(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放物面鏡および該放物面鏡の焦点に配置した直流点灯ランプよりなる光源から出射する光をフライアイレンズに入射することによって複数の光源像を得、リレーレンズ系を経由させることにより表示素子を均一に照明し、投射レンズにより表示素子の画像情報の拡大画像をスクリーンに得る投射形表示装置において、
前記放物面鏡開口側に陰極側が配置され、かつ前記放物面鏡の焦点位置に輝度分布のピーク位置が一致するように前記直流点灯ランプを取り付け、
前記放物面鏡の前方に、正の屈折力を持つコンデンサレンズを配置し、前記放物面鏡開口側にある陰極側に輝度分布のピークを有する偏りを持つ前記直流点灯ランプの輝度分布特性を、前記フライアイレンズへの有効角度範囲に入る光線が増加するように補正することを特徴とする投射形表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放物面鏡および直流点灯ランプを光源として用い、フライアイレンズ，リレーレンズ経由で表示素子を均一に照明し、表示素子の画像情報をスクリーン上に投射する投射形表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の一般的な投射形表示装置の一例を説明するための概略図である。焦点近傍に配置されたランプ２８は、放物面リフレクタ２１の反射作用により、フライアイレンズ２２を略平行光で照射する。フライアイレンズ２２のコマの各々は、表示素子２５と相似形であり、フライアイレンズ２２のコマの像は、フライアイレンズ２３，リレーレンズ２４を介して倍率βで投影され、コマの数だけ重畳される。
【０００３】
ランプ２８から出射した光束は、フライアイレンズ２２によって複数の光束に分割され、フライアイレンズ２３の位置で収束し、複数の光源像を結ぶ。
複数の光源像により表示素子２５を照射するため、均一な照明を得ることができる。
均一に照明された表示素子の像は、投射レンズ２６によって拡大されスクリーン２７に投影される。
【０００４】
フライアイ光学系においては、フライアイに入射する光線の角度が光軸に対して平行に近いと、光線を有効に利用でき、光線を有効に利用できる範囲を示す有効角度範囲を規定することができる。したがって、ある一定角以上、すなわち有効角度範囲を外れるとその光線は無効となる。
放物面焦点にある点光源からの光線は光軸に平行な光束となるが、焦点以外から射出した光線は、光軸に平行な光線にならない。実際の光源は有限の大きさを持っているからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ランプを駆動する方式として直流駆動方式と交流駆動方式とが存在する。直流駆動方式は交流駆動方式に比較し、光源の輝度分布がより小さく集まり点光源に近づきスクリーンがより明るくなるという特長を有することから最近はこの方式のランプを用いる装置が多くなってきている。
直流駆動方式は、中心に対し、図１に示すように電極の一方側に輝度分布が偏る特性を有している。そのため、上述のように交流駆動方式に比較し、点光源に近くなるものの、放物面リフレクタで反射される、光軸に平行でない光線が多く出射し、光の利用効率が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解決するもので、放物面リフレクタおよびランプよりなる光源を用いる投射形表示装置において、直流駆動方式のランプが出射する光線の利用効率をさらに向上させ投射画面を高輝度かつ高均一に照射することができる投射形表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による投射形表示装置は、放物面鏡および該放物面鏡の焦点に配置した直流点灯ランプよりなる光源から出射する光をフライアイレンズに入射することによって複数の光源像を得、リレーレンズ系を経由させることにより表示素子を均一に照明し、投射レンズにより表示素子の画像情報の拡大画像をスクリーンに得る投射形表示装置において、
前記放物面鏡開口側に陰極側が配置され、かつ前記放物面鏡の焦点位置に輝度分布のピーク位置が一致するように前記直流点灯ランプを取り付け、
前記放物面鏡の前方に、正の屈折力を持つコンデンサレンズを配置し、前記放物面鏡開口側にある陰極側に輝度分布のピークを有する偏りを持つ前記直流点灯ランプの輝度分布特性を、前記フライアイレンズへの有効角度範囲に入る光線が増加するように補正してある。
【０００８】
【作用】
前記構成によれば、ランプが出射する光の利用率が向上し、従来に比較し、スクリーンをより高輝度かつ高均一に照射することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
まず、直流駆動方式の輝度分布について説明する。
図１は、直流駆動式ランプの輝度分布を示す図である。陰極と陽極の間は、陰極側に近い位置にピークとなる高輝度が存在し、陰極側は急峻に輝度が落ちる。一方、陽極側はなだらかに減少する特性を有する。
【００１０】
図２に直流駆動式ランプを放物面リフレクタの焦点位置に配置したときの光路を示す。
放物面リフレクタの焦点位置に上記輝度分布のピーク値が一致するようにランプを取り付ける。焦点Ｆを射出した光は放物面リフレクタで反射して平行光になる。輝度分布の多い陽極側の光線は放物面リフレクタで反射して発散光となり、この部分の光線は利用することはできない。
【００１１】
図３は、本発明による投射形表示装置の実施の形態を示す概略図である。
同図において、フライアイレンズ３，４，リレーレンズ５，透過表示素子６，投射レンズ７およびスクリーン８は、図５のフライアイレンズ２２，２３，リレーレンズ２４，表示素子２５，投射レンズ２６およびスクリーン２７と同じ構成である。
焦点位置に直流駆動ランプ９を配置した放物面リフレクタ１の前方に、正の屈折力を持つコンデンサレンズ２を設けてある。このように凸コンデンサレンズ２を配置することにより、放物面リフレクタ１から射出する光線を全体的に弱く収斂させて光の利用効率を上げている。
【００１２】
図４は、コンデンサレンズによる有効角度範囲内への輝度分布変換を示す図である。
点線位置範囲内が有効角度範囲であり、この範囲の角度で光線がフライアイレンズ３に入射すると、スクリーンを照射することとなる。この範囲をはみ出すと、より収斂する方向の角度となるか、発散する角度となり、スクリーンの照度には寄与しない。
図４（ａ）はコンデンサレンズが挿入されていない従来の構成であり、収斂する側は急激に輝度が低下しているが、発散する側はなだらかに輝度が減少し、点線よりはみ出した部分の比率は大きい。
【００１３】
本発明では、焦点を出射し放物面リフレクタ１で反射した光は平行光になるが、コンデンサレンズ２により収斂する側に曲がる。曲がる角度は光線の一部が収斂側の点線範囲をわずかにオーバーする程度の屈折力を有するコンデンサレンズが用いられる。
一方、光源の焦点より少しずれた位置から出射する光は、放物面で発散する方向に反射されるが、コンデンサレンズ２により、光軸に平行になる方向に曲げられる。
図４（ｂ）はコンデンサレンズを挿入したときの特性あり、ピークを中心に収斂側および発散側が略対称になるような特性に補正したものである。
このように光源の発散の度合いを低減化し、平行光を弱い収斂光に補正し、有効角度範囲内に入る輝度分布が最大になるようにしてある。これにより直流駆動ランプ９が出射する光の有効利用率を向上させることができる。
【００１４】
つぎに本発明装置と従来装置の集光率の相違について比較例を説明する。
光源から射出する光線の総和をＡ，そのうち液晶などの表示素子に入射する光線の総和をＢとし、集光率Ｃ＝Ｂ／Ａと定義する。
本発明は、放物面鏡の後ろにコンデンサレンズを挿入する以外は、従来装置の各光学部材の各光学部材の構成と同一である。放物面鏡は、ｙ＝１／（４ａ）×ｘ２  の公式においてａ＝５０．８すなわち開口径５０．８ｍｍのものを用いた。コンデンサレンズの焦点距離はｆ＝３００ｍｍである。光源の陽極と陰極との間のアーク長は２ｍｍ，放物面鏡焦点と陰極間は０．２ｍｍである。輝度分布は陰極側に偏っている直流点灯ランプであり、放物面鏡の開口側が陰極である。
このようにして測定した結果、従来装置（放物面鏡のみ）では１８．４％，本発明装置（放物面鏡＋コンデンサレンズ）では２７．６％の集光率をそれぞれ得ることができた。この結果、本発明装置の集光率は従来装置のそれに比較し２７．６／１８．４＝１．５倍の効率向上を実現できた。
【００１５】
以上の実施の形態では、透過形表示素子の例について説明したが、反射形表示素子にも適用できるのは勿論である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、放物面鏡および該放物面鏡の焦点に配置した直流点灯ランプよりなる光源から出射する光をフライアイレンズに入射することによって複数の光源像を得、リレーレンズ系を経由させることにより表示素子を均一に照明し、投射レンズにより表示素子の画像情報の拡大画像をスクリーンに得る投射形表示装置において、放物面鏡開口側に陰極側が配置され、かつ放物面鏡の焦点位置に輝度分布のピーク位置が一致するように前記直流点灯ランプを取り付け、放物面鏡の前方に、正の屈折力を持つコンデンサレンズを配置し、放物面鏡開口側にある陰極側に輝度分布のピークを有する偏りを持つ前記直流点灯ランプの輝度分布特性を、フライアイレンズへの有効角度範囲に入る光線が増加するように補正するものである。
したがって、従来に比較し、光の有効利用率が向上し、同じ出力の直流駆動式ランプで、口径を大きくすることなく、スクリーンを一層、高輝度かつ高均一に照射することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】直流駆動式ランプの輝度分布を示す図である。
【図２】直流駆動式ランプを放物面リフレクタの焦点位置に配置したときの光路を説明するための図である。
【図３】本発明による投射形表示装置の実施の形態を示す概略図である。
【図４】コンデンサレンズによる有効角度範囲内への輝度分布変換を説明するための図である。
【図５】従来の一般的な投射形表示装置の一例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１，２１…放物面リフレクタ
２…コンデンサレンズ
３，４，２２，２３…フライアイレンズ
５，２４…リレーレンズ
６，２５…透過表示素子
７，２６…投射レンズ
８，２７…スクリーン
９…直流駆動ランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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