JPH04226443A - 集光リフレクタ及び液晶表示装置 - Google Patents

集光リフレクタ及び液晶表示装置

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JPH04226443A
JPH04226443A JP3110620A JP11062091A JPH04226443A JP H04226443 A JPH04226443 A JP H04226443A JP 3110620 A JP3110620 A JP 3110620A JP 11062091 A JP11062091 A JP 11062091A JP H04226443 A JPH04226443 A JP H04226443A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
point
crystal panel
light source
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Application number
JP3110620A
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English (en)
Inventor
Masami Nishida
雅己 西田
Masataka Izawa
正隆 伊澤
Kunimiki Tsuchiya
土屋 国幹
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Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光源の光を反射して所定
の照射面に集光投射する集光リフレクタに関し、特に集
光効率を向上させる集光リフレクタ及びこの集光リフレ
クタを有する液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の集光リフレクタとして図
12及び図13に示すものがあった。この図12及び図
13に従来の集光リフレクタの概略構成図を各々示す。 図12において従来の集光リフレクタは、回転放物面の
反射鏡2で形成され、該回転放物面の焦点Fに光源10
を配設し、該光源10からの光を回転放物面の反射鏡2
で平行光として反射するものである。
【0003】また、図13において従来の集光リフレク
タは、回転楕円面の反射鏡3で形成され、該回転楕円面
の第1の焦点F1 に光源10を配設し、該光源10か
らの光を回転楕円面の反射鏡3で第2の焦点F2 に集
光反射し、該第2の焦点F2 を焦点とするコンデンサ
レンズ42で平行光として射出するものである。前記各
従来の集光リフレクタは、各反射鏡の焦点F(又はF1
 )に点光源10を配設することにより、平行光線又は
集束光線を射出して理想的な円形投射面又は理想的な一
点に反射できることとなる。
【0004】さらに、図14に従来の集光リフレクタを
用いた液晶表示装置の概略構成図を示す。同図において
従来の液晶表示装置は、集光リフレクタ100から集光
投射された白色光をダイクロイックミラー50,51で
R,G,Bの3色に分離しR,G,B各色光をコンデン
サレンズ81を介して液晶セル60R,60G,60B
に入射し、各画像信号に応じて液晶セル60R,60G
,60Bの透過率を変化させて前記入射したR,G,B
の各色光を透過・遮蔽して投影レンズ80を介してスク
リーン(図示を省略)上に投影するように構成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の集光リフレクタ
は以上のように構成されていたことから、理想的な円形
投射面又は一点に反射するためには反射鏡2(又は3)
の焦点F(又はF1 )に点源と見做し得る光源10を
配設しなければならない。高輝度の光源とするためには
光源自体が大きいものとなる。例えば、高輝度且つ長寿
命の光源として知られるメタルハライドランプがあるが
、このメタルハライドランプは二つの電極間で発光する
ため、その光源が点光源と見做すことができずその光源
の大きさが無視できないものとなり、円形投射面又は一
点に反射することができないという課題を有していた。
【0006】また、前記メタルハライドランプの二重管
タイプのものは、外管として大きなバルブを用いる構成
とされるため、反射鏡で反射された光がバルブ自体に当
って散乱・吸収されて集光効率が低下するという課題を
有していた。さらに、従来の液晶表示装置は集光リフレ
クタ100からの光を、ダイクロイックミラー50,5
1,60,61,70,71、コンデンサレンズ81、
液晶セル60R,60G,60B及び投影レンズ80を
介して出射されるにもかかわらず、集光リフレクタ10
0の集光効率のみが考慮され、装置全体における相関関
係について何ら考慮されていないことから、装置全体の
集光効率を向上させることができなかった。
【0007】本発明は前記課題を解消するためになされ
たもので、各光源に対応する複数の曲率を有する各反射
曲面を組合せて反射鏡を形成することにより理想的な円
形投射面又は一点に反射し集光効率を向上させる集光リ
フレクタ及びこの集光リフレクタを用いて装置全体の集
光効率を向上させることができる液晶表示装置を提案す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明に
係る集光リフレクタは、所定の間隔だけ離れた二つの端
点(O1 ,O2 )を両端とする線状光源(10)と
、前記一の端点(O1 )を焦点とする一の曲率を有す
る第1の反射面(C−E1 )と、前記第1の反射面に
隣接配置され、前記他の端点(O2 )を焦点とする他
の曲率を有する第2の反射面(C−E2 )とを備える
ものである。
【0009】請求項5記載の本発明に係る液晶表示装置
は、所定の間隔だけ離れた二つの端点(O1 ,O2 
)を両端とする線状光源(10)が設けられ、前記一の
端点(O1 )を焦点とする一の曲率を有する第1の反
射面(C−E1 )及び前記他の端点(O2 )を焦点
とする他の曲率を有する第2の反射面(C−E2 )を
隣接配置してなる集光リフレクタ(100)と、前記集
光リフレクタ(100)から集光投射される光を選択し
て出射する液晶パネル(200)とを備え、前記集光リ
フレクタ(100)の線状光源(10)における二つの
端点(O1 ,O2 )の間隔を約6〔mm〕、集光リ
フレクタ(100)の口径(31)を約100〔mm〕
、液晶パネル(200)の有効表示大きさを約3〔in
ch〕に形成し、前記集光リフレクタ(100)から液
晶パネル(200)に投射される光の光軸(1)に一致
するz座標軸と前記一の端点(O1 )において直交す
るy座標軸を含む直交平面近傍に、前記第1の反射面(
C−E1 )と第2の反射面(C−E2 )との接続線
(21)上の接点(C)を位置せしめると共に、前記第
1及び第2の各反射面(C−E1 ,C−E2 )の各
他の焦点(S1 ,S2 )を前記液晶パネル(200
)の集光投射面から線状光源(10)側に近く且つ前記
集光投射面より狭い範囲内に位置せしめるものである。
【0010】請求項9記載の本発明に係る液晶表示装置
は、所定の間隔だけ離れた二つの端点(O1 ,O2 
)を両端とする線状光源(10)が設けられ、前記一の
端点(O1 )を焦点する一の曲率を有する第1の反射
面(C−E1 )及び前記他の端点(O2 )を焦点と
する他の曲率を有する第2の反射面(C−E2 )を隣
接配置してなる集光リフレクタ(100)と、前記集光
リフレクタ(100)から集光投射される光を選択して
出射する液晶パネル(200)と、前記集光リフレクタ
(100)と液晶パネル(200)との間に配設されて
、集光リフレクタ(100)からの集光投射される光を
液晶パネル(200)側に出射するコンデンサレンズ(
81)と、前記液晶パネル(200)から出射された光
を投影面に投影する投影レンズ(80)とを備え、前記
集光リフレクタ(100)における線状光源(10)の
端点(O1 ,O2 )の間隔を約6〔mm〕、集光リ
フレクタ(100)の口径(31)を約100〔mm〕
、液晶パネル(200)の有効表示大きさを約3〔in
ch〕に形成し、前記投影レンズ(80)のF数と集光
リフレクタ(100)の口径(31)端から液晶パネル
(200)までの距離(L)とのF数−距離(L)座標
内における前記F数が3.0〜4.5且つ距離(L)が
200〜300〔mm〕に含まれる領域であって、前記
F数−距離(L)の座標面に対して直交する座標軸をコ
ンデンサレンズ(81)の焦点距離(f1 )とし、前
記領域において、F値が0.3で距離(L)が200〔
mm〕のとき焦点距離f1 が100から230〔mm
〕、F値が0.3で距離(L)が300〔mm〕のとき
焦点距離f1 が150から400〔mm〕、F値が4
.5で距離(L)が200のとき焦点距離f1 が70
から120〔mm〕、F値が4.5で距離(L)が30
0のとき焦点距離f1 が150から450〔mm〕の
範囲内とするものである。
【0011】請求項11記載の本発明に係る液晶表示装
置は、所定の間隔だけ離れた二つの端点(O1 ,O2
 )に電極(O1 ,O2 )を設け、当該電極(O1
 ,O2 )の外周を薄い半透明の発光管(12)で被
覆して形成される線状光源(10)が設けられ、前記発
光管(12)内に存在する第1の後側焦点(F0I)及
び投射側に存在する第1の前側焦点(F1I)を焦点す
る一の曲率を有する第1の反射面(C−E1 )及び前
記発光管(12)内に存在する第2の後側焦点(F0I
I )及び投射側に存在する第2の後側焦点(F1II
 )を焦点とする他の曲率を有する第2の反射面(C−
E2 )を隣接配置してなる集光リフレクタ(100)
と、前記集光リフレクタ(100)から集光投射される
光を選択して出射する液晶パネル(200)と、前記集
光リフレクタ(100)と液晶パネル(200)との間
に配設されて集光リフレクタ(100)からの集光投射
される光を液晶パネル(200)側に出射するコンデン
サレンズ(81)と、前記液晶パネル(200)から出
射された光を投影面に投影する投影レンズ(80)とを
備え、前記線状光源(10)の二つの端点(O1 ,O
2 )の間隔(lArc)を5.0〜7.0〔mm〕と
し前記集光リフレクタ(100)の口径(31)を10
0±20〔mm〕とし前記液晶パネル(200)を43
〔mm〕×58〔mm〕とし、前記集光リフレクタ(1
00)と液晶パネル(200)との間の距離Lを200
〔mm〕ないし300〔mm〕とし前記コンデンサレン
ズ(81)の焦点距離を250〔mm〕ないし500〔
mm〕とし、前記投影レンズ(80)のFナンバーを3
.0〔mm〕ないし3.5〔mm〕とすると共に当該投
影レンズ(80)をテレセントリック系として形成し、
前記第1の反射面(C−E1 )の第1の後側焦点(F
0I)を前記端点(O1 )を原点とするz−y1 座
標系における座標(0±0.5〔mm〕,1.5±1.
0〔mm〕)とし、前記第2の反射面(C−E2 )の
第2の後側焦点(F0II )を前記z−y1 座標系
における座標(1.0±0.5〔mm〕,1.5±1.
0〔mm〕)とするものである。
【0012】
【作用】請求項1記載の本発明においては、線状光源の
二つの端点を各々焦点する各曲率を有する第1及び第2
の反射面で線状光源からの光を各々反射するようにした
ので、各焦点に設けられた線状光源から光を第1及び第
2の反射面で各々反射する。従って、第1の反射面は前
記線状光源から光を入射し、また第2の反射面は前記線
状光源から光を入射することから、理想的な円形投射面
又は一点に反射して集光効率を向上できることとなる。
【0013】また、請求項5記載の本発明においては、
特定形状の液晶パネル及び集光リフレクタの口径、特定
間隔の二つの光源、特定位置における第1及び第2の各
反射面の接続点および特定位置における他の焦点距離と
することにより、各要素相互間の相関関係を満足させる
こととなり、装置全体の集光効率を向上させる。さらに
、請求項9記載の本発明においては、光経路全体に亘っ
て集光効率を考慮することにより、装置全体の集光効率
を向上させる。
【0014】さらにまた、請求項11記載の本発明にお
いては、線状光源の発光管を薄い半透明体で形成すると
共に出射側の一部を遮蔽することにより液晶パネル上の
発光光度分布が変化し、この発光光度分布の変化に起因
する集光効率の低下を改善する。
【0015】
【実施例】(1)本発明(請求項1記載)の第1の実施
例 以下、本発明の一実施例を図1に基づいて説明する。こ
の図1は本実施例集光リフレクタの概略構成図を示す。 同図において本実施例に係る集光リフレクタは、5〜1
1〔mm〕の間隔だけ離れた位置に設けられる電極O1
 ,O2 (光源の端点と一致)を有するメタルハライ
ドランプ10と、該メタルハライドランプ10からの光
を投射する照射面41の一端部H1 及び前記電極O1
 を焦点とする回転楕円曲面C−E1 で形成される第
1の楕円反射部20と、該第1の楕円反射部20の外周
端部Cに接続され、前記照射面41の他端部H2 及び
前記電極O2 を焦点とする回転楕円曲面C−E2 で
形成される第2の楕円反射部30とを備える構成である
【0016】前記メタルハライドランプ10は、両端部
に設けられる外管としてのバルブ11と、該両端のバル
ブ11間に設けられ発光部となる二つの電極O1 ,O
2 とを有する構成である。次に、前記構成に基づく本
実施例集光リフレクタの動作を液晶表示装置に用いた場
合について図2を参照して説明する。
【0017】前記メタルハライドランプ10の電極O1
 ,O2 から各々射出された各光線は、第1の楕円反
射部20の回転楕円曲面C−E1 における任意の点P
に相互間の角度φ1 で入射し、この任意の点Pから相
互間の角度φ1 で照射面41上のH1 からH10ま
での間に照射される。この第1の楕円反射部20は入射
光相互間の角度φ1 で光源10からの光を取り込み、
任意の点Pから小さな射出角φ1 で射出し、メタルハ
ライドランプ10のバルブ11に遮断されることなく照
射面41に照射する。
【0018】また、前記電極O1 ,O2 から各々射
出された各光線は、第2の楕円反射部30の回転楕円曲
面C−E2 における任意の点Qに相互間の角度φ2 
で入射し、この任意の点Qから相互間の角度φ2 で照
射面41上のH2 からH20までの間に照射される。 この第2の楕円反射部30は、入射光相互間の角度φ2
で光源10からの光を取り込むことができることとなる
【0019】このように、焦点を異にする二種の回転楕
円曲面C−E1 、C−E2 を有する第1、第2の各
楕円反射部20,30を組合せることにより、照射面4
1に効率よく集光できることとなる。さらに図2は、前
記集光系の液晶プロジェクションTVへの応用例を示す
。同図において白色光源の光を2枚のダイクロイックミ
ラー50,51でR,G,Bの3色に分離し、RGB各
色それぞれの画像信号に応じて光透過率が変化する液晶
セル60R,60G,60Bによって画像をそれぞれ形
成する。このそれぞれ形成された画像は、2枚のダイク
ロイックミラー70,71で再び合成され、1本の投影
レンズ80によりスクリーン(図示を省略)に投影され
る。
【0020】ここで、それぞれの液晶セル60R,60
G,60B面が前記照射面41となるように位置すれば
効率よく集光できることとなる。またさらに、それぞれ
の液晶セル60R,60G,60Bの光源側に投影レン
ズ80の入射位置を焦点とするコンデンサレンズ81R
,81G,81Bを配置すれば、さらに光利用効率は向
上する。
【0021】前記光源からR,G,Bの液晶セル60R
,60G,60B面までの光学的距離が互いに等しくな
るように構成する。 (2)本発明の第2の実施例 本発明の第2の実施例を図3及び図4に基づき、前記図
2を参照して説明する。図3は光学系のx−y座標内に
おける照射面の平面図、図4は照射面の外形寸法説明図
を示す。
【0022】前記各図において、第2の実施例に係る集
光リフレクタは、所定の間隔だけ離れた位置に設けられ
る電極O1 ,O2 を有するメタルハライドランプ1
0と、矩形状の照射面41内のみに光を集光投射する後
述の特殊形状で形成され、各々異なる焦点O1 及びH
1 ,O2 及びH2 とする二つの第1、第2の各楕
円反射部20,30とを備える構成である。
【0023】前記矩形状の投射面41を縦横のアスペク
ト比率を3対4の長方形とするとx軸・y軸の角度αだ
け回転したx1 −y1 座標で考える。このy1 軸
とz軸(図2において光軸1と一致)とで形成される平
面において、y1 軸方向の照射面41の端点がH1 
,H2 (図2において液晶セル60R,60G,60
Bの各表示面の端部に相当)となる。
【0024】前記第1、第2の各楕円反射部20,30
の特殊形状は、矩形状の照射面41全面を照射可能な口
径を持つ基準楕円曲面を形成し、この基準楕円曲面の口
径外周上に複数の任意点を求め、各任意点と楕円曲面の
焦点に置かれた電極O1 ,O2 とを結ぶ線が光軸1
となす角を複数等分した等分光線を引き、前記任意点を
含む半径に対応する照射面41の半径を等分光線と同じ
数の複数等分に分割して、各分割点を通りコンデンサレ
ンズ42から前記電極O1 ,O2 に向けて逆行する
光線と前記等分光線とのそれぞれの対応する各交点を求
め、この各交点に、前記各等分光線が楕円曲線と交叉す
る点における接線と平行な反射面を設け、各反射面を接
続して各々形成する。
【0025】このように特殊形状に形成された第1、第
2の各楕円反射部20,30により矩形の照射面41以
外の部分(図4の斜線部分)へ光が照射されることがな
くなり、効率よく集光照射できることとなる。しかし、
実際問題として集光リフレクタにより矩形状の面への光
の投射を考える場合であって、この集光リフレクタのz
軸における任意の位置のx,y軸断面が円でない場合に
はその反射光線にラジアル方向のオフセットが生じる。 しかし、前記任意の位置のx,y軸断面が楕円の場合に
は、アーク長5mmのランプを原点O1 ,O2 より
350mm離れたアスペクト比4:3における図4の投
射面への投射を考えたとき、この集光リフレクタの一部
断面形状は図5(A)、(B)、(C)に示す通りであ
る。図5(A)、(B)、(C)に示す断面はy軸に対
するy1 軸のなす角αが0°、39.5°、90°の
いずれであっても円形に近いことが明らかである。従っ
て、ラジアル方向のオフセットは大きな問題となること
がない。
【0026】なお、前記各実施例においては光源をメタ
ルハライドランプで構成したが、その他の点光源と見做
すことができない光源、線光源、面光源等で構成するこ
ともできる。 (3)他の本発明(請求項5記載)の第1の実施例図6
は他の本発明の第1実施例液晶表示装置要部説明図を示
す。
【0027】同図において本実施例液晶表示装置は、前
記図1記載の発明と同様に回転楕円曲面C−E1 で形
成される第1の反射面20及び回転楕円曲面C−E2 
で形成される第2の反射面30を隣接配置して形成され
る集光リフレクタ100、及びこの集光リフレクタ10
0から集光投射される光を選択透過する液晶パネル20
0を備える。
【0028】前記集光リフレクタ100はメタルハライ
ドランプ10の電極O1 ,O2 の間隔を5〜7〔m
m〕とし、口径31を100±20〔mm〕に形成され
る。また、前記液晶パネル200はその有効表示可能の
画面サイズを2.8〜3.3〔inch〕に形成される
。前記集光リフレクタの第1及び第2の反射面20,3
0の接続線21上における接点Cは、集光リフレクタ1
00から液晶パネル200に投射される光の光軸1に一
致するz座標軸とこのz座標軸上の前記電極O1 で直
交するy座標軸とのz−y座標系において、z=0±5
、y=±30±5の範囲内に位置するように配設する構
成である。
【0029】また、前記第1及び第2の各反射面20,
30の各他の焦点S1 ,S2 は、前記液晶パネル2
00の集光投射面から集光リフレクタ100側に距離Δ
z1 ,Δz2 、且つ液晶パネル200の端部から内
側(z軸側)に距離Δy1 ,Δy2 に位置するよう
に配設する構成である。以上のように液晶表示装置の集
光リフレクタ100及び液晶パネル200における各々
の相互関係を考慮して構成されることから、液晶表示装
置の集光効率を従来装置に比べて20%以上向上させる
ことができる。
【0030】(4)他の本発明(請求項5記載)の第2
の実施例 図7は他の本発明の第2の実施例を示す。前記図6記載
の実施例においては集光リフレクタ100の光源を電極
O1 ,O2 からなる線光源とする構成としたが、第
2の実施例装置は集光リフレクタ100における発光管
12をフロスト(すりガラス)のかかったメタルハライ
ドランプ10で構成し、このメタルハライドランプ10
の光源端部O1 ′,O2 ′における発光管半径r1
 ,r2 に相当する距離だけ集光リフレクタ100の
第1及び第2の各反射面20,30をオフセットさせた
回転体で形成する構成である。
【0031】前記集光リフレクタ100の第1及び第2
の各反射面20,30は、各一の焦点を前記光源端部O
1 ′,O2 ′とすると共に、各他の焦点をS1 ,
S2 とするように構成される。なお、前記第1及び第
2の各反射面20,30は、前記図6記載発明と同様に
前記液晶パネル200の集光投射面から集光リフレクタ
100側に近く且つ集光投射面より狭い範囲内に他の焦
点S1 ,S2 を位置するように構成される。
【0032】このようにメタルハライドランプ10で形
成される光源の長さと幅とを考慮して集光リフレクタ1
00の第1及び第2の各反射面20,30を形成するこ
とにより、さらに集光効率を向上させることができるこ
ととなる。 (5)他の本発明(請求項9記載)の第1の実施例図8
は他の本発明の第1の実施例のテレセントリック系の場
合におけるF値−距離−焦点距離関係図を示す。
【0033】本実施例に係る液晶表示装置は、前記図6
記載発明と同様に集光リフレクタ100及び液晶パネル
200を備え、この構成に加え、前記液晶パネル200
の集光投射側に配設されるコンデンサレンズ81R,8
1G,81Bと、前記液晶パネル200から出射される
光を投影面(図示を省略)に投影する投影レンズ80と
を備える構成である。
【0034】前記投影レンズ80のF数、集光リフレク
タ100の口径31端から液晶パネル200までの距離
L及びコンデンサレンズ81R,81G,81Bの焦点
距離f1 の各相互関係は次の通り構成される。前記F
数−距離L−焦点距離f1 の三次元座標系において、
前記F数−距離Lの座標面のF数3.0〜4.5且つ距
離Lが200〜300〔mm〕の領域で、 F値3.0・距離L200〔mm〕のとき焦点距離f1
 が100から230〔mm〕、 F値3.0・距離L300〔mm〕のとき焦点距離f1
 が150から400〔mm〕、 F値4.5・距離L200〔mm〕のとき焦点距離f1
 が70から120〔mm〕、 F値4.5・距離L300〔mm〕のとき焦点距離f1
 が150から450〔mm〕、 の範囲内で設定される。
【0035】このように前記各F値、距離L及び焦点距
離f1 は、液晶パネル200の対角方向に関する装置
全体の集光効率を考慮した場合の高効率且つ均一照度分
布が得られる条件の範囲が前記図8に示す関係となる。 この関係は液晶パネル200のいかなる方向に関しても
同様に求めることができる。前記図8において投影レン
ズ80は瞳位置を無限遠としたテレセントリック系とし
たが、非テレセントリック系での実際の投影レンズ80
をコンデンサレンズ81R,81G,81Bとの関係は
次式で表わすことができる。
【0036】(1/f)=(1/f1 )+(1/l)
ここで、f:実際に使用するコンデンサレンズ81R,
81G,81Bの焦点距離 l:実際に使用する投影レンズ80の瞳位置の距離上式
においてテセントリック系ではl=∞となりf=f1 
となる。
【0037】このように、集光リフレクタ100、液晶
パネル200及び投射レンズ80(図2を参照)の光学
系の総てに亘って集光効率を考慮することにより、装置
全体の光利用効率が向上できる。なお、前記メタルハラ
イドランプ10を半径rのフロストのかかった発光管1
2で形成した場合に、前記半径rに相当する長さだけ集
光リレフクタ100の反射面20,30をオフセットし
て形成することもできる。
【0038】(6)その他の本発明(請求項11の記載
)の第1の実施例 図9及び図10はその他の本発明の第1の実施例装置を
示す。同図において本実施例に係る液晶表示装置は、前
記各発明と同様にメタルハライドランプ10を有する集
光リフレクタ100、液晶パネル200、コンデンサレ
ンズ(図示を省略)及び投影レンズ80を共通して備え
、前記メタルハライドランプ10、集光リフレクタ10
0、コンデンサレンズ81及び投影レンズ80(図2を
参照)の各構成を異にする。
【0039】前記メタルハライドランプ10は、一対の
電極O1 ,O2 の間隔lArcを5.0〜7.0〔
mm〕とし、この一対の電極O1 ,O2 の外周を比
較的に薄いフロストのかかった半透明球体の発光管12
で被覆し、この発光管12の投射側部分に酸化ジルコニ
ウム膜13(図9のハッチング部分)を塗布する構成で
ある。この発光管12上の酸化ジルコニウム膜13は、
一対の電極O1 ,O2 を通るz軸に垂直な平面であ
って、前記電極BP2を含む平面で仕切られる発光管1
2上の光投射側領域に塗布され光源の長寿命化及び発光
効率の向上を図っている。前記集光リフレクタ100は
、第2の反射面C−E2 を有する第2の楕円反射部3
0の照射側口径31を100±20〔mm〕とし、前記
第1の反射面C−E1 の第1の後側焦点F0Iを前記
端点O1 を原点とするz−y1 座標系における座標
(0±0.5〔mm〕,1.5±1.0〔mm〕)とす
ると共に、前記第2の反射面C−E2 の第1の後側焦
点F0II を前記z−y1座標系における座標(1.
0±0.5〔mm〕,1.5±1.0〔mm〕)とする
構成である。
【0040】前記液晶パネル200は、その表示大きさ
を43〔mm〕×58〔mm〕(2.8〔inch〕×
3.3〔inch〕)として形成され、前記集光リフレ
クタ100の端部E2 からの距離Lを200〔mm〕
ないし300〔mm〕とする構成である。前記コンデン
サレンズ81は、液晶パネル200の光入射側近傍に配
設されてその焦点距離を250〔mm〕ないし500〔
mm〕に構成される。また、前記投影レンズ80はその
Fナンバーを3.0〔mm〕ないし3.5〔mm〕とし
、テレセントリック系として形成される構成である。
【0041】次に、前記構成に基づく本実施例装置の動
作について説明する。まず、メタルハライドランプ10
の一対の電極O1 ,O2 間の放電により点灯すると
、比較的に薄い半透明球体の発光管12の作用により発
光光度分布が最大となる断面略矩形状(Δy0I=Δy
0II =1.5±1.0〔mm〕)の仮想光源14(
図9中に鎖線で図示)として取扱うことができる。
【0042】この仮想光源14上の特定の各点が第1の
反射面C−E1 においては第1の後側焦点F0Iとな
り、第2の反射面C−E2においては第2の後側焦点F
0II となる。前記第1の反射面C−E1 を有する
第1の楕円反射部20上の点Pで反射された光はコンデ
ンサレンズ81を介して液晶パネル200上に高効率で
投射される。また、前記第2の反射面C−E2 を有す
る第2の楕円反射部30上の点Qで反射された光は同様
に液晶パネル200上に高効率で投射されることとなる
【0043】さらに、前記高効率で投射される液晶パネ
ル200上の状態を実験データに基づいて説明する。前
記液晶パネル200上における照度分布実験データ特性
図を図11に示す。同図(A)は液晶パネルの外形態様
平面図、同図(B)は従来装置の照度分布実験データ特
性図、同図(C)は本実施例装置の照度分布実験データ
特性図である。図(B),(C)は、各々液晶パネル2
00のx軸方向におけるI1 −H0 −I2 とI3
 −H2 −I4 (又はI5 −H1 −I6 )と
の照度分布を示しており、従来装置の特性を示す図(B
)においては液晶パネル200上のH0 とH2 (又
はH1 )との照度差E10がI1 (又はI2 )と
I3 (又はI4 ,I5 ,I6 )との照度差E2
0に対して大きく相違している。他方、本実施例の特性
を示す図(C)においては、液晶パル200上のH0 
とH2 (又はH1 )との照度差E1 がI1 (又
はI2 )とI3 (又はI4 ,I5 ,I6 )と
の照度差E2 に対してほぼ等しい値となり、液晶パネ
ル200全面を均一な照度差で照射して画面全体の画像
のむらを改善すると共に装置全体の光利用効率を向上さ
せることとなる。
【0044】なお、前記投影レンズ80は瞳位置を無限
遠としたテレセントリック系としたが、非テレセントリ
ック系での実際の投影レンズ80をコンデンサレンズ8
1(なお、カラーの液晶表示装置の場合には図2に示す
ように81R,81G,81Bとなる)との関係は次式
で表わすことができる。 (1/f)=(1/f1 )+(1/l)ここで、f:
実際に使用するコンデンサレンズ81の焦点距離 l:実際に使用する投影レンズ80の瞳位置の距離上式
においてテセントリック系ではl=∞となりf=f1 
となる。
【0045】(7)その他の本発明(請求項11記載)
の第2の実施例 第2の実施例に係る液晶表示装置は、前記第1の実施例
の構成に加え、第1及び第2の楕円反射部20,30の
液晶パネル200側における第1及び第2の各前側焦点
F1I  ,F1II の位置が数値的に限定して以下
の通り構成される。前記第1の楕円反射部20の第1の
反射面(C−E1 )における第1の前側焦点(F1I
)は、前記メタルハライドランプ10の電極BP1を原
点とするz−y1 座標系における液晶パネル(200
)の端部(H1 )の座標(H1Z  ,H1y)から
、z軸方向にΔz1 =50〜150〔mm〕及びy1
 軸方向にΔy1 =−5〜−20〔mm〕だけ離隔し
た座標(F1IZ ,F1Iy )とする構成である。
【0046】前記第1の楕円反射部30の第2の反射面
(C−E2 )における第2の前側焦点(F1II )
は、前記z−y1 座標系における液晶パネル(200
)の端部(H1 )の座標(H1Z  ,H1y)から
z軸方向にΔz2 =50〜150〔mm〕及びy1 
軸方向にΔy2 =−5〜−20〔mm〕だけ隔離した
座標(F1IIZ  ,F1IIy)とする構成である
【0047】前記第1の前側焦点(F1I)におけるy
1 軸方向の座標値F1Iy と第2の前側焦点(F1
II )におけるy1 軸方向の座標値F1IIyとは
、F1Iy ≧F1IIyの条件で構成される。前記構
成に基づく本実施例は、図11に示すように液晶パネル
200上の照度分布が均一になり、前記第1の実施例よ
りさらに画像むらの改善及び光利用効率を向上させる。
【0048】(8)その他の本発明(請求項11記載)
の第3の実施例 第3の実施例に係る液晶表示装置は前記第1又は第2の
実施例の構成に加え、前記メタルハライドランプ10の
電極O1 を原点とするz−y1 座標系におけるz軸
に対して垂直な直線であって二つの電極O1 ,O2 
の中心点O0 を通る直線上に、第1の反射面C−E1
 と第2の反射面C−E2 との接続点Cが位置するよ
うに第1及び第2の各楕円反射部20,30を配設する
構成である。
【0049】前記接続点Cの座標(CZ ,Cy )は
以下のような範囲とすることができる。 CZ =(lArc/2)±1.0〔mm〕Cy =2
5.0±3.0〔mm〕 このように接続位置で二つの各反射部20,30を接続
して集光リフレクタ100を構成したことから、液晶パ
ネル200に対して高効率に光を照射できることとなる
【0050】なお、本実施例の場合は前記第1、第2の
各実施例を前提として構成したが、前記図1ないし図8
に記載の発明を前提として構成することもできる。
【0051】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
二つの光源を各々焦点とする各曲率を有する第1及び第
2の反射面で二つの光源からの光を各々反射するように
構成したので、第1の反射面が前記二つの光源から光を
入射し、また第2の反射面が前記二つの光源から光を入
射することから、理想的な円形投射面又は一点に反射で
きることとなり投射効率を向上させる効果を有する。
【0052】また、請求項5記載の本発明においては、
特定形状の液晶パネル及び集光リフレクタの口径、特定
間隔の二つの光源、特定位置における第1及び第2の各
反射面の接続点および特定位置における他の焦点距離と
することにより、各要素相互間の相関関係を満足させる
こととなり、装置全体の集光効率を向上させる効果を有
する。
【0053】また、請求項9記載の本発明においては、
光経路全体に亘って集光効率を考慮することにより、装
置全体の集光効率を向上させる効果を有する。さらに、
請求項11記載の本発明においては、二つの各焦点位置
を特定位置に限定することにより、各要素相互間の相関
関係を満足させることとなり、装置全体の集光効率を向
上させる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例集光リフレクタの概略構
成図である。
【図2】図1記載集光リフレクタを液晶表示装置に用い
た場合の全体構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例光学系のx−y座標内に
おける照射面の平面図である。
【図4】図3における照射面の外形寸法説明図である。
【図5】リフレクタ断面が楕円である場合のリフレクタ
の一部断面形状を示し、同図(A)はα=0°のリフレ
クタ断面形状態様図、同図(B)はα=35.9°のリ
フレクタ断面形状態様図、同図(C)はα=90°のリ
フレクタ断面形状態様図である。
【図6】他の本発明の第1実施例説明図である。
【図7】他の本発明の第2実施例説明図である。
【図8】他の本発明の実施例のテレセントリック系の場
合におけるF値−距離−焦点距離関係図である。
【図9】その他の本発明の集光リフレクタ部分における
詳細説明図である。
【図10】その他の本発明の集光リフレクタ、液晶パネ
ルにおける詳細説明図である。
【図11】その他の本発明における光利用効率説明図を
示し、同図(A)は液晶パネルの外形態様平面図、同図
(B)は従来装置の照度分布実験データ特性図、同図(
C)は本発明における照度分布実験データ特性図を示す
【図12】従来の集光リフレクタの概略構成図を示す。
【図13】従来の集光リフレクタの概略構成図を示す。
【図14】従来の液晶表示装置の構成図を示す。
【符号の説明】
10…メタルハライドランプ(線状光源)11…バルブ 12…発光管 13…酸化ジルコニウム膜 14…仮想光源 20…第1の楕円(二次曲面)反射部 30…第2の楕円(二次曲面)反射部 41…照射面 50,51,60,61,70,71…ダイクロイック
ミラー 60R,60G,60B…液晶セル 80…投影レンズ 81,81R,81G,81B…コンデンサレンズ10
0…集光リフレクタ 200…液晶パネル O1 ,O2 …電極(線状光源の二つの端点)H1 
,H2 …照射面端部 S1 ,S2 …他の焦点 F0I  ,F0II …後側焦点 F1I  ,F1II …前側焦点

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  所定の間隔だけ離れた二つの端点(O
    1 ,O2 )を両端とする線状光源(10)と、前記
    一の端点(O1 )を焦点とする一の曲率を有する第1
    の反射面(C−E1 )と、前記第1の反射面に隣接配
    置され、前記他の端点(O2 )を焦点とする他の曲率
    を有する第2の反射面(C−E2 )とを備えることを
    特徴とする集光リフレクタ。
  2. 【請求項2】  所定の間隔だけ離れた二つの端点(O
    1 ,O2 )を両端とする線状光源(10)と、前記
    線状光源(10)からの光を投射する照射面(41)の
    一端部(H1 )と前記一の端点(O1 )とを焦点と
    する第1の反射面(C−E1 )と、前記一の反射面(
    C−E1 )に隣接配置され、前記照射面の他端部(H
    2 )と前記他の端点(O2 )とを焦点とする第2の
    反射面(C−E2)とを備えることを特徴とする集光リ
    フレクタ。
  3. 【請求項3】  前記請求項1又は2記載の集光リフレ
    クタにおいて、前記第1及び第2の各反射面(C−E1
     ,C−E2 )を矩形状の照射面のみに光を反射する
    反射曲面として形成することを特徴とする集光リフレク
    タ。
  4. 【請求項4】  前記請求項1ないし3記載のいずれか
    の集光リフレクタにおいて、前記第1の反射面(C−E
    1 )と第2の反射面(C−E2 )との接点(C)を
    、前記線状光源(10)の端点(O1 )を原点とする
    z−y1 座標系におけるz軸に対して垂直且つ二つの
    端点(O1 ,O2 )の中心点(O0 )を通る直線
    上に含まれることを特徴とする集光リフレクタ。
  5. 【請求項5】  所定の間隔だけ離れた二つの端点(O
    1 ,O2 )を両端とする線状光源(10)が設けら
    れ、前記一の端点(O1 )を焦点とする一の曲率を有
    する第1の反射面(C−E1 )及び前記他の端点(O
    2 )を焦点とする他の曲率を有する第2の反射面(C
    −E2 )を隣接配置してなる集光リフレクタ(100
    )と、前記集光リフレクタ(100)から集光投射され
    る光を選択して出射する液晶パネル(200)とを備え
    、前記集光リフレクタ(100)の線状光源(10)の
    端点(O1 ,O2 )の間隔を約6〔mm〕、集光リ
    フレクタ(100)の口径(31)を約100〔mm〕
    、液晶パネル(200)の有効表示大きさを約3〔in
    ch〕に形成し、前記集光リフレクタ(100)から液
    晶パネル(200)に投射される光の光軸(1)に一致
    するz座標軸と前記一の端点(O1 )において直交す
    るy座標軸を含む直交平面近傍に、前記第1の反射面(
    C−E1 )と第2の反射面(C−E2 )との接続線
    (21)上の接点(C)を位置せしめると共に、前記第
    1及び第2の各反射面(C−E1 ,C−E2 )の各
    他の焦点(S1 ,S2 )を前記液晶パネル(200
    )の集光投射面から光源側に近く且つ前記集光投射面よ
    り狭い範囲内に位置せしめることを特徴とする液晶表示
    装置。
  6. 【請求項6】  前記請求項5記載の液晶表示装置にお
    いて、前記第1の反射面(C−E1 )と第2の反射面
    (C−E2 )との接続線(21)上の接点(C)は、
    前記y座標軸を含む直交平面内において前記一の端点(
    O1 )からの距離を約30〔mm〕とし、前記直交平
    面の前後に約5〔mm〕の範囲内に位置せしめることを
    特徴とする液晶表示装置。
  7. 【請求項7】  前記請求項5記載の液晶表示装置にお
    いて、前記第1及び第2の各反射面(C−E1 ,C−
    E2 )の各他の焦点(S1,S2 )は前記液晶パネ
    ル(200)の集光投射面から線状光源(10)側に5
    0〔mm〕以内、且つ前記集光投射面の端部から2〔m
    m〕以内に位置せしめることを特徴とする液晶表示装置
  8. 【請求項8】  前記請求項5記載の液晶表示装置にお
    いて、前記集光リフレクタ(100)における第1及び
    第2の各端点(O1 ,O2 )の線状光源(10)は
    半径(r)の発光管(12)で形成し、前記第1及び第
    2の各反射面(C−E1 ,C−E2 )の曲面形状は
    第1及び第2の各端点(O1 ,O2 )の発光管半径
    (r)に相当する長さだけオフセットして形成すること
    を特徴とする液晶表示装置。
  9. 【請求項9】  所定の間隔だけ離れた二つの端点(O
    1 ,O2 )を両端とする線状光源(10)が設けら
    れ、前記一の端点(O1 )を焦点する一の曲率を有す
    る第1の反射面(C−E1 )及び前記他の端点(O2
     )を焦点とする他の曲率を有する第2の反射面(C−
    E2 )を隣接配置してなる集光リフレクタ(100)
    と、前記集光リフレクタ(100)から集光投射される
    光を選択して出射する液晶パネル(200)と、前記集
    光リフレクタ(100)と液晶パネル(200)との間
    に配設されて集光リフレクタ(100)からの集光投射
    される光を液晶パネル(200)側に出射するコンデン
    サレンズ(81)と、前記液晶パネル(200)から出
    射された光を投影面に投影する投影レンズ(80)とを
    備え、前記集光リフレクタ(100)における線状光源
    (10)の端点(O1 ,O2 )の間隔を約6〔mm
    〕、集光リフレクタ(100)の口径(31)を約10
    0〔mm〕、液晶パネル(200)の有効表示大きさを
    約3〔inch〕に形成し、前記投影レンズ(80)の
    F数と集光リフレクタ(100)の口径(31)端から
    液晶パネル(200)までの距離(L)とのF数−距離
    (L)座標内における前記F数が3.0〜4.5且つ距
    離(L)が200〜300〔mm〕に含まれる領域であ
    って、前記F数−距離(L)の座標面に対して直交する
    座標軸をコンデンサレンズ(81)の焦点距離(f1 
    )とし、前記領域において、F値が3.0で距離(L)
    が200〔mm〕のとき焦点距離f1 が100から2
    30〔mm〕、F値が0.3で距離(L)が300〔m
    m〕のとき焦点距離f1 が150から400〔mm〕
    、F値が4.5で距離(L)が200のとき焦点距離f
    1 が70から120〔mm〕、F値が4.5で距離(
    L)が300のとき焦点距離f1 が150から450
    〔mm〕の範囲内とすることを特徴とする液晶表示装置
  10. 【請求項10】  前記請求項9記載の液晶表示装置に
    おいて、前記集光リフレクタ(100)における第1及
    び第2の各端点(O1 ,O2 )の線状光源(10)
    は半径(r)の発光管(12)で形成し、前記第1及び
    第2の各反射面(C−E1 ,C−E2 )の曲面形状
    は第1及び第2の各端点(O1 ,O2 )の発光管半
    径(r)に相当する長さだけオフセットして形成するこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  11. 【請求項11】  所定の間隔だけ離れた二つの端点(
    O1 ,O2)に電極(O1 ,O2 )を設け、当該
    電極(O1,O2 )の外周を薄い半透明の発光管(1
    2)で被覆して形成される線状光源(10)が設けられ
    、前記発光管(12)内に存在する第1の後側焦点(F
    0I)及び投射側に存在する第1の前側焦点(F1I)
    を焦点する一の曲率を有する第1の反射面(C−E1 
    )及び前記発光管(12)内に存在する第2の後側焦点
    (F0II )及び投射側に存在する第2の後側焦点(
    F1II )を焦点とする他の曲率を有する第2の反射
    面(C−E2 )を隣接配置してなる集光リフレクタ(
    100)と、前記集光リフレクタ(100)から集光投
    射される光を選択して出射する液晶パネル(200)と
    、前記集光リフレクタ(100)と液晶パネル(200
    )との間に配設されて集光リフレクタ(100)からの
    集光投射される光を液晶パネル(200)側に出射する
    コンデンサレンズ(81)と、前記液晶パネル(200
    )から出射された光を投影面に投影する投影レンズ(8
    0)とを備え、前記線状光源(10)の二つの端点(O
    1 ,O2 )の間隔(lArc)を5.0〜7.0〔
    mm〕とし、前記集光リフレクタ(100)の口径(3
    1)を100±20〔mm〕とし、前記液晶パネル(2
    00)を43〔mm〕×58〔mm〕とし、前記集光リ
    フレクタ(100)と液晶パネル(200)との間の距
    離Lを200〔mm〕ないし300〔mm〕とし、前記
    コンデンサレンズ(81)の焦点距離を250〔mm〕
    ないし500〔mm〕とし、前記投影レンズ(80)の
    Fナンバーを3.0〔mm〕ないし3.5〔mm〕とす
    ると共に当該投影レンズ(80)をテレセントリック系
    として形成し、前記第1の反射面(C−E1 )の第1
    の後側焦点(F0I)を前記端点(O1 )を原点とす
    るz−y1 座標系における座標(0±0.5〔mm〕
    ,1.5±1.0〔mm〕)とし、前記第2の反射面(
    C−E2 )の第2の後側焦点(F0II )を前記z
    −y1 座標系における座標(1.0±0.5〔mm〕
    ,1.5±1.0〔mm〕)とすることを特徴とする液
    晶表示装置。
  12. 【請求項12】  前記請求項11記載の液晶表示装置
    において、前記第1の反射面(C−E1 )の第1の前
    側焦点(F1I)を前記z−y1 座標系における液晶
    パネル(200)の端部(H1 )の座標(H1Z  
    ,H1y)からz軸方向に50〔mm〕ないし150〔
    mm〕及びy1 軸方向に−5〔mm〕ないし−20〔
    mm〕だけ離隔した座標(F1IZ ,F1Iy )と
    し、前記第2の反射面(C−E2 )の第2の前側焦点
    (F1II )を前記z−y1 座標系における液晶パ
    ネル(200)の端部(H1 )の座標(H1Z  ,
    H1y)からz軸方向に50〔mm〕ないし150〔m
    m〕及びy1 軸方向に−5〔mm〕ないし−20〔m
    m〕だけ隔離した座標(F1IIZ  ,F1IIy)
    とし、前記第1の前側焦点(F1I)におけるy1 軸
    方向の座標値F1Iy が第2の前側焦点(F1II 
    )におけるy1 軸方向の座標値F1IIyより大きい
    か又は等しい値とすることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 【請求項13】  前記請求項9ないし11記載のいず
    れかの液晶表示装置において、  前記第1の反射面(
    C−E1 )と第2の反射面(C−E2)との接続点C
    を、前記線状光源(10)の端点(O1 )を原点とす
    るz−y1 座標系におけるz軸に対して垂直且つ二つ
    の端点(O1 ,O2 )の中心点(O0 )を通る直
    線上に含まれることを特徴とする液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7367677B2 (en) 2002-04-06 2008-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. High efficiency lighting system, scrolling unit and projection system employing the same

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