JPH09106705A

JPH09106705A - 光源装置及びこれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JPH09106705A
Application number: JP7263124A
Authority: JP
Inventors: Shinji Okamori; 伸二岡森; Shinsuke Shikama; 信介鹿間; Hiroshi Kida; 博木田; Akira Ookamito; 晃大上戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-10-11
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】投写型表示装置本体と離れた場所に配置可能
であり、明るさ、色の均一性の高い投写型表示装置を実
現する光源装置を提供する。【解決手段】光源１は、ランプ１１、反射ミラー１
２、光屈折手段１９、レンズ（１４ａ，１４ｂ、１４
ｃ）、光ガイド１６を備えており、光屈折手段１９の出
射光束を光ガイド１６に入射し、光ガイド１６から出射
した発散光束をレンズにより収束させ、ライトバルブ６
を照明する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブを用
いて映像の投写を行う投写型表示装置用の光源装置及び
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】カラー画像を大画面に表示する装置にビ
デオプロジェクタ等の投写型表示装置があるが、装置の
容量、重量が大きいＣＲＴプロジェクタに代わり、小形
・軽量化に有利な液晶プロジェクタが注目を集めてい
る。複数の画面を組み合わせて大画面を構成するマルチ
投写型表示装置においても、各ユニットの容量を小さく
することができる液晶プロジェクタ方式であれば全体と
してコンパクトな装置を提供することができる。特開昭
６３−１２３０１９号公報、特開平６−１３８３８６号
公報の発明は液晶パネルを用いたマルチ投写装置であ
り、いずれも複数の投写ユニットの組み合わせによる画
面の大型化、高解像度化への開示がなされている。

【０００３】ところで、ライトバルブを用いた投写型表
示装置の光学特性は、ライトバルブを照明する照明光学
系、特に光源の特性に大きく依存する。例えば、液晶プ
ロジェクタの光源にはハロゲンランプ、メタルハライド
ランプ、キセノンランプ等が用いられるが、点光源でな
い光源を放物面鏡や楕円面鏡、球面鏡といったほぼ理想
的な形状を持つ反射鏡で集光するため、実際には投写画
面には様々な照明光学系に起因する表示むらが生じるこ
とになる。また、ランプの製造上の理由から生じるばら
つきによって効率、色温度、寿命特性等の個体差は無視
できるほど小さくならない。実際には明るさのむら、色
のむらとなってスクリーン上の投写画像の品質を劣化さ
せる。

【０００４】このような問題を解消する方策として、光
ファイバを用いた液晶プロジェクタが特開平４−２０４
８８３号公報に開示されている。図６は従来の光源装置
の構成図である。図において、１１はメタルハライドラ
ンプ、１１０はランプの発光体、１２はリフレクタ、１
４ａはレンズ、１６５、１６６はコネクタ、１６は光フ
ァイバ束、１４ｂはレンズ、１４ｃはコンデンサレン
ズ、６０、６１は偏光板、６は液晶パネル、８は投写レ
ンズである。

【０００５】次に動作について説明する。メタルハライ
ドランプ１１及びリフレクタ１２で構成された照明系か
ら出射する光はレンズ１４ａにより集光され、コネクタ
１６５、１６６が取り付けられた光ファイバ束１６に入
射される。光ファイバ束１６は多数の要素光ファイバで
構成され、入射端面ともう一方の出射端面とでは要素光
ファイバの配列が無相関に組み換えられている。そのた
め、入射端面に入射された光は、いかなる輝度分布を持
つ光であっても、出射端面からは均一な輝度分布を持つ
光が出射される。この出射された均一な輝度分布を持つ
光をレンズ１４ｂにより広げてコンデンサレンズ１４ｃ
及び二枚の偏光板６０、６１を持つ液晶パネル６に照射
し、投写レンズ８を用いてスクリーン上に照度むらのな
い画像を投写することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放物面鏡や
楕円面鏡を用いる場合、図６のようにランプの発光体１
１０の長手方向（放電ランプの場合、放電アークの方
向）に光軸方向を合わせてセットするのが一般的である
が、焦点をランプの発光体１１０に位置させるとこれら
反射鏡のランプ挿入部分の穴の部分で光が反射しないこ
とや、メタルハライドランプ１１自身によって光が遮ら
れることにより、照明光分布の中央付近の光量が相対的
に少なくなる「中ぬけ」と呼ばれる現象が起きる。この
場合、照明光の光軸に近い角度成分の光が相対的に少な
いということになる。

【０００７】しかるに、光ファイバのような屈折率差に
よる光の全反射を利用した光ガイドにおいては角度分布
を保存しながら光を伝達させるため、入射光の角度分布
に偏りが存在し光軸に近い角度成分が相対的に少ない場
合、図７に示すように投写画面上にはやはり「中ぬけ」
が現れる。図７は光ガイドの動作を示す構成図である。
図において、１６は光ガイド、８１は入射平行光、８２
は出射光、８３は照明光束である。光軸に対してａだけ
傾いた平行光８１を光ガイド１６に入射させると、内部
で全反射を繰り返したのち、入射角度と同じ角度ａで光
は出射する。その結果、照明光束８３は中心部分が相対
的に暗くなった円形光束になってしまう。この現象は細
径光ファイバを用いた場合も同様であり、光の全反射を
利用した光ガイドにおいては避けられない問題である。
特開平４−２０４８８３号公報に開示されている技術は
照度むら、色むらを解消できるとしているが、要素光フ
ァイバを両端部において無相関に配列した場合でも、各
要素ファイバは入射光の角度分布特性を保存するため、
入射光の角度分布に偏りが存在する状態では、結果とし
て「中ぬけ」は回避することができないという問題があ
った。

【０００８】また、複数の画面を組み合わせてマルチ画
面を構成する液晶プロジェクタの場合は、上記「中ぬ
け」現象による各単位画面での明るさの不均一だけでな
く、各ユニットごとに設置された光源の特性差による色
の不均一が顕著に現れ、画像の品質を著しく劣化させる
ことになる。特開平６−１３８３８６号公報に開示され
ている技術はこのような複数光源の特性差による複数画
像の品質のばらつきを考慮しておらず、さらに光源ラン
プのどれかが寿命などの理由により点灯しなくなった場
合、マルチ画面の一部が欠落するという不具合があっ
た。

【０００９】本発明は、上述のような課題を解決するた
めになされたもので、第１の目的は、ランプやリフレク
タ等から構成される照明系に起因する明るさ、色の不均
一を解消し、角度分布特性の均一性に優れた照明光束を
出射する光源装置を得るものである。また、第２の目的
は、複数光源の明るさ、色などの光学特性のばらつきを
平均化し、角度分布特性の均一性に優れた複数の照明光
束を出射する光源装置を得るものである。さらに、第３
の目的は投写型表示装置本体とは離れた位置に配置で
き、温度管理やランプ交換作業を容易にする光源装置を
得るものである。

【００１０】また、第４の目的は、投写画面上における
明るさの不均一、色の不均一を著しく低減した高品位の
投写型表示装置を得るものである。さらに、第５の目的
は、複数光源の明るさ、色などの光学特性のばらつきを
平均化し、投写画面上における明るさ、色の不均一やば
らつきを著しく低減した高品位のマルチ投写型表示装置
を得るものである。さらに、第６の目的は、万一光源の
故障等により不点灯の状態になっても、画面の一部が欠
落することを防ぎ、残りの光源によって装置を継続して
使用することができるマルチ画面投写型表示装置用の光
源装置を得るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光源装置に
おいては、光源手段と、この光源手段から出射された光
を集光する反射ミラー手段と、この反射ミラー手段によ
って集光された光束の方位角を補正する光屈折手段と、
この光屈折手段を透過した光を収束させる少なくとも１
つの第１のレンズ手段と、光ガイド手段と、この光ガイ
ド手段から出射した光をライトバルブに照射するための
少なくとも１つの第２のレンズ手段とで構成するもので
ある。

【００１２】また、１個または複数の光源手段と、各光
源手段から出射された光を集光する光源手段と同数の反
射ミラー手段と、各反射ミラー手段によって集められた
光を収束させる光源手段と同数の第１のレンズ手段と、
光源手段と同数の入射端を有し、１個または複数の出射
端を有する光ガイド手段と、光ガイド手段の各出射端か
ら出射した光を略平行化するための出射端と同数の第２
のレンズ手段と、反射ミラー手段と第１のレンズ手段の
間に配置され、入射光の方位角を補正する光源手段と同
数の光屈折手段とで構成するものである。

【００１３】また、反射ミラー手段は回転楕円鏡であ
り、光源手段は回転楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置す
るものである。

【００１４】また、光源手段は高圧放電ランプであり、
この高圧放電ランプの発光部が回転楕円鏡の第１焦点か
ら第２焦点側へ２〜３ｍｍ離れた回転軸上に配置するも
のである。

【００１５】また、反射ミラー手段は放物面の焦点距離
をｆとして直交座標系を（Ｘ，Ｙ）とするとき、

【００１６】

【数２】

【００１７】なる条件式を満足する曲線をＹ軸回りに回
転させて得られる回転直交放物面より構成するものであ
る。

【００１８】また、光屈折手段は錐体形状を有し、楕円
面鏡の第２焦点位置近傍に配置するものである。

【００１９】また、光屈折手段は錐体形状を有し、回転
直交放物面鏡の集光点位置近傍に配置するものである。

【００２０】また、光ガイド手段はゲル状の透明媒質、
液体状の透明媒質、透明ガラス媒質、透明高分子媒質の
いずれかをこれらの媒質より屈折率の低いクラッド材中
に充填した光ファイバ、多数の要素光ファイバを束ね入
射端と出射端の要素光ファイバを無相関に配置したバン
ドル光ファイバ、単一の成形プラスチックもしくは成形
ゴムよりなる光ファイバ、光反射性の中空光ガイドのい
ずれか、もしくはこれらの組合わせで構成するものであ
る。

【００２１】また、前記光ガイド手段は、その出射端面
位置が第２のレンズ手段の前側焦点位置と一致しないよ
うに配置するものである。

【００２２】また、本発明に係る光源装置を用いた投写
型表示装置においては、画像を形成するライトバルブ手
段と、このライトバルブ手段の照明光を発生させる光源
手段と、ライトバルブ手段からの出射光を透過させライ
トバルブ手段に形成された画像を拡大投写する投写レン
ズ手段とから構成するものである。

【００２３】また、画像を形成する複数のライトバルブ
手段と、このライトバルブ手段の照明光を発生させる１
個または複数の光源手段と、ライトバルブ手段からの出
射光を透過させライトバルブ手段に形成された画像を拡
大投写する複数の投写レンズ手段とから構成するもので
ある。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態である光源装
置においては、光屈折手段が反射ミラー手段によって集
光された不均一な角度分布を有する光束の方位角を変化
させ、相対的に強度が弱い光軸近辺の角度成分を低減さ
せる。

【００２５】また、光屈折手段と１個または複数の入出
射端を有する光ガイド手段により、複数光源の出射光束
を合成し、光学特性のばらつきを相殺した後、再び１個
または任意の複数の照明光束に分離することができる。

【００２６】また、反射ミラー手段として回転楕円鏡を
用いて光源手段の出射光束を高効率に集光できる。

【００２７】また、光源手段として高圧放電ランプを用
いて、高圧放電ランプの発光部を回転楕円鏡の第１焦点
から第２焦点側へ２〜３ｍｍ離れた位置に配置させ、光
源手段の出射光束を高効率に集光できる。

【００２８】また、反射ミラー手段として回転直交放物
面鏡を用いることで線状の発光部を有する光源手段の出
射光束を小さな集光スポットに収束できる。

【００２９】また、光ガイド手段として各種構成の光フ
ァイバ、もしくは中空光ガイドを用いて光を伝達、ある
いは任意個数の光源手段の出射光束を合成、分離するこ
とができる。

【００３０】また、光屈折手段を錘体形状とし回転楕円
鏡からなる反射ミラーの第２焦点位置近傍に配置するこ
とにより、反射ミラーによって集光された不均一な角度
分布を有する光のうち、相対的に強度が弱い低角度成分
を低減させることができる。

【００３１】また、光屈折手段を錘体形状とし回転直交
放物面鏡からなる反射ミラーの集光点位置近傍に配置す
ることにより、反射ミラー手段によって集光された不均
一な角度分布を有する光のうち、相対的に強度が弱い低
角度成分を低減させることができる。

【００３２】また、光ガイド手段の出射端面を第２のレ
ンズ手段の前側焦点位置とは一致させずに配置すること
により、第２のレンズ手段からの出射光束を発散光束に
することができる。

【００３３】また、本発明の実施の形態である光源装置
を用いた投写型表示装置においては、光ガイド手段によ
り光源装置を投写型表示装置本体から離れた任意の位置
に配置できる。また、光屈折手段が反射ミラー手段によ
って集光された不均一な角度分布を有する光束の方位角
を変化させ、相対的に強度が弱い光軸近辺の角度成分を
低減させる。

【００３４】さらに、光ガイド手段により光源装置を投
写型表示装置本体から離れた任意の位置に配置できる。
また、光屈折手段が反射ミラー手段によって集光された
不均一な角度分布を有する光束の方位角を変化させ、相
対的に強度が弱い光軸近辺の角度成分を低減させる。

【００３５】以下、本発明をその実施の形態を示す図面
に基づいて具体的に説明する。実施の形態１．図１は本発明の実施の形態１である光源
装置の構成図である。図において、１１はランプであり
メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンラン
プ等の白色ランプである。また、１２は凹面状の反射ミ
ラーであり、公知の回転楕円鏡もしくは後述する回転直
交放物面鏡（ＯＰＲ）である。１９は錘体状プリズム等
の光屈折素子であり、反射ミラー１２の集光位置近傍に
配置されている。１４ａ〜ｃは光束を略平行化、もしく
は収束させるレンズである。１６は光ファイバ束であ
り、レンズ１４ｂからの収束光束径が最も小さくなる位
置に入射端面が配置されている。光源１は凹面状反射鏡
１２、ランプ１１、光屈折素子１９、光ガイド１６、レ
ンズ１４から構成されている。レンズ１４ｃ以降の構成
は従来例を示す図６と同様の構成である。

【００３６】次に動作について説明する。ランプ１１を
出射した光束は反射ミラー１２で反射されて収束光束と
なり、集光点近傍に配置された光屈折素子１９に入射す
る。光屈折素子１９を出射した発散光束はレンズ１４ａ
で平行化され、レンズ１４ｂで再び収束光束となり光ガ
イド１６の入射端面に入射する。光ガイド１６の出射端
面から出射された発散光束はレンズ１４ｃにより再び平
行照明光束に変換され、後方に配置されているライトバ
ルブ６を効率よく照明することができる。

【００３７】上述した光屈折素子１９としては、透明ガ
ラス媒質、透明高分子媒質のいずれかを円錘体状に形成
し、図１の１９に示すように錘体形状の底面、すなわち
平面部を入射側に向け円錐体の回転軸を光軸に一致させ
るよう配置して用いるのが好適である。反射ミラー１２
を用いてランプ光束を集光する照明光学系では、反射ミ
ラー１２の後部に設けられたランプ保持用の円形孔によ
る無反射部と、ランプ１１自身によって光束が遮られる
ことによって光軸に近い角度成分に光強度の低い領域
（図中の斜線部分）が生じ、ライトバルブ６の照明むら
が発生する。本実施の形態のように円錘体の頂角と材質
の屈折率を選定することにより、光屈折素子１９と空気
の界面での屈折効果を利用して光束の拡がり角を変化さ
せることができる。本発明の光源装置では光軸とのなす
角度が半角約１０度にわたる光強度の低い領域を除去
し、光屈折素子１９以降で均一性の高い光束が得られる
ことが確認された。

【００３８】また、光ガイド１６としては公知の細径光
ファイバを多数束ねたバンドル光ファイバを用いるのが
好適である。光ガイド１６への入射光束の角度分布が前
述の光屈折素子１９によって均一化されているため、バ
ンドル光ファイバの入射端と被照射面で要素ファイバの
配列を無相関に並び替えることにより、さらに被照射面
での光の強度分布を均一にすることができる。図示しな
いスクリーン上の投写画像において照度むら、および色
むらが許容範囲内に収まるならば、この再配列のランダ
ム化の程度は完全でなくてもよく、この場合要素ファイ
バにかかる応力が少ないため、全反射損失等の内部損失
が抑えられて高効率の光伝送を行うことができる。さら
に、要素ファイバの径も様々な大きさのものを用いるこ
とができる。

【００３９】なお、光強度分布の均一化が可能であるな
らば、複数の媒質の組み合わせによって光ガイド１６が
形成されていても良い。ランダム配列を施したバンドル
光ファイバと、ゲル状の透明媒質、液体状の透明媒質、
透明ガラス媒質、透明高分子媒質のいずれかをこれらの
媒質より屈折率が低い円筒状のクラッド材中に充填した
構造の光ガイド、もしくは単一の成形プラスチックある
いは成形ゴムよりなる光ガイド、光反射性の中空構造の
光ガイドを接続し、全体として透過率の向上を図ったハ
イブリッド構造を用いることも可能である。

【００４０】この光ガイド１６の最大受光角は、光ガイ
ド１６を形成する媒質の屈折率によって規定される。こ
の最大受光角よりレンズ１４ｂを出射した光束の収束角
が大きい場合は、レンズ１４ｂ以降に負レンズ（図示せ
ず）を加えることで効率よく光ガイド１６に光束を入射
させることができる。また、光ガイド１６の入射端面な
らびに出射端面に無反射コーティングを施すことにより
入射効率の向上を図ることも可能である。

【００４１】光ガイド１６を出射する光束の最大発散角
も最大受光角と同様の理由によって規定される。レンズ
１４ｃは光ガイド１６からの出射光束を十分取り込むこ
とが可能なＮ．Ａ．（開口数）と、平行化した光束の径
より決まる焦点距離で概略の仕様が決定される。光ガイ
ド１６に上述のバンドル光ファイバを用い、この出射端
面位置がレンズ１４ｃの前側焦点位置と一致するように
配置するとライトバルブ６を最も効率よく照明できるこ
とは公知である。しかしこの場合、出射端面の配列構造
がスクリーン（図示せず）上に現れ、著しく画像品質を
劣化させることが実験より明らかになった。

【００４２】レンズ１４ｃの前側焦点位置に光ガイド１
６の出射端面を配置した場合にライトバルブ６の対角長
よりも照明光束の径が小さくなるような直径のレンズ１
４ｃを用い、バンドル光ファイバ１６の出射端面をレン
ズ１４ｃの前側焦点位置よりもレンズ１４ｃに近づける
かもしくは遠ざけて配置することで、上述の配列構造を
除去できることが実験により明らかになった。実験では
楕円鏡と組み合わせたアーク長３ｍｍのメタルハライド
ランプと、直径が２０ｍｍの円錐形状プリズムと、要素
ファイバ径５０μｍ、バンドル径６ｍｍ、長さ５００ｍ
ｍのバンドル光ファイバ束と、焦点距離３８．５ｍｍ、
直径５０ｍｍ、フロントフォーカル長２４．３ｍｍのコ
ンデンサレンズ１４ｃを順に配置して照明光学系を構成
し、コンデンサレンズ頂点から１３５ｍｍの位置に配置
した縦１９．８ｍｍ、横２６．４ｍｍの矩形画面領域を
有する模擬ライトバルブを照明し、投写レンズを用いて
約２３倍に拡大投写することにより投写画面上の配列構
造と光ファイバ出射端面〜コンデンサレンズ間距離の関
係を調べた。

【００４３】上記の構成の場合、光ファイバ出射端面〜
コンデンサレンズ間距離が約２９ｍｍの時、投写画面上
で直径約４７０ｍｍの出射端面像が結像し、その配列構
造が確認された。この位置から光ファイバ出射端面を１
０〜２０ｍｍ程度コンデンサレンズに近づけるか、もし
くは遠ざけるかすると、コンデンサレンズからの照明光
束は矩形画面領域を十分にカバーすることができ、投写
画面上の配列構造も視認不可能となった。光ファイバの
配列構造が明確に結像した状態での投写画面上における
照明光束径が、矩形画面領域の対角長の約７０％以上の
場合に上記方法で効率よく照明できることも明らかにな
った。

【００４４】さて、反射鏡１２としては回転楕円鏡を用
い、この第１焦点近傍にランプ発光点を配置することで
第２焦点近傍に高効率にランプ出射光が集光できること
が公知である。この場合、発光点を第１焦点から少しず
らして配置するのが望ましく、より効率よく集光するこ
とができる。本光源装置では反射鏡１２に開口径６６ｍ
ｍ、第１焦点から第２焦点までの距離が６０ｍｍの楕円
鏡を、ランプ１１に放電アーク長が３ｍｍのメタルハラ
イドランプを用いたが、アーク中心を第１焦点位置より
２〜３ｍｍ第２焦点側にずらして配置した場合が最適で
あった。

【００４５】反射鏡１２の変形例としては、直交放物面
鏡（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＰａｒａｂｏｒｉｃＲｅ
ｆｌｅｃｔｏｒ；ＯＰＲ）を用いてもよい。通常の放物
面鏡は、焦点距離をｆとした場合にその（ｘ，ｙ）断面
が（１）式で与えられる曲線をｘ軸回りに回転して得ら
れる曲面を反射面として用いる。ｙ² ＝４ｆｘ（１）一方、図４に示すＯＰＲは、（２）及び（３）式で与え
られる曲線をＹ軸回りに回転した曲面を反射面として用
いる。

【００４６】

【数３】

【００４７】ここに、（Ｘ，Ｙ）は（１）式の（ｘ，
ｙ）座標の（ｆ，０）点を原点とするように平行移動し
た直交座標系である。図４は直交放物面鏡（ＯＰＲ）の
構成図であり、図において、１１ａは線状光源、１２は
ＯＰＲからなる反射ミラー、ＦはＯＰＲ１２の焦点位置
である。ＯＰＲ１２ではＹ軸（回転軸）上に線状光源１
１ａ（例えばメタルハライドランプの放電アーク等）を
配置して、線状光源１１ａの延在方向と直角方向に出射
する光線を焦点位置Ｆの一点に効率よく集光する作用が
ある。本発明においても、放電ランプの線状アークはＯ
ＰＲ１２の回転軸上に配置することが望ましい。

【００４８】以上の実施の形態１においては、光屈折素
子１９の出射光束径が、光ガイド１６の有効径より大き
い場合について説明したが、光屈折素子１９からの出射
光束に対して光ガイド１６の受光角ならびに有効径が必
要十分であればレンズ１４ａおよび１４ｂを省略し、光
屈折素子１９の出射光を光ガイド１６に直接入射させて
もよい。

【００４９】実施の形態２．以上の実施の形態１におい
ては、１つのライトバルブを照明する場合について説明
したが、複数（ｎ個）のライトバルブを照明させる場合
には、ライトバルブの数に対応した１：ｎの分岐光ガイ
ドを用いることも可能である。図２は本発明の実施の形
態２である光源装置の構成図であり、詳しくは、４つの
ライトバルブを照明させる場合の光源装置の構成を示し
ている。図において、１６ａは１：４の分岐光ガイド、
１６ａｂは分岐光ガイド１６ａの分岐部、１４ｄ、１４
ｅ、１４ｆ、１４ｇはレンズ手段、６１、６２、６３、
６４はライトバルブである。図１と同一符号である構成
要素の動作は図１と同様であるので説明を省略する。

【００５０】次に動作について説明する。光屈折手段１
９を出射した光束は分岐光ガイド１６ａに入射し分岐部
１６ａｂにおいて４つに分離される。分岐部１６ａｂに
おける光ガイドの分離は後段のライトバルブが同じもの
であれば４等分するのが望ましいが、用途によっては等
分に分離する必要はない。分岐光ガイドに細径光ファイ
バを束ねた光ファイバ束を用いる場合、前述のランダム
化は分岐部、出射端近傍で行うことが好適であるが、こ
のほかの部位で行っても構わない。さらに、ランダム化
の程度も用途に応じて変えることが望ましい。このよう
に分離、ランダム化を経た光束は、分岐光ガイド１６ａ
の４つの出射端にそれぞれ対応するように配置されたレ
ンズ手段１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇに入射する。
レンズ手段１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇを出射した
照明光束はライトバルブ６１、６２、６３、６４を照明
する。各レンズ手段１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ以
降の光学系は従来例を示す図６と同様である。

【００５１】このような分岐光ガイド１６ａを形成する
媒質には前述のランダム配列を施したバンドル光ファイ
バだけでなく、ゲル状の透明媒質、液体状の透明媒質、
透明ガラス媒質、透明高分子媒質を用いることができ
る。このいずれかの媒質を、より屈折率が低い円筒状の
クラッド材中に充填した構造の光ガイドを用いて分岐光
ガイド１６ａを形成することができる。また、これら複
数の光ガイドを接続して分岐光ガイド１６ａを形成する
ことはもちろん可能であるが、この場合、接続面には光
損失を低減させるために光学接着剤を用いることが望ま
しい。また、目的に応じて分岐後の光ガイドの径や長さ
を任意に変化させることも可能である。また、光ガイド
として単一の成形プラスチックあるいは成形ゴムよりな
る光ガイド、光反射性の中空構造の光ガイドを接続し、
全体として透過率の向上を図ったハイブリッド構造を用
いることも可能である。

【００５２】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３である光源装置の構成図である。図において、１１、
３１はランプでありメタルハライドランプ、キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。また、１
２、２２は凹面状の反射ミラーであり、公知の回転楕円
鏡もしくは回転直交放物面鏡（ＯＰＲ）である。１９、
２９は錘体状プリズム等の光屈折素子であり、反射ミラ
ー１２、２２の集光位置近傍に配置されている。１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ、及び２４ａ、２４ｂ、２４ｃは光
束を略平行化、もしくは収束させるレンズである。１６
は光ガイドであり、１６１、１６２はその入射端面、１
６３、１６４はその出射端面である。入射端面１６１な
らびに１６２は、レンズ１４ｂ、２４ｂからの収束光束
径が最も小さくなる位置に配置されている。凹面状反射
鏡１２、２２、ランプ１１、３１、光屈折素子１９、２
９、光ガイド１６、レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、及
び２４ａ、２４ｂ、２４ｃから光源１は構成されてい
る。光源１によりライトバルブ６１、６２が照明される
が、レンズ１４ｃ、２４ｃ以降の構成は従来例を示す図
６と同様の構成である。

【００５３】次に動作について説明する。ランプ１１、
３１を出射した光束は反射ミラー１２、２２で反射され
て収束光束となり、集光点近傍に配置された光屈折素子
１９、２９に入射する。光屈折素子１９、２９を出射し
た発散光束は各々レンズ１４ａ、２４ａで平行化され、
レンズ１４ｂ、２４ｂで再び収束光束となり光ガイド１
６の入射端面１６１、１６２に入射する。光ガイド１６
の出射端面１６３、１６４から出射された発散光束はレ
ンズ１４ｃ、２４ｃにより再び平行照明光束に変換さ
れ、後方に配置されているライトバルブ６１、６２を効
率よく照明することができる。

【００５４】本実施の形態３では光ガイド１６に、ラン
プの個数に応じた複数の入射面と、それらを束ねた中央
部分と、ライトバルブの個数に応じた複数の出射端面を
有する多分岐光ガイドを用いている。光ガイド１６の材
料としては、公知の細径光ファイバを多数束ねたバンド
ル光ファイバを用いるのが好適である。１つの出射端部
を形成する要素ファイバが、各入射側から等分に集めら
れ構成されるように中央部分（結合部１６ａｂ）におい
て入射側等分割、合成、出射側等分割を十分な距離を用
いて順に行い、さらに出射端部において実施の形態１で
説明した配列のランダム化を行えば、光屈折素子１９、
２９の効果に加えて複数光源の特性差に起因する色むら
も解消することが可能である。

【００５５】なお、複数の媒質の組み合わせによって光
ガイド１６が形成されていても良い。結合部における入
射側の等分割、合成、出射側等分割はバンドル光ファイ
バを用いて行うのが好適であるが、断面が円形の要素光
ファイバを細密充填しても隙間が生じることによる損失
は避けられない。そこで、結合部のみをバンドル光ファ
イバを用いた多分岐構造にし、各ブランチは透過率の高
い、ゲル状の透明媒質、液体状の透明媒質、透明ガラス
媒質、透明高分子媒質のいずれかをこれらの媒質より屈
折率が低い円筒状のクラッド材に充填した構造の光ガイ
ド、または単一の成形プラスチックあるいは成形ゴムよ
りなる光ガイド、または光反射性の中空構造の光ガイド
を接続し、全体として透過率の向上を図ったハイブリッ
ド構造を用いることも可能である。

【００５６】光ガイド１６から出射した光束の振る舞い
は実施の形態１における説明と同様であり、詳述を省略
する。実施の形態１〜３に述べた構成によれば、光源装
置１を投写型表示装置本体１００とは離れた場所に設置
することができる。図５は本発明の実施の形態３である
投写型表示装置の構成図である。図において、１は光源
装置、１６は光ガイド、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０
ｄは投写ユニットであり、光ガイド１６から投写レンズ
に至る光学系が内蔵されている。１０はスクリーンであ
る。また点線部に囲まれた部分１００が投写型表示装置
本体である。

【００５７】図５に示すように、光源装置１を投写型表
示装置本体１００を光ガイド１６を介して独立させるこ
とで、光源装置１に内蔵された図示しないランプの温度
管理が容易になるだけでなく、複数ランプを用いて光ガ
イド１６で合成、再分岐する場合において、万一、どれ
かのランプが不点灯となって交換が必要になった場合で
も、画面全体の明るさは減少するものの、装置としては
継続して使用しながらランプの故障に対応することがで
きる。

【００５８】なお、本実施の形態では光源の個数とライ
トバルブの個数が等しい場合について説明したが、これ
が異なっても上記多分岐光ガイド１６の入射端、および
出射端の数を対応させることで同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。つまり光ガイド１６側の入射端は
１個または複数個、出射側も１個もしくは複数個のいず
れの組み合わせでもよい。

【００５９】以上、実施の形態１〜３に述べた構成だけ
でなく、ダイクロイックミラー等の光学素子を使って光
を色分解し、複数のライトバルブを用いる投写型表示装
置に適用することも可能である。また、ライトバルブは
透過型、反射型の両タイプがあるが、このいずれの照明
にも適用可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。

【００６１】光源手段や反射ミラー等が原因の照明光束
の照度むら、色むら、角度分布特性の不均一を著しく低
減させることができるため、ライトバルブを高効率で、
かつ高品位に照明することができる。また、ライトバル
ブの配置に制限されることなく光源手段を任意の位置に
配置することができる。

【００６２】また、光源手段が１つの場合でも、明る
さ、色のばらつきを平均化した複数の照明光束を同時に
得ることができるため、複数のライトバルブを高効率
で、かつ高品位に照明することができる。さらに、複数
の光源手段の明るさ、色、角度分布特性にばらつきが存
在しても、これを均一化した１つまたは複数の照明光束
を同時に得ることができるため、１個または複数のライ
トバルブを高効率で、かつ高品位に照明することができ
る。さらに、複数の光源手段の１個が万一、不点灯とな
っても残りの光源手段を点灯させることで継続してライ
トバルブを照明することができる。

【００６３】また、回転楕円鏡は離心率によって集光効
率を規定できるため、比較的小形のものを使用すること
が可能であり、光源手段からの出射光束を高効率で集光
することができる。

【００６４】また、光源手段が高圧放電ランプ等のよう
な線状光源であっても、回転楕円鏡を用いて高効率で集
光することができる。

【００６５】また、回転直交放物面鏡は線状の発光部を
有するランプの出射光束を小さな集光スポットに収束で
きるため、光ガイド手段のコア径を小さくすることが可
能となり、高効率で軽量、安価な光源装置を提供するこ
とができる。

【００６６】また、光屈折手段は回転楕円鏡によって集
光された不均一な角度分布を有する光のうち、相対的に
強度が弱い低角度成分を低減させることができるため、
明るさ、色のむらが少ない均一な角度分布特性を有する
照明光束を得ることができる。

【００６７】また、光屈折手段は回転直交放物面鏡によ
って集光された不均一な角度分布を有する光のうち、相
対的に強度が弱い低角度成分を低減させることができる
ため、明るさ、色のむらが少ない均一な角度分布特性を
有する照明光束を得ることができる。

【００６８】また、光ガイド手段には様々な材質の部材
を組み合わせて使用することができるため、用途に応じ
た高効率の光ガイド手段を構成することができる。

【００６９】また、第２のレンズ手段からの出射光束を
緩やかな発散光束にすることができるため、光ガイド手
段の出射端面の構造的模様に起因する照明むらを低減さ
せ、高品位な照明光束を得ることができる。

【００７０】また、光源手段や反射ミラー等が原因の照
明光束の照度むら、色むら、角度分布特性の不均一を著
しく低減させることができるため、高品位な投写画像を
得ることができる投写型表示装置を提供できる。さら
に、光源装置を投写型表示装置本体から分離して配置さ
せることが可能であるため、装置本体の構成の自由度が
増し、装置をコンパクトに構成することが可能になるだ
けでなく、光源装置を光ガイド以降の光学系を収納した
容器とは別の任意の箇所に配置できるため光源手段の温
度管理ならびに光源手段の交換を容易に行うことができ
る。

【００７１】また、光源手段や反射ミラー等が原因の照
明光束の照度むら、色むら、角度分布特性の不均一を著
しく低減させることができるため、高品位な複数の投写
画像を得ることができるマルチ画面投写型表示装置を提
供できる。さらに、光源装置を投写型表示装置本体から
分離して配置させることが可能であるため、装置本体の
構成の自由度が増し、装置をコンパクトに構成すること
が可能になるだけでなく、光源装置を光ガイド以降の光
学系を収納した容器とは別の任意の箇所に配置できるた
め光源手段の温度管理ならびに光源手段の交換を容易に
行うことができる。さらに、複数の光源手段の１個が万
一、不点灯となっても残りの光源手段を点灯させること
で継続して使用できるマルチ画面投写型表示装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である光源装置の構成
図である。

【図２】本発明の実施の形態２である光源装置の構成
図である。

【図３】本発明の実施の形態３である光源装置の構成
図である。

【図４】直交放物面鏡（ＯＰＲ）の構成図である。

【図５】本発明の実施の形態３である投写型表示装置
の構成図である。

【図６】従来の光源装置の構成図である。

【図７】光ガイドの動作を示す構成図である。

【符号の説明】

１光源、１１ランプ、１２反射ミラー、１９光
屈折手段、１４ａ，１４ｂ，１４ｃレンズ、１５照
明光束、６ライトバルブ。

フロントページの続き (72)発明者大上戸晃東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源手段と、この光源手段から出射され
た光を集光する反射ミラー手段と、この反射ミラー手段
によって集められた光を収束させる少なくとも１個の第
１のレンズ手段と、この第１のレンズ手段によって収束
された光を入射させ伝達する光ガイド手段と、この光ガ
イド手段から出射した光を略平行化するための少なくと
も１個の第２のレンズ手段を有し、前記反射ミラー手段
と第１のレンズ手段の間に、光屈折手段を挿入すること
を特徴とする光源装置。
【請求項２】１個または複数の光源手段と、各光源手
段から出射された光を集光する光源手段と同数の反射ミ
ラー手段と、各反射ミラー手段によって集められた光を
収束させる光源手段と同数の第１のレンズ手段と、光源
手段と同数の複数の入射端と、ひとつに束ねられた中央
部と、複数の出射端を有する光ガイド手段と、この光ガ
イド手段の各出射端から出射した光を略平行化するため
の出射端と同数の第２のレンズ手段を含む構成よりな
り、前記反射ミラー手段と第１のレンズ手段の間に、光
源手段と同数の光屈折手段を挿入することを特徴とする
光源装置。
【請求項３】前記反射ミラー手段は回転楕円鏡であ
り、光源は回転楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置するこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
【請求項４】前記光源手段は高圧放電ランプであり、
この高圧放電ランプの発光部は回転楕円鏡の第１焦点位
置から第２焦点側へ２〜３ｍｍ離れた回転軸上に配置す
ることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
【請求項５】前記反射ミラー手段は、放物面の焦点距
離をｆとして直交座標系を（Ｘ，Ｙ）とするとき、【数１】なる条件式を満足する曲線をＹ軸回りに回転させて得ら
れる回転直交放物面であることを特徴とする請求項１又
は請求項２記載の光源装置。
【請求項６】前記光屈折手段は錐体形状を有し、前記
反射ミラー手段は回転楕円鏡であり、前記光屈折手段は
回転楕円鏡の第２焦点位置近傍に配置することを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の光源装置。
【請求項７】前記光屈折手段は錐体形状を有し、前記
反射ミラー手段は回転直交放物面鏡であり、前記光屈折
手段は回転直交放物面鏡の集光点位置近傍に配置するこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
【請求項８】前記光ガイド手段は、ゲル状の透明媒
質、液体状の透明媒質、透明ガラス媒質、透明高分子媒
質のいずれかをこれらの媒質より屈折率の低いクラッド
材中に充填した光ファイバ、多数の要素光ファイバを束
ね入射端と出射端の要素光ファイバを無相関に配置した
バンドル光ファイバ、単一の成形プラスチックもしくは
成形ゴムよりなる光ファイバ、光反射性の中空光ガイド
のいずれかもしくはこれらの組み合わせで構成すること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の光源装置。
【請求項９】前記光ガイド手段は、その出射端面位置
が第２のレンズ手段の前側焦点位置と一致しないように
配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
光源装置。
【請求項１０】画像を形成するライトバルブ手段と、
このライトバルブ手段の照明光を発生させる光源手段
と、ライトバルブ手段からの出射光を透過させライトバ
ルブ手段に形成された画像を拡大投写する投写レンズ手
段を含む構成よりなり、前記光源手段は請求項１記載の
光源装置であることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１１】画像を形成する複数のライトバルブ手
段と、このライトバルブ手段の照明光を発生させる１個
または複数の光源手段と、ライトバルブ手段からの出射
光を透過させライトバルブ手段に形成された画像を拡大
投写する複数の投写レンズ手段を含む構成よりなり、前
記光源手段は請求項２記載の光源装置であることを特徴
とする投写型表示装置。