の変化割合が該光束の径の変化割合以上となるように移動せしめる構成とされており、投影レンズの瞳面における、上記各光源部からの光束による光スポットを光軸に近接した位置に形成することができるので、投影レンズの結像性能を良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る投射型表示装置の要部を示す概略図
【図２】 本発明の実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図３】 図１に示す実施形態による２つのフライアイ上の光スポット位置を示す概略図
【図４】 従来技術による２つのフライアイ上の光スポット位置を示す概略図
【図５】 図１の実施形態とは異なる実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図６】 図１および図５の実施形態とは異なる実施形態に係る投射型表示装置を示す概略図
【図７】 ２つの光源部を用いた場合の光スポット位置を示す概略図
【図８】 ９つの光源部を用いた場合の光スポット位置を示す概略図
【符号の説明】
１ 放物面鏡
４ 発光体
１０ 照明光学系
１０Ａ、１０Ｂ 光源部
１１、１１１、２１１ インテグレータ
１１Ａ、１１１Ａ、２１１Ａ 第２フライアイ
１１Ｂ、１１１Ｂ、２１１Ｂ 第１フライアイ
１１Ｃ、１１Ｄ、２１１Ｃ、２１１Ｄ くさび型プリズム
１１Ｅ フィールドレンズ
１２ 投射部
２１、２２ ダイクロイックミラー
２４ ３色合成プリズム
２５ 投影レンズ
Claims (5)
- 発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の前記ライトバルブ側に、該照明装置からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるように屈折せしめる第１のプリズムと、前記ライトバルブ側のインテグレータ板の前記照明装置側に、該第１のプリズムからの光束を、前記光軸前方に向かうように屈折せしめる第２のプリズムを備えたことを特徴とする投射型表示装置。 - 発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板が該照明装置からの光束を、略平行光束のまま該インテグレータ部の光軸に近づけるように屈折せしめ、かつ前記ライトバルブ側のインテグレータ板が前記照明装置側のインテグレータ板からの光束を、前記インテグレータ部の光軸前方に向かうように屈折せしめるように構成されてなることを特徴とする投射型表示装置。 - 前記リフレクタが放物面鏡もしくは楕円面鏡であることを特徴とする請求項１または２記載の投射型表示装置。
- 発光体およびこの発光体からの光束を光軸前方に出射するリフレクタよりなる光源部を複数個整列配置してなる照明装置と、この照明装置から出射された光の、光軸と垂直な断面内での光量均一化を図る、該光軸方向に配列された少なくとも２枚のインテグレータ板よりなるインテグレータ部と、このインテグレータ部からの出力光を所定の映像情報に応じて変調するライトバルブと、このライトバルブにより変調された光による光学像をスクリーン上に投影する投影レンズとからなる投射型表示装置において、
前記インテグレータ部は、前記照明装置の各光源部からの光束を、略平行光束のまま光軸に近づけるようにして出力するように構成されてなり、
前記リフレクタが放物面鏡であり、
前記インテグレータ部は、前記照明装置側のインテグレータ板の照明装置側に２つのプリズムを備え、
この２つのプリズムのうち前記照明装置側のプリズムが、該照明装置からの光束を該インテグレータ部の光軸に近づくよう略平行光束のまま屈折せしめるように、かつ前記２つのプリズムのうち前記ライトバルブ側のプリズムが、前記照明装置側のプリズムからの光束を前記インテグレータ部の光軸前方へ略平行光束のまま屈折せしめるように構成されてなることを特徴とする投射型表示装置。 - 前記２つのプリズムが、前記インテグレータ部の光軸の延びる方向に相対的に移動可能とされていることを特徴とする請求項４記載の投射型表示装置。
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