(57)【要約】【課題】  この発明は、フライアイインテグレータを用いた投写型表示装置において、光の利用効率の低下を防止することを目的とする。【解決手段】  この発明は、光源１からの光をパラボラ形状のリフレクタ２で反射し、出射された光がフライアイインテグレータ３、４を経て液晶表示素子１０…に与えられ、この液晶表示素子１０…で変調された変調光を投写レンズ２０で拡大投写する投写型表示装置において、光源１の発光点位置をリフレクタ２の焦点位置から微量変位させてリフレクタ２からの光を略発散光束とし、リフレクタ２の光出射側に凸レンズ４０を設け、略発散光を平行光化して、前記フライアイインテグレータ３、４に与える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光をパラボラ形状のリフレクタで反射し、出射された光がフライアイインテグレータを経て光変調素子に与えられ、この光変調素子で変調された変調光を投写レンズで拡大投写する投写型表示装置において、前記リフレクタからの光を略発散光束とし、前記リフレクタの光出射側に凸レンズ部を設け、略発散光を平行光化して、前記フライアイインテグレータに与えることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記光源の発光点位置を前記リフレクタの焦点位置から微量変位させることを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記リフレクタ形状をパラボラ形状より微量偏差を設けたことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記リフレクタ出射面に設けたカバーガラスの片面に曲率加工を施し、平行光束化の凸レンズ機能を持たせたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記フライアイインテグレータは色分離光学系と近接して設けられ、前記フライアイインテグレータとリフレクタまでの距離間隔を離したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カラー画像を表示する投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像を投写するプロジェクタでは、照明光学系から出射された光が、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つの色の波長を有する光に分光される。分光された３つの色の光は、それぞれ用意された液晶ライトバルブにより、それぞれの色信号に応じて変調される。そして、変調後の各色光を再び合成することにより形成されたカラー画像が投写レンズから出射され、スクリーンなどに画像が投影される。
【０００３】
図１は、一般的な照明光学系を直線配置したＬ字型構成の投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。同図において、光源部１から射出された白色光は、パラボラ形状のリフレクタ２にて平行光として出射し、赤外および紫外成分を除去するＵＶ−ＩＲカットフィルタＵＶＩＲを通過し、凸レンズ群で構成されたフライアイレンズ３、４からなる、いわゆるフライアイインテグレータにて光束分割される。それぞれの光束は収束して偏光変換素子５に入射し、偏光方向がそろえられて出射される。
【０００４】
そして、偏光方向が揃えられた光はコンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラー７によって赤から緑色帯域の光は透過し、青色帯域光は反射される。
【０００５】
ダイクロイックミラー７によって反射され光路を９０度変えた青色帯域光は全反射ミラー８によって光路を９０度変え、コンデンサーレンズ９Ｂを介して液晶表示素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの内青色帯域光成分画像を表示する１０Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。液晶表示素子には、入射側偏光板ＰＩ、出射側偏光板ＰＯが設けられている。
【０００６】
光変調された光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロイックプリズム内で光路を９０度変えて投写レンズ２０に入射し、拡大投影されスクリーン（図示しない）上に結像される。
【０００７】
一方、ダイクロイックミラー７を透過し、赤〜緑色帯域光はダイクロイックミラー１２に入射する。ダイクロイックミラー１２は緑色帯域光を反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射され、その光路を９０度変え、コンデンサーレンズ９Ｇ、を介して液晶表示素子１０Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム１１、投写レンズ２０の順に入射し、拡大投影されスクリーン上に結像される。
【０００８】
ダイクロイックミラー１２を透過した赤色帯域光は、レンズ１３〜１５や全反射ミラー１６、１７を介して、液晶表示素子１０Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロプリズム１１で光路を９０度変えて投写レンズ２０に入射し拡大投影されスクリーン上に結像される。このような照明光学系をＬ字型構成にしたものとしては、特許文献１等に詳しい。
【０００９】
照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成の投写型表示装置の基本構成を図２示す。なお、図１と同じ構成には同じ符号を付し、説明の重複を避けるために、ここでは説明を割愛する。図２に示すように、Ｕ字型構成の投写型表示装置は、偏光方向が揃えられた光をコンデンサーレンズ６等から出射した光を全反射ミラー３０で光路を９０度変えることにより、光源１と投写レンズ２０とがＵ字状に折れ曲がって配置されることになる。
【００１０】
プロジェクタの小型化を図る方法として、デッドスペースが少ない図２に示すようなＵ字型構成を取る場合が多いが、図２に示す構成の場合、フライアイインテグレータから液晶表示素子１０までの距離が長くなる。このため、光の利用効率が低下し、高輝度化には不利である。
【００１１】
この欠点を解消する構成を図３に示す。距離が長くなった分、コンデンサレンズ３１をフライアイインテグレータから液晶表示素子迄の間に挿入して光の利用効率の低下防ぐことができる。
【００１２】
しかし、この構造では、更にコンデンサレンズ３１が必要となるので、コストが嵩むという問題がある。
【００１３】
また、図４に示すように、パラボラ形状のリフレクタ２からの出射光をミラー３０で折り曲げ、フライアイインテグレータから液晶表示素子までの距離を近づけることが考えられる。しかしながら、パラボラ形状のリフレクタ２を出射した光束は完全な平行光束でないため、リフレクタ出射面とフライアイインテグレータ迄の距離が伸びるほど光の利用効率が低下するという問題が発生する。
【特許文献１】特開２００３−２８７８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明は、上述した従来の問題点を鑑みなされたものにして、フライアイインテグレータを用いた投写型表示装置において、光の利用効率の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、光源からの光をパラボラ形状のリフレクタで反射し、出射された光がフライアイインテグレータを経て光変調素子に与えられ、この光変調素子で変調された変調光を投写レンズで拡大投写する投写型表示装置において、前記リフレクタからの光を略発散光束とし、前記リフレクタの光出射側に凸レンズ部を設け、略発散光を平行光化して、前記フライアイインテグレータに与えることを特徴とする。
【００１６】
また、前記光源の発光点位置を前記リフレクタの焦点位置から微量変位させて略発散光束を出射するように構成できる。
【００１７】
前記リフレクタ形状をパラボラ形状より微量偏差を設け、略発散光束を出射するように構成しても良い。
【００１８】
また、前記リフレクタ出射面に設けたカバーガラスの片面に曲率加工を施し、平行光束化の凸レンズ機能を持たせるように構成できる。
【００１９】
また、前記フライアイインテグレータは色分離光学系と近接して設けられ、前記フライアイインテグレータとリフレクタまでの距離間隔を離して配置することができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明は、発光点位置をパラボラ形状のリフレクタの焦点位置から微量オフセットして出射光束を略発散光束とするあるいはリフレクタ面形状に微量偏差を付加し、発光点位置が焦点位置の状態で出射光束を略発散光束とした上で弱い正パワーを有するレンズエレメントを付加することにより、フライアイインテグレータへの光量を増大させ、高輝度化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図５は、この発明の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
【００２２】
図５に示すように、この発明は、光源１からの光をパラボラ形状のリフレクタ２から略発散光として出射し、その出射光を弱い正パワーを有するレンズエレメント４０をリフレクタ２の出射面に設けたものである。略発散光束を弱い正パワーを有するレンズエレメント４０で平行光束に修正し、ミラー３０で９０度光路を変更し、フライアイレンズ３、４からなるフライアイインテグレータにて光束分割するものである。そして、それぞれの光束は収束して偏光変換素子５に入射し、偏光方向がそろえられて射出される。そして、偏光方向が揃えられた光はコンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラー７、１２からなる色分離手段でR、G、B光に分離され、対応する液晶表示素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに与えられ、色合成手段としてダイクロイックプリズム１１で合成され、投写レンズ２０からスクリーン上に結像される。
【００２３】
パラボラ形状のリフレクタ２から略発散光を出光するためには、例えば、リフレクタ２の焦点位置から光源１の発光点を微量変位させて、リフレクタ２側へ近づければよい。光源１としては、高圧水銀ランプ、ＬＥＤ等の発光素子を組み合わせたものを用いればよい。そして、発光点位置を放物面の焦点位置から微量変位、リフレクタ側へ近づけることで、略発散光束が出射される。
【００２４】
表１に光学データの一例を示す。この光学データは、この発明の前提となる図４に示した構成のものである。表１の光学データは光源１から液晶表示素子１０までの照明光学系の構成内容である。このため、ダイクロイックミラー等は含まれていない。
【００２５】
ここで、リフレクタ２は、焦点７ｍｍ、Ｐａｒ２２のものを用いている。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１においてｒは曲率、ｄは次の光学系迄の距離（ｍｍ）、ｎは屈折率を示している。リフレクタ２の焦点が７ｍｍなので、光源１を−７ｍｍの位置に設置している。光源１から−７ｍｍリフレクタ２（対象物１面）側へ戻り、そして、曲率１４ｍｍのリフレクタ２で集光され、４５ｍｍ先のリフレクタ２の前面に設けたカバーガラスに与えられる。このカバーガラスの光源１側が対象物２面となる。この例では、カバーガラスが３．８ｍｍの厚さを有するので、そのガラスの出射面（対象物３面）から８１ｍｍ先の次の対称面である凸レンズ群からなるいわゆるフライアイレンズ３の入射面側（対象物４面）に与えられ、そして、厚み３ｍｍからなるレンズ面（対象物５面）から次のフライアイレンズ４の入射面側（対象物６面）に与えられ、そして、厚み３ｍｍからなるレンズ面（対象物７面）から２ｍｍ離間したコンデンサレンズ６の入射面（対象物８面）に入射し、レンズ６の出射面（対象物面９）から出射される。その後、１１５ｍｍ離れた液晶表示素子前のコンデンサーレンズ９の入射面（対象物１０面）に入射し、そのレンズ９の出射面（対象物１１面）から液晶表示素子１０に光が与えられる。
【００２８】
上記のように、この例では、リフレクタ２のカバーガラスから第１フライアイレンズ３の入射面まで８１ｍｍである。これは、図４に示すように、折り曲げミラー３０により光源からの光路を９０度曲げて配置したからである。
【００２９】
光源の配置を図１に示すＬ字型配置構成とした場合の光量を１００とすると、８１ｍｍ離れたこの配置では９７に低下した。
【００３０】
そこで、この実施形態では、０．２ｍｍ光源１をリフレクタ２側に近づけ、すなわち、−６．８ｍｍのところに光源１を配置して略発散光とし、第３面、すなわち、リフレクタのカバーガラス部分を−４００程度のＲを付加した弱い正のパワーを持った凸レンズ４０にすることで、光量は１０９に向上し、Ｌ字型配置の時よりも高輝度化が実現できた。
【００３１】
上記した実施形態では、光源の位置を焦点位置から微量変位させて略発散光を出力するように構成したが、リフレクタ形状をパラボラ形状より微量偏差を付加し、発光点位置を焦点位置から微量変位させることなく略発散光を出射するように構成できる。
【００３２】
上記ｆ７ｍｍのパラボラ形状の場合、いわゆる円錐定数はｋ＝−１であるが、ｋ＝−０．９９９９前後の楕円形状にすることにより、発光点位置が焦点位置の状態のまま第３面に−４００ｍｍ程度のＲを付加することにより同様の効果が得られる。
【００３３】
上記した実施形態はＵ字型配置をした構成について説明したが、Ｌ字型配置構成にもこの発明は適用できる。この場合、第１フライアイレンズ３とリフレクタ２間の距離を広くすることができる。ユニット設計上の第１フライアイレンズ３とリフレクタ２間の距離を広くする必要がある場合にはこの発明は適用できる。
【００３４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明は、プロジェクタ、リアプロジェクタなどの投写型表示装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】一般的な照明光学系を直線配置したＬ字型構成の投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。
【図２】照明光学系をミラーで折り曲げたＵ字型構成の投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。
【図３】照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。
【図４】照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。
【図５】この発明の実施形態に係る照明光学系をＵ字型配置にした投写型表示装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源、２  パラボラ形状のリフレクタ、３，４  フライアイレンズ、１０  １０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ  液晶表示素子、１１  ダイクロイックプリズム、２０  投写レンズ２０、４０  凸レンズ。
【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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