| 【発明の名称】 |
照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲てぃあお▼ 國 棟
【氏名】荘 福 明
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| 【要約】 |
【課題】小型且つ軽量で、製造コストも低い照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置は、光束を発射する発光手段を備え、更に、前方へ、所定の光軸に沿って順次に、前記発光手段から発射した光束を受けて所定性質の光に転換させる光転換手段と、前記所定性質の光を前方へ被照射物の照射面に集中するレンズアセンブリーとを備えてなる照明光学系統において、前記発光手段は第１の凹面鏡と第２の凹面鏡と光源とからなり、前記光源は全方向性光源で、前記光軸の延長線からずれた所定箇所に設けられ、前記第１の凹面鏡は球面鏡で、その焦点が前記所定箇所にあるように設けられ、また、前記第２の凹面鏡は、少なくとも焦点が一つあってその中の一焦点が前記所定箇所にあり、且つ、その鏡面が前記第１の凹面鏡の鏡面と斜めに対向すると共に、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として光束を前方へ発射するように設けられてなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光束を発射する発光手段を備え、更に、前方へ、所定の光軸に沿って順次に、前記発光手段から発射した光束を受けて所定性質の光に転換させる光転換手段と、前記所定性質の光を前方へ被照射物の照射面に集中するレンズアセンブリーとを備えてなる照明光学系統において、前記発光手段は第１の凹面鏡と第２の凹面鏡と光源とからなり、前記光源は全方向性光源で、前記光軸の延長線からずれた所定箇所に設けられ、前記第１の凹面鏡は球面鏡で、その焦点が前記所定箇所にあるように設けられ、また、前記第２の凹面鏡は、少なくとも焦点が一つあってその中の一焦点が前記所定箇所にあり、且つ、その鏡面が前記第１の凹面鏡の鏡面と斜めに対向すると共に、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として光束を前方へ発射するように設けられてなることを特徴とする照明光学系統。
【請求項２】 前記第１の凹面鏡は半球面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系統。
【請求項３】 前記第２の凹面鏡は、焦点が一つのみあり、且つ、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として平行の光束を前記光軸に沿って前方へ発射する放物面鏡であって、前記光転換手段は、少なくとも、前記発光手段から発射した光束を受けて密度が均一の光に転換させるインテグレーターと、前記密度が均一の光を受けて所定の偏光に転換させる偏光手段とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系統。
【請求項４】 前記光転換手段は、少なくとも、前記発光手段から発射した光束を受けて密度が均一の光に転換させるインテグレーターと、前記密度が均一の光を受けて所定の偏光に転換させる偏光手段とを備えてなる請求項１に記載の照明光学系統。
【請求項５】 前記インテグレーターは、行列レンズインテグレーターであることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系系統。
【請求項６】 前記インテグレーターは、いずれも前記光軸に配置された両端があるガラス製のロッドインテグレーターであり、且つ、該インテグレーターの前記光軸の上下流にそれぞれ第1のレンズ組みと第２のレンズ組みが設けられ、この第1のレンズ組みによって前記第２の凹面鏡からの平行発射光を該インテグレーターの上流にある端部に点集中し、また、この第２のレンズ組みによって該インテグレーターの下流にある端部から散射した光を集中して前記偏光手段に投射することを特徴とする請求項３に記載の照明光学系統。
【請求項７】 前記第２の凹面鏡は、第1の焦点と第２の焦点とを有し、前記第１の焦点は前記所定箇所に配置され、前記第２の焦点は前記光軸に配置されたことにより、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として光束を前方へ前記光軸上の前記第２の焦点に集中する楕円面鏡であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系統。
【請求項８】 前記光転換手段は、少なくとも、いずれも前記光軸に配置された両端があり、該両端のうち前記楕円面鏡により近い一端が前記楕円面鏡の第２の焦点に配置され、前記発光手段から発射した光束を受けて密度が均一の光に転換させるガラス製のロッドインテグレーターと、前記密度が均一の光を受けて所定の偏光に転換する偏光手段を備えてなることを特徴とする請求項７に記載の照明光学系統。
【請求項９】 請求項１に記載の照明光学系統を使用し、且つ前記被照射物としてディスプレーパネルを設置したことを特徴とする投写型表示装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置に関し、特に小型で、軽量な照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。図における矢印付線は光束を示す。前記のうち、従来の照明光学系統は、図示のように、所定の光軸に沿って左から右へ順次に、放物面を有する凹面鏡（下記放物面鏡と称す）１１と、前記放物面鏡１１の焦点に配置され、発光する光源１２と、前記光源１２から発射して前記放物面鏡１１によって反射された平行光束を密度が均一の光に転換させる行列レンズインテグレーター１３と、前記密度が均一の光束を受けて所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）に転換させる偏光手段１４と、前記所定の偏光を後の被照射物１６の照射面にある程度集中するレンズアセンブリー１５とからなる。更に、前記図示を参照すると、従来の投写型表示装置は、前記照明光学系統を使用し、且つ前記被照射物１６としてディスプレーパネルを設置してなる。
【０００３】次に、前記従来の照明光学系統及び従来の投写型表示装置にかかる光束の経路を詳しく説明する。まず、前記放物面鏡１１の焦点に配置されている前記光源１２から発射した光束は、前記放物面鏡１１によってほぼ平行光束に反射され、前記放物面鏡１１の前方に配置された前記行列レンズインテグレーター１３に入射し、そして前記行列レンズインテグレーター１３によって密度が均一の光束に転換された後、前記偏光手段１４に入射して所定の偏光に転換され、最後に、前記レンズアセンブリー１５を経由してディスプレーパネルなどの被照射物１６の照射面に集中する。
【０００４】しかしながら、前記光束の経路から分かるように、この従来装置においては、光源のエネルギ利用率を上げるよう、光源の発光をなるべく収集して平行光束に反射させるために、前記放物面鏡１１はほぼ全放物面を有するものを使用している。従って、前記行列レンズインテグレーター１３、偏光手段１４及びレンズアセンブリー１５などの他の光学系部材もそれに伴ってサイズを抑えることができなくなるという欠点がある。それに、前記図示のように、全放物面を有する放物面鏡１１を使用する場合、収集して反射された平行光束の範囲が頗る大きいので、光束を図中の照射物１６に集中するために、前記レンズアセンブリーの規模も相当大きな（即ちレンズ数が多い）ものが必要であり、製造コストが高いのみならず、小型化の潮流にも適応し難いという欠点もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記に鑑み、本発明は、小型且つ軽量で、製造コストも低い照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置を提供しようとすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、発明者が鋭意検討したところ、前記従来装置の全放物面を有する放物面鏡に代えて、半放物面などの部分放物面ないし部分楕円面を有する凹面鏡を前記光軸に対して斜めに配置し、且つ更に前記光軸の延長線からずれたところに、その鏡面が前記凹面鏡の鏡面と斜めに対向するように球面鏡を配置し、また、この球面鏡の焦点と、前記凹面鏡の一焦点と、光源とを同一位置に配置することによって照明光学系統ないし投写型表示装置を光源のエネルギ利用率を維持したまま小型化させることができるのを知見した。この知見に基づき、発明者は、まず、光束を発射する発光手段を備え、更に、前方へ、所定の光軸に沿って順次に、前記発光手段から発射した光束を受けて所定性質の光に転換させる光転換手段と、前記所定性質の光を前方へ被照射物の照射面に集中するレンズアセンブリーとを備えてなる照明光学系統において、前記発光手段は第１の凹面鏡と第２の凹面鏡と光源とからなり、前記光源は全方向性光源で、前記光軸の延長線からずれた所定箇所に設けられ、前記第１の凹面鏡は球面鏡で、その焦点が前記所定箇所にあるように設けられ、また、前記第２の凹面鏡は、少なくとも焦点が一つあってその中の一焦点が前記所定箇所にあり、且つ、その鏡面が前記第１の凹面鏡の鏡面と斜めに対向すると共に、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として光束を前方へ発射するように設けられてなる照明光学系統の新規な発明を完成した。
【０００７】また、発明者の検討に基づき、前記第１の凹面鏡は、半球面鏡であることが好ましい。そして、前記第２の凹面鏡として、焦点が一つのみあり、且つ、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として平行の光束を前記光軸に沿って前方へ発射するように配置された放物面鏡を使用しても良く、第1の焦点と第２の焦点とを有し、前記第１の焦点が前記所定箇所にあり、前記第２の焦点が前記光軸にあり、且つ、前記光源からの直接的発光と前記第１の凹面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段の発射光として光束を前方へ前記光軸上の前記第２の焦点に集中するように配置された楕円面鏡を使用しても良い。
【０００８】また、前記光転換手段は、少なくとも、前記発光手段から発射した光束を受けて密度が均一の光に転換させるインテグレーターと、前記密度が均一の光を受けて所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）に転換させる偏光手段とを備えてなる。もちろん、前記光転換手段には、必要に応じて、更に、例えばレンズ組み等他の手段を配置することもできる。
【０００９】また、前記インテグレーターは、必要に応じ、行列レンズインテグレーターを使用しても良く、ガラス製のロッドインテグレーターを使用しても良い。前記第２の凹面鏡は放物面鏡であって且つ前記インテグレーターはガラス製のロッドインテグレーターである場合、前記ガラス製のロッドインテグレーターは、その両端がいずれも前記光軸に配置され、且つ、その前記光軸の上下流にそれぞれ第1のレンズ組みと第２のレンズ組みが設けられ、この第1のレンズ組みによって前記第２の凹面鏡からの平行発射光を該インテグレーターの上流にある端部に点集中し、また、この第２のレンズ組みによって該インテグレーターの下流にある端部から散射した光を集中して前記偏光手段に投射するように配置されることが好ましい。
【００１０】また、前記第２の凹面鏡は楕円面鏡であって且つ前記インテグレーターはガラス製のロッドインテグレーターである場合、前記ガラス製のロッドインテグレーターは、その両端がいずれも前記光軸にあり、且つ、該両端のうち前記楕円面鏡により近い一端が前記楕円面鏡の第２の焦点にあるように配置されることが好ましい。
【００１１】また、本発明は、更に、前記した照明光学系統を使用し、且つ前記被照射物としてディスプレーパネルを設置する投写型表示装置の新規な発明をも提供し得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。なお、以下の説明においては、そのサイズに拘わらず、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１３】図１は、本発明の第１の実施形態の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。図における矢印付線は光束を示す。この第１の実施形態において、本発明に係る照明光学系統は、所定の光軸に沿って左から右へ順次に、光束を発射する発光手段２１と、前方へ、所定の光軸に沿って前記発光手段２１から発射した光束を受けて所定性質の光に転換させる光転換手段２２と、前記所定性質の光を前方へ被照射物２４の照射面に集中するレンズアセンブリー２３とを備えてなる。また、前記発光手段は、半放物面を有する放物面鏡２１３と、半球面鏡２１２と、光源２１１とからなる。この光源２１１は、全方向性光源で、例えば高圧水銀灯、キセノン灯など、且つ前記光軸の延長線からずれた所定箇所に設けられ、この半球面鏡２１２は、その焦点が前記所定箇所にあるように設けられている。更に、この放物面鏡２１３は、その焦点が前記所定箇所にあり、且つ、その鏡面が前記半球面鏡２１２の鏡面と斜めに対向すると共に、前記光源２１１からの直接的発光と前記半球面鏡２１２の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段２１の発射光として光束を前方へ発射するように設けられている。また、前記光転換手段２２は、前記所定の光軸に沿って左から右へ順次に、前記発光手段から発射した光束を受けて密度が均一の光に転換させる行列レンズインテグレーター２２１と、前記密度が均一の光を受けて所定の偏光（Ｐ偏光またはＳ偏光）に転換させる偏光手段２２２とからなる。
【００１４】次に、前記第１の実施形態の照明光学系統及び投写型表示装置にかかる光束の経路を詳しく説明する。まず、図示のように、前記放物面鏡２１３と前記球面鏡２１２の焦点に配置されている前記光源２１１から発射した光束は、それぞれ前記放物面鏡２１３と前記球面鏡２１２との鏡面上に入射する。そのうち、前記放物面鏡２１３の鏡面に入射した光束は、前記放物面鏡２１３によってほぼ平行光束に反射され、前記球面鏡２１２の鏡面に入射した光束は、前記球面鏡２１２によって元の入射経路に沿って前記放物面鏡２１３へ反射され、前記光源２１１から直接前記放物面鏡２１３の鏡面へ投射する光束と共に、前記放物面鏡２１３に入射してからほぼ平行光束に反射される。そして、これらの平行光束は、すべて前記放物面鏡２１３の前方に配置された前記行列レンズインテグレーター２２１に入射し、前記行列レンズインテグレーター２２１によって密度が均一の光束に転換された後、前記偏光手段２２２に入射して所定の偏光に転換され、最後に、前記レンズアセンブリー２３を経由して被照射物２４（ディスプレーパネル）の照射面に集中する。
【００１５】したがって、前記光束の経路から分かるように、本発明の照明光学系統は、球面鏡２１２によって放物面鏡２１の反対側へ逸脱する光を放物面鏡２１へ反射して収集することができるので、光源のエネルギ利用率をほぼ維持したまま、従来の放物面鏡１１と比較してサイズがほぼ半分に縮小された部分放物面を有する放物面鏡２１３を使用することができるのみならず、前記行列レンズインテグレーター２２１、偏光手段２２２及びレンズアセンブリー２３などの他の光学系部材もそれに伴ってほぼ半分のサイズに縮小することができる。また、前記図示のように、前記放物面鏡２１３のサイズの縮小に伴って平行光束の範囲が相対的に縮小されるので、前記レンズアセンブリーとして従来より規模がかなり小さなものを配置しても、光束を図中の照射物２４に集中させる目的を達成することができる。
【００１６】図２は、本発明の第２の実施形態の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。この実施形態において、前記第１の実施形態と異なる点は、前記第１の実施形態の前記光転換手段２２における前記行列レンズインテグレーター２２１の代わりに、いずれも前記光軸に配置された両端２２４，２２５があるガラス製のロッドインテグレーター２２３を用い、且つ、該ガラス製のロッドインテグレーター２２３の前記光軸の上下流にそれぞれ第1のレンズ組み２２６（この実施例では一つのレンズのみで拵えてなる）と第２のレンズ組み２２７（この実施例では二つのレンズで拵えてなる）が設けられていることにある。また、前記ガラス製のロッドインテグレーター２２３の前記上流にある端部２２４は、前記第1のレンズ組み２２６の唯一のレンズ２２６の焦点上に配置されている。したがって、図示のように、この第1のレンズ組み２２６によって前記放物面鏡２１３からの平行発射光を該ガラス製のロッドインテグレーター２２３の上流にある端部２２４に点集中し、また、この第２のレンズ組み２２７によって該ガラス製のロッドインテグレーター２２３の下流にある端部２２５から散射した光を集中して前記偏光手段２２２に投射することができる。なお、図２においては、前記ガラス製のロッドインテグレーター２２３内における光束の経路が複雑であるので描かれていないが、前記ガラス製のロッドインテグレーター２２３内に全反射が行われることが分かる。
【００１７】図３は、本発明の第３の実施形態の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。この実施形態において、前記第２の実施形態と異なる点は、前記第1のレンズ２２６組みを省略するのみならず、前記放物面鏡２１３の代わりに、第1の焦点と第２の焦点とを有する楕円面鏡２１４を用いていることにある。図示のように、この楕円面鏡２１４は、前記第１の焦点が前記所定箇所（光源２１１ところ）にあり、前記第２の焦点が前記ガラス製のロッドインテグレーター２２３の上流にある端部２２４にあるように配置されている。それにより、前記楕円面鏡２１４は、前記光源からの直接的発光と前記球面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段２１の発射光として光束を前方へ前記光軸上の前記第２の焦点（前記ガラス製のロッドインテグレーター２２３の上流端部２２４）に点集中し、そして、前記第２のレンズ組み２２７によって該ガラス製のロッドインテグレーター２２３の下流にある端部２２５から散射した光を集中して前記偏光手段２２２に投射することができる。また、図３における前記偏光手段２２２から前記照射物２４の照射面までの光学経路は図２に示したものと同じなので、その説明と図解を省略する。
【００１８】図４は、本発明の第４の実施形態の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。この実施形態において、前記第１の実施形態と異なる点は、第1のレンズ組み２２６を更に配置するのみならず、前記図１の放物面鏡２１３の代わりに、第1の焦点と第２の焦点とを有する楕円面鏡２１４を用いていることにある。図示のように、この楕円面鏡２１４は、前記第１の焦点が前記所定箇所（光源２１１が位置しているところ）にあり、前記第２の焦点が前記光軸上のある箇所２１５にあるように配置されている。また、前記第1のレンズ組み２２６の焦点も、前記箇所２１５に配置されている。それにより、前記楕円面鏡２１４は、前記光源からの直接的発光と前記球面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段２１の発射光として光束を前方へ前記光軸上の前記第２の焦点（前記ある箇所２１５）に集中し、そして、前記第1のレンズ組み２２６によってほぼ平行光束に転換された後、前方へ前記行列レンズインテグレーター２２１に集中することができる。
【００１９】図５は、本発明の第５の実施形態の投写型表示装置及びそれに使用されている照明光学系統を示す。この実施形態において、上記第４の実施形態と異なる点は、図示のように、前記第1のレンズ組み２２６の代わりに、前記楕円面鏡２１４の前記第２の焦点（即ち、前記箇所２１５）の上流に、その焦点が前記楕円面鏡２１４の前記第２の焦点にあるように、凹レンズ２２８が配置されていることにある。それにより、前記楕円面鏡２１４は、前記光源からの直接的発光と前記球面鏡の鏡面からの間接的反射光とを受け、前記発光手段２１の発射光として光束を前方へ前記光軸上の前記第２の焦点（前記凹レンズ２２８の焦点）へ点集中する途端、前記凹レンズ２２８によってほぼ平行光束に転換された後、前方へ前記行列レンズインテグレーター２２１に集中することができる。
【００２０】
【発明の効果】前記のように、本発明は、従来の光源のエネルギ利用率をほぼ維持したまま、放物面鏡サイズをほぼ半分に縮小することができるのみならず、照明光学系統全体のサイズもそれと共に大幅に縮小できるので、製品の小型化とコストダウンを一斉奏することができる。即ち、本発明は、小型且つ軽量で、製造コストも低い照明光学系統及びそれを用いた投写型表示装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０１０１４５９９
【氏名又は名称】大億科技股▲ふん▼有限公司
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| 【出願日】 |
平成１３年６月２５日（２００１．６．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７０１５０
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１６８０２（Ｐ２００３−１６８０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月１７日（２００３．１．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１９１６１１（Ｐ２００１−１９１６１１） |
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