JP2001051348A - Illumination optical device and video projection device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination optical device constituted so that the illumination efficiency can be remarkably enhanced, and a video projection device constituted so that the luminance of a video image projected toward a screen and the like can be enhanced as a whole. SOLUTION: Parallel light beams PL existing around the optical axis P1 of a light source 2 are made incident on the 1st lens 16a of the peripheral part of a 1st multilens array 16 as they are and condensed at the 2nd lens 17a of the peripheral part of a 2nd multilens array 17. On the other hand, non- parallel light beams NPL existing near the optical axis P1 of the light source 2 are made incident on a conical prism 42 and converted to the almost parallel light beams APL. The light beams APL are made incident on the first lens 16a of the central part of the array 16 and condensed at the lens 17a of the central part of the array 17.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、カラー映
像をスクリーン等に投射するプロジェクタ装置に適用す
るのに最適な照射光学装置と、その照明光学装置を用い
た映像投射装置の技術分野に属するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of an irradiation optical device most suitable for application to, for example, a projector device for projecting a color image onto a screen or the like, and an image projection device using the illumination optical device. Things.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、プロジェクタ装置等の映像投
射装置には、大別して２つの方式があり、第１の方式の
映像投射装置は、光源から出射された白色光をカラーホ
イールを用いて時間的に異なる波長帯域の光であるＲ
（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）の３つの有効
光に分割して１枚の空間光変調素子に照射し、その空間
光変調素子にＲ、Ｇ、Ｂの３つの有効光の波長帯域に応
じた映像信号を印加して、その３つの有効光を時間的に
異なる波長帯域のＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光に変調し、
その変調されたＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光を投射レンズ
によってスクリーン等へ投射する方式である。2. Description of the Related Art Conventionally, video projectors such as projectors are roughly classified into two types. The first type of video projector uses white light emitted from a light source by using a color wheel. R, which is light in a different wavelength band
(Red light), G (green light), and B (blue light) are divided into three effective lights, which are radiated to one spatial light modulator. An image signal corresponding to the wavelength band of the effective light is applied, and the three effective lights are modulated into three image lights of R, G, and B in temporally different wavelength bands,
This is a method in which the modulated R, G, and B image lights are projected onto a screen or the like by a projection lens.

【０００３】次に、図６に示すように、第２の映像投射
装置１は、光源２から出射された白色光Ｌ１の光軸Ｐ１
上にミラー３を４５°に傾斜して配置して、そのミラー
３で白色光Ｌ１の光軸Ｐ１を直角状に屈曲し、その屈曲
された光軸Ｐ２上に有効光分割手段であるＲ、Ｇ、Ｂ用
の３枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを直列
状で、かつ、４５°に傾斜して配置し、更に、これら３
枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって直
角状に屈曲された３つの光反射経路Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５上
に透過型液晶パネル等からなる３枚の空間光変調素子５
であり、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の３枚に分割されている空
間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂを直角状に配置してい
る。なお、この際、３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、
５Ｂは正方形状のクロスプリズム６の３面に平行状に近
接されて配置された３方向位置に配置されてる。[0003] Next, as shown in FIG. 6, the second image projection device 1 is configured to control the optical axis P1 of the white light L1 emitted from the light source 2.
The mirror 3 is disposed at an angle of 45 ° on the upper side, and the optical axis P1 of the white light L1 is bent at a right angle by the mirror 3, and R, which is an effective light splitting means, is placed on the bent optical axis P2. Three dichroic mirrors 4R, 4G, 4B for G and B are arranged in series and inclined at 45 °.
Three spatial light modulators 5 composed of transmissive liquid crystal panels and the like on three light reflection paths P3, P4, P5 bent at right angles by the dichroic mirrors 4R, 4G, 4B.
And the spatial light modulators 5R, 5G, and 5B divided into three for R, G, and B are arranged at right angles. At this time, the three spatial light modulators 5R, 5G,
5B is arranged at three positions parallel to and close to three surfaces of the square cross prism 6.

【０００４】そして、光源２から光軸Ｐ１に沿って出射
された白色光Ｌ１をミラー３で直角状に反射し、その白
色光Ｌ１を３枚のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、８
Ｂに順次入射する。この際、１段目のダイクロイックミ
ラー４Ｒでは白色光Ｌ１中の赤色成分の有効光ＬＲ１を
分割して反射し、緑色成分の有効光ＬＧ１及び青色成分
の有効光ＬＢ１は透過する。２段目のダイクロイックミ
ラー４Ｇでは、白色光Ｌ１中の緑成分の有効光ＬＧ１を
分割して反射し、青色成分の有効光ＬＢ１は透過する。
３段目のダイクロイックミラー４Ｂでは白色光Ｌ１中の
青色成分の有効光ＬＢ１を反射する。従って、こら３枚
のダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂによって白色
光Ｌ１から時間的に異なる波長帯域のＲ、Ｇ、Ｂの３つ
の有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１が分割されて反射さ
れ、これら３つの有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１はＲ、
Ｇ、Ｂ用の３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂにそ
れぞれ照射される。この際、ダイクロイックミラー４Ｒ
で反射された有効光ＬＲ１は更にミラー７によって直角
状に反射されて空間光変調素子５Ｒに垂直状に照射され
る。また、ダイクロイックミラー４Ｇで反射された有効
光ＬＧ１は空間光変調素子５Ｇにそのまま垂直状に照射
され、ダイクロイックミラー４Ｂで反射された有効光Ｌ
Ｂ１は更に集光レンズ１２を通してミラー１３によって
直角状に反射されて空間光変調素子５Ｂに垂直状に照射
されるように構成されている。Then, white light L1 emitted from the light source 2 along the optical axis P1 is reflected at a right angle by the mirror 3, and the white light L1 is reflected by three dichroic mirrors 4R, 4G, 8
B sequentially. At this time, the first-stage dichroic mirror 4R splits and reflects the red component effective light LR1 of the white light L1, and transmits the green component effective light LG1 and the blue component effective light LB1. The second stage dichroic mirror 4G splits and reflects the green component effective light LG1 of the white light L1, and transmits the blue component effective light LB1.
The third stage dichroic mirror 4B reflects the blue component effective light LB1 in the white light L1. Accordingly, the three dichroic mirrors 4R, 4G, and 4B split and reflect the three effective lights LR1, LG1, and LB1 of R, G, and B in wavelength bands different in time from the white light L1, and reflect these three lights. Effective light LR1, LG1, LB1 is R,
The three spatial light modulators 5R, 5G, and 5B for G and B are respectively irradiated. At this time, the dichroic mirror 4R
The effective light LR1 reflected by the mirror light 7 is further reflected at right angles by the mirror 7 and vertically radiated to the spatial light modulator 5R. In addition, the effective light LG1 reflected by the dichroic mirror 4G is applied vertically to the spatial light modulator 5G as it is, and the effective light L reflected by the dichroic mirror 4B.
B1 is further configured to be reflected at right angles by the mirror 13 through the condenser lens 12 and radiated vertically to the spatial light modulator 5B.

【０００５】そして、３枚の空間光変調素子５Ｒ、５
Ｇ、５Ｂでは、有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１の入射に
同期して時間的に異なる波長帯域の映像信号が印加され
て、これらの有効光ＬＲ１、ＬＧ１、ＬＢ１が時間的に
波長帯域が異なるＲ、Ｇ、Ｂの３つの映像光ＬＲ２、Ｌ
Ｇ２、ＬＢ２に変調されてクロスプリズム１０に入射さ
れる。そして、これらの３つの映像光ＬＲ２、ＬＧ２、
ＬＢ２がクロスプリズム６で合成され、その合成された
Ｒ、Ｇ、Ｂの映像光Ｌ２が投射レンズ１０によってスク
リーン１１等に投射されてフルカラーの映像が映し出さ
れるようにしたものである。The three spatial light modulators 5R, 5R
In G and 5B, video signals of temporally different wavelength bands are applied in synchronization with the incidence of the effective lights LR1, LG1, and LB1, and these effective lights LR1, LG1, and LB1 have different wavelength bands in time. , G, and B image light LR2, L
The light is modulated by G2 and LB2 and is incident on the cross prism 10. Then, these three image lights LR2, LG2,
LB2 is synthesized by the cross prism 6, and the synthesized image light L2 of R, G, and B is projected on the screen 11 or the like by the projection lens 10 so that a full-color image is projected.

【０００６】そして、このような映像投射装置１では、
スクリーン１５等に投射される映像の画面全体における
輝度分布が均一であることを輝度均一度と言い、高品質
の画質を達成する上で、この輝度均一度は頗る重要な要
素になっている。つまり、一般的に光源２は発光部分に
輝度むらを持つため、その発光部分の輝度むらがそのま
まスクリーン１１上等に映し出されることになり、高い
輝度均一度を得ることができなくなっている。[0006] In such a video projector 1,
The uniformity of the luminance distribution of the image projected on the screen 15 or the like over the entire screen is referred to as luminance uniformity. The luminance uniformity is a very important factor in achieving high quality image quality. That is, since the light source 2 generally has uneven brightness in the light emitting portion, the uneven brightness of the light emitting portion is projected on the screen 11 or the like as it is, and it is impossible to obtain a high brightness uniformity.

【０００７】そこで、従来からこの種映像投射装置１で
は、図６に示すように、光源２から出射される白色光Ｌ
１に輝度むらがあっても、３つの空間光変調素子５Ｒ、
５Ｇ、５Ｂのそれぞれの全面をできるだけ均一に照射す
ることができるように、光源２からの白色光Ｌ１の出射
位置で、ミラー３との間の光軸Ｐ１上にライトインテグ
ラーである照明光学装置１５を配置している。Therefore, conventionally, in this type of image projection apparatus 1, as shown in FIG.
Even if there is uneven brightness in 1, three spatial light modulators 5R,
An illumination optical device that is a light integrator on the optical axis P1 between the mirror 3 and the emission position of the white light L1 from the light source 2 so that the entire surface of each of 5G and 5B can be irradiated as uniformly as possible. 15 are arranged.

【０００８】そして、図７は、この照明光学装置１５を
拡大して示したものであり、この図７では、図６に示し
たミラー３から被照射部である空間光変調素子（実際に
は３枚の空間光変調素子５Ｒ、５Ｇ、５Ｂに相当する）
５までの間の光学系を省略して示している。そして、こ
の照明光学装置１５には第１、第２マルチレンズアレイ
（若しくは、フライアイレンズと称される）１６、１７
と、集光レンズ１８等によって構成されていて、これら
第１、第２マルチレンズアレイ１６、１７及び集光レン
ズ１８は光軸Ｐ１に対してそれぞれ直角状で、かつ、光
軸Ｐ１方向に所定の間隔を隔てて配置されている。FIG. 7 is an enlarged view of the illumination optical device 15. In FIG. 7, the mirror 3 shown in FIG. (Corresponding to three spatial light modulators 5R, 5G, 5B)
The optical system up to 5 is omitted. The illumination optical device 15 includes first and second multi-lens arrays (or referred to as fly-eye lenses) 16 and 17.
And the condenser lens 18 and the like. The first and second multi-lens arrays 16 and 17 and the condenser lens 18 are respectively perpendicular to the optical axis P1 and predetermined in the direction of the optical axis P1. Are arranged at intervals.

【０００９】なお、第１、第２マルチレンズアレイ１
６、１７は図８に示すように各々透明なガラス板等にそ
れぞれ多数の第１、第２レンズ１６ａ、１７ａをマトリ
ックス状等に形成したものであり、図７に示すように、
第１マルチレンズアレイ１６の各第１レンズ１６ａの焦
点位置又はその近傍位置に第２マルチレンズアレイ１７
の対応する各第２レンズ１７ａが配置されるように構成
されている。そして、これら多数の第１、第２レンズ１
６ａ、１７ａは両面に曲率を持たせたものと、片面のみ
に曲率を持たせて、反対側の面を平面に形成したものと
の２種類がある。そして、第１マルチレンズアレイ１７
の多数の第１レンズ１６ａはそれぞれ空間光変調素子５
と相似形状又はほぼ相似形状に構成されている。但し、
後述するように、第２マルチレンズアレイ１７の多数の
第２レンズ１７ａは第１マルチレンズアレイ１６の多数
の第１レンズ１６ａで分割された多数の光スポットを互
いに重ね合せるように集光することを目的としているこ
とから、これら多数の第２レンズ１７ａは空間光変調素
子５と相似形状である必要はない。The first and second multi-lens arrays 1
As shown in FIG. 8, a number of first and second lenses 16a and 17a are formed in a matrix or the like on a transparent glass plate or the like, respectively, as shown in FIG.
The second multi-lens array 17 is located at or near the focal position of each first lens 16a of the first multi-lens array 16.
Are arranged such that the corresponding second lenses 17a are arranged. Then, these many first and second lenses 1
6a and 17a are classified into two types, one having a curvature on both surfaces and the other having a curvature on only one surface and the opposite surface being flat. Then, the first multi-lens array 17
Of the spatial light modulator 5
It is configured to have a similar shape or a substantially similar shape. However,
As will be described later, the multiple second lenses 17a of the second multi-lens array 17 condense the multiple light spots divided by the multiple first lenses 16a of the first multi-lens array 16 so as to overlap each other. Therefore, it is not necessary that these many second lenses 17 a have a similar shape to the spatial light modulator 5.

【００１０】また、図１３に示すように、通常、光源２
は発光部である放電ランプ２１と、リフレクタである反
射鏡２２で構成されていて、放電ランプ２１には、超高
圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ
等が使用され、反射鏡２２には放物面鏡や楕円面鏡等が
使用されている。そして、放電ランプ２１から発光され
た白色光Ｌ１を放物面鏡やだ楕円面鏡等の反射鏡２２に
よって反射して集光してほぼ光軸Ｐ１に沿って出射する
ことによって、その白色光Ｌ１を第１マルチレンズアレ
イ１６の多数の第１第１レンズ１６ａに入射するように
したものであるが、後述するように、この光源２から出
射される白色光Ｌ１中の平行光は光軸Ｐ１の周辺部部分
のみに存在するために、その白色光Ｌ１には輝度むらが
ある。[0010] As shown in FIG.
Is composed of a discharge lamp 21 which is a light emitting portion and a reflector 22 which is a reflector. An ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp or the like is used for the discharge lamp 21, and a parabolic reflector is used for the reflector 22. Surface mirrors, elliptical mirrors and the like are used. Then, the white light L1 emitted from the discharge lamp 21 is reflected by a reflecting mirror 22 such as a parabolic mirror or an ellipsoidal mirror, condensed, and emitted substantially along the optical axis P1, so that the white light L1 is emitted. L1 is incident on a large number of first first lenses 16a of the first multi-lens array 16. As described later, the parallel light in the white light L1 emitted from the light source 2 has an optical axis. Since the white light L1 exists only in the peripheral portion of P1, the white light L1 has uneven brightness.

【００１１】そこで、図７に示すように、この照明光学
装置１５では、光源２の放電ランプ２１で発光され、反
射鏡２２で反射された輝度むらがある白色光Ｌ１を第１
マルチレンズアレイ１６の多数の第１レンズ１６ａに入
射することによって、その多数の第１レンズ１６ａの各
々によって多数の光スポットＬＳ１に分割して、その多
数の光スポットＬＳ１を第２マルチレンズアレイ１７の
各々対応する多数の第２レンズ１７ａのほぼ中心に集光
する。そして、その分割された多数の光スポットＬＳ１
を第２マルチレンズアレイ１７の多数の第２レンズ１７
ａと集光レンズ１８によって多数の分割された光束であ
る発散光ＬＲ１に変換し、かつ、これら多数の発散光Ｌ
Ｒ１を互いにを互いに重ね合せるように出射することに
よって、輝度むらのない均一の白色光ＦＬを形成する。
そして、その均一の白色光ＦＬを被照明位置である３枚
の空間光変調素子５の各々の全面に照射するようにし
て、その各々の空間光変調素子５の全面をほぼ均一に照
明するようにしている。Therefore, as shown in FIG. 7, in the illumination optical device 15, the white light L1 having uneven brightness is emitted from the discharge lamp 21 of the light source 2 and reflected by the reflecting mirror 22 to the first.
By being incident on a large number of first lenses 16a of the multi-lens array 16, each of the large number of first lenses 16a is divided into a large number of light spots LS1, and the large number of light spots LS1 are divided into a second multi-lens array 17 Are condensed substantially at the center of the corresponding second lenses 17a. Then, the large number of divided light spots LS1
Of the second multi-lens array 17
a and the condenser lens 18 convert the light into a divergent light LR1 which is a large number of divided light fluxes, and
By emitting R1 so as to overlap each other, uniform white light FL without luminance unevenness is formed.
Then, the uniform white light FL is applied to the entire surface of each of the three spatial light modulation elements 5 which are the illuminated positions, so that the entire surface of each of the spatial light modulation elements 5 is almost uniformly illuminated. I have to.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の照明光
学装置１５を使用した映像投射装置１では、スクリーン
１１等に投射される映像の照明効率が低く、特に、画面
の中央付近の輝度が落ち易いと言う問題があった。However, in the image projection device 1 using the conventional illumination optical device 15, the illumination efficiency of the image projected on the screen 11 or the like is low, and particularly, the brightness near the center of the screen is reduced. There was a problem that it was easy.

【００１３】即ち、従来の照明光学装置１５は、まず、
光源２が図１３の拡大図で示したように、放電ランプ２
１の一端の外周に形成した口金２３を反射鏡２２の中央
部に形成した口金取付穴２４に圧入等にて挿入して、そ
の放電ランプ２１を反射鏡２２の中央部に光軸Ｐ１沿っ
て取り付けている。そして、この放電ランプ２１はラン
プ中央に形成したほぼ楕円球面形状の放電ガラス２１ａ
の内部に一対の電極２１ｂ、２１ｃを光軸Ｐ１方向に間
隔を隔てて配置し、その放電ガラス２１ａの内部にはガ
スを封入している。そして、これらの電極２１ｂ、２１
ｃ間に交流又は直流の電流を印加して、放電ガラス２１
ａの内部のガスをその電極２１ｂ、２１ｃ間の或る領域
に亘って発光させることによって、白色光Ｌ１を発光さ
せるようにしたものである。That is, the conventional illumination optical device 15 first
As shown in the enlarged view of FIG.
1 is press-fitted into a base mounting hole 24 formed in the center of the reflector 22 and the discharge lamp 21 is inserted into the center of the reflector 22 along the optical axis P1. Attached. The discharge lamp 21 has a substantially elliptical spherical discharge glass 21a formed at the center of the lamp.
A pair of electrodes 21b and 21c are arranged at intervals in the direction of the optical axis P1, and a gas is sealed inside the discharge glass 21a. Then, these electrodes 21b, 21
AC or DC current is applied between the discharge glass 21 and the discharge glass 21.
By causing the gas inside a to emit light over a certain region between the electrodes 21b and 21c, white light L1 is emitted.

【００１４】従って、この放電ランプ２１は点光源には
なり得ず、有限の大きさを持つことになる。このため
に、放電ランプ２１で発光された白色光Ｌ１の全光束を
放物面鏡や楕円面鏡等の反射鏡２２で光軸Ｐ１に対して
完全な平行光に反射して出射することや光軸Ｐ１上の一
点に集光すること等は全くできない。但し、放物面鏡の
反射鏡２２ではその反射面２２ａの周辺部分で反射した
白色光Ｌ１の光束が光軸Ｐ１と平行に近い（完全な平行
ではない）光束となる。しかも、反射鏡２２の中央部に
は放電ランプ２１の口金２３を取り付けるための口金取
付穴２４が開けられていて、反射鏡２２の反射面２２ａ
の中央部が欠けている上に、一対の電極２１ｂ、２１ｃ
が光軸Ｐ１に沿って配置されている構造では、放電ラン
プ２１から発光された白色光Ｌ１中に光軸Ｐ１に沿って
伝播する光束は全く存在しない。Therefore, the discharge lamp 21 cannot be a point light source and has a finite size. For this purpose, the total luminous flux of the white light L1 emitted by the discharge lamp 21 is reflected by a reflecting mirror 22 such as a parabolic mirror or an ellipsoidal mirror to be completely parallel to the optical axis P1 and emitted. It cannot be condensed at one point on the optical axis P1 at all. However, in the reflecting mirror 22 of the parabolic mirror, the luminous flux of the white light L1 reflected at the peripheral portion of the reflecting surface 22a becomes a luminous flux that is nearly parallel to the optical axis P1 (not completely parallel). In addition, a base mounting hole 24 for mounting a base 23 of the discharge lamp 21 is formed in a central portion of the reflecting mirror 22, and a reflecting surface 22a of the reflecting mirror 22 is provided.
Of the pair of electrodes 21b and 21c
Are arranged along the optical axis P1, there is no luminous flux propagating along the optical axis P1 in the white light L1 emitted from the discharge lamp 21.

【００１５】そこで、本発明の発明者は、光源２の放電
ランプ２１から発光されて、反射鏡２２で反射されて光
軸Ｐ１に沿っ出射される白色光Ｌ１の光束分布を図１４
及び図１５の測定装置３１で測定したところ、平行光は
光軸Ｐ１の周辺部分に存在するが、光軸Ｐ１付近には平
行光が全く存在せず、光軸Ｐ１付近の光束は、図１７に
示すような、中央部分が中抜けしたドーナツ状で、円錐
状の広がりを持ったコーン状の発散光ＣＬである非平行
光になっていることが判明した。The inventor of the present invention changed the luminous flux distribution of white light L1 emitted from the discharge lamp 21 of the light source 2, reflected by the reflecting mirror 22, and emitted along the optical axis P1 in FIG.
When measured by the measuring device 31 of FIG. 15, the parallel light exists around the optical axis P1, but there is no parallel light near the optical axis P1, and the luminous flux near the optical axis P1 is as shown in FIG. As shown in FIG. 7, it has been found that the central portion is a non-parallel light that is a cone-shaped divergent light CL having a donut shape with a hollow center and a conical spread.

【００１６】即ち、図１４及び図１５に示した測定装置
３１は、中央にピンホール３２が形成さた遮光板３３を
光軸Ｐ１に対して直角状に配置し、デイティクターであ
る光検出器３４を遮光板３２の光源２側とは反対側に配
置して、この光検出器３４を光軸Ｐ１に対する直角方向
に移動させるようにして、光源２から出射されてピンホ
ール３２を通過した白色光Ｌ１の角度分布θをその光検
出器３４で測定するようにしたものである。That is, in the measuring device 31 shown in FIGS. 14 and 15, a light-shielding plate 33 having a pinhole 32 formed in the center is arranged at right angles to the optical axis P1, and a photodetector 34 as a detector is provided. Is arranged on the side opposite to the light source 2 side of the light shielding plate 32, and the photodetector 34 is moved in a direction perpendicular to the optical axis P1, so that the white light emitted from the light source 2 and passing through the pinhole 32 The angle distribution θ of L1 is measured by the photodetector 34.

【００１７】そして、図１４に示すように、遮光板３２
のピンホール３１を光軸Ｐ１上に設定した状態で、その
ピンホール３１を通過した白色光Ｌ１の角度分布θを光
検出器３４で測定した結果、図１６に実線で示すデータ
Ｄ１が得られた。このデータＤ１は光軸Ｐ１に対して約
±３°の角度分布θの光が最も強く、光軸Ｐ１付近の光
束は図１７に示すような円錐状の広がりを持ったコーン
状の発散光ＣＬとなっていることを示している。なお、
この発散光ＣＬの発散中心点よりも光源２側へ偏位した
位置では、その発散中心点に向って収束される収束光
（発散光とは逆の形状となる）になっている。次に、図
１５に示すように、遮光板３２を光軸Ｐ１に対して直角
方向へ移動して、そのピンホール３１を光軸Ｐ１の周辺
部分の位置に設定した状態で、そのピンホール３１を通
過した白色光Ｌ１の角度分布θを光検出器３４で測定し
たところ、図１６に点線で示すデータＤ２が得られた。
このデータＤ２は光軸Ｐ１に対する相対値である角度分
布θが約±１°以内の光である、所謂、平行光となって
いた。Then, as shown in FIG.
When the pinhole 31 is set on the optical axis P1 and the angular distribution θ of the white light L1 passing through the pinhole 31 is measured by the photodetector 34, data D1 indicated by a solid line in FIG. 16 is obtained. Was. In the data D1, the light having an angular distribution θ of about ± 3 ° with respect to the optical axis P1 is the strongest, and the light flux near the optical axis P1 has a cone-shaped divergent light CL having a conical spread as shown in FIG. It shows that it becomes. In addition,
At a position deviated toward the light source 2 from the divergence center point of the divergent light CL, convergent light (having an opposite shape to the divergent light) is converged toward the divergence center point. Next, as shown in FIG. 15, the light shielding plate 32 is moved in a direction perpendicular to the optical axis P1, and the pinhole 31 is set at a position around the optical axis P1. When the light detector 34 measured the angular distribution θ of the white light L1 that passed through, data D2 indicated by a dotted line in FIG. 16 was obtained.
The data D2 is so-called parallel light, which is light whose angular distribution θ, which is a relative value to the optical axis P1, is within about ± 1 °.

【００１８】一方、図７に示した照明光学装置１５によ
って、白色光Ｌ１中から第１マルチレンズアレイ１６の
多数の第１レンズ１６ａで多数の光スポッＳＬ１を第２
マルチレンズアレイ１７の対応する多数の第２レンズ１
７ａの一点である中心に集光させることができる要素を
考えると、図９に示すように、第１マルチレンズアレイ
１６の第１レンズ１６ａに平行光ＰＬが入射されれば、
その平行光ＰＬの光スポットＬＳ１を第１マルチレンズ
アレイ１６の第１レンズ１６ａの焦点位置にある第２マ
ルチレンズアレイ１７の対応する第２レンズ１７ａの一
点である中心に集光することができて、所定の発散角度
を有する光束である発散光ＬＲ１を得ることができる。On the other hand, by the illumination optical device 15 shown in FIG. 7, a large number of light spots SL1 are converted from the white light L1 by the large number of first lenses 16a of the first multi-lens array 16 to the second light.
A large number of corresponding second lenses 1 of the multi-lens array 17
Considering an element that can be condensed at the center, which is one point of 7a, if parallel light PL is incident on the first lens 16a of the first multi-lens array 16 as shown in FIG.
The light spot LS1 of the parallel light PL can be focused on the center, which is one point of the corresponding second lens 17a of the second multi-lens array 17 at the focal position of the first lens 16a of the first multi-lens array 16. Thus, divergent light LR1, which is a light beam having a predetermined divergence angle, can be obtained.

【００１９】しかし、図１０に示すように、第１マルチ
レンズアレイ１６の第１レンズ１６ａに円錐状の広がり
を持ったコーン状の発散光ＣＬやその逆の形状の収束光
等の非平行光ＮＰＬが入射されれば、その非平行光ＮＰ
Ｌの光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレイの対応
する第２レンズ１７ａの中心には集光しなくなり、その
発散光ＬＲ２の発散角度が大きくなる。増してや、図１
１に示すように、その発散光ＣＬや収束光等の非平行光
ＮＰＬの発散角度や収束角度が大きくなれば、その非平
行光ＮＰＬの光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレ
イの対応する第２レンズ１７ａに殆ど入らなくなって、
その対応する第２レンズ１７ａから大きく食み出してし
まう。However, as shown in FIG. 10, non-parallel light such as cone-shaped divergent light CL having a conical spread on the first lens 16a of the first multi-lens array 16 or convergent light having the opposite shape. If NPL is incident, the non-parallel light NP
The L light spot LS2 does not converge at the center of the corresponding second lens 17a of the second multi-lens array, and the divergent angle of the divergent light LR2 increases. Fig. 1
As shown in FIG. 1, when the divergence angle or the convergence angle of the non-parallel light NPL such as the divergent light CL or the convergent light increases, the light spot LS2 of the non-parallel light NPL becomes the corresponding second spot of the second multi-lens array. It hardly enters the lens 17a,
The corresponding second lens 17a protrudes greatly.

【００２０】従って、図１２に示すように、照明光学装
置１５の光軸Ｐ１付近に存在する発散光ＣＬや収束光等
の非平行光ＮＰＬが第１マルチレンズアレイ１６の中央
の第１レンズ１６ａに入射されても、その非平行光ＮＰ
Ｌを第２マルチレンズアレイの対応する中央の第２レン
ズ１７ａに集光することができないばかりか、その光ス
ポットＬＳ２の発散光ＬＲ２は対応する第２レンズ１７
ａから大きく食み出して、そのまま光路外である機器内
部へ逃がされてしまう不要光になってしまう。このため
に、第２マルチレンズアレイ１７の中央の第２レンズ１
７ａに入らなかった非平行光ＮＰＬは望むべき照射位置
に到達しなくなり、映像投射装置１では、その非平行光
ＮＰＬを空間光変調素子５の照射に利用することができ
ないことになる。Therefore, as shown in FIG. 12, non-parallel light NPL such as divergent light CL and convergent light existing near the optical axis P1 of the illumination optical device 15 is transmitted to the first lens 16a at the center of the first multi-lens array 16. , The non-parallel light NP
L cannot be focused on the corresponding central second lens 17a of the second multi-lens array, and the divergent light LR2 of the light spot LS2 is not reflected on the corresponding second lens 17a.
Unnecessary light that greatly protrudes from a and escapes into the device outside the optical path as it is is generated. For this purpose, the second lens 1 at the center of the second multi-lens array 17
The non-parallel light NPL that has not entered 7a does not reach the desired irradiation position, and the non-parallel light NPL cannot be used for irradiation of the spatial light modulator 5 in the image projection device 1.

【００２１】以上のことから、図７に示す従来の照明光
学装置１５では、光源２から出射される平行光Ｌ１中
で、光軸Ｐ１の周辺部分にのみ存在する平行光ＰＬを第
１マルチレンズアレイ１６の周辺部分の多数の第１レン
ズ１６ａに入射させて、多数の光スポットＬＳ１に分割
し、その分割された多数の光スポットＬＳ１を第２マル
チレンズアレイ１７の周辺部分の対応する多数の第２レ
ンズ１７ａの中心に集光して、これらの多数の第２レン
ズ１７ａと集光レンズ１８によって互いに分割されてい
る多数の発散光ＬＲ１に変換すると共に、これらの発散
光ＬＲ１のみを互いに重ね合わせるようにして均一の白
色光ＦＬを形成して、その白色光ＦＬを空間光変調素子
５に照射していたことになる。As described above, in the conventional illumination optical device 15 shown in FIG. 7, in the parallel light L1 emitted from the light source 2, the parallel light PL existing only around the optical axis P1 is converted into the first multi-lens. The light is incident on a large number of first lenses 16a in the peripheral portion of the array 16 and is divided into a large number of light spots LS1, and the divided large number of light spots LS1 are divided into a large number of light spots corresponding to the peripheral portion of the second multi-lens array 17. The light is condensed at the center of the second lens 17a, converted into a large number of divergent lights LR1 divided by the large number of second lenses 17a and the condenser lens 18, and only these divergent lights LR1 are overlapped with each other. That is, uniform white light FL is formed by combining the light, and the white light FL is irradiated to the spatial light modulator 5.

【００２２】従って、図７に示す従来の照明光学装置１
５では、光源２から出射される白色光Ｌ１のうちで、光
軸Ｐ１の周辺部分に存在する平行光ＰＬのみを利用して
被照明部である空間光変調素子５を照明していて、図１
２に示したような、光軸Ｐ１付近に存在する発散光ＣＬ
や収束光等の非平行光ＮＰＬを空間光変調素子５の照明
に利用することが全くできなかった。このために、従来
の照明光学装置１５では、空間光変調素子５の照明効率
が低くなっていて、その照明光学装置１５を使用した映
像投射装置１では、スクリーン１１等に投射される映像
の照明効率が低くなり、画面の中央付近の輝度が落ち易
いと言う問題が発生していた。なお、光源２の発光量を
上げれば、映像の輝度を幾分上げることができるが、光
源２の発光量を上げるためには消費電力の増大が必要で
ある上に、機器内部の不要光の増大による内部発熱量が
増大してしまうために、機器内部に設置される冷却装置
の大型化を図る必要が生じて、映像投射装置１が大型化
してしまうという新たな問題が生じる。Therefore, the conventional illumination optical device 1 shown in FIG.
5 illuminates the spatial light modulator 5 as an illuminated portion by using only the parallel light PL existing around the optical axis P1 of the white light L1 emitted from the light source 2. 1
2, a divergent light CL existing near the optical axis P1 as shown in FIG.
Non-parallel light NPL such as light and convergent light could not be used for illumination of the spatial light modulator 5 at all. For this reason, in the conventional illumination optical device 15, the illumination efficiency of the spatial light modulator 5 is low, and in the image projection device 1 using the illumination optical device 15, illumination of an image projected on the screen 11 or the like is performed. There has been a problem that the efficiency is lowered and the luminance near the center of the screen is easily reduced. It should be noted that if the light emission amount of the light source 2 is increased, the brightness of the image can be somewhat increased. However, in order to increase the light emission amount of the light source 2, power consumption must be increased, and unnecessary light inside the device is reduced. Since the internal heat generation amount increases due to the increase, it is necessary to increase the size of the cooling device installed inside the device, which causes a new problem that the image projection device 1 increases in size.

【００２３】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたものであって、照明効率を著しく上昇させること
ができる照明光学装置及びスクリーン等に投射される映
像全体の輝度を上昇させることができる映像投射装置を
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an illumination optical device capable of significantly increasing the illumination efficiency and to increase the luminance of an entire image projected on a screen or the like. It is an object of the present invention to provide a video projection device capable of performing such operations.

【００２４】[0024]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の照明光学装置は、それぞれ複数の第１、第
２レンズからなる第１、第２マルチレンズアレイ及び集
光レンズを備え、光源からほぼ光軸に沿って出射され、
空間的に輝度むらがある光束となっている光を第１マル
チレンズアレイの複数の第１レンズによって複数の光ス
ポットに分割し、かつ、その分割された複数の光スポッ
トを第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズ及び集
光レンズによって互いに分割されている複数の発散光に
変換すると共に、これら複数の発散光を互いに重ね合せ
られた光束に集光して、均一の光を出射するようにした
照明光学装置において、光源から出射されてその光源の
光軸付近に存在する非平行光をほぼ平行光に変換して第
１マルチレンズアレイの中央付近に入射するほぼ平行光
入射手段を備えたものである。また、本発明の映像投射
装置は、それぞれ複数の第１、第２レンズからなる第
１、第２マルチレンズアレイ及び集光レンズを備え、光
源からほぼ光軸に沿って出射され、空間的に輝度むらが
ある光束となっている光を第１マルチレンズアレイの複
数の第１レンズによって複数の光スポットに分割し、か
つ、その分割された複数の光スポットを第２マルチレン
ズアレイの複数の第２レンズ及び集光レンズによって互
いに分割されている複数の発散光に変換すると共に、こ
れら複数の発散光を互いに重ね合せられた光束に集光し
て、均一の光を出射し、その出射された均一の光を有効
光分割手段に入射して、時間的に異なる波長帯域の有効
光に分割した後、その分割した有効光を空間光変調素子
に照射し、その有効光の波長帯域に応じた映像信号を空
間光変調素子に印加して、その有効光を時間的に異なる
波長帯域の映像光に変調して投射レンズによって投射す
るようにした映像投射装置において、光源か出射されて
その光源の光軸付近に存在する非平行光をほぼ平行光に
変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射する
ほぼ平行光入射手段を備えたものである。According to the present invention, there is provided an illumination optical apparatus including first and second multi-lens arrays each including a plurality of first and second lenses, and a condenser lens. Emitted from the light source substantially along the optical axis,
Light that is a light beam having spatially uneven brightness is divided into a plurality of light spots by a plurality of first lenses of a first multi-lens array, and the divided light spots are divided into a second multi-lens array Is converted into a plurality of divergent lights divided by the plurality of second lenses and the condensing lens, and the plurality of divergent lights are condensed into a light beam superimposed on each other to emit uniform light. The illumination optical device according to the above, further comprising a substantially parallel light incident means for converting non-parallel light exiting from the light source and present near the optical axis of the light source to substantially parallel light and entering near the center of the first multi-lens array. It is a thing. Further, the image projection device of the present invention includes first and second multi-lens arrays each including a plurality of first and second lenses and a condenser lens, and is emitted from the light source substantially along the optical axis, and spatially. A light beam having a brightness unevenness is divided into a plurality of light spots by a plurality of first lenses of a first multi-lens array, and the divided light spots are divided into a plurality of light spots of a second multi-lens array. The light is converted into a plurality of divergent lights divided by the second lens and the condensing lens, and the plurality of divergent lights are condensed into a light beam superimposed on each other to emit uniform light. The uniform light incident on the effective light splitting means is split into effective light of different wavelength bands in time, and then the split effective light is irradiated on the spatial light modulator, and the divided effective light is irradiated according to the wavelength band of the effective light. Video signal In an image projection apparatus in which effective light is applied to a spatial light modulation element, and is modulated into image light of a temporally different wavelength band and projected by a projection lens, a light source emits light and the vicinity of the optical axis of the light source Is provided with substantially parallel light incidence means for converting the non-parallel light existing in the first multi-lens array into substantially parallel light and entering near the center of the first multi-lens array.

【００２５】上記のように構成された本発明の照明光学
装置は、光源の光軸付近に存在する発散光や収束光等の
非平行光をほぼ平行光に変換して第１マルチレンズアレ
イの中央付近に入射させることができるので、その光軸
付近に存在している非平行光を光路外へ逃がしてしまう
ことなく、被照明位置を有効に照射することができる。
また、本発明の映像投射装置は、光源の光軸付近に存在
する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光に変換し
て第１マルチレンズアレイの中央付近に入射させること
ができるので、その光軸付近に存在する非平行光を光路
外へ逃がしてしまうことなく、空間光変調素子を有効に
照射することができる。The illumination optical device of the present invention configured as described above converts non-parallel light, such as divergent light or convergent light, existing near the optical axis of the light source into substantially parallel light, and converts the non-parallel light to the first multi-lens array. Since the light can be incident near the center, the non-parallel light existing near the optical axis does not escape to the outside of the optical path, and the illuminated position can be effectively irradiated.
In addition, the image projection device of the present invention can convert non-parallel light, such as divergent light or convergent light, existing near the optical axis of the light source into substantially parallel light and make it incident near the center of the first multi-lens array. Therefore, it is possible to effectively irradiate the spatial light modulation element without allowing the non-parallel light existing near the optical axis to escape out of the optical path.

【００２６】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した照明光学
装置を備えた映像投射装置の実施の形態を図１〜図５を
参照して説明する。なお、図６〜図１６に記載した構成
部と同一の構成部には同一の符号を付して説明の重複を
省く。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of an image projection apparatus provided with an illumination optical device according to an embodiment of the present invention; The same components as those shown in FIGS. 6 to 16 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

【００２７】まず、図５の模式図に示すように、この映
像投射装置１の照明光学装置１５は、光源である光源２
から出射された白色光Ｌ１のうちで、その光源２の光軸
Ｐ１付近に存在する円錐状の広がりを持った発散光ＣＬ
やその逆の形状の収束光等の非平行光ＮＰＬをほぼ平行
光ＡＰＬに変換して、そのほぼ平行光ＡＰＬを第１マル
チレンズアレイ１６の光軸Ｐ１部分である中央の第１レ
ンズ１６ａに入射させるようにした、ほぼ平行光入射手
段４１をその光源２と第１マルチレンズアレイ３との間
で、光軸Ｐ１付近に配置したものである。そして、第１
マルチレンズアレイ１６から投射レンズ１４までの構成
は図６で示した従来例と同様に構成されている。First, as shown in the schematic diagram of FIG. 5, the illumination optical device 15 of the image projection device 1 includes a light source 2 as a light source.
Divergent light CL having a conical spread near the optical axis P1 of the light source 2 among the white light L1 emitted from the light source 2
The non-parallel light NPL such as convergent light or the like having the opposite shape is converted into a substantially parallel light APL, and the substantially parallel light APL is transferred to the central first lens 16a which is the optical axis P1 of the first multi-lens array 16. A substantially parallel light incident means 41 for incidence is arranged between the light source 2 and the first multi-lens array 3 near the optical axis P1. And the first
The configuration from the multi-lens array 16 to the projection lens 14 is the same as in the conventional example shown in FIG.

【００２８】次に、このほぼ平行光入射手段４１として
は、図１、図２及び図３の（Ａ）に示すようなガラス等
の透明物質で円錐形状に構成された円錐プリズム４２が
最も好ましい。そして、この円錐プリズム４２は、その
底面４２ａを光源２側に向ける一方、その円錐面４２ｂ
を第１マルチレンズアレイ１６側に向け、その円錐面４
２ａの頂点４２ｃを光軸Ｐ１上に配置した状態で、底面
４２ａを光軸Ｐ１に対して直角状に配置したものであ
る。Next, as the substantially parallel light incident means 41, a conical prism 42 made of a transparent substance such as glass and formed in a conical shape as shown in FIGS. 1, 2 and 3A is most preferable. . The conical prism 42 has its bottom surface 42a facing the light source 2 while its conical surface 42b
To the first multi-lens array 16 side, and the conical surface 4
The bottom surface 42a is arranged at right angles to the optical axis P1 with the vertex 42c of 2a being arranged on the optical axis P1.

【００２９】このように、ほぼ平行光入射手段４１を備
えた本発明の映像投射装置１の照明光学装置１５によれ
ば、図１に点線で示すように、光源２からほぼ光軸Ｐ１
に沿って出射される白色光Ｌ１のうちの光軸Ｐ１の周辺
部分に存在する平行光ＰＬを従来通りに第１マルチレン
ズアレイ１６の周辺部分の第１レンズ１６ａに入射させ
て、分割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ１を形
成し、その分割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ
１を第２マルチレンズアレイ１７の周辺部分の対応され
た第２レンズ１７ａの中心に集光する。そして、その分
割された多数の周辺部分の光スポットＬＳ１を多数の第
２レンズ１７ａと集光レンズ１８によって互いに分割さ
れている多数の周辺部分の発散光ＬＲ１に変換すると共
に、これら多数の周辺部分の発散光ＬＲ１を互いに重ね
合わせるようにして均一の白色光ＦＬを形成する。As described above, according to the illumination optical device 15 of the image projection apparatus 1 of the present invention having the substantially parallel light incident means 41, as shown by a dotted line in FIG.
The parallel light PL existing in the peripheral portion of the optical axis P1 of the white light L1 emitted along is incident on the first lens 16a in the peripheral portion of the first multi-lens array 16 as in the related art, and is divided. A large number of peripheral light spots LS1 are formed, and the divided multiple peripheral light spots LS1 are formed.
1 is focused on the center of the corresponding second lens 17a in the peripheral portion of the second multi-lens array 17. Then, the light spot LS1 of the divided many peripheral portions is converted into the divergent light LR1 of the large number of peripheral portions which are divided from each other by the multiple second lenses 17a and the condenser lens 18, and these multiple peripheral portions are converted. Are made to overlap each other to form a uniform white light FL.

【００３０】一方、これと同時に、図１及び図２の
（Ａ）に実線で示すように、光源２からほぼ光軸Ｐ１に
沿って出射された白色光Ｌ１のうちの光軸Ｐ１付近に存
在する非平行光ＮＰＬがほぼ平行光入射手段４１を構成
している円錐プリズム４２の底面４２ａに入射される。
すると、図２の（Ａ）に示すように、その円錐プリズム
４２の底面４２ａに入射された非平行光ＮＰＬはその円
錐プリズム４２の内部を伝播してテーパー面である円錐
面４２ｂにて屈曲されてほぼ平行光ＡＰＬに変換されて
光軸Ｐ１に沿って出射される。なお、この際、円錐プリ
ズム４２の円錐面４２ｂの頂角θを調整することによっ
て、非平行光ＮＰをほぼ平行光ＡＰＬに変換する効率を
調整することができる。On the other hand, at the same time, as shown by a solid line in FIGS. 1 and 2A, the white light L1 emitted from the light source 2 substantially along the optical axis P1 exists near the optical axis P1. The non-parallel light NPL is incident on the bottom surface 42 a of the conical prism 42 constituting the substantially parallel light incident means 41.
Then, as shown in FIG. 2A, the non-parallel light NPL incident on the bottom surface 42a of the conical prism 42 propagates inside the conical prism 42 and is bent at the conical surface 42b which is a tapered surface. The light is converted into substantially parallel light APL and emitted along the optical axis P1. At this time, by adjusting the apex angle θ of the conical surface 42b of the conical prism 42, the efficiency of converting the non-parallel light NP into the substantially parallel light APL can be adjusted.

【００３１】そして、その円錐プリズム４２の円錐面４
２ｂから出射された中央付近のほぼ平行光ＡＰＬは第１
マルチレンズアレイ１６の中央付近の第１レンズ１６ａ
に入射されて光スポットＬＳ２に変換され、その中央付
近の光スポットＬＳ２は第２マルチレンズアレイ１７の
中央付近の第２レンズ１７ａの中心に集光される。そし
て、その中央付近の光スポットＬＳ２がその中央付近の
第２レンズ１７ａと集光レンズ１８によって光軸Ｐ１に
沿って出射される中央付近の発散光ＬＲ２に変換され
て、その中央付近の発散光ＬＲ２が先に述べた均一の白
色光ＦＬを形成している多数の周辺部分の発散光ＬＲ１
に重ね合わされることになる。Then, the conical surface 4 of the conical prism 42
The substantially parallel light APL in the vicinity of the center emitted from 2b is the first parallel light.
First lens 16a near the center of multi-lens array 16
Is converted into a light spot LS2, and the light spot LS2 near the center thereof is focused on the center of the second lens 17a near the center of the second multi-lens array 17. Then, the light spot LS2 near the center is converted into divergent light LR2 near the center emitted along the optical axis P1 by the second lens 17a and the condenser lens 18 near the center, and divergent light near the center. The divergent light LR1 of many peripheral portions where LR2 forms the uniform white light FL described above.
Will be superimposed.

【００３２】以上の結果、本発明の映像投射装置１の照
明光学装置１５によれば、周辺部分の多数の発散光ＬＲ
１に更に中央付近の発散光ＬＲ２を加算した（足し合わ
せること）均一の白色光ＦＬを得ることができて、その
均一の白色光ＦＬの全域の光量を著しく増大することが
できる。そして、従来は、不要光として光路外である機
器内部へ逃がされていた光源２の光軸Ｐ１付近に存在す
る非平行光ＮＰＬを均一の白色光ＦＬに加算して、その
非平行光ＮＰＬを光路外へ逃がすことなく、被照明位置
である空間光変調素子５の照明光として有効に利用する
ことができる。As a result, according to the illumination optical device 15 of the image projection device 1 of the present invention, a large number of divergent lights LR in the peripheral portion
Further, the divergent light LR2 near the center is added to (added to) 1 to obtain a uniform white light FL, and the amount of light of the entire uniform white light FL can be significantly increased. Then, the non-parallel light NPL existing in the vicinity of the optical axis P1 of the light source 2 which has conventionally been released to the inside of the device outside the optical path as unnecessary light is added to the uniform white light FL, and the non-parallel light NPL is added. Can be effectively used as illumination light of the spatial light modulation element 5 that is the position to be illuminated without escape to the outside of the optical path.

【００３３】従って、均一の白色光ＦＬに非平行光ＮＰ
Ｌを加算した分だけ、空間光変調素子５の照明効率を上
昇させることができ、スクリーン１１等に投射される映
像の照明効率が上昇して、画面の中央付近の輝度が落ち
ることもなくなり、画面全体の輝度を均一に上昇して、
高輝度で、鮮明な映像をスクリーン１１等に投射するこ
とができる。そして、その非平行光ＮＰＬが光路外であ
る機器内部に逃がされて、不要光となることが全くない
ことから、光源２の発光量を上げる必要がなく、消費電
力を低く抑えることができる上に、不要光による機器内
部の発熱量も低く抑えることができるために、機器内部
に設置される冷却装置の小型化による映像投射装置１全
体の小型化を実現できる。Therefore, the non-parallel light NP is added to the uniform white light FL.
By adding L, the illumination efficiency of the spatial light modulator 5 can be increased, the illumination efficiency of the image projected on the screen 11 or the like increases, and the luminance near the center of the screen does not decrease. Increase the brightness of the entire screen evenly,
A high-luminance, clear image can be projected on the screen 11 or the like. Then, since the non-parallel light NPL does not escape into the device outside the optical path and becomes unnecessary light, there is no need to increase the light emission amount of the light source 2 and power consumption can be suppressed low. Furthermore, since the amount of heat generated inside the device due to unnecessary light can be suppressed to a low level, the overall size of the image projection device 1 can be reduced by reducing the size of the cooling device installed inside the device.

【００３４】なお、図２の（Ａ）に示すように、円錐プ
リズム４２の底面４２ａには光軸Ｐ１付近に存在する非
平行光ＮＰＬだけが入射され、光軸Ｐ１の周辺部分に存
在する平行光ＰＬはその底面４２ａに入射されることが
全くないように設計されていて、その円錐プリズム４２
によって光軸Ｐ１の周辺部分の平行光ＰＬが乱される心
配は全くない。As shown in FIG. 2A, only the non-parallel light NPL existing near the optical axis P1 is incident on the bottom surface 42a of the conical prism 42, and the parallel light existing around the optical axis P1 is incident. The light PL is designed not to be incident on the bottom surface 42a at all, and the conical prism 42
There is no fear that the parallel light PL in the peripheral part of the optical axis P1 is disturbed.

【００３５】しかし、仮に、図２の（Ｂ）に示すよう
に、平行光ＰＬが円錐プリズム４２の底面４２ａに入射
された場合には、その円錐プリズム４２の材料の屈折率
によっては、内部で全反射を１回若しくは数回起こし
て、円錐面４２ｂから光軸Ｐ１に対して大きな角度を持
った光ＯＬとして出射（但し、この時の光ＯＬの出射方
向は円錐プリズム４２の円錐面４２ｂの頂角θによって
異なるものとなる）されて、光路外へ逃がされてしま
う。従って、この場合は、その平行光ＰＬを集光するこ
とができなくなって、照明光学装置１５の照明効率が下
ってしまうことになるが、前述したように、光源２から
出射される白色光Ｌ１のうち、光軸Ｐ１付近にももとも
と平行成分の光が殆んど存在しないことから、このよう
な照明効率の低下は全く無視することができるものであ
る。However, if the parallel light PL is incident on the bottom surface 42a of the conical prism 42 as shown in FIG. 2B, depending on the refractive index of the material of the conical prism 42, it may be internally formed. Total reflection occurs once or several times, and is emitted from the conical surface 42b as light OL having a large angle with respect to the optical axis P1 (however, the light OL is emitted in the direction of the conical surface 42b of the conical prism 42). (Depending on the apex angle θ), and escapes out of the optical path. Therefore, in this case, the parallel light PL cannot be collected, and the illumination efficiency of the illumination optical device 15 is reduced. However, as described above, the white light L1 emitted from the light source 2 is emitted. Of these, since almost no light of the parallel component originally exists near the optical axis P1, such a decrease in illumination efficiency can be completely ignored.

【００３６】なお、本発明のほぼ平行光入射手段４１と
しては、図３の（Ａ）に示した円錐プリズム４２が最も
好ましいが、図３の（Ｂ）に示した四角錐プリズム４３
や図３の（Ｃ）に示した六角錐〜十六角錐プリズム４４
等の多角錐プリズム４５であっても良く、或いは、図４
の（Ａ）に示すような円錐台形プリズム４６、図４の
（Ｂ）に示したような四角錐台形プリズム４７や図４の
（Ｃ）に示した六角錐台形〜十六角錐台形プリズム４８
等の多角錐台形プリズム４９であっても良い。なお、４
５ａは多角錐プリズム４５の底面であり、４５ｂは外周
面を構成している四〜十六角等の平面である。また、４
６ａは円錐台形プリズム４６の底面であり、４６ａは外
周面である。また、４９ａは多角錐プリズム４９の底面
であり、４９ｂは外周面を構成している四〜十六角等の
平面である。この際、円錐プリズム４２や円錐台形プリ
ズム４６を用いた時に比べて、多角錐プリズム４５や多
角錐台形プリズム４９を用いた時の照明効率はやや落ち
るが、多角錐プリズム４５や多角錐台形プリズム４９を
ほぼ平行光入射手段４１に使用することによる前述した
照明効率の上昇は明らかである。また、円錐プリズム４
２や円錐台形プリズム４６に比べて多角錐プリズム４５
や多角錐台形プリズム４９は外周面が全て平面で構成さ
れることから、プリズム作成の面で有利であり、コスト
ダウンを見込める利点がある。但し、これらの多角錐プ
リズム４５や多角錐台形プリズム４９は外周面の平面の
数が多い程、好都合であることは言うまでもない。As the nearly parallel light incident means 41 of the present invention, the conical prism 42 shown in FIG. 3A is most preferable, but the quadrangular pyramid prism 43 shown in FIG.
And the hexagonal pyramid to hexagonal pyramid prism 44 shown in FIG.
The polygonal pyramid prism 45 of FIG.
4A, a truncated quadrangular pyramid prism 47 as shown in FIG. 4B, and a hexagonal pyramid to a hexagonal truncated prism 48 shown in FIG. 4C.
And the like. In addition, 4
Reference numeral 5a denotes a bottom surface of the polygonal pyramid prism 45, and reference numeral 45b denotes a plane such as four to sixteen hexagons constituting an outer peripheral surface. Also, 4
6a is a bottom surface of the truncated conical prism 46, and 46a is an outer peripheral surface. Reference numeral 49a denotes a bottom surface of the polygonal pyramid prism 49, and reference numeral 49b denotes a plane, such as four to sixteen hexagons, constituting an outer peripheral surface. At this time, the illumination efficiency when the polygonal pyramid prism 45 or the truncated pyramid prism 49 is used is slightly lower than that when the conical prism 42 or the truncated conical prism 46 is used. It is apparent that the above-mentioned increase in the illumination efficiency is achieved by using the substantially parallel light incidence means 41. Also, a conical prism 4
Polygonal pyramid prism 45 compared to 2 or frustoconical prism 46
Since the entire outer peripheral surface of the prism 49 is composed of a flat surface, the prism 49 is advantageous in terms of forming a prism, and has an advantage that cost reduction can be expected. However, it goes without saying that the polygonal pyramid prism 45 and the truncated polygonal prism 49 are more advantageous as the number of planes on the outer peripheral surface is larger.

【００３７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明は上記した実施の形態に限定されることな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更が可能で
ある。例えば、照明光学装置は映像投射装置用に限定さ
れるものではなく、被照明位置を光学的に照明するよう
にした各種用途の照明光学装置に適用できるものであ
る。また、ほぼ平行光入射手段もプリズムに限定される
ことなく、各種の部材、器具等を使用することができる
ものである。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical concept of the present invention. For example, the illumination optical device is not limited to an image projection device, but can be applied to an illumination optical device for various uses that optically illuminates a position to be illuminated. Further, the substantially parallel light incident means is not limited to the prism, and various members, instruments and the like can be used.

【００３８】[0038]

【発明の効果】以上のように構成された本発明の照明光
学装置と映像投射装置は、次のような効果を奏すること
ができる。The illumination optical device and the video projection device according to the present invention having the above-described structures can provide the following effects.

【００３９】請求項１の照明光学装置は、光源の光軸付
近に存在する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光
に変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射さ
せるようにして、その光軸付近に存在している非平行光
を光路外へ逃がしてしまうことなく、被非照明位置を有
効に照射することができるようにしたので、被照明位置
の照明効率の上昇を実現できる。そして、消費電力の低
下や機器内部の不要光の低下による内部発熱の低下等に
よって機器の小型化を促進することができる。In the illumination optical device according to the first aspect, non-parallel light such as divergent light or convergent light existing near the optical axis of the light source is converted into substantially parallel light, and is incident near the center of the first multi-lens array. The non-parallel light existing near the optical axis can be effectively illuminated at the non-illuminated position without escaping out of the optical path, thereby increasing the illumination efficiency at the illuminated position. Can be realized. Further, downsizing of the device can be promoted due to a decrease in internal heat generation due to a decrease in power consumption and a decrease in unnecessary light inside the device.

【００４０】請求項２及び請求項３は、照明光学装置の
ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成したので、構成が
簡単であり、そのプリズムを使用することによる照明光
学装置の大型化も発生せず、小型、軽量の照明光学装置
でありながら、照明効率が高い照明光学装置を実現でき
る。According to the second and third aspects, since the substantially parallel light incident means of the illumination optical device is constituted by a prism, the configuration is simple, and the use of the prism causes an increase in the size of the illumination optical device. In addition, an illumination optical device with high illumination efficiency can be realized despite being a small and lightweight illumination optical device.

【００４１】請求項４の映像投射装置は、光源の光軸付
近に存在する発散光や収束光等の非平行光をほぼ平行光
に変換して第１マルチレンズアレイの中央付近に入射さ
せるようにして、その光軸付近に存在する非平行光を光
路外へ逃がしてしまうことなく、空間光変調素子を有効
に照射することができるようにしたので、空間光変調素
子の照明効率を上昇して、スクリーン等に投射される映
像の画面全体の輝度を均一に上昇させることができる。
従って、従来のように、画面の中央付近の輝度が落ちて
しまうような不都合がなくなり、高輝度で鮮明な映像を
投射することができる。しかも、消費電力の低下や機器
内部の不要光の低下による内部発熱の低下等によって機
器の小型化を促進でき、小型で、高性能な映像投射装置
を実現できる。According to a fourth aspect of the present invention, a non-parallel light such as a divergent light or a convergent light existing near the optical axis of the light source is converted into a substantially parallel light and is incident near the center of the first multi-lens array. The non-parallel light existing near the optical axis can be effectively irradiated to the spatial light modulation element without escaping out of the optical path, thereby increasing the illumination efficiency of the spatial light modulation element. As a result, the brightness of the entire screen of the image projected on the screen or the like can be uniformly increased.
Therefore, unlike the related art, there is no inconvenience such as a decrease in luminance near the center of the screen, and a high-luminance and clear image can be projected. In addition, downsizing of the device can be promoted due to a reduction in internal heat generation due to a reduction in power consumption and a reduction in unnecessary light inside the device, and a small-sized and high-performance image projection device can be realized.

【００４２】請求項５又は請求項６は、映像投射装置の
ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成したので、構成が
簡単であり、そのプリズムを使用することによる映像投
射装置の大型化も発生せず、小型、軽量でありながら、
照明効率の高い映像投射装置を実現できる。According to a fifth or sixth aspect of the present invention, since the substantially parallel light incident means of the image projection device is constituted by a prism, the structure is simple, and the use of the prism causes an increase in the size of the image projection device. Small, lightweight,
A video projection device with high lighting efficiency can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明を適用した映像投射装置のプリズムを備
えた照明光学装置の実施の形態を説明する模式図であ
る。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of an illumination optical device including a prism of a video projection device to which the present invention is applied.

【図２】同上の照明光学装置に組み込まれたプリズムに
よる非平行光をほぼ平行光に変換する様子と、平行光を
光路外へ逃がす様子を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a state in which non-parallel light is converted into substantially parallel light by a prism incorporated in the illumination optical device, and a state in which the parallel light escapes outside an optical path.

【図３】同上のプリズムの複数例を示した概略斜視図で
ある。FIG. 3 is a schematic perspective view showing a plurality of examples of the same prism.

【図４】同上のプリズムの他の複数例を示した概略斜視
図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing other plural examples of the same prism.

【図５】本発明の照明光学装置を用いた映像投射装置全
体の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of an entire image projection device using the illumination optical device of the present invention.

【図６】従来の照明光学装置を用いた映像投射装置全体
の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an entire image projection device using a conventional illumination optical device.

【図７】従来の照明光学装置を説明する模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a conventional illumination optical device.

【図８】同上の照明光学装置に使用されるマルチレンズ
アレイを説明する正面図、平面図及び側面図である。FIG. 8 is a front view, a plan view, and a side view illustrating a multi-lens array used in the above illumination optical device.

【図９】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレイ
に入射された平行光の光スポットがマルチレンズアレイ
に集光される様子を説明する模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a state in which a parallel light spot incident on a first multi-lens array of the illumination optical device is condensed on the multi-lens array.

【図１０】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレ
イに入射された非平行光の光スポットは第２マルチレン
ズアレイに集光されないことを説明する模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating that a light spot of non-parallel light incident on a first multi-lens array of the illumination optical device is not converged on a second multi-lens array.

【図１１】同上の照明光学装置の第１マルチレンズアレ
イに入射された非平行光の広がり角度が更に大きくなっ
た時には、その非平行光が第２マルチレンズアレイに対
応するレンズから大きく食み出してしまうことを説明す
る模式図である。FIG. 11 shows that when the spread angle of the non-parallel light incident on the first multi-lens array of the illumination optical device further increases, the non-parallel light largely erodes from the lens corresponding to the second multi-lens array. It is a schematic diagram explaining what is output.

【図１２】従来の照明光学装置の光源の光軸付近に存在
する非平行光が空間光変調素子に照射されることなく、
不要光となって光路外へ逃がされてしまうことを説明す
る模式図である。FIG. 12 shows a state in which non-parallel light existing near the optical axis of a light source of a conventional illumination optical device is not irradiated on a spatial light modulator.
It is a schematic diagram explaining that it becomes unnecessary light and escapes out of an optical path.

【図１３】光源を構成している発光部である放電ランプ
及び反射鏡の詳細を説明する拡大断面図である。FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view for explaining details of a discharge lamp and a reflecting mirror, which are light-emitting units constituting a light source.

【図１４】光源の光軸付近に存在する光が非平行光であ
ることを測定した光束分布の測定装置を説明する模式図
である。FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a light flux distribution measuring device that measures that light existing near the optical axis of a light source is non-parallel light.

【図１５】光源の光軸周辺部に存在する光は平行光であ
ることを測定した光束分布の測定装置を説明する模式図
である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a light flux distribution measuring device that measures that light existing around the optical axis of a light source is parallel light.

【図１６】同上の測定方法によって測定された光源の光
軸付近とその周辺部の光束分布の測定値を示したグラフ
である。FIG. 16 is a graph showing measured values of the luminous flux distribution in the vicinity of the optical axis of the light source and the periphery thereof measured by the measurement method according to the embodiment.

【図１７】同上の測定方法及び測定値によって得られた
光源の光軸付近に存在する非平行光がコーン状の発散光
であったことを示した模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing that non-parallel light existing near the optical axis of the light source obtained by the measurement method and the measurement value is a cone-shaped divergent light.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１は映像投射装置、２は光源、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは有効
光分割手段であるダイクロイックミラー、５（５Ｒ、５
Ｇ、５Ｂ）は被照明位置に配置された空間光変調素子、
１０は投射レンズ、１５は照明光学装置、１６は第１マ
ルチレンズアレイ、１６ａは第１レンズ、１７は第２マ
ルチレンズアレイ、１７ａは第２レンズ、１８は集光レ
ンズ、２１は発光部である放電ランプ、２２は反射鏡、
４１はほぼ平行光入射手段、４２は円錐プリズム、４５
は多角錐プリズム、４６は円錐台形プリズム、４９は多
角錐台形プリズム、Ｐ１は光軸、ＰＬは平行光、ＮＰＬ
は非平行光、ＡＰＬはほぼ平行光である。1 is a video projection device, 2 is a light source, 4R, 4G, and 4B are dichroic mirrors, 5 (5R, 5
G, 5B) are spatial light modulators arranged at the position to be illuminated,
Reference numeral 10 denotes a projection lens, 15 denotes an illumination optical device, 16 denotes a first multi-lens array, 16a denotes a first lens, 17 denotes a second multi-lens array, 17a denotes a second lens, 18 denotes a condenser lens, and 21 denotes a light-emitting unit. A discharge lamp, 22 is a reflector,
41 is a substantially parallel light incident means, 42 is a conical prism, 45
Is a polygonal pyramid prism, 46 is a truncated conical prism, 49 is a truncated pyramid prism, P1 is an optical axis, PL is parallel light, NPL
Is non-parallel light, and APL is almost parallel light.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】発光部及びその発光部から発光された光を
反射してほぼ光軸に沿って出射する反射鏡を有する光源
と、 上記光源から光軸に沿って出射された光を複数の光スポ
ットに分割する複数の第１レンズを有する第１マルチレ
ンズアレイと、 上記第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズのほぼ
焦点位置に複数の第２レンズが対向されて配置され、そ
の第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズによって
分割された複数の光スポットがその複数の第２レンズに
集光される第２マルチレンズアレイと、 上記第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズから出
射された複数の分割された光束を互いに重ね合せるよう
に集光して均一の光を出射する集光レンズとを備えた照
明光学装置において、 上記光源から出射されてその光源の光軸付近に存在する
非平行光をほぼ平行光に変換して上記第１マルチレンズ
アレイの中央付近に入射するほぼ平行光入射手段を備え
たことを特徴とする照明光学装置。1. A light source having a light emitting portion and a reflecting mirror for reflecting light emitted from the light emitting portion and emitting the light substantially along an optical axis, and a plurality of light beams emitted from the light source along the optical axis. A first multi-lens array having a plurality of first lenses for splitting into light spots, and a plurality of second lenses arranged at substantially focal positions of the plurality of first lenses of the first multi-lens array so as to face each other; A second multi-lens array in which a plurality of light spots divided by the plurality of first lenses of the one multi-lens array are focused on the plurality of second lenses; and a plurality of second lenses of the second multi-lens array. A converging lens that converges the plurality of split light beams emitted so as to overlap each other and emits uniform light, wherein the light is emitted from the light source and is near the optical axis of the light source. A substantially parallel light incident means for converting the non-parallel light existing in the first multi-lens array into substantially parallel light and entering the vicinity of the center of the first multi-lens array. 【請求項２】上記ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成
したことを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。2. The illumination optical device according to claim 1, wherein said substantially parallel light incident means is constituted by a prism. 【請求項３】上記プリズムを円錐形状又は多角錐形状又
は円錐台形状又は多角錐台形状に構成したことを特徴と
する請求項２に記載の照明光学装置。3. The illumination optical device according to claim 2, wherein the prism is formed in a conical shape, a polygonal pyramid shape, a truncated cone shape, or a truncated polygonal pyramid shape. 【請求項４】発光部及びその発光部から発光された光を
反射してほぼ光軸に沿って出射する反射鏡を有する光源
と、 上記光源から光軸に沿って出射された光を複数の光スポ
ットに分割する複数の第１レンズを有する第１マルチレ
ンズアレイと、 上記第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズのほぼ
焦点位置に複数の第２レンズが対向されて配置され、そ
の第１マルチレンズアレイの複数の第１レンズによって
分割された複数の光スポットがその複数の第２レンズに
集光される第２マルチレンズアレイと、 上記第２マルチレンズアレイの複数の第２レンズから出
射された複数の分割された光束を互いに重ね合せるよう
に集光して均一の光を出射する集光レンズと、 上記集光レンズから出射された均一の光が入射され、時
間的に異なる波長帯域の有効光に分割する有効光分割手
段と、 上記有効光分割手段によって分割された有効光が照射さ
れ、その有効光の波長帯域に応じた映像信号の印加によ
って時間的に異なる波長帯域の映像光に変調する空間光
変調素子と、 上記空間光変調素子によって変調された映像光を投射す
る投射レンズとを備えた映像投射装置において、 上記光源から出射されてその光源の光軸付近に存在する
非平行光をほぼ平行光に変換して上記第１マルチレンズ
アレイの中央付近に入射するほぼ平行光入射手段を備え
たことを特徴とする映像投射装置。4. A light source having a light emitting portion and a reflecting mirror that reflects light emitted from the light emitting portion and emits the light substantially along the optical axis, and a plurality of light beams emitted from the light source along the optical axis. A first multi-lens array having a plurality of first lenses for splitting into light spots, and a plurality of second lenses arranged at substantially focal positions of the plurality of first lenses of the first multi-lens array so as to face each other; A second multi-lens array in which a plurality of light spots divided by the plurality of first lenses of the one multi-lens array are focused on the plurality of second lenses; and a plurality of second lenses of the second multi-lens array. A condensing lens that converges the plurality of split light beams emitted so as to overlap each other and emits uniform light; and a uniform light emitted from the condensing lens is incident and has wavelengths that differ in time. band Effective light splitting means for splitting the light into effective light in a range, and the effective light split by the effective light splitting means is irradiated, and an image in a temporally different wavelength band is applied by applying an image signal corresponding to the wavelength band of the effective light. An image projection apparatus comprising: a spatial light modulation element that modulates light; and a projection lens that projects image light modulated by the spatial light modulation element. The image projection apparatus emits light from the light source and exists near an optical axis of the light source. An image projection device, comprising: a substantially parallel light incident means for converting non-parallel light into substantially parallel light and entering the vicinity of the center of the first multi-lens array. 【請求項５】上記ほぼ平行光入射手段をプリズムで構成
したことを特徴とする請求項４に記載の映像投射装置。5. An image projection apparatus according to claim 4, wherein said substantially parallel light incident means is constituted by a prism. 【請求項６】上記プリズムを円錐形状又は多角錐形状又
は円錐台形状又は多角錐台形状に構成したことを特徴と
する請求項５に記載の映像投射装置。6. The image projection device according to claim 5, wherein said prism is formed in a conical shape, a polygonal pyramid shape, a truncated cone shape, or a truncated polygonal shape.