(57)【要約】【目的】リフレクタを備えた主要光源部からの光束の、中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部、およびロッドインテグレータを有する第１インテグレータを配し、コンパクトで、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を得る。【構成】放物面鏡リフレクタ１２を備えた主要光源部１、主要光源部１から出射される光束の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部２、偏向ミラー３、ならびに、主要光源部１からの光束の光量分布の均一化を図る第１インテグレータ部４としてのロッドインテグレータ２３を備えた照明光学系である。ロッドインテグレータ２３は、補助光源部２からの光束の光量分布の均一化を図る第２インテグレータ部５としての役割を兼ねる。【選択図】　　　　　図１
2004145001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられるとともに、前記補助光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第２インテグレータ部が設けられ、前記第１インテグレータ部および前記第２インテグレータ部が同一のロッドインテグレータを共有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられるとともに、前記補助光源部から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一とされていて、該補助光源部からの光束の光量均一化を図る手段は省略されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
前記補助光源部から出射される光束が、前記第１インテグレータ部の前記ロッドインテグレータを、略平行光束として通過することを特徴とする請求項２記載の照明光学系。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項記載の照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する照明光学系に関するもので、特に、照明光束をライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置の光源部としては、光源およびリフレクタからなる構成が一般的である。この光源は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの光源を使用することが一般的である。また、この光源からの光を反射させ前方に出射させるリフレクタは、通常、放物面鏡または楕円面鏡が用いられる。
【０００３】
図９〜図１１は従来よく知られた光源部の構成を示すものである。図９および図１０はリフレクタ１０４、１０５の後部に発光管１０１を位置させたタイプである。また、図１１は、多くはキセノンランプとして用いられる構成で、リフレクタ１０４の後部に陽極１０３が配置され、リフレクタ１０４の光出射側から陰極１０２が配置されるタイプである。図１１（ｂ）はこの光源部の断面図であり、図１１（ａ）はこの光源部を光出射側から見た図である。陰極１０２を有する陰極部は、キセノンガス封入用の透明部材１０６に溶着されて、リフレクタ外周に対し保持せしめられ、透明部材１０６上には陰極１０２に電圧を負荷するための配線を有する棒状保持部材１０７が配されている。
【０００４】
また、図９および図１１においてはリフレクタ１０４は放物面鏡とされ、その焦点位置に光源の発光点が位置するように配されており、これらの光源部からは平行光とされた照明光束が出射される。図１０においてはリフレクタ１０５は楕円面鏡とされ、その第１焦点位置に光源の発光点が位置するように配されており、この光源部から出射された照明光束は楕円面鏡の第２焦点位置に集光される。
【０００５】
ところで、このような光源１０１〜１０３およびリフレクタ１０４、１０５からなる構成の光源部においては、その構造上、リフレクタ１０４、１０５から出射される光束の光軸近傍に、光強度の弱い空間ができてしまうことが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の図６（ａ）および段落番号００３８に記載されるとおり、リフレクタ後部に設けられた孔部のために光が反射されない、または発光管そのものの大きさが原因となって光が遮られるためである。発光管１０１または陽極１０７を配置するためにリフレクタ最後部に鏡面化されていない範囲があり、この直径をＡとすると、光源部から出射される光束の中央部に、少なくとも、図９および図１１においては光軸に直交する面内で直径Ａの範囲に、また、図１０においてはリフレクタの第２焦点を中心に角度Ｂ°となるような範囲に、光がほとんど通過しない空間が存在することになる。
【０００６】
特許文献１では、光源部より後段のマルチレンズアレイにおいて、被照明体側のマルチレンズアレイの光軸近傍のレンズセルの数を減らし、レンズセルサイズを大きくし、また、これらのレンズセルを偏心させることにより、光強度の弱い光軸近傍の光は利用せずに、光学系全体としての光利用効率を向上させようとする技術が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−５６４３５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、投写型表示装置においては明るい場所での投写でも問題なく利用できるよう、明るい投写型表示装置の開発が進められている。明るさの向上に大きく寄与する要素として、ライトバルブと並び、照明光学系の光源部の構成にも新たな工夫が求められている。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、光源とリフレクタよりなる光源部から出射される光束の光軸近傍の光量分布に着目し、従来からあるこのタイプの光源部に対し大きな設計変更を施すことなく、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る照明光学系は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられるとともに、前記補助光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第２インテグレータ部が設けられ、前記第１インテグレータ部および前記第２インテグレータ部が同一のロッドインテグレータを共有していることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る照明光学系は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられるとともに、前記補助光源部から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一とされていて、該補助光源部からの光束の光量均一化を図る手段は省略されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記補助光源部から出射される光束が、前記第１インテグレータ部の前記ロッドインテグレータを、略平行光束として通過することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る投写型表示装置は、上記照明光学系を備え、この照明光学系からの光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る照明光学系の第１の実施形態について、本発明の実施例１および実施例２に係る照明光学系をその例として説明する。第１の実施形態は、発光体およびこの発光体から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタを備えた主要光源部と、この主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部とを備え、前記主要光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられるとともに、前記補助光源部からの光束の光量均一化を図る、ロッドインテグレータを有する第２インテグレータ部が設けられ、前記第１インテグレータ部および前記第２インテグレータ部が同一のロッドインテグレータを共有しているものである。
【００１５】
＜実施例１＞
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図１に示す。この照明光学系は、主要光源部１、補助光源部２、偏向ミラー３、第１インテグレータ部４、および第２インテグレータ部５を備えてなり、第１インテグレータ部４および第２インテグレータ部５が同一のロッドインテグレータ２３を共有している。
【００１６】
主要光源部１は、キセノンランプやメタルハライドランプ等の発光管からなる光源１１を備え、その発光点が放物面鏡よりなるリフレクタ１２の焦点に配置されてなり、光源１１から出射された光を被照明体側に反射するリフレクタ１２の開口部からは、略平行な光束が出射される。
【００１７】
ところで、前述のとおり、この主要光源部１から出射される光束の光軸と垂直な断面内における光量分布としては、光軸近傍の所定範囲に光強度の弱い部分（以下、光束低密部と称する）が存在する。ここに着目し、この照明光学系は、この主要光源部１から出射された光束の中心近傍の光束低密部に、光束を補うように光束を出射する補助光源部２を備えた構成とされている。図１において補助光源部２は半導体レーザＬＤからなるレーザ光源３１よりなり、コリメータレンズ３５により平行光束とされた補助光源部２からの光束が偏向ミラー３により偏向されて、主要光源部１から出射された光束の光束低密部に導入される。
【００１８】
主要光源部１から出射された光束の光束低密部に補助光源部２から光束を補うという構成は、単に光源部全体として光量が増加し照明光学系の明るさ向上に寄与するのみならず、光量分布においても、本来最も光強度を大きくしたい光束の中心近傍の光束低密部の光強度を増強することができることになる。また、この光束低密部に光束を補うために、例えば偏向ミラー３などの部材を配設しても、主要光源部１からの光束の光強度が弱い部分であるので、主要光源部１からの光束をほとんど遮ることなく、主要光源部１からの光束を効率よく利用することができる。また、このような構成によれば、従来一般に用いられるリフレクタを備えた光源部に対し、これを主要光源部１として、設計変更も少なくコンパクトなままで明るさを向上させることができる。
【００１９】
また、この照明光学系は、主要光源部１から出射された光束の、光軸と垂直断面における光量分布の均一化を図る第１インテグレータ部４として、ロッドインテグレータ２３を備えている。また、このロッドインテグレータ２３は、補助光源部２から出射された光束の、光軸と垂直断面における光量分布の均一化を図る第２インテグレータ部５としても機能する。第１インテグレータ部４と第２インテグレータ部５が同一のロッドインテグレータ２３を共有する構成とすることにより、簡易でコンパクトな構成とすることができる。なお、以下の説明では、第１および第２インテグレータ部４、５の作用について「光量分布の均一化」と記載されている場合は、上記断面におけるものとする。
【００２０】
主要光源部１から出射された平行光束、および、補助光源部２から出射され平行光束とされた光束は、いずれも集光レンズ２４により集光される。そしてこれらの光束は、集光レンズ２４の焦点位置近傍にその入射端が位置するように配されたロッドインテグレータ２３に入射され、その内壁面において複数回反射され、光束密度が略均一化された光束として出射される。
【００２１】
なお、本実施例および以下の実施例において、ロッドインテグレータ２３としては、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータを用いることができる。ロッドインテグレータ２３に入射した光束は、棒状ロッドプリズムにおいては内壁面において複数回全反射されながら、中空プリズムにおいては内壁面の鏡面で複数回反射されながら、その光束出射端に導かれる。ロッドインテグレータ２３から出射される光束は、ロッドインテグレータ２３の出射端において光束密度が略均一化された光束とされている。
【００２２】
また、本実施例において、補助光源部２からの光束は集光レンズ２４の前段において、偏向ミラー３により主要光源部１からの光束中に導入されている。補助光源部２の光源が半導体レーザ３１とされている場合、この光源は通常、冷却しつつ用いる必要があるため、このように主要光源部１からの光が直接当たらないところに配置し、偏向ミラー３のような導光手段により導入されることが好ましい。
【００２３】
なお、本実施例の変更例として、偏向ミラー３の配設位置を集光レンズ２４の後段とし、この位置において、補助光源部２からの光束が主要光源部１からの光束の光束低密部に導入されるように構成してもよい。この場合、適宜、集光レンズ等を配置することができる。
【００２４】
また、別の変更例として、補助光源部２から出射された光束が、偏向ミラーにより主要光源部１からの光束中に導入されるのではなく、補助光源部２が集光レンズ２４とロッドインテグレータ２３との間に配されるように構成してもよい。この場合も、主要光源部１から出射される光束の光束低密部に、補助光源部２を配設することになるので、主要光源部１から出射される光の利用効率を悪化させる虞はない。
【００２５】
＜実施例２＞
本実施例は、実施例１と同様に第１の実施形態に基づくものである。なお、本実施例および以下に示す各実施例においては、特に記載のない限り実施例１と同様の構成部分には同一の符号を付しており、既出の事項に関しては詳細な説明を省略している。
【００２６】
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図２に示す。本実施例は、第１インテグレータ部としてロッドインテグレータ２３を用い、さらに、第１インテグレータ部と第２インテグレータ部が同一のロッドインテグレータ２３を共有している点で実施例１の照明光学系と同様の構成である。本実施例と実施例１との相違点は、主要光源部１のリフレクタ１３が楕円面鏡よりなる点にある。
【００２７】
主要光源部１は、実施例１と同様の光源１１を備え、その発光点が楕円面鏡よりなるリフレクタ１３の第１焦点に配置されてなり、光源１１から出射された光束は被照明体側に反射され、リフレクタ１３の開口部から出射される光束は楕円面鏡の第２焦点に収束される。前述のとおり、この主要光源部１から出射される光束の光軸と垂直な断面内における光量分布においても、光軸近傍の所定範囲に光束低密部が存在する。
【００２８】
補助光源部２は、この光束低密部に光束を補うように光束を出射するもので、コリメータレンズ３５により平行光束とされた補助光源部２からの光束が偏向ミラー３により偏向されて、主要光源部１から出射された光束の光束低密部に導入される。この光束は、その焦点位置がリフレクタ１３の第２焦点に略一致するように配された集光レンズ４７により集光されて、この第２焦点位置近傍にその入射端が位置するように配されたロッドインテグレータ２３に入射されるので、主要光源部１から出射された光束と同様に、ロッドインテグレータ２３により光束密度が略均一化された光束として出射される。
【００２９】
本実施例によれば、楕円面鏡よりなるリフレクタ１３を用いることにより、レンズを配置せずに主要光源部１からの光束を集光させてロッドインテグレータ２３に入射させることができ、簡易でコンパクトな構成とすることができる。
【００３０】
つぎに、本発明に係る照明光学系の第２の実施形態として、本発明の実施例３に係る照明光学系について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の主要光源部と、補助光源部と、第１インテグレータ部とを備え、前記補助光源部から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一とされていて、該補助光源部からの光束の光量均一化を図る手段は省略されているものである。
【００３１】
＜実施例３＞
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図３に示す。本実施例の主要光源部１は、実施例２と同様の楕円面鏡よりなるリフレクタを備えたものである。
本実施例の補助光源部２は、この補助光源部２から出射される光束は出射された状態で光量分布が略均一となっているような光源とされている。例えば、レーザ光源３２を用いることができる。このような光源を備えた補助光源部２からの光束はインテグレータにより光量均一化を図る必要がないので、本実施例においては、補助光源部２からの光束の光量均一化を図る手段は省略され、より簡易な構成とされている。
【００３２】
本実施例において、ロッドインテグレータ２３は、第１インテグレータ部４として主要光源部１からの光束の光量均一化を図る手段として用いられている。主要光源部１から出射された光束はリフレクタの作用により、所定の角度を持ってロッドインテグレータ２３に入射されるので、ロッドインテグレータ２３の内壁面において複数回反射されながら出射端に導かれる。ロッドインテグレータ２３から出射される光束は、ロッドインテグレータ２３の出射端において光束密度が略均一化された光束とされている。
【００３３】
他方、補助光源部２からの光束は、コリメータレンズ３５により平行光束とされ、偏向ミラー３により偏向されて、主要光源部１から出射された光束の光束低密部に導入される。この光束は平行光束のままで、ロッドインテグレータ２３に入射されるので、ロッドインテグレータ２３の内壁面において反射されることなくこのロッドインテグレータ２３を通過し、平行光束のままで出射される。
【００３４】
このようにして、ロッドインテグレータ２３の出射端において、主要光源部１および補助光源部２からの光束が、ともに光束密度が略均一化された状態で出射される。ロッドインテグレータ２３の出射端において、出射光の光束密度が全体として略均一化されるために、補助光源部２から出射される光束は、望ましくはロッドインテグレータ２３の入射端と同形状、少なくともロッドインテグレータ２３の入射端より大きい光束径とされて、ロッドインテグレータ２３に入射されることが好ましい。この照明光学系を投写型表示装置に用いた場合、ロッドインテグレータ２３の出射端と後段のライトバルブとがリレーレンズを介して互いに結像関係（共役関係）となる。
【００３５】
本実施例の変更例として、主要光源部１を、放物面鏡よりなるリフレクタを備えた構成とすることも可能である。放物面鏡よりなるリフレクタから出射された光束が、実施例１と同様に、ロッドインテグレータ２３の光束入射端近傍に焦点が位置するように配された集光レンズにより集光されるように構成し、この集光レンズの後段に偏向ミラー３を配し補助光源部２からの光束を導入するように構成することが好ましい。
【００３６】
上述した本発明の第１および第２の実施形態に係る照明光学系としては、補助光源部２として複数の光源を用いることができる。以下にその実施例を示す。
【００３７】
＜実施例４＞
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図４に示す。本実施例の特徴は、補助光源部が複数の光源からなることにある。その他の構成は既に説明した実施例と略同様のものである。例えば、主要光源部１は実施例１と同様である。また、ロッドインテグレータ２３が第１インテグレータ部４と第２インテグレータ部５を兼務し、実施例１と略同様の構成とされている。
【００３８】
本実施例の照明光学系は、補助光源部として、分光分布が同様な２つの光源３１ａ、３１ｂを備えている。これらの光源３１ａ、３１ｂからの光束は、コリメータレンズ３５ａ、３５ｂ、および両光束を反射させ合成させる偏向ミラー３を介し、主要光源部１から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うようにこの光束中に導入される。その後、光源３１ａ、３１ｂからの光束は、主要光源部１から出射された平行光束と同様に、集光レンズ２４により集光される。そしてこれらの光束は、集光レンズ２４の焦点位置近傍にその入射端が位置するように配されたロッドインテグレータ２３に入射され、その内壁面において複数回反射され、光束密度が略均一化された光束として出射される。
【００３９】
補助光源部として２つの光源３１ａ、３１ｂを備えていることにより、主要光源部１の光束低密部に補う光量を増加させることができる。なお、本実施例では補助光源部として２つの光源を用いているが、２つ以上の光源を用いることも可能である。
【００４０】
また、本実施例の変更例として、実施例１の変更例と同様に、集光レンズ２４の後段において、補助光源部２からの光束が主要光源部１からの光束の光束低密部に導入されるように構成してもよい。また、補助光源部２が集光レンズ２４とロッドインテグレータ２３との間に配されるように構成してもよい。また、本実施例は実施例１の照明光学系について補助光源部が複数の光源からなる例を示したが、上記実施例２および３についても本実施例と同様に、分光分布が同様な複数の光源からなる補助光源部を備えた構成とすることが可能である。
【００４１】
＜実施例５＞
本実施例に係る照明光学系の概略構成の断面図を図５に示す。本実施例は、補助光源部を構成する複数の光源が、分光分布が異なる２種類の光源３１ａ、３１ｂからなる点が実施例４と異なり、その他の点では実施例４と同様である。
【００４２】
本実施例では、分光分布が異なる２種類の光源３１ａ、３１ｂを用いているので、これらの光源３１ａ、３１ｂから出射された光束を合成する手段としてクロスプリズム７が配されている。光源３１ａ、３１ｂからの光束は、コリメータレンズ３５ａ、３５ｂを介し、クロスプリズム７内のダイクロイック膜５１ａ、５１ｂにより反射されて偏向され、主要光源部１から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うようにこの光束中に導入される。その後、光源３１ａ、３１ｂからの光束は、主要光源部１から出射された平行光束と同様に、集光レンズ２４により集光される。そしてこれらの光束は、集光レンズ２４の焦点位置近傍にその入射端が位置するように配されたロッドインテグレータ２３に入射され、その内壁面において複数回反射され、光束密度が略均一化された光束として出射される。
【００４３】
なお、本実施例では補助光源部として２つの光源を用いているが、２つ以上の光源を用いることも可能である。補助光源部として複数の光源を備えていることにより、主要光源部１の光束低密部に補う光量を増加させることができる。また、本実施例ではクロスプリズム７により補助光源部の光束の合成を行なうことにより、実施例４の偏向ミラー３を配置する場合に比べ、主要光源部１からの光束を遮光する範囲が小さい。
【００４４】
さらに、補助光源部として分光分布が異なる少なくとも２種類の光源を用いた照明光学系は、カラー投写型表示装置の照明光学系として用いられた場合に有用である。例えば、３原色光のうちの異なる２色光を、一方を光源３１ａから、他方を光源３１ｂから出射させて合成し、主要光源部１からの光束低密部に光束を補うように構成することができる。
【００４５】
また、本実施例の変更例として、実施例４と同様に、実施例１に係る照明光学系の構成変更を適用することが可能である。また、本実施例は実施例１の照明光学系について補助光源部が複数の光源からなる例を示したが、上記実施例２および３についても本実施例と同様に、分光分布が異なる複数の光源からなる補助光源部を備えた構成とすることが可能である。
【００４６】
以上、本発明に係る照明光学系の具体的な実施例として、実施例１〜５について説明した。各実施例とも、主要光源部１から出射された光束の光束低密部に補助光源部２から光束を補うという構成とされているので、明るくコンパクトな照明光学系とされており、第１インテグレータ部としてロッドインテグレータを備えているので、光量分布の均一化された照明光束を出射することができる。
【００４７】
ところで、本発明に係る照明光学系の主要光源部に用いられる光源としては、例えば超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどがあるが、これらの光源は各々種類により固有の分光分布を有しており、可視光領域において一様な光量分布を持っているわけではない。本発明に係る照明光学系の主用途である投写型表示装置に関しては、明るさの要望以外に、色再現性が良い画像が要求されるが、色再現性を良好とするためには、この光源の分光分布のばらつきが問題となる場合がある。光源によっては、色再現性を良好とするために必要な波長域の光量が不足していたり、また、不必要な波長域の光量が過剰であったりするためである。
【００４８】
例えば、図６は超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布を示す図であり、縦軸が光強度を示すものである。図示のとおりこの光源では、３原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するため、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そのため、従来、装置の色再現性を良好とする方策としては、光源から出射された光のうち５８０ｎｍ近辺の波長域の光を取り除いて照明を行っていたが、その分の光量損失は明るさ向上の要望とは反するものとなってしまう。
【００４９】
本発明に係る照明光学系によれば、主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部を備え、主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を前記補助光源部から出射させるように構成することができる。例えば、主要光源部の発光体が上記超高圧水銀灯とされた場合に、補助光源部から、赤色波長域に強度ピークを有する光束を出射させる構成とすることである。この補助光源部の光源としては、例えば、安価で小型な赤色半導体レーザを用いることができる。このような構成によれば、照明光束全体として赤色波長域の光強度が増加し、従来は色再現性に悪影響を及ぼしていた超高圧水銀灯からの５８０ｎｍ近辺の光も、排除することなく利用できるようになる。この、これまで排除していた光量は、超高圧水銀灯の全光量の２０％にも相当し、これ程の光量が増加する効果は高い。
【００５０】
主要光源部から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、補助光源部から出射させるように構成することにより、単に補助光源部からの光量分が増加するのみならず、色再現性のためにこれまで排除していた主要光源部からの光束も色再現性の低下を招くことなく取り込むことができ、明るく色再現性の良いコンパクトな照明光学系を得ることができる。なお、補助光源部から出射させる光束の強度ピークは赤色波長域に限られるものではなく、主要光源部の光源の分光分布に応じその波長域を適宜設定することができる。
【００５１】
本発明の照明光学系としては、上述したものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能である。例えば、上記各実施例は、偏向ミラーが補助光源部からの光束を偏向させるものとされているが、これに替えて主要光源部からの光束を偏向させる偏向ミラーが配され、この偏向ミラーの、主要光源部からの光束の光束低密部が照射される部分を空間とし、この空間を通して補助光源部からの光束が上記光束低密部に導入されるような構成に変更することができる。この場合にも、補助光源部から出射された光束が、主要光源部から出射された光束の中心近傍の光束低密部に位置するように導入されるので、各実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
また、本発明に係る照明光学系としては、補助光源部からの光束を主要光源部からの光束の光束低密部中に導入するための偏向ミラーは、必須ではない。すなわち、例えば、上記各実施例において偏向ミラー３の位置に補助光源部２を配設する場合のように、主要光源部からの光束の光束低密部に補助光源部を配設する構成とすることも可能である。
【００５３】
また、主要光源部は、各実施例に図示された発光管を備えた構成だけでなく、図１１に示された電極を配設する構成のものとされていてもよい。
【００５４】
また、補助光源部としては、上記各実施例に用いたレーザ光源に限られるものではなく、放物面鏡または楕円面鏡よりなるリフレクタを用いたものであってもよい。リフレクタを用いた補助光源部とすることにより、補助光源部として低コストで光量の大きいものとすることができる。補助光源部から出射された光束は光量分布の不均一な略平行光となるので、光量均一化を図るために第２インテグレータ部が設けられることが好ましい。また、補助光源部から出射された光束の光路中に適宜コリメータレンズ等を配置することができる。
【００５５】
また、補助光源部は、照明光学系の光量増加、光量分布の均一化、色再現性の適正化（所定の色味を強くしたい、弱くしたい等の場合を含む）等の所期の目的を達成し得る光量を発生させるものとすることが好ましい。また、主要光源部および補助光源部からの光束の光路中に配される各レンズの形状は、適宜設定することができる。
【００５６】
なお、付言すれば、本発明に係る照明光学系は、従来多数提案されている、単に総量としての光量を増加させるために複数の光源を備えた照明光学系とは、その目的も作用効果も異なるものである。従来の複数光源を備えた照明光学系は、本発明の主要光源部に相当するような大きさの光源部を複数個配設することにより、総量としての光量を増加させることを目的としている。これらは、本発明のような、リフレクタを備えた光源部から出射された光束の光束低密部に別の光源から光束を補う、という発想を有するものではない。
【００５７】
また、前述の投写型表示装置の色再現性の問題を解決するべく、発光分布の異なる光源部を複数使用した照明光学系も既に提案されている（例えば特開２００１−１６６３８３号公報参照）。しかしこの場合も、上記複数光源を備えた照明光学系と同様に、本発明のような、リフレクタを備えた光源部から出射された光束の光束低密部に別の光源から光束を補う、という発想を有するものではない。本発明に係る照明光学系によれば、この従来例よりも格段にコンパクトな照明光学系により、高い色再現性を達成することができる。
【００５８】
つぎに、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として、本発明の実施例６および実施例７について説明する。
【００５９】
＜実施例６＞
本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図７に示す。この装置は、本発明に係る照明光学系を代表したものとしての、上記実施例１に係る照明光学系を用いた装置とされている。この装置は、照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系６７を介し投写するものである。
【００６０】
本実施例のように、投写型表示装置に用いる照明光学系としては、例えば装置のライトバルブが液晶パネルとされている場合など、照明光学系から出射される光は偏光方向が揃えられた略平行光とされていることが好ましい場合がある。そこで本実施例の装置では、ロッドインテグレータ２３の後段に、ランダムな偏光を発生する主要光源部１および補助光源部２からの光束を直線偏光に変換するための、偏光変換光学系６を備えた照明光学系を用いている。
【００６１】
この偏光変換光学系６としては、例えば、図示されるようなプリズムを用いることができる。このプリズムは、内部に偏光分離膜が形成された四角柱状のプリズムと、斜辺に反射膜が形成された二等辺三角柱状プリズムとが、偏光分離膜と反射膜とが平行に、かつ光軸に対して略４５度の角度をなすように接合されたものである。ランダムな偏光である主要光源部１および補助光源部２からの光束は、第１および第２インテグレータ部としてのロッドインテグレータ２３から、集光レンズ２５を介し、偏光変換光学系６に入射される。この光束は、偏光分離膜により偏光方向の異なるＰ偏光とＳ偏光の２種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜を直進透過しプリズムの光束出射面から出射される。他方の偏光は偏光分離膜と反射膜とで反射されて、最終的には、偏光分離膜を直進透過した光束とほぼ平行な角度でプリズムの光束出射面より出射され、この光束出射面に形成されたλ／２位相膜を通過する際に、偏光面の回転作用により偏光分離膜を直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。
【００６２】
本実施例の装置において、照明光束は、第１および第２インテグレータ部としてのロッドインテグレータ２３により光量分布が均一化され、偏光変換光学系６により偏光方向が揃えられた状態で、本発明の照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、３原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル６４ａ〜ｃにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系６７により投写されて、スクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第１〜第３色光成分とは、青色、緑色、赤色の３原色光を任意の順に対応させることができる。
【００６３】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー６２ａ、６２ｂにより色光分解され、それぞれ第１〜第３色光成分用の画像が表示される液晶パネル６４ａ〜ｃに照射される。ダイクロイックミラー６２ａは、第１色光成分光束と第２、第３色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー６２ｂは、ダイクロイックミラー６２ａにより分離された第２、第３色光成分の合成光束を、第２色光成分と第３色光成分とに分離するものである。また、照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー６３ａ〜ｄと、集光レンズ６１ａ〜ｇとが配されている。液晶パネル６４ａ〜ｃを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第１〜第３色光成分光束は、内部に、第１色光成分を反射するダイクロイック膜６５ａと第３色光成分を反射するダイクロイック膜６５ｂとを有する、クロスプリズム６６により合成される。
【００６４】
本実施例によれば、本発明に係る照明光学系を備えていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。
【００６５】
また、前述したとおり、本発明に係る照明光学系は、主要光源部１から出射される光束の分光分布において増加させたい波長域に強度ピークを有する光束を、補助光源部２から出射させるように構成することができる。例えばこの場合のように、補助光源部２からの光束が白色光でなく特定の波長域に光強度が偏っている場合には、補助光源部２からの光束は、照明光束を色光分解し各色光ごとに各々ライトバルブにより画像情報を担持させた後に色合成を行なう構成の装置の、複数のライトバルブのうち一部のライトバルブのみを照明するように構成してもよい。例えば、主要光源部１が白色光を出射し、補助光源部２の光源が赤色半導体レーザとされている場合、補助光源部２からの光は赤色成分用のライトバルブのみを照明するように構成されていてもよい。
【００６６】
＜実施例７＞
本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図８に示す。この装置は、照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なうデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下、ＤＭＤと称する）７６よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系７７を介し投写するものである。この装置は、本発明に係る照明光学系を代表したものとしての、上記実施例１に係る照明光学系を用いた装置とされている。
【００６７】
照明光束は、ロッドインテグレータ２３よりなる第１および第２インテグレータ部により光量分布が均一化された状態で、本発明の照明光学系から出射される。また、ロッドインテグレータ２３の光束入射端の近傍、すなわち集光レンズ２４の焦点位置近傍に、照明光束を各色光成分に時系列的に分解するカラーホイール７１が配されている。照明光学系から出射された照明光束は、ロッドインテグレータ２３の光束出射端とＤＭＤ７６の素子面を互いに結像関係（共役関係）とする集光レンズ７２ａ〜ｃ、および、偏向のための全反射ミラー７３を介して、プリズム７４ａ、７４ｂよりなる全反射プリズムに入射される。この全反射プリズムは、内部の全反射面の作用により照明光束と投映光束とを分離するもので、入射された照明光束はこの全反射面により全反射されてＤＭＤ７６に入射する。そして、ＤＭＤ７６で光変調された投映光束は、この全反射面を透過して全反射プリズムから出射され、投写光学系７７を介しスクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、ＤＭＤ７６の表面には、カバーガラス７５が取り付けられている。
【００６８】
本実施例によれば、本発明に係る照明光学系を備えていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。
【００６９】
また、本実施例の変更例として、照明光学系が偏光変換光学系を備えている場合には、上記全反射プリズムに替えて、内部に偏光分離面を有する偏光分離プリズムを用いて、照明光束と投映光束とを分離するように構成することも可能である。
【００７０】
なお、本発明の投写型表示装置としては上述した実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。例えば、本発明の投写型表示装置としては、本発明の照明光学系を任意に用いることができる。第２インテグレータ部がロッドインテグレータであるか、あるいは設けられていないかによって、後段の装置構成が限定されるものではない。ただし、これらの組み合わせは任意であるが装置全体としての整合性は必要である。
【００７１】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、ライトバルブとしてＬＣＯＳ等の反射型画像表示素子を用いる装置としてもよい。この場合にも、本発明に係る照明光学系を備えることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く明るく均一な照明を行ない得る投写型表示装置を得ることができる。また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源とリフレクタよりなる主要光源部から出射された光束の、中心近傍の光束低密部に光束を補うように光束を出射する補助光源部を備え、ロッドインテグレータを有する第１インテグレータ部が設けられていることにより、コンパクトでありながら、照明効率が高く、明るく均一な照明を行ない得る照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る照明光学系の概略構成図
【図２】本発明の実施例２に係る照明光学系の概略構成図
【図３】本発明の実施例３に係る照明光学系の概略構成図
【図４】本発明の実施例４に係る照明光学系の概略構成図
【図５】本発明の実施例５に係る照明光学系の概略構成図
【図６】超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布図
【図７】本発明の実施例６に係る投写型表示装置の概略構成図
【図８】本発明の実施例７に係る投写型表示装置の概略構成図
【図９】リフレクタを備えた第１の従来の光源部の概略構成図
【図１０】リフレクタを備えた第２の従来の光源部の概略構成図
【図１１】リフレクタを備えた第３の従来の光源部の概略構成図
【符号の説明】
１　　主要光源部
２　　補助光源部
３　　偏向ミラー
４　　第１インテグレータ部
５　　第２インテグレータ部
６　　偏光変換光学系
７、６６　　クロスプリズム
１１　　光源
１２、１０４　　放物面リフレクタ
１３、１０５　　楕円面リフレクタ
２３　　ロッドインテグレータ
２４、２５、４７、６１、７２　　集光レンズ
３１、３２　　半導体レーザ
３５　　コリメータレンズ
５１、６５　　ダイクロイック膜
６２　　ダイクロイックミラー
６３、７３　　全反射ミラー
６４　　透過型液晶パネル
６７、７７　　投写光学系
７１　　カラーホイール
７４　　プリズム
７５　　カバーガラス
７６　　ＤＭＤ
１０１　　発光管
１０２　　陰極
１０３　　陽極
１０６　　透明部材
１０７　　棒状保持部材
【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】
2004145001.tif 000010
【図９】
2004145001.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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