JP5377097B2 - 投写型表示装置及び光源装置 - Google Patents

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。

投写型表示装置の分野では、表示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）光源装置を備えたものが提案されている。このような光源装置としては、例えば、２つの光源ランプを対向させて配置し、両光源ランプの集光点近傍にプリズムを配置し、両光源ランプから出射した光をプリズムで合成するようにした光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述したような２つの光源ランプがプリズムを挟んで対向配置された構成では、光源ランプから出射された光のうち、プリズムに入射しない光の割合が高く、光利用効率が低下するという問題がある。また、プリズムに入射しなかった光（ロス光）が対向する光源ランプの発光部に到達することにより、光源ランプの温度が上昇し、光源ランプの寿命が短くなるという問題がある。

そこで、２つの光源ランプを、それぞれの光軸が略直交するように配置し、一方の光源ランプをインテグレータロッドの入射端にほぼ対向させると共に、他方の光源ランプから出射された光の光路をミラーにより折り曲げてインテグレータロッドに向かわせるようにした光源装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３５９０２５号公報（段落００１３〜００１８、図１） 特開２００６−３０３３０号公報（段落００９６、図１）

しかしながら、特許文献２に記載された光源装置では、上記一方の光源ランプ（ミラーにより光路が折り曲げられない方の光源ランプ）から出射された光の光路を遮るようにミラーが配置されるため、当該光源ランプから出射された光の一部がミラーのエッジ部により遮光され、光量損失を招くという問題がある。

ミラーのエッジ部を面取り加工することにより、光量損失はある程度抑えられるが、ミラーのエッジ部の面取りの加工は困難であり、製造コストの上昇を招く。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、製造が容易で光利用効率が高く、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にある。

本発明に係る投写型表示装置は、
第１の光軸を有し、第１の光束を出射する第１の光源手段と、
前記第１の光源手段の前記第１の光軸と一致しない第２の光軸を有し、第２の光束を出射する第２の光源手段と、
入射端と出射端とを有し、前記入射端に入射された光束を複数回反射させて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柱状の光強度均一化手段と、
反射部と透過部とを有し、前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を前記反射部により反射して前記入射端に集光させ、前記第２の光源手段から出射された前記第２の光束を前記透過部を透過させて前記入射端に集光させる反射透過素子と、
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、
前記反射部と前記透過部とは、異なる領域に互いに隣接して形成され、境界線により分けられ、
前記境界線は、前記反射部における前記第１の光束の入射光量が最大の位置と、前記透過部における前記第２の光束の入射光量が最大の位置とを結ぶ直線に直交するように延在している
ことを特徴とする。

本発明によれば、第１の光源手段及び第２の光源手段をそれぞれの光軸が一致しないように配置すると共に、第１の光源手段より出射される光を反射し、第２の光源手段より出射される光を透過する反射透過素子を設けたことにより、光利用効率を高くすることができる。また、一方の光源手段から出射された光が他方の光源手段に入射することが防止されるため、各光源手段の寿命を長くすることができる。

本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。 光強度均一化素子の入射端における光強度分布の具体例を模式的に示す図である。 図２（ｃ）の光束分布に対応する投写型表示装置の構成例を示す図である。 比較例の光源装置を示す図である。 比較例の光源装置の反射鏡及び光強度均一化素子を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の作用を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の作用を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の効果及び作用を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の他の構成例を示す図である。 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光強度均一化素子の入射端における集光点を示す図である。 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他の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置のリレー光学系を示す図である。

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１０ａの構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａは、強度が均一化された光束Ｌ３を出射する光源装置３０と、光源装置３０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）２０と、画像光Ｌ４をスクリーンＳＣに拡大投写する投写光学系５０とを有している。

図１には、反射型の画像表示素子２０を示しているが、画像表示素子２０は、透過型の画像表示素子であってもよい。画像表示素子２０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。背面投写型の投写型表示装置の場合には、スクリーンＳＣは投写型表示装置の一部である。また、光源装置３０、画像表示素子２０、投写光学系５０及びスクリーンＳＣの配置は、図１に示した配置に限定されるものではない。

光源装置３０は、第１の光軸Ｃ１を有し、第１の光束Ｌ１を出射する第１の光源ランプ（第１の光源手段）３１と、第１の光軸Ｃ１に略直交する第２の光軸Ｃ２を有し、第２の光束Ｌ２を出射する第２の光源ランプ３２（第２の光源手段）と、入射端４０ａに入射した光束を光強度分布が均一化された光束に変換して出射端４０ｂから出射する光強度均一化素子（光強度均一化手段）４０と、第１及び第２の光源ランプ３１，３２から出射された第１及び第２の光束Ｌ１，Ｌ２を入射端４０ａに集光させる反射透過素子６０とを有している。なお、「略直交」とは、２つの対象物が互いに略垂直な関係にあることを言い、必ずしも交わっている必要はないものとする。

第１の光源ランプ３１から出射される第１の光束Ｌ１及び第２の光源ランプ３２から出射される第２の光束Ｌ２は、いずれも集光光束である。ここでは、第１の光源ランプ３１の第１の光軸Ｃ１と、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２とが一致しないように、第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、反射透過素子６０及び光強度均一化素子４０が配置されている。図１に示した例では、第１の光源ランプ３１の発光体３１ａから反射透過素子６０までの第１の光軸Ｃ１と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とが略直交し、なお且つ、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とが平行になるように、第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、反射透過素子６０、及び光強度均一化素子４０が配置されている。

第１の光源ランプ３１は、例えば、白色光を出射する発光体３１ａと、この発光体３１ａの周囲に設けられた楕円面鏡（第１の集光手段）３１ｂとにより構成される。楕円面鏡３１ｂ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焦点に集光させる。発光体３１ａは、楕円面鏡３１ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体３１ａから出射された光束は、楕円面鏡３１ｂの第２焦点近傍（集光点Ｆ１）に集光する。

第２の光源ランプ３２は、例えば、白色光を出射する発光体３２ａと、この発光体３２ａの周囲に設けられた楕円面鏡（第２の集光手段）３２ｂとにより構成される。楕円面鏡３２ｂ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焦点に集光させる。発光体３２ａは、楕円面鏡３２ｂの第１焦点近傍に配置されており、この発光体３２ａから出射された光束は、楕円面鏡３２ｂの第２焦点近傍（集光点Ｆ２）に集光する。

なお、楕円面鏡３１ｂ，３２ｂに代えて放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体３１ａ，３２ａ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）により集光させればよい。また、楕円面鏡３１ｂ，３２ｂ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、３つ以上の光源ランプを設けることもできる。

以下の説明では、第１の光源ランプ３１の第１の光軸Ｃ１と、第２の光源ランプ３２の第２の光軸Ｃ２と、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３とを含む面をＺＸ面とし、ＺＸ面に直交する方向をＹ方向とする。また、ＺＸ面において、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３の方向をＸ方向とし、これに直交する方向をＺ方向とする。さらに、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して第１の光源ランプ３１側を＋Ｚ方向、逆側を−Ｚ方向とする。なお、これらの方向は、あくまでも説明の便宜のためのものであり、投写型表示装置１０ａの向きや配置を限定するものではない。

実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａにおいては、第１の光束Ｌ１は、後述する反射透過素子６０の反射膜６０ｂで反射され、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの近傍の集光点Ｆ１に集光する。また、第２の光束Ｌ２は、後述する反射透過素子６０の透過部材６０ａを介して、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの近傍の集光点Ｆ２に集光する。但し、第１の光束Ｌ１の集光点Ｆ１が、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して＋Ｚ側（第１の光源ランプ３１側）に位置しているのに対して、第２の光束Ｌ２の集光点Ｆ２は、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して−Ｚ側（集光点Ｆ１と反対の側）に位置している。

つまり、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａにおいては、第１の光束Ｌ１の中心光線（反射透過素子６０と光強度均一化素子４０との間では、光軸Ｃ３に平行）が入射端４０ａに入射する第１の入射位置（第１の集光位置）と、第２の光束Ｌ２の中心光線（光軸Ｃ３に平行）が入射端４０ａに入射する第２の入射位置（第２の集光位置）とは、互いに異なる位置であり、且つ、いずれも光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３からずれた位置となる。

光強度均一化素子４０は、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２の当該光束断面内（すなわち光軸Ｃ３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）機能を有している。光強度均一化素子４０としては、一般的に、ガラス又は樹脂等の透明材料で作製されたものであり、例えば、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）である。

光強度均一化素子４０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４０が多角形のパイプである場合には、パイプの内面（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４０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４０の出射端４０ｂの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子４０の出射端４０ｂ近傍においては、略均一な光強度分布が得られる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布を模式的に示す図である。図２（ａ）〜（ｃ）において、濃度の濃く描かれている（黒色に近い）範囲は光強度が大きい（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）光強度が小さい（暗い）領域である。

図２（ａ）は、光源ランプを１つのみ使用した比較例における光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布の一例を示している。図２（ａ）に示した比較例では、入射端４０ａ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っている。

図２（ｂ）は、第１及び第２の光源ランプ３１，３２を使用した本実施の形態における光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおける光強度分布の一例を示している。図２（ｂ）に示すように、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、第１の光源ランプ３１の光照射領域と第２の光源ランプ３２による光照射領域とが入射端４０ａにおいてほとんど重複しない。また、図２（ｃ）に示すように、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、第１の光源ランプ３１の光照射領域と第２の光源ランプ３２による光照射領域とが概ね重複する光強度分布も可能である。

図３は、図２（ｃ）の光強度分布を実現する光源装置の光源ランプ３１，３２から光強度均一化素子４０までの構成例を示す図である。この構成例では、光強度均一化素子４０の入射端４０ａ付近において、第１の光源ランプ３１の光軸Ｃ１が光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して一定の角度を有し、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２が光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３に対して同様に角度を有している。これにより、第１の光束Ｌ１及び第２の光束Ｌ２は、光強度均一化素子４０の入射端４０ａと光軸Ｃ３が交わる位置（集光点Ｆ４）に概ね集光し、図２（ｃ）の光強度分布が得られる。

なお、第１の光源ランプ３１を傾斜させる代わりに、反射透過素子６０を傾斜させることにより、集光点Ｆ４に第１の光束Ｌ１を集光させてもよく、図２（ｃ）と同様の光束分布を得ることができる。

図４（ａ）は、比較例の光源装置における光源ランプ３１，３２から光強度均一化素子４０までの部分を示す図である。光強度均一化素子４０よりもスクリーンＳＣ側の構成要素は省略している。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した光強度均一化素子４０と反射鏡６１とを拡大して示す図である。

この比較例では、反射鏡６１は、透明部材６１ａの表面全体に反射膜６１ｂを形成したものである。この反射鏡６１の、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３よりも−Ｚ側（第１の光源３１とは反対の側）の部分は、第２の光源ランプ３２から光強度均一化素子４０に向かう光路の一部を遮っている。そのため、第２の光源ランプ３２より出射された第２の光束Ｌ２のうち、反射鏡６１の光路を遮る上記部分に入射した光束は、図４（ｂ）に破線（光束４０１）で示したような軌跡を描いて反射され、光強度均一化素子４０には到達しない。その結果、光利用効率の低下を招く。

第２の光束Ｌ２を、可能な限り光強度均一化素子４０に到達させるためには、図５（ａ）に示すように、反射鏡６１の光軸Ｃ３よりも−Ｚ側の部分を面取り加工により除去する必要がある。図５（ａ）及び（ｂ）は、比較例の光源装置における反射鏡６１の面取り加工を説明するための図である。反射鏡の加工は非常に難しく、図５（ｂ）に示すように、透過部材６１ａの厚みＴ１が１．１ｍｍ以上である場合、反射鏡６１の先端の幅Ｔ２を０．５ｍｍ程度残すのが一般的であり、幅Ｔ２を０．５ｍｍ以下に加工しようとすると、歩留まりが低下して製造コストが上昇することが知られている。そのため、反射鏡６１の一部を面取り加工する方法では、製造コストを上昇させずに光利用効率を改善することは難しい。

図６（ａ）は、本実施の形態の作用を説明するための図であり、光強度均一化素子４０及び反射透過素子６０を拡大して示す図である。比較例の光源装置では、第２の光源ランプ３２からの光束の一部（図４（ｂ）に示した光束４０１）が光強度均一化素子４０に到達しなかったのに対し、本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、第２の光源ランプ３２からの光束６０１が透過部材６０ａを透過し、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに入射するため、光利用効率を向上することができる。

図６（ｂ）は、反射透過素子６０を、光強度均一化素子４０の側から見た図である。図６（ｂ）に示すように、反射透過素子６０は、光を透過する部材で形成された透過部材６０ａの表面に、反射膜６０ｂを形成したものである。透過部材６０ａは耐熱部材であることが好ましく、水晶、サファイア、合成石英等が好ましい。反射膜６０ｂは、誘電体多層膜、アルミ反射膜、銀反射膜等で形成されている。また、反射膜６０ｂは、各光源ランプ３１，３２の集光点付近に配置されるため、耐熱コートが施されていることが好ましい。

図７は、本実施の形態の作用を説明するための図である。ここでは、図７（ａ）に示すように、光強度均一化素子４０を、光軸Ｃ３より＋Ｚ側（第１の光源ランプ３１側）の部分と、光軸Ｃ３より−Ｚ側（第１の光源ランプ３１と反対側）の部分とに分割して、光利用効率を考える。光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３より＋Ｚ側（第１の光源ランプ３１側）の部分を除去した残りの部分（分割素子）を、光強度均一化素子４１とする。

図７（ｂ）は、本実施の形態における光源装置の第２の光源ランプ３２、反射透過素子６０及び光強度均一化素子４１を示している。図７（ｃ）は、比較例の光源装置の第２の光源ランプ３２、反射鏡６１及び光強度均一化素子４１を示している。図７（ｂ）に示すように、第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２は、光強度均一化素子４１の入射端４１ａの中心に集光するものとする。

図７（ｃ）に示す比較例では、第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２は、透過部材等を透過することなく、光強度均一化素子４１に入射する。これに対し、図７（ｂ）に示す本実施の形態では、第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２は、透過部材６０ａに入射して屈折作用を受けたのち、光強度均一化素子４１に入射する。そのため、光強度均一化素子４１への入射位置を同じとすると、図７（ｂ）に示す本実施の形態では、図７（ｃ）に示す比較例よりも、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２を−Ｚ方向に移動させることとなる。その移動量は、透過部材６０ａの屈折率、及び、透過部材６０ａと光軸Ｃ３とのなす角度βにより決定され、例えば、０．数ｍｍである。

図８（ａ）は、図７（ｂ）に示した本実施の形態における光利用効率と、図７（ｃ）に示した比較例における光利用効率のシミュレーション結果を示すグラフである。縦軸に示す相対光量比は、図７（ａ）に示したように第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２を光強度均一化素子４１に直接（反射透過素子６０や反射鏡６１を介さずに）入射させた場合の光量を１とした場合の光量比である。

このシミュレーションでは、反射透過素子６０の厚みＴ１を１．１ｍｍとする。また、反射鏡６１の厚みＴ１を１．１ｍｍとし、図５（ｂ）に示したように端部を面取り加工した残りの幅Ｔ２を変数とする。反射鏡６１の幅Ｔ２は、加工精度上、少なくとも０．１ｍｍ以上であることが必要であるため、Ｔ２＝０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．１ｍｍのそれぞれの場合についてシミュレーションを行った。なお、Ｔ２＝１．１ｍｍは、面取り加工を行わない場合に相当する。図８（ａ）の横軸は、反射鏡６１の幅Ｔ２を示す。また、第２の光源ランプ３２より出射される第２の光束Ｌ２と光軸Ｃ２とのなす角度αを３０度とし、光軸Ｃ２と反射透過素子６０及び反射鏡６１とのなす角度βを４５度とした。

図８（ａ）において、円形のプロット８０１は、本実施の形態に係る反射透過素子６０を用いた場合（図７（ｂ））の相対光量比を示す。なお、このプロットは、便宜上、Ｔ２＝０の位置に示す。一方、直線８００で結ばれた四角形のプロットは、比較例に係る反射鏡６１を用いた場合（図７（ｃ））の相対光量比である。

以下の表１に、シミュレーションの結果を数値で示す。

図８（ａ）及び表１から、比較例（図７（ｃ））における相対光量比が、最大でも約０．８６（幅Ｔ２を０．１ｍｍとした場合）であるのに対し、本実施の形態（図７（ｂ））における相対光量比は約０．９となり、高い光利用効率が得られていることが分かる。

また、表１より、比較例において、反射鏡６１の幅Ｔ２が０．１ｍｍから１．１ｍｍと増加するにつれて、光利用効率が０．８６３から０．７６１に低下し、その低下幅は約１２％（１−（０．７６１／０．８６３）≒０．１１８）であることが分かる。すなわち、面取り加工を全く行わない場合（すなわち幅Ｔ２が１．１ｍｍの場合）、光利用効率が約１２％低下することが分かる。また、比較例において、最も高い光利用効率０．８６３が得られているのは、反射鏡６１の幅Ｔ２を０．１ｍｍとした場合であるが、この場合には、上述したように製造ばらつきが大きくなり、製造コストが増加する要因となる。

このように、本実施の形態によれば、反射透過素子６０を用いることで、比較例の最も高い相対光量比（反射鏡６１の幅Ｔ２が０．１ｍｍの場合）と比較しても、さらに高い光利用効率を得ることができることが分かる。すなわち、本実施の形態では、反射透過素子６０を用いることで、光利用効率を向上させることができると共に、面取り加工を不要にして製造コストを低減することができることが分かる。

図８（ｂ）に、本実施の形態において、第２の光源ランプ３２から反射透過素子６０に異なる角度で入射する光８０２ａ，８０２ｂ，８０２ｃの軌跡を示す。第２の光源ランプ３２及び光強度均一化素子４０は、図示を省略している。光強度均一化素子４０の入射端４０ａ近傍の集光点Ｆ２では、反射透過素子６０を通過して光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と平行に進む光８０２ｂよりも光軸Ｃ３に近い側に、光８０２ａ及び光８０２ｃが収束していることが分かる。従って、光軸Ｃ３に対してより大きい角度を有する光８０２ｃは、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに到達しやすくなる。つまり、透過部材６０ａにおける屈折作用により、第２の光源ランプ３２から出射された光のうち、光強度均一化素子４０に入射する光の割合が増加する。また、光軸Ｃ３に対してより大きい角度を有する光８０２ｃは、反射膜６０ｂによって遮られないため、効率よく入射端４０ａに入射させることができる。

これに対し、図７（ｃ）に示す比較例では、第２の光源ランプ３２から出射され、光強度均一化素子４０の光軸Ｃ２に対して角度を有する光が、光軸Ｃ２上に集光するため、本実施の形態のように光強度均一化素子４０に入射する光の割合を増加する効果は得られない。

本実施の形態では、光軸Ｃ２と反射透過素子６０とのなす角度βを４５度としたが、当該角度βは４５度である必要はない。この場合、図９に示すように、第１の光源ランプ３１の光軸Ｃ１と平行に進んだ光束が、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに垂直に入射するように、第１の光源ランプ３１の光軸Ｃ１を角度βに合わせて傾けることが望ましい（なお、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２を傾ける必要はない）。輝度不変の法則より、有効光すなわちスクリーンＳＣに到達する光は、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの面積及び当該入射端４０ａへの光の有効入射角度、並びに、画像表示素子（ライトバルブ）２０の面積及び画像表示素子２０への有効入射角度により決定されるため、有効入射角度より角度が大きい光が入射端４０ａに入射した場合、スクリーンＳＣに到達しない光となるためである。

以上説明したように、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａは、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１と第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２とを、反射透過素子６０を用いてそれぞれ光強度均一化素子４０に集光させるよう構成したため、反射鏡６１を用いた場合のように光束が遮られることなく、光利用効率を高くすることができる。また、反射鏡６１を用いた場合のような面取り加工が不要であるため、製造が容易になり、製造コストを低減することができる。

また、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａは、第１の光源ランプ３１と第２の光源ランプ３２とが対向配置されていないため、各光源ランプが、対向する光源ランプからの光によって加熱されることがなく、これにより、光源装置３０の長寿命化に資することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置１０ｂの光源装置３０の構成を示す図である。図１０に示した第１の光源ランプ３１、第２の光源ランプ３２、光強度均一化素子４０、画像表示素子２０、投写光学系５０及びスクリーンＳＣは、それぞれ実施の形態１（図１）と同様に構成されている。実施の形態２に係る投写型表示装置１０ｂは、反射透過素子６４の構成が、実施の形態１に係る投写型表示装置１０ａの反射透過素子６０と相違するものである。

図１１（ａ）は、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１及び第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２が、光強度均一化素子４０の入射端４０ａに形成する集光点Ｆ１，Ｆ２の例を示す図である。図１１（ａ）に示すように、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１の集光点Ｆ１と、第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２の集光点Ｆ２とは、光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、Ｚ方向だけでなくＹ方向にも互いにシフトした位置にある。

図１１（ｂ）は、反射透過素子６４を、光強度均一化素子４０の側から観察した図である。図１１（ｂ）に示すように、反射透過素子６４において、第１の光源ランプ３１から出射された光束Ｌ１の入射光量が最大の領域（最も明るい領域）を領域１１０ａとし、第２の光源ランプ３２から出射される光束Ｌ２の入射光量が最大の領域（最も明るい領域）を領域１１０ｂとする。反射透過素子６４の反射膜６４ｂは、その境界線１１２が、領域１１０ａ，１１０ｂを結ぶ直線１１１に対して垂直となるように形成されている。

実施の形態２に係る投写型表示装置１０ｂによれば、反射透過素子６４を上記のように構成することにより、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１及び第２の光源ランプ３２から出射された第２の光束Ｌ２を、無駄なく光強度均一化素子４０の入射端４０ａに集光させることができるため、光利用効率が向上し、最適な光利用効率を得ることができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃの光源装置３０の構成を示す図である。図１２に示した第２の光源ランプ３２、光強度均一化素子４０、画像表示素子２０、投写光学系５０及びスクリーンＳＣは、それぞれ実施の形態１（図１）と同様に構成されている。一方、実施の形態３における第１の光源ランプ３１は、実施の形態１で説明した発光体３１ａ及び楕円面鏡３１ｂを有しているが、光軸Ｃ１が、第２の光源ランプ３２の光軸Ｃ２及び光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３と平行である点で、実施の形態１の第１の光源ランプ３１と相違している。また、実施の形態３における光源装置３０は、第１の光源ランプ３１から光強度均一化素子４０までの光路に以下のような構成要素を有している点で、実施の形態１の光源装置３０と相違している。

実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃは、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１を、反射透過素子６０に向けて反射する第１の折り曲げミラー１２１と、折り曲げミラー１２１で反射された光束Ｌ１を伝達するレンズ１２０ａ，１２０ｂからなるリレー光学系１２０とを備えている。第１の光源ランプ３１及び第１の折り曲げミラー１２１は、第１の光源ランプ３１から出射された第１の光束Ｌ１が、第１の折り曲げミラー１２１の反射透過素子６０側（光強度均一化素子４０側）の集光点Ｆ３に集光するように配置されている。また、集光点Ｆ３で集光した第１の光束Ｌ１が、リレー光学系１２０及び反射透過素子６０を介して、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの近傍の集光点Ｆ１に集光するように、リレー光学系１２０（レンズ１２０ａ，レンズ１２０ｂ）、反射透過素子６０及び光強度均一化素子４０が配置されている。

光強度均一化素子４０の入射端４０ａにおいて、第１の光束Ｌ１のうち光軸Ｃ３に平行な中心光線が入射する第１の集光位置と、第２の光束Ｌ２のうち光軸Ｃ３に平行な中心光線が入射する第２の集光位置とは、互いに異なる位置であり、なお且つ、いずれも光強度均一化素子４０の光軸Ｃ３からずれている。なお、図１２に示した例では、集光点Ｆ３が、第１の折り曲げミラー１２１の反射透過素子６０側（光強度均一化素子４０側）に位置しているが、これに限定されるものではなく、集光点Ｆ３が、第１の折り曲げミラー１２１の第１の光源ランプ３１側に位置していてもよい。

図１２に示した構成では、第１の折り曲げミラー１２１及び反射透過素子６０は光軸Ｃ３に対して４５度傾いて配置されているが、この傾き角度に制限はない。但し、第１の折り曲げミラー１２１及び反射透過素子６０は、光軸Ｃ３に対して同様の傾き角度を有することが好ましく、さらに、当該傾き角度に応じてリレー光学系１２０を配置することが好ましい。図１３は、第１の折り曲げミラー１２１及び反射透過素子６０を、光軸Ｃ３に対してそれぞれ４５度以上に傾けた構成を示す。このように、第１の折り曲げミラー１２１及び反射透過素子６０を光軸Ｃ３に対して４５度以上傾けることにより、第１の光源ランプ３１と第２の光源ランプ３２との間隔を広げて配置することができるため、両光源ランプ３１，３２の冷却が容易となり、また、投写型表示装置を小型化することもできる。

以上説明したように、実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃは、第１の光源ランプ３１と第２の光源ランプ３２とを対向して配置していないため、各光源ランプが、対向する光源ランプからの光によって加熱されることがなく、これにより、光源装置３０の長寿命化に資することができる。

また、実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃでは、折り曲げミラー１２１の反射透過素子６０側（光強度均一化素子４０側）に集光点Ｆ３が位置するように各構成要素が配置されているため、折り曲げミラー１２１の発熱を抑制することができる。このため、別途、冷却装置等を設置する必要がなく、投写型表示装置１０ｃの構成の簡素化及び製造コストの低減を実現できる。

さらに、実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃでは、第１の光源ランプ３１と第２の光源ランプ３２とが平行に配置されているため、投写光学系５０による投写光軸方向を±Ｙ方向とし、スクリーンＳＣをＺＸ面に平行にすることが可能となる。これに対し、実施の形態１に示すような第１の光源ランプ３１と第２の光源ランプ３２とが略直交して配置された構成において、投写光学系５０による投写光軸方向を＋Ｙ方向とすると、第１の光源ランプ３１の発光体３１ａ内の温度分布が不均一となるため、好ましくない。これは、発光体３１ａは、一般に、光軸Ｃ１の方向に一対の電極を対向配置した構成を有しているため、投写光学系５０の投写光軸方向を＋Ｙ方向とすると（実施の形態１の構成では、第１の光源ランプ３１の光軸Ｃ１がＹ方向となる）、一対の電極が上下方向に位置することとなり、その結果、上側に位置する電極の温度が過度に上昇して電極摩耗（溶融）を生じ、ランプの寿命が短くなる可能性があるためである。

図１４は、実施の形態３のリレー光学系１２０の一構成例を説明するための図である。図１４では、第１の折り曲げミラー１２１及び反射透過素子６０を省略し、第１の光源ランプ３１及びリレー光学系１２０のみ示す。図１４に示すように、リレー光学系１２０のレンズ１２０ａは、第１の光源ランプ３１から出射されて集光点Ｆ３に一旦集光した第１の光束Ｌ１を、光軸Ｃ１に対して略平行にする作用を有している。従って、レンズ１２０ａの焦点位置は、概ね集光点Ｆ３の位置となる。

ここで、一般に、集光点Ｆ３の位置には、光源ランプの個体差によるばらつきがある。つまり、レンズ１２０ａと集光点Ｆ３との間隔が、光源ランプの個体差によって変動する可能性がある。そこで、実施の形態３では、レンズ１２０ａを、光軸Ｃ１上を移動させる調整機構１２２を設けることにより、光源ランプの個体差に起因する集光点Ｆ３の位置のばらつきを解消し、光利用効率の低下を抑制している。

図１４（ｂ）に、集光点Ｆ３の位置が変化した場合の第１の光束Ｌ１の軌跡を示す。図１４（ｂ）では、図１４（ａ）に示した場合と比較して、レンズ１２０ａと集光点Ｆ３との間隔が広くなっている。そのため、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの近傍の集光点Ｆ１が、第１の光源ランプ３１側に近づく（すなわち、光強度均一化素子４０の入射端４０ａから離れる）こととなり、光利用効率が低下する。逆に、レンズ１２０ａと集光点Ｆ３の間隔が狭くなった場合は、集光点Ｆ１が、図１４（ａ）と比較して第１の光源ランプ３１から離間するため、やはり光利用効率が低下する。

この実施の形態３では、集光点Ｆ３の位置が変化しても、調整機構１２２を用いて、レンズ１２０ａを、当該レンズ１２０ａが第１の光束Ｌ１を光軸Ｃ１に対して略平行光にする位置に位置調整することにより、集光点Ｆ１を変化させないようにすることができ、光強度均一化素子４０の入射端４０ａの近傍に確実に位置させることができる。そのため、光利用効率の低下を防止することができる。

すなわち、実施の形態３に係る投写型表示装置１０ｃでは、リレー光学系１２０の第１の光源ランプ３１側に位置するレンズ１２０ａの位置を調整する調整機構１２２を設けることにより、光利用効率の低下を抑制することができる。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 投写型表示装置、 ３０ 光源装置、 ３１ 第１の光源ランプ、 ３１ａ，３２ａ 発光体、 ３１ｂ，３２ｂ 楕円面鏡、 Ｃ１ 第１の光源ランプの光軸、 ３２ 第２の光源ランプ、 Ｃ２ 第２の光源ランプの光軸、 ４０ 光強度均一化素子、 ４０ａ 入射端、 ４０ｂ 出射端、 Ｃ３ 光強度均一化素子の光軸、 ２０ 画像表示素子、 ５０ 投写光学系、 ６０ 反射透過素子、 ６０ａ 透過部材、 ６０ｂ 反射膜、 １２０ リレー光学系、 １２０ａ，１２０ｂ レンズ、 １２２ 調整機構、 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束、 Ｌ４ 画像光、 Ｆ１，Ｆ２ 集光点。

Claims (8)

1. 第１の光軸を有し、第１の光束を出射する第１の光源手段と、
   前記第１の光源手段の前記第１の光軸と一致しない第２の光軸を有し、第２の光束を出射する第２の光源手段と、
   入射端と出射端とを有し、前記入射端に入射された光束を複数回反射させて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柱状の光強度均一化手段と、
   反射部と透過部とを有し、前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を前記反射部により反射して前記入射端に集光させ、前記第２の光源手段から出射された前記第２の光束を前記透過部を透過させて前記入射端に集光させる反射透過素子と、
   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、
   前記反射部と前記透過部とは、異なる領域に互いに隣接して形成され、境界線により分けられ、
   前記境界線は、前記反射部における前記第１の光束の入射光量が最大の位置と、前記透過部における前記第２の光束の入射光量が最大の位置とを結ぶ直線に直交するように延在している
   ことを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記反射透過素子は平板からなり、
   前記反射部と前記透過部とが同一平面に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記第１の光束が前記光強度均一化手段の前記入射端に集光する第１の集光位置と、前記第２の光束が前記光強度均一化手段の前記入射端に集光する第２の集光位置とが、互いに離間していることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。
4. 前記第１の光源手段及び前記第２の光源手段は、前記第１の光軸と前記第２の光軸とが略直交するように配置されていることを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記第１の光源手段及び前記第２の光源手段は、前記第１の光軸と前記第２の光軸とが互いに平行になるように配置され、
   さらに、
   前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束の光路を折り曲げる反射鏡と、
   前記反射鏡から反射された前記第１の光束を前記反射透過素子に導くリレー光学系と
   を備えたことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記リレー光学系は、前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を平行光とする第１のレンズと、前記第１のレンズにより平行光とされた前記第１の光束を前記光強度均一化手段の前記入射端に集光させる第２のレンズとを備え、
   前記第１のレンズを、前記第１の光源手段の前記第１の光軸に沿って移動させる調整機構が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記反射透過素子は、透明部材の表面に反射膜を形成したものであることを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の投写型表示装置。
8. 第１の光軸を有し、第１の光束を出射する第１の光源手段と、
   前記第１の光源手段の前記第１の光軸と一致しない第２の光軸を有し、第２の光束を出射する第２の光源手段と、
   入射端と出射端とを有し、前記入射端に入射された光束を複数回反射させて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柱状の光強度均一化手段と、
   反射部と透過部とを有し、前記第１の光源手段から出射された前記第１の光束を前記反射部により反射して前記入射端に集光させ、前記第２の光源手段から出射された前記第２の光束を前記透過部を透過させて前記入射端に集光させる反射透過素子と
   を備え、
   前記反射部と前記透過部とは、異なる領域に互いに隣接して形成され、境界線により分けられ、
   前記境界線は、前記反射部における前記第１の光束の入射光量が最大の位置と、前記透過部における前記第２の光束の入射光量が最大の位置とを結ぶ直線に直交するように延在している
   ことを特徴とする光源装置。

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