WO2010067504A1 - 投写型表示装置 - Google Patents

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WO2010067504A1
WO2010067504A1 PCT/JP2009/005507 JP2009005507W WO2010067504A1 WO 2010067504 A1 WO2010067504 A1 WO 2010067504A1 JP 2009005507 W JP2009005507 W JP 2009005507W WO 2010067504 A1 WO2010067504 A1 WO 2010067504A1
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light
light source
optical axis
projection display
display device
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PCT/JP2009/005507
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Inventor
小島邦子
木田博
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三菱電機株式会社
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    • H04N9/3164Modulator illumination systems using multiple light sources

Definitions

  • the present invention relates to a projection display device using a plurality of light source lamps.
  • Patent Document 1 paragraphs 0013 to 0018 of FIG. 1 in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-359025, FIG. 1 discloses a prism in which light beams from two light source lamps arranged opposite to each other are arranged near the condensing point of the light source lamp.
  • a light source device for a projection-type display device that is synthesized using the above.
  • an object of the present invention is to provide a projection display device including a light source device having high light use efficiency and a long lifetime. .
  • the projection display device includes a first light source unit that emits a first light beam, and a second light source unit that is arranged so as to face the first light source unit and emits a second light beam. And a light intensity equalizing means for converting the light beam incident on the incident end into a light beam having a uniform intensity distribution and emitting the light from the output end, and the first light source.
  • First bending means for directing the first light flux emitted from the means toward the incident end; and second bending means for directing the second light flux emitted from the second light source means toward the incident end;
  • An image display element that modulates a light beam emitted from the emission end of the light intensity uniformizing means to convert it into image light, and a projection optical system that projects the image light on a screen, and the first light source.
  • the first optical axis of the means is the second light of the second light source means
  • the first light source means so that the first distance from the first bending means to the incident end is different from the second distance from the second bending means to the incident end.
  • the second light source means, the first bending means, and the second bending means are arranged.
  • the first optical axis of the first light source means does not coincide with the second optical axis of the second light source means, and the first light from the first bending means to the incident end of the light intensity equalizing means. Since each component is arranged so that the distance 1 is different from the second distance from the second bending means to the incident end of the light intensity uniformizing means, the first light source means goes to the second light source means. Loss light and loss light from the second light source means toward the first light source means can be reduced to increase the light utilization efficiency. In addition, according to the present invention, the first light source means and the second light source means are less affected by the loss light, so that there is an effect that the life can be extended.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • (A) is a figure which shows roughly distribution of the light beam in the incident end of the light intensity equalization element in a comparative example
  • (b) is a figure of the light beam in the incident end of the light intensity equalization element in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows distribution roughly
  • (c) is a figure which shows schematically the other example of distribution of the light beam in the incident end of the light intensity equalization element in Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows roughly arrangement
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a projection display device according to Embodiment 1.
  • FIG. A configuration for calculating the relationship between the amount of eccentricity of the central beam of the first light beam from the first light source lamp and the amount of eccentricity of the central beam of the second light beam from the second light source lamp and the light utilization efficiency is shown. It is explanatory drawing It is a figure which shows the result of having calculated the amount of eccentricity of the central ray of the 1st light beam from a 1st light source lamp, the amount of eccentricity of the central ray of the 2nd light beam from a 2nd light source lamp, and the light utilization efficiency. is there.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a projection display apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the projection display device according to the first embodiment uses a light source device 10 that emits a light beam with uniform intensity and a light beam L3 emitted from the light source device 10 according to an input video signal.
  • an image display element (light valve) 61 that modulates and converts the image light L4 to image light L4, and a projection optical system 62 that enlarges and projects the image light L4 onto a screen 63.
  • FIG. 1 shows a reflective image display element 61, the image display element 61 may be a transmissive image display element.
  • the image display element 61 is, for example, a liquid crystal light valve, a digital micromirror device (DMD), or the like.
  • the screen 63 is a part of the projection display device. Further, the arrangement of the light source device 10, the image display element 61, the projection optical system 62, and the screen 63 is not limited to the illustrated example.
  • the light source device 10 is disposed so as to face the first light source lamp 11 and the first light source lamp 11 as the first light source means for emitting the first light beam L1, and emits the second light beam L2.
  • Second light source lamp 12 as second light source means and light as light intensity uniformizing means for converting the light beam incident on the incident end 15a into a light beam having a uniform intensity distribution and exiting from the output end 15b
  • the first bending mirror 13 as the first bending means for directing the first light beam L1 emitted from the first light source lamp 11 to the incident end 15a, and the second light source lamp 12.
  • a second folding mirror 14 as second folding means for directing the emitted second light beam L2 toward the incident end 15a.
  • the first light beam L1 emitted from the first light source lamp 11 and the second light beam L2 emitted from the second light source lamp 12 are condensed light beams.
  • the first optical axis 11c of the first light source lamp 11 does not coincide with the second optical axis 12c of the second light source lamp 12, and the first optical path from the first bending mirror 13 to the incident end 15a
  • One bending mirror 13, second bending mirror 14, and light intensity equalizing element 15 are arranged.
  • the angle formed by the first optical axis 11 c of the first light source lamp 11 and the optical axis 15 c of the light intensity uniformizing element 15 is 90 degrees
  • the second light source lamp 12 has a second angle.
  • the first light source lamp 11 includes, for example, a light emitter 11a that emits white light and an ellipsoidal mirror 11b provided around the light emitter 11a.
  • the ellipsoidal mirror 11b reflects the light beam emitted from the first focal point corresponding to the first center of the ellipse and converges it to the second focal point corresponding to the second center of the ellipse.
  • the light emitter 11a is disposed in the vicinity of the first focal point of the ellipsoidal mirror 11b, and the light beam emitted from the light emitter 11a is converged in the vicinity of the second focal point of the ellipsoidal mirror 11b.
  • the second light source lamp 12 includes, for example, a light emitter 12a that emits white light and an ellipsoidal mirror 12b provided around the light emitter 12a.
  • the ellipsoidal mirror 12b reflects the light beam emitted from the first focal point corresponding to the first center of the ellipse and converges it to the second focal point corresponding to the second center of the ellipse.
  • the light emitter 12a is disposed in the vicinity of the first focal point of the ellipsoidal mirror 12b, and the light beam emitted from the light emitter 12a is converged in the vicinity of the second focal point of the ellipsoidal mirror 12b.
  • a parabolic mirror may be used instead of the ellipsoidal mirrors 11b and 12b.
  • the light beams emitted from the light emitters 11a and 12a may be substantially collimated by a parabolic mirror and then converged by a condenser lens (not shown). Further, a concave mirror other than a parabolic mirror can be used in place of the ellipsoidal mirrors 11b and 12b. Further, the number of light source lamps may be three or more.
  • the first condensing point F1 of the first light beam L1 is located on the light intensity equalizing element 15 side with respect to the first folding mirror 13, and the second The first light source lamp 11, the second light source lamp 12, and the first folding mirror so that the second light condensing point F2 of the light beam L2 is positioned closer to the light intensity equalizing element 15 than the second folding mirror 14. 13, a second bending mirror 14, and a light intensity equalizing element 15 are arranged.
  • the first light beam L1 collected by the ellipsoidal mirror 11b is collected by the first bending mirror 13 in the vicinity of the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15.
  • the second light beam L2 collected by the ellipsoidal mirror 12b is collected near the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15 by the second bending mirror.
  • the first incident position where the central ray of the first light beam L1 (in the first embodiment, parallel to the optical axis 15c) enters the incident end 15a, and The second light incident position at which the central ray of the second light beam L2 (parallel to the optical axis 15c in the first embodiment) enters the incident end 15a is different from each other, and the light intensity uniformizing element. This is a position deviated from the 15 optical axes 15c (a position deviated by eccentric amounts d1 and d2 described later).
  • the light intensity uniformizing element 15 converts the first light beam L1 guided by the first bending mirror 13 and the second light beam L2 guided by the second bending mirror 14 into the light beam cross section (that is, the light intensity). It has a function of making the light intensity uniform (that is, reducing illuminance unevenness) in a plane perpendicular to the optical axis 15c of the uniformizing element 15.
  • the light intensity uniformizing element 15 is generally made of a transparent material such as glass or resin, and is a polygonal columnar rod (that is, the cross-sectional shape is polygonal) configured such that the inner side of the side wall becomes a total reflection surface.
  • the light intensity equalizing element 15 is a polygonal columnar rod, the light is reflected multiple times using the total reflection action between the transparent material and the air interface and then emitted from the emission end.
  • the light intensity equalizing element 15 is a polygonal pipe, the light is reflected from the inner surface of the light source a plurality of times by using the reflecting action of the surface mirror facing inward and then emitted from the emission end (emission port).
  • the light intensity uniformizing element 15 secures an appropriate length in the traveling direction of the light beam, the light reflected a plurality of times inside is superimposed and irradiated in the vicinity of the exit end 15 b of the light intensity uniformizing element 15, so that the light intensity is uniform. A substantially uniform intensity distribution is obtained in the vicinity of the emitting end 15 b of the activating element 15.
  • FIGS. 2 (a) to 2 (c) are explanatory diagrams schematically showing the distribution of light fluxes at the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15.
  • FIG. 1A shows an example of the light flux distribution at the incident end of the light intensity equalizing element in the case of the comparative example using one light source lamp.
  • FIG. 2A shows a distribution in which there is a peak of light intensity near the center of the incident end 15a, and it gradually becomes darker toward the periphery.
  • FIG. 2B and 2C show examples of the light flux distribution at the incident end 15a of the light intensity equalizing element 15 in the case of the present invention using two light source lamps.
  • FIG. 2B shows that the light irradiation area of the first light source lamp 11 and the light irradiation area of the second light source lamp 12 almost overlap at the incident end 15a at the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15. An example that does not.
  • FIG. 2C shows that the light irradiation area of the first light source lamp 11 and the light irradiation area of the second light source lamp 12 substantially overlap at the incident end 15a at the incident end 15a of the light intensity equalizing element 15.
  • the direction of the central light beam of the first light beam L1 is inclined with respect to the optical axis 15c
  • the direction of the central light beam of the second light beam L2 is the direction of the central light beam and the optical axis of the first light beam L1. The case where it inclines with respect to both of 15c is shown.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the arrangement of the folding mirrors in the comparative example.
  • one light source lamp is arranged, the optical axis 111c of the light source lamp and the optical axis 115c of the light intensity uniformizing element 115 are orthogonal, and the central light beam of the light beam L1 reflected by the bending mirror 113 is made uniform in light intensity.
  • the case where it is configured to coincide with the optical axis 115c of the element is shown.
  • the size of the reflecting surface of the folding mirror 113 can be made sufficiently large, so that the light beam L1 from the light source lamp can be bent so as not to be lost.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a main part of the projection display device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 shows the first bending mirror 13, the second bending mirror 14, and the light intensity equalizing element 15.
  • the second focal point of the ellipsoidal mirror 11b of the first light source lamp 11 and the second focal point of the ellipsoidal mirror 12b of the second light source lamp 12 are uniform in light intensity.
  • Each component is arranged so as to be near the incident end 15 a of the activating element 15.
  • first optical axis 11c of the first light source lamp 11 and the second optical axis 12c of the second light source lamp 12 do not coincide with each other, and the first optical axis 11c and the second optical axis 12c
  • the interval is configured to be a value larger than 0 (offset amount OS).
  • the first light beam L1 from the first light source lamp 11 is incident on the incident end 15a of the light intensity equalizing element 15 using the first bending mirror 13, and at the same time, the second light beam from the second light source lamp 12 is
  • the first bending mirror 13 does not block the second light beam L2. It will not be possible to ensure a sufficient size. Therefore, in the configuration shown in FIG. 4, it is inevitable that the first light beam L1 and the second light beam L2 are lost to some extent.
  • the central light beam L10 of the first light beam L1 bent by the first bending mirror 13 and the central light beam L20 of the first light beam L2 bent by the second folding mirror 14 are converted into the light intensity uniformizing element 15 by the light beam. If it is attempted to coincide with the optical axis 15c, the loss of light further increases. For this reason, in the projection display apparatus according to Embodiment 1, the amount of eccentricity d1 of the central light beam L10 of the first light beam L1 bent by the first bending mirror 13 with respect to the optical axis 15c of the light intensity uniformizing element 15 is determined.
  • the eccentric amount d2 of the central light beam L20 of the second light beam L2 bent by the second bending mirror 14 with respect to the optical axis 15c of the light intensity equalizing element 15 is set to a value larger than zero.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration for calculating the relationship between the eccentric amounts d1 and d2 and the light utilization efficiency.
  • FIG. 5 for example, when the central light beam L10 of the first light flux from the first light source lamp 11 is incident on the position of the eccentricity d1, the first light source from the first light source lamp 11 Since the light beam L1 is condensed on the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15 at a position shifted by the amount of eccentricity d1, the light utilization efficiency at the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15 is reduced.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration for calculating the relationship between the eccentric amounts d1 and d2 and the light utilization efficiency.
  • the second light source lamp 12 emits light. Since the second light beam L2 is condensed on the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15 at a position shifted by the amount of eccentricity d2, the light use efficiency at the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15 is reduced.
  • FIG. 6 is a diagram showing the result of the simulation calculation of the relationship between the eccentricity d1, d2 and the light utilization efficiency B.
  • the light utilization efficiency B is such that when the eccentric amounts d1 and d2 are 0, that is, as shown in FIG. 4, the central ray of the light beam incident on the light intensity uniformizing element 15 is It is shown as a ratio to the light use efficiency when it coincides with the optical axis 15c. From FIG. 6, when the eccentricity d1 is 0, the light utilization efficiency B is 1. When the eccentricity d1 is 0.5 mm, the light utilization efficiency B is 0.99, and when the eccentricity d1 is increased to 1 mm, 1.5 mm, and 2 mm, the light utilization efficiency B is 0.97, 0.92, 0.
  • the light utilization efficiency B is as high as 0.9 or more, and the second light flux L2 from the second light source lamp 12 is not easily blocked by the first bending mirror 14.
  • the eccentric amounts d1 and d2 are both set to 1.5 mm (that is, to reduce interference).
  • the eccentric amounts d1 and d2 can be determined according to various factors such as the shape, size, arrangement, light beam traveling direction, optical characteristics of each component, and required performance.
  • FIG. 7 is a diagram showing the result of the simulation calculation of the relationship between the eccentricity d3 and the light utilization efficiency C.
  • the first optical axis 11 c of the first light source lamp 11 is light intensity equalizing element 15 than the second optical axis 12 c of the second light source lamp 12. It is arranged on the side close to.
  • the end portion 13a on the optical axis 15c side of the light intensity uniformizing element 15 of the first bending mirror 13 is made uniform in order to avoid interference with the second light beam L2 from the second light source lamp 12 as much as possible. It arrange
  • FIG. 7 shows the result of simulation calculation of the light utilization efficiency C when the eccentricity d1 in FIG. 4 is fixed to 1.5 mm and the eccentricity d3 is changed.
  • the light utilization efficiency C in FIG. 7 is equalized when the eccentricity d1 in FIG. It is shown as a ratio to the light utilization efficiency when the optical axis 15c of the element 15 coincides.
  • FIG. 7 shows a change in light utilization efficiency C when the eccentricity d3 is changed from 1 mm to 5 mm.
  • the amount of eccentricity d3 is small, the first bending mirror 13 is small, so that the light utilization efficiency C decreases.
  • the amount of eccentricity d3 is increased from 1 mm, the light utilization efficiency C gradually increases.
  • the light utilization efficiency C is the highest when the eccentricity d3 is 3 mm and 3.5 mm.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the offset amount OS and the light utilization efficiency, and the relationship between the offset amount OS and the loss light.
  • the eccentric amounts d1 and d2 are fixed to 1.5 mm
  • the eccentric amount d3 is fixed to 3.5 mm
  • the first optical axis 11c of the first light source lamp 11 and the second light source lamp 12 are second.
  • the result shows that the light use efficiency and the loss light when the offset amount OS of the optical axis 12c is changed from 0 mm to 8.5 mm are calculated as relative values with respect to the case where the offset amount OS is 0 mm.
  • the offset amount OS of the first optical axis 11c of the first light source lamp 11 and the second optical axis 12c of the second light source lamp 12 if the offset amount OS shown in FIG. Although it is necessary to enlarge the second bending mirror 14 of the light source lamp 12, the end 14 a of the second bending mirror 14 on the first light source lamp 11 side is more than the optical axis 15 c of the light intensity equalizing element 15. Since it can be extended to the first light source lamp 11 side, the optical loss in the second bending mirror 14 does not increase even if the offset amount OS is increased.
  • the light use efficiency is constant even when the offset amount OS between the first optical axis 11 c of the first light source lamp 11 and the second optical axis 12 c of the second light source lamp 12 is changed. . Therefore, it is desirable to determine the optimum offset amount OS according to the amount of lost light.
  • the loss light LA decreases when the offset amount OS is increased.
  • the loss light LB decreases when the offset amount OS is increased.
  • the loss light LA becomes almost zero when the offset OS is 2.5 mm or more.
  • the offset amount OS between the first optical axis 11c of the first light source lamp 11 and the second optical axis 12c of the second light source lamp 12 is secured with a certain level or more, the light Loss light can be significantly reduced while maintaining high utilization efficiency.
  • the optimum offset amount OS is not limited to the example in FIG. 8, and is determined according to various factors such as the shape, size, arrangement, light beam traveling direction, optical characteristics of each component, and required performance of each component. can do.
  • the first optical axis 11c of the first light source lamp 11 and the second optical axis 12c of the second light source lamp 12 are coincident with each other. Therefore, the loss of light can be greatly reduced while maintaining high light utilization efficiency.
  • the condensing points of the first light source lamp 11 and the second light source lamp 12 are arranged in the vicinity of the incident end 15a of the light intensity uniformizing element 15, light utilization is performed.
  • An optical system with high efficiency can be provided.
  • the first folding mirror 13 is arranged between the first light source lamp 11 and the condensing point F1, and the condensing point of the second light source lamp 12 is used.
  • the second folding mirror 14 is disposed between the first beam L1 and the second beam L2 up to F2. Can do.
  • the light intensity uniformizing element 15 is formed of a tubular member having an inner surface as a light reflecting surface, it is easy to design a holding structure for the light intensity uniformizing element 15. In addition, the heat dissipation performance is improved.
  • the light intensity uniformizing element 15 is a columnar optical element having a polygonal cross-section made of a transparent material
  • the light intensity uniformizing element 15 is designed. Becomes easier.
  • each configuration is configured so that the light condensing point is located closer to the light intensity equalizing element 15 than the first folding mirror 13 and the second folding mirror 14. Since it arrange
  • FIG. FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration of the light source device 20 of the projection display apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the light source device 20 shown in FIG. 9 can be used as the light source device of the projection display device shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the first light source lamp 21, the second light source lamp 22, the first bending mirror 23, the second bending mirror 24, and the light intensity equalizing element 25 in FIG. 9 are respectively the first light source lamp 11 in FIG.
  • the second light source lamp 12, the first bending mirror 13, the second bending mirror 14, and the light intensity equalizing element 15 have the same configuration.
  • the projection display device according to the second embodiment uses the first light flux L1 folded by the first folding mirror 23 and the second light flux L2 folded by the second folding mirror 24 as a light intensity uniformizing element.
  • the projection optical display device according to the first embodiment is different from the projection display device according to the first embodiment in that a relay optical system 26 led to 25 is provided. As shown in FIG.
  • the relay optical system 26 includes a lens 26 a and a lens 26 b, and guides the light flux to the light intensity uniformizing element 25.
  • the relay optical system 26 By disposing the relay optical system 26, the distribution of the light beam incident on the incident end 25a of the light intensity uniformizing element 25 can be converted into a desired distribution.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of the light source device 30 of the projection display apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the light source device 30 shown in FIG. 10 can be used as the light source device of the projection display device shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the first light source lamp 31, the second light source lamp 32, the first folding mirror 33, the second folding mirror 34, and the light intensity equalizing element 35 in FIG. 10 are respectively the first light source lamp 11 in FIG.
  • the second light source lamp 12, the first bending mirror 13, the second bending mirror 14, and the light intensity equalizing element 15 have the same configuration.
  • the projection display apparatus according to Embodiment 3 uses the first light flux L1 folded by the first folding mirror 33 and the second light flux L2 folded by the second folding mirror 34 as the light intensity uniformizing element.
  • the projection optical display device according to the first embodiment is different from the projection display device according to the first embodiment in that a relay optical system 36 that leads to 35 is provided. As shown in FIG.
  • the relay optical system 36 includes a lens 36 a, a bending mirror 36 b, and a lens 36 c, and guides the light flux to the light intensity uniformizing element 35.
  • the relay optical system 36 guides the light flux to the light intensity uniformizing element 35.
  • FIG. FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the light source device 40 of the projection display apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the light source device 40 shown in FIG. 11 can be used as the light source device of the projection display device shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the first light source lamp 41, the second light source lamp 42, the first folding mirror 43, the second folding mirror 44, and the relay optical system 46 shown in FIG. 11 are each shown in FIG. 9 (Embodiment 2).
  • the light source lamp 21, the second light source lamp 22, the first bending mirror 23, the second bending mirror 24, and the relay optical system 26 have the same configuration.
  • the light emitters 41a and 42a, the ellipsoidal mirrors 41b and 42b, and the optical axes 41c and 42c in FIG. 11 have the same configuration as the light emitters 21a and 22a, the ellipsoidal mirrors 21b and 22b, and the optical axes 21c and 22c in FIG. is there.
  • the configuration of the light intensity uniformizing element 45 is different from that of the projection display device according to the second embodiment.
  • the light intensity equalizing element 45 is configured by arranging lens arrays 45a and 45b in which a plurality of lens elements are two-dimensionally arranged side by side in the direction of the optical axis 45c. ing.
  • the light intensity equalizing element 45 having such a configuration makes it possible to make the intensity distribution in the cross section of the illumination light beam uniform, and to suppress unevenness in illuminance. Further, according to the projection display device according to the fourth embodiment, it is possible to reduce the size in the direction of the optical axis 45c as compared with the case where the light intensity uniformizing element is configured by a rod of an optical member.
  • FIG. FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of the light source device 50 of the projection display apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the light source device 50 shown in FIG. 12 can be used as the light source device of the projection display device shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the second light source lamp 12, the first bending mirror 13, the second bending mirror 14, and the light intensity equalizing element 15 have the same configuration.
  • the angle formed by the first optical axis 51c and the optical axis 55c of the light intensity uniformizing element 55 is smaller than 90 degrees, and the second optical axis 52c and the light intensity uniformized.
  • the point where the uniformizing element 55 is arranged is different from the case of the projection display device according to the first embodiment.
  • the size of the light source device 50 in the vertical direction in FIG. 12 can be shortened.
  • the angle formed between the first optical axis 51c and the optical axis 55c of the light intensity uniformizing element 55 is greater than 90 degrees, and the angle formed between the second optical axis 52c and the optical axis 55c of the light intensity uniformizing element 55. It is also possible to arrange the first light source lamp 51, the second light source lamp 52, the first folding mirror 53, the second folding mirror 54, and the light intensity equalizing element 55 so that the angle becomes larger than 90 degrees. It is.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a light source device 70 of the projection display apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the light source device 70 shown in FIG. 13 can be used as the light source device of the projection display device shown in FIG. 1 (Embodiment 1).
  • the first light source lamp 71, the second light source lamp 72, the first bending mirror 73, the second bending mirror 74, and the light intensity equalizing element 75 in FIG. 13 are respectively the first light source lamp 11 in FIG.
  • the second light source lamp 12, the first bending mirror 13, the second bending mirror 14, and the light intensity equalizing element 15 have the same configuration.
  • the second light source lamp 72 (particularly, the light emitter 72a and the ellipse) emitted from the first light source lamp 71 is adjacent to the incident end 75a of the light intensity uniformizing element 75.
  • the projection display device according to the first embodiment is different from the projection display device according to the first embodiment in that a light shielding plate 76 that shields (reflects or absorbs) a light beam traveling toward the inner surface (reflection surface) of the surface mirror 72b.
  • the light shielding plate 76 shields (reflects or absorbs) a light beam emitted from the second light source lamp 72 and traveling toward the first light source lamp 71 (particularly, the inner surface (reflection surface) of the light emitter 71a and the ellipsoidal mirror 71b). It also has a function to do.
  • the light shielding plate 76 may be made of a material that does not transmit light.
  • the light shielding plate 76 is provided on the first light source lamp 71 side adjacent to the incident end 75 a of the light intensity uniformizing element 75.
  • the light shielding plate 76 may be provided on the second light source lamp 72 side adjacent to the incident end 75 a of the light intensity uniformizing element 75.
  • the light shielding plate 76 is a position that does not block the light beam L1 from the first light source lamp 71 toward the first folding mirror 73, and the light beam L2 from the second light source lamp 72 toward the second folding mirror 74. It is desirable to place it in a position that does not block it.
  • the light shielding plate 76 shields as much as possible the light flux from the first light source lamp 71 to the second light source lamp 72 (or the light flux from the second light source lamp 72 to the first light source lamp 71). It is desirable to have a size (length and width) and shape.
  • the loss light L5 that does not reach the first bending mirror 73 out of the light flux from the first light source lamp 71 and the light from the second light source lamp 72 Loss light in the light beam can be shielded by the light shielding plate 76. Therefore, the loss light from the first light source lamp 71 to the second light source lamp 72 and the loss light from the second light source lamp 72 to the first light source lamp 71 are reduced, and the first light source lamp 71 is reduced. In addition, the second light source lamp 72 is less affected by the loss light, so that the lifetime of the first light source lamp 71 and the second light source lamp 72 can be extended.
  • FIG. 14 is a diagram showing the result of confirming the effect when the light shielding plate 76 is actually arranged.
  • FIG. 14 shows the light utilization efficiency when the length E1 of the light shielding plate 76 is changed by 0.1 mm from 0.1 mm to 0.6 mm, and the second light source when only the first light source lamp 71 is turned on. The amount (relative value) of the loss light LB reaching the light source 72a of the lamp 72 is shown. It can be seen that when the length E1 of the light shielding plate 76 is increased, the light utilization efficiency is slightly reduced, but the loss light LB can be significantly reduced.

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Abstract

 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であって、第1及び第2の光源ランプ11,12と、光強度均一化素子15と、第1及び第2の折り曲げミラー13,14と、光強度均一化素子15から出射された光束L3を変調して画像光L4に変換する画像表示素子61と、画像光をスクリーン63に投写する投写光学系62とを備え、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cが第2の光源ランプ12の第2の光軸12cと一致せず、第1の折り曲げミラー13から入射端15aまでの第1の距離と第2の折り曲げミラー14から入射端15aまでの第2の距離とが異なるように、第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、及び第2の折り曲げミラー14を配置した。

Description

投写型表示装置
 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ものである。
 投写型表示装置によって表示される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投写型表示装置が提案されている。例えば、特許文献1(特開2001-359025号公報の段落0013~0018、図1)には、互いに対向配置された2つの光源ランプからの光束を、光源ランプの集光点付近に配置したプリズムを用いて合成する投写型表示装置用の光源装置が提案されている。
特開2001-359025号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の装置においては、2つの光源ランプをプリズムを挟んで対向配置しているので、光源ランプのロス光の内の対向する光源ランプの発光部に到達する光の割合が高くなり、光利用効率が低下する問題、及び、ロス光の入射に伴う光源ランプの温度上昇による光源ランプの寿命の短縮の問題がある。
 そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、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である。
 本発明に係る投写型表示装置は、第1の光束を出射する第1の光源手段と、前記第1の光源手段に概ね向き合うように配置され、第2の光束を出射する第2の光源手段と、入射端及び出射端を有し、前記入射端に入射された光束を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光強度均一化手段と、前記第1の光源手段から出射された前記第1の光束を前記入射端に向ける第1の折り曲げ手段と、前記第2の光源手段から出射された前記第2の光束を前記入射端に向ける第2の折り曲げ手段と、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、前記第1の光源手段の第1の光軸が前記第2の光源手段の第2の光軸と一致せず、前記第1の折り曲げ手段から前記入射端までの第1の距離と前記第2の折り曲げ手段から前記入射端までの第2の距離とが異なるように、前記第1の光源手段、前記第2の光源手段、前記第1の折り曲げ手段、及び前記第2の折り曲げ手段を配置したことを特徴としている。
 本発明においては、第1の光源手段の第1の光軸が第2の光源手段の第2の光軸と一致せず、第1の折り曲げ手段から光強度均一化手段の入射端までの第1の距離と第2の折り曲げ手段から光強度均一化手段の入射端までの第2の距離とが異なるように、各構成を配置したので、第1の光源手段から第2の光源手段に向かうロス光及び第2の光源手段から第1の光源手段に向かうロス光を減少させて、光利用効率を高くすることができる。また、本発明によれば、第1の光源手段及び2の光源手段は、ロス光の影響が小さくなるので、寿命を長くできるという効果がある。
本発明の実施の形態1に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 (a)は、比較例における光強度均一化素子の入射端における光束の分布を概略的に示す図であり、(b)は、実施の形態1における光強度均一化素子の入射端における光束の分布を概略的に示す図であり、(c)は、実施の形態1における光強度均一化素子の入射端における光束の分布の他の例を概略的に示す図である。 比較例における折り曲げミラーの配置を概略的に示す図である。 実施の形態1に係る投写型表示装置の要部の構成を示す図である。 第1の光源ランプからの第1の光束の中心光線の偏心量及び第2の光源ランプからの第2の光束の中心光線の偏心量と、光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である 第1の光源ランプからの第1の光束の中心光線の偏心量及び第2の光源ランプからの第2の光束の中心光線の偏心量と、光利用効率の関係を計算した結果を示す図である。 第1の光源ランプの第1の光軸と第2の光源ランプの第2の光軸との偏心量と、光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である。 オフセット量と光利用効率の関係、及び、オフセット量とロス光の関係を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態3に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態4に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態5に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施の形態6に係る投写型表示装置の構成を概略的に示す図である。 遮光板の長さと光利用効率の関係、及び、遮光板の長さとロス光の関係を示す図である。
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の構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、実施の形態1に係る投写型表示装置は、強度が均一化された光束を出射する光源装置10と、光源装置10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)61と、画像光L4をスクリーン63に拡大投写する投写光学系62とを有している。図1には反射型の画像表示素子61を示しているが、画像表示素子61は、透過型の画像表示素子であってもよい。画像表示素子61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。背面投射型の投写型表示装置の場合には、スクリーン63は投写型表示装置の一部である。また、光源装置10、画像表示素子61、投写光学系62、及びスクリーン63の配置は、図示の例に限定されない。
 光源装置10は、第1の光束L1を出射する第1の光源手段としての第1の光源ランプ11と、第1の光源ランプ11に概ね向き合うように配置され、第2の光束L2を出射する第2の光源手段としての第2の光源ランプ12と、入射端15aに入射された光束を強度分布が均一化された光束に変換して出射端15bから出射する光強度均一化手段としての光強度均一化素子15と、第1の光源ランプ11から出射された第1の光束L1を入射端15aに向ける第1の折り曲げ手段としての第1の折り曲げミラー13と、第2の光源ランプ12から出射された第2の光束L2を入射端15aに向ける第2の折り曲げ手段としての第2の折り曲げミラー14とを有している。
 実施の形態1において、第1の光源ランプ11から出射される第1の光束L1及び第2の光源ランプ12から出射される第2の光束L2は、集光光束である。第1の光源ランプ11の第1の光軸11cは第2の光源ランプ12の第2の光軸12cと一致しないように、且つ、第1の折り曲げミラー13から入射端15aまでの第1の距離と第2の折り曲げミラー14から入射端15aまでの第2の距離とが異なるように(後述するオフセット量OSだけ異なるように)、第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15を配置している。図1には、第1の折り曲げミラー13から入射端15aまでの第1の距離が第2の折り曲げミラー14から入射端15aまでの第2の距離より短い場合を示している。また、図1には、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと光強度均一化素子15の光軸15cとの成す角度が90度であり、第2の光源ランプ12の第2の光軸12cと光強度均一化手段15の光軸15cとの成す角度が90度であるように、第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15を配置した場合を示している。
 第1の光源ランプ11は、例えば、白色光を出射する発光体11aと、この発光体11aの周囲に設けられた楕円面鏡11bとから構成される。楕円面鏡11b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焦点に収束させる。発光体11aは、楕円面鏡11bの第1焦点近傍に配置されており、この発光体11aから出射された光束は、楕円面鏡11bの第2焦点近傍に収束される。また、第2の光源ランプ12は、例えば、白色光を出射する発光体12aと、この発光体12aの周囲に設けられた楕円面鏡12bとから構成される。楕円面鏡12b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焦点に収束させる。発光体12aは、楕円面鏡12bの第1焦点近傍に配置されており、この発光体12aから出射された光束は、楕円面鏡12bの第2焦点近傍に収束される。なお、楕円面鏡11b及び12bに代えて放物面鏡を用いてもよい。この場合には、発光体11a及び12a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)により収束させればよい。また、楕円面鏡11b及び12b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、光源ランプの数は3台以上とすることもできる。
 また、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の光束L1の第1の集光点F1が第1の折り曲げミラー13より光強度均一化素子15側に位置し、第2の光束L2の第2の集光点F2が第2の折り曲げミラー14より光強度均一化素子15側に位置するように、第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15を配置している。楕円面鏡11bによって集光される第1の光束L1は、第1の折り曲げミラー13によって光強度均一化素子15の入射端15a近傍に集光する。楕円面鏡12bによって集光される第2の光束L2は、第2の折り曲げミラー14によって光強度均一化素子15の入射端15a近傍に集光する。また、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の光束L1の中心光線(実施の形態1においては、光軸15cに平行)が入射端15aに入射する第1の入射位置と第2の光束L2の中心光線(実施の形態1においては、光軸15cに平行)が入射端15aに入射する第2の入射位置とは、互いに異なる位置であり、且つ、光強度均一化素子15の光軸15cからずれた位置(後述する、偏心量d1,d2だけずれた位置)である。
 光強度均一化素子15は、第1の折り曲げミラー13によって導かれた第1の光束L1及び第2の折り曲げミラー14によって導かれた第2の光束L2を、当該光束断面内(すなわち、光強度均一化素子15の光軸15c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)機能を有する。光強度均一化素子15としては、一般的に、ガラス又は樹脂等の透明材料で作られ、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)がある。光強度均一化素子15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15が多角形のパイプである場合には、内側を向く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15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15の出射端15bの近傍に重畳照射され、光強度均一化素子15の出射端15b近傍においては、略均一な強度分布が得られる。
 図2(a)~(c)は、光強度均一化素子15の入射端15aにおける光束の分布を概略的に示す説明図である。図2(a)~(c)において、濃度の濃く描かれている(黒色に近い)範囲は光束が強い(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)光束が弱い(暗い)領域である。図2(a)は、光源ランプを1灯使用した比較例の場合における光強度均一化素子の入射端の光束の分布の一例を示している。図2(a)は、入射端15a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る分布を示している。また、図2(b)及び(c)は、光源ランプを2灯使用した本発明の場合における光強度均一化素子15の入射端15aの光束の分布の例を示している。また、図2(b)は、光強度均一化素子15の入射端15aにおいて、第1の光源ランプ11の光照射領域と第2の光源ランプ12による光照射領域とが入射端15aにおいてほとんど重複しない例を示している。また、図2(c)は、光強度均一化素子15の入射端15aにおいて、第1の光源ランプ11の光照射領域と第2の光源ランプ12による光照射領域とが入射端15aにおいて概ね重複しており、第1の光束L1の中心光線の方向が光軸15cに対して傾斜しており、第2の光束L2の中心光線の方向が第1の光束L1の中心光線の方向及び光軸15cの両方に対して傾斜している場合を示している。
 図3は、比較例における折り曲げミラーの配置を概略的に示す図である。図3は、光源ランプを1灯配置し、光源ランプの光軸111cと光強度均一化素子115の光軸115cとが直交し、折り曲げミラー113で反射した光束L1の中心光線が光強度均一化素子の光軸115cと一致するように構成された場合を示している。図3の比較例の場合には、折り曲げミラー113の反射面の大きさを十分に大きくすることができるので、光源ランプからの光束L1を、ほとんどロスしないように、折り曲げることが可能である。
 図4は、実施の形態1に係る投写型表示装置の要部の構成を示す図である。図4には、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15が示されている。図4に示されるように、実施の形態1においては、第1の光源ランプ11の楕円面鏡11bの第2焦点及び第2の光源ランプ12の楕円面鏡12bの第2焦点が光強度均一化素子15の入射端15a付近となるよう、各構成を配置している。また、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cとは一致せず、第1の光軸11cと第2の光軸12cとの間隔が0より大きい値(オフセット量OS)となるように構成している。
 第1の光源ランプ11からの第1の光束L1を第1の折り曲げミラー13を用いて光強度均一化素子15の入射端15aに入射させ、同時に、第2の光源ランプ12からの第2の光束L2を第2の折り曲げミラー14を用いて光強度均一化素子15の入射端15aに入射させる場合には、第1の折り曲げミラー13は、第2の光束L2を遮らないようにするために、十分な大きさを確保することができなくなる。そのために、図4に示す構成においては、第1の光束L1及び第2の光束L2がある程度のロスすることは免れない。
 仮に、第1の折り曲げミラー13で折り曲げられた第1の光束L1の中心光線L10及び第2の折り曲げミラー14で折り曲げられた第1の光束L2の中心光線L20を、光強度均一化素子15の光軸15cに一致させようとすると、光のロスはさらに大きくなる。このため、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、光強度均一化素子15の光軸15cに対する第1の折り曲げミラー13で折り曲げられた第1の光束L1の中心光線L10の偏心量d1及び光強度均一化素子15の光軸15cに対する第2の折り曲げミラー14で折り曲げられた第2の光束L2の中心光線L20の偏心量d2を、0より大きい値にする。
 図5は、偏心量d1,d2と光利用効率の関係を計算する際の構成を示す説明図である。図5に示すように、例えば、第1の光源ランプ11からの第1の光束の中心光線L10が偏心量d1の位置に入射するように構成すると、第1の光源ランプ11からの第1の光束L1が光強度均一化素子15の入射端15a上で偏心量d1だけずれた位置に集光するため、光強度均一化素子15の入射端15aにおける光利用効率が低下する。同様に、図5に示すように、例えば、第2の光源ランプ12からの第2の光束の中心光線L20が偏心量d2の位置に入射するように構成すると、第2の光源ランプ12からの第2の光束L2が光強度均一化素子15の入射端15a上で偏心量d2だけずれた位置に集光するため、光強度均一化素子15の入射端15aにおける光利用効率が低下する。
 図6は、偏心量d1,d2と光利用効率Bの関係のシミュレーション計算の結果を示す図である。図6において、光利用効率Bは、偏心量d1,d2が0のとき、すなわち、図4に示されるように、光強度均一化素子15に入射する光束の中心光線が光強度均一化素子15の光軸15cに一致した場合の光利用効率に対する比で示されている。図6より、偏心量d1が0のとき、光利用効率Bは1となる。偏心量d1が0.5mmのとき、光利用効率Bは0.99、偏心量d1を1mm、1.5mm、2mmと増やしていくと、光利用効率Bは0.97、0.92、0.84と低下していく。実施の形態1においては、例えば、光利用効率Bが0.9以上と高く、且つ、第2の光源ランプ12からの第2の光束L2が第1の折り曲げミラー14によって遮られ難くなるように(すなわち、干渉を緩和するように)、偏心量d1及びd2をともに1.5mmとする。ただし、偏心量d1及びd2は、各構成の形状、サイズ、配置、光束の進行方向、各構成の光学的特性、求められる性能などの各種要因に応じて決定することができる。
 図7は、偏心量d3と光利用効率Cの関係のシミュレーション計算の結果を示す図である。図4に示されるように、実施の形態1においては、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cは第2の光源ランプ12の第2の光軸12cよりも光強度均一化素子15に近い側に配置されている。第1の折り曲げミラー13の光強度均一化素子15の光軸15c側の端部13aは、第2の光源ランプ12からの第2の光束L2との干渉を極力避けるために、光強度均一化素子15の光軸15cよりも第1の光源ランプ11側(図4における上側)になるように配置している。図7においては、図4における偏心量d1を1.5mmに固定し、偏心量d3を変化させた場合の光利用効率Cをシミュレーション計算した結果が示されている。図7における光利用効率Cは、図6の光利用効率Bの場合と同様に、図5における、偏心量d1が0のとき、すなわち、第1の光束L1の中心光線L10と光強度均一化素子15の光軸15cが一致した場合の光利用効率に対する比で示されている。図7には、偏心量d3を1mmから5mmまで変化させた場合の光利用効率Cの変化が示されている。図7から、偏心量d3が小さいと、第1の折り曲げミラー13が小さくなるため、光利用効率Cは低下すること、偏心量d3を1mmから大きくしていくと徐々に光利用効率Cは高くなり、偏心量d3が3mm及び3.5mmのとき、光利用効率Cが最も高くなることがわかる。
 図8は、オフセット量OSと光利用効率の関係、及び、オフセット量OSとロス光の関係を示す図である。図8には、偏心量d1及びd2を1.5mm、偏心量d3を3.5mmに固定し、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cのオフセット量OSを0mmから8.5mmまで変化させた場合の光利用効率とロス光を、オフセット量OSが0mmの場合に対する相対値として算出した結果を示している。図8における「ロス光」は、第1の光源ランプ11又は第2の光源ランプ12のいずれか一方を点灯した場合、他方の光源ランプ12又は11の発光体12a又は11aに到達する光量をシミュレーション計算したものである。図8においては、ロス光が多い場合には、一方の光源ランプが他方の光源ランプの温度を大きく上昇させることになるので、発光効率や寿命低下の恐れがある。また、ロス光が迷光となり、投写型表示装置の内の他の箇所に侵入した場合に、画質に悪影響を与える等の問題が発生する恐れがある。したがって、ロス光は少ないことが望ましい。
 第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cのオフセット量OSを検討する場合、図4に示すオフセット量OSが大きくなると、第2の光源ランプ12の第2の折り曲げミラー14を大きくすることが必要になるが、第2の折り曲げミラー14の第1の光源ランプ11側の端部14aを光強度均一化素子15の光軸15cよりも第1の光源ランプ11側に伸ばすことが可能となるため、オフセット量OSを大きくしても第2の折り曲げミラー14における光損失が大きくなることはない。
 図8において、光利用効率は、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cのオフセット量OSを変化しても一定となっている。そこで、最適なオフセット量OSは、ロス光の量に応じて決定することが望ましい。第2の光源ランプ12のみ点灯したとき、第1の光源ランプ11の発光体11aに到達するロス光をLAとすると、オフセット量OSを大きくするとロス光LAが減少する。同様に、第1の光源ランプ11のみ点灯したとき、第2の光源ランプ12の光源12bに到達するロス光をLBとすると、オフセット量OSを大きくするとロス光LBが減少する。図8より、ロス光LAについては、オフセットOSが2.5mm以上でほぼ0となることがわかる。図8に示されるように、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cのオフセット量OSをある一定以上確保して配置すると、光利用効率を高く維持しつつ、ロス光を大幅に減少させることが可能となる。なお、最適なオフセット量OSは、図8の例に限定されず、各構成の形状、サイズ、配置、光束の進行方向、各構成の光学的特性、求められる性能などの各種要因に応じて決定することができる。
 以上に説明したように、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の光源ランプ11の第1の光軸11cと第2の光源ランプ12の第2の光軸12cが互いに一致しないように配置しているので、光利用効率を高く維持しつつ、ロス光を大幅に低減することが可能となる。
 また、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の光源ランプ11と第2の光源ランプ12の集光点を光強度均一化素子15の入射端15a近傍に配置したため、光利用効率が高い光学系を提供することができる。
 さらに、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の光源ランプ11と集光点F1までの間に第1の折り曲げミラー13を配置し、第2の光源ランプ12の集光点F2までの間に第2の折り曲げミラー14を配置して、第1の光束L1及び第2の光束L2を折り曲げる構成としているため、光利用効率が高くロス光を低減した光学系を提供することができる。
 また、実施の形態1に係る投写型表示装置において、光強度均一化素子15を内面を光反射面とした管状部材で構成する場合には、光強度均一化素子15の保持構造の設計が容易になり、また、放熱性能が向上する。
 また、実施の形態1に係る投写型表示装置において、光強度均一化素子15を透明材料で構成された断面形状が多角形の柱状光学素子とする場合には、光強度均一化素子15の設計が容易になる。
 さらに、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、第1の折り曲げミラー13及び第2の折り曲げミラー14よりも光強度均一化素子15側に集光点が位置するように、各構成を配置したので、各折り曲げミラーの発熱を抑制できる。このため、実施の形態1に係る投写型表示装置においては、冷却装置等の追加の必要がなく、構成の簡素化、装置の低コスト化を実現できる。
実施の形態2.
 図9は、本発明の実施の形態2に係る投写型表示装置の光源装置20の構成を概略的に示す図である。図9に示される光源装置20は、図1(実施の形態1)に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図9における第1の光源ランプ21、第2の光源ランプ22、第1の折り曲げミラー23、第2の折り曲げミラー24、及び光強度均一化素子25はそれぞれ、図1における第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15と同様の構成である。図9における発光体21a及び22a、楕円面鏡21b及び22b、光軸21c及び22c、入射端25a、出射端25b、並びに、光軸25cはそれぞれ、図1における発光体11a及び12a、楕円面鏡11b及び12b、光軸11c及び12c、入射端15a、出射端15b、並びに、光軸15cと同様の構成である。実施の形態2に係る投写型表示装置は、第1の折り曲げミラー23で折り曲げられた第1の光束L1及び第2の折り曲げミラー24で折り曲げられた第2の光束L2を、光強度均一化素子25に導くリレー光学系26を備えた点が、上記実施の形態1に係る投写型表示装置と相違する。図9に示されるように、実施の形態2においては、リレー光学系26は、レンズ26a及びレンズ26bで構成されており、光束を光強度均一化素子25に導く。リレー光学系26を配置することにより、光強度均一化素子25の入射端25aに入射される光束の分布を、所望の分布に変換することが可能になる。
 なお、実施の形態2において、上記以外の点は、上記実施の形態1の場合と同じである。
実施の形態3.
 図10は、本発明の実施の形態3に係る投写型表示装置の光源装置30の構成を概略的に示す図である。図10に示される光源装置30は、図1(実施の形態1)に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図10における第1の光源ランプ31、第2の光源ランプ32、第1の折り曲げミラー33、第2の折り曲げミラー34、及び光強度均一化素子35はそれぞれ、図1における第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15と同様の構成である。図10における発光体31a及び32a、楕円面鏡31b及び32b、光軸31c及び32c、入射端35a、出射端35b、並びに、光軸35cはそれぞれ、図1における発光体11a及び12a、楕円面鏡11b及び12b、光軸11c及び12c、入射端15a、出射端15b、並びに、光軸15cと同様の構成である。実施の形態3に係る投写型表示装置は、第1の折り曲げミラー33で折り曲げられた第1の光束L1及び第2の折り曲げミラー34で折り曲げられた第2の光束L2を、光強度均一化素子35に導くリレー光学系36を備えた点が、上記実施の形態1に係る投写型表示装置と相違する。図10に示されるように、実施の形態3においては、リレー光学系36は、レンズ36a、折り曲げミラー36b、及びレンズ36cで構成されており、光束を光強度均一化素子35に導く。リレー光学系36を配置することにより、光強度均一化素子35の入射端35aに入射される光束の分布を、所望の分布に変換することが可能になる。また、図10に示すように、リレー光学系36は折り曲げミラー36bを有しているので、投写型表示装置の各構成の配置の自由度を高める(すなわち、柔軟なレイアウトを実現する)ことができる。
 なお、実施の形態3において、上記以外の点は、上記実施の形態1又は2の場合と同じである。
実施の形態4.
 図11は、本発明の実施の形態4に係る投写型表示装置の光源装置40の構成を概略的に示す図である。図11に示される光源装置40は、図1(実施の形態1)に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図11における第1の光源ランプ41、第2の光源ランプ42、第1の折り曲げミラー43、第2の折り曲げミラー44、及びリレー光学系46はそれぞれ、図9(実施の形態2)における第1の光源ランプ21、第2の光源ランプ22、第1の折り曲げミラー23、第2の折り曲げミラー24、及びリレー光学系26と同様の構成である。図11における発光体41a及び42a、楕円面鏡41b及び42b、光軸41c及び42cはそれぞれ、図9における発光体21a及び22a、楕円面鏡21b及び22b、光軸21c及び22cと同様の構成である。実施の形態4に係る投写型表示装置は、光強度均一化素子45の構成が、上記実施の形態2に係る投写型表示装置のものと相違する。図11に示されるように、実施の形態4においては、光強度均一化素子45は、複数のレンズ素子を2次元配列したレンズアレイ45a及び45bを光軸45c方向に並べて配置することによって構成されている。このような構成の光強度均一化素子45によって、照明光束の断面内の強度分布を均一にし、照度ムラを抑えることが可能になる。また、実施の形態4に係る投写型表示装置によれば、光強度均一化素子を光学部材のロッドで構成した場合に比べて、光軸45c方向のサイズを小さくすることが可能になる。
 なお、実施の形態4において、上記以外の点は、上記実施の形態1、2又は3の場合と同じである。
実施の形態5.
 図12は、本発明の実施の形態5に係る投写型表示装置の光源装置50の構成を概略的に示す図である。図12に示される光源装置50は、図1(実施の形態1)に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図12における第1の光源ランプ51、第2の光源ランプ52、第1の折り曲げミラー53、第2の折り曲げミラー54、及び光強度均一化素子55はそれぞれ、図1における第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15と同様の構成である。図12における発光体51a及び52a、楕円面鏡51b及び52b、光軸51c及び52c、入射端55a、出射端55b、並びに、光軸55cはそれぞれ、図1における発光体11a及び12a、楕円面鏡11b及び12b、光軸11c及び12c、入射端15a、出射端15b、並びに、光軸15cと同様の構成である。実施の形態5に係る投写型表示装置は、第1の光軸51cと光強度均一化素子55の光軸55cとの成す角度が90度より小さく、第2の光軸52cと光強度均一化素子55の光軸55cとの成す角度が90度より小さくなるように、第1の光源ランプ51、第2の光源ランプ52、第1の折り曲げミラー53、第2の折り曲げミラー54、及び光強度均一化素子55を配置した点が、上記実施の形態1に係る投写型表示装置の場合と相違する。実施の形態5の構成によれば、光源装置50の図12における縦方向のサイズを短縮できる。
 また、第1の光軸51cと光強度均一化素子55の光軸55cとの成す角度を90度より大きく、第2の光軸52cと光強度均一化素子55の光軸55cとの成す角度が90度より大きくなるように、第1の光源ランプ51、第2の光源ランプ52、第1の折り曲げミラー53、第2の折り曲げミラー54、及び光強度均一化素子55を配置することも可能である。
 なお、実施の形態5において、上記以外の点は、上記実施の形態1、2、3又は4の場合と同じである。
実施の形態6.
 図13は、本発明の実施の形態6に係る投写型表示装置の光源装置70の構成を概略的に示す図である。図13に示される光源装置70は、図1(実施の形態1)に示される投写型表示装置の光源装置として使用することができる。図13における第1の光源ランプ71、第2の光源ランプ72、第1の折り曲げミラー73、第2の折り曲げミラー74、及び光強度均一化素子75はそれぞれ、図1における第1の光源ランプ11、第2の光源ランプ12、第1の折り曲げミラー13、第2の折り曲げミラー14、及び光強度均一化素子15と同様の構成である。図13における発光体71a及び72a、楕円面鏡71b及び72b、光軸71c及び72c、入射端75a、出射端75b、並びに、光軸75cはそれぞれ、図1における発光体11a及び12a、楕円面鏡11b及び12b、光軸11c及び12c、入射端15a、出射端15b、並びに、光軸15cと同様の構成である。
 実施の形態6に係る投写型表示装置は、光強度均一化素子75の入射端75аに隣接して、第1の光源ランプ71から出射され第2の光源ランプ72(特に、発光体72a及び楕円面鏡72bの内面(反射面))に向かう光束を遮光(反射又は吸収)する遮光板76を備えた点が、上記実施の形態1に係る投写型表示装置と相違する。また、遮光板76は、第2の光源ランプ72から出射され第1の光源ランプ71(特に、発光体71a及び楕円面鏡71bの内面(反射面))に向かう光束を遮光(反射又は吸収)する機能も持つ。遮光板76の材料は、光を透過させない材料であればよい。
 遮光板76は、図13に示されるように、光強度均一化素子75の入射端75aに隣接した第1の光源ランプ71側に備えられている。ただし、遮光板76は、光強度均一化素子75の入射端75aに隣接した第2の光源ランプ72側に備えてもよい。また、遮光板76は、第1の光源ランプ71から第1の折り曲げミラー73に向かう光束L1を遮らない位置であって、第2の光源ランプ72から第2の折り曲げミラー74に向かう光束L2を遮らない位置に配置することが望ましい。また、遮光板76は、第1の光源ランプ71から第2の光源ランプ72に向かう光束(又は、第2の光源ランプ72から第1の光源ランプ71に向かう光束)をできるだけ多く遮光する位置、大きさ(長さ及び幅)、及び形状にすることが望ましい。
 図13に示されるように、実施の形態6においては、第1の光源ランプ71からの光束の内の第1の折り曲げミラー73に到達しないロス光L5、及び、第2の光源ランプ72からの光束の内のロス光を、遮光板76によって遮光することができる。このため、第1の光源ランプ71から第2の光源ランプ72に向かうロス光、及び、第2の光源ランプ72から第1の光源ランプ71に向かうロス光は減少し、第1の光源ランプ71及び第2の光源ランプ72は、ロス光の影響が小さくなるので、第1の光源ランプ71及び第2の光源ランプ72の寿命を長くできるという効果がある。
 図14に、実際に遮光板76を配置した場合の効果を確認した結果を示す図である。図14には、遮光板76の長さE1を0.1mmから0.6mmまで0.1mmずつ変化させた場合における光利用効率と、第1の光源ランプ71のみ点灯したときに第2の光源ランプ72の光源72аに到達するロス光LBの量(相対値)を示す。遮光板76の長さE1を大きくすると光利用効率は若干低下するが、ロス光LBを大幅に減少することができることがわかる。
 なお、実施の形態6において、上記以外の点は、上記実施の形態1の場合と同じである。
 10,20,30,40,50,70 光源装置、 11,21,31,41,51,71 第1の光源ランプ、 11a,21a,31a,41a,51a,71a 発光体、 11b,21b,31b,41b,51b,71b 楕円面鏡、 11c,21c,31c,41c,51c,71c 第1の光源ランプの光軸、 12,22,32,42,52,72 第2の光源ランプ、 12a,22a,32a,42a,52a,72a 発光体、 12b,22b,32b,42b,52b,72b 楕円面鏡、 12c,22c,32c,42c,52c,72c 第2の光源ランプの光軸、 13,23,33,43,53,73 第1の折り曲げミラー、 14,24,34,44,54,74 第2の折り曲げミラー、 15,25,35,45,55,75 光強度均一化素子、 15a,25a,35a,45a,55a,75a 光強度均一化素子の入射端、 15b,25b,35b,45b,55b,75b 光強度均一化素子の出射端、 15c,25c,35c,45c,55c,75c 光強度均一化素子の光軸、 26,36,46,56 リレー光学系、 61 画像表示素子、 62 投写光学系、 63 スクリーン、 76 遮光板、 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、 L4 画像光、 L5 第1のロス光、 L10 中心光線、 L20 中心光線、 F1 第1の集光点、 F2 第2の集光点。

Claims (10)

  1.  第1の光束を出射する第1の光源手段と、
     前記第1の光源手段に概ね向き合うように配置され、第2の光束を出射する第2の光源手段と、
     入射端及び出射端を有し、前記入射端に入射された光束を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光強度均一化手段と、
     前記第1の光源手段から出射された前記第1の光束を前記入射端に向ける第1の折り曲げ手段と、
     前記第2の光源手段から出射された前記第2の光束を前記入射端に向ける第2の折り曲げ手段と、
     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、
     前記第1の光源手段の第1の光軸が前記第2の光源手段の第2の光軸と一致せず、前記第1の折り曲げ手段から前記入射端までの第1の距離と前記第2の折り曲げ手段から前記入射端までの第2の距離とが異なるように、前記第1の光源手段、前記第2の光源手段、前記第1の折り曲げ手段、及び前記第2の折り曲げ手段を配置した
     ことを特徴とする投写型表示装置。
  2.  前記第1の光源手段から出射される前記第1の光束及び前記第2の光源手段から出射される前記第2の光束は集光光束であり、
     前記第1の光束の第1の集光点が前記第1の折り曲げ手段より前記光強度均一化手段側に位置し、前記第2の光束の第2の集光点が前記第2の折り曲げ手段より前記光強度均一化手段側に位置するように、前記第1の光源手段、前記第2の光源手段、前記第1の折り曲げ手段、前記第2の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置した
     ことを特徴とする請求項1記載の投写型表示装置。
  3.  前記第1の光束の中心光線が前記入射端に入射する第1の入射位置と前記第2の光束の中心光線が前記入射端に入射する第2の入射位置とが、互いに異なる位置であり、且つ、前記光強度均一化手段の光軸からずれた位置であることを特徴とする請求項1又は2に記載の投写型表示装置。
  4.  前記入射端に隣接して設けられ、前記第1の光源手段から出射され前記第2の光源手段に向かう光、及び、前記第2の光源手段から出射され前記第1の光源手段に向かう光を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  5.  前記第1の折り曲げ手段で折り曲げられた前記第1の光束及び前記第2の折り曲げ手段で折り曲げられた前記第2の光束を、前記光強度均一化手段に導くリレー光学系を備えたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  6.  前記光強度均一化手段は、内面を光反射面とした管状部材を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  7.  前記光強度均一化手段は、透明材料による多角柱状の部材を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  8.  前記光強度均一化手段は、複数のレンズ素子を2次元配列したレンズアレイを含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  9.  前記第1の光源手段の前記第1の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が90度であり、前記第2の光源手段の前記第2の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が90度であるように、前記第1の光源手段、前記第2の光源手段、前記第1の折り曲げ手段、前記第2の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
  10.  前記第1の光源手段の前記第1の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が90度より小さく、前記第2の光源手段の前記第2の光軸と前記光強度均一化手段の光軸との成す角度が90度より小さくなるように、前記第1の光源手段、前記第2の光源手段、前記第1の折り曲げ手段、前記第2の折り曲げ手段、及び前記光強度均一化手段を配置したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の投写型表示装置。
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