(57)【要約】  第１及び第２ランプ１、２と、第１及び第２楕円面鏡３、４と、第１及び第２球面鏡５、６と、平面ミラー７とを備える。第１球面鏡５は、ランプ１に対して第１楕円面鏡３と同じ側に設けられ、第２球面鏡６は、第２ランプ２に対して第２楕円面鏡４の開口側に設けられて、それぞれ、第１及び第２ランプの放射光の一部を第１及び第２楕円面鏡３、４に向けて反射する。第１及び第２楕円面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置され、第１及び第２ランプの放射光及び第１及び第２球面鏡５、６の反射光をそれぞれ集光する。平面ミラー７は、第１楕円面鏡３の集光光を反射膜７ａで反射し、かつ、第２楕円面鏡４の集光光を、反射膜が設けられていない透光部７ｂから透過させることにより、第１及び第２ランプからの放射光が共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成される。複数のランプの放射光を合成する際の光損失を低減することができる。
2008155899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２ランプと、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第１および第２凹面鏡と、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第３および第４凹面鏡と、
前記第１および第２ランプの間に配置された平面ミラーとを備え、
前記第３凹面鏡は、前記第１ランプの光源中心に対して前記第１凹面鏡と同じ側に設けられて、前記第１ランプの放射光の一部を前記第１凹面鏡に向けて反射し、
前記第４凹面鏡は、前記第２ランプの光源中心に対して前記第２凹面鏡の開口側に設けられて、前記第２ランプの放射光の一部を前記第２凹面鏡に向けて反射し、
前記第１凹面鏡は、前記第１ランプの放射光及び前記第３凹面鏡の反射光を集光し、
前記第２凹面鏡は、前記第２ランプの放射光及び前記第４凹面鏡の反射光を集光し、
前記第１凹面鏡と前記第２凹面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置され、
前記平面ミラーは、前記第１凹面鏡の出射光を反射するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を透過し、または、前記第１凹面鏡の出射光を透過するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を反射し、
前記第１及び第２凹面鏡の出射光が、前記平面ミラーにより共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１および第２凹面鏡は、楕円面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１および第２凹面鏡は、放物面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１および第２凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記放電ランプを構成する発光管の外表面形状が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記第３及び第４凹面鏡は、前記放電ランプを構成する発光管の外表面上に蒸着された反射膜により構成されている請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記第３および第４凹面鏡は、球面鏡である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記第３および第４凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１ランプの発光中心と、前記第１凹面鏡の第１焦点と、前記第３凹面鏡の中心、および前記第２ランプの発光中心と、前記第２凹面鏡の第１焦点と、前記第４凹面鏡の中心とは、それぞれ一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１および第２凹面鏡の第２焦点は一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光源装置の構成を有する光源部を複数備え、
前記複数の光源部の出射光を同一方向に進行する光となるように合成する光合成部をさらに備えた光源装置。
【請求項１２】
前記光合成部がプリズムにより構成された請求項１１記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置の出射光を集光して照明光を形成する照明装置と、
前記照明光が入射され、映像信号に応じた前記入射光の変調を行う空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像形成手段を照明するために用いることができる光源装置、及び、画像形成手段上に形成される光学像をその光源装置により照明し、投写レンズによりスクリーン上に投写するための投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示する方法の１つとして、映像信号に応じた光学像を形成する小型の空間光変調素子を画像形成手段に用い、その光学像を照明して、投写レンズにより拡大投写する投写型表示装置が知られている。そして、空間光変調素子として液晶パネルを用いた、プロジェクター等の投写型表示装置が実用化されている。このような投写型表示装置では、投写画像の高輝度化に対する要望が強く、それに応じるため、複数のランプを用いて光源装置を構成した投写型表示装置が、例えば特許文献１に開示されている。【０００３】
図６は、そのような投写型表示装置の構成例である。この投写型表示装置は、放電ランプ３１、３２、楕円面鏡３３、３４、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３５、３６、平面ミラー３７、３８、反射プリズム３９、集光レンズ４０、第１レンズアレイ４１、第２レンズアレイ４２、ビーム合成レンズ４３、フィールドレンズ４４、液晶パネル４５、及び、投写レンズ４６から構成される。【０００４】
放電ランプ３１、３２には、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ３１、３２から放射される光は、それぞれ対応する楕円面鏡３３、３４により集光され、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３５、３６で紫外光、赤外光成分が除去された後、平面ミラー３７、３８で光路が折り曲げられる。楕円面鏡３３、３４の第２焦点近傍に、反射プリズム３９が配置される。これにより、反射プリズム３９の反射面３９ａ近傍には、ランプ３１、３２の集光スポットが形成される。【０００５】
反射プリズム３９の反射面３９ａには、アルミニウム膜または誘電体多層膜が蒸着されており、可視光を効率良く反射する。反射プリズム３９で反射される光は発散光であり、集光レンズ４０に入射する。集光レンズ４０としては例えば、非球面の両凸レンズが用いられ、入射光を略平行光に変換する。【０００６】
集光レンズ４０からの平行光束は、複数のレンズで構成された第１レンズアレイ４１に入射し、多数の微小光束に分割される。多数の微小光束は、それぞれ複数のレンズで構成された第２レンズアレイ４２の対応するレンズ上に収束する。従って、第２レンズアレイ４２上には、ランプ３１、３２の多数の像が形成される。第２レンズアレイ４２は、第１レンズアレイ４１と同一の形状を有する。【０００７】
第２レンズアレイ４２の各矩形レンズは、対応する第１レンズアレイ４１の矩形レンズ面に入射した微小光束を拡大し、それにより液晶パネル面４５が照明される。ビーム合成レンズ４３は、第２レンズアレイ４２の各矩形レンズから出射した光を液晶パネル４５上で重ね合わせるために用いられる。【０００８】
第１レンズアレイ４１の入射光束を多数の微小光束に分割し、それらを拡大して液晶パネル４５上で重ね合わせることにより、液晶パネル４５上を均一性良く照明することができる。【０００９】
フィールドレンズ４４は、液晶パネル４５上を照明する光を投写レンズ４６の瞳面に集光するためのものである。投写レンズ４６は、液晶パネル４５上に形成される光学像をスクリーン（図示せず）上に投写する。【００１０】
上記構成によれば、液晶パネル４５を複数のランプ３１、３２で照明するため、明るい光源により照明される投写型表示装置を構成できる。
【特許文献１】特開２０００−３６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来例の構成では、反射プリズム３９を用いて複数のランプ３１、３２の放射光を合成している。しかしながら、このような合成方法では、各ランプ３１、３２の光軸を同軸上に合成することができない。すなわち、図６の構成において、合成後の光軸４７に対して、ランプ３１、３２の光軸３１ａ、３２ａを同軸上に合成することは不可能である。その結果、合成後の光学系において光損失が大きくなるという課題があった。【００１２】
２つのランプの出力光を合成する場合、合成損失が全くなければ合成後の光出力は２倍になる。しかし、一般的には、合成後の光出力は１．５倍〜１．６倍程度である。【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数のランプを用いた場合の合成損失を低減して、光出力の大きい光源装置を提供することを目的とする。また、この光源装置を用いて明るい投写画像を表示することのできる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題を解決するため、本発明の光源装置は、第１および第２ランプと、前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第１および第２凹面鏡と、前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第３および第４凹面鏡と、前記第１および第２ランプの間に配置された平面ミラーとを備える。【００１５】
前記第３凹面鏡は、前記第１ランプの光源中心に対して前記第１凹面鏡と同じ側に設けられて、前記第１ランプの放射光の一部を前記第１凹面鏡に向けて反射する。前記第４凹面鏡は、前記第２ランプの光源中心に対して前記第２凹面鏡の開口側に設けられて、前記第２ランプの放射光の一部を前記第２凹面鏡に向けて反射する。前記第１凹面鏡は、前記第１ランプの放射光及び前記第３凹面鏡の反射光を集光し、前記第２凹面鏡は、前記第２ランプの放射光及び前記第４凹面鏡の反射光を集光する。前記第１凹面鏡と前記第２凹面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置される。前記平面ミラーは、前記第１凹面鏡の出射光を反射するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を透過し、または、前記第１凹面鏡の出射光を透過するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を反射し、前記第１及び第２凹面鏡の出射光が、前記平面ミラーにより共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成される。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、複数のランプを用いても、各ランプの光軸を略共軸となるように合成することができるので、合成に伴う光損失が低減され、光利用効率の高い光源装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光源装置の概略構成を示す断面図
【図２】図２は、同光源装置に用いられるランプの概略構成を示す断面図
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における光源装置の概略構成を示す断面図
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態３における光源装置の概略構成を示す断面図
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの一部を示す側面図
【図５】図５は、本発明の実施の形態４における投写型表示装置の概略構成を示す断面図
【図６】図６は、従来例の光源装置の概略構成を示す断面図
【符号の説明】
【００１８】
１、１１  第１ランプ
２、１２  第２ランプ
１ａ、２ａ、１１ａ、１２ａ  発光中心
１ｂ、２ｂ、１１ｂ、１２ｂ  光軸
１ｃ  発光管
１ｄ  反射膜
３  第１楕円面鏡
４  第２楕円面鏡
３ａ、４ａ  第１焦点
３ｂ、４ｂ  第２焦点
５  第１球面鏡
６  第２球面鏡
５ａ、６ａ  中心
７、１７、２１  平面ミラー
７ａ、１７ａ、２０ａ  反射膜
７ｂ、１７ｂ  透光部
１３  第１放物面鏡
１４  第２放物面鏡
１３ａ、１４ａ  第１焦点
１５  第１非球面鏡
１６  第２非球面鏡
１５ａ、１６ａ  中心
１８  第１光源部
１９  第２１光源部
１８ａ、１９ａ  出射光
２０  光合成部
２２  光源装置
２３  照明装置
２４  回転型カラーフィルター
２５、４０  集光レンズ
２６、４４  フィールドレンズ
２７  空間光変調素子
２８、４６  投写レンズ
３１、３２  放電ランプ
３３、３４  楕円面鏡
３５、３６  ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
３７、３８  平面ミラー
３９  反射プリズム
４１  第１レンズアレイ
４２  第２レンズアレイ
４３  ビーム合成レンズ
４５  液晶パネル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の光源装置は上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。【００２０】
すなわち、前記第１および第２凹面鏡は、楕円面鏡により構成することができる。あるいは、前記第１および第２凹面鏡は、放物面鏡により構成することができる。また、前記第１および第２凹面鏡は、その反射面が非球面形状であることが好ましい。【００２１】
また、前記第１および第２ランプは放電ランプである場合に、前記放電ランプを構成する発光管の外表面形状が非球面形状である構成とすることが好ましい。【００２２】
また、前記第１および第２ランプは放電ランプである場合に、前記第３及び第４凹面鏡は、前記放電ランプを構成する発光管の外表面上に蒸着された反射膜により構成することができる。【００２３】
また、前記第３および第４凹面鏡は、球面鏡により構成することができる。また、前記第３および第４凹面鏡は、その反射面が非球面形状である構成とすることができる。【００２４】
また、前記第１ランプの発光中心と、前記第１凹面鏡の第１焦点と、前記第３凹面鏡の中心、および前記第２ランプの発光中心と、前記第２凹面鏡の第１焦点と、前記第４凹面鏡の中心とは、それぞれ一致していることが好ましい。【００２５】
また、前記第１および第２凹面鏡の第２焦点は一致している構成とすることができる。【００２６】
また、上記いずれかの光源装置の構成を有する光源部を複数備え、前記複数の光源部の出射光を同一方向に進行する光となるように合成する光合成部をさらに備えた構成とすることができる。その場合、前記光合成部をプリズムにより構成することができる。【００２７】
本発明の投写型表示装置は、上記いずれかの構成の光源装置と、前記光源装置の出射光を集光して照明光を形成する照明装置と、前記照明光が入射され、映像信号に応じた前記入射光の変調を行う空間光変調素子と、前記空間光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える。それにより、空間光変調素子を比較的強い光で照明し、投写画像の輝度を高めることができる。また、万一、１個のランプが不点灯となった場合でも、色むら、明るさむらの少ない投写型表示装置を実現することができる。【００２８】
以下、本発明の光源装置及び投写型表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。【００２９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における光源装置の構成を示す断面図である。この光源装置は、第１及び第２ランプ１、２、第１及び第２楕円面鏡３、４（第１及び第２凹面鏡）、第１及び第２球面鏡５、６（第３及び第４凹面鏡）、及び平面ミラー７から構成されている。【００３０】
第１ランプ１、第１楕円面鏡３、第１球面鏡５で一組を成し、第１ランプ１の放射光を集光する。第１ランプ１としては、超高圧水銀ランプを用いることができる。超高圧水銀ランプは、極めて輝度が高く、集光性に優れているので、効率よく集光することができる。【００３１】
第１楕円面鏡３は、例えば、第１焦点（短焦点）３ａの距離Ｆ１＝１０ｍｍ、第２焦点（長焦点）３ｂの距離Ｆ２＝１００ｍｍである。第１楕円面鏡３の反射面には、例えば、可視光を効率よく反射し、赤外光を透過する誘電体多層膜が形成されており、第１ランプ１から放射される光のうち、可視光成分を効率よく所望の方向に反射する。【００３２】
第１ランプ１は、発光中心１ａが、およそ第１楕円面鏡３の第１焦点３ａと一致するように配置される。これにより、光源の大きさに比例した集光スポットが第１楕円面鏡３の第２焦点３ｂ近傍に形成され、第１ランプ１の放射光を効率よく集光することができる。【００３３】
第１球面鏡５は、第１ランプ１の発光中心１ａに対して、第１楕円面鏡３と同じ側に設けられている。第１球面鏡５の中心５ａは、発光中心１ａとおよそ一致するように配置され、第１ランプ１の放射光のうち放射角９０度の範囲の光を反射する。これにより、第１ランプ１の放射光のうち、第１球面鏡５に入射した光は反射されて第１楕円面鏡３に入射する。【００３４】
同様に、第２ランプ２、第２楕円面鏡４、第２球面鏡６で一組を成し、第２ランプ２の放射光を集光する。第２ランプ２としては、第１ランプ１と同じ超高圧水銀ランプを使用することができる。第２楕円面鏡４、第２球面鏡６は、いずれも、第１楕円面鏡３、第１球面鏡５と同じものを使用することができる。【００３５】
第２ランプ２は、発光中心２ａが、およそ第２楕円面鏡４の第１焦点４ａと一致するように配置される。これにより、光源の大きさに比例した集光スポットが第２楕円面鏡４の第２焦点４ｂ近傍に形成され、第１ランプ１の放射光を効率よく集光することができる。【００３６】
第２球面鏡６は、第２ランプ２の発光中心２ａに対して、第２楕円面鏡４と反対側、すなわち第２楕円面鏡４の開口側に設けられている。第２球面鏡６の中心６ａは、発光中心２ａとおよそ一致するように配置され、第２ランプ２の放射光のうち放射角９０度の範囲の光を反射する。これにより、第２ランプ２の放射光のうち、第２球面鏡６に入射した光は反射されて第２楕円面鏡４に入射する。【００３７】
以上の構成により、第１楕円面鏡３は、第１ランプ１の放射光及び第１球面鏡５の反射光を集光する。同様に、第２楕円面鏡４は、第２ランプ２の放射光及び第２球面鏡６の反射光を集光する。なお、第１球面鏡５と第２球面鏡６の構成の相違により、図示されるように、第１楕円面鏡３により集光される光は、第２楕円面鏡４により集光される光と比べて、光軸に対して大きな角度を持った領域に分布する。【００３８】
第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４は、反射光の光軸が互いに所定の角度で交わるように配置される。図１の例では、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂは略直交している。光軸１ｂ、２ｂの交わる位置（交点）は、第１及び第２ランプ１、２のそれぞれからほぼ等距離に位置する。光軸１ｂ、２ｂの交点には、平面ミラー７が、光軸１ｂ、２ｂに対し略４５度方向に傾けられて配置されている。【００３９】
平面ミラー７には、反射膜７ａが蒸着されており、第１楕円面鏡３の出射光は平面ミラー７で反射され、光軸１ｂが略９０度方向に曲げられる。【００４０】
一方、平面ミラー７の一部には、反射膜７ａが蒸着されていない透光部７ｂが設けられており、第２楕円面鏡４からの出射光は透光部７ｂを透過する。【００４１】
上記構成により、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４の出射光が略共軸かつ略同一方向に進行する光となるように合成され、それぞれの第２焦点３ｂと４ｂを一致させることができる。したがって、合成による光損失が低減され、第１及び第２ランプ１、２の放射光を極めて効率よく合成して集光できる。【００４２】
なお、第１及び第２球面鏡５、６の反射領域は、第１及び第２ランプ１、２の放射光に対して放射角９０度以下であることが好ましい。【００４３】
また、第１球面鏡５を配置する代わりに、図２に示すようにランプ１の発光管１ｃの外表面に直接、反射膜１ｄを蒸着して球面鏡を設けた構成とすることもできる。第２ランプ２についても同様である。【００４４】
また、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４の反射面を非球面形状とすれば、さらに効率よく光を反射することができる。【００４５】
また、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂを上記構成のように略直交させることは必須ではない。交わる角度は限定されることはなく、交わる角度に応じて、第１及び第２ランプ１、２間に配置される平面ミラー７の傾きを調整すれば、交わる角度を適宜設定することが可能である。すなわち、平面ミラー７は、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂの対称面に配置されればよい。【００４６】
また、第１ランプ１と第２ランプ２、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４、第１球面鏡５と第２球面鏡６をそれぞれ同じものにすることも必須ではない。第２焦点位置が合致するように設定しさえすれば、同じものでなくてもよい。【００４７】
また、平面ミラー７を、第１楕円面鏡３の出射光を反射し、第２楕円面鏡４の出射光を透過させるように構成することも必須ではない。第１楕円面鏡３の出射光を透過させ、第２楕円面鏡４の出射光を反射するように、反射膜７ａの蒸着範囲を変えてもよい。【００４８】
また、平面ミラー７における反射膜７ａの蒸着されない透光部７ｂは、平面ミラー７に開口を設けた構成にしてもよい。あるいは、上述のように、第１楕円面鏡３の出射光と第２楕円面鏡４の出射光の反射と透過を逆転させた場合は、平面ミラー７のサイズを小さくすることで置き換えてもよい。要するに、出射光を反射させず、通過（＝透過）させることができればよい。【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。【００５０】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における光源装置を示す構成図である。この光源装置は、第１及び第２ランプ１１、１２、第１及び第２放物面鏡１３、１４（第１及び第２凹面鏡）、第１及び第２非球面鏡１５、１６（第３及び第４凹面鏡）、及び平面ミラー１７から構成されている。【００５１】
第１ランプ１１、第１放物面鏡１３、第１非球面鏡１５で一組を成し、第１ランプ１１の放射光を集光する。第１ランプ１１としては、超高圧水銀ランプを用いることができる。【００５２】
第１ランプ１１は、発光中心１１ａが、およそ放物面鏡１３の第１焦点１３ａと一致するように配置される。非球面鏡１５は第１ランプ１１の発光中心１１ａに対して、放物面鏡１３と同じ側に設けられている。非球面鏡１５の中心１５ａは、発光中心１１ａとおよそ一致するように配置され、第１ランプ１１の放射光のうち放射角がおよそ９０度までの範囲の光を反射する。これにより、第１ランプ１１の放射光のうち、非球面鏡１５に入射した光は反射されて放物面鏡１３に入射する。【００５３】
同様に、第２ランプ１２、第２放物面鏡１４、第４凹面鏡１６で一組を成し、第２ランプ１２の放射光を集光する。【００５４】
第２ランプ１２としては、第１ランプ１１と同様の超高圧水銀ランプを用いることができる。第２放物面鏡１４、第２非球面鏡１６はそれぞれ、第１放物面鏡１３、第１非球面鏡１５と同じものを使用することができる。【００５５】
第２ランプ１２は、発光中心１２ａが、およそ第２放物面鏡１４の第１焦点１４ａと一致するように配置される。第２非球面鏡１６は、第２ランプ１２の発光中心１２ａに対して、第２放物面鏡１４と反対側の開口側に設けられている。第２非球面鏡１６の中心１６ａは、発光中心１２ａとおよそ一致するように配置され、第２ランプ１２の放射光のうち放射角がおよそ９０度までの範囲の光を反射する。これにより、第２ランプ１２の放射光のうち、第２非球面鏡１６に入射した光は反射されて第２放物面鏡１４に入射する。【００５６】
以上の構成により、第１放物面鏡１３は、第１ランプ１１の放射光及び非球面鏡１５の反射光を集光して平行光とする。同様に、第２放物面鏡１４は、第２ランプ１２の放射光及び第２非球面鏡１６の反射光を集光して平行光とする。【００５７】
第１ランプ１１の光軸１１ｂと、第２ランプ１２の光軸１２ｂは略直交しており、光軸１１ｂ、１２ｂの交わる位置に、平面ミラー１７が、光軸１１ｂ、１２ｂに対し略４５度方向に傾けられて配置される。【００５８】
平面ミラー１７には、反射膜１７ａが蒸着されており、第１放物面鏡１３の出射光は平面ミラー１７で反射され、光軸１ｂが略９０度方向に曲げられる。【００５９】
一方、平面ミラー１７の一部に反射膜１７ａが蒸着されていない透光部１７ｂが設けられており、その透光部１７ｂを第２放物面鏡１４の出射光が透過する。【００６０】
上記構成により、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４の出射光を、略共軸かつ略同一方向に進行する光となるように合成することができる。【００６１】
したがって、合成による光損失が低減され、第１及び第２ランプ１１、１２の放射光を極めて効率よく合成して集光できる。【００６２】
また、第１及び第２非球面鏡１５、１６を用いることで、第１及び第２ランプ１１、１２の発光管で屈折した光の光路を最適に制御して反射させることができる。【００６３】
なお、第１及び第２非球面鏡１５、１６の反射領域は、第１及び第２ランプ１１、１２の放射光に対して放射角９０度以下であることが好ましい。【００６４】
また、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４の反射面を非球面形状とすれば、さらに効率よく光を反射することができる。【００６５】
また、第１ランプ１１の光軸１１ｂと第２ランプ１２の光軸１２ｂを上記構成のように略直交させることは必須ではない。交わる角度は限定されることはなく、交わる角度に応じて、第１及び第２ランプ１１、１２間に配置される平面ミラー１７の傾きを調整すれば、交わる角度を適宜設定することが可能である。【００６６】
また、第１ランプ１１と第２ランプ１２、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４、第１非球面鏡１５と第２非球面鏡１６をそれぞれ同じものとすることも必須ではない。【００６７】
また、平面ミラー１７を、第１放物面鏡１３の出射光を反射し、第２放物面鏡１４の出射光を透過させるようにすることも必須ではない。第１放物面鏡１３の出射光を透過させ、第２放物面鏡１４の出射光を反射するように、反射膜１７ａの蒸着範囲を変えてもよい。【００６８】
また、平面ミラー１７における反射膜１７ａの蒸着されない透光部１７ｂは、平面ミラー１７に開口を設けた構成にしてもよい。あるいは、上述のように、第１放物面鏡１３の出射光と第２放物面鏡１４の出射光の反射と透過を逆転させた場合は、平面ミラー１７のサイズを小さくすることで置き換えてもよい。要するに、出射光を反射させず、通過（＝透過）させることができればよい。【００６９】
以上のように、本発明は、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。【００７０】
（実施の形態３）
図４Ａは、実施の形態３における光源装置の構成を示す平面図である。この光源装置は、第１光源部１８、第２光源部１９、及び光合成部２０からなる。図４Ｂは、光合成部２０の側面図である。【００７１】
第１光源部１８及び第２光源部１９はいずれも、図１に示した光源装置と基本的に同様の構成であり、第１及び第２ランプ１、２、第１及び第２楕円面鏡３、４、第１及び第２球面鏡５、６、及び平面ミラー７を有する。図１の装置と異なる点は、第２楕円面鏡４の光路中に平面ミラー２１が配置され、光路が折り曲げられる点である。【００７２】
光合成部２０は、石英ガラス製の直角プリズムであり、図４Ｂに示すように、反射膜２０ａが蒸着されている。第１光源部１８の出射光１８ａと第２光源部の出射光１９ａは、光合成部２０上で集光され、同一の方向に進行する光として反射される。【００７３】
このように構成すれば、４個のランプを使用することで更なる高輝度化を図ることができ、全体の構成もコンパクトにすることができる。【００７４】
以上のように、本発明は、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。【００７５】
本実施の形態における光源装置も、前述の他の実施の形態と同様、ランプ、楕円面鏡、球面鏡等は同じものでなくてもよく、光源の配置も限定されるものではない。【００７６】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４における投写型表示装置を示す断面図である。この投写型表示装置は、光源装置２２、照明装置２３、空間光変調素子２７、及び投写レンズ２８からなる。【００７７】
光源装置２２は、図１に示した実施の形態１の光源装置と同一であり、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光する。【００７８】
照明装置２３は、回転型カラーフィルター２４、集光レンズ２５、及びフィールドレンズ２６で構成される。【００７９】
以上のように構成された投写型表示装置において、光源装置２２からの出射光は、回転型カラーフィルター２４上に集光される。回転型カラーフィルター２４は、赤、緑、青の各帯域を透過する赤透過フィルター、緑透過フィルター、青透過フィルターを円盤状に張り合わせ、モーター（図示せず）によって回転させるものである。【００８０】
回転型カラーフィルター２４により、光源装置２２で集光された光のうち、赤、緑、青の帯域の光が選択的に時系列で透過され、順次、集光レンズ２５に入射する。集光レンズ２５は、回転型カラーフィルター２４を透過した発散光を略平行光に変換して、照明光を形成する。【００８１】
空間光変調素子２７は、例えば透過型の液晶パネルで構成することができ、照明光を受けて、透過率の変化として映像信号に応じた光学像を形成する。投写レンズ２８は、空間光変調素子２７上に形成された光学像をスクリーン上に投影する。フィールドレンズ２６は、照明光を効率よく投写レンズ２８に入射させるために用られる。【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、複数のランプの放射光を効率よく合成できる光源装置２２を用いることで、非常に明るい投写型表示装置を実現することができる。【００８３】
なお、本実施の形態の投写型表示装置には、実施の形態１の光源装置に限らず、他の実施の形態の光源装置も適宜用いることができる。【００８４】
また、本実施の形態の投写型表示装置をキャビネット内に収め、キャビネットに取り付けられた透過型のスクリーンを介して表示画像を観察するための、背面投写型表示装置の構成とすることもできる。【００８５】
以上の各実施の形態において、空間光変調素子は、透過型液晶パネルに限定されるものではなく、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）や反射型液晶パネルなどを用いてもよい。【００８６】
以上の各実施の形態において、ランプは超高圧水銀ランプに限定されるものではなく、キセノンランプやＬＥＤ、レーザー光源を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の光源装置は、複数のランプの放射光を合成する際に共軸化することができるので、合成による光損失が低減され、効率よく高輝度化することが可能である。従って、プロジェクター等の投写型表示装置の光源として有用である。
【図１】
2008155899.tif 000003
【図２】
2008155899.tif 000004
【図３】
2008155899.tif 000005
【図４Ａ】
2008155899.tif 000006
【図４Ｂ】
2008155899.tif 000007
【図５】
2008155899.tif 000008
【図６】
2008155899.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月21日(2008.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２ランプと、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第１および第２凹面鏡と、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第３および第４凹面鏡と、
前記第１および第２ランプの間に配置された平面ミラーとを備え、
前記第３凹面鏡は、前記第１ランプの光源中心に対して前記第１凹面鏡と同じ側で、かつ前記第１凹面鏡よりも前記第１ランプの光源中心に近い位置に設けられて、前記第１ランプの放射光の一部を前記第１凹面鏡に向けて反射し、
前記第４凹面鏡は、前記第２ランプの光源中心に対して前記第２凹面鏡の開口側で、かつ前記第２凹面鏡よりも前記第２ランプの光源中心に近い位置に設けられて、前記第２ランプの放射光の一部を前記第２凹面鏡に向けて反射し、
前記第１凹面鏡は、前記第１ランプの放射光及び前記第３凹面鏡の反射光を集光し、
前記第２凹面鏡は、前記第２ランプの放射光及び前記第４凹面鏡の反射光を集光し、
前記第１凹面鏡と前記第２凹面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置され、
前記平面ミラーは、前記第１凹面鏡の出射光を反射するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を透過し、または、前記第１凹面鏡の出射光を透過するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を反射し、
前記第１及び第２凹面鏡の出射光が、前記平面ミラーにより共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１および第２凹面鏡は、楕円面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１および第２凹面鏡は、放物面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１および第２凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記放電ランプを構成する発光管の外表面形状が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記第３及び第４凹面鏡は、前記放電ランプを構成する発光管の外表面上に蒸着された反射膜により構成されている請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記第３および第４凹面鏡は、球面鏡である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記第３および第４凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１ランプの発光中心と、前記第１凹面鏡の第１焦点と、前記第３凹面鏡の中心、および前記第２ランプの発光中心と、前記第２凹面鏡の第１焦点と、前記第４凹面鏡の中心とは、それぞれ一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１および第２凹面鏡の第２焦点は一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光源装置の構成を有する光源部を複数備え、
前記複数の光源部の出射光を同一方向に進行する光となるように合成する光合成部をさらに備えた光源装置。
【請求項１２】
前記光合成部がプリズムにより構成された請求項１１記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置の出射光を集光して照明光を形成する照明装置と、
前記照明光が入射され、映像信号に応じた前記入射光の変調を行う空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月18日(2009.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】光源装置およびこれを用いた投写型表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば画像形成手段を照明するために用いることができる光源装置、及び、画像形成手段上に形成される光学像をその光源装置により照明し、投写レンズによりスクリーン上に投写するための投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示する方法の１つとして、映像信号に応じた光学像を形成する小型の空間光変調素子を画像形成手段に用い、その光学像を照明して、投写レンズにより拡大投写する投写型表示装置が知られている。そして、空間光変調素子として液晶パネルを用いた、プロジェクター等の投写型表示装置が実用化されている。このような投写型表示装置では、投写画像の高輝度化に対する要望が強く、それに応じるため、複数のランプを用いて光源装置を構成した投写型表示装置が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
図６は、そのような投写型表示装置の構成例である。この投写型表示装置は、放電ランプ３１、３２、楕円面鏡３３、３４、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３５、３６、平面ミラー３７、３８、反射プリズム３９、集光レンズ４０、第１レンズアレイ４１、第２レンズアレイ４２、ビーム合成レンズ４３、フィールドレンズ４４、液晶パネル４５、及び、投写レンズ４６から構成される。
【０００４】
放電ランプ３１、３２には、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ３１、３２から放射される光は、それぞれ対応する楕円面鏡３３、３４により集光され、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ３５、３６で紫外光、赤外光成分が除去された後、平面ミラー３７、３８で光路が折り曲げられる。楕円面鏡３３、３４の第２焦点近傍に、反射プリズム３９が配置される。これにより、反射プリズム３９の反射面３９ａ近傍には、ランプ３１、３２の集光スポットが形成される。
【０００５】
反射プリズム３９の反射面３９ａには、アルミニウム膜または誘電体多層膜が蒸着されており、可視光を効率良く反射する。反射プリズム３９で反射される光は発散光であり、集光レンズ４０に入射する。集光レンズ４０としては例えば、非球面の両凸レンズが用いられ、入射光を略平行光に変換する。
【０００６】
集光レンズ４０からの平行光束は、複数のレンズで構成された第１レンズアレイ４１に入射し、多数の微小光束に分割される。多数の微小光束は、それぞれ複数のレンズで構成された第２レンズアレイ４２の対応するレンズ上に収束する。従って、第２レンズアレイ４２上には、ランプ３１、３２の多数の像が形成される。第２レンズアレイ４２は、第１レンズアレイ４１と同一の形状を有する。
【０００７】
第２レンズアレイ４２の各矩形レンズは、対応する第１レンズアレイ４１の矩形レンズ面に入射した微小光束を拡大し、それにより液晶パネル面４５が照明される。ビーム合成レンズ４３は、第２レンズアレイ４２の各矩形レンズから出射した光を液晶パネル４５上で重ね合わせるために用いられる。
【０００８】
第１レンズアレイ４１の入射光束を多数の微小光束に分割し、それらを拡大して液晶パネル４５上で重ね合わせることにより、液晶パネル４５上を均一性良く照明することができる。
【０００９】
フィールドレンズ４４は、液晶パネル４５上を照明する光を投写レンズ４６の瞳面に集光するためのものである。投写レンズ４６は、液晶パネル４５上に形成される光学像をスクリーン（図示せず）上に投写する。
【００１０】
上記構成によれば、液晶パネル４５を複数のランプ３１、３２で照明するため、明るい光源により照明される投写型表示装置を構成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２０００−３６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来例の構成では、反射プリズム３９を用いて複数のランプ３１、３２の放射光を合成している。しかしながら、このような合成方法では、各ランプ３１、３２の光軸を同軸上に合成することができない。すなわち、図６の構成において、合成後の光軸４７に対して、ランプ３１、３２の光軸３１ａ、３２ａを同軸上に合成することは不可能である。その結果、合成後の光学系において光損失が大きくなるという課題があった。
【００１２】
２つのランプの出力光を合成する場合、合成損失が全くなければ合成後の光出力は２倍になる。しかし、一般的には、合成後の光出力は１．５倍〜１．６倍程度である。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、複数のランプを用いた場合の合成損失を低減して、光出力の大きい光源装置を提供することを目的とする。また、この光源装置を用いて明るい投写画像を表示することのできる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題を解決するため、本発明の光源装置は、第１および第２ランプと、前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第１および第２凹面鏡と、前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第３および第４凹面鏡と、前記第１および第２ランプの間に配置された平面ミラーとを備える。
【００１５】
前記第３凹面鏡は、前記第１ランプの光源中心に対して前記第１凹面鏡と同じ側に設けられて、前記第１ランプの放射光の一部を前記第１凹面鏡に向けて反射する。前記第４凹面鏡は、前記第２ランプの光源中心に対して前記第２凹面鏡の開口側に設けられて、前記第２ランプの放射光の一部を前記第２凹面鏡に向けて反射する。前記第１凹面鏡は、前記第１ランプの放射光及び前記第３凹面鏡の反射光を集光し、前記第２凹面鏡は、前記第２ランプの放射光及び前記第４凹面鏡の反射光を集光する。前記第１凹面鏡と前記第２凹面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置される。前記平面ミラーは、前記第１凹面鏡の出射光を反射するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を透過し、または、前記第１凹面鏡の出射光を透過するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を反射し、前記第１及び第２凹面鏡の出射光が、前記平面ミラーにより共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成される。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成によれば、複数のランプを用いても、各ランプの光軸を略共軸となるように合成することができるので、合成に伴う光損失が低減され、光利用効率の高い光源装置を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における光源装置の概略構成を示す断面図
【図２】図２は、同光源装置に用いられるランプの概略構成を示す断面図
【図３】図３は、本発明の実施の形態２における光源装置の概略構成を示す断面図
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態３における光源装置の概略構成を示す断面図
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの一部を示す側面図
【図５】図５は、本発明の実施の形態４における投写型表示装置の概略構成を示す断面図
【図６】図６は、従来例の光源装置の概略構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の光源装置は上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
【００１９】
すなわち、前記第１および第２凹面鏡は、楕円面鏡により構成することができる。あるいは、前記第１および第２凹面鏡は、放物面鏡により構成することができる。また、前記第１および第２凹面鏡は、その反射面が非球面形状であることが好ましい。
【００２０】
また、前記第１および第２ランプは放電ランプである場合に、前記放電ランプを構成する発光管の外表面形状が非球面形状である構成とすることが好ましい。
【００２１】
また、前記第１および第２ランプは放電ランプである場合に、前記第３及び第４凹面鏡は、前記放電ランプを構成する発光管の外表面上に蒸着された反射膜により構成することができる。
【００２２】
また、前記第３および第４凹面鏡は、球面鏡により構成することができる。また、前記第３および第４凹面鏡は、その反射面が非球面形状である構成とすることができる。
【００２３】
また、前記第１ランプの発光中心と、前記第１凹面鏡の第１焦点と、前記第３凹面鏡の中心、および前記第２ランプの発光中心と、前記第２凹面鏡の第１焦点と、前記第４凹面鏡の中心とは、それぞれ一致していることが好ましい。
【００２４】
また、前記第１および第２凹面鏡の第２焦点は一致している構成とすることができる。
【００２５】
また、上記いずれかの光源装置の構成を有する光源部を複数備え、前記複数の光源部の出射光を同一方向に進行する光となるように合成する光合成部をさらに備えた構成とすることができる。その場合、前記光合成部をプリズムにより構成することができる。
【００２６】
本発明の投写型表示装置は、上記いずれかの構成の光源装置と、前記光源装置の出射光を集光して照明光を形成する照明装置と、前記照明光が入射され、映像信号に応じた前記入射光の変調を行う空間光変調素子と、前記空間光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備える。それにより、空間光変調素子を比較的強い光で照明し、投写画像の輝度を高めることができる。また、万一、１個のランプが不点灯となった場合でも、色むら、明るさむらの少ない投写型表示装置を実現することができる。
【００２７】
以下、本発明の光源装置及び投写型表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における光源装置の構成を示す断面図である。この光源装置は、第１及び第２ランプ１、２、第１及び第２楕円面鏡３、４（第１及び第２凹面鏡）、第１及び第２球面鏡５、６（第３及び第４凹面鏡）、及び平面ミラー７から構成されている。
【００２９】
第１ランプ１、第１楕円面鏡３、第１球面鏡５で一組を成し、第１ランプ１の放射光を集光する。第１ランプ１としては、超高圧水銀ランプを用いることができる。超高圧水銀ランプは、極めて輝度が高く、集光性に優れているので、効率よく集光することができる。
【００３０】
第１楕円面鏡３は、例えば、第１焦点（短焦点）３ａの距離Ｆ１＝１０ｍｍ、第２焦点（長焦点）３ｂの距離Ｆ２＝１００ｍｍである。第１楕円面鏡３の反射面には、例えば、可視光を効率よく反射し、赤外光を透過する誘電体多層膜が形成されており、第１ランプ１から放射される光のうち、可視光成分を効率よく所望の方向に反射する。
【００３１】
第１ランプ１は、発光中心１ａが、およそ第１楕円面鏡３の第１焦点３ａと一致するように配置される。これにより、光源の大きさに比例した集光スポットが第１楕円面鏡３の第２焦点３ｂ近傍に形成され、第１ランプ１の放射光を効率よく集光することができる。
【００３２】
第１球面鏡５は、第１ランプ１の発光中心１ａに対して、第１楕円面鏡３と同じ側に設けられている。第１球面鏡５の中心５ａは、発光中心１ａとおよそ一致するように配置され、第１ランプ１の放射光のうち放射角９０度の範囲の光を反射する。これにより、第１ランプ１の放射光のうち、第１球面鏡５に入射した光は反射されて第１楕円面鏡３に入射する。
【００３３】
同様に、第２ランプ２、第２楕円面鏡４、第２球面鏡６で一組を成し、第２ランプ２の放射光を集光する。第２ランプ２としては、第１ランプ１と同じ超高圧水銀ランプを使用することができる。第２楕円面鏡４、第２球面鏡６は、いずれも、第１楕円面鏡３、第１球面鏡５と同じものを使用することができる。
【００３４】
第２ランプ２は、発光中心２ａが、およそ第２楕円面鏡４の第１焦点４ａと一致するように配置される。これにより、光源の大きさに比例した集光スポットが第２楕円面鏡４の第２焦点４ｂ近傍に形成され、第１ランプ１の放射光を効率よく集光することができる。
【００３５】
第２球面鏡６は、第２ランプ２の発光中心２ａに対して、第２楕円面鏡４と反対側、すなわち第２楕円面鏡４の開口側に設けられている。第２球面鏡６の中心６ａは、発光中心２ａとおよそ一致するように配置され、第２ランプ２の放射光のうち放射角９０度の範囲の光を反射する。これにより、第２ランプ２の放射光のうち、第２球面鏡６に入射した光は反射されて第２楕円面鏡４に入射する。
【００３６】
以上の構成により、第１楕円面鏡３は、第１ランプ１の放射光及び第１球面鏡５の反射光を集光する。同様に、第２楕円面鏡４は、第２ランプ２の放射光及び第２球面鏡６の反射光を集光する。なお、第１球面鏡５と第２球面鏡６の構成の相違により、図示されるように、第１楕円面鏡３により集光される光は、第２楕円面鏡４により集光される光と比べて、光軸に対して大きな角度を持った領域に分布する。
【００３７】
第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４は、反射光の光軸が互いに所定の角度で交わるように配置される。図１の例では、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂは略直交している。光軸１ｂ、２ｂの交わる位置（交点）は、第１及び第２ランプ１、２のそれぞれからほぼ等距離に位置する。光軸１ｂ、２ｂの交点には、平面ミラー７が、光軸１ｂ、２ｂに対し略４５度方向に傾けられて配置されている。
【００３８】
平面ミラー７には、反射膜７ａが蒸着されており、第１楕円面鏡３の出射光は平面ミラー７で反射され、光軸１ｂが略９０度方向に曲げられる。
【００３９】
一方、平面ミラー７の一部には、反射膜７ａが蒸着されていない透光部７ｂが設けられており、第２楕円面鏡４からの出射光は透光部７ｂを透過する。
【００４０】
上記構成により、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４の出射光が略共軸かつ略同一方向に進行する光となるように合成され、それぞれの第２焦点３ｂと４ｂを一致させることができる。したがって、合成による光損失が低減され、第１及び第２ランプ１、２の放射光を極めて効率よく合成して集光できる。
【００４１】
なお、第１及び第２球面鏡５、６の反射領域は、第１及び第２ランプ１、２の放射光に対して放射角９０度以下であることが好ましい。
【００４２】
また、第１球面鏡５を配置する代わりに、図２に示すようにランプ１の発光管１ｃの外表面に直接、反射膜１ｄを蒸着して球面鏡を設けた構成とすることもできる。第２ランプ２についても同様である。
【００４３】
また、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４の反射面を非球面形状とすれば、さらに効率よく光を反射することができる。
【００４４】
また、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂを上記構成のように略直交させることは必須ではない。交わる角度は限定されることはなく、交わる角度に応じて、第１及び第２ランプ１、２間に配置される平面ミラー７の傾きを調整すれば、交わる角度を適宜設定することが可能である。すなわち、平面ミラー７は、第１ランプ１の光軸１ｂと第２ランプ２の光軸２ｂの対称面に配置されればよい。
【００４５】
また、第１ランプ１と第２ランプ２、第１楕円面鏡３と第２楕円面鏡４、第１球面鏡５と第２球面鏡６をそれぞれ同じものにすることも必須ではない。第２焦点位置が合致するように設定しさえすれば、同じものでなくてもよい。
【００４６】
また、平面ミラー７を、第１楕円面鏡３の出射光を反射し、第２楕円面鏡４の出射光を透過させるように構成することも必須ではない。第１楕円面鏡３の出射光を透過させ、第２楕円面鏡４の出射光を反射するように、反射膜７ａの蒸着範囲を変えてもよい。
【００４７】
また、平面ミラー７における反射膜７ａの蒸着されない透光部７ｂは、平面ミラー７に開口を設けた構成にしてもよい。あるいは、上述のように、第１楕円面鏡３の出射光と第２楕円面鏡４の出射光の反射と透過を逆転させた場合は、平面ミラー７のサイズを小さくすることで置き換えてもよい。要するに、出射光を反射させず、通過（＝透過）させることができればよい。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によれば、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における光源装置を示す構成図である。この光源装置は、第１及び第２ランプ１１、１２、第１及び第２放物面鏡１３、１４（第１及び第２凹面鏡）、第１及び第２非球面鏡１５、１６（第３及び第４凹面鏡）、及び平面ミラー１７から構成されている。
【００５０】
第１ランプ１１、第１放物面鏡１３、第１非球面鏡１５で一組を成し、第１ランプ１１の放射光を集光する。第１ランプ１１としては、超高圧水銀ランプを用いることができる。
【００５１】
第１ランプ１１は、発光中心１１ａが、およそ放物面鏡１３の第１焦点１３ａと一致するように配置される。非球面鏡１５は第１ランプ１１の発光中心１１ａに対して、放物面鏡１３と同じ側に設けられている。非球面鏡１５の中心１５ａは、発光中心１１ａとおよそ一致するように配置され、第１ランプ１１の放射光のうち放射角がおよそ９０度までの範囲の光を反射する。これにより、第１ランプ１１の放射光のうち、非球面鏡１５に入射した光は反射されて放物面鏡１３に入射する。
【００５２】
同様に、第２ランプ１２、第２放物面鏡１４、第４凹面鏡１６で一組を成し、第２ランプ１２の放射光を集光する。
【００５３】
第２ランプ１２としては、第１ランプ１１と同様の超高圧水銀ランプを用いることができる。第２放物面鏡１４、第２非球面鏡１６はそれぞれ、第１放物面鏡１３、第１非球面鏡１５と同じものを使用することができる。
【００５４】
第２ランプ１２は、発光中心１２ａが、およそ第２放物面鏡１４の第１焦点１４ａと一致するように配置される。第２非球面鏡１６は、第２ランプ１２の発光中心１２ａに対して、第２放物面鏡１４と反対側の開口側に設けられている。第２非球面鏡１６の中心１６ａは、発光中心１２ａとおよそ一致するように配置され、第２ランプ１２の放射光のうち放射角がおよそ９０度までの範囲の光を反射する。これにより、第２ランプ１２の放射光のうち、第２非球面鏡１６に入射した光は反射されて第２放物面鏡１４に入射する。
【００５５】
以上の構成により、第１放物面鏡１３は、第１ランプ１１の放射光及び非球面鏡１５の反射光を集光して平行光とする。同様に、第２放物面鏡１４は、第２ランプ１２の放射光及び第２非球面鏡１６の反射光を集光して平行光とする。
【００５６】
第１ランプ１１の光軸１１ｂと、第２ランプ１２の光軸１２ｂは略直交しており、光軸１１ｂ、１２ｂの交わる位置に、平面ミラー１７が、光軸１１ｂ、１２ｂに対し略４５度方向に傾けられて配置される。
【００５７】
平面ミラー１７には、反射膜１７ａが蒸着されており、第１放物面鏡１３の出射光は平面ミラー１７で反射され、光軸１ｂが略９０度方向に曲げられる。
【００５８】
一方、平面ミラー１７の一部に反射膜１７ａが蒸着されていない透光部１７ｂが設けられており、その透光部１７ｂを第２放物面鏡１４の出射光が透過する。
【００５９】
上記構成により、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４の出射光を、略共軸かつ略同一方向に進行する光となるように合成することができる。
【００６０】
したがって、合成による光損失が低減され、第１及び第２ランプ１１、１２の放射光を極めて効率よく合成して集光できる。
【００６１】
また、第１及び第２非球面鏡１５、１６を用いることで、第１及び第２ランプ１１、１２の発光管で屈折した光の光路を最適に制御して反射させることができる。
【００６２】
なお、第１及び第２非球面鏡１５、１６の反射領域は、第１及び第２ランプ１１、１２の放射光に対して放射角９０度以下であることが好ましい。
【００６３】
また、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４の反射面を非球面形状とすれば、さらに効率よく光を反射することができる。
【００６４】
また、第１ランプ１１の光軸１１ｂと第２ランプ１２の光軸１２ｂを上記構成のように略直交させることは必須ではない。交わる角度は限定されることはなく、交わる角度に応じて、第１及び第２ランプ１１、１２間に配置される平面ミラー１７の傾きを調整すれば、交わる角度を適宜設定することが可能である。
【００６５】
また、第１ランプ１１と第２ランプ１２、第１放物面鏡１３と第２放物面鏡１４、第１非球面鏡１５と第２非球面鏡１６をそれぞれ同じものとすることも必須ではない。
【００６６】
また、平面ミラー１７を、第１放物面鏡１３の出射光を反射し、第２放物面鏡１４の出射光を透過させるようにすることも必須ではない。第１放物面鏡１３の出射光を透過させ、第２放物面鏡１４の出射光を反射するように、反射膜１７ａの蒸着範囲を変えてもよい。
【００６７】
また、平面ミラー１７における反射膜１７ａの蒸着されない透光部１７ｂは、平面ミラー１７に開口を設けた構成にしてもよい。あるいは、上述のように、第１放物面鏡１３の出射光と第２放物面鏡１４の出射光の反射と透過を逆転させた場合は、平面ミラー１７のサイズを小さくすることで置き換えてもよい。要するに、出射光を反射させず、通過（＝透過）させることができればよい。
【００６８】
以上のように、本発明は、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。
【００６９】
（実施の形態３）
図４Ａは、実施の形態３における光源装置の構成を示す平面図である。この光源装置は、第１光源部１８、第２光源部１９、及び光合成部２０からなる。図４Ｂは、光合成部２０の側面図である。
【００７０】
第１光源部１８及び第２光源部１９はいずれも、図１に示した光源装置と基本的に同様の構成であり、第１及び第２ランプ１、２、第１及び第２楕円面鏡３、４、第１及び第２球面鏡５、６、及び平面ミラー７を有する。図１の装置と異なる点は、第２楕円面鏡４の光路中に平面ミラー２１が配置され、光路が折り曲げられる点である。
【００７１】
光合成部２０は、石英ガラス製の直角プリズムであり、図４Ｂに示すように、反射膜２０ａが蒸着されている。第１光源部１８の出射光１８ａと第２光源部の出射光１９ａは、光合成部２０上で集光され、同一の方向に進行する光として反射される。
【００７２】
このように構成すれば、４個のランプを使用することで更なる高輝度化を図ることができ、全体の構成もコンパクトにすることができる。
【００７３】
以上のように、本発明は、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光することで、光出力の大きな光源装置を実現することができる。
【００７４】
本実施の形態における光源装置も、前述の他の実施の形態と同様、ランプ、楕円面鏡、球面鏡等は同じものでなくてもよく、光源の配置も限定されるものではない。
【００７５】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４における投写型表示装置を示す断面図である。この投写型表示装置は、光源装置２２、照明装置２３、空間光変調素子２７、及び投写レンズ２８からなる。
【００７６】
光源装置２２は、図１に示した実施の形態１の光源装置と同一であり、複数のランプの放射光を効率よく合成して集光する。
【００７７】
照明装置２３は、回転型カラーフィルター２４、集光レンズ２５、及びフィールドレンズ２６で構成される。
【００７８】
以上のように構成された投写型表示装置において、光源装置２２からの出射光は、回転型カラーフィルター２４上に集光される。回転型カラーフィルター２４は、赤、緑、青の各帯域を透過する赤透過フィルター、緑透過フィルター、青透過フィルターを円盤状に張り合わせ、モーター（図示せず）によって回転させるものである。
【００７９】
回転型カラーフィルター２４により、光源装置２２で集光された光のうち、赤、緑、青の帯域の光が選択的に時系列で透過され、順次、集光レンズ２５に入射する。集光レンズ２５は、回転型カラーフィルター２４を透過した発散光を略平行光に変換して、照明光を形成する。
【００８０】
空間光変調素子２７は、例えば透過型の液晶パネルで構成することができ、照明光を受けて、透過率の変化として映像信号に応じた光学像を形成する。投写レンズ２８は、空間光変調素子２７上に形成された光学像をスクリーン上に投影する。フィールドレンズ２６は、照明光を効率よく投写レンズ２８に入射させるために用られる。
【００８１】
以上のように、本実施の形態によれば、複数のランプの放射光を効率よく合成できる光源装置２２を用いることで、非常に明るい投写型表示装置を実現することができる。
【００８２】
なお、本実施の形態の投写型表示装置には、実施の形態１の光源装置に限らず、他の実施の形態の光源装置も適宜用いることができる。
【００８３】
また、本実施の形態の投写型表示装置をキャビネット内に収め、キャビネットに取り付けられた透過型のスクリーンを介して表示画像を観察するための、背面投写型表示装置の構成とすることもできる。
【００８４】
以上の各実施の形態において、空間光変調素子は、透過型液晶パネルに限定されるものではなく、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）や反射型液晶パネルなどを用いてもよい。
【００８５】
以上の各実施の形態において、ランプは超高圧水銀ランプに限定されるものではなく、キセノンランプやＬＥＤ、レーザー光源を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明の光源装置は、複数のランプの放射光を合成する際に共軸化することができるので、合成による光損失が低減され、効率よく高輝度化することが可能である。従って、プロジェクター等の投写型表示装置の光源として有用である。
【符号の説明】
【００８７】
１、１１  第１ランプ
２、１２  第２ランプ
１ａ、２ａ、１１ａ、１２ａ  発光中心
１ｂ、２ｂ、１１ｂ、１２ｂ  光軸
１ｃ  発光管
１ｄ  反射膜
３  第１楕円面鏡
４  第２楕円面鏡
３ａ、４ａ  第１焦点
３ｂ、４ｂ  第２焦点
５  第１球面鏡
６  第２球面鏡
５ａ、６ａ  中心
７、１７、２１  平面ミラー
７ａ、１７ａ、２０ａ  反射膜
７ｂ、１７ｂ  透光部
１３  第１放物面鏡
１４  第２放物面鏡
１３ａ、１４ａ  第１焦点
１５  第１非球面鏡
１６  第２非球面鏡
１５ａ、１６ａ  中心
１８  第１光源部
１９  第２１光源部
１８ａ、１９ａ  出射光
２０  光合成部
２２  光源装置
２３  照明装置
２４  回転型カラーフィルター
２５、４０  集光レンズ
２６、４４  フィールドレンズ
２７  空間光変調素子
２８、４６  投写レンズ
３１、３２  放電ランプ
３３、３４  楕円面鏡
３５、３６  ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
３７、３８  平面ミラー
３９  反射プリズム
４１  第１レンズアレイ
４２  第２レンズアレイ
４３  ビーム合成レンズ
４５  液晶パネル
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２ランプと、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第１および第２凹面鏡と、
前記第１および第２ランプのそれぞれに対応して設けられた、第３および第４凹面鏡と、
前記第１および第２ランプの間に配置された平面ミラーとを備え、
前記第３凹面鏡は、前記第１ランプの光源中心に対して前記第１凹面鏡と同じ側で、かつ前記第１凹面鏡よりも前記第１ランプの光源中心に近い位置に設けられて、前記第１ランプの放射光の一部を前記第１凹面鏡に向けて反射し、
前記第４凹面鏡は、前記第２ランプの光源中心に対して前記第２凹面鏡の開口側で、かつ前記第２凹面鏡よりも前記第２ランプの光源中心に近い位置に設けられて、前記第２ランプの放射光の一部を前記第２凹面鏡に向けて反射し、
前記第１凹面鏡は、前記第１ランプの放射光及び前記第３凹面鏡の反射光を集光し、
前記第２凹面鏡は、前記第２ランプの放射光及び前記第４凹面鏡の反射光を集光し、
前記第１凹面鏡と前記第２凹面鏡は、反射光の光軸が互いに交わるように配置され、
前記平面ミラーは、前記第１凹面鏡の出射光を反射するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を透過し、または、前記第１凹面鏡の出射光を透過するとともに、前記第２凹面鏡の出射光を反射し、
前記第１及び第２凹面鏡の出射光が、前記平面ミラーにより共軸かつ同一方向に進行する光となるように合成されることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第１および第２凹面鏡は、楕円面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第１および第２凹面鏡は、放物面鏡である請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第１および第２凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記放電ランプを構成する発光管の外表面形状が非球面形状である請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１および第２ランプは放電ランプであり、前記第３及び第４凹面鏡は、前記放電ランプを構成する発光管の外表面上に蒸着された反射膜により構成されている請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記第３および第４凹面鏡は、球面鏡である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
前記第３および第４凹面鏡は、その反射面が非球面形状である請求項１から請求項５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項９】
前記第１ランプの発光中心と、前記第１凹面鏡の第１焦点と、前記第３凹面鏡の中心、および前記第２ランプの発光中心と、前記第２凹面鏡の第１焦点と、前記第４凹面鏡の中心とは、それぞれ一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１０】
前記第１および第２凹面鏡の第２焦点は一致している請求項１記載の光源装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の光源装置の構成を有する光源部を複数備え、
前記複数の光源部の出射光を同一方向に進行する光となるように合成する光合成部をさらに備えた光源装置。
【請求項１２】
前記光合成部がプリズムにより構成された請求項１１記載の光源装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置の出射光を集光して照明光を形成する照明装置と、
前記照明光が入射され、映像信号に応じた前記入射光の変調を行う空間光変調素子と、
前記空間光変調素子で変調された光をスクリーン上に投写する投写レンズとを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2008155899.tif 000015
【図６】
2008155899.tif 000016
【国際調査報告】
2008155899.tif 000017
2008155899.tif 000018