(57)【要約】      （修正有）【課題】紫外および可視光域の光を出射する光源ユニットと蛍光ガラスおよび照明光学系から構成される照明装置を用いた投射型表示装置において、照明効率の高く、コントラストも良好な照明光学系および投射型表示装置を提供する。【解決手段】紫外および可視光域の光を出射する光源ユニット100と、反射型液晶表示素子11と、光源ユニット100からの光を複数の光束に分割する光束分割手段（フライアイレンズ）4,5、偏光変換素子8、光束分割手段4,5からの複数の光束を表示素子11に集光する集光レンズ系（コンデンサーレンズ）9からなる照明光学系200において光源ユニット100と偏光変換素子8の間に紫外線により赤、青、緑に発光する蛍光ガラス6のうち、少なくとも２種類の蛍光ガラス6を配置する。【選択図】図１
2018189805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外および可視光域の光を出射する光源ユニットと、
表示素子と、 
光源ユニットからの光を複数の光束に分割する光束分割手段、 
偏光変換ユニット、 
該光束分割手段からの複数の光束を該表示素子に集光する集光レンズ系からなる
照明光学系において 
前記光源ユニットと前記偏光変換素子の間に 
紫外線により赤、青、緑に発光する蛍光ガラスのうち、少なくとも２種類の蛍光ガラスを 
配置することを特徴とする照明装置。 
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において
前記少なくとも２種類の蛍光ガラスを
前記照明光学系の光軸に垂直な面内で異なる領域に配置することを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の照明装置において 
蛍光ガラスによって発光する光の比視感度の高いものが照明光学系の光軸に近い領域に配置されることを特徴とする照明装置。 
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に照明装置において 
前記蛍光ガラスは偏光変換ユニット近傍に配置されていることを特徴とする照明装置。 
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置にあって 
紫外線により赤、青、緑に発光する３種類の蛍光ガラスを用い、照明光学系の光軸に近い領域から順に発光する光が緑、赤、青の蛍光ガラスが並んでいることを特徴とする照明装置。 
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に照明装置において 
紫外線領域の光を反射もしくは吸収する光学素子が前記蛍光ガラスと
偏光変換ユニットの間に配置されていることを特徴とする照明装置。 
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置において、前記紫外線領域の光を反射もしくは吸収する光学素子の４００ｎｍにおける光の透過率が５％以下であることを特徴とする照明装置。 
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置と、
前記表示素子に導かれた光を表示部に投影する投射光学系を備えた投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外および可視光域の光を出射する光源部と蛍光ガラスおよび照明光学系から構成される照明装置に関するものである。また本発明は、この形式の照明光学系を用いた投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
紫外および可視光域の光を出射する光源部と蛍光体から構成される照明装置を用いた投射型表示装置として、例えば特開２０１２−１９５２３３の図１、図２等に開示された構成のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特開２０１２−１９５２３３に開示されている構成では、光束幅を２倍にして紫外光を利用しているので、照明効率が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決し、紫外および可視光域の光を出射する光源部と蛍光ガラスおよび照明光学系から構成される照明装置を用いた投射型表示装置において、照明効率の高く、コントラストも良好な照明装置および投射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】
【０００６】
紫外および可視光域の光を出射する光源ユニットと、
表示素子と、 
光源ユニットからの光を複数の光束に分割する光束分割手段、 
偏光変換ユニット、 
該光束分割手段からの複数の光束を該表示素子に集光する集光レンズ系からなる
照明光学系において 
前記光源ユニットと前記偏光変換素子の間に 
紫外線により赤、青、緑に発光する蛍光ガラスのうち、少なくとも２種類の蛍光ガラスを 
配置することを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、紫外および可視光域の光を出射する光源部と蛍光ガラスおよび照明光学系から構成される照明装置を用いた投射型表示装置において、照明効率の高く、コントラストも良好な照明光学系および投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例
【図２】蛍光ガラス部６の構成例１
【図３】超高圧水銀ランプの分光分布
【図４】蛍光ガラス部６の構成例２
【図５】蛍光ガラス部６の構成例３
【図６】蛍光ガラス部６の構成例４
【図７】本発明の第２実施例
【図８】出側偏光板４９の特性図
【図９】合成プリズム５０の特性図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、紫外および可視光域の光を出射する光源部と蛍光ガラスおよび照明光学系から構成される照明装置を用いた投射型表示装置において、照明効率の高く、コントラストも良好な照明光学系および投射型表示装置を実現している。以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
［実施例］
図１に、第１実施例の投射型表示装置の構成を図示している。ここでは、画像表示素子として反射型液晶表示素子を用いているが、反射型液晶表示素子に限ったものではない。これらの図には、説明を容易にするため投射型表示装置の基本的な構成部品のみしか描いていないが、熱線カットフィルタや、偏光板等を有する構成としても構わない。発光管２内部の光源（発光部）１ から射出した光束は放物面リフレクタ３によって略平行光となって射出される。射出された光は、第１フライアイレンズ（小さな球面レンズが２次元的に配列されたレンズアレイ）４によって分割及び集光される。光源１からリフレクタ３で光源部１００を構成している。
【００１１】
各々の分割光束は第２フライアイレンズ５近傍に集光され、光源の像（２次光源像）を作る。第１フライアイレンズ４および第２フライアイレンズ５が光束を分割する手段である。これらのフライアイレンズ４、５を構成する小レンズは、被照明面である反射型液晶表示素子と相似の形状をした矩形レンズ形状をしている。第１フライアイレンズ４の各小レンズは後述する反射型液晶表示素子１１の位置と光学的に略共役になっている。
【００１２】
第２フライアイレンズ５を射出した分割光束は、図２にて構成の詳細を示す蛍光ガラス部６、紫外光を反射あるいは吸収する紫外光カットフィルタ７を透過し、無偏光光を直線偏光光に変換する偏光変換素子８によって、Ｐ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換された分割光束はコンデンサーレンズ９によって重畳され、偏光ビームスプリッタ−１０を透過し、反射型液晶パネル１１を重畳的に照明する。第１フライアイレンズ４からコンデンサーレンズ９で照明光学系２００が構成される。また、１３は照明光学系の光軸である。
【００１３】
白表示時の場合は反射型液晶表示素子１１に入射したＰ偏光光は画像変調されＳ偏光光が反射し、偏光ビームスプリッタ−１０の偏光分離面で反射し、投射レンズ１２に至り、スクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
【００１４】
黒表示時の場合は反射型液晶表示素子１１に入射したＰ偏光光は画像変調されずＰ偏光光のまま反射し、偏光ビームスプリッタ−１０の偏光分離面を透過し光源側に戻され、投射光から除去される。
【００１５】
蛍光ガラス部６について詳細を説明する。可視光領域の光は透過し、２００〜４００ｎｍの光を可視光に変換することのできる蛍光ガラスについて、特開平９−２０２６４２、特開平１０−１６７７５５、特開平１１−２３６２４２等に記載されている。これらの公開件にはガラス中にドープする希土類イオンの種類によって青帯域、赤帯域、緑帯域の光それぞれに変換できると記載されている。これ以後、紫外光を青帯域、赤帯域、緑帯域の光に変換する蛍光ガラスをそれぞれ青色蛍光ガラス、赤色蛍光ガラス、緑色蛍光ガラスと呼ぶ。
【００１６】
これらの蛍光ガラスを図２のように、照明光学系の光軸１３の近傍から順に緑色、赤色、青色蛍光ガラスを配置する。図２は、図１に記載のＺ方向から見た図である。光源１は図３のような分光分布を持ち、紫外光と可視光を発光する超高圧水銀ランプである。光源１から発せられた光のうち、可視光は蛍光ガラス部６をそのまま透過するが、紫外光部は図２の光軸１３に近い順から緑、赤、青帯域の光に変換され、射出される。それらの光の一部は、最終的に反射型液晶表示素子１１に入射する。光軸１３に近い順から緑、赤、青色蛍光ガラスを配置しているのは、比視感度の高いものほど光軸に近い位置に配置し、偏光ビームスプリッタ−１０、反射型液晶パネル１１への入射角度を小さくするためである。その結果、偏光ビームスプリッタ−１０、反射型液晶パネル１１での入射角度による特性劣化が抑えられ、更なる光量、良好なコントラストが得られる。
【００１７】
蛍光ガラス部６の配置は図２に限らず、図４のようでも良いし、図５のように３色の帯域に限らず２色の帯域の構成でも構わない。図５においても比視感度の高い緑帯域への光に変換する緑色蛍光ガラスが光軸１３に近い位置に配置されている。
【００１８】
また、図６のように光源部から緑、赤、青帯域への光に変換する蛍光ガラスの順に並べて配置してもよい。この構成の場合、緑帯域の変換光が多くなり、そこで変換されなかった紫外光が赤色蛍光ガラスに入射、さらにそこでも変換されなかった紫外光が青色蛍光ガラスに入射し青色光に変換されるが、この場合、変換された光は比視感度の高い緑帯域の光が多いため光量のアップに大きく寄与するが、この順番に限定されることなく色味の改善のために青色、赤色蛍光ガラスを最も光源１寄りに配置しても良い。また、蛍光ガラス部６は第１実施例での位置に限らず、リフレクタ３から偏光変換素子８の間に配置されていれば良い。
【００１９】
紫外線を吸収または反射する紫外線カットフィルタ７を蛍光ガラス部６の反射型液晶表示素子１１に配置し、蛍光ガラス部６で変換されなかった紫外光をカットすることで、その後に配置されている光学素子等の劣化を低減する。紫外線カットフィルタ７の４００ｎｍにおける透過率は５％以下であることが望ましい。
【００２０】
図７は、上述の第１実施例の光源１からコンデンサーレンズ９までの光源ユニット１００、照明光学系２００を用いて、３枚の反射型液晶表示素子で構成した投射型表示装置を示した第２実施例である。
【００２１】
図７において、光源１からコンデンサーレンズ９までは第１実施例と同じであるため、
詳細は省略する。照明光学系２００のコンデンサーレンズ９から射出されたＰ偏光光がダイクロイックミラー４１に入射する。
【００２２】
図７のダイクロイックミラー４１は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を反射し、緑（Ｇ）の色光を透過するダイクロイックミラーである。４２はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。
【００２３】
４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。４５はＳ偏光を透過するＧ用の出射側偏光板Ｇである。
【００２４】
４６は入射側偏光板であり、Ｐ偏光光を透過する。４７はＲの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板Ａである。４８はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。
【００２５】
４９はＢ用の出側偏光板であり、図８のような特性をもっている。Ｂの色光はＳ偏光のみを透過し、赤の色光は偏光方向に関係なく透過する。合成プリズム５０は図９のような特性も持っており、Ｂ、Ｇの色光ではダイクロイックミラー、Ｒの色光ではＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッターの特性をもつプリズムである。
【００２６】
以上のダイクロイックミラー４１から合成プリズム５０により、色分解合成光学系３００が構成される。
【００２７】
５１は投射レンズであり、光源部、照明光学系，色分解合成光学系および投射レンズにより画像表示光学系が構成される。
【００２８】
次に、コンデンサーレンズ９以降の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。
【００２９】
ダイクロイックミラー４１を透過したＰ偏光光のＧの色光は第１の偏光ビームスプリッター４２に入射して偏光分離面で透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇにおいては、Ｇの光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面で反射、Ｓ偏光を透過する出側偏光板Ｇ４５を透過し、投射光として合成プリズム５０に向かう。
【００３０】
その後、合成プリズム５０で反射して投射レンズ５１へと至る。このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター４２とＧ用の反射型液晶表示素子４３Ｇとの間に設けられた１／４波長板４４Ｇの遅相軸を所定の方向に調整することにより、第１の偏光ビームスプリッター４２とＧ用の反射型液晶表示素子４３Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラー４１を反射したＰ偏光光のＲとＢの色光は、Ｐ偏光光を透過する入射側偏光板４６に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板４６から出射した後、色選択性位相差板Ａ４７に入射する。色選択性位相差板Ａ４７は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂへと至る。
【００３２】
Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過して投射光として出側偏光板４９に向かう。
【００３３】
また、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂに入射したＢの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射して投射光として出側偏光板４９に向かう。
【００３４】
このとき、第２の偏光ビームスプリッター４８とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｒ，４３Ｂの間に設けられた１／４波長板４４Ｒ，４４Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。
【００３５】
こうして１つの光束に合成され、第２の偏光ビームスプリッター４８から出射したＲとＢの色光は、Ｒの色光はＰ偏光、Ｂの色光はＳ偏光で出側偏光板４９、合成プリズム５０に入射する。
【００３６】
そして、ＲとＢの投射光は合成プリズム５０を透過し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ５１に至る。
【００３７】
そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ５１によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
【００３８】
以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。
【００３９】
まず、Ｇの光路について説明する。ダイクロイックミラー４１を透過したＧの色光のＰ偏光光は第１の偏光ビームスプリッター４２に入射して偏光分離面で透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子４３Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子４３Ｇが黒表示の為、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子４３Ｇで反射された後もＧの色光はＰ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター４２の偏光分離面で透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００４０】
次に、ＲとＢの光路について説明する。ダイクロイックミラー４１を反射したＲとＢの色光は、Ｐ偏光光を透過する入射側偏光板４６に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板４６から出射した後、色選択性位相差板Ａ４７に入射する。色選択性位相差板Ａ４７は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒへと至る。
【００４１】
また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４８に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子４３Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。
【００４２】
従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子４３Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面で反射し、色選択性位相差板Ａ４７により、Ｐ偏光に変換され、入射側偏光板４６を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂに入射したＢの色光はＢ用の反射型液晶表示素子４３Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、Ｂ用の反射型液晶表示素子４３Ｂで反射された後もＢの色光はＰ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター４８の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板Ａ４７、入射側偏光板４６を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。
【００４３】
以上が、３枚の反射型液晶表示素子を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。
【００４４】
この第２実施例においては、反射型液晶表示素子が３枚ある実施例を示したが、この数は３枚に限らず、２枚でも４枚でも構わない。
【符号の説明】
【００４５】
１                      光源
２                      発光管
３                      リフレクタ
４                      第１フライアイレンズ
５                      第２フライアイレンズ
６                      蛍光ガラス部
７                      紫外線カットフィルタ
８                      偏光変換素子
９                      コンデンサーレンズ
１０                    偏光ビームスプリッター
１１                    反射型液晶表示素子
１２                    投射レンズ
１３                    照明光学系の光軸
４１                    ダイクロイックミラー
４２                    第１の偏光ビームスプリッター
４３Ｇ、４３Ｂ、４３Ｒ  反射型液晶表示素子
４４Ｇ、４４Ｂ、４４Ｒ  １／４波長板
４５                    出射側偏光板Ｇ
４６                    入射側偏光板
４７                    色選択性位相板Ａ
４８                    第２の偏光ビームスプリッター
４９                    出側偏光板
５０                    合成プリズム
５１                    投射レンズ
１００                  光源部
２００                  照明光学系
３００                  色分解合成光学系
【図１】
2018189805.tif 000003
【図２】
2018189805.tif 000004
【図３】
2018189805.tif 000005
【図４】
2018189805.tif 000006
【図５】
2018189805.tif 000007
【図６】
2018189805.tif 000008
【図７】
2018189805.tif 000009
【図８】
2018189805.tif 000010
【図９】
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