(57)【要約】【課題】１チップ方式のマイクロミラー表示デバイス光学系を有する投写型画像ディスプレイ装置において、回転色フィルタに入射される光束の径を小さくしてスポークタイムを短縮し、光利用効率を高める。【解決手段】白色光を放射する光源２に用いられる反射鏡として、楕円面を有する第１の反射鏡１ａと、該第１の反射鏡の光進行方向側に配置された球面を有する第２の反射鏡１ｂとを備えた複合反射鏡とした。この複合反射鏡からの反射光は、第１の反射鏡１ａの遠い方の焦点に集光し、この焦点近傍に配置された回転色フィルタ４上に光スポットを形成する。これにより、回転色フィルタ４上に形成される光スポットの径を小さくでき、マイクロミラー表示デバイス８がオフするスポークタイムを短縮できる。【選択図】  図１
2006011484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を反射鏡により集光し、該集光された光をＲ，ＧまたはＢの三原色光に周期的に選択する回転色フィルタを介して、複数のマイクロミラーを有する画像表示デバイスに供給するようにした投写型画像ディスプレイ装置において、前記反射鏡は、楕円形反射面と球形反射面とを有することを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項２】
白色光を放射する光源と、該光源からの白色光を反射して該光源の光軸方向に該反射光を導く反射鏡と、前記光源から放出された光及び前記反射鏡からの反射光が入射され、該入射光をＲ，ＧまたはＢの三原色光に周期的に選択する回転色フィルタとを備え、該回転色フィルタを通過した光を複数のマイクロミラーを有する画像表示デバイスに導き、該画像表示デバイスで変調された光を投写レンズによりスクリーン上に拡大投写して画像を表示するように構成された投写型画像ディスプレイ装置において、
前記反射鏡は、楕円面を有する第１の反射鏡と、該第１の反射鏡の光進行方向側に配置された球面を有する第２の反射鏡とを有し、前記第１の反射鏡によって前記光源から放出された光及び前記第２の反射鏡からの反射光を集光して前記回転色フィルタ上入射するようにしたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記回転色フィルタを通過した光を、矩形状の開口形状を有する多重反射素子を介して前記画像表示デバイスに導くようにしたことを特徴とする請求項２に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記反射鏡により集光された光を、矩形状の開口形状を有する多重反射素子を介して前記回転色フィルタ上に光スポットを形成するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記多重反射素子は、前記画像表示デバイスの有効画像表示領域と相似する開口形状を有することを特徴とする請求項３または４に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記光源を前記第１の反射鏡の第１焦点近傍に配置し、前記第２の反射鏡の曲率中心が前記第１の反射鏡の第１焦点とほぼ一致するように、前記第２の反射鏡を配置し、かつ前記第１の反射鏡の、前記第１焦点から光進行方向に離れた第２焦点に前記回転色フィルタを配置したことを特徴とする請求項２または３に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記光源を前記第１の反射鏡の第１焦点近傍に配置し、前記第２の反射鏡の曲率中心が前記第１の反射鏡の第１焦点と一致するように、前記第２の反射鏡を配置し、かつ前記第１の反射鏡の、前記第１焦点から光進行方向に離れた第２焦点と前記多重反射素子の入射開口がほぼ一致するように、該多重反射素子を配置したことを特徴とする請求項５に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記多重反射素子は、ロッドレンズであることを特徴とする請求項３または４に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記多重反射素子は、内壁面に金属薄膜を設けた中空の四面体であることを特徴とする請求項３または４に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記光源は、該光源の光軸に沿って対向する一対の電極を有し、該一対の電極の中間点と前記第１の反射鏡の第１焦点とをほぼ一致させるようにしたことを特徴とする請求項６または７に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記光源が、該光源の光軸に沿って対向する陽極と陰極を有する直流光源である場合に、前記第１の反射鏡の第１焦点を前記陽極と陰極との中間点よりも陰極側に配置たことを特徴とする請求項６または７に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記投写レンズは、複数のレンズエレメントを有し、拡大像の倍率に応じて特定のレンズエレメント間隔が変更可能なように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記投写レンズの光出射側の開口孔形状が、前記画像表示デバイスの有効画面表示領域の形状に相似することを特徴とする請求項１２に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記反射鏡の内部に赤色光を供給するための発光手段を設け、該反射鏡により前記光源からの白色光及び前記発光手段からの赤色光を混合して集光するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１５】
白色光を放射する光源と、該光源からの白色光を反射して該光源の光軸方向に該反射光を導く反射鏡と、前記光源から放出された光及び前記反射鏡からの反射光が入射され、該入射光をＲ，ＧまたはＢの三原色光に周期的に選択する回転色フィルタと、該回転色フィルタを通過した光を変調する複数のマイクロミラーを備えた画像表示デバイスと、該画像表示デバイスで変調された光を拡大する投写レンズとを含む照明光学装置と、
該照明光学装置の投写レンズにより拡大された光が投写されるスクリーンと、を有する投写型画像ディスプレイ装置において、
前記照明光学装置の一部が、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置することを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記照明光学装置のうち、前記回転色フィルタの一部を、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記照明光学装置のうち、前記投写レンズの一部を、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記照明光学系のうち、前記光源の一部が、前記画像表示デバイスの表示画面より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のマイクロミラーを有する反射型画像表示素子、すなわちマイクロミラー表示デバイスにより、当該マイクロミラー表示デバイスに入力される映像信号に応じて画像を形成してスクリーン上に表示する投写型画像デイスプレイ装置に係り、特に、回転色フィルタを用いて白色光を３原色光に周期的に分離してマイクロミラー表示デバイスに供給するように構成された装置における光利用効率を向上せしめた投写型画像ディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のマイクロミラーを備え、入力される映像信号によりそのマイクロミラーの入射光に対する角度を制御して光を変調することにより画像を形成するマイクロミラー表示デバイスを、プロジェクションテレビなどの投写型画像ディスプレイ装置に用いることが提案されている。マイクロミラー表示デバイスは、ブラウン管に比べてセットのコンパクト化、軽量化に優れ、また液晶パネルに比べ輝度信号に対する明るさのリニアリティ及びコントラスト比が大きく取れる点で有利である。
【０００３】
マイクロミラー表示デバイスを用いた投射型画像ディスプレイ装置の従来技術としては、例えば、オーム社発行・電子雑誌「エレクトロニクス」１９９７年１２月号別刷に掲載された論文「ＤＭＤ／ＤＬＰは何をねらい、何を目ざすのか？」(丸文株式会社著、以下先行文献と呼ぶ)に記載のものが知られている。この先行文献に紹介されているように、マイクロミラー表示デバイスの光学系の構造としては、主に２つの方式がある。
【０００４】
一つは、同先行文献の第７図に示されているような、マイクロミラー表示デバイスを３枚使用する３チップ方式と呼ばれものである。この３チップ方式は、白色光源からの白色光を色分離合成プリズムで一旦赤、青、緑の三原色に分離し、各三原色に各々対応した３つのマイクロミラー表示デバイスで変調し、それぞれのマイクロミラー表示デバイスにより変調・反射された原画像を再び合成して投写用レンズ装置によりスクリーン上に拡大してフルカラーの映像を表示するものである。
【０００５】
もう一つは、同先行文献中の第６図に示されるような、マイクロミラー表示デバイスを１枚使用するよう１チップ方式と呼ばれるものである。これは、円盤状の回転色フィルタにより白色光を赤、青、緑の三原色に周期的に分離し、１個のマイクロミラー表示デバイスで回転色フィルタの回転と同期させ３原色分の映像信号を時分割で変調するものである。この１チップ方式は、マイクロミラー表示デバイスを１枚のみ用いる構成であるため、上述の３チップ方式に比べ少ない部品点数で光学系を構成することでき、コストの面で有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、１チップ方式は、例えば赤色映像を表示する場合(マイクロミラー表示デバイスに赤色の映像信号を供給しているとき)には、白色光源からの光束のうち、青色と緑色の光の成分を回転色フィルタにより反射させマイクロミラー表示デバイスに入射しないようにする必要があり、３チップ方式に光利用効率が低い。また、回転色フィルタの、例えば赤色光を抽出する赤色フィルタ部と青色光を抽出する青色フィルタ部の境界に白色光の光束が入射されると、回転色フィルタを通過した光は赤及び青の２色を含むためにクロストークを生じる。よって、白色光の光束が回転色フィルタ中の異なる２色のフィルタ部にまたがる期間は、マイクロミラー表示デバイスをオフ状態（反射光が投写レンズの入射瞳に向かわない方向にマイクロミラーを傾けた状態）にする必要がある。このオフ時間（以下スポークタイムと記述する）が大きくなると、更に光利用効率が低下する。
【０００７】
従って、１チップ方式のマイクロミラー表示デバイス光学系において、スポークタイムを短縮して光利用効率を向上させるためには、回転色フィルタに入射される白色光の光束の径小さくして、白色光の光束が回転色フィルタの２色のフィルタ部にまたがる期間を小さくする必要がある。
【０００８】
また、光利用効率を向上させるためには、光源から放出される白色光の補足率を向上させることも必要である。ところが、光源は有限長の間隙を以って配置された一対の電極を有しているため、白色光は光源の中心１点から光を放出するものではなく、上記電極間にわたって複数の白色光の放出点が分布しており、収差が生じる。これらの放出点から放出される白色光の補足率を向上させるためには大口径の反射鏡が必要となるが、大口径の反射鏡を使用すると光束の収束角θが大きくなり、回転色フィルタに入射される光束の光スポット径を小さくすることが困難となる。また、回転色フィルタは、入射光の入射角が大きくなると、その分光透過率特性が短波長側にシフトする性質を持っている。従って、回転色フィルタに対する入射光の収束角θが大きくなると、所望の分光透過率特性が得られにくく、色純度が低下する。
【０００９】
本発明は、上記のような課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、１チップ方式のマイクロミラー表示デバイス光学系を有する投写型画像ディスプレイ装置において、回転色フィルタに入射される光束の径を小さくしてスポークタイムを短縮し、光利用効率を高めるとともに、色純度を高くして良好な画像を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記本発明の目的を達成するための、本発明に係る投写型画像ディスプレイ装置は、１チップ方式のマイクロミラー表示デバイス光学系における光源の反射鏡として、楕円面を有する第１の反射鏡と、該第１の反射鏡の光進行方向側に配置された球面を有する第２の反射鏡とを有する複合反射鏡とし、前記第１の反射鏡によって光源から放出された光及び第２の反射鏡からの反射光を集光・収束して回転色フィルタ上に入射することを特徴とするものである。
【００１１】
具体的には、光源を第１の反射鏡の第１焦点近傍に配置し、第２の反射鏡の曲率中心が前記第１の反射鏡の第１焦点とほぼ一致するように第２の反射鏡を配置し、かつ前記第１の反射鏡の、第１焦点から光進行方向に離れた第２焦点に回転色フィルタを配置することにより、集光された光束の最小錯乱円を回転色フィルタ上に形成するものである。
【００１２】
前記回転色フィルタを通過した光を、画像表示デバイス（マイクロミラー表示デバイス）の有功表示領域の形状と相似の開口形状を有する多重反射素子入射を介して画像表示デバイスに入射するようにしてもよい。また、回転色フィルタと多重反射素子との配置位置の順序を逆にし、前記第１の反射鏡の第２焦点近傍に多重反射素子の入射側開口部を配置し、この多重反射素子を介して反射光を回転色フィルタに入射させるようにしてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、反射鏡により集光された反射光の最小錯乱円を小さくできるため、回転色フィルタ上に形成される反射光の光束の径を小さくできる従って、スポークタイムを短縮して光利用効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、光源、反射鏡、回転色フィルタ、マイクロミラー表示デバイス、及び該マイクロミラー表示デバイスで変調された光を拡大する投写レンズとを含む照明光学装置の一部を、スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置するように配置すれば、セットのコンパクト化が図れる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の通り、本発明によれば、１チップ方式の光学系を用いた投写型画像ディスプレイ装置において、光利用率を向上した明るい画像を得ることができる。また、色純度の向上と光利用効率の向上の両立が可能となり、より高画質な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る投射型画像表示装置の光学系の概略図である。
【００１７】
光源２から放出された白色光は、楕円形状の反射面を有する第１の反射鏡１ａと球面形状の反射面を有する第２の反射鏡１ｂにより反射され、収束光束３として、光源２の光軸方向に集光される。第１の反射鏡１ａは楕円形状を有しているため、焦点を２つ有している。ここで、第１の反射鏡１ａに近い方の焦点を第１焦点と呼び、遠い方の焦点を第２焦点と呼ぶことにする。これら第１及び第２焦点は同一軸上（光源の光軸）にあり、光源２の中心部が第１焦点とほぼ一致するように光源を配置し、かつ第２の反射鏡１ｂの曲率中心も第１焦点とほぼ一致するように、当該第２の反射鏡１ｂを配置する。また、第２焦点の近傍には、モータ５によって回転する円盤状の回転色フィルタ４が配置されている。
【００１８】
光源２から放出した白色光は、第１の反射鏡１ａの反射面、第２の反射鏡１ｂの反射面、及び光軸方向に向かってそれぞれ進行し、第１の反射鏡１ａの反射面に入射した白色光は、その反射面により反射されて第２焦点に向かって進行する。一方、第２の反射鏡１ｂの反射面に入射した白色光は、その反射面に反射され、第２の反射鏡１ｂの曲率中心でもある第１の反射鏡１ａの第１焦点を通過した後に第１の反射鏡１ａの反射面に入射し、その反射面により反射されて第２焦点に向かって進行する。このため、第１の反射鏡１ａ、及び第２の反射鏡１ｂの反射面に入射された白色光の殆どは、収束光束３となって第１の反射鏡１ａの第２焦点に集光され、その第２焦点近傍で収束光束３の最小錯乱円を形成する。従って、回転色フィルタ４の面上には、収束光束３の最小錯乱円の径とほぼ等しい径を持つ光スポットが形成される。
【００１９】
回転色フィルタ４は、収束光束３から赤、青、緑の３原色光を周期的に分離するためのものであり、その円周方向に、例えば赤色フィルタ部、青色フィルタ部、緑色フィルタ部が順次配置され、収束光束３をモータ５による回転に従って、赤色光、青色光、緑色光の順に分離・選択して出射する。従って、実際には、スクリーン上に赤、青、緑色の映像が切換えられて表示されることになるが、その切り換え速度が高速（おおよそ１２０Ｈｚ以上）のため、人間の目には、それら単独で表示される３原色画像が合成され、フルカラーの画像として見えるようになる。回転色フィルタ４としては、色の分離（切換）速度を速くして視覚的な色合成を良好に行うために、赤色フィルタ部、青色フィルタ部、緑色フィルタ部を複数組配置されたものが用いられることが多い。この場合、回転色フィルタ４が１周する間に、赤、青、緑色光の分離を複数回（周期）行うことになる。
【００２０】
回転色フィルタ４をにより分離された各３原色光は、多重反射素子６に入射される。この多重反射素子６は、例えばロッドレンズや、その内壁面に金属薄膜もしくは金属多層膜が形成された中空の四面体である。従って、回転色フィルタ４で３原色に分離された光束をその内部で多重反射を繰り返すことで、光束のエネルギー分布を均一とするとともに、光束の形状を変換（ほぼ円形から四角形に変換）させる作用を持つ。また、多重反射素子６の入射側及び出射側の開口面は矩形状であって、マイクロミラー表示デバイス８の有効表示領域とほぼ相似する形状を有している。すなわち、多重反射素子６の開口面の縦横比は、マイクロミラー表示デバイス８の有効表示領域の縦横比とほぼ等しくなっており、このようにすることで効率良く回転色フィルタ４を通過した光をマイクロミラー表示デバイス８に導くことができる。多重反射素子６から出射された光は、レンズ群７に入射され、拡大・収差補正される。レンズ群７は、例えば拡大用レンズ素子７ａと拡大・収差補正用レンズ素子７ｂを備えており、多重反射素子６から出射された光束は、拡大用レンズ素子７ａにより拡大され、更に拡大・収差補正用レンズ７ｂにより拡大されると同時に収差補正が施される。尚、図示していないが、拡大用レンズ素子７ａは、その光軸と直交する方向に移動可能なように構成し、レンズ群７から出射された光の画像表示デバイスに対する照射位置を調整できるようにしてもよい。また、拡大・収差補正用レンズ素子７ｂを、その光軸方向に沿って移動可能に構成し、多重反射素子６から出射された光の拡大率を任意に調整可能にしてもよい。
【００２１】
レンズ群７を通過した光は、各画素に対応する複数のマイクロミラーを備えた画像表示デバイスであるマイクロミラー表示デバイス８に入射され、マイクロミラーにより反射され、図示しない投写レンズに出射する。マイクロミラー表示デバイス８の複数のマイクロミラー各々は、マイクロミラー表示デバイス８に入力される映像信号により入射光に対する反射角が制御される。ある画素の画像を表示したい場合には、その画素に対応するマイクロミラーに対して、その反射角を制御するための制御信号を出力する。その制御信号が例えば「１」のときは、マイクロミラーの反射光を投写レンズの方向に導くように制御し、「０」の場合は、反射光が投写レンズに入射しない方向に導くように制御する。また、マイクロミラー表示デバイス８には、回転色フィルタ４の光分離動作に同期して、赤、青、緑の各々の３原色光に対応する映像信号が時分割で順次入力される。すなわち、回転色フィルタ４が赤色光を分離するときは、マイクロミラー表示デバイス８には赤色映像信号が入力され、青色光を分離するときは、青色映像信号が入力される。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す図である。図２に示した実施の形態は、図１に示した実施の形態における多重反射素子６と回転色フィルター４との位置関係を逆にしたものである。すなわち、図１では光軸に沿って、回転色フィルタ４、多重反射素子６の順に配置したが、図２では光軸に沿って、多重反射素子６、回転色フィルタ４の順に配置している。図１で、多重反射素子６よりも回転色フィルタ４が光源２側に配置されているのは、多重反射素子６の入射側開口面に入る光束量を減らして光や温度上昇による信頼性の低下を押さえるためであるが、多重反射素子６の信頼性が充分に確保できるのであれば、図２に示すような構成としても構わない。
【００２３】
次に、本発明の特徴である楕円形状の反射面を有する第１の反射鏡１ａと球面形状の反射面を有する第２の反射鏡１ｂとを備えた複合反射鏡の作用、効果について説明する。
【００２４】
マイクロミラー表示デバイス８を１枚使用した１チップ方式の照明光学装置において、光利用効率を向上させるためには、前述したように次の事項が重要である。すなわち、（１）回転色フィルタに入射する光束の小径化によるスポークタイムの短縮、及び（２）光源から放射される白色光の捕捉率（以下、光束捕捉率という）の向上、である。光束捕捉率を向上させるためには、例えば図１２に示すように、口径が大きい楕円形状の反射鏡を用いればよい。しかしながら、口径が大きい反射鏡を用いると、第２焦点Ｐ０における光束集中角θ２が大きくなり、回転色フィルタに入射する光束の小径化が困難となる。逆に、口径が小さい楕円形状の反射鏡を用いれば、第２焦点Ｐ０における光束集中角θ１を小さくできるが、光束捕捉率が低下する。
【００２５】
そこで、本発明では、図１１に示すように、楕円形状を有する第１の反射鏡１ａの第１焦点と、球面形状を有する第２の反射鏡１ｂの曲率中心とがほぼ一致するように配置して構成された複合反射鏡を光源２の反射鏡として用いた。これにより、次の作用・効果が生じる。（１）光源２の前方に放射される白色光を第２の反射鏡１ｂにより捕捉し、これを第１の反射鏡１ａの反射面に戻して第１の反射鏡１ａの第２焦点に集光できるので、光束捕捉率が向上する。（２）楕円形状を有する第１の反射鏡１ａの口径を小さくしても光束捕捉率が向上するため、第１の反射鏡１ａの第２焦点における光束集光角θ１を小さくできる。（３）図１４に示す楕円形状の反射鏡を１つ用いる場合に比べ反射鏡の直径を小さくできコンパクトな照明光学装置が実現できる。
【００２６】
また、本発明に係る反射鏡によれば、光源２からの白色光が収差を持つものであっても第２焦点Ｐ０での収束光のスポットをより小さくできる。光源２として使用するランプは、図９及び図１０に示すように電極１５、２４、２３はそれぞれ密着しておらず有限長のギャップを持っている。このため点光源として扱うことが出来ない。第２の反射鏡１ｂの第１焦点に、例えば図１２に示す構成のランプを配置しても、上述した理由によって第２焦点で１点に集光されず、縦収差が生じる。しかしながら、本発明の如く、第２焦点Ｐ０における光束集光角θ１を小さくすれば縦収差が減少し、収束光のスポットをより小さくことが可能となる。
【００２７】
更に、光束集光角を小さくすれば、次のメリットが生じる。このメリットについて、図１４を用いて説明する。図１４は、 マイクロミラー表示デバイスを１枚使用した１チップ方式の照明光学装置の回転色フィルタ４に使用する、赤（図中Ｒ表示）、青（図中Ｂ表示）、緑（図中Ｇ表示）各色に対応したフィルタ部の一般的な分光透過率特性を示したもので、実線は色フィルターに対して光束が垂直（入射角０°）に入射した場合の特性を示したものである。一方、破線は回転色フィルタ４に対して光束が斜め方向から（入射角を持って）入射した場合の特性シフトの状態を示したものである。一般に波長の長い赤色フィルタ部の方が波長の短い青色フィルタ部に比べて特性シフトが大きくなる。よって、収束白色光から回転色フィルタ４により取出した３原色光の色純度は、回転色フィルタ４に入射する光束の入射角のバラツキが大きいほど低下し、その程度は光の波長が長い程顕著になる。すなわち、単色表示の色純度は、赤色光が最も悪く、次いで緑色光、青色光の順になる。従って、光束集光角を小さくすれば、所望の分光透過率特性を得ることができ、単色の色純度が向上させることができる。
【００２８】
このように、本発明によれば、回転色フィルタ４に入射する光束の最小径を出来るだけ小さくするばかりでなく、反射鏡の口径を大きくすることなく、光束捕捉率を向上することができる。光束捕捉率は、外形寸法を同一とした場合に従来の楕円反射鏡に比べ、約３０％向上する。さらに、楕円と円形の複合反射鏡の採用によって、光束の収束角を小さく出来るので良好な分光透過率特性が得られる。特に長波長側（赤色領域）でその改善効果が顕著になり、大幅な性能向上が可能となる。よって、本発明によれは、低コストで、光利用効率及び色純度を高めた１チップ方式のマイクロミラー表示デバイス型投射型画像ディスプレイ装置を実現できる。
【００２９】
次に、光源２として使用されるランプについて説明する。本発明の実施形態においては、光源２として例えば超高圧水銀ランプを用いている。超高圧水銀ランプには、電極に印加する電圧により交流駆動型と直流駆動型がある。交流駆動型のランプは交互に極性が変化するので図９に示すように、２つの電極は同一形状である。この時発生する電極周辺の光量分布は図１５に示すように２つの電極間でほほ対称な分布を持つ。さらに、配光分布は２つの電極を結んだ線分に対して垂直な軸（図１７の９０°と２７０°を結んだ線分）に対してほぼ対称な分布となっている。仮想的な発光源を電極間の中心と置くことが可能となる。図１７に示した配光分布のうち、２０度から９０度の範囲に発散したの光束と２７０度から３４０度の範囲に発散した光束は、図１１に示した複合反射鏡の第２の反射鏡１ｂで一旦反射し、図９の１９に示すように仮想的な発光点２を通過し第１の反射鏡１ａで再び反射して第２焦点に集光される。
【００３０】
一方、直流駆動型のランプは図１０に示すように、放電が発生し易いようにランプ管球の陰極２３の先端が尖った形状となっており、陽極２４は陰極に比べて先端形状が丸みを帯びている。このため電極周辺の光量分布は図１６に示すように陰極側の方が高い分布となっている。また、配光分布は２つの電極を結んだ線分に対して垂直な軸（図１８の９０°と２７０°を結んだ線分）に対して非対称な分布となり陰極側に配光される量が多い。このため、このため仮想的な発光源を電極間の中心よりやや陰極側に置くことで高効率な照明光学系が実現可能となる。複合反射鏡を使用した場合の集光のメカニズムは図１０に示すように、仮想的な発光源を電極間の中心より陰極側に置くと効率の良い照明光学装置が実現できる。図１８に示した配光分布のうち、２０度から９０度の範囲に発散したの光束と２７０度から３４０度の範囲に発散した光束は、図１１に示した複合反射鏡の第２の反射鏡１ｂで一旦反射し、図１０の１９に示すように仮想的な発光点２を通過し第１の反射鏡１ａで再び反射して第２焦点に集光される。
【００３１】
次に、図１及び図２で説明した本発明に係る照明光学装置の構成を、実際のセットに組み込んだ場合の一具体例について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、本発明に係る照明光学装置を正面から見た図であり、照明光学装置の各構成要素の配置をわかりやすくするために、当該各要素を保持もしくは指示するためのケース部材、保持部材やレンズ鏡筒等を透明なものとして示してある。また、図４は、図３に示したものの側面図である。また、先に説明した図１及び図２に示したものと同一の番号を付しているものについてはその説明を省略する。図１及び図２においては、第１の反射鏡１ａ及び第２の反射鏡からの出射光を直接回転色フィルタ４に入射するようにしてあるが、本具体例では、反射鏡からの反射光を、第１の折り返しミラー１２を用いてほぼ直角に折り返した後に回転色フィルタ４に入射するようにしている。また、図１及び図２においては、拡大用レンズ素子７ａ及び拡大・収差補正用レンズ素子７ｂを通過した光を、直接マイクロミラー表示デバイス８に入射するようにしているが、本具体例においては、拡大用レンズ素子７ａ及び拡大・収差補正用レンズ素子７ｂを通過した光を、第２の折り返しミラー９を用いてほぼ直角に折り返した後に全反射プリズム１０に入射し、全反射プリズム１０の入射面に設けられた図示しないフィールドレンズにより光束を絞り込んでマイクロミラー表示デバイス８に入射するようにしている。マイクロミラー表示デバイス８に入射された光は、マイクロミラー表示デバイス８に入力される映像信号によって、ドット単位で反射が制御されることにより変調され、投写レンズ１１に入射されるようにしている。前述したように、マイクロミラー表示デバイス８のマイクロミラーがオン状態のときは、その反射光が投写レンズ１１の入射位置に向かうようにその反射角が制御される。一方、マイクロミラーがオフ状態のときは、その反射光が投写レンズ１１の入射位置に向かわないように、投写レンズ１１の配置位置とは別の方向に向かうように制御される。また、マイクロミラー表示デバイス８では映像信号の輝度成分に合せて単位時間当たりのオン／オフ回数を制御して明るさの階調を表現している。
【００３２】
投写レンズ１１は、複数のレンズ素子を備えており、マイクロミラー表示デバイス８からの反射光を拡大してセットの前面に配置されたスクリーンの背面に投写するように働く。尚、図示していないが、投写レンズ１１は、複数のレンズ素子のうち特定レンズ素子（スクリーン側に最も近い(最も光出射側に位置する)レンズ素子）が投写レンズ１１光軸に沿って上下に移動可能に構成されている。この移動の構成は、複数のレンズ素子を保持するレンズ鏡筒を、第１及び第２の、２つのレンズ鏡筒を持つ構成とすればよい。具体的には、第１のレンズ鏡筒がスクリーン側に最も近い特定レンズ素子を保持し、第２のレンズ鏡筒がその特定レンズ素子以外のレンズ素子を保持するようにし、かつ第１のレンズ鏡筒が第２のレンズ素子に対して光軸上を移動可能に構成する。これにより、スクリーン上に表示する画像の拡大率を任意に設定可能となる。
【００３３】
図５及び図６は、図３及び図４に示した照明光学装置にカバーなどを取り付けた場合の外観図である。図５は、当該照明光学装置を正面から見た図、図６は、照明光学装置を上から見た図である。ここでは、照明光学装置を１００としている。上記において説明した各種光学部品は、カバー１３の内部に収納され保持される。また、光源２、第１の反射鏡１ａ及び第２の反射鏡１ｂは、ランプハウス１４内に収納される。
【００３４】
このような照明光学装置１００を投写型画像ディスプレイ装置に組み込んだ場合の様子を図７及び８に示す。照明光学装置１００は、前部キャビネット１０１及び後部キャビネット１０３により形成された中空スペースの底部に配置されている。前部キャビネット１０１には投写レンズ１１により拡大された光が背面から投射されるスクリーン１０２が取り付けられている。画面サイズ（スクリーン１０２のサイズ）をアスペクト比１６：９の５０インチとし、投写レンズ１１からスクリーン１０２までの投写距離を６７５ｍｍとして検討した結果、奥行きと高さを小さく（コンパクトに）するためにはスクリーン１０２の画面下端より、照明光学装置１００の一部、すなわち照明光学系を構成する投写レンズ１１、反射鏡や回転色フィルタ４の一部が高い位置（画面垂直方向）になる。
【００３５】
次に、色再現領域の拡大のために、赤色発光ダイオードによる補強について検討したので説明する。現在、最も効率に優れている白色光源は、超高圧水銀ランプである。しかしながら、図１４に示す分光エネルギー特性からも明らかなように、波長６００（ｎｍ）以上の赤色領域の分光エネルギーが青、緑の領域に対して少ない。このため、本発明では、図１９に示したように照明光学装置の光路に赤色光を発光する発光ダイオード２８を設け、前述したランプのエネルギー不足を補っている。尚、図１９の構成は、発光ダイオード２８以外については図１または２に示したものと同一である。従って、それらについての詳細な説明は省略する。発光ダイオード２８から放射された赤色光は、第１の反射鏡１ａ、及び第２の反射鏡１ｂの内部に入射される。そして、光源２から放出された白色光と同様に、第２の反射鏡１ｂの球面状反射面に入射された赤色光は、第１の反射鏡１ａの第１焦点を通過した後に第１の反射鏡１ａの楕円反射面に反射されて第２焦点に集光する。また、第１の反射鏡１ａの楕円反射面に入射された赤色光は、直接第２焦点に至る。従って、第１の反射鏡１ａの第２焦点では、光源２からの白色光と発光ダイオード２８からの赤色光とが混合された光束のスポットが形成される。
【００３６】
光源２の赤色補強用に用いられる発光ダイオード２８としては、例えば（株）東芝製高輝度赤色ＬＥＤ（ＴＬＲＨ１９０Ｐ）を用いることとした。この光学特性は、ピーク波長が６４４（ｎｍ）で１５（ｃｄ）の輝度出力があり、強い指向性を持つ。また発光スペクトルは相対発光強度１０％以上の波長範囲が６１０から６８０（ｎｍ）と赤色領域全般にわたっており、これを１または複数個使用することで良好な特性改善が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る照明光学装置の一実施形態の概略図
【図２】本発明に係る照明光学装置の他の実施形態の概略図
【図３】本発明に係る照明光学装置における各構成要素の配置を正面から見た図
【図４】本発明に係る照明光学装置における各構成要素の配置を横から見た図
【図５】本発明に係る照明光学装置の外観正面図
【図６】本発明に係る照明光学装置の外観側面図
【図７】本発明に係る照明光学装置を組み込んだ投写型画像ディスプレイ装置の正面図
【図８】本発明に係る照明光学装置を組み込んだ投写型画像ディスプレイ装置の側面図
【図９】本発明に用いられる交流駆動型光源の主要部を示す図
【図１０】本発明に用いられる直流駆動型光源の主要部を示す図
【図１１】本発明に用いられる複合反射鏡の一例を示す図
【図１２】楕円形状を有する反射鏡の一例を示す図
【図１３】本発明に用いられる光源の分光エネルギー分布を示す特性図
【図１４】本発明に用いられる回転色フィルタの分光透過率を示す特性図
【図１５】本発明に用いられる交流駆動型光源の光量分布を示す図
【図１６】本発明に用いられる直流駆動型光源の光量分布を示す図
【図１７】本発明に用いられる交流駆動型光源の配光分布を示す図
【図１８】本発明に用いられる直流駆動型光源の配光分布を示す図
【図１９】図１に示した実施形態に発光ダイオードを付加した例を示す図
【符号の説明】
【００３８】
１ａ…第１の反射鏡、１ｂ…第２の反射鏡、２…光源、３…光束、４…回転色
フィルタ５…多重反射素子、７ａ…拡大用レンズ素子，７ｂ…拡大・収差補正用
レンズ素子、８…マイクロミラー表示デバイス、１１…投写レンズ、２８…発光
ダイオード、１００…照明光学装置、１０２…スクリーン。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月2日(2005.9.2)
【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】
白色光を放射する光源と、該光源からの白色光を反射して該光源の光軸方向に該反射光を導く反射鏡と、前記光源から放出された光及び前記反射鏡からの反射光が入射され、該入射光をＲ，ＧまたはＢの三原色光に周期的に選択する回転色フィルタと、該回転色フィルタを通過した光を変調する複数のマイクロミラーを備えた画像表示デバイスと、該画像表示デバイスで変調された光を拡大する投写レンズとを含む照明光学装置と、
該照明光学装置の投写レンズにより拡大された光が投写されるスクリーンと、を有する投写型画像ディスプレイ装置において、
前記照明光学装置の一部が、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置することを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記照明光学装置のうち、前記回転色フィルタの一部を、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記照明光学装置のうち、前記投写レンズの一部を、前記スクリーンの画面垂直方向下端部より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記照明光学系のうち、前記光源の一部が、前記画像表示デバイスの表示画面より上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。