JP4120628B2

JP4120628B2 - 投写型表示装置の光源装置

Info

Publication number: JP4120628B2
Application number: JP2004265153A
Authority: JP
Inventors: 和紀田辺; 成多山岸; 修難波; 守野元
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2024-09-13
Also published as: JP2006078949A

Description

本発明は、光源としてのランプを２灯用いた投写型表示装置の光源装置に関するものである。

近年、パソコンや、ビデオなどの映像信号を拡大投影するプロジェクタは明るい部屋でも利用できるよう、より高輝度なタイプが商品化されており、その一方式として光源としてのランプを複数使用するものが商品化されている。

以下に従来のプロジェクタに使用した投写型表示装置の光源装置について説明する。

従来、プロジェクタに使用した２灯合成を用いた投写型表示装置の光源装置としては特開２００１−３５９０２５号公報に記載されたものが知られている。その投写型表示装置の光源装置を図５に示す。図５は従来のプロジェクタに使用した光源装置の平面図である。図５において、光源装置の上方には、照明光学系（図示せず）が配置されていおり、主として光源ランプ１１１，１１２、リフレクタ１２１，１２２、及び２灯合成プリズム１４１より成る。光源ランプ１１１，１１２がそれぞれ発する光Ｌ１，Ｌ２を、楕円面鏡であるリフレクタ１２１，１２２及び２灯合成プリズム１４１を介して、光軸Ｘに沿って照明光学系へと導く。光源ランプ１１１，１１２は、それぞれ発光部（アーク）がリフレクタ１２１，１２２の第１焦点に位置するように配置されており、リフレクタ１２１，１２２は、長軸が一致し且つ第２焦点が近接するように対向して配置されている。この長軸をＹとする。第１焦点にある光源ランプ１１１，１１２が発する光Ｌ１，Ｌ２はリフレクタ１２１，１２２の反射面１２１ａ，１２２ａによって反射され、楕円面の特性により、それぞれリフレクタ１２１，１２２の第２焦点に該当する集光点Ｓ１，Ｓ２に集束する。但し、光源ランプ１１１，１１２の発光部は或程度の大きさを持つので、リフレクタ１２１，１２２からの光は集光位置においても厳密に点にはならず、集光位置における光束の断面は小径の円となる。２灯合成プリズム１４１は、断面が直角二等辺三角形である三角柱の、直交する面１４１ａ，１４１ｂを反射面としたものであり、リフレクタ１２１，１２２の集光点Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ反射面１４１ａ，１４１ｂ上又はごく近傍に位置し、断面の斜辺がリフレクタ１２１，１２２の長軸Ｙと平行になるように配置されている。リフレクタ１２１，１２２によって反射され集束した光源ランプ１１１，１１２からの光は、それぞれ反射面１４１ａ，１４１ｂによって反射され、同一方向に進む円錐状の発散光束となる。このとき、発散光束の光軸（光束の中心軸）は、リフレクタ１２１，１２２と２灯合成プリズム１４１の位置関係により、リフレクタ１２１，１２２の長軸Ｙと反射面１４１ａ，１４１ｂとの交点の距離２ｄ１だけ離間し、且つ平行となる。照明光学系は、２灯合成プリズム１４１からの２つの発散光束の光軸の中央にその光軸Ｘが位置している。光軸Ｘと長軸Ｙは互いに直交する。この２灯合成プリズム４１で反射した光はコリメータレンズ、２枚のインテグレータ、さらにその後の複数の光学素子を通り、ライトバルブを照明し、投写レンズによりそのライトバルブの像が拡大投影される。
特開２００１−３５９０２５号公報

しかしながら上記従来の構成では、光源としてのランプはの集光点（焦点）近傍で折り返すためプリズム及びその反射面が大変高温になる、また、小さな面積に集光された位置で折り返すため高い精度が要求される、その為、高価な部品の使用によるコストアップや、関係する部品精度の向上や、組み立て時に調整が必要になるという問題点を有していた。また、関係する部品の精度確保ができない場合は輝度の低下や輝度のバラツキが発生するという問題点も有していた。

本発明は外部からの信号に応じ、画素ごとに変調可能な平面状のライトバルブと、光軸に対し垂直な入射開口面、出射開口面を持ち入射開口面から出射開口面に渡り４面の反射面を有するロッドを備えた投写型表示装置であって、楕円面鏡を備え所定位置に光束を集光させることができる第一及び第二の光源と、第一の光源からの光束を折り返し前記ロッドの入射開口面に所定角度で入射するよう導き、且つ、第一の光源の集光位置に前記ロッドの入射開口面が一致するよう配置された第一反射鏡と、第二の光源からの光束を折り返し前記ロッドの入射開口面に所定角度で入射するよう導き、且つ、第二の光源の集光位置に前記ロッドの入射開口面が一致するよう配置された第二反射鏡とを備え、第一及び第二の光源と、第一及び第二反射鏡がそれぞれ前記ロッドの入射開口面の中心と出射開口面の中心を結ぶ対称軸に対し回転対称に配置されたことを特徴とする投写型表示装置の光源装置としたもので、さらに、前記第一及び第二の光源の光軸は互いに平行で且つ一致せず、前記ロッドの入射開口面に平行であり、前記第一及び第二反射鏡の反射面の交角が直角で且つその交線は前記ロッドの入射開口面に平行で、前記ロッドの入射開口面の中心と出射開口面の中心を結ぶ対称軸を含む少なくとも一つの対称面の延長面に一致し、前記ロッドの入射開口面、出射開口面がそれぞれ長方形形状で、前記入射開口面から出射開口面に渡る４面のうち一組の対向する面が入射側から出射側に向け対称に且つテーパー状に広がり、その他の対向する面が平行面で、前記第一及び第二反射鏡の交線がこの平行面と平行であることを特徴とする投写型表示装置の光源装置としたものであり、ガラスロッドに光源からの光を高効率で入射させることができるという作用を有する。

以上のように本発明は平面ミラーだけで構成され、プリズムのような高価な部品を使用せずに２灯合成を実現でき、且つ、光源の集光位置から離れた位置で光束を折り返すため、光学部品の温度が低く抑えることができる、また、関係する部品についても高精度を要求せず、組み立て時の調整等も不要になると言う優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明を構成する光学要素部品の配置を示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図を示す。図２は、図１矢印Ａから見たＡ矢視図を示し、図３（ａ）は図１のＢＢ断面図を、（ｂ）はＣＣ断面図を示す。また、図４は本発明の投写型表示装置の光源装置を用いた投写型表示装置全体の構成を示す斜視図を示す。

光源としてのランプ１は管球２とその発光点を一つの焦点とする楕円面鏡３から構成されている。この光源１から出射される光は合成ミラー４により反射、折り返されロッド６の入射面７に入射するこのとき光源１とロッド６の入射面の位置関係は楕円面鏡３のもう一つの焦点と一致している。

同様に光源１１は、管球１２、楕円面鏡１３から構成され、その出射光は合成ミラー１４で反射、折り返されロッド６の入射面７に入射し、その位置関係はロッド６の入射面７、出射面８それぞれの中心を結ぶ中心線に対し１８０度対称に位置する。さらに光源１の光軸５と、光源１１の光軸１５は、図２に示すよう互いに平行で且つ一致せず、また、ロッド６の入射面に平行である。

また、合成ミラー４，１４は交角θが直角に配置されその交線はロッド６の入射面７と出射面８の中心を結ぶ中心線を含むロッド６の対称面の延長面に一致するよう配置されている。さらにロッド６は図３に示す入射側から出射側に漸次広がるテーパー面９、１０と、互いに平行な平行面２１、２２から構成されている。

以上のように構成された投写型表示装置の光源装置の作用を説明する。

このように構成された光源装置ではランプ１、２からの光がロッド６の平行面２１、２２で反射される側では楕円面鏡３、１３の集光角度で入射し、ロッド６の内面で所定回数反射し、出射面８から楕円面鏡の集光角と同様の広がり角αで出射する、また、ロッド６のテーパー面９、１０で反射される側では楕円面鏡３、１３の集光角にランプ１、１１の合成ミラー４、１４で反射された後の光軸の開き角度βが加わった角度で光が入射し、テーパー面９、１０で所定回数反射し、平行面２１、２２と同様の広がり角度になって出射面８から出射される。

さらにこの光源装置を用いた投写型表示装置の構成と作用を図４を用いて説明する。以上のような構成の光源装置のから出射した光は回転する円盤状のフィルターを持つカラーホィール２３と、複数のレンズから構成されるリレーレンズ群２４、折り返しミラー２５、２６と、フィールドレンズ２７と、ＴＩＲプリズム２８を通りライトバルブであるミラーアレイ素子２９に入射する。このミラーアレイ素子２９により、映像信号に応じて空間的に変調された光が投写レンズ３０により拡大投影される。

以上のように本実施の形態によれば、テーパー面を有するガラスロッドを利用した投写型表示装置において高効率に光源であるランプの光を利用することが可能になる。また、光源の集光点から離れたところで光束を折り返すことで、関係する光学部品の温度上昇も押さえることができる。さらに、投写レンズを上方や下方に向けて設置する場合もランプの光軸が水平に近く設置でき、ランプの特性や寿命を悪化させることが少ない。

尚、以上説明ではロッド６をガラス製の中実タイプを想定したが、４枚のミラーを組み合わせたミラーロッド若しくはミラートンネルタイプのロッドを使用しても同様の効果が得られる。また、投写型表示装置としてカラーホィールで時分割で色分解し、ライトバルブを１枚使用するタイプを説明したが、カラーホィールを使用せず色分解光学系とライトバルブを３枚使用するタイプにも使用できることは言うまでもない。

本発明の投写型表示装置の光源装置は、簡易な構成で、安定的に高輝度が必要なプロジェクタ等やその他の照明光学系等の用途にも適用できる。

本発明の投写型表示装置の光源装置を示す図で（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図図１（ｂ）の矢印Ａから見たＡ矢視図ロッドの形状を示し、（ａ）は図１（ｂ）のＢＢ断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＣＣ断面図本発明の光源装置を使用した投写型表示装置全体の構成を示す斜視図従来の投写型表示装置の光源装置の平面図

符号の説明

１、１１ランプ
２、１２管球
３、１３楕円面鏡
４、１４合成ミラー
５、１５ランプ光軸
６ロッド
７入射面
８出射面
９、１０テーパー面
２１、２２平行面
２３カラーホィール
２４リレーレンズ群
２５、２６折り返しミラー
２７フィールドレンズ
２８ＴＩＲプリズム
２９ミラーアレイ素子
３０投写レンズ

Claims

外部からの信号に応じ、画素ごとに変調可能な平面状のライトバルブと、光軸に対し垂直な入射、出射開口面を持ち入射開口面から出射開口面に渡る４面の反射面を有するロッドを備えた投写型表示装置であって、
楕円面鏡を備え所定位置に光束を集光させることができる第一及び第二の光源と、
第一の光源からの光束を折り返し前記ロッドの入射開口面に所定角度で入射するよう導き、且つ、第一の光源の集光位置に前記ロッドの入射開口面が一致するよう配置された第一反射鏡と、
第二の光源からの光束を折り返し前記ロッドの入射開口面に所定角度で入射するよう導き、且つ、第二の光源の集光位置に前記ロッドの入射開口面が一致するよう配置された第二反射鏡と、
を備え、
第一及び第二の光源と、第一及び第二反射鏡がそれぞれ前記ロッドの入射開口面の中心と出射開口面の中心を結ぶ対称軸に対し回転対称に配置され、
前記第一及び第二反射鏡のそれぞれの反射面の延長面の交角が直角で、且つ前記それぞれの反射面の延長面の交線は前記ロッドの入射開口面に平行で、前記ロッドの入射開口面の中心と出射開口面の中心を結ぶ対称軸を含む少なくとも一つの対称面の延長面に一致するとともに、
前記ロッドの入射開口面、出射開口面がそれぞれ長方形形状で、前記入射開口面から出射開口面に渡る４面のうち一組の対向する面が入射側から出射側に向け対称に且つテーパー状に広がり、その他の対向する面が平行面で、前記第一及び第二反射鏡の前記それぞれの反射面の延長面の交線がこの平行面と平行である
ことを特徴とする投写型表示装置の光源装置。
前記第一及び第二の光源の光軸は互いに平行で且つ一致せず、前記ロッドの入射開口面に平行であることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置の光源装置。