JPH11149061A - 光源装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 照明光源として２個のランプのうち何れかに
切り換えたり、何れかが切れたりした場合であってもス
クリーン画像の色調に変化を来さない。 【解決手段】 ２個のランプ３ａ，３ｂからの各光束を
プリズムアレイ４で合成して、第１レンズアレイ５の複
数のレンズセル群に中心光軸３ｅに平行な照射光を出射
すると共に第１レンズアレイ５の全面を照射する。この
ような２個のランプ３ａ，３ｂからプリズムアレイ４を
介した第１レンズアレイ５への各照射光はそれぞれ、分
光特性に入射角度依存性を有する色分離用のダイクロイ
ックミラー９，１０に対して平均してほぼ同じ入射角度
で入射するため、２個のランプ３ａ，３ｂからの照明光
は、ダイクロイックミラー９，１０における分光特性の
入射角度依存性に起因する各ランプ３ａ，３ｂ毎の色調
差を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカラー画像
表示などに用いる投影装置、特に、色分離用のダイクロ
イックミラーを用いた光束分割方式の液晶プロジェクタ
などの光源として利用される光源装置および照明装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の投影装置、例えば液晶プ
ロジェクタでは、大画像を表示させる手段として、映像
信号に応じて液晶パネルで照明光が輝度変調されて得ら
れた光学画像を投影レンズによりスクリーン上に拡大投
写させるようになっている。

【０００３】このような液晶プロジェクタについて、図
５を参照しながらその照明光学系の構成を模式的に説明
する。

【０００４】図６において、２個並設されたランプ５
１，５２から照射されるＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ
（青）の３色を含む白色の略平行光束は、第１レンズア
レイ５３の各レンズセルで複数の光束に分割され、さら
に、第２レンズアレイ５４および重合せレンズ５５で、
この第１レンズアレイ５３からの複数光束のそれぞれ
を、フィールドレンズ５６を介して液晶パネル５７の表
示面上にそれぞれ重ね合せて照射するようになってい
る。

【０００５】これらのインテグレータ光学系とフィール
ドレンズ５６の間には、上記白色光束を赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）および青（Ｂ）の３色に色分離するための色分離
光学系としてダイクロイックミラー５８，５９が配設さ
れている。一般に、これらのダイクロイックミラー５
８，５９の分光特性はそれぞれ、図７および図８に示す
ような入射角度依存性を有しており、光の入射角度によ
って透過または反射する光の波長帯域が異なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の液晶
プロジェクタにおけるインテグレータ光学系の直前に２
個のランプ５１，５２を並設した構成においては、例え
ば図６中上側のランプ５１から出射されて液晶パネル５
７の中心表示面上を照明する光束（実線で示している）
は、ダイクロイックミラー５８，５９に対してそれぞれ
４５°＋αの入射角度で入射することになる。また、図
６中下側のランプ５２から出射されて液晶パネル５７の
中心表示面上を照明する光束（点線で示している）は、
ダイクロイックミラー５８，５９に対してそれぞれ４５
°−αの入射角度で入射することになる。

【０００７】このように、上記２個のランプ５１，５２
からの各光束は、ダイクロイックミラー５８，５９に対
してそれぞれ異なる入射角度で入射することから、入射
角度依存性を持つダイクロイックミラー５８，５９の分
光特性も異なることになって、ランプ５１，５２ではそ
れぞれ異なる色調で液晶パネル５７の表示面上を照明す
ることになる。

【０００８】例えば、これら２個のランプ５１，５２の
うち何れか一方を単独で使用するような場合、例えば２
個のランプ５１，５２のうち何れかに切り換えて１灯づ
つの使用としたり、また、２個のランプ５１，５２の使
用中に何れかが切れて１灯使用となったり、また、２個
のランプ５１，５２の輝度に互いに差がある場合など
に、スクリーンに投影されている投影画像の色調が変化
してしまうという問題を有していた。

【０００９】なお、図６の第１レンズアレイ５３、第２
レンズアレイ５４および重合せレンズ５５によってイン
テグレータ光学系が構成されており、このインテグレー
タ光学系を用いることで液晶パネル５７の表示面上を均
等に照明するようになっているが、このインテグレータ
光学系を用いない場合には液晶パネル５７の表示面上
（例えば中央部とその周辺部）で輝度ムラが発生してし
まう。

【００１０】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、２個のランプのうち何れかに切り換えたり、何れか
が切れたり、２個のランプの輝度に差があるような場合
であってもスクリーン画像の輝度ムラを防止しつつ色調
に変化を来さない光源装置および照明装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光源装置は、光
源光をそれぞれ出射する２個の光源部と、２個の光源部
から出射された平行光を合成して、平行な光束を出射可
能なプリズムアレイと、を有し、２個の光源部はそれぞ
れ、プリズムアレイの照射領域全面にそれぞれ照射可能
なように光源部の光軸を互いに傾斜させて並設されてい
ることを特徴とするものである。また、これを用いた本
発明の照明装置は、光源光をそれぞれ出射する２個の光
源部と、２個の光源部から出射された平行光を合成し
て、平行な光束を出射可能なプリズムアレイと、プリズ
ムアレイから出射された平行光束を、複数のレンズセル
からなるレンズアレイを用いて平行光束の光軸に対して
垂直な平面内で複数の光束に分割した後、被照射面をそ
れぞれの光束で重畳照明するオプティカルインテグレー
タと、を有し、２個の光源部はそれぞれ、プリズムアレ
イの照射領域全面にそれぞれ照射可能なように光源部の
光軸を互いに傾斜させて並設されていることを特徴とす
るものである。さらに、より具体的には、例えば投影装
置としては、各色毎のライトバルブの各表示面をそれぞ
れ透過または反射した各色毎の色画像を合成して投射画
像を得る投影装置において、光源光を平行にそれぞれ出
射する２個の光源部と、この２個の光源部からの各光束
を合成して平行光を出射可能なプリズムアレイと、この
プリズムアレイからの平行光を分割光学系で分割した複
数光束のそれぞれを、複数の色光に色分離した後に前記
各色毎のライトバルブの各表示面上にそれぞれ重ねて照
射する光学系とを有し、２個の光源部はそれぞれ、前記
プリズムアレイの照射領域全面にそれぞれ照射するよう
に中心光軸を互いにそれぞれ傾斜させて並設されている
ことを特徴とするものである。つまり、光源光を出射す
る２個の光源部がそれぞれ分割光学系の全面を照射可能
なように中心光軸を傾斜させて並設されており、２個の
光源部と分割光学系の間に、２個の光源部からの各光束
を合成して分割光学系に平行光を出射するプリズムアレ
イが配設されているものである。

【００１２】この構成により、２個の光源部からの各照
明光をそれぞれプリズムアレイ全面に照射して合成し、
分割光学系に対して平行光を出射すると共に分割光学系
の全面を照射するので、従来のように２個の光源部がそ
れぞれ分割光学系の照射領域に対して片側領域づつ照射
するというようなことはなく、２個の光源部からの各照
明光はそれぞれ、分光特性に入射角度依存性を有する色
分離光学系に対して平均してほぼ同じ入射角度で入射す
ることになって、色分離光学系における分光特性の入射
角度依存性に起因する光源部毎の色調差は生じない。

【００１３】また、この場合、プリズムアレイからの平
行光を分割光学系で分割した複数光束のそれぞれを、複
数の色光に色分離した後に前記各色毎のライトバルブの
各表示面上にそれぞれ重ねて照射しているので、ライト
バルブの各表示面上では均一な照射となっており、輝度
ムラは生じない。このように、各光源部毎に色調差や輝
度ムラが生じないことから、照明光源として２個の光源
部のうち何れかに切り換えたり、何れかが切れたり、２
個の光源部の輝度に差があるような場合などであって
も、従来のように投影画像において色調が変化するよう
なことはなく、かつ輝度ムラも生じない。

【００１４】また、好ましくは、本発明の照明装置は、
プリズムアレイのアレイピッチをＰ、レンズアレイを構
成するプリズムアレイ側のレンズセルの開口をｄ、自然
数をＮとすると、ｄ＝Ｐ・（Ｎ−１／２）の関係を満足
することを特徴とする。また、より具体的には、例えば
投影装置としては、各色毎のライトバルブの各表示面を
それぞれ透過または反射した各色毎の色画像を合成して
投射画像を得る投影装置において、光源光を平行にそれ
ぞれ出射する２個の光源部と、この２個の光源部からの
各光束を合成して平行光を出射可能なプリズムアレイ
と、このプリズムアレイからの平行光を分割光学系で分
割した複数光束のそれぞれを、各色毎のライトバルブの
各表示面上にそれぞれ重ねて照射するインテグレータ光
学系とを有し、２個の光源部はそれぞれ、前記プリズム
アレイの照射領域全面にそれぞれ照射可能なように中心
光軸を互いにそれぞれ傾斜させて並設されており、分割
光学系が複数のレンズセルで構成されて、プリズムアレ
イのアレイピッチをＰ、分割光学系のプリズムアレイ方
向のレンズセル開口をｄ、Ｎを自然数とすると、ｄ＝Ｐ
・（Ｎ−１／２）の関係式を満足することを特徴とする
ものである。

【００１５】この構成により、互いに対向する分割光学
系とプリズムアレイにおいて、その分割光学系のレンズ
セル開口ｄがプリズムアレイのアレイピッチＰ／２の奇
数倍になるように設定すれば、プリズムアレイで分割さ
れた、２個の光源部からの各照明光がそれぞれ互いに補
完されてライトバルブの全面を照明することになり、ム
ラなく均一に照明することが可能となる。

【００１６】このように、各光源部毎に輝度ムラが生じ
ないことから、プリズムアレイからの平行光を分割光学
系で分割した複数光束のそれぞれを、複数の色光に色分
離した後に前記各色毎のライトバルブの各表示面上にそ
れぞれ重ねて照射するインテグレータ光学系の均一な照
射機能を損なうことなく、更なる投影画像の輝度ムラの
発生が抑制され得る。例えば照明光源として２個の光源
部のうち何れかに切り換えたり、何れかが切れたり、２
個の光源部の輝度に差があるような場合などであって
も、投影画像において輝度ムラが発生するようなことは
ない。

【００１７】さらに、好ましくは、本発明の光源装置
は、２個の光源部に同時に電力が供給されている。

【００１８】この構成により、２個の光源部を用いて明
るく、かつ請求項１の構成とすることで光源部毎の色調
差や輝度ムラは生じない。

【００１９】さらに、好ましくは、本発明の光源装置
は、２個の光源部のいずれか一方のみに電力が供給され
た後、所定の条件に基づいて電力供給を他方の光源部に
切り替えることを特徴とする。より具体的には、例えば
投影装置としては、光源部に電力供給可能な電源と、２
個の光源部を電源に択一的に接続させるスイッチ手段
と、電力供給を受ける一方の光源部の点灯時間を計時
し、その点灯時間が所定点灯時間に達すると計時満了信
号を出力する計時手段とを有し、計時満了信号を受けて
スイッチ手段を他方の光源部に切り換える制御が為され
るようになっている。

【００２０】この構成により、光量が減じる寿命の所定
点灯時間でスペヤ側の他方の光源部に自動的に切り換え
るようにしたので、投影装置の光源部としての寿命を倍
増させることが可能で、面倒な光源部の交換を半減させ
ることが可能となる。

【００２１】また、より具体的には、例えば投影装置と
しては、他方の光源部の点灯時間を計時し、その点灯時
間が所定点灯時間に達すると警告情報を出力する警告手
段を有している。

【００２２】この構成により、スペア側の他方の光源部
の寿命である所定点灯時間経過で警告情報を出力して使
用者に光源部の交換を知らせるようにしたので、光源部
の交換時期を的確に使用者に知らしめることが可能とな
る。

【００２３】さらに、より具体的には、例えば投影装置
としては、２個の光源部に電力供給可能な電源と、光源
部の点灯時間を計時し、その点灯時間が所定点灯時間に
達すると警告信号を出力する計時手段と、計時手段から
の警告信号を受けて光源部の切り換えを警告する警告手
段と、２個の光源部の一方から他方に切り換え可能なス
イッチ手段とを有する光源切換制御手段が設けられてい
る。

【００２４】この構成により、光源部が寿命に至ったこ
とを、使用者に警告を行って知らしめ、面倒な光源部の
交換を行うことなく、使用者がスイッチ手段を手動で操
作してスペヤ側への光源部の切り換えが可能であるの
で、投影装置の光源部としての寿命を倍増させることが
可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る投影装置の実
施形態について図面を参照して説明するが、本発明は以
下に示す実施形態に限定されるものではない。

【００２６】（実施形態１）図１は本発明の実施形態１
の液晶プロジェクタの構成図である。

【００２７】図１において、投影装置としての液晶プロ
ジェクタ１は、２つの光源光をそれぞれ反射するリフレ
クタ２ａ，２ｂを有するランプ３ａ，３ｂによりなる２
灯式の光源３と、これらのリフレクタ２ａ，２ｂの前方
開口部に配設された図示しないＩＲ−ＵＶカットフィル
タによって、赤外線領域および紫外線領域の光をカット
すると共に可視領域の光を通過させた２つの光源光から
の光を交互に位置するように合成して平行光束に変換す
るプリズムアレイ４と、複数のレンズセルが２次元状に
配列された第１レンズアレイ５および第２レンズアレイ
６および、重合せレンズ７よりなるオプティカルインテ
グレータ８と、Ｒ色光の波長帯域を透過させ他は反射さ
せるＲ色通過ダイクロイックミラー９と、Ｂ色光の波長
帯域を透過させ他は反射させるＢ色通過ダイクロイック
ミラー１０と、Ｒ色やＢ色の各光路をそれぞれ９０°だ
け方向変換させる折り返しミラー１１〜１３と、Ｂ色光
路のリレー光学系に用いられるコンデンサレンズ１４お
よびリレーレンズ１５と、Ｒ色側のフィールドレンズ１
６、Ｇ色側のフィールドレンズ１７と、Ｂ色側のフィー
ルドレンズ１８と、Ｒ色光表示画像用のライトバルブと
しての透過式液晶パネル１９と、Ｇ色光表示画像用のラ
イトバルブとしての透過式液晶パネル２０、Ｂ色光表示
画像用のライトバルブとしての透過式液晶パネル２１
と、これらの透過式液晶パネル１９〜２１からのＲ，
Ｇ，Ｂ色の各画像光を合成するダイクロイックプリズム
２２と、このダイクロイックプリズム２２からの合成光
学画像を、図示しないスクリーン上に投影させる投影レ
ンズ２３とを備えている。

【００２８】この２灯式の光源３には、ランプ３ａ，３
ｂとして、白色光を照射するメタルハライドランプの
他、キセノンランプやハロゲンランプなどが用いられ、
それらのリフレクタ２ａ，２ｂはそれぞれその各内面が
方物面反射鏡からなり、その方物面反射鏡の焦点位置に
置かれた各メタルハライドランプなどからの光源光をそ
れぞれ各内面でそれぞれ反射させて平行光として互いに
斜め方向からプリズムアレイ４の全面をそれぞれ照射す
るようになっている。これらの各リフレクタ２ａ，２ｂ
による２灯式の光源３の中心光軸３ｃ，３ｄはそれぞれ
プリズムアレイ４の全面をそれぞれ照射するように互い
に向い合って傾斜させた構成である。

【００２９】また、このプリズムアレイ４は傾斜方向が
異なるプリズム斜面Ａ，Ｂが交互に形成されて一方面で
ある出射面が構成され、他方面である入射面は平面Ｃに
構成されており、詳細に後述するが、２個のランプ３
ａ，３ｂからの各照射光をそれぞれ平面Ｃ側から入射さ
せて、プリズム斜面Ａ，Ｂで交互に位置するように合成
して出射させると共に、分割光学系としての第１レンズ
アレイ５の全面に、後述する図２の中心光軸３ｅに対し
て平行な平行光を出射させるようになっている。

【００３０】さらに、上記第１レンズアレイ５は、光源
光を入射させて複数の光束にする２次元状に配列された
複数レンズを有している。また、この第１レンズアレイ
５よりも後方の第２レンズアレイ６は、この第１レンズ
アレイ５からの複数光束のそれぞれを、各色毎の液晶パ
ネル１９〜２１の各表示面上にそれぞれ重ねて照射する
ことによって、各色毎の液晶パネル１９〜２１の各表示
面の中央部とその周囲において輝度差をなくして輝度の
均一化を図ることができるようになっている。

【００３１】さらに、これらのＲ色通過ダイクロイック
ミラー９とＢ色通過ダイクロイックミラー１０は色分離
光学系を構成しており、Ｒ（赤）色波長帯域のＲ色光は
その波長のカットオフ値を有するＲ色通過ダイクロイッ
クミラー９を通過することで得られるようになってい
る。また、Ｇ（緑）色波長帯域のＧ色光はＲ色通過ダイ
クロイックミラー９よびＢ色通過ダイクロイックミラー
１０で反射されることで得られるようになっている。さ
らに、Ｂ（青）色波長帯域のＢ色光はその波長のカット
オフ値を有するＢ色通過ダイクロイックミラー１０を通
過することで得られるようになっている。これらによっ
て、この第２レンズアレイ６からの照射光を色分離光学
系でＲＧＢの三原色にそれぞれ色分離して各色光の単色
光を得ることができるようになっている。

【００３２】さらに、各色光毎のフィールドレンズ１６
〜１８はそれぞれ、これらのＲ通過ダイクロイックミラ
ー９とＢ通過ダイクロイックミラー１０で色分離された
各色毎の色光をそれぞれ、各色毎の液晶パネル１９〜２
１の各表示面にそれぞれテレセントリックに照射させる
ようになっている。

【００３３】さらに、各色光毎の透過式液晶パネル１９
〜２１はそれぞれ、各色毎の映像信号がそれぞれ入力さ
れて輝度変調され、各色毎の光学画像光がそれぞれ得ら
れるようになっている。

【００３４】さらに、画像合成光学系のＲ，Ｂ反射Ｇ透
過ダイクロイックミラーを有するダイクロイックプリズ
ム２２は、Ｒ色用の液晶パネル１９から輝度変調されて
出射されるＲ色画像光と、Ｇ色用の液晶パネル２０から
輝度変調されて出射されるＧ色画像光と、Ｂ色用の液晶
パネル２１から輝度変調されて出射されるＢ色画像光と
を、Ｒ，Ｂ色画像光はそれぞれ反射させ、Ｇ色画像光は
透過させることで画像合成するようになっている。

【００３５】ここで、以下に、上記光源３およびプリズ
ムアレイ４の本発明の構成について詳細に説明する。

【００３６】図２は図１の液晶プロジェクタの照明系を
模式的に示す構成図であり、後述するプリズムアレイピ
ッチＰとレンズアレイ開口ｄとの関係式において図１で
は自然数Ｎ＝２の場合であるが、図２では図を簡単に示
すために自然数Ｎ＝１の場合について示すと共に、Ｇ色
側のフィールドレンズ１７とＧ色光表示画像用の透過式
液晶パネル２０を代表して示している。

【００３７】図２に示すように、これらの上側のランプ
３ａおよび下側のランプ３ｂからの照射光はそれぞれ、
プリズム板としてのプリズムアレイ４の平面Ｃの全面
に、後述する所定の角度θ′だけ傾斜させた状態で略平
行にそれぞれ照射するようになっており、ランプ３ａか
らの照射光は、図２中点線で示すようにプリズムアレイ
４内にその平面Ｃから入った後に、プリズム斜面Ｂに対
して平行に直進してプリズム斜面Ａ側から中心光軸３ｅ
に平行に出射されると共に、ランプ３ｂからの照明光
も、図２中実線で示すようにプリズムアレイ４内にその
平面Ｃから入った後に、プリズム斜面Ａに対して平行に
直進してプリズム斜面Ｂ側から中心光軸３ｅに平行に出
射されるようになっている。この中心光軸３ｅとは、各
透過式液晶パネル１９〜２１の中心をそれぞれ通りそれ
らのパネル面にそれぞれ垂直な光軸である。

【００３８】このようにして、これらのランプ３ａ，３
ｂからの照明光は、プリズムアレイ４の作用によりプリ
ズムアレイ４のピッチだけ離間された平行光束に交互に
配列するように分割された後に、分割光学系としての第
１レンズアレイ５の複数のレンズセル群に対して照射す
るようになっている。このとき、ランプ３ａ，３ｂから
の各照射光はそれぞれ、図５の従来例に示すように第１
レンズアレイ照明領域のうちの片側半分だけを通過する
のではなく、第１レンズアレイ５のほぼ全域を交互に配
列した状態で通過するように構成されている。したがっ
て、従来のように、ランプ３ａからの照明光で液晶パネ
ル中心を照射する光束は、ダイクロイックミラー９，１
０への入射角度が４５°よりも大きい方に片寄るような
ことはなく、また、ランプ３ｂからの照明光で液晶パネ
ル中心を照射する光束は、ダイクロイックミラー９，１
０への入射角度が４５°よりも小さい方に片寄るような
ことはなく、ランプ３ａ，３ｂの何れからの光束もダイ
クロイックミラー９，１０に対してほぼ４５°平均で入
射するようになっている。このように、ランプ３ａ，３
ｂからの各照射光はそれぞれ、ダイクロイックミラー
９，１０に対して平均してほぼ同じ入射角度で入射する
ため、ランプ３ａ，３ｂからの照射光は、ダイクロイッ
クミラー９，１０の入射角度依存性に起因するランプ３
ａ，３ｂ毎の色調差は生じないようになっている。この
ため、液晶プロジェクタ１の使用時に、例えばランプ３
ａからランプ３ｂにスイッチ手段などで照明光を切り換
えても、従来のように投影画像に色調が変化してしまう
というようなことはなくなる。

【００３９】図３は図１のプリズムアレイ４のプリズム
斜面の状態を示す要部拡大断面図であり、図４は図１の
プリズムアレイ４と第１レンズアレイ５との関係を示す
要部拡大断面図である。

【００４０】図３に示すように、出射側のプリズム斜面
Ａ，Ｂはそれぞれ、入射側のプリズム平面Ｃに対する傾
斜角度θで連続的に交互に形成されている。このときの
プリズムアレイ４のガラス材質に対する屈折率をｎとす
ると、プリズム斜面Ａ，Ｂの傾斜角度θは、次の（数
１）に示す式のようになる。

【００４１】

【数１】

【００４２】また、ランプ３ａ，３ｂからの照射光のプ
リズム平面Ｃに対する入射光の入射角をθ′とすると、
次の（数２）に示す式を満足するように設定されてい
る。

【００４３】

【数２】

【００４４】このような（数２）を満足するようにラン
プ３ａ，３ｂからの照射光の入射角θ′を設定すれば、
入射角θ′で入射した光束は、そのプリズム平面Ｃでケ
ラれることなく侵入し、プリズム斜面Ａ，Ｂから出射す
るとき、プリズム平面Ｃに対して垂直（中心光軸３ｅに
対して平行）に出射するようになっている。例えばプリ
ズムアレイ４の屈折率ｎが、ｎ＝１．４７２であれば、
θ＝６３．８°，θ′＝４０．６°に設定すればよいこ
とになる。

【００４５】また、図４に示すように、プリズムアレイ
４のアレイピッチをＰとし、第１レンズアレイ５のプリ
ズムアレイ方向における各レンズセルの開口をｄとし、
Ｎを自然数（Ｎ＝１，２，３，・・・）とすると、レン
ズセル開口ｄは、ｄ＝Ｐ・（Ｎ−１／２）の関係式を満
足するように設定されており、レンズセル開口ｄはＰの
１／２の奇数倍になっている。したがって、図２ではＮ
＝１であるが、図１および図４ではＮ＝２で、レンズセ
ル開口ｄは（３／２）Ｐであり、レンズセル開口ｄの区
間に３つのプリズム斜面が存在することになる。

【００４６】この場合、プリズムアレイ４の照射光出射
側に斜線部で示す照射部分Ｂ１はランプ３ｂで照射され
る領域を示し、それ以外の照射部分Ａ１はランプ３ａで
照射される領域を示している。このとき、第１レンズア
レイ５の開口と液晶パネルが光学的に共役であるので、
ランプ３ｂからの照射光はレンズセル５ａを介して、液
晶パネル１９〜２１のパネル中央部分を照射し、また、
ランプ３ｂからの照射光は、そのレンズセル５ａに隣接
したレンズセル５ｂを介して、液晶パネル１９〜２１の
前記パネル中央部分を除く両端部分を照射して液晶パネ
ル全面を照明するようになっている。また同様に、ラン
プ３ａからの照射光はレンズセル５ａを介して、液晶パ
ネル１９〜２１の前記パネル中央部分を除く両端部分を
照射し、また、ランプ３ａからの照射光は、そのレンズ
セル５ａに隣接したレンズセル５ｂを介して、液晶パネ
ル１９〜２１のパネル中央部分を照射して液晶パネル全
面を照明するようになっている。

【００４７】このように、プリズムアレイ４で分割され
た光束が互いに補完されて液晶パネルを照明することに
なり、ムラなく均一に照明することが可能となる。な
お、ｄ＝Ｐ・（Ｎ−１／２）の関係式を満足しない場合
には、一方のランプのみで照明するとき、プリズムアレ
イ４により分割された光束は、液晶パネル１９〜２１上
で互いに補完されることなく重合されて照明されるの
で、照明ムラが生じることになる。つまり、例えばｄ＝
Ｐの場合に、ランプ３ｂからの照射光はレンズセル５ａ
を介して、液晶パネル１９〜２１の一方のパネル片側部
分を照射し、また、ランプ３ａからの照射光は、そのレ
ンズセル５ａを介して、液晶パネル１９〜２１の他方の
パネル片側部分を照射して液晶パネル全面を照明するよ
うになっている。ところが、ランプ３ａからの照射光だ
けの場合には、ランプ３ａからの照射光は、そのレンズ
セル５ａを介して、液晶パネル１９〜２１の他方のパネ
ル片側部分だけを照射し、また、ランプ３ａからの照射
光が、そのレンズセル５ａに隣接したレンズセル５ｂを
介する場合にも、液晶パネル１９〜２１の他方のパネル
片側部分だけを照射することになって、液晶パネル１９
〜２１の一方のパネル片側部分には照射されないことに
なる。

【００４８】上記構成により、まず、２灯式の光源３で
あるランプ３ａ．３ｂからの光源光はそれぞれ所定角度
θ′だけ傾斜させた状態でプリズムアレイ４のプリズム
平面Ｃ全面からそれぞれ入射し、そのプリズム斜面Ａ，
Ｂから交互に中心光軸３ｅに対して平行な照射光を第１
レンズアレイ５に向けてその全面を照明するように照射
する。

【００４９】次に、このプリズムアレイ４のプリズム斜
面Ａ，Ｂからの光源光は、第１レンズアレイ５の複数の
レンズアレイで複数の光束に分割されて、第２レンズア
レイ６から重合せレンズ７を介して複数の光束をＲＧＢ
の３色光にそれぞれ色分離光学系としてのダイクロイッ
クミラー９，１０で色分離した後、各色毎のフィールド
レンズ１６〜１８をそれぞれ介して各色毎の液晶パネル
１９〜２１にそれぞれ重ねて照射する。

【００５０】さらに、Ｒ色用の液晶パネル１９から輝度
変調されて出射されるＲ色画像光と、Ｇ色用の液晶パネ
ル２０から輝度変調されて出射されるＧ色画像光と、Ｂ
色用の液晶パネル２１から輝度変調されて出射されるＢ
色画像光とを、画像合成光学系のダイクロイックプリズ
ム２２で画像合成する。さらに、これらのＲＧＢの画像
合成光は投影レンズ２３により、図示しないスクリーン
上に拡大投写されることになる。

【００５１】以上のようなオプティカルインテグレータ
８を用いた２灯式液晶プロジェクタ１において、２個の
ランプ３ａ，３ｂからの各照射光をそれぞれプリズムア
レイ４で交互に位置するように合成して、第１レンズア
レイ５の複数のレンズセル群に中心光軸３ｅに平行な照
明光を出射すると共に第１レンズアレイ５の全面に渡っ
て照射するようにしたため、従来のように２個のランプ
が第１レンズアレイに対して片側づつ照射するというよ
うなことはなく、２個のランプ３ａ，３ｂからの各照明
光は、分光特性に入射角度依存性を有する色分離用のダ
イクロイックミラー９，１０に対して平均してほぼ同じ
入射角度で入射して、２個のランプ３ａ，３ｂからの照
明光は、ダイクロイックミラー９，１０における分光特
性の入射角度依存性に起因する各ランプ３ａ，３ｂ毎の
色調差を防止することができる。

【００５２】このため、効率よく２個のランプ３ａ，３
ｂを使用することができ、より明るい照明光学系を得る
ことができる。また、２個のランプ３ａ，３ｂのうち１
灯づつ順にスイッチ手段などで切り換えて使用すること
もできて、よりランプの長寿命化を図ることができる。
さらに、１灯づつ使用する場合において、投影画像にお
いて色調の差異が生じにくい。さらに、２個のランプ３
ａ，３ｂの輝度に差があるような場合であっても、投影
画像において照明ムラにならない。

【００５３】また、互いに対向する第１レンズアレイ５
とプリズムアレイ４において、その第１レンズアレイ５
のレンズセル開口ｄがプリズムアレイ４のアレイピッチ
Ｐの１／２の奇数倍になるように設定すれば、プリズム
アレイ４で分割された、２個のランプ３ａ，３ｂからの
各照明光がそれぞれ互いに補完されて液晶パネル１９〜
２１の全面をそれぞれ照明することになり、ムラなく均
一に照明することが可能となる。

【００５４】（実施形態２）上記実施形態１では、投影
装置としての液晶プロジェクタ１は、図１および図２の
構成を有する照明光学装置であって、光源を２灯式のラ
ンプ光源として基本的に同時に点灯する場合を示した
が、本実施形態２では、上記実施形態１と同様の構成で
２灯式のランプ光源を用意して、１灯式のランプ光源と
して一方のランプだけを使用しそのランプに寿命がきた
ときに他方のランプに切り換えることでランプ交換を不
要にすると共にランプ寿命を倍増させる場合である。

【００５５】図５は本発明の実施形態２の液晶プロジェ
クタのランプ光源の構成を示すブロック図であって、
（ａ）は自動切換方式の場合を示すブロック図、（ｂ）
は手動切換方式の場合を示すブロック図である。なお、
他の構成部材については上記実施形態１の図１および図
２に示した構成部材と同様であり、ここでは同一の符号
を付してその説明を省略する。

【００５６】図５（ａ）において、ランプ光源切換制御
装置３１は、２灯式の光源３のランプ３ａ，３ｂに電力
供給可能な電源３２と、この電源３２に接続され所定点
灯時間を計時し、その所定点灯時間に達すると計時満了
信号ａを出力すると共に、この所定点灯時間の倍の時間
に達すると警告信号ｂを出力する計時手段３３と、電源
３２に接続され計時満了信号ａを受けてランプ３ａまた
はランプ３ｂに切り換え接続するスイッチ手段３４とを
有している。また、電源３２に接続され警告信号ｂを受
けて警告表示する警告手段としての表示手段３５が設け
られている。これらの計時手段３３および表示手段３５
により警告手段が構成されており、他方の光源手段（光
源部）であるランプ３ｂの点灯時間を計時し、その点灯
時間が所定点灯時間に達すると警告情報（例えば点灯表
示や音声など）を出力するようになっている。

【００５７】この計時手段３３は例えばタイマ装置やカ
ウンタ装置などで構成されており、これらのタイマ装置
やカウンタ装置に、光源３の光量がダウンし始めると予
想される点灯時間（寿命により出力光量の低下が顕著に
なる時間）に相当する所定点灯時間が予めセットされて
いる。これらのタイマ装置やカウンタ装置は、予めセッ
トされた所定点灯時間にランプ点灯時間が達すると、ラ
ンプ３ａの寿命に至ったと判断して切り換え信号の計時
満了信号ａをスイッチ手段３４側に出力して一方の光源
３のランプ３ａから他方の光源３のランプ３ｂ側に切り
換えるように制御する構成となっている。また、これら
のタイマ装置やカウンタ装置は、予めセットされた所定
点灯時間の倍の時間（ランプ３ｂの光量がダウンし始め
ると予想される点灯時間を含めた時間）に達すると、ラ
ンプ３ｂも寿命に至ったと判断して警告信号ｂを表示手
段３５に出力して警告表示を行わせる構成となってい
る。なお、計時手段３３は、所定点灯時間の倍の時間を
計時する代りに、ランプ３ｂの点灯時間を新たに計時し
て、その点灯時間が所定点灯時間に達すると警告信号ｂ
を表示手段３５に出力するようにしてもよい。この計時
手段３３によるランプ３ｂの所定点灯時間の計時は、ス
イッチ手段３４のランプ切り換え時にリセットされて行
われるようにしてもよい。

【００５８】また、表示手段３５は、例えば赤色ＬＥＤ
だけで構成されていてもよいが、ここでは赤色ＬＥＤと
緑色ＬＥＤで構成され赤色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤを点
灯させるようになっており、計時手段３３からの警告信
号ｂを受けて緑色ＬＥＤの点灯から赤色ＬＥＤの点灯に
切り換えるようになっている。この切り換えは、表示手
段３５内に警告信号ｂで赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤとの点
灯を切り換え制御するスイッチ手段（図示せず）により
行うことができる。この赤色ＬＥＤが点灯すると、ラン
プ３ｂの点灯光量もダウンしてランプ交換（ランプ３
ａ，３ｂの交換）が必要であることを示している。ラン
プ３ａ，３ｂをランプ交換し、計時手段３３をリセット
すれば上記点灯時間を計時し始め上記と同様の動作を再
びさせることができるようになっている。

【００５９】したがって、光量が減じる寿命の所定点灯
時間でランプ３ａからスペヤランプのランプ３ｂに自動
的に切り換え、ランプ３ｂの光量が減じる所定点灯時間
で警告表示して使用者にランプ交換させるように知らせ
るようにしたため、液晶プロジェクタのランプ光源とし
ての寿命を倍増させると共に、面倒なランプ交換（メン
テナンス）の回数を半減させることができる。また、ラ
ンプ交換（メンテナンス）を促す警告表示をするように
したため、ランプ交換時期を的確に使用者に知らしめる
ことができる。

【００６０】この場合にも、液晶プロジェクタにおい
て、２個のランプ３ａ，３ｂのうち一方からの照射光を
プリズムアレイ４を介してオプティカルインテグレータ
８で各色毎の液晶パネル１９〜２１の各表示面上にそれ
ぞれ重ねて一様に照射しているため、ランプ３ａからの
照明光とランプ３ｂからの照明光とは、ダイクロイック
ミラー９，１０における分光特性の入射角度依存性に起
因する各ランプ３ａ，３ｂ毎の色調差が防止されて、各
ランプ３ａ，３ｂ毎の投影画像において色調の差異が生
じにくい。

【００６１】なお、上記実施形態２では、ランプ３ａが
寿命に至ったときに自動的にスペヤ側のランプ３ｂに切
り換えるように構成したが、図５（ｂ）に示すように、
計時手段３６がランプ３ａのランプ寿命を計時したとき
に警告信号ｃを表示手段３５に出力して、表示手段３５
の赤色ＬＥＤの点灯で警告表示を行って使用者にランプ
切り換えを知らしめ、面倒なランプ交換を行うことな
く、使用者がスイッチ手段３７を手動で操作してスペヤ
側のランプ３ｂに切り換えるようにランプ光源切換制御
装置３８を構成してもよい。この場合に、使用者による
スイッチ手段３７の操作時に計時手段３６がリセットさ
れるようにしておけば、計時手段３６がランプ３ｂのラ
ンプ寿命の所定点灯時間を計時し、ランプ３ｂの点灯時
間が所定点灯時間に至ったときに警告信号ｃを再び表示
手段３５に出力して赤色ＬＥＤによる警告表示を行って
使用者にランプ交換を知らしめることもできる。このと
きには、ランプ交換が必要でランプ切り換えと区別する
ために、表示手段３５としてＬＥＤランプ（赤色ＬＥ
Ｄ）の点灯だけではなく、音量を調整可能なブザーなど
の発音手段を設け、この発音手段による音声で使用者に
警告するようにしもよいし、また、赤色ＬＥＤを２灯設
け、ランプ切り換え時には１灯の点灯とし、ランプ交換
時には、２灯の点灯としてもよい。

【００６２】なお、上記実施形態２では、スペヤランプ
のランプ３ｂへの切り換えを、計時手段３３に予め所定
点灯時間を設定して自動的に行うようにしたが、２灯式
の光源３の周囲近傍位置に光量センサを設け、この光量
センサによる検知光量値（出力値）が所定値以下になっ
たときにスイッチ手段３４を制御してスペヤランプへの
切り換えを行うように構成することもできる。この場合
には、ランプの断線によるスペヤランプへの切り換えを
も行うことができる。

【００６３】なお、上記実施形態１，２では、ライトバ
ルブとして透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液
晶パネルや反射型変調素子などの表示素子であるライト
バルブを用いてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、２個の光
源部からの各光束をプリズムアレイで合成して、分割光
学系に平行光を出射すると共に分割光学系の全面を照射
し、２個の光源部からの各照明光は、分光特性に入射角
度依存性を有する色分離光学系に対して平均してほぼ同
じ入射角度で侵入するため、２個の光源部からの照明光
は、色分離光学系における分光特性の入射角度依存性に
起因する各光源部毎の色調差を防止することができる。
また、この場合、プリズムアレイからの平行光を分割光
学系で分割した複数光束のそれぞれを、複数の色光に色
分離した後に前記各色毎のライトバルブの各表示面上に
それぞれ重ねて照射しているため、ライトバルブの各表
示面上では均一な照射となっており、輝度ムラは生じな
い。照明光源として２個の光源部のうち何れかに切り換
えたり、何れかが切れたり、２個の光源部の輝度に差が
あるような場合などであっても、投影画像において輝度
ムラを防止しつつ従来のような色調の変化を防止するこ
とができる。

【００６５】また、互いに対向する分割光学系とプリズ
ムアレイにおいて、その分割光学系のレンズセル開口ｄ
がプリズムアレイのアレイピッチＰの１／２の奇数倍に
なるように設定すれば、プリズムアレイで分割された、
２個の光源部からの各照明光をそれぞれ互いに補完する
ようにライトバルブの全面を照明することができて、ム
ラなく均一に照明することができる。

【００６６】このように、各光源部毎に輝度ムラが生じ
ないことから、プリズムアレイからの平行光を分割光学
系で分割した複数光束のそれぞれを、複数の色光に色分
離した後に前記各色毎のライトバルブの各表示面上にそ
れぞれ重ねて照射するインテグレータ光学系の均一な照
射機能を損なうことはなく、更なる投影画像の輝度ムラ
の発生を抑制することができる。例えば照明光源として
２個の光源部のうち何れかに切り換えたり、何れかが切
れたり、２個の光源部の輝度に差があるような場合など
であっても、投影画像上の更なる輝度ムラの防止を図る
ことができる。

【００６７】また、２個の光源部に同時に電力が供給さ
れていれば、２個の光源部を用いて明るく、かつ請求項
１の構成とすることで光源部毎の色調差や輝度ムラは生
じない。

【００６８】また、光量が減じる寿命の所定点灯時間で
スペヤ側の他方の光源部に自動的に切り換えるようにし
たため、投影装置の光源部としての寿命を倍増させるこ
とができると共に、面倒な光源部の交換を半減させるこ
とができる。

【００６９】さらに、スペア側の他方の光源部の寿命で
ある所定点灯時間経過で警告情報を出力して使用者に光
源部の交換を知らせるようにしたため、光源部の交換時
期を的確に使用者に知らしめることができる。

【００７０】さらに、光源部が寿命に至ったことを、使
用者に警告を行って知らしめ、面倒な光源部の交換を行
うことなく、使用者がスイッチ手段を手動で操作してス
ペヤ側への光源部の切り換えが可能であるため、投影装
置の光源部としての寿命を倍増させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の液晶プロジェクタの構成
図である。

【図２】図１の液晶プロジェクタの照明系を模式的に示
す構成図である。

【図３】図１のプリズムアレイのプリズム斜面を詳細に
示す要部拡大断面図である。

【図４】図１のプリズムアレイと第１レンズアレイとの
関係を示す要部拡大断面図である。

【図５】本発明の実施形態２の液晶プロジェクタのラン
プ光源の構成を示すブロック図であって、（ａ）は自動
切換方式の場合を示すブロック図、（ｂ）は手動切換方
式の場合を示すブロック図である。

【図６】従来の液晶プロジェクタの照明系を模式的に示
す構成図である。

【図７】図６の色分離光学系の一方のダイクロイックミ
ラーの分光特性図である。

【図８】図６の色分離光学系の他方のダイクロイックミ
ラーの分光特性図である。

【符号の説明】

１ 液晶プロジェクタ ３ 光源 ３ａ，３ｂ ランプ ３ｃ，３ｄ，３ｅ 中心光軸 ４ プリズムアレイ ５ 第１レンズアレイ ６ 第２レンズアレイ ７ 重合せレンズ ８ オプティカルインテグレータ ９ Ｒ色通過ダイクロイックミラー １０ Ｂ色通過ダイクロイックミラー １１〜１３ 折り返しミラー １６〜１８ フィールドレンズ １９〜２１ 液晶パネル ３１，３８ ランプ光源切換制御装置 ３２ 電源 ３３，３６ 計時手段 ３４，３７ スイッチ手段 ３５ 表示手段 Ａ，Ｂ プリズム斜面 Ｃ プリズム平面 θ プリズム斜面Ａ，Ｂの傾斜角度 θ′ 入射角度 ａ 計時満了信号 ｂ 警告信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9/31 9/31 Ｃ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源光をそれぞれ出射する２個の光源部
   と、 ２個の光源部から出射された平行光を合成して、平行な
   光束を出射可能なプリズムアレイと、を有し、 前記２個の光源部はそれぞれ、前記プリズムアレイの照
   射領域全面にそれぞれ照射可能なように光源部の光軸を
   互いに傾斜させて並設されていることを特徴とする光源
   装置。
2. 【請求項２】 光源光をそれぞれ出射する２個の光源部
   と、 ２個の光源部から出射された平行光を合成して、平行な
   光束を出射可能なプリズムアレイと、 プリズムアレイから出射された平行光束を、複数のレン
   ズセルからなるレンズアレイを用いて平行光束の光軸に
   対して垂直な平面内で複数の光束に分割した後、被照射
   面をそれぞれの光束で重畳照明するオプティカルインテ
   グレータと、を有し、 前記２個の光源部はそれぞれ、前記プリズムアレイの照
   射領域全面にそれぞれ照射可能なように光源部の光軸を
   互いに傾斜させて並設されていることを特徴とする照明
   装置。
3. 【請求項３】 前記プリズムアレイのアレイピッチを
   Ｐ、前記レンズアレイを構成するプリズムアレイ側のレ
   ンズセルの開口をｄ、自然数をＮとすると、 ｄ＝Ｐ・（Ｎ−１／２） の関係を満足することを特徴とする請求項２記載の照明
   装置。
4. 【請求項４】 前記２個の光源部に同時に電力が供給さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
5. 【請求項５】 前記２個の光源部のいずれか一方のみに
   電力が供給された後、所定の条件に基づいて電力供給を
   他方の光源部に切り替えることを特徴とする請求項１記
   載の光源装置。