JPH1031908A - 光源装置および投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射型液晶表示装置等の光源装置において、
偏平な形状の光ビームを形成でき、光源の発光の不均一
性に起因する表示むらを解消できる光源装置を提供す
る。 【解決手段】 放電管と協働する集光面に、複数の凸面
領域を形成し、個々の凸面領域において入射する光線を
拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に光源装置に関
し、特に液晶プロジェクタ等の投射型表示装置で使われ
る光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置の重要な応用として、光源
装置で形成された光ビームを液晶パネルにより変調し、
変調された光ビームをスクリーンに投射する投射型液晶
表示装置がある。

【０００３】かかる投射型液晶表示装置の光源装置で
は、一般にメタルハライド等の金属化合物を封入した高
効率放電管が使われ、放電管で形成された光放射がリフ
レクタおよびレンズにより集光され、液晶パネル面で変
調される光ビームを形成する。一般に、このような高効
率放電管と協働するリフレクタとしては、回転対称性を
有する反射鏡、例えば回転放物面や回転楕円面を有する
反射鏡が使われ、放電管は、かかる反射面の焦点に放電
管の発光点が一致するように配設される。

【０００４】ところで通常の投射型表示装置では、投射
される画面の縦横比は１：１ではなく、３：４あるいは
９：１６といった横長の画面が一般的である。このた
め、このような横長の画面を投射する際に光源装置のリ
フレクタに前記回転対称性を有する反射鏡を使った場
合、かかる反射鏡では略円形の断面の光ビームしか形成
されないため、実際の画像の投射に寄与しない実質的な
無効面積が生じてしまう。かかる無効面積は、縦横比が
９：１６のいわゆるワイド画面を投射する場合、全体の
光エネルギの４５％にも達する。すなわち、かかる構成
では、光源装置で形成される光ビームのうち、約４割し
か使用できない。さらに、かかる円形の断面を有する光
ビームを使った場合、光軸に一致する画面中央部近傍で
最も明るく、これに対して投射される画面の四隅が暗く
なる問題点が生じる。

【０００５】上記の問題点を解決するため、例えば図８
に示す、開口部が楕円形の放物面反射鏡を使うことが提
案されている（特開平５−２７６４７０）。図８の反射
鏡では、図９の側断面図に示すように、楕円の短軸に沿
った断面Ａ，断面Ａから角度φ傾いた断面Ｂ，さらに楕
円の長軸に沿った断面Ｃで形状が異なり、この結果、横
に拡がった偏平な断面形状を有する光ビームを形成する
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の光源装置では、スクリーンに投射された像に、放電
管１中の発光の不均一に起因する輝度むらが、またカラ
ー表示装置の場合にはさらに色むらが生じてしまう問題
が生じる。また、一般に放電管では電極の封止部やチッ
プ（発光物質を封入する時に生じる封止痕）にガラス管
壁を均一に形成されていない部分があり、このような部
分を通った光線は、比較的輪郭が明瞭な色むらや輝度む
らを生じることがある。

【０００７】また、前記の楕円形の開口部を有するリフ
レクタでは、各断面Ａ，Ｂ，Ｃで焦点距離ｆ₁ ，ｆ₂ ，
ｆ₃ が異なり、その結果、放電管１の発光点とリフレク
タの焦点とが必ずしも一致しなくなる。換言すると、図
９の光線ｌ₁ ，ｌ₂ ，ｌ₃ は、リフレクタ光軸に対する
角度が互いに異なることになり、投射レンズにより全て
の光を有効に集光することが困難になる。すなわち、従
来の光源装置では、光の利用効率が低下する。

【０００８】また、図１０に示すように、光源で形成さ
れた円形断面の光ビームを負の円筒レンズ２で横方向に
拡げ、得られた所望の偏平な光ビームを液晶パネル３で
変調する方法も提案されているが、このような方法を使
っても、放電管の各点から出射した光線が、それぞれの
経路を辿って液晶パネル３に到達するだけなので、放電
管に起因する色むら、輝度むらがスクリーン上に現れる
のを回避することはできない。

【０００９】そこで、本発明は、上記の課題を解決した
投射型表示装置の光源装置、およびかかる光源装置を使
った投射型表示装置を提供するのを概括的課題とする。
本発明のより具体的な課題は、投射型表示装置におい
て、放電管の輝度むらに起因する表示画像の色むらや輝
度むらを抑止できる投射型表示装置の光源装置、および
かかる光源装置を使った投射型表示装置を提供すること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項１に記載したように、光を発光する発光手段
と、前記発光手段が形成した光を集光して光ビームを形
成する反射面を備えた集光手段とよりなる光源装置にお
いて、前記反射面には、その一部に、前記発光手段から
の光を拡散させる光拡散手段を形成されていることを特
徴とする光源装置により、または請求項２に記載したよ
うに、前記光拡散手段は、前記集光手段の反射面上にお
いて、前記発光手段に対して最近接な点の近傍に形成さ
れたことを特徴とする請求項１記載の光源装置により、
または請求項３に記載したように、前記発光手段は、そ
の一部に遮光部または光散乱部を有し、前記光拡散手段
は、前記集光手段上において、前記遮光部または光散乱
部に相対するように形成されていることを特徴とする請
求項１記載の光源装置により、または請求項４に記載し
たように、前記光拡散手段の少なくとも一部において
は、周方向および径方向のいずれにも平行でない第１の
方向への光拡散角と、前記第１の方向に垂直な第２の方
向への光拡散角とが、互いに異なることを特徴とする請
求項１または２記載の光源装置により、または請求項５
に記載したように、前記光拡散手段のうちに、周方向へ
の光拡散角が他と異なる光拡散手段が少なくとも一つ存
在することを特徴とする請求項１または２記載の光源装
置により、または請求項６に記載したように、前記光拡
散手段は、前記光ビームのビーム断面内における輝度分
布を、前記反射面に入射する光ビームのビーム断面内に
おける輝度分布に対して変化させることを特徴とする請
求項１〜５のいずれか一項記載の光源装置により、また
は請求項７に記載したように、前記光拡散手段は、前記
光ビームを楕円形状の断面を有するように変形すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の光源装
置により、または請求項８に記載したように、光を発光
する発光手段と、前記発光手段が形成した光を集光して
光ビームを形成する反射面を備えた集光手段とよりなる
光源装置と；前記光源装置で形成された光ビームを変調
する光変調手段と；変調された光ビームをスクリーン上
に投射する光学手段とよりなる投射型表示装置におい
て、前記反射面は、各々前記発光手段からの光を拡散さ
せる複数の光拡散手段を形成されており、前記複数の光
拡散手段が、前記請求項１〜７のいずれか一項に記載さ
れたものであることを特徴とする投射型表示装置によ
り、または請求項９に記載したように、前記光変調手段
は長方形であり、前記光変調手段を含む面において、前
記光ビームの断面は楕円であり、前記光変調手段の長辺
方向と前記楕円形光ビームの長軸方向とが略一致し、さ
らに前記長方形光変調手段の長辺／短辺比が、前記楕円
形光ビームの断面の長軸／短軸比に略一致することを特
徴とする請求項８記載の投射型表示装置により、または
請求項１０に記載したように、前記集光手段の光軸から
の距離が、前記光変調手段の短辺の長さの半分に略等し
い範囲に、前記光拡散手段を設けたことを特徴とする請
求項８または９記載の投射型表示装置により、または請
求項１１に記載したように、前記複数の光拡散手段は、
前記集光手段により形成される光ビームの全角三角が、
前記光源装置の側から見た前記光学手段の見込み角以下
になるように、前記発光手段からの光を拡散させること
を特徴とする請求項８〜１０のうち、いずれか一項記載
の投射型表示装置により、解決する。

【００１１】本発明によれば、集光手段を構成する反射
面上に、光を拡散させる構造を複数形成することによ
り、集光手段から出射する光ビーム中に、光軸に対する
回転対称性から外れた経路を含むさまざまな経路の光線
が含まれ、これらが液晶パネル等の光変調手段上で、あ
るいはスクリーン上で重畳されることにより、放電管等
の発光手段自体のなかにむらが存在しても打ち消され、
均一な光ビームを得ることが可能になる。

【００１２】また、かかる拡散手段を例えば複数の凸面
より形成し、さらにその凸面の形状を最適化することに
より、集光手段を構成する反射鏡自体が回転対称性を有
する回転放物面や回転楕円面であっても、形成される光
ビームの形状を、縦横比が１：１でない画面を表示する
のに適した、楕円形状に形成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例による
光源装置を使った投射型液晶プロジェクタの構成を示
す。ただし、図１は、投射型液晶プロジェクタを上方か
ら見た状態を示している。

【００１４】図１を参照するに、液晶プロジェクタはメ
タルハライド放電管１１およびこれに協働するリフレク
タ１２を有し、リフレクタ１２は放電管１１で形成され
た光を略平行なビーム１２Ａにして射出する。図示の実
施例ではリフレクタ１２は回転放物面を有し、放電管１
１の発光部が前記反射面の焦点に位置するように配設さ
れる。以下の説明では、リフレクタ１２は口径が１００
ｍｍ、焦点距離が１３ｍｍのものであり、放電管１１は
アーク長が約４ｍｍのものであるとする。

【００１５】光源装置でこのようにして形成された光ビ
ームは、液晶パネル１３Ａを含む光変調装置１３に入射
し、液晶パネル１３Ａを通過する際に変調を受ける。液
晶パネル１３Ａは、表示される画像に対応した縦横比が
３：４の横長な矩形形状を有し、対角が８０ｍｍ程度の
大きさに形成され、光源１１から約２５０ｍｍの距離に
配設されている。さらに、このように変調を受けた変調
光ビームは複数のレンズを含む投射光学系１４を介して
スクリーン（図示せず）に投射される。

【００１６】図２は、図１のリフレクタ１２の正面図を
示す。図２を参照するに、リフレクタ１２を構成する反
射面には、第１〜第４の各象限毎に、凸面領域ａ₁ 〜ａ
₅ が、上下および左右対称に形成される。ただし、各々
の凸面領域ａ₁ 〜ａ₅ は、リフレクタ１２の中心ないし
光軸Ｏに対して１８°の角度をなす。かかる凸面領域ａ
₁ 〜ａ₅ を形成した結果、リフレクタ１２で反射された
光ビームは、図１に破線で示す平行ビームよりも横方向
に拡がり、横長の液晶パネル１３Ａを照射するのに適し
た横長の楕円ビーム１２Ａを形成する。

【００１７】図３（Ａ）は、図２の第４象限の凸面領域
ａ₁ 〜ａ₅ を詳細に示す図、また図３（Ｂ）は図３
（Ａ）のリフレクタ１２の側断面図である。ただし、図
３（Ｂ）中、放電管１１は簡単のため省略してある。す
なわち、図３（Ａ）は、図２のリフレクタ１２を、図３
（Ｂ）に示すように、回転放物面の中心軸Ｏからの距離
がＲの位置で切断した状態を示す。図３（Ａ）中、符号
１２０で示した破線は、前記凸面領域ａ₁ 〜ａ₅ が形成
する包絡線をあらわし、リフレクタ１２の回転放物面に
対応する。包絡線１２０は、前記凸面領域ａ₁ 〜ａ₅ を
形成しない場合、リフレクタ１２の反射面に一致する。

【００１８】本実施例では、前記ａ₁ 〜ａ₅ の各凸面
を、式 Δ＝ｒ×（１−ｃｏｓ（ｓｉｎ^-1（Ｒ×ｓｉｎθ／ｒ））） ・・・ （式１） に従って回転放物面を切り込むことにより形成する。た
だし、Δは図３（Ａ）に示すように、反射面を実際に形
成する点Ｐにおける、前記包絡線１２０からの切り込み
の深さをｍｍ単位で表す量である。ただし、Ｒは図３
（Ｂ）に示した光軸Ｏからの距離であり、また角度θは
各凸面領域ａ₁ 〜ａ₅ における中心Ｑからの角度をあら
わす。

【００１９】ここでｒは係数であり、所望の楕円ビーム
の偏平率に対応して値が変化するが、前記３：４の縦横
比に対応した楕円ビームを形成する場合には、各凸面領
域ａ ₁ 〜ａ₅ について、それぞれ、２００，２０９，２
２５，２４５および２６１の値に設定される。

【００２０】その結果、放電管１１から放射された光
は、全体としてはリフレクタ１２のなす包絡線１２０に
対応して略平行ビームの形に集束されるが、各凸面ａ₁
〜ａ₅においては中心Ｑで反射される光と周辺部で反射
される光とで反射角が多少異なり、光ビームはある程度
拡散される。その際、係数ｒを上記のように選定するこ
とにより、光ビームを凸面領域ａ₁ で、図１中に破線で
示した平行ビームよりも約１．３°、また凸面領域ａ₅
で約１．８°拡げることが可能になり、その結果、液晶
パネル１３Ａの長軸方向に１．８°、短軸方向に１．３
°拡がった、液晶パネルの縦横比に対応した軸長比を有
する、ビーム断面が楕円形の光ビームが得られる。ただ
し、上記光ビームの拡散角は、光源の側から見た投射光
学系１４の見込み半角の値（図示の場合３°）よりは小
さい。

【００２１】図４は、本発明の第２実施例によるリフレ
クタ１２の構成を示す正面図である。図４を参照する
に、本実施例によるリフレクタ１２は、第１〜第４象限
の各々において、図５に詳細に示すように、径方向に３
段、周方向に４個、合計１２個の凸面領域ａ₁₁〜ａ₁₄，
ｂ₁₁〜ｂ₁₄，ｃ₁₁〜ｃ₁₄が形成されており、全体では４
８個の凸面領域が上下左右に対称に配設されている。

【００２２】図６は、図４，図５のリフレクタの、光軸
Ｏを含む垂直面に沿った縦断面図である。図６よりわか
るように、この縦断面図には凸面領域ａ₁₁，ｂ₁₁，ｃ₁₁
が現れるが、本実施例では各凸面領域を、式 Δ＝［０．４８² ×｛ｃｏｓφ×（ｓｉｎα−Ｒ（１−ｃｏｓβ）／ｒｏ） ＋ｓｉｎφ×（（Ｒｓｉｎβ／ｒｏ）−１＋ｃｏｓα）｝² ＋０．８６² ×｛−ｓｉｎφ×（ｓｉｎα−Ｒ（１−ｃｏｓβ）／ｒｏ） ＋ｃｏｓφ×（（Ｒｓｉｎβ／ｒｏ）−１＋ｃｏｓα）｝² ］^1/2 ・・・ （式２） により形成する。

【００２３】ただし、Δは、図６に示すように、実際の
反射面を形成する点Ｐにおける、回転放物面１２０から
の切り込みの深さをｍｍ単位であらわす量であり、φは
図５に示すように、各凸面領域中心点Ｑの、光軸Ｏを含
む垂直面から測った角位置を、さらにαは前記中心点Ｑ
から測った点Ｐの角位置をあらわす。さらに、Ｒは前と
同様に、光軸Ｏから測った、回転放物面１２０上の点Ｐ
に対応する点Ｐ’の距離、さらにｒｏは回転放物面１２
０の焦点Ｆから測った中心Ｑまでの距離、さらにβは前
記中心点Ｑと点Ｐとの間の角距離を、光軸Ｏを含む垂直
面に投影した角度をあらわす。すなわち、角度φ，α，
βを指定することにより、前記回転放物面１２０を基準
にした、凸面領域を形成するための切り込みの深さΔが
求められる。

【００２４】上記の式において、各係数は、縦横比が
３：４の液晶パネル１３Ａを照射するのに適した、断面
が偏平な光ビームを形成するように設定されている。す
なわち、本実施例によるリフレクタ１２で形成される光
ビームは光軸に対して角度δで拡がるが、かかる構成に
より、角度δの値は短軸方向については５°、長軸方向
については６．７°となる。

【００２５】かかる構成では、リフレクタ１２上の一点
で反射され液晶パネル１３Ａに生じる発光部分、すなわ
ちアークの像が、面積で約４倍に拡大され、しかも各点
の像が液晶パネル１３Ａ上で重畳されるため、アーク内
の輝度むらに起因する表示の輝度むら、色むらを解消す
ることができる。

【００２６】以上の説明において、式１，式２の係数を
変更することにより、例えば縦横比が９：１６の横長の
画面あるいはその他の任意の画面に対応した楕円形状の
光ビームが得られるのは明らかである。また、集光面に
形成される凸面領域の数は、上記のものに限定されるも
のではなく、任意の数形成することができる。

【００２７】さらに、反射面の形状は回転放物面に限定
されるものではなく、回転楕円面であってもよい。さら
に、以上の説明では、リフレクタ１２上には形成される
光拡散領域、例えばａ₁ 〜ａ₅ 、あるいはａ₁₁〜ａ₁₄，
ｂ₁₁〜ｂ₁₄，ｃ₁₁〜ｃ₁₄は凸面領域であると説明した
が、隣接する一対の領域、例えばａ₁ とａ₂ の間には凹
面領域が形成されており、したがって、リフレクタ１２
上に形成されるのは凹面領域であると表現することもで
きる。

【００２８】さらに、前記凸面領域あるいは凹面領域
を、前記集光面のうち、前記液晶パネル１３Ａに対応す
る部分、より具体的には前記液晶パネル１３Ａの短辺の
長さに対応する範囲に形成することにより、前記凸面領
域あるいは凹面領域からの反射光ないし拡散光により液
晶パネル１３Ａを、効率良く照射することが可能にな
る。

【００２９】図７は、本発明の第３実施例による光源装
置の構成を示す。一般に、放電管１１は、発光物質の供
給源への接続部の痕跡１１Ｘ（チップ）を有している。
かかるチップ１１Ｘにおいては２ｍｍφ程度の範囲で管
壁が肉厚になっており、そのため光が散乱され、影が出
来てしまう。その結果、スクリーン上にも、かかる放電
管の不均一ないしチップＸに由来する影ないし暗部が生
じてしまう（斜線部）。

【００３０】本実施例では、かかる影がスクリーン上に
投影されるのを回避するために、リフレクタ１２の反射
面上の、前記チップ１１Ｘに対向する部分に、図７
（Ａ）の断面図に示すように、径が０．５ｍｍ程度のビ
ーズを埋め込んだ領域１２Ｘを形成する。

【００３１】典型的には、領域１２Ｘは１０ｍｍ×１０
ｍｍ程度の矩形形状を有し、図７（Ｂ）の正面図に示す
ように、放電管１１の中心から径方向に約２０ｍｍ離間
して、かつ前記放電管１１の中心および前記チップ１１
Ｘを含む平面に対して対称的に形成される。ただし、図
示の例では、リフレクタは口径が１００ｍｍ、焦点距離
が１３ｍｍの放物鏡であり、放電管１１はアーク長が約
４ｍｍのものである。

【００３２】ビーズ領域１２Ｘを形成することにより、
放電管１１を出射した光ビームは拡散され、その結果チ
ップ１１に起因する影ないし暗部が消滅する。以上、本
発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はか
かる実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲
に記載の要旨内において、様々な変形・変更が可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】請求項１〜７記載の本発明の特徴によれ
ば、光源装置の反射面に発光手段からの光を拡散させる
光拡散手段を形成することにより、光ビームを所望の縦
横比に変形でき、また発光手段の輝度むらに起因する光
ビームの輝度むらを解消することが可能になる。

【００３４】請求項８〜１１記載の本発明の特徴によれ
ば、かかる光源装置を投射型表示装置の光源として使う
ことにより、縦横比が１：１でない画像を、投射光の損
失なく、均一な明るさで、しかも色むらを生じることな
く、縦横比が１：１でないスクリーン上に投射すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による投射型液晶表示装置
の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例によるリフレクタの構成を
示す正面図である。

【図３】図２のリフレクタの細部を示す拡大図である。

【図４】本発明の第２実施例によるリフレクタの構成を
示す正面図である。

【図５】図４のリフレクタの詳細を示す拡大図である。

【図６】図４のリフレクタの詳細を示す別の拡大図であ
る。

【図７】本発明の第３実施例によるリフレクタの構成を
示す図である。

【図８】従来の楕円開口部を有するリフレクタを示す正
面図である。

【図９】図８のリフレクタの作用を説明する図である。

【図１０】従来の、別の楕円形状の光ビームを形成する
構成を示す。

【符号の説明】

１，１１ 放電管 ２ 円筒レンズ ３ 液晶パネル １２ リフレクタ １２Ａ 光ビーム １３ 光変調部 １３Ａ 液晶パネル １４ 投射レンズ １２０ 回転放物面

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を発光する発光手段と、前記発光手段
   が形成した光を集光して光ビームを形成する反射面を備
   えた集光手段とよりなる光源装置において、 前記反射面には、その一部に、前記発光手段からの光を
   拡散させる光拡散手段を形成されていることを特徴とす
   る光源装置。
2. 【請求項２】 前記光拡散手段は、前記集光手段の反射
   面上において、前記発光手段に対して最近接な点の近傍
   に形成されたことを特徴とする請求項１記載の光源装
   置。
3. 【請求項３】 前記発光手段は、その一部に遮光部また
   は光散乱部を有し、前記光拡散手段は、前記集光手段上
   において、前記遮光部または光散乱部に相対するように
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装
   置。
4. 【請求項４】 前記光拡散手段の少なくとも一部におい
   ては、周方向および径方向のいずれにも平行でない第１
   の方向への光拡散角と、前記第１の方向に垂直な第２の
   方向への光拡散角とが、互いに異なることを特徴とする
   請求項１または２記載の光源装置。
5. 【請求項５】 前記光拡散手段のうちに、周方向への光
   拡散角が他と異なる光拡散手段が少なくとも一つ存在す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
6. 【請求項６】 前記光拡散手段は、前記光ビームのビー
   ム断面内における輝度分布を、前記反射面に入射する光
   ビームのビーム断面内における輝度分布に対して変化さ
   せることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載
   の光源装置。
7. 【請求項７】 前記光拡散手段は、前記光ビームを楕円
   形状の断面を有するように変形することを特徴とする請
   求項１〜５のいずれか一項記載の光源装置。
8. 【請求項８】 光を発光する発光手段と、前記発光手段
   が形成した光を集光して光ビームを形成する反射面を備
   えた集光手段とよりなる光源装置と；前記光源装置で形
   成された光ビームを変調する光変調手段と；変調された
   光ビームをスクリーン上に投射する光学手段とよりなる
   投射型表示装置において、 前記反射面は、各々前記発光手段からの光を拡散させる
   複数の光拡散手段を形成されており、 前記複数の光拡散手段が、前記請求項１〜７のいずれか
   一項に記載されたものであることを特徴とする投射型表
   示装置。
9. 【請求項９】 前記光変調手段は長方形であり、 前記光変調手段を含む面において、前記光ビームの断面
   は楕円であり、 前記光変調手段の長辺方向と前記楕円形光ビームの長軸
   方向とが略一致し、 さらに前記長方形光変調手段の長辺／短辺比が、前記楕
   円形光ビームの断面の長軸／短軸比に略一致することを
   特徴とする請求項８記載の投射型表示装置。
10. 【請求項１０】 前記集光手段の光軸からの距離が、前
    記光変調手段の短辺の長さの半分に略等しい範囲に、前
    記光拡散手段を設けたことを特徴とする請求項８または
    ９記載の投射型表示装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の光拡散手段は、前記集光手
    段により形成される光ビームの全角三角が、前記光源装
    置の側から見た前記光学手段の見込み角以下になるよう
    に、前記発光手段からの光を拡散させることを特徴とす
    る請求項８〜１０のうち、いずれか一項記載の投射型表
    示装置。