JP2007065148A - Light tunnel and image display apparatus using the same - Google Patents

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Atsushi Kitamura
厚 北村
Sawa Tanabe
佐和 田辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light tunnel in which improved efficiency in use of light from a light source is achieved by a simple and inexpensive structure without involving degradation in light uniformization, and to provide an image display apparatus using the light tunnel. <P>SOLUTION: The light tunnel 10 includes: a light guide path 12 surrounded by a plurality of reflecting faces 15a to 18a; an incident opening 13 formed at one end of the the light guide path 12; and an emission opening 11 formed at the other end of the light guide path 12. The reflecting faces 15a to 18a are inclined so that the area of the cross-section of the light guide path 12 which is perpendicular to the optical axis A increases toward the incident opening 13 from the emission opening 11. The area of the incident opening 13 is larger than the area of the emission opening 11. This improves efficiency in use of light from a light source without involving degradation in light uniformization. In addition, the image display apparatus includes a light modulating means, a projection optical system, and an illuminating optical system that includes the light tunnel 10. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、投影型の画像表示装置に関し、詳しくは、ライトトンネルおよびそれを用いた画像表示装置に関する。   The present invention relates to a projection-type image display device, and more particularly to a light tunnel and an image display device using the light tunnel.

近年、投影型の高精細度テレビジョンシステム（ＨＤＴＶ）やビデオプロジェクタ等の投影型画像表示装置（以下、プロジェクタともいう）の普及が進んでいる。図５（ａ）は、そのようなプロジェクタにおける照明光学系の構成例を示した図である。図５（ａ）に示す照明光学系１００は、光源ランプ１０１およびリフレクタ１０２からなる光源部１１０と、カラーホイール１０３と、ライトトンネル１０４とを備えている。ここで、リフレクタ１０２は回転楕円面鏡からなり、例えば放電灯からなる光源ランプ１０１は、その発光中心が回転楕円面の第１焦点に一致するように位置決めされている。
カラーホイール１０３は、円盤状のカラーフィルタ１０３ａと、カラーフィルタ１０３ａを中心軸ａｘ回りに高速回転させるモータ１０３ｂからなる。カラーフィルタ１０３ａは、円周方向に沿って配列された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各波長帯に対応する透過フィルタを含んでおり、カラーフィルタ１０３ａ上に入射した白色光は、カラーフィルタ１０３ａの回転により、順次的にＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分光される。 In recent years, projection-type image display devices (hereinafter also referred to as projectors) such as projection-type high-definition television systems (HDTV) and video projectors have been widely used. FIG. 5A is a diagram showing a configuration example of an illumination optical system in such a projector. The illumination optical system 100 shown in FIG. 5A includes a light source unit 110 including a light source lamp 101 and a reflector 102, a color wheel 103, and a light tunnel 104. Here, the reflector 102 is composed of a spheroid mirror. For example, the light source lamp 101 composed of a discharge lamp is positioned so that the light emission center thereof coincides with the first focal point of the spheroid.
The color wheel 103 includes a disk-shaped color filter 103a and a motor 103b that rotates the color filter 103a around the central axis ax at high speed. The color filter 103a includes transmission filters corresponding to the wavelength bands of red (R), green (G), and blue (B) arranged along the circumferential direction, and the white color incident on the color filter 103a. The light is sequentially split into R light, G light, and B light by the rotation of the color filter 103a.

ライトトンネル１０４は、図５（ｂ）に示すように、４枚の平面鏡１０５、１０６、１０７、１０８を接合することにより中空の四角柱状に構成されており、一対の平面鏡１０５、１０７は、その反射面１０５ａ、１０７ａを互いに対向させて平行に配設され、同様に、もう一対の平面鏡１０６、１０８も、その反射面１０６ａ、１０８ａを互いに対向させて平行に配設されている。また、ライトトンネル１０４の一端側の開口部（入射口）１０４ａは、リフレクタ１０２の第２焦点近傍に配置されている。   As shown in FIG. 5 (b), the light tunnel 104 is formed into a hollow quadrangular prism shape by joining four plane mirrors 105, 106, 107, and 108. The reflecting surfaces 105a and 107a are arranged in parallel with each other facing each other. Similarly, the other pair of plane mirrors 106 and 108 are also arranged in parallel with their reflecting surfaces 106a and 108a facing each other. An opening (incident port) 104 a on one end side of the light tunnel 104 is disposed in the vicinity of the second focal point of the reflector 102.

照明光学系１００において、光源ランプ１０１からの出射光は、リフレクタ１０２によって反射され、カラーホイール１０３を経てライトトンネル１０４の入射口１０４ａに集光される。次いで、ライトトンネル１０４へと入射した光は、その内部を伝播する過程で、平面鏡１０５、１０６、１０７、１０８による多重反射によって混合され、出射口１０４ｂから均一な光束として出射する。また、図示は省略するが、この出射光束は、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等からなる光変調手段に照射されて画像情報に基づいて変調され、次いで、変調された光が投射光学系によりスクリーン等に投射されて、画像が表示されるものである。   In the illumination optical system 100, the light emitted from the light source lamp 101 is reflected by the reflector 102, passes through the color wheel 103, and is collected at the entrance 104 a of the light tunnel 104. Next, the light that has entered the light tunnel 104 is mixed by multiple reflection by the plane mirrors 105, 106, 107, and 108 in the process of propagating through the light tunnel 104, and is emitted as a uniform light beam from the emission port 104b. Although not shown in the figure, the emitted light beam is applied to light modulation means such as a digital micromirror device (DMD) and modulated based on image information, and then the modulated light is projected by the projection optical system. The image is projected onto a screen or the like and displayed.

ここで、スクリーンに投影される画面の照度分布の均一性を向上させるには、ライトトンネル１０４内を通過する光の反射回数を増大させてその混合効果を高め、ライトトンネル１０４から出射する光束の均一性を向上させる必要がある。そのためには、ライトトンネル１０４の、光軸Ａに垂直な断面の断面積に対する光軸Ａに平行な方向の相対的な長さを増大させればよく、さらに、ライトトンネル１０４の大型化を避けつつこのような構成を実現するためには、平面鏡対１０５−１０７、１０６−１０８の間隔を狭めて、ライトトンネル１０４の光軸Ａに垂直な断面の断面積を縮小することが望ましい（以下、「光軸Ａに垂直な断面の断面積」を単に「断面積」ともいう）。あるいは、光源部１１０に対する対策として、リフレクタ１０２の集光角θを増大させ、リフレクタ１０２からの反射光を、ライトトンネル１０４の入射口１０４ａをなす開口端面の法線方向に対して、より深い角度で入射させる方法を用いることもできる。   Here, in order to improve the uniformity of the illuminance distribution of the screen projected on the screen, the number of reflections of light passing through the light tunnel 104 is increased to increase the mixing effect, and the luminous flux emitted from the light tunnel 104 is increased. There is a need to improve uniformity. For this purpose, it is only necessary to increase the relative length of the light tunnel 104 in the direction parallel to the optical axis A with respect to the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the optical axis A. Further, avoid the enlargement of the light tunnel 104. However, in order to realize such a configuration, it is desirable to reduce the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the optical axis A of the light tunnel 104 by narrowing the distance between the pair of plane mirrors 105-107 and 106-108 (hereinafter, referred to as the following). “Cross sectional area perpendicular to the optical axis A” is also simply referred to as “cross sectional area”). Alternatively, as a countermeasure against the light source unit 110, the converging angle θ of the reflector 102 is increased, and the reflected light from the reflector 102 is reflected at a deeper angle with respect to the normal direction of the opening end surface forming the entrance 104a of the light tunnel 104. It is also possible to use a method of making the light incident.

しかしながら、ライトトンネル１０４の断面積を縮小することには、次のような問題が伴う。すなわち、一般に光源ランプ１０１の発光部は有限の放電距離（アーク長）を有しているため、その第２焦点に点光源像が結像することはなく、リフレクタ１０２からの反射光は、ライトトンネル１０４の入射口１０４ａにおいて一定のビーム断面積を有している。したがって、ライトトンネル１０４の断面積を小さくすることで、入射口１０４ａの開口面積が小さくなると、リフレクタ１０２からの反射光の一部が遮光されて（図５（ａ）の光路Ｐ２参照）、ライトトンネル１０４に入射されない漏れ光ＰLが発生する可能性があり、それによって、光の利用効率が低下する。 However, reducing the cross-sectional area of the light tunnel 104 involves the following problems. That is, since the light emitting portion of the light source lamp 101 generally has a finite discharge distance (arc length), a point light source image does not form at the second focal point, and reflected light from the reflector 102 The entrance 104a of the tunnel 104 has a constant beam cross-sectional area. Therefore, by reducing the cross-sectional area of the light tunnel 104, when the opening area of the entrance 104a is reduced, part of the reflected light from the reflector 102 is shielded (see the optical path P2 in FIG. 5A), and the light There is a possibility that leaked light P L that is not incident on the tunnel 104 may be generated, thereby reducing the light use efficiency.

さらに、光源ランプ１０１の実際の放電位置は経時的に変動しており、それに応じて、リフレクタ１０２からの反射光の、入射口１０４ａにおけるビーム断面積も経時的に変動する。そのため、ライトトンネル１０４のサイズや配置、あるいは、リフレクタ１０２からの反射光の集光角θ等を含む照明光学系１００の構成配置を初期的に適切に設定したとしても、この経時変動によって、入射口１０４ａにおける遮光が発生する可能性がある。この経時変動は、光の利用効率の低下と共に、スクリーン上に投影される画面のちらつき（フリッカー）の要因となるものである。   Furthermore, the actual discharge position of the light source lamp 101 varies with time, and accordingly, the beam cross-sectional area of the reflected light from the reflector 102 at the entrance 104a also varies with time. For this reason, even if the configuration and arrangement of the illumination optical system 100 including the size and arrangement of the light tunnel 104 or the converging angle θ of the reflected light from the reflector 102 are appropriately set initially, the incidence changes due to this temporal variation. There is a possibility that light shielding occurs at the mouth 104a. This variation with time causes a flicker of the screen projected on the screen as well as a decrease in light utilization efficiency.

従来、このような放電位置の経時変動に対処するために、図５（ａ）に示す構成に加えて、光源ランプからの光の一部を受光して、受光した光に応答する検出信号を出力する検出手段と、検出手段からの検出信号に基づいて放電位置を判定し、判定された放電位置に基づいて光源ランプを移動させる制御手段とを備えた照明光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この照明光学系では、放電位置の経時変動に基づいて光源ランプ自体の位置をフィードバック制御することにより、放電位置の経時変動を補正することが図られている。   Conventionally, in order to cope with such variation with time of the discharge position, in addition to the configuration shown in FIG. 5A, a detection signal that receives a part of the light from the light source lamp and responds to the received light is provided. There has been proposed an illumination optical system including detection means for outputting and control means for determining a discharge position based on a detection signal from the detection means and moving a light source lamp based on the determined discharge position (for example, , See Patent Document 1). In this illumination optical system, it is intended to correct the variation with time of the discharge position by performing feedback control of the position of the light source lamp itself based on the variation with time of the discharge position.

特開２００４−２３９９３３号公報（請求項１〜請求項１０、図１）JP-A-2004-239933 (Claims 1 to 10, FIG. 1)

ここで、ライトトンネルの断面積を縮小してその光均一化作用を向上させる場合、上述したような光の利用効率の低下の問題を回避するには、光源ランプとして、可能な限り放電距離の短い放電灯を使用することが望ましい。しかしながら、一般に、このような放電灯は短寿命であり（例えば、２０００時間程度）、その使用に際して頻繁なランプ交換の問題が避けられない。一方、比較的寿命の長い超高圧水銀ランプは、放電距離が長いため、断面積の小さいライトトンネルと共に使用することは困難であった。また、特許文献１に記載の照明光学系では、従来のライトトンネルを使用しながら、放電位置の経時変動に対応することが可能となるものの、その構成が著しく複雑かつ高価なものとなるという問題があった。   Here, when reducing the cross-sectional area of the light tunnel and improving its light homogenization effect, in order to avoid the above-described problem of a decrease in light utilization efficiency, the light source lamp has a discharge distance as small as possible. It is desirable to use a short discharge lamp. However, in general, such a discharge lamp has a short life (for example, about 2000 hours), and frequent lamp replacement problems are unavoidable when used. On the other hand, an ultra-high pressure mercury lamp having a relatively long life is difficult to be used with a light tunnel having a small cross-sectional area because of a long discharge distance. In addition, the illumination optical system described in Patent Document 1 can cope with the variation with time of the discharge position while using a conventional light tunnel, but the configuration thereof becomes extremely complicated and expensive. was there.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、単純かつ安価な構成により、光均一化作用を低下させることなく、光源からの光の利用効率を向上することが可能なライトトンネル、およびそのライトトンネルを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a light tunnel capable of improving the utilization efficiency of light from a light source without reducing the light homogenizing action with a simple and inexpensive configuration, and An object of the present invention is to provide an image display device using the light tunnel.

上記目的を達成するために、本発明に係るライトトンネルは、複数の反射面に囲まれた導光路と、該導光路の一端側に設けられた入射口と、前記導光路の他端側に設けられた出射口とを備え、前記入射口から入射した光を均一化して前記出射口から出射するライトトンネルにおいて、前記複数の反射面は、前記導光路の光軸に垂直な断面の断面積が前記出射口から前記入射口に向かって増大するように傾斜しており、前記入射口の面積は、前記出射口の面積よりも大きいことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a light tunnel according to the present invention includes a light guide path surrounded by a plurality of reflecting surfaces, an entrance provided on one end side of the light guide path, and the other end side of the light guide path. A light tunnel for uniformizing light incident from the incident port and exiting from the exit port, wherein the plurality of reflecting surfaces have a cross-sectional area of a cross section perpendicular to the optical axis of the light guide. Is inclined so as to increase from the exit to the entrance, and the area of the entrance is larger than the area of the exit.

本発明によれば、ライトトンネルの導光路を形成する複数の反射面を、導光路の光軸に垂直な断面積がライトトンネルの出射口から入射口に向かって増大するように傾斜させ、入射口の面積を、出射口の面積よりも大きくすることで、入射口の面積を縮小することなく、導光路内での光の反射回数を増大させることが可能となる。これによって、ライトトンネルの入射口へ集光されるビーム断面積が一定の広がりを有する場合や、さらに、その広がりに経時変動が存在する場合でも、光源からの光の高い利用効率を維持しつつ、ライトトンネルの光均一化作用を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the plurality of reflecting surfaces forming the light guide for the light tunnel are inclined so that the cross-sectional area perpendicular to the optical axis of the light guide increases from the light tunnel exit to the entrance. By making the area of the mouth larger than the area of the exit port, it is possible to increase the number of times the light is reflected in the light guide without reducing the area of the entrance port. As a result, even when the cross-sectional area of the beam collected at the entrance of the light tunnel has a certain spread, and even when there is a variation over time, the high utilization efficiency of the light from the light source is maintained. It is possible to improve the light uniforming effect of the light tunnel.

また、好ましくは、前記複数の反射面には微細な凹凸パターンが形成されるものである。これによって、反射面からの反射光を拡散させ、導光路内での多重反射による光の混合効果を高めることができる。さらに、一定の光均一化作用を得るために必要な導光路の長さを短縮することが可能となるため、ライトトンネルの小型化に寄与するものである。このような凹凸パターンは、ドットパターンまたはストライプパターンのいずれか一方または両方を含むものであってもよい。   Preferably, a fine uneven pattern is formed on the plurality of reflecting surfaces. Thereby, the reflected light from the reflecting surface can be diffused, and the light mixing effect by multiple reflection in the light guide path can be enhanced. Furthermore, it is possible to shorten the length of the light guide necessary for obtaining a uniform light uniforming effect, which contributes to the miniaturization of the light tunnel. Such a concavo-convex pattern may include one or both of a dot pattern and a stripe pattern.

本発明の一態様において、本発明に係る画像表示装置は、本発明に係る前記ライトトンネルを有する照明光学系と、該照明光学系からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系とを備えていることを特徴とする。
このような画像表示装置では、その照明光学系において、放電距離の比較的長い放電灯を光源として用いても、光源からの光の利用効率を低下させることなく均一な照明光を得ることができるため、例えば、長寿命の超高圧水銀ランプを好適に使用することが可能となる。加えて、放電位置の経時変動によらず、常に一定の光量をライトトンネルに取り込むことができるため、投影される画面のフリッカーを効果的に抑制するものとなる。 In one aspect of the present invention, an image display device according to the present invention includes an illumination optical system having the light tunnel according to the present invention, and light modulation that spatially modulates light from the illumination optical system based on image information. And a projection optical system for enlarging and projecting the light from the light modulation means.
In such an image display device, even when a discharge lamp having a relatively long discharge distance is used as the light source in the illumination optical system, uniform illumination light can be obtained without reducing the light use efficiency from the light source. Therefore, for example, it is possible to suitably use a long-life ultra-high pressure mercury lamp. In addition, a constant amount of light can always be taken into the light tunnel regardless of the variation with time of the discharge position, and thus flickering of the projected screen can be effectively suppressed.

本発明は、このように構成したため、単純かつ安価な構成により、光均一化作用を低下させることなく、光源からの光の利用効率を向上させることが可能なライトトンネルを実現することができる。また、投影型の画像表示装置に、このライトトンネルを用いることによって、その照明光学系、ひいては画像表示装置の小型化に寄与すると共に、投影される画像の表示品質を向上することが可能になる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to realize a light tunnel capable of improving the utilization efficiency of light from the light source without reducing the light uniformizing action with a simple and inexpensive configuration. Further, by using this light tunnel for the projection type image display device, it is possible to contribute to the miniaturization of the illumination optical system, and hence the image display device, and to improve the display quality of the projected image. .

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明するが、各図面は説明のためのものであり、必ずしも実際の形状、寸法を正確に反映するものではない。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the drawings are for explanation, and do not necessarily accurately reflect actual shapes and dimensions.

図１は、本発明の第１の実施施形態におけるライトトンネル１０を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光軸Ａに平行な断面を示す断面図である。
本実施形態におけるライトトンネル１０は、略台形状の４枚の平面鏡１５、１６、１７、１８を接合することにより、中空の四角錐台状に構成されている。この四角錐台の側壁を構成する４枚の平面鏡１５、１６、１７、１８は、その反射面１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａが対向するように配設され、これらの反射面１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８aに囲まれた空間により、導光路１２が形成されている。この際、平面鏡１５、１６、１７、１８は、導光路１２の光軸Ａに垂直な断面の断面積が一方の端部１１から他方の端部１３に向かって増大するように傾斜しており、端部１３の開口面積は、端部１１の開口面積よりも大きい。ライトトンネル１０は、端部１３を入射口、端部１１を出射口として、入射口１３から入射した光を導光路１２内での多重反射により混合し、出射口１１から均一化された光束を出射する光学装置であり、その作用および効果の詳細については後述する。 1A and 1B are views showing a light tunnel 10 according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a perspective view and FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section parallel to an optical axis A.
The light tunnel 10 in the present embodiment is formed in a hollow quadrangular pyramid shape by joining four substantially trapezoidal plane mirrors 15, 16, 17, and 18. The four plane mirrors 15, 16, 17, and 18 constituting the side wall of this quadrangular pyramid are arranged so that the reflecting surfaces 15a, 16a, 17a, and 18a face each other, and these reflecting surfaces 15a, 16a, and 17a are arranged. The light guide 12 is formed by a space surrounded by 18a. At this time, the plane mirrors 15, 16, 17, and 18 are inclined so that the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the optical axis A of the light guide path 12 increases from one end portion 11 toward the other end portion 13. The opening area of the end portion 13 is larger than the opening area of the end portion 11. The light tunnel 10 uses the end 13 as an entrance and the end 11 as an exit, mixes light incident from the entrance 13 by multiple reflection in the light guide 12, and produces a uniform light flux from the exit 11. Details of the operation and effect of the optical device that emits light will be described later.

本実施形態において、平面鏡１５、１６、１７、１８の反射面１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａには、微細な凹凸パターンが形成されている。図２（ａ）、（ｂ）は、このような微細な凹凸パターンの好ましい態様を、平面鏡１５を例として示す部分拡大図である。図２（ａ）に示す凹凸パターンは、略半球状の凸部１９ａを複数配列してなるドットパターンとして構成されており、図２（ｂ）に示す凹凸パターンは、直線状のＶ字溝１９ｂを複数配列してなるストライプパターンとして構成されている。ライトトンネル１０において、各反射面１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａは、このような微細な凹凸パターンを有することにより、拡散反射面として機能するものである。なお、本発明に係る微細な凹凸パターンは、図２（ａ）、（ｂ）に示す態様に限定されるものではなく、その凹部または凸部の形状、サイズ、配列形態等は、所望の拡散反射条件に応じて適宜設定されるものである。   In the present embodiment, fine concavo-convex patterns are formed on the reflecting surfaces 15a, 16a, 17a, and 18a of the plane mirrors 15, 16, 17, and 18. FIGS. 2A and 2B are partial enlarged views showing a preferred embodiment of such a fine uneven pattern, taking a plane mirror 15 as an example. The concave / convex pattern shown in FIG. 2 (a) is configured as a dot pattern formed by arranging a plurality of substantially hemispherical convex portions 19a, and the concave / convex pattern shown in FIG. 2 (b) is a linear V-shaped groove 19b. Is formed as a stripe pattern formed by arranging a plurality of. In the light tunnel 10, each reflecting surface 15a, 16a, 17a, 18a functions as a diffuse reflecting surface by having such a fine uneven pattern. In addition, the fine uneven | corrugated pattern based on this invention is not limited to the aspect shown to FIG. 2 (a), (b), The shape, size, arrangement | sequence form, etc. of the recessed part or convex part are desired diffusion. It is appropriately set according to the reflection conditions.

ここで、本実施形態における平面鏡１５、１６、１７、１８は、例えば、任意の適切な加工方法により一面に所定の凹凸パターンが形成されたガラス基材を準備し、次いで、所定の凹凸パターンが形成された面上に、銀またはアルミニウム等の金属薄膜を蒸着して反射面を形成することによって、作製することができる。所定の凹凸パターンを形成する加工方法には、研削またはエッチング等によるガラス加工、あるいは、加熱して軟化させたガラス素材を、所定の凹凸パターンを有する成形型を用いてプレス成形する方法等が含まれる。   Here, the flat mirrors 15, 16, 17, and 18 in the present embodiment prepare, for example, a glass substrate having a predetermined concavo-convex pattern formed on one surface thereof by any appropriate processing method, and then the predetermined concavo-convex pattern It can be produced by depositing a metal thin film such as silver or aluminum on the formed surface to form a reflective surface. The processing method for forming the predetermined concavo-convex pattern includes glass processing by grinding or etching, or press molding of a glass material softened by heating using a mold having the predetermined concavo-convex pattern. It is.

次に、本発明の第２の実施形態として、ライトトンネル１０を適用した画像表示装置を説明する。図３は、本実施形態における画像表示装置３０の光学系の要部を示す構成図である。画像表示装置３０は、光源部１１０、カラーホイール１０３、ライトトンネル１０、および集光光学系３４を含む照明光学系３５と、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）からなる光変調手段３６と、投射光学系３８とを備えており、その光源部１１０およびカラーホイール１０３は、図５（ａ）に示す照明光学系１００における光源部１１０およびカラーホイール１０３とそれぞれ同一のものである。   Next, an image display device to which the light tunnel 10 is applied will be described as a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a main part of the optical system of the image display apparatus 30 according to the present embodiment. The image display device 30 includes an illumination optical system 35 including a light source unit 110, a color wheel 103, a light tunnel 10, and a condensing optical system 34, a light modulation unit 36 including a digital micromirror device (DMD), and a projection optical system. The light source unit 110 and the color wheel 103 are the same as the light source unit 110 and the color wheel 103 in the illumination optical system 100 shown in FIG.

画像表示装置３０において、光源ランプ１０１からの出射光は、リフレクタ１０２によって反射され、カラーホイール１０３の回転によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に順次的に分光されて、ライトトンネル１０の入射口１３に集光される。次いで、ライトトンネル１０へと入射した光は、その内部を伝播する過程で、平面鏡１５、１６、１７、１８（図１参照）による多重反射によって混合され、出射口１１から均一な光束として出射する。次いで、この出射光束は、集光光学系３４により適切に拡大または縮小されて光変調手段３６に照射される。本実施形態において、ＤＭＤである光変調手段３６は、各画素に対応する揺動可能な複数のミラーから構成されており、図示しない駆動装置によって、画像情報に基づいてカラーホイールに同期して駆動され、入射するＲ光、Ｇ光、Ｂ光を各画素毎に反射方向を振り分けることにより変調するものである。次いで、適切な方向に反射されて各色に対応する画像を形成する光は、投射光学系３８によりスクリーン等に投射され、カラー画像が表示されるものである。   In the image display device 30, the light emitted from the light source lamp 101 is reflected by the reflector 102, and is sequentially separated into R light, G light, and B light by the rotation of the color wheel 103, and the incident port 13 of the light tunnel 10. It is focused on. Next, the light incident on the light tunnel 10 is mixed by multiple reflection by the plane mirrors 15, 16, 17, and 18 (see FIG. 1) in the process of propagating through the light tunnel 10, and is emitted as a uniform light flux from the emission port 11. . Next, the emitted light beam is appropriately enlarged or reduced by the condensing optical system 34 and irradiated to the light modulation means 36. In the present embodiment, the light modulation means 36, which is a DMD, is composed of a plurality of swingable mirrors corresponding to each pixel, and is driven by a driving device (not shown) in synchronization with the color wheel based on image information. The incident R light, G light, and B light are modulated by distributing the reflection direction for each pixel. Next, light that is reflected in an appropriate direction to form an image corresponding to each color is projected onto a screen or the like by the projection optical system 38, and a color image is displayed.

本実施形態において、ライトトンネル１０は、開口面積の大きい側の端部を入射口１３として使用するものであり、その入射口１３が、リフレクタ１０２の第２焦点近傍に配置されている。したがって、リフレクタ１０２から反射された光の、経時変動を含むビーム断面積の広がりに対応するために、入射口１３の大きさを拡大した場合でも、ライトトンネル１０の断面積を一様に拡大する構成とは異なり、導光路１２内を伝播する光の反射回数を低下させることなく、光均一化作用は良好に維持されるものである。逆に、出射口１１の面積を縮小して、ライトトンネル１０の光均一化作用を向上させた場合でも、ライトトンネル１０の断面積を一様に縮小する構成とは異なり、図３に示す光路Ｐ２のように、光源ランプ１０１からの光を、入射口１３によって遮光することなく効率良くライトトンネル１０内に取り込むことができる。さらに、図２を参照して上述したように、ライトトンネル１０において、導光路１２を形成する各反射面１５ａ、１６ａ、１７ａ，１８ａには、微細な凹凸パターンが形成されているため、その拡散反射によって光の混合効果が一層向上すると共に、出射光の所望の均一化を達成するために必要なライトトンネル１０の長さが短縮されるため、照明光学系３５、ひいては画像表示装置３０を小型化することができる。画像表示装置３０は、ライトトンネル１０のこのような作用・効果により、例えば超高圧水銀ランプのような長寿命の放電灯を、その光源ランプ１０１として好適に用いると共に、明るくかつ均一であってフリッカー等のない高品質の画像を表示するものである。   In the present embodiment, the light tunnel 10 uses an end portion on the side having a larger opening area as the incident port 13, and the incident port 13 is disposed in the vicinity of the second focal point of the reflector 102. Therefore, even when the size of the entrance 13 is increased in order to cope with the spread of the beam cross-sectional area including temporal variation of the light reflected from the reflector 102, the cross-sectional area of the light tunnel 10 is uniformly expanded. Unlike the configuration, the light homogenizing action is favorably maintained without reducing the number of reflections of light propagating in the light guide path 12. On the contrary, even when the area of the emission port 11 is reduced to improve the light uniforming action of the light tunnel 10, the optical path shown in FIG. 3 is different from the configuration in which the cross-sectional area of the light tunnel 10 is uniformly reduced. Like P2, the light from the light source lamp 101 can be efficiently taken into the light tunnel 10 without being blocked by the incident port 13. Further, as described above with reference to FIG. 2, in the light tunnel 10, since each of the reflection surfaces 15 a, 16 a, 17 a, and 18 a forming the light guide path 12 is formed with a fine uneven pattern, its diffusion The light mixing effect is further improved by the reflection, and the length of the light tunnel 10 necessary for achieving the desired uniformization of the emitted light is shortened. Therefore, the illumination optical system 35 and thus the image display device 30 can be reduced in size. Can be The image display device 30 uses a long-life discharge lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp as the light source lamp 101 by virtue of the action and effect of the light tunnel 10, and is bright and uniform with flicker. It displays a high-quality image without the like.

以上の説明を通じて、ライトトンネル１０は、４枚の平面鏡１５、１６、１７、１８により形成された中空の角錐台として説明してきたが、本発明に係るライトトンネルは、このような構成に限定されるものではなく、例えば、図４に示すライトトンネル４０のように、透明材料により中実の導光体として一体に形成されるものであってもよい。ライトトンネル４０は、反射面である側面４５、４６、４７、４８が、一方の端部４１から他方の端部４３に向かって増大するように傾斜しており、面積の大きい方の端面４３を入射口、面積の小さい方の端面４１を出射口、中実の四角錐台の内部を導光路４２として用いることによって、図１に示すライトトンネル１０と同様の作用・効果を得るものである。ライトトンネル４０を形成する好適な透明材料には、ガラス、あるいは、アクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材等が含まれ、その場合、図２に示すような微細な凹凸パターンは、ライトトンネル４０を成形する際に、その側面４５、４６、４７、４８に一体に成形されることが好ましい。なお、ライトトンネル４０において、その反射面４５、４６、４７、４８には、金属薄膜の蒸着または反射フィルムの固着等による追加の反射手段が施されていてもよい。   Through the above description, the light tunnel 10 has been described as a hollow pyramid formed by four plane mirrors 15, 16, 17, and 18. However, the light tunnel according to the present invention is limited to such a configuration. For example, the light tunnel 40 shown in FIG. 4 may be integrally formed as a solid light guide by a transparent material. The light tunnel 40 is inclined such that side surfaces 45, 46, 47, and 48, which are reflection surfaces, increase from one end 41 toward the other end 43, and the end surface 43 having a larger area is formed. The same operation and effect as those of the light tunnel 10 shown in FIG. 1 can be obtained by using the entrance surface, the end face 41 having the smaller area as the exit port, and the inside of the solid quadrangular pyramid as the light guide path 42. Suitable transparent materials for forming the light tunnel 40 include glass or a transparent resin material such as an acrylic resin or a polycarbonate resin. In this case, the fine uneven pattern as shown in FIG. Is preferably formed integrally with the side surfaces 45, 46, 47 and 48. In the light tunnel 40, the reflecting surfaces 45, 46, 47, and 48 may be provided with additional reflecting means such as vapor deposition of a metal thin film or fixing of a reflecting film.

本発明の第１の実施形態におけるライトトンネルを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光軸に平行な方向の断面を示す断面図である。It is a figure which shows the light tunnel in the 1st Embodiment of this invention, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing which shows the cross section of a direction parallel to an optical axis. 図１に示すライトトンネルの反射面を示す部分拡大図であり、（ａ）はドットパターン、（ｂ）はストライプパターンを設けた場合をそれぞれ示す図である。It is the elements on larger scale which show the reflective surface of the light tunnel shown in FIG. 1, (a) is a figure which respectively shows the case where a dot pattern is provided and (b) provides the stripe pattern. 本発明の第２の実施形態における画像表示装置の光学系の要部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the principal part of the optical system of the image display apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係るライトトンネルの他の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other structure of the light tunnel which concerns on this invention. 従来の画像表示装置の照明光学系を示す図であり、（ａ）は、その構成図、（ｂ）は（ａ）の構成で使用されるライトトンネルの斜視図である。It is a figure which shows the illumination optical system of the conventional image display apparatus, (a) is the block diagram, (b) is a perspective view of the light tunnel used by the structure of (a).

符号の説明Explanation of symbols

１０，４０：ライトトンネル、１１，４１：出射口、１２，４２：導光路、１３，４３：入射口、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，４５，４６，４７，４８：反射面、３０：画像表示装置、３５：照明光学系、３６：光変調手段、３８：投射光学系
10, 40: light tunnel, 11, 41: exit, 12, 42: light guide, 13, 43: entrance, 15a, 16a, 17a, 18a, 45, 46, 47, 48: reflecting surface, 30: image Display device, 35: illumination optical system, 36: light modulation means, 38: projection optical system

Claims (4)

複数の反射面に囲まれた導光路と、該導光路の一端側に設けられた入射口と、前記導光路の他端側に設けられた出射口とを備え、前記入射口から入射した光を均一化して前記出射口から出射するライトトンネルにおいて、
前記複数の反射面は、前記導光路の光軸に垂直な断面の断面積が前記出射口から前記入射口に向かって増大するように傾斜しており、前記入射口の面積は、前記出射口の面積よりも大きいことを特徴とするライトトンネル。 A light guide path surrounded by a plurality of reflecting surfaces, an incident port provided on one end side of the light guide path, and an exit port provided on the other end side of the light guide path, and the light incident from the incident port In the light tunnel that is uniformed and exits from the exit,
The plurality of reflecting surfaces are inclined such that a cross-sectional area of a cross section perpendicular to the optical axis of the light guide path increases from the exit port toward the entrance port, and the area of the entrance port is defined by the exit port Light tunnel characterized by being larger than the area. 前記複数の反射面には、微細な凹凸パターンが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のライトトンネル。   The light tunnel according to claim 1, wherein a fine uneven pattern is formed on the plurality of reflecting surfaces. 前記凹凸パターンは、ドットパターンまたはストライプパターンのいずれか一方または両方を含むことを特徴とする請求項２に記載のライトトンネル。   The light tunnel according to claim 2, wherein the uneven pattern includes one or both of a dot pattern and a stripe pattern. 請求項１から３のいずれか１項に記載のライトトンネルを有する照明光学系と、該照明光学系からの光を画像情報に基づいて空間的に変調する光変調手段と、前記光変調手段からの光を拡大して投射する投射光学系と、を備えている画像表示装置。
An illumination optical system having the light tunnel according to any one of claims 1 to 3, a light modulation unit that spatially modulates light from the illumination optical system based on image information, and the light modulation unit A projection optical system that enlarges and projects the light.
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