WO2012120617A1 - 投射型表示装置 - Google Patents

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parallel light
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政美 高内
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Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社
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    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
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    • G—PHYSICS
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Definitions

  • the present invention relates to a projection display device, and more particularly to a multi-lamp projection display device.
  • This projection type display device uses a reflective display element such as a DMD (Digital Micromirror Device).
  • DMD Digital Micromirror Device
  • FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an example of a reflective projection display device.
  • a lamp 103, a light pipe 104, a color wheel 105, a mirror 106, a lens 107, a reflective display element 108, and a projection lens 109 are emitted from the lamp 103. It is provided in order along the traveling direction of the light.
  • the lamp 103 and the light pipe 104 are arranged so that the optical axis of the lamp 103 and the optical axis of the light pipe 104 coincide.
  • the lamp 103 includes an arc tube 101 having a bright spot 101 ′ that emits light, and a concave spheroid reflector 102 that reflects light generated at the bright spot 101 ′.
  • the light pipe 104 has a hollow columnar shape, and its inner surface is covered with a mirror. The light radiated from the lamp 103 and incident from the entrance of the light pipe 104 is repeatedly reflected on the inner surface of the light pipe 104 and exits from the exit. Light emitted from the light pipe 104 is time-divided into different color lights by the color wheel 105. The traveling direction of the time-divided light is adjusted by the mirror 106 and the size is adjusted by the lens 107. Then, the light is modulated by the reflective display element 108. The light modulated by the reflective display element 108 is enlarged and projected by the projection lens 109.
  • Reflective projection type display devices have high utilization efficiency of light, so their use environment is expanding compared to conventional cases.
  • As one of the methods for brightening the display image of the reflective projection display device there is a method in which a plurality of arc tubes are provided in the projection display device, that is, a plurality of lamps are provided (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of a main part of a projection display device having two lamps 113.
  • the two lamps 113 are arranged so that the light emission surfaces face each other.
  • a reflective element 120 such as a mirror is provided in the vicinity of the focal point located outside the lamp 113 out of the two focal points of the spheroid reflecting mirror 112.
  • the light pipe 114 is arranged such that the principal rays X and Y of the reflected light formed by the light emitted from the lamp 113 being reflected by the reflecting element 120 and the optical axis Z of the light pipe 114 are parallel to each other. Is arranged.
  • each lamp 113 the light emitted from each lamp 113 is reflected by the reflecting element 120 and enters the light pipe 114 from the entrance of the light pipe 114.
  • the two lights incident on the light pipe 114 are repeatedly reflected inside the light pipe 114, so that the two lights are combined and emitted from the emission port. Therefore, a projection display device provided with two lamps 113 can display a brighter image than when one lamp 113 is provided.
  • FIG. 3A shows an enlarged schematic view of the vicinity of the light pipe of the projection display device having one lamp.
  • FIG. 3B shows an enlarged schematic view of the vicinity of the light pipe of the projection display device of FIG.
  • a projection display device having one lamp (see FIG. 3A)
  • light emitted from a lamp (not shown) and reflected by the reflecting element 140 is one point (condensing point 141) in the vicinity of the entrance inside the light pipe 134. ).
  • the principal ray V of the light incident on the light pipe 134 and the optical axis W of the light pipe 134 coincide with each other. For this reason, the light reflected by the reflecting element 140 enters the light pipe 134 without increasing the area of the entrance of the light pipe 134.
  • Y are parallel to the optical axis Z of the light pipe 114 and have an interval. That is, the condensing point 121 of the light reflected by the reflecting element 120 and the optical axis Z of the light pipe 114 have a gap. Therefore, it is necessary to increase the area of the entrance of the light pipe 114 as compared with the light pipe 134 of the projection display device having one lamp.
  • the condensing point 121 and the optical axis Z of the light pipe 114 do not coincide with each other, the number of reflections of the light emitted from the lamps 113 on the opposite side surfaces in the light pipe 114 is different. As a result, light incident on the light pipe 114 from each lamp 113 is emitted from the light pipe 114 in a state where the luminance distribution is not uniformed inside the light pipe 114. As a result, luminance unevenness occurs in the display image.
  • the optical path length of the light incident on the inside of the light pipe 114 (the distance traveled in the optical axis Z direction from being reflected on one side of the opposing side surface to being reflected on the other side) Becomes longer. Therefore, when the area of the entrance of the light pipe 114 is large, the number of times the light incident on the light pipe 114 is reflected inside the light pipe 114 is smaller than when the area of the entrance of the light pipe 114 is small. If the number of reflections of light within the light pipe 114 is small, the lights incident from the respective lamps 113 into the light pipe 114 are not sufficiently combined.
  • An object of the present invention is to provide a projection display device that solves the problem that it is difficult to suppress uneven brightness in a display image in a multi-lamp projection display device.
  • the projection display device of the present invention is provided with a plurality of lamps that emit light, and an optical element that is provided corresponding to the plurality of lamps and that converts the light from the lamp into parallel light and emits it.
  • a reflective element is provided corresponding to at least one of the plurality of lamps, and reflects the parallel light emitted from the corresponding lamp and formed by the optical element to change the traveling direction of the parallel light.
  • the columnar element that reflects the light incident from the incident port on the inner surface and exits from the output port, and the parallel light from the optical element or the parallel light from the reflective element is incident and directed toward the incident port of the columnar element.
  • a condensing lens for condensing light.
  • the present invention since the area of the entrance of the light pipe that is a columnar element is reduced, the number of times of light reflection in the light pipe is increased, the light luminance distribution is made uniform, and luminance unevenness occurs in the display image. It becomes difficult.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a main part of the first embodiment of the projection display device according to the present invention.
  • an example of the path of light emitted when the luminescent spot 1 ′ of the arc tube 1 emits light is shown.
  • the projection display device of the present invention includes an arc tube 1 having a bright spot 1 ′, a concave elliptical reflecting mirror 2 formed by rotating an elliptic curve around a rotation axis, and a light exit surface.
  • Two lamps 6 each having a cover glass 5 provided are provided. The lamps 6 are arranged so that the emission surfaces from which the lights are emitted face each other.
  • the collimating lens 3, the reflecting element 8, the condenser lens 4, the light pipe 7, and a color wheel are sequentially arranged along the traveling direction of the light emitted from the lamp 6.
  • a mirror (not shown) that adjusts the direction of light and a lens (not shown) that adjusts the magnitude of light are arranged as necessary.
  • the collimating lens 3 which is an optical element is provided corresponding to each lamp 6 and converts light emitted from the lamp 6 into parallel light.
  • the reflecting element 8 has a reflecting surface for reflecting the parallel light emitted from the collimating lens 3 as it is in the direction of the condenser lens 4 to be described later.
  • the reflecting surface is composed of a reflecting prism having a reflecting coat on the side of a triangular prism made of a transparent material.
  • the parallel lights reflected by the respective reflecting elements 8 enter the condenser lens 4 in an independent state.
  • the light incident on the condenser lens 4 is parallel to each other and enters the condenser lens 4 in a state parallel to the optical axis of the condenser lens 4.
  • the light incident on the condenser lens 4 is emitted by the condenser lens 4 so as to be condensed at one point, that is, at the condensing point 9.
  • the light pipe 7 has a hollow columnar shape, and the inner surface is covered with a reflective film.
  • the light pipe 7 may be a solid lot integrator. In other words, it may be a columnar optical element having a square cross section.
  • the light that has entered from the entrance of the light pipe 7 is repeatedly reflected on the inner surface of the light pipe 7 and exits from the exit.
  • Light emitted from the light pipe 7 is time-divided into different color lights by a color wheel (not shown) and modulated by a reflective display element (not shown).
  • the light from the reflective display element is enlarged and projected by a projection lens (not shown).
  • An example of the configuration from the light pipe 7 to a projection lens (not shown) is the same as that of a general reflective projection display device (see FIG. 1).
  • the two lamps 6 are arranged so that the emission surfaces from which the light is emitted from the lamps 6 face each other and the rotation axes of the elliptic curves forming the shape of the spheroid reflecting mirror 2 coincide.
  • the collimating lens 3 is disposed not on the first focal point of the spheroid reflecting mirror 2 but on the first focal point side from a focal point located outside the lamp 6 (hereinafter referred to as “second focal point”).
  • the arrangement position of the collimating lens 3 is preferably close to the second focal point. With this arrangement, light can be incident on the collimating lens 3 in a state where the diameter of the light emitted from the lamp 6 is reduced. For this reason, the diameter of the parallel light emitted from the collimating lens 3 is also reduced. Moreover, since the diameter of the light incident on the collimating lens 3 is reduced, the collimating lens 3 can be reduced.
  • the reflecting element 8 is preferably arranged near the second focal point. Further, when the reflecting elements 8 are arranged close to each other, the interval between the principal rays of the reflected light reflected by the reflecting element 8 can be reduced. Further, as described above, since the diameter of the parallel light emitted from the collimating lens 3 is small and the interval between the principal rays of the reflected light reflected by the reflecting element 8 is narrow, the reflected light of the reflecting element 8 is incident.
  • the condensing lens 4 to be made can be made smaller.
  • a condenser lens 4 and a light pipe 7 are arranged in this order in front of the reflecting element 8 along the light traveling direction. At this time, it is preferable to arrange the condensing lens 4 and the light pipe 7 so that the light condensing point 9 of the light by the condensing lens 4 and the optical axis A of the light pipe 7 coincide. Furthermore, it is preferable to arrange the condensing lens 4 and the light pipe 7 so that the condensing point 9 of the light by the condensing lens 4 is located in the vicinity of the entrance of the light pipe 7.
  • the luminescent spot 1 ′ of the luminous tube 1 of each lamp 6 emits light
  • the light emitted from the luminescent spot 1 ′ is reflected by the spheroid reflecting mirror 2, passes through the cover glass 5, and travels toward the collimating lens 3. proceed.
  • the light incident on the collimating lens 3 is emitted as parallel light.
  • the parallel light emitted from the collimating lens 3 is reflected by the reflecting element 8 and enters the condenser lens 4 in a state parallel to the optical axis of the condenser lens 4 as independent parallel light.
  • each light emitted from the condenser lens 4 enters from the entrance of the light pipe 7 in a state of traveling toward the condensing point 9.
  • the incident light exits from the exit port while being repeatedly reflected inside the light pipe 7.
  • the light radiated from the separate lamps 6 is in the state of being almost one point (the state of being condensed at the condensing point 9) from the entrance of the light pipe 7 to the light pipe 7. Is incident on. Therefore, the area of the entrance of the light pipe 7 can be reduced.
  • the number of times the light incident inside the light pipe 7 is reflected inside the light pipe 7 increases as the area of the entrance of the light pipe 7 decreases. Therefore, the light can be emitted from the exit of the light pipe 7 in a state where the luminance distribution of the light is uniform. Therefore, it is possible to reduce the uneven brightness of the display image. Furthermore, since the number of times of light reflection increases inside the light pipe 7, the light pipe 7 can be shortened. Since the light pipe 7 is shortened, the projection display device can be downsized.
  • each lamp 6 since the light emitted from each lamp 6 enters the light pipe 7 in a state close to one light, the difference in the number of times each light is reflected in the light pipe 7 is reduced. Thereby, the luminance unevenness of the display image can be further reduced.
  • FIG. 5 the schematic block diagram of the principal part of 2nd Embodiment of the projection type display apparatus which concerns on this invention is shown.
  • an example of the path of light emitted when the luminescent spot 11 ′ of the arc tube 11 emits light is shown.
  • the description of the same configuration as that in the above embodiment is omitted.
  • the two lamps 6 in the projection display device of the first embodiment are arranged so that the emission surfaces face each other and the rotation axes of elliptic curves that form the shape of the spheroid reflector 2 coincide.
  • the two lamps 16 are arranged so that the rotation axes of the elliptic curves forming the shape of the spheroid reflecting mirror 12 do not coincide with each other and the emission surfaces of the two lamps 16 face each other.
  • the reflective element 18 corresponding to one lamp 16 is disposed closer to the other lamp 16 than the one lamp 16.
  • the reflective element 18 corresponding to the other lamp 16 is disposed closer to the one lamp 16 than the other lamp 16.
  • position the reflective elements 18 are the same as those of the first embodiment.
  • the light emitted from one lamp 16 is emitted as parallel light by the collimating lens 13, passes through the side of the reflecting element 18 corresponding to the other lamp 16, and is reflected corresponding to the one lamp 16. Reflected by the element 18.
  • the light emitted from the other lamp 16 is emitted as parallel light by the collimating lens 13, passes through the side of the reflecting element 18 corresponding to one lamp 16, and is reflected to the other lamp 16. 18 is reflected.
  • the parallel lights reflected by the respective reflecting elements 18 are incident on the condenser lens 14 while being parallel to each other and in parallel with the optical axis of the condenser lens 14. Subsequent light travel is the same as in the first embodiment.
  • the holding mechanisms (not shown) that hold the reflective elements 18 are less likely to interfere with each other.
  • the structure of the holding mechanism (not shown) can be simplified.
  • FIG. 6 shows an example of the path of light emitted when the bright spot 21 ′ of the arc tube 21 emits light. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
  • the present embodiment there are three lamps 26 in the present embodiment. Further, collimating lenses 23 are provided corresponding to all the lamps 26. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the arrangement of the lamp 26 will be described.
  • the two lamps 26 (a part of the lamps 26) are arranged so that the emission surfaces face each other, as in the first embodiment.
  • the remaining one lamp 26 (the other lamp 26) emits light from the emission surface of the other lamp 26 and a part of the lamps 26, passes through the collimator lens 23, and reflects the light. It is arranged so that the traveling direction of the light reflected by 28 coincides. Further, the other lamps 26 are arranged at positions where the emitted light is not blocked by the reflecting element 28.
  • the collimating lens 23 is provided corresponding to each lamp 26 and is disposed in the vicinity of the second focal point of the corresponding lamp 26 as in the first embodiment.
  • the luminescent spot 21 ′ of the arc tube 21 when the luminescent spot 21 ′ of the arc tube 21 emits light, the light emitted from the luminescent spot 21 ′ of some lamps 26 is reflected by the spheroid reflecting mirror 22. Then, the light passes through the cover glass 25 and enters the collimating lens 23. The light emitted as parallel light by the collimator lens 23 is reflected by the reflecting element 28 and enters the condenser lens 24.
  • the light emitted from the bright spot 21 ′ of the other lamp 26 is reflected by the spheroid reflecting mirror 22, passes through the cover glass 25, and enters the collimating lens 23. Then, the light emitted as parallel light by the collimator lens 23 directly enters the condenser lens 24.
  • each light emitted from the condensing lens 24 enters from the incident port of the light pipe 27 while traveling toward the condensing point 29.
  • the incident light is emitted from the emission port while being repeatedly reflected inside the light pipe 27.
  • the projection display device was configured by combining with another lamp 26 arranged so as to be incident on the optical lens 24. Also in this configuration, since the light emitted from each lamp 26 is condensed at the condensing point 29 by the condenser lens 24, the area of the entrance of the light pipe 27 can be reduced. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to reduce the luminance unevenness of the display image. Further, the light pipe 27 can be shortened, and the projection display device can be downsized.
  • each lamp 26 since the light emitted from each lamp 26 enters the light pipe 27 in a state close to one light, the difference in the number of times each light is reflected in the light pipe 27 is reduced. Thereby, the luminance unevenness of the display image can be further reduced.

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Abstract

　本発明の投射型表示装置は、光を発する複数のランプ（２６）と、複数のランプ（２６）に対応して設けられ、ランプ（２６）からの光を平行光に変換して出射する光学素子（２３）とが設けられている。また、複数のランプ（２６）のうちの少なくとも１つに対応して設けられ、対応するランプ（２６）から放射され、光学素子（２３）によって形成される平行光を反射させて、平行光の進行方向を変える反射素子（２８）が設けられている。さらに、入射口より入射された光を内面で反射させて出射口より出射する柱状素子（２７）と、光学素子（２３）からの平行光または反射素子（２８）からの平行光を入射させて、柱状素子（２７）の入射口に向けて集光させる集光レンズ（２４）と、が設けられている。

Description

投射型表示装置
　本発明は、投射型表示装置、特に多灯式の投射型表示装置に関する。
　大型の画像や映像を表示するための装置の１つとして、投射型表示装置があり、この投射型表示装置には、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）などの反射型表示素子を用いた反射式の投射型表示装置がある。
　図１に、反射式の投射型表示装置の一例の概略構成図を示す。反射式の投射型表示装置には、ランプ１０３と、ライトパイプ１０４と、カラーホイール１０５と、ミラー１０６と、レンズ１０７と、反射型表示素子１０８と、投射レンズ１０９と、がランプ１０３から放射される光の進行方向に沿って順番に設けられている。また、ランプ１０３の光軸とライトパイプ１０４の光軸とが一致するように、ランプ１０３とライトパイプ１０４とが配置されている。
　ランプ１０３は、光を発する輝点１０１’を有する発光管１０１と、輝点１０１’にて発生した光を反射する凹状の回転楕円反射鏡１０２と、を有している。ライトパイプ１０４は、中空の柱状をしており、その内面は鏡で覆われている。ランプ１０３から放射され、ライトパイプ１０４の入射口から入射した光は、ライトパイプ１０４の内面で反射を繰り返し、出射口より出射する。ライトパイプ１０４から出射した光は、カラーホイール１０５によって異なる色光に時分割される。時分割された光は、ミラー１０６によって進行方向が調節され、レンズ１０７によって、大きさが調節される。そして、反射型表示素子１０８によって、光が変調される。反射型表示素子１０８によって変調された光は、投射レンズ１０９によって拡大投射される。
　反射式の投射型表示装置は、光の利用効率が高いため、従来に比べてその利用環境が拡大している。それに加えて、多目的ホールや大規模な会議室などで、照明などを使用した状態で画像を表示させることに対するニーズが増えている。そのため、このニーズに対応できるように、反射式の投射型表示装置の表示画像をさらに明るくすることが求められている。反射式の投射型表示装置の表示画像をさらに明るく方法の１つとして、投射型表示装置に発光管を複数設ける、つまりランプを複数設ける方法がある（例えば特許文献１）。
　ランプ１１３を２つ有する投射型表示装置の要部の概略構成図を図２に示す。２つのランプ１１３は、光の出射面が対向するように配置されている。回転楕円反射鏡１１２の２つの焦点のうち、ランプ１１３の外部に位置する焦点付近に、鏡などの反射素子１２０が設けられている。そして、ランプ１１３から放射された光が反射素子１２０で反射されることで形成される反射光の主光線Ｘ、Ｙと、ライトパイプ１１４の光軸Ｚと、が平行となるようにライトパイプ１１４は配置されている。このような構成とすることで、それぞれのランプ１１３から放射された光は、反射素子１２０で反射し、ライトパイプ１１４の入射口からライトパイプ１１４に入射する。ライトパイプ１１４に入射した２つの光が、ライトパイプ１１４内部で反射を繰り返すことで、２つの光は合成され、出射口から出射される。したがって、ランプ１１３を２つ設けた投射型表示装置は、ランプ１１３が１つの場合よりも明るい画像を表示することができる。
特開２０１０－２６２６０号公報
　図３Ａに、ランプを１つ有する投射型表示装置のライトパイプ付近を拡大した概略図を示す。また図３Ｂに、図２の投射型表示装置のライトパイプ付近を拡大した概略図を示す。
　ランプを１つ有する投射型表示装置では（図３Ａ参照）、不図示のランプから出射し、反射素子１４０で反射した光は、ライトパイプ１３４内部の入射口付近において、１点（集光点１４１）に集光している。また、ライトパイプ１３４に入射する光の主光線Ｖとライトパイプ１３４の光軸Ｗとが一致している。そのため、ライトパイプ１３４の入射口の面積を大きくしなくても、ライトパイプ１３４内に反射素子１４０で反射した光が入射する。
　一方、ランプ１１３を２つ有する投射型表示装置の場合（図２、図３Ｂ参照）、それぞれのランプ１１３から放射され、反射素子１２０で反射して、ライトパイプ１１４に入射する光の主光線Ｘ、Ｙは、ライトパイプ１１４の光軸Ｚと平行であり、かつ間隔を有している。つまり、反射素子１２０で反射した光の集光点１２１と、ライトパイプ１１４の光軸Ｚと、が間隔を有している。そのため、ランプを１つ有する投射型表示装置のライトパイプ１３４に比べて、ライトパイプ１１４の入射口の面積を大きくする必要がある。
　集光点１２１とライトパイプ１１４の光軸Ｚとが一致しない場合、ライトパイプ１１４内部で対向する側面における、それぞれのランプ１１３から放射した光の反射回数が異なる。このことにより、それぞれのランプ１１３からライトパイプ１１４に入射した光が、ライトパイプ１１４内部で輝度分布が均一化されない状態でライトパイプ１１４から出射される。その結果、表示画像に輝度ムラが生じてしまう。
　また、ライトパイプ１１４の入射口の面積が大きくなると、ライトパイプ１１４内部に入射した光の光路長（対向する側面の一方で反射してから他方で反射するまでに光軸Ｚ方向に進む距離）が長くなる。そのため、ライトパイプ１１４の入射口の面積が大きい場合、ライトパイプ１１４の入射口の面積が小さい場合に比べて、ライトパイプ１１４に入射した光がライトパイプ１１４内部で反射する回数が少なくなる。ライトパイプ１１４内部での光の反射回数が少ないと、それぞれのランプ１１３からライトパイプ１１４内部に入射した光同士が十分に合成されない。そのため、光の輝度分布が均一化されない状態でライトパイプ１１４から光が出射する。これは、表示画像に輝度ムラが生じる原因となる。ライトパイプ１１４内部での光の反射回数を増加させるためには、ライトパイプ１１４を長くする必要がある。このことは、投射型表示装置の大型化につながる。
　本発明の目的は、多灯式の投射型表示装置において、表示画像に生じる輝度ムラを抑制することは困難である、といった問題を解決する投射型表示装置を提供することである。
　本発明の投射型表示装置は、光を発する複数のランプと、複数のランプに対応して設けられ、ランプからの光を平行光に変換して出射する光学素子と、が設けられている。また、複数のランプのうちの少なくとも１つに対応して設けられ、対応するランプから放射され、光学素子によって形成される平行光を反射させて、平行光の進行方向を変える反射素子が設けられている。さらに、入射口より入射された光を内面で反射させて出射口より出射する柱状素子と、光学素子からの平行光または反射素子からの平行光を入射させて、柱状素子の入射口に向けて集光させる集光レンズと、が設けられている。
　本発明によると、柱状素子であるライトパイプの入射口の面積が小さくなるので、ライトパイプ内での光の反射回数が増加し、光の輝度分布が均一化され、表示画像に輝度ムラが生じにくくなる。
反射型表示素子を用いた投射型表示装置の一例の概略構成図である。 多灯式の投射型表示装置の一例の要部の概略構成図である。 単灯式の投射型表示装置のライトパイプ付近を拡大した概略図である。 図２の投射型表示装置のライトパイプ付近を拡大した概略図である。 本発明に係る投射型表示装置の第１の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る投射型表示装置の第２の実施形態の要部の概略構成図である。 本発明に係る投射型表示装置の第３の実施形態の要部の概略構成図である。
　以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
　［実施形態１］
　図４に、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施形態の要部の概略構成図を示す。なお、図中には、発光管１の輝点１’を発光させたときに発せられる光の進路の一例が示されている。
　本発明の投射型表示装置には、輝点１’を有する発光管１と、凹状であり、楕円曲線を回転軸回りに回転させて形成される回転楕円反射鏡２と、光の出射面に設けられたカバーガラス５と、からなるランプ６が２つ設けられている。ランプ６は、互いの光が出射する出射面が対向するように配置されている。
　また、本発明の投射型表示装置には、ランプ６から放射される光の進行方向に沿って順番に、コリメートレンズ３、反射素子８、集光レンズ４、ライトパイプ７、不図示のカラーホイール、不図示の反射型表示素子、不図示の投射レンズと、が設けられている。また、必要に応じて、光の方向を調節する不図示のミラーと、光の大きさを調節する不図示のレンズと、が配置される。
　光学素子であるコリメートレンズ３は、それぞれのランプ６に対応して設けられており、ランプ６から放射される光を、平行光に変換する。反射素子８は、コリメートレンズ３から出射した平行光を、後述する集光レンズ４の方向に平行光のまま反射させるための反射面を有している。反射面は、鏡や透明な物質でできた三角柱の側面に反射コートを施した反射プリズムなどで構成される。それぞれの反射素子８で反射した平行光は、それぞれ独立した状態で集光レンズ４に入射する。集光レンズ４に入射する光は、互いに平行であり、集光レンズ４の光軸と平行な状態で集光レンズ４に入射する。集光レンズ４に入射した光は、集光レンズ４によって、１点、つまり集光点９に集光するように出射する。ライトパイプ７は、形状が中空の柱状であり、内面が反射膜で覆われている。なお、ライトパイプ７は中実のロットインテグレータでもよい。つまり、断面が四角形の柱状の光学素子であればよい。ライトパイプ７の入射口から入射した光は、ライトパイプ７の内面で反射を繰り返し、出射口から出射する。ライトパイプ７から出射した光は、不図示のカラーホイールによって異なる色光に時分割され、不図示の反射型表示素子によって変調される。反射型表示素子からの光は、不図示の投射レンズによって拡大投射される。
　ライトパイプ７から不図示の投射レンズまでの構成の一例としては、一般的な反射式の投射型表示装置と同様である（図１参照）。
　次に、本発明の投射型表示装置の特徴について説明する。
　２つのランプ６は、ランプ６から光が出射する出射面が互いに対向し、回転楕円反射鏡２の形状を形作る楕円曲線の回転軸が一致するように配置されている。
　コリメートレンズ３は、回転楕円反射鏡２の第１焦点ではない、ランプ６の外部に位置する焦点（以降「第２焦点」とする）より第１焦点側に配置されている。コリメートレンズ３の配置位置は、第２焦点に近いほうが好ましい。このように配置することで、ランプ６から放射される光の径が小さくなった状態で、光をコリメートレンズ３へ入射させることができる。そのため、コリメートレンズ３から出射される平行光の径も小さくなる。また、コリメートレンズ３に入射する光の径が小さくなるため、コリメートレンズ３を小さくすることができる。
　反射素子８は、第２焦点の近くに配置することが好ましい。また、反射素子８同士は近接して配置すると、反射素子８で反射した反射光の主光線同士の間隔を狭くすることができる。さらに、上述したように、コリメートレンズ３から出射される平行光の径が小さく、また、反射素子８で反射した反射光の主光線同士の間隔が狭いことから、反射素子８の反射光が入射する集光レンズ４を小さくすることができる。
　光の進行方向に沿って、反射素子８よりも前方に、集光レンズ４と、ライトパイプ７と、が順に配置されている。このとき、集光レンズ４による光の集光点９と、ライトパイプ７の光軸Ａと、が一致するように、集光レンズ４とライトパイプ７とを配置することが好ましい。さらに、集光レンズ４による光の集光点９が、ライトパイプ７の内部の入射口近傍に位置するように、集光レンズ４とライトパイプ７を配置することが好ましい。
　次に、発光管１の輝点１’が発光したときの光の進み方について説明する。
　それぞれのランプ６の発光管１の輝点１’が発光すると、輝点１’から発せられる光は、回転楕円反射鏡２で反射し、カバーガラス５を通過して、コリメートレンズ３に向かって進行する。コリメートレンズ３に入射した光は、平行光となって出射する。コリメートレンズ３から出射した平行光は、反射素子８で反射し、それぞれ独立した平行光のまま、集光レンズ４の光軸と平行な状態で集光レンズ４に入射する。そして、集光レンズ４から出射したそれぞれの光は、集光点９に向かって進行した状態でライトパイプ７の入射口から入射する。入射した光は、ライトパイプ７の内部で反射を繰り返しながら、出射口から出射する。
　本発明の投射型表示装置では、別々のランプ６から放射された光は、ほぼ１つの点になった状態（集光点９に集光した状態）でライトパイプ７の入射口からライトパイプ７に入射する。そのため、ライトパイプ７の入射口の面積を小さくすることができる。
　ライトパイプ７の入射口の面積が小さくなることで、ライトパイプ７内部に入射した光の、ライトパイプ７の内部で反射する回数が増加する。そのため、光の輝度分布が均一化した状態で、光をライトパイプ７の出射口から出射させることができる。したがって、表示画像の輝度ムラを減少させることが可能となる。さらに、ライトパイプ７の内部において、光の反射する回数が増加するため、ライトパイプ７を短くすることも可能となる。ライトパイプ７が短くなることで、投射型表示装置の小型化が可能となる。
　また、それぞれのランプ６から出射した光が１つの光に近い状態でライトパイプ７に入射するので、それぞれの光の、ライトパイプ７内で反射する回数の差が小さくなる。これにより、表示画像の輝度ムラをさらに減少させることができる。
　［実施形態２］
　図５に、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施形態の要部の概略構成図を示す。なお、図中には、発光管１１の輝点１１’を発光させたときに発せられる光の進路の一例が示されている。また、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
　第１の実施形態の投射型表示装置における２つのランプ６は、出射面が互いに対向し、回転楕円反射鏡２の形状を形作る楕円曲線の回転軸が一致するように配置されていた。本実施形態では、回転楕円反射鏡１２の形状を形作る楕円曲線の回転軸同士は一致しないように、そして、２つのランプ１６の出射面同士は対向するように、２つのランプ１６を配置する。また、一方のランプ１６に対応する反射素子１８は、一方のランプ１６よりも他方のランプ１６の近くに配置されている。他方のランプ１６に対応する反射素子１８は、他方のランプ１６よりも一方のランプ１６の近くに配置されている。なお、反射素子１８で反射した反射光主光線同士の間隔を狭くするために、反射素子１８同士はなるべく近接して配置することが好ましい。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　一方のランプ１６から放射された光は、コリメートレンズ１３で平行光となって出射してから、他方のランプ１６に対応する反射素子１８の側方を通過し、一方のランプ１６に対応する反射素子１８で反射する。他方ランプ１６から放射された光は、コリメートレンズ１３で平行光となって出射してから、一方のランプ１６に対応する反射素子１８の側方を通過し、他方のランプ１６に対応する反射素子１８で反射する。それぞれの反射素子１８で反射した平行光は、互いに平行のまま集光レンズ１４の光軸と平行な状態で、集光レンズ１４に入射する。これ以降の光の進み方は、第１の実施形態と同様である。
　本実施形態では、反射素子１８同士が間隔を有しているため、それぞれの反射素子１８を保持する不図示の保持機構同士が干渉しにくくなる。また、不図示の保持機構の構造を簡略化することが可能となる。
　［実施形態３］
　図６に、本発明に係る投射型表示装置の第３の実施形態の要部の概略構成図を示す。なお、図６には、発光管２１の輝点２１’を発光させたときに発せられる光の進路の一例が示されている。また、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
　本実施形態におけるランプ２６は、第１の実施形態とは異なり、３つ設けられている。また、すべてのランプ２６に対応してコリメートレンズ２３が設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
　ランプ２６の配置について説明する。２つのランプ２６（一部のランプ２６）は、第１の実施形態と同様に、出射面が互いに対向するように配置されている。残りの１つのランプ２６（他のランプ２６）は、他のランプ２６の出射面から出射する光の進行方向と、一部のランプ２６から出射して、コリメートレンズ２３を通過して、反射素子２８で反射した光の進行方向と、が一致するように配置されている。また、他のランプ２６は、出射した光が反射素子２８によって遮られない位置に配置されている。
　コリメートレンズ２３は、それぞれのランプ２６に対応して設けられており、第１の実施形態と同様に、対応するランプ２６の第２焦点付近に配置されている。
　このようにして構成された投射型表示装置において、発光管２１の輝点２１’を発光させると、一部のランプ２６の輝点２１’から発せられる光は、回転楕円反射鏡２２で反射し、カバーガラス２５を通過して、コリメートレンズ２３に入射する。コリメートレンズ２３で平行光となって出射した光は、反射素子２８で反射して、集光レンズ２４に入射する。
　他のランプ２６の輝点２１’から発せられる光は、回転楕円反射鏡２２で反射し、カバーガラス２５を通過して、コリメートレンズ２３に入射する。そして、コリメートレンズ２３で平行光となって出射した光は、直接集光レンズ２４に入射する。
　このとき、集光レンズ２４に入射するそれぞれの光の主光線は、互いに平行になっている。集光レンズ２４から出射したそれぞれの光は、集光点２９に向って進行した状態でライトパイプ２７の入射口から入射する。入射した光は、ライトパイプ２７の内部で反射を繰り返しながら出射口から出射する。
　本実施形態では、出射した光を反射素子２８で反射させてから集光レンズ２４に入射するように配置する、一部のランプ２６と、出射した光を反射素子２８で反射させずに直接集光レンズ２４に入射するように配置する、他のランプ２６と、を組み合わせて投射型表示装置を構成した。この構成においても、それぞれのランプ２６から放射される光は、集光レンズ２４によって集光点２９に集光するため、ライトパイプ２７の入射口の面積を小さくすることができる。そのため、第１の実施形態と同様に、表示画像の輝度ムラを減少させることが可能となる。さらに、ライトパイプ２７を短くすることも可能となり、投射型表示装置の小型化が可能となる。
　また、それぞれのランプ２６から出射した光が１つの光に近い状態でライトパイプ２７に入射するので、それぞれの光の、ライトパイプ２７内で反射する回数の差が小さくなる。これにより、表示画像の輝度ムラをさらに減少させることができる。
１、１１、２１　発光管
１’、１１’、２１’　輝点
２、１２、２２　回転楕円反射鏡
３、１３、２３　コリメートレンズ（光学素子）
４、１４、２４　集光レンズ
６、１６、２６　ランプ
７、１７、２７　ライトパイプ（柱状素子）
８、１８、２８　反射素子
９、１９、２９　集光点

Claims (6)

  1. 　光を発する複数のランプと、
    　前記複数のランプに対応して設けられ、前記ランプからの前記光を平行光に変換して出射する光学素子と、
    　前記複数のランプのうちの少なくとも１つに対応して設けられ、対応するランプから放射され、前記光学素子によって形成される前記平行光を反射させて、前記平行光の進行方向を変える反射素子と、
    　入射口より入射された前記光を内面で反射させて出射口より出射する柱状素子と、
    　前記光学素子からの前記平行光または前記反射素子からの前記平行光を入射させて、前記柱状素子の前記入射口に向けて集光させる集光レンズと、
    　を有する、投射型表示装置。
  2. 　請求項１に記載の投射型表示装置において、
    　前記光学素子からの前記平行光または前記反射素子からの前記平行光が、それぞれ独立しており、互いに平行になるように、複数の前記ランプおよび前記反射素子が配置されている、投射型表示装置。
  3. 　請求項１または２に記載の投射型表示装置において、
    　前記ランプは、回転楕円反射鏡を有しており、
    　前記光学素子は、前記ランプの前記回転楕円反射鏡の第２焦点より第１焦点側に配置されている、投射型表示装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
    　前記柱状素子は、前記柱状素子の光軸が前記集光レンズによる集光点と一致するように配置されている、投射型表示装置。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、
    　前記反射素子は前記複数のランプのそれぞれに対応して設けられている、投射型表示装置。
  6. 　複数のランプから光を放射させるステップと、
    　前記ランプからの前記光を光学素子に入射させて、入射した前記光を平行光に変換して出射するステップと、
    　前記光学素子の少なくとも１つから出射した前記平行光を反射素子によって反射させて、前記平行光の進行方向を変化させるステップと、
    　前記光学素子からの前記平行光または前記反射素子からの前記平行光を、互いに平行であり、集光レンズの光軸と平行な状態で前記集光レンズに入射させて、それぞれの前記平行光を、中空の柱状をしている柱状素子の入射口に向けて集光させるステップと、
    　前記集光レンズから前記入射口から入射した前記集光する光を、前記柱状素子の内部で反射させて出射口から出射するステップと、
    　を有する、光の輝度を均一にする方法。
     
     
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