JP2001356404A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の発光体を用いて光強度を増加させよう
とすると、集光熱によるプリズム面の焼けや破損が発生
してしまう。 【解決手段】 平行光を出射する光源手段３ａ，３ｂ
と、光源手段３ａ，３ｂから出射される平行光を反射す
る放物面形状の集光面鏡４ｘが設けられた集光器４とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の光源手段
から出射される光に対して画像情報を付与し、この光を
受光して画像情報に基づく画像を表示手段に表示する画
像表示装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は特開平６―２４２３９７号公報
に開示された従来の画像表示装置の光学系構成を示す図
である。図１３において、３１ａ，３１ｂはそれぞれ光
を発する発光体、３２ａ，３２ｂは発光体３１ａ，３１
ｂが発した光をそれぞれ集光する集光器、３４は集光器
３２ａ，３２ｂからの光の光路を折り曲げるプリズムで
ある。

【０００３】３６はプリズム３４からの光を受光して照
射するリレーレンズ、３７はリレーレンズ３６からの照
射光を受けて、画像情報に基づいて空間的に光を強度変
調するライトバルブ、３８はライトバルブ３７によって
強度変調された光を投影する投影光学系、３９は投影光
学系３８からの投影光を受光して画像を表示するスクリ
ーンである。

【０００４】次に動作について説明する。発光体３１
ａ，３１ｂが発した光は、集光器３２ａ，３２ｂによっ
てプリズム３４の先端にそれぞれ集光される。プリズム
３４はこの光をリレーレンズ３６へ折り曲げ、リレーレ
ンズ３６はライトバルブ３７へ光を照射する。ライトバ
ルブ３７は画像情報に基づいて光を空間的に強度変調
し、投影光学系３８を介してスクリーン３９へ光を投影
する。スクリーン３９では、画像情報に基づいた画像が
表示される。

【０００５】集光器３２ａ，３２ｂの集光点は、プリズ
ム３４の先端付近に設定され、かつリレーレンズ３６の
物点近傍に設定されているので、プリズム３４，リレー
レンズ３６を介した光は重なり合ってライトバルブ３７
を照射するようになり、２つの発光体３１ａ，３１ｂの
光強度を足し合わせた光強度が得られる。光強度を増加
させる理由は、スクリーン３９に表示した画像のコント
ラストや明るさを改善できるからである。またスクリー
ン３９を大きくする場合にも、スクリーン３９に対して
より広角に光を投影するので、光強度を増加させる必要
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像表示装置は
以上のように構成されているので、多数の発光体を用い
て光強度を増加させようとすると、集光熱によるプリズ
ム面の焼けや破損が発生してしまうという課題があっ
た。

【０００７】これらの焼けや破損に制約を受けて、従来
の画像表示装置ではせいぜい２個の発光体しか用いるこ
とができず、これ以上の光強度の増加は困難であった。
したがって、スクリーンの明るさ、コントラストの改善
やスクリーンの大型化に限界が生じてしまっていた。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、集光熱によるプリズム面の焼
けや破損を招くことなく、多数の発光体を用いて光強度
を増加させることができる画像表示装置を構成すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像表示
装置は、等位相面が平面をなす平行光を出射する光源手
段と、平行光を反射して焦点に集光する集光面鏡を有す
る集光手段と、焦点に集光された平行光を受光して画像
情報付与手段へ照射光を照射する受光照射手段とを備え
るようにしたものである。

【００１０】この発明に係る画像表示装置は、放物線の
準線に垂直で焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回
転して形成される放物面形状の集光面鏡を集光手段が有
するようにしたものである。

【００１１】この発明に係る画像表示装置は、球面形状
に形成された集光面鏡と、集光面鏡によって生じる収差
を補正する回折光学手段とを集光手段が備えるようにし
たものである。

【００１２】この発明に係る画像表示装置は、放物線の
準線に平行で焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回
転して形成される放物面形状の集光面鏡を集光手段が有
するとともに、回転軸を光軸として表示手段側に頂点が
形成され、光源手段から出射される平行光を底面側から
受光して集光面鏡へ反射する円錐面鏡を集光手段が備え
るようにしたものである。

【００１３】この発明に係る画像表示装置は、放物線の
準線に平行で焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回
転して形成される放物面形状の集光面鏡を集光手段が有
するとともに、回転軸を光軸として表示手段側に底面が
形成され、光源手段から出射される平行光を底面側から
受光して集光面鏡へ反射する円錐面鏡を集光手段が備え
るようにしたものである。

【００１４】この発明に係る画像表示装置は、複数の小
領域に分割された集光面鏡の形状が各々形成されたフレ
ネルミラーを集光手段とするようにしたものである。

【００１５】この発明に係る画像表示装置は、集光面鏡
の焦点に入射面が設置されたロッドインテグレータを受
光照射手段が備えるようにしたものである。

【００１６】この発明に係る画像表示装置は、放物線の
準線に垂直で焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回
転して形成される放物面鏡と、放物面鏡の焦点に設置さ
れて光を発する発光体とを光源手段が備えるようにした
ものである。

【００１７】この発明に係る画像表示装置は、楕円の一
方の焦点と他方の焦点とを通過する回転軸の周りに楕円
を回転して形成される楕円面鏡と、一方の焦点に設置さ
れて光を発する発光体と、他方の焦点に設置される小開
口が設けられた拡散板と、小開口から出射した光を平行
光として出射する非球面レンズとを光源手段が備えるよ
うにしたものである。

【００１８】この発明に係る画像表示装置は、発光体が
発した光を散乱する散乱面を発光体側の面に拡散板が有
するとともに、散乱面に配列される複数の球面レンズを
拡散板が備えるようにしたものである。

【００１９】この発明に係る画像表示装置は、光を発す
る発光体と、発光体を取り囲むように設けられ、発光体
が発した光を平行光として出射する複数の非球面レンズ
と、非球面レンズからの平行光を集光手段へ反射する複
数の平面鏡とを光源手段が備えるようにしたものであ
る。

【００２０】この発明に係る画像表示装置は、平行光を
出射する発光ダイオードを光源手段とするようにしたも
のである。

【００２１】この発明に係る画像表示装置は、表示手段
に対する配光特性に応じて複数個の光源手段を配置する
ようにしたものである。

【００２２】この発明に係る画像表示装置は、配光特性
の異なる補助光源を光源手段が有するようにしたもので
ある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による画
像表示装置の光学系構成を示す図である。以下の図中で
は光路を矢印で示す。図１において、１ａ，１ｂはそれ
ぞれ光を発する発光体、２ａ，２ｂはそれぞれ放物面形
状を有する放物面鏡、３ａは発光体１ａおよび放物面鏡
２ａから構成される光源手段、３ｂは発光体１ｂおよび
放物面鏡２ｂから構成される光源手段、４は集光面鏡４
ｘを有する集光器（集光手段）、５は円柱形状のロッド
インテグレータ（受光照射手段）である。

【００２４】６はロッドインテグレータ５からの光を受
けて照射するリレーレンズ（受光照射手段）、７はリレ
ーレンズ６からの照射光を受光して、画像情報に基づい
て空間的に照射光を強度変調するライトバルブ（画像情
報付与手段）、８はライトバルブ７によって画像情報が
与えられた光を投影する投影光学系（表示手段）、９は
投影光学系８からの投影光を受光して画像を表示するス
クリーン（表示手段）である。リレーレンズ６，ライト
バルブ７，投影光学系８およびスクリーン９は従来と同
様の構成である。

【００２５】放物面鏡２ａ，２ｂは、２次元の放物線の
準線に垂直でその焦点を通過する直線を回転軸（すなわ
ち光軸）として放物線を回転してそれぞれ形成される。
発光体１ａ，１ｂは、放物面鏡２ａ，２ｂの焦点にそれ
ぞれ設置されている。発光体１ａ，１ｂとしては、発光
効率が良くアーク長の短い超高圧水銀ランプ（ＵＨＰ）
を用いている。

【００２６】放物面鏡２ａ，２ｂと同様に、集光器４の
集光面鏡４ｘも、放物線の準線に垂直でその焦点を通過
する回転軸（光軸）の周りに放物線を回転して形成され
る放物面である。放物面鏡２ａ，２ｂの光軸は、いずれ
も集光面鏡４ｘの光軸とそれぞれ平行になっており、集
光面鏡４ｘとそれぞれ交わっている。

【００２７】集光面鏡４ｘの焦点には、ロッドインテグ
レータ５の入射面が設置されている。円柱形状のロッド
インテグレータ５の光軸は、スクリーン９の受光面に対
して垂直になっている。ロッドインテグレータ５を設置
できるように、集光器４の集光面鏡４ｘの一部は適切に
切り取られている。図１は集光器４の断面を表してい
る。

【００２８】次に動作について説明する。一般に、放物
面の焦点から発した光が放物面によって反射されると平
行光（等位相面が平面をなす光波）として出射される。
この実施の形態１では、放物面鏡２ａ，２ｂの各焦点に
は発光体１ａ，１ｂがそれぞれ設置されているので、発
光体１ａ，１ｂが発した光は、放物面鏡２ａ，２ｂによ
ってそれぞれ反射されて、平行光として光源手段３ａ，
３ｂからそれぞれ出射する。

【００２９】実際には、ある程度の物理的な大きさを有
する発光体１ａ，１ｂは焦点と完全に一致する点光源と
みなすことはできないが、光源手段３ａ，３ｂからの光
は概ね平行光とみなすことができる。平行度のより高い
平行光を出射する光源手段については、実施の形態７，
８で述べる。

【００３０】集光器４の集光面鏡４ｘも放物面であり、
この集光面鏡４ｘに対して光源手段３ａ，３ｂから平行
光が入射する。光の逆進性から、放物面によって平行光
が反射されると焦点に集光されるので、光源手段３ａ，
３ｂからの平行光は集光面鏡４ｘで反射されて集光面鏡
４ｘの焦点に集光されるようになる。光源手段３ａ，３
ｂから平行光が一様に入射するので、集光面鏡４ｘの焼
けは発生しない。

【００３１】特に、集光面鏡４ｘに対して光源手段から
平行光を入射すれば良いので、その他の配置条件や個
数、光学的特性に関して光源手段は制約を受けないた
め、画像表示装置の設計の自由度が高くなる。

【００３２】集光面鏡４ｘの焦点には、ロッドインテグ
レータ５の入射面が設置してある。光源手段３ａ，３ｂ
からの平行光の平行度に応じて、この入射面は適切な開
口面積を有するようにしてあるので、集光面鏡４ｘによ
って焦点に集光された光をロッドインテグレータ５は入
射面から全て受光することができる。ロッドインテグレ
ータ５は集光による焼けや破損が発生しないので、従来
とは異なって多数の発光体からの光を集光して高強度の
光を得ることができる。

【００３３】ロッドインテグレータ５に入射した光は、
ロッドインテグレータ５の側面を複数回反射してロッド
インテグレータ５の出射面へと到達する。この出射面に
おける光強度が所望の分布となるように、ロッドインテ
グレータ５の光軸方向の長さを定めるようにする。例え
ば、出射面で均一な光強度が得られるようにしたり、出
射面周縁部の光強度を強くするなど、スクリーン９に対
する配光の仕様などに応じてその長さを定める。

【００３４】以下従来と同様の動作によって、ロッドイ
ンテグレータ５から出射された光は、リレーレンズ６，
ライトバルブ７，投影光学系８をそれぞれ介してスクリ
ーン９へ投影され、画像が表示される。

【００３５】図２は平行な２本のレーザ光を集光器４に
入射したときの集光位置（焦点）における光量分布（実
線）を示す図である。横軸は、集光位置からの光量計の
位置ズレを表しており、縦軸は光量計によって測定され
た光強度（測定最大値で正規化してある）を表してい
る。図２には、一方のレーザ光（破線）と他方のレーザ
光（一点破線）の場合における測定結果も合わせて示し
てある。平行な２本のレーザ光は光源手段３ａ，３ｂの
平行光として用いている。

【００３６】一方のレーザ光の強度と他方のレーザ光の
強度が加算された結果として、平行な２本のレーザ光の
光量分布特性（実線）が得られている。このように、光
源手段の個数に応じて集光位置での光強度を増加できる
ことが図２から分かる。この実施の形態１では、光源手
段の個数を増加させても集光による焼けや破損が発生し
ないので、スクリーン９に対する光強度を増加させるこ
とができる。

【００３７】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、平行光を出射する光源手段３ａ，３ｂと、光源手段
３ａ，３ｂから出射される平行光を反射する放物面形状
の集光面鏡４ｘが設けられた集光器４とを備えるように
したので、光源手段の個数、配置や光学的特性に関する
条件に制約されることなく複数の光源手段を配置して、
集光面鏡４ｘによって平行光を焦点に集光することがで
きるようになり、画像表示装置の設計の自由度を高くす
ることができるという効果が得られる。

【００３８】また、集光器４は１枚の反射鏡で構成され
るので、屈折レンズで構成したコンデンサレンズと比較
して、集光器における光の減衰を軽減することができる
という効果が得られる。

【００３９】さらに、この実施の形態１によれば、放物
面鏡２ａ，２ｂと、これらの放物面鏡２ａ，２ｂの各焦
点に設置された光を発する発光体１ａ，１ｂとから光源
手段３ａ，３ｂをそれぞれ構成するようにしたので、簡
単な構成で平行光を作り出すことができるという効果が
得られる。

【００４０】さらに、この実施の形態１によれば、集光
器４の集光面鏡４ｘの焦点に設置された入射面を有する
ロッドインテグレータ５を備えるようにしたので、焼け
や破損を招くことなく集光された光を受光することがで
きるようになり、光源手段の個数を増加させて、スクリ
ーン９に対する光強度を増加させることができるという
効果が得られる。

【００４１】なお、この実施の形態１では、集光器４の
集光面鏡４ｘが放物面形状の場合について説明してきた
が、集光器の集光面鏡を球面形状として球面の中心に平
行光を集光し、この集光面鏡によって生じる光の収差成
分を補正する回折光学系（回折手段）とを備えるように
しても良く、同様の効果を得ることができる。

【００４２】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２による画像表示装置の光学系構成を示す図である。
実施の形態１と同一または相当する構成要素については
同一の符号を付してある。図３において、１０は円錐面
形状の円錐面鏡１０ｘと放物面形状の放物面鏡１０ｙ
（集光面鏡）とから構成される集光器（集光手段）であ
る。図３は集光器１０の断面を表している。

【００４３】放物面鏡１０ｙは、放物線の準線に平行で
その焦点を通過する直線を回転軸（光軸）として放物線
を回転して形成される。ただし、ロッドインテグレータ
５の入射面を放物面鏡１０ｙの焦点に設置できるよう
に、放物面鏡１０ｙの不必要な部分は適切に切り取られ
ている。ロッドインテグレータ５の光軸は放物面鏡１０
ｙの光軸と一致している。

【００４４】円錐面鏡１０ｘの光軸も放物面鏡１０ｙの
光軸と一致しており、円錐面鏡１０ｘの頂点側はスクリ
ーン９の方向を向いている。ただし、円錐面鏡１０ｘの
所定の内径から頂点までの部分は適切に切り取られて円
錐台形状になっている。光源手段３ａ，３ｂは円錐面鏡
１０ｘの底面側に設置されており、放物面鏡２ａ，２ｂ
の光軸は底面に対して垂直である。光源手段３ａ，３ｂ
からの平行光はこの底面から集光器１０へ入射するよう
になっている。

【００４５】次に動作について説明する。実施の形態１
と同様の動作によって光源手段３ａ，３ｂからそれぞれ
出射された平行光は、集光器１０の円錐面鏡１０ｘによ
って反射される。この光の光路を含む平面において円錐
面鏡１０ｘに曲率がないため、平面鏡による反射と同様
に、円錐面鏡１０ｘによって反射された平行光は、放物
面鏡１０ｙへ平行度を保ったまま入射する。放物面鏡１
０ｙは入射した平行光を反射して放物面鏡１０ｙの焦点
に集光する。ロッドインテグレータ５の光入射面がこの
焦点に位置しており、集光された光はロッドインテグレ
ータ５によって受光され、以下、実施の形態１と同様の
動作によって、スクリーン９に画像が表示される。

【００４６】集光器１０は円錐面鏡１０ｘや放物面鏡１
０ｙの光軸に関して対称であるため、光軸を含む任意の
平面で以上の説明が成り立ち、光軸の周りに配置した光
源手段からの光は全て放物面鏡１０ｙの焦点に集光され
るようになる。実施の形態１と同様に、光源手段の個
数、配置や光学的特性に関する条件には制約がなく、集
光器に対して平行光を入射すれば良いので、画像表示装
置の設計の自由度を高くすることができる。

【００４７】図４は平行な２本のレーザ光を集光器１０
に入射したときの集光位置（焦点）における光量分布
（実線）を示す図である。横軸は集光位置からの光量計
の位置ズレを表しており、縦軸は光量計によって測定さ
れた光強度（測定最大値で正規化してある）を表してい
る。図４には、一方のレーザ光（破線）と他方のレーザ
光（一点破線）の場合における測定結果も同様にそれぞ
れ示してある。平行な２本のレーザ光は光源手段３ａ，
３ｂの平行光として用いている。

【００４８】実施の形態１と同様に、一方のレーザ光の
強度と他方のレーザ光の強度が加算された結果として、
平行な２本のレーザ光の光量分布特性（実線）が得られ
ている。このように、光源手段の個数に応じて集光位置
での光強度を増加できることが分かり、焼けや破損を招
くことなく光源手段の個数を増加させて、所望の光強度
を得ることができる。

【００４９】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、放物線の準線に平行で焦点を通過する直線を光軸と
する放物面鏡１０ｙと、放物面鏡１０ｙと光軸が一致し
てスクリーン９側に頂点が形成され、光軸の周りに配置
された光源手段３ａ，３ｂからの平行光を底面側から受
光する円錐面鏡１０ｘとを有する集光器１０を備えるよ
うにしたので、平行光を焦点に集光することができるよ
うになり、個数、配置や光学的特性に関して制約を受け
ることなく複数の光源手段を配置することができ、画像
表示装置の設計の自由度を高くすることができるという
効果が得られる。

【００５０】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３による画像表示装置の光学系構成を示す図である。
実施の形態１と同一または相当する構成要素については
同一の符号を付してあり、ロッドインテグレータ５以降
の構成については図示を省略している。図５において、
１１は円錐面形状の円錐面鏡１１ｘと放物面形状の放物
面鏡１１ｙ（集光面鏡）とから構成される集光器（集光
手段）である。図５は集光器１１の断面を表している。

【００５１】この実施の形態３の集光器１１と実施の形
態２の集光器１０との相違点は、円錐面鏡１１ｘの底面
をスクリーン９側へ向けるようにしている点である。そ
の他の構成条件については実施の形態２に準ずる。この
ような集光器１１を構成することによって、集光器１１
の底面とスクリーン９との間に光源手段３ａ，３ｂを配
置できるようになり、実施の形態２と同様の効果が得ら
れるとともに、デッドスペースを有効に利用して画像表
示装置の薄型化を図ることができるという効果が得られ
る。

【００５２】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４による画像表示装置の光学系構成を示す図である。
実施の形態１と同一または相当する構成要素については
同一の符号を付してあり、ロッドインテグレータ５から
先の構成については図示を省略している。図６におい
て、１２はフレネルミラー（集光手段、集光面鏡）であ
り、光源手段３ａ，３ｂからの平行光をロッドインテグ
レータ５へと集光する。

【００５３】図７はフレネルミラー１２の断面を拡大し
た図である。図７に示すように、実施の形態１で示した
集光器４の集光面鏡４ｘを平行光の入射方向に複数の小
領域で分割し、各小領域毎の集光面鏡４ｘの形状を有す
る分割面１２ａ〜１２ｆを平面鏡に形成したものがフレ
ネルミラー１２である。

【００５４】このような形状を有するフレネルミラー１
２は集光器４とほぼ同等の集光作用を持つので、実施の
形態１と同様の効果が得られるとともに、旋盤加工など
を施して１枚の平面鏡から容易に製造することができる
ので、製造コストを低減することができるという効果が
得られる。

【００５５】また、実施の形態１で説明した集光面鏡４
ｘを球面形状とした場合についてもフレネルミラーを適
用することができる。この場合、フレネルミラーによっ
て反射された光には収差が生じないので、回折光学系は
必要なくなり、光学系構成が簡単になる。

【００５６】実施の形態５．この実施の形態５では、光
源手段の配置方法について説明する。図８はこの発明の
実施の形態５による画像表示装置における複数の光源手
段３ａ〜３ｉおよび集光器４の関係を示す図である。集
光器４に対して光源手段３ａ〜３ｉを投影している。

【００５７】実施の形態１で示したように、集光器４に
対する光源手段３ａ〜３ｉの配置条件には制約がないた
め、光源手段３ａ〜３ｉを任意に配置することが可能で
ある。したがって、例えば図８のように、集光器４の外
縁部分に相当する光量を増加させるように、集光器４の
外縁部分に対して平行光が出射されるように光源手段３
ａ〜３ｉを配置することが可能である。このようにする
ことで、光強度が低化する外縁部分の光強度を増補する
ことができるようになり、スクリーン９に対する配光を
最適化することができるという効果が得られる。

【００５８】なお、この実施の形態５では、光源手段３
ａ〜３ｉを用いた場合について説明してきたが、光源手
段の個数は特に限定されるものではない。

【００５９】また、この実施の形態５は、実施の形態１
の集光器４に限定されるものではなく、実施の形態２〜
４に示した各集光器に適用することが可能である。

【００６０】実施の形態６．この実施の形態６では、異
なる配光特性を有する複数種類の光源手段の配置方法に
ついて説明する。図９はこの発明の実施の形態６による
画像表示装置における複数の光源手段３ａ〜３ｇ，１３
ａ，１３ｂおよび集光器４の関係を示す図である。集光
器４に対して光源手段３ａ〜３ｇおよび光源手段１３
ａ，１３ｂを投影している。

【００６１】この実施の形態６では、光源手段３ａ〜３
ｇおよび光源手段１３ａ，１３ｂを用いて集光器４へ平
行光を出射しており、特に光源手段３ａの光量を増補す
るため光源手段１３ａ，１３ｂを補助光源として用いて
いる。この発明は光源手段の配置条件や配光特性に関す
る制約がないため、光源手段３ａ〜３ｇとは異なる配光
特性を有する光源手段１３ａ，１３ｂを用いることがで
き、スクリーン９に対する配光を最適化することができ
るという効果が得られる。

【００６２】なお、光源手段３ａ〜３ｇおよび光源手段
１３ａ，１３ｂを用いた場合について説明してきたが、
光源手段の配光特性の種類数や個数は特に限定されるも
のではない。

【００６３】また、この実施の形態６は、実施の形態１
の集光器４に限定されるものではなく、実施の形態２〜
４に示した各集光器に適用することが可能である。

【００６４】実施の形態７．図１０はこの発明の実施の
形態７による画像表示装置の光学系構成を示す図であ
る。実施の形態１と同一または相当する構成要素につい
ては同一の符号を付してあり、集光器以降の構成につい
ては図示を省略している。図１０において、１４は楕円
面鏡であり、楕円の２つの焦点を通過する長軸を回転軸
（光軸）として楕円を回転して形成される。楕円面鏡１
４が有する２つの焦点の一方には発光体１が設置されて
いる。

【００６５】１５は複数の球面レンズ、１６は小開口１
６ｚを有する拡散板、１７は小開口１６ｚを通過した光
を受光して図示しない集光器へ平行光を出射する非球面
レンズ、１８は非球面レンズ１７を拡散板１６に保持す
るレンズ保持機構である。発光体１，楕円面鏡１４，複
数の球面レンズ１５，拡散板１６および非球面レンズ１
７から光源手段が構成されている。

【００６６】楕円面鏡１４の一方の焦点には発光体１が
設置されているのに対して、他方の焦点には拡散板１６
の小開口１６ｚが位置している。拡散板１６は楕円面鏡
１４の光軸に直交するように設置されている。また、拡
散板１６の発光体１側の面は光を散乱させる散乱面であ
り、この散乱面には複数の球面レンズ１５が密に配列さ
れている。

【００６７】楕円面鏡１４と拡散板１６とによって発光
体１や球面レンズ１５は空間的に囲まれており、拡散板
１６を仕切として発光体１を囲まない楕円面鏡１４の部
分は適切に切り取られている。球面レンズ１５が配列さ
れていない側の拡散板１６の面には、レンズ保持機構１
８によって非球面レンズ１７が保持されており、その光
軸は楕円面鏡１４の光軸と一致する。

【００６８】次に動作について説明する。一般に、楕円
体の一方の焦点から発せられた光は楕円面によって反射
されて他方の焦点へ集光される。したがって、楕円面鏡
１４の一方の焦点に設置された発光体１が発した光は、
楕円面鏡１４によって反射されて他方の焦点に設置され
た小開口１６ｚへ集光される。

【００６９】小開口１６ｚを通過した光は非球面レンズ
１７を照射する。照射光を完全な平行光として出射する
ように非球面レンズ１７は設計されており、実施の形態
１と比較して、より平行度の高い平行光が非球面レンズ
１７から出射される。

【００７０】ところで、発光体１はある程度の物理的な
大きさを有するので、焦点に完全に一致する点光源とみ
なすことはできない。したがって、楕円面鏡１４による
１回の反射によって発光体１が発した全ての光が小開口
１６ｚを通過するわけではなく、小開口１６ｚを通過し
ない光も存在する。このため、拡散板１６の散乱面には
複数の球面レンズ１５を密に配列してあり、小開口１６
ｚを通過しない光も小開口１６ｚを通過させるようにし
ている。

【００７１】すなわち、小開口１６ｚを通過しない光
は、球面レンズ１５によって集光されて拡散板１６の散
乱面に到達し、拡散板１６の散乱面によって散乱され
て、球面レンズ１５を再び透過して発光体１が設置され
た方向へ概ね平行光として出射される。

【００７２】この発光体１の方向へ進行する光は楕円面
鏡１４によって反射され、この反射光のうちで楕円面鏡
１４の一方の焦点を通過した光は小開口１６ｚを通過す
ることになり、非球面レンズ１７によって平行光として
図示しない集光器へと出射される。ここでも小開口１６
ｚを通過しない光が存在するが、このような光は上記と
同様の動作によって小開口１６ｚを通過するまで拡散板
１６の散乱面と楕円面鏡１４との間を繰り返し反射す
る。

【００７３】このように、球面レンズ１５と拡散板１６
とを設けて、球面レンズ１５，拡散板１６と楕円面鏡１
４との反射によって小開口１６ｚを通過する光を増加さ
せるようにし、発光体１が発した光の利用効率を高くす
るようにしている。

【００７４】以上のような動作によって、非球面レンズ
１７を介した平行光は、図示しない集光器以降の構成要
素によって受光されて、以下、実施の形態１と同様の動
作を行う。

【００７５】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、楕円面鏡１４と、楕円面鏡１４の一方の焦点に設け
られた発光体１と、楕円面鏡１４の他方の焦点に位置す
る小開口１６ｚを有し、楕円面鏡１４と共に発光体１を
囲む空間を形成する拡散板１６と、拡散板１６を仕切と
して発光体１が存在しない拡散板１６の面にレンズ保持
機構１８によって保持され、照射光を平行光として出射
する非球面レンズ１７とを備えるようにしたので、発光
体１が発した光は楕円面鏡１４によって反射されて小開
口１６ｚを通過して非球面レンズ１７によって平行光と
して出射されるようになり、より平行度の高い光を利用
することができるという効果が得られる。

【００７６】また、この実施の形態７によれば、拡散板
１６は発光体１側に散乱面を有し、この散乱面に密に配
列された複数の球面レンズ１５を備えるようにしたの
で、小開口１６ｚを通過しない光が小開口１６ｚを通過
するまで拡散板１６の散乱面と楕円面鏡１４との間を繰
り返し反射するようになり、小開口１６ｚを通過する光
が増加して、発光体１が発した光の利用効率を高くする
ことができるという効果が得られる。

【００７７】実施の形態８．図１１はこの発明の実施の
形態８による画像表示装置の光学系構成を示す図であ
る。実施の形態１と同一または相当する構成要素につい
ては同一の符号を付してあり、集光器以降の構成につい
ては図示を省略してある。図１１において、１９ａ，１
９ｂ，１９ｃおよび１９ｄはそれぞれ発光体１が発した
光を平行光にする非球面レンズである。

【００７８】非球面レンズ１９ａを透過した発光体１か
らの光の進行方向（以下、スクリーン方向という）には
図示しない集光器以降の構成が存在する。また、非球面
レンズ１９ｄは非球面レンズ１９ａと発光体１を挟むよ
うに設置されており、非球面レンズ１９ｄを介した発光
体１からの光はスクリーン方向とは逆の方向へ進行す
る。

【００７９】さらに、非球面レンズ１９ｂ，１９ｃはそ
れぞれ互いに対向して発光体１を挟んでおり、非球面レ
ンズ１９ｂ，１９ｃをそれぞれ透過した発光体１からの
光はスクリーン方向と直交した互いに逆の方向へ出射す
る。非球面レンズ１９ａ，１９ｂ，１９ｃおよび１９ｄ
は互いに接して発光体１を取り囲むように構成されてい
る。

【００８０】２０ｂ，２０ｃはそれぞれ非球面レンズ１
９ｂ，１９ｃを透過した光を反射する平面鏡であり、２
０ｄおよび２０ｅは非球面レンズ１９ｄを透過した光を
反射する平面鏡である。発光体１，非球面レンズ１９ａ
〜１９ｄおよび平面鏡２０ｂ〜２０ｅから光源手段が構
成されている。

【００８１】平面鏡２０ｂは非球面レンズ１９ｂを透過
した光をスクリーン方向へ反射し、平面鏡２０ｃは非球
面レンズ１９ｃを透過した光をスクリーン方向へ反射す
るように設置されている。また、平面鏡２０ｄはスクリ
ーン方向と逆方向へ出射された非球面レンズ１９ｄから
の光を非球面レンズ１９ｂからの光の出射方向（非球面
レンズ１９ｃからの光の出射方向でも良い）へと反射す
るように設置されている。この平面鏡２０ｄによって反
射された光をスクリーン方向へ反射するように、平面鏡
２０ｅが設置されている。

【００８２】このように、発光体１が発した光を非球面
レンズ１９ａ〜１９ｄによって平行光としてその出射方
向を定め、スクリーン方向と異なる方向へ出射する平行
光を平面鏡２０ｂ〜２０ｅによって反射し、スクリーン
方向へ平行光として出射するようにしたので、実施の形
態１と比較して、より平行度の高い光を利用することが
でき、発光体１が発する光の利用効率を高めることがで
きる。

【００８３】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、発光体１を取り囲むように設けられた非球面レンズ
１９ａ〜１９ｄと、スクリーン方向とは異なる方向へ進
行する非球面レンズ１９ｂ〜１９ｄを透過した平行光を
反射によってスクリーン方向へ反射する平面鏡１９ｂ〜
１９ｅとを備えるようにしたので、より平行度の高い平
行光を利用することができるとともに、発光体１が発す
る光の利用効率を高めることができるという効果が得ら
れる。

【００８４】なお、非球面レンズの個数や配置関係は特
に限定されるものではなく、一般に複数個の非球面レン
ズを用いて発光体を取り囲むようにすれば良く、画像表
示装置の仕様などに応じて定めるようにすれば良い。

【００８５】同様に、平面鏡の個数や配置関係は特に限
定されるものではなく、非球面レンズを透過してスクリ
ーン方向へ出射しない平行光を任意回数の反射によって
スクリーン方向へ進行するようにすれば良く、画像表示
装置の仕様などに応じて定めれば良い。

【００８６】実施の形態９．図１２はこの発明の実施の
形態９による画像表示装置の光学系構成を示す図であ
る。実施の形態１と同一または相当する構成要素につい
ては同一の符号を付してあり、ロッドインテグレータ５
から先の構成については図示を省略している。図１２に
おいて、２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび２１ｄはそれぞ
れ平行光を発する発光ダイオード（光源手段）である。

【００８７】この実施の形態９では、実施の形態１で示
した光源手段３ａ，３ｂを発光ダイオード２１ａ〜２１
ｄに置き換えた構成になっている。近年の技術的進歩に
よって、高輝度化の発光ダイオードが低価格で実現され
ているため、多数の発光ダイオード２１ａ〜２１ｄを用
意して、集光器４に対して平行光を出射する光源手段と
して利用することができる。集光器４以降の動作につい
ては実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

【００８８】以上のように、この実施の形態９によれ
ば、光源手段として安価な発光ダイオードを用いるよう
にしたので、画像表示装置の製造コストを低減すること
ができるという効果が得られる。

【００８９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、等位
相面が平面をなす平行光を出射する光源手段と、平行光
を反射して焦点に集光する集光面鏡を有する集光手段
と、焦点に集光された平行光を受光して画像情報付与手
段へ照射光を照射する受光照射手段とを備えるようにし
たので、個数、配置や光学的特性に関して光源手段が制
約を受けることなく、また集光による焼けや破損を招く
ことなく、平行光を焦点に集光することができるように
なり、画像表示装置の設計の自由度を高くすることがで
き、集光器における光の減衰を軽減することができると
いう効果が得られる。

【００９０】この発明によれば、放物線の準線に垂直で
焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回転して形成さ
れる放物面形状の集光面鏡を集光手段が有するようにし
たので、個数、配置や光学的特性に関して光源手段が制
約を受けることなく、平行光を焦点に集光することがで
きるようになり、画像表示装置の設計の自由度を高くす
ることができ、集光器における光の減衰を軽減すること
ができるという効果が得られる。

【００９１】この発明によれば、球面形状に形成された
集光面鏡と、集光面鏡によって生じる収差を補正する回
折光学手段とを集光手段が備えるようにしたので、個
数、配置や光学的特性に関して光源手段が制約を受ける
ことなく、平行光を焦点に集光することができるように
なり、画像表示装置の設計の自由度を高くすることがで
き、集光器における光の減衰を軽減することができると
いう効果が得られる。

【００９２】この発明によれば、放物線の準線に平行で
焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回転して形成さ
れる放物面形状の集光面鏡を集光手段が有するととも
に、回転軸を光軸として表示手段側に頂点が形成され、
光源手段から出射される平行光を底面側から受光して集
光面鏡へ反射する円錐面鏡を集光手段が備えるようにし
たので、個数、配置や光学的特性に関して光源手段が制
約を受けることなく、平行光を焦点に集光することがで
きるようになり、画像表示装置の設計の自由度を高くす
ることができ、集光器における光の減衰を軽減すること
ができるという効果が得られる。

【００９３】この発明によれば、放物線の準線に平行で
焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回転して形成さ
れる放物面形状の集光面鏡を集光手段が有するととも
に、回転軸を光軸として表示手段側に底面が形成され、
光源手段から出射される平行光を底面側から受光して集
光面鏡へ反射する円錐面鏡を集光手段が備えるようにし
たので、個数、配置や光学的特性に関して光源手段が制
約を受けることなく、平行光を焦点に集光することがで
きるようになり、画像表示装置の設計の自由度を高くす
ることができ、集光器における光の減衰を軽減すること
ができるとともに、デッドスペースを有効に利用して画
像表示装置の薄型化を図ることができるという効果が得
られる。

【００９４】この発明によれば、複数の小領域に分割さ
れた集光面鏡の形状が各々形成されたフレネルミラーを
集光手段とするようにしたので、画像表示装置の設計の
自由度を高くすることができ、集光器における光の減衰
を軽減することができるとともに、画像表示装置の製造
コストを低減することができるという効果が得られる。

【００９５】この発明によれば、集光面鏡の焦点に入射
面が設置されたロッドインテグレータを受光照射手段が
備えるようにしたので、焼けや破損を招くことなく光源
手段の個数を増加させることができるようになり、表示
手段に対する光強度を増加させることができるという効
果が得られる。

【００９６】この発明によれば、放物線の準線に垂直で
焦点を通過する回転軸の周りに放物線を回転して形成さ
れる放物面鏡と、放物面鏡の焦点に設置されて光を発す
る発光体とを光源手段が備えるようにしたので、簡単な
構成で平行光を作り出すことができるという効果が得ら
れる。

【００９７】この発明によれば、楕円の一方の焦点と他
方の焦点とを通過する回転軸の周りに楕円を回転して形
成される楕円面鏡と、一方の焦点に設置されて光を発す
る発光体と、他方の焦点に設置される小開口が設けられ
た拡散板と、小開口から出射した光を平行光として出射
する非球面レンズとを光源手段が備えるようにしたの
で、発光体が発した光を楕円面鏡によって反射して小開
口を通過させ、非球面レンズによって平行光として出射
できるようになり、より平行度の高い平行光を利用する
ことができるという効果が得られる。

【００９８】この発明によれば、発光体が発した光を散
乱する散乱面を発光体側の面に拡散板が有するととも
に、散乱面に配列される複数の球面レンズを拡散板が備
えるようにしたので、小開口を通過しない光が小開口を
通過するまで拡散面および楕円面鏡の間を繰り返し反射
するようになり、小開口を通過する光が増加して、発光
体が発した光の利用効率を高くすることができるという
効果が得られる。

【００９９】この発明によれば、光を発する発光体と、
発光体を取り囲むように設けられ、発光体が発した光を
平行光として出射する複数の非球面レンズと、非球面レ
ンズからの平行光を集光手段へ反射する複数の平面鏡と
を光源手段が備えるようにしたので、より平行度の高い
平行光を利用することができるとともに、発光体が発す
る光の利用効率を高めることができるという効果が得ら
れる。

【０１００】この発明によれば、平行光を出射する発光
ダイオードを光源手段とするようにしたので、画像表示
装置の製造コストを低減することができるという効果が
得られる。

【０１０１】この発明によれば、表示手段に対する配光
特性に応じて複数個の光源手段を配置するようにしたの
で、表示手段に対する配光を最適化することができると
いう効果が得られる。

【０１０２】この発明によれば、配光特性の異なる補助
光源を光源手段が有するようにしたので、表示手段に対
する配光を最適化することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による画像表示装置
の光学系構成を示す図である。

【図２】 平行な２本のレーザ光を集光器に入射したと
きの集光位置における光量分布を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２による画像表示装置
の光学系構成を示す図である。

【図４】 平行な２本のレーザ光を集光器に入射したと
きの集光位置における光量分布を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３による画像表示装置
の光学系構成を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態４による画像表示装置
の光学系構成を示す図である。

【図７】 フレネルミラーの断面を拡大した図である。

【図８】 この発明の実施の形態５による画像表示装置
における複数の光源手段および集光器の関係を示す図で
ある。

【図９】 この発明の実施の形態６による画像表示装置
における複数の光源手段および集光器の関係を示す図で
ある。

【図１０】 この発明の実施の形態７による画像表示装
置の光学系構成を示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８による画像表示装
置の光学系構成を示す図である。

【図１２】 この発明の実施の形態９による画像表示装
置の光学系構成を示す図である。

【図１３】 特開平６―２４２３９７号公報に開示され
た従来の画像表示装置の光学系構成を示す図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ 発光体（光源手段）、２ａ，２ｂ 放
物面鏡（光源手段）、３ａ，３ｂ 光源手段、４ 集光
器（集光手段）、４ｘ 集光面鏡、５ ロッドインテグ
レータ（受光照射手段）、６ リレーレンズ（受光照射
手段）、７ ライトバルブ（画像情報付与手段）、８
投影光学系（表示手段）、９ スクリーン（表示手
段）、１０ 集光器（集光手段）、１０ｘ 円錐面鏡
（集光手段）、１０ｙ 放物面鏡（集光手段、集光面
鏡）、１１ 集光器（集光手段）、１１ｘ円錐面鏡（集
光手段）、１１ｙ 放物面鏡（集光手段、集光面鏡）、
１２ フレネルミラー（集光手段、集光面鏡）、１２ａ
〜１２ｆ 分割面、３ａ〜３ｉ光源手段、１３ａ，１３
ｂ 光源手段、１４ 楕円面鏡（光源手段）、１５ 球
面レンズ（光源手段）、１６ 拡散板（光源手段）、１
６ｚ 小開口（光源手段）、１７ 非球面レンズ（光源
手段）、１８ レンズ保持機構、１９ａ〜１９ｄ非球面
レンズ（光源手段）、２０ｂ〜２０ｅ 平面鏡（光源手
段）、２１ａ〜２１ｄ 発光ダイオード（光源手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 嘉仁 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 (72)発明者 清水 雅彦 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 (72)発明者 和高 修三 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 Ｆターム(参考） 5C058 AA00 BA05 BA08 BA23 BA35 EA02 EA51 5G435 AA03 AA17 AA18 BB15 CC09 DD04 EE26 FF03 FF06 FF07 FF12 GG05 GG08 GG23 GG26 GG28 HH04 LL15

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報を照射光に付与する画像情報付
   与手段と、上記画像情報が付与された照射光を受光し
   て、上記画像情報に基づく画像を表示する表示手段とを
   備えた画像表示装置において、 等位相面が平面をなす平行光を出射する光源手段と、 上記平行光を反射して焦点に集光する集光面鏡を有する
   集光手段と、 上記焦点に集光された平行光を受光して上記画像情報付
   与手段へ上記照射光を照射する受光照射手段とを備える
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】 集光手段は、 放物線の準線に垂直で焦点を通過する回転軸の周りに上
   記放物線を回転して形成される放物面形状の集光面鏡を
   有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 集光手段は、 球面形状に形成された集光面鏡と、 上記集光面鏡によって生じる収差を補正する回折手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の画像表示装
   置。
4. 【請求項４】 集光手段は、放物線の準線に平行で焦点
   を通過する回転軸の周りに上記放物線を回転して形成さ
   れる放物面形状の集光面鏡を有するとともに、 上記回転軸を光軸として表示手段側に頂点が形成され、
   光源手段から出射される平行光を底面側から受光して上
   記集光面鏡へ反射する円錐面鏡を備えることを特徴とす
   る請求項１記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 集光手段は、 放物線の準線に平行で焦点を通過する回転軸の周りに上
   記放物線を回転して形成される放物面形状の集光面鏡を
   有するとともに、 上記回転軸を光軸として表示手段側に底面が形成され、
   光源手段から出射される平行光を上記底面側から受光し
   て上記集光面鏡へ反射する円錐面鏡を備えることを特徴
   とする請求項１記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 集光手段は、 複数の小領域に分割された集光面鏡の形状が各々形成さ
   れたフレネルミラーとすることを特徴とする請求項１記
   載の画像表示装置。
7. 【請求項７】 受光照射手段は、 集光面鏡の焦点に入射面が設置されたロッドインテグレ
   ータを備えることを特徴とする請求項１から請求項６の
   うちのいずれか１項記載の画像表示装置。
8. 【請求項８】 光源手段は、 放物線の準線に垂直で焦点を通過する回転軸の周りに上
   記放物線を回転して形成される放物面鏡と、 上記放物面鏡の焦点に設置されて光を発する発光体とを
   備えることを特徴とする請求項１から請求項７のうちの
   いずれか１項記載の画像表示装置。
9. 【請求項９】 光源手段は、 楕円の一方の焦点と他方の焦点とを通過する回転軸の周
   りに上記楕円を回転して形成される楕円面鏡と、 上記一方の焦点に設置されて光を発する発光体と、 上記他方の焦点に設置される小開口が設けられた拡散板
   と、 上記小開口から出射した上記光を平行光として出射する
   非球面レンズとを備えることを特徴とする請求項１から
   請求項７のうちのいずれか１項記載の画像表示装置。
10. 【請求項１０】 拡散板は、 発光体が発した光を散乱する散乱面を発光体側の面に有
    するとともに、 上記散乱面に配列される複数の球面レンズを備えること
    を特徴とする請求項９記載の画像表示装置。
11. 【請求項１１】 光源手段は、 光を発する発光体と、 上記発光体を取り囲むように設けられ、上記発光体が発
    した光を平行光として出射する複数の非球面レンズと、 上記非球面レンズからの上記平行光を集光手段へ反射す
    る複数の平面鏡とを備えることを特徴とする請求項１か
    ら請求項７のうちのいずれか１項記載の画像表示装置。
12. 【請求項１２】 光源手段は、 平行光を出射する発光ダイオードとすることを特徴とす
    る請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載の画
    像表示装置。
13. 【請求項１３】 光源手段は、 表示手段に対する配光特性に応じて複数個配置すること
    を特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか
    １項記載の画像表示装置。
14. 【請求項１４】 光源手段は、 配光特性の異なる補助光源を有することを特徴とする請
    求項１から請求項１３のうちのいずれか１項記載の画像
    表示装置。