JP2003222820A - 光源装置、および、これを備えた照明光学系ならびにプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロッドインテグレータによるインテグレータ
光学系を用いた照明光学系の光の利用効率を容易に向上
させる。 【解決手段】 中心軸上の所定の位置で集束する集光光
を射出する光源装置は、ランプと、該ランプから射出さ
れた光を反射するリフレクタとを有し、前記所定の位置
で集束する集光光を射出する光源部と、前記光源部から
射出された前記集光光のうち、中心部の光を通過させる
とともに、周辺部の光を反射させることにより、該周辺
部の光をその入射方向に対して逆方向に戻す反射光学系
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像を投写表示
するプロジェクタ（投写型表示装置）に関し、特に、プ
ロジェクタを構成する照明光学系およびこの照明光学系
を構成する光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、プロジェクタでは、照明光学系
から射出された光によって、ＤＭＤ（デジタルマイクロ
ミラーデバイス、ＴＩ社の商標）や液晶ライトバルブ、
などの電気光学装置の光照射領域（光照射面）が照明さ
れる。そして、電気光学装置の光照射面に入射した光
が、画像情報（画像信号）に応じて変調され、電気光学
装置から画像を表す画像光が射出される。電気光学装置
から射出された画像光の表す画像は、投写光学系を介し
てスクリーン上に投写することにより画像が表示され
る。このため、プロジェクタは、種々の光学系により構
成されている。

【０００３】図６は、プロジェクタに適用される従来の
照明光学系の要部を示す概略平面図である。この照明光
学系１００は、光源装置１１０と、ロッド（透光性ロッ
ド）型のインテグレータ（ロッドインテグレータ）１３
０と、リレーレンズ（リレー光学系）１４０とを、それ
ぞれの図示しない中心軸が照明光学系１００の中心軸１
００ａｘに一致するように順に備えている。

【０００４】光源装置１１０から射出された集光光は、
ロッドインテグレータ１３０とリレーレンズ１４０とを
通過して照明対象ＬＡの光照射面を照明する。なお、プ
ロジェクタにおける照明対象ＬＡは、上述のようにＤＭ
Ｄや液晶ライトバルブ等の電気光学装置である。

【０００５】ここで、プロジェクタによって表示される
画像は、その明るさが一様であることが好ましく、照明
光学系１００によって照明される照明領域中の照度分布
が一様であることが好ましい。しかしながら、光源装置
１１０から射出された光は、その照度分布が一様でない
場合が多く、このような光を照明光としてそのまま利用
した場合には、表示される画像の明るさも、照明光の照
度分布に応じて一様でない場合が多い。この問題を解決
するために、従来から、照明光学系１００のように、ロ
ッドインテグレータ１３０が用いられる場合が多い。こ
のロッドインテグレータ１３０は、光入射面に入射する
光の照度分布が一様でない場合においても、照度分布が
一様な光に変換して射出する機能を有する光学要素であ
る。

【０００６】また、プロジェクタによって表示される画
像は、その明るさがより明るいことが好ましい。このた
め、照明光学系１００では、以下の構成をとっている。

【０００７】光源装置１１０から射出された光は、ロッ
ドインテグレータ１３０の光入射面に効率よく入射する
ように、ロッドインテグレータ１３０の光入射面近傍で
集束するような集光光とされる。具体的には、光源装置
１１０は、回転楕円面形状の反射面を有する楕円リフレ
クタ１１４と、メタルハライドランプや高圧水銀灯など
の高圧放電灯が利用される光源ランプ１１２とで構成さ
れる。光源ランプ１１２は、楕円リフレクタ１１４の第
１焦点位置に配置され、ロッドインテグレータ１３０
は、その光入射面が楕円リフレクタ１１４の第２焦点位
置となるように配置される。このような構成とすること
により、光源装置１１０は、ロッドインテグレータ１３
０の光入射面上で集束する集光光を射出することができ
る。ここで、光源ランプ１１２のアーク像の大きさ（横
方向または縦方向の大きさ）をＤＳとし、ロッドインテ
グレータ１３０の光入射面上に結像される像（以下、
「２次光源像」と呼ぶ）の大きさ（横方向または縦方向
の大きさ）をＤ０とし、楕円リフレクタ１１４の第１，
第２焦点距離をｆ１，ｆ２とすると、２次光源像の大き
さＤ０は、以下の式で表される。

【０００８】Ｄ０＝ＤＳ・ｆ２／ｆ１ …（１）

【０００９】また、リレーレンズ１４０は、ロッドイン
テグレータ１３０の光射出面の像を照明対象ＬＡの光照
射面上で結像するように配置される。ここで、ロッドイ
ンテグレータ１３０の光射出面の大きさ（横方向または
縦方向の大きさ）をＤ１とし、照明対象ＬＡの光照射面
上で結像される像（以下、「照明領域」と呼ぶ）の大き
さ（横方向または縦方向の大きさ）をＤ２とし、ロッド
インテグレータ１３０の光射出面からリレーレンズ１４
０までの距離をｄ１、リレーレンズ１４０から照明領域
までの距離をｄ２とすると、照明領域の大きさＤ２は、
以下の式で表される。

【００１０】Ｄ２＝Ｄ１・ｄ２／ｄ１ …（２）

【００１１】照明領域の大きさＤ２は、光源装置１１０
から射出された光が、照明対象ＬＡの光照射面を効率良
く照明するように上記（２）式に従って設定される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ここで、光源ランプ１
１２のアーク像の大きさＤＳは、有限の大きさを有して
いるため、２次光源像の大きさＤ０も上記（１）式で示
されるように、アークの像の大きさＤＳを結像倍率ｆ２
／ｆ１倍した有限の大きさを有している。このため、ロ
ッドインテグレータ１３０の光入射面の大きさよりも２
次光源像の大きさＤ０の方が大きくなる場合があり、ロ
ッドインテグレータ１３０に入射する光の光量が減少し
て、光の利用効率が悪くなる場合がある。このような有
限の大きさを有する光源ランプ１１２から射出された光
を、より有効にロッドインテグレータ１３０の光入射面
に入射させて光の利用効率を向上させるためには、例え
ば、以下の効率向上手法が考えられる。

【００１３】（効率向上手法）アーク像の結像倍率を小
さくして、２次光源像の大きさを小さくすることによ
り、ロッドインテグレータの光入射面に入射する光量を
多くして、光の利用効率を向上させる。

【００１４】しかしながら、上記効率向上手法では、以
下に示すような問題がある。

【００１５】図７は、従来の効率向上手法における問題
点について示す説明図である。図７は、光源装置を、光
源装置１１０の楕円リフレクタ１１４（図６参照）より
も短い第２焦点距離ｆ２’を有する楕円リフレクタ１１
４’で構成された光源装置１１０’に置き換え、リレー
レンズを、リレーレンズ１４０’に置き換えた照明光学
系１００’を示している。

【００１６】この照明光学系１００’において、ロッド
インテグレータ１３０の光入射面における２次光源像の
大きさ（横方向または縦方向の大きさ）をＤ０’とする
と、２次光源像の大きさＤ０’は、以下の式で表され
る。

【００１７】Ｄ０’＝ＤＳ・ｆ２’／ｆ１ …（３）

【００１８】照明光学系１００’では、上記（１）式お
よび（２）式を比較すればわかるように、ｆ２’＜ｆ２
によりＤ０’＜Ｄ０となるのので、照明光学系１００に
比べて２次光源像の大きさを小さくすることは可能であ
る。しかしながら、以下の問題点がある。

【００１９】図６に示すように、光源装置１１０から射
出される集光光の中心軸１００ａｘに対する最大角度を
θ１とし、ロッドインテグレータ１３０の光射出面にお
ける中心軸１００ａｘ上の点から射出されてリレーレン
ズ１４０に入射する光の、中心軸１００ａｘに対する最
大角度をθ２（≒θ１）とし、リレーレンズ１４０から
射出されて照明対象ＬＡの光照射面における中心軸１０
０ａｘ上の点に入射する光の、中心軸１００ａｘに対す
る最大角度をθ３とする。また、図７に示すように、光
源装置１１０’から射出される集光光の中心軸１００ａ
ｘに対する最大角度をθ１’とし、ロッドインテグレー
タ１３０の光射出面における中心軸１００ａｘ上の点か
ら射出されてリレーレンズ１４０’に入射する光の、中
心軸１００ａｘに対する最大角度をθ２’（≒θ１’）
とし、リレーレンズ１４０’から射出されて照明対象Ｌ
Ａの光照射面における中心軸１００ａｘ上の点に入射す
る光の、中心軸１００ａｘに対する最大角度をθ３’と
する。

【００２０】照明光学系１００’において、楕円リフレ
クタ１１４’の開口面の大きさが楕円リフレクタ１１４
の開口面の大きさに等しいとすると、θ１’＞θ１とな
り、これに応じてθ２’＞θ２となる。このため、ロッ
ドインテグレータ１３０と照明対象ＬＡとの位置関係が
照明光学系１００と同じままで、照明領域の大きさＤ２
が上記（２）式で表されるとすると、リレーレンズ１４
０’としては、リレーレンズ１４０よりもレンズ口径が
大きくＦ値の小さなレンズにより構成する必要がある。

【００２１】以上のように、上記効率向上手法において
は、レンズ口径が大きくＦ値の小さなリレーレンズ（リ
レー光学系）が必要となる。しかしながら、このような
リレーレンズを１枚のレンズで構成するには、製造が困
難となる場合がある。また、複数のレンズを組み合わせ
て構成されたリレー光学系を利用することも考えられる
が、複雑な構成としなければならない場合や、製造が困
難となる場合がある。

【００２２】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、ロッドインテグ
レータによるインテグレータ光学系を用いた照明光学系
の光の利用効率を容易に向上させることが可能な技術を
提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の光
源装置は、ランプと、該ランプから射出された光を反射
するリフレクタとを有し、前記所定の位置で集束する集
光光を射出する光源部と、前記光源部から射出された前
記集光光のうち、中心部の光を通過させるとともに、周
辺部の光を反射させることにより、該周辺部の光をその
入射方向に対して逆方向に戻す反射光学系と、を備える
ことを特徴とする。

【００２４】本発明の光源装置では、光源部から射出さ
れる集光光のうち、周辺部の光を反射させることによ
り、周辺部の光をその入射方向に対して逆方向に戻し
て、中心部の光に変換することができる。これにより、
解決課題で説明した効率向上手法の問題点であった光源
装置から射出される集光光の角度が大きくなることを防
止して、所定の位置で集束する集光光の大きさ（２次光
源像の大きさ）を小さくすることが可能となる。これに
より、ロッドインテグレータによるインテグレータ光学
系を用いた照明光学系に、この光源装置を適用した場
合、ロッドインテグレータに入射する集光光の入射角度
が大きくなることを防止するとともに、ロッドインテグ
レータに入射する集光光の大きさを小さくすることがで
きるので、照明光学系の利用効率を容易に向上させるこ
とが可能となる。

【００２５】上記光源装置において、前記反射光学系
は、前記光源部から射出された前記集光光のうち、前記
周辺部の光を平行化するための平行化レンズと、前記平
行化レンズによって平行化された光を逆方向に反射する
反射ミラーと、を備えることにより構成できる。

【００２６】ここで、前記平行化レンズは、前記周辺部
の光に対応する入射面が凹面形状に形成され、射出面が
平面形状に形成されており、前記反射ミラーは、前記周
辺部の光に対応する射出面の近傍に、該反射ミラーの反
射面が前記中心軸に垂直となるように配置されているこ
とが好ましい。

【００２７】これにより、反射光学系を容易に構成する
ことができる。

【００２８】ここで、前記平行化レンズの凹面は回転双
曲面形状を有していることが好ましい。

【００２９】こうすれば、平行化レンズの凹面を高精度
に形成して、平行度の高い光を得ることができるので、
周辺部の光を逆方向に反射する反射光学系を高精度に構
成することが可能である。

【００３０】また、前記平行化レンズは、前記周辺部の
光に対応する射出面が凹面形状に形成され、入射面が平
面形状に形成されており、前記反射ミラーは、前記周辺
部の光に対応する射出面の近傍に、該反射ミラーの反射
面が前記中心軸に垂直となるように配置されているよう
にしてもよい。

【００３１】このようにしても、反射光学系を容易に構
成することができる。

【００３２】ここで、前記平行化レンズの凹面は回転楕
円面形状を有していることが好ましい。

【００３３】こうすれば、平行化レンズの凹面を高精度
に形成して、平行度の高い光を得ることができるので、
周辺部の光を逆方向に反射する反射光学系を高精度に構
成することが可能である。

【００３４】なお、上記光源装置において、前記リフレ
クタは、回転楕円面形状の反射面を有する楕円リフレク
タであることが好ましい。

【００３５】また、前記リフレクタは、回転放物面形状
の反射面を有するパラボラリフレクタであり、前記光源
部は、さらに、前記リフレクタで反射された略平行な光
を前記所定の位置で集束させるレンズを備えることも好
ましい。

【００３６】どちらの構成においても、所定の位置で集
束する集光光を射出する光源部を容易に構成することが
可能である。

【００３７】本発明の照明光学系は、上記のいずれかに
記載の光源装置と、前記所定の位置近傍に入射面を有
し、前記光源装置から射出された光を均一化するための
ロッドインテグレータと、前記ロッドインテグレータの
射出面の像を前記所定の照明領域上で結像するためのリ
レー光学系と、を備えることを特徴とする。

【００３８】この照明光学系では、上記のいずれかの光
源装置が用いられているので、光源装置から射出される
集光光の角度が大きくなることを防止するとももに、ロ
ッドインテグレータの光入射面近傍で集束する集光光の
大きさを小さくすることが可能であるので、ロッドイン
テグレータによるインテグレータ光学系を用いた照明光
学系の光の利用効率を容易に向上させることが可能とな
る。

【００３９】本発明のプロジェクタは、上記の照明光学
系と、前記所定の照明領域を有し、前記照明光学系から
の光を画像情報に応じて変調し、画像を表す画像光を射
出する電気光学装置と、前記電気光学装置から射出され
る画像光の表す画像を投写する投写光学系と、を備える
ことを特徴とする。

【００４０】このプロジェクタでは、上記の照明光学系
が用いられているので、照明光学系の光の利用効率を容
易に向上させて、均一でより明るいプロジェクタを構成
することが可能である。

【００４１】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例： Ａ１．プロジェクタの構成：図１は、本発明の第１実施
例に係るプロジェクタを示す概略平面図である。プロジ
ェクタ１０００は、照明光学系１００Ａと、電気光学装
置としてのＤＭＤ２００と、投写光学系としての投写レ
ンズ３００とを備えている。

【００４２】ＤＭＤ２００と、投写レンズ３００とは、
それぞれの中心軸２００ａｘ，３００ａｘが一致するよ
うに配置されている。

【００４３】ＤＭＤ２００は、光照射面に照射された照
明光を画像信号（画像情報）に応じて各画素に対応する
マイクロミラーで反射することにより、画像を表す画像
光を投写レンズ３００の方に射出する機能を有する反射
方向制御型光変調装置である。ＤＭＤ２００から射出さ
れる画像光は、投写レンズ３００を介して投写される。
これにより、画像光の表す画像が投写表示される。

【００４４】ＤＭＤ２００の上記機能上の制約のため、
照明光学系１００Ａの中心軸１００Ａａｘは、ＤＭＤ２
００の中心軸（光照射面の法線）２００ａｘに対して所
定の傾きを有するように配置されている。ここで、ＤＭ
Ｄ２００の「光照射面」は、照射された光を画像光とし
て利用可能な領域、すなわち、後述するマイクロミラー
が形成されている領域である狭義の光照射面を示す。た
だし、以下では、マイクロミラーが形成されている領域
の外側も含む光が照射される領域の全体、すなわち、照
明光学系１００Ａによる照明領域を光照射面と呼ぶ場合
もある。なお、「所定の傾き」については、本発明にお
いて、特に問題ではないため説明を省略する。

【００４５】照明光学系１００Ａは、光源装置１１０Ａ
と、カラーホイール１２０と、ロッドインテグレータ１
３０と、リレーレンズ（リレー光学系）１４０とを、そ
れぞれの図示しない中心軸が照明光学系１００Ａの中心
軸１００Ａａｘに一致するように順に備えている。

【００４６】光源装置１１０Ａは、光源部４１０と、反
射光学系４２０とを備えており、ロッドインテグレータ
１３０の光入射面近傍で集束する集光光を射出する。こ
の集光光の中心軸１００Ａａｘに対する最大角度θｉ
は、照明光学系１００の光源装置１１０から射出される
集光光の最大角度θ１（図６参照）と等しくなるように
設定されている。なお、光源装置１１０Ａについては、
さらに後述する。光源装置１１０Ａから射出された集光
光は、カラーホイール１２０を介してロッドインテグレ
ータ１３０の光入射面に入射する。

【００４７】カラーホイール１２０は、回転軸１２０ａ
ｘの周りに回転可能に設けられた円板状のカラーフィル
タである。このカラーホイール１２０は、回転方向に沿
って光の３原色（赤、緑、青）に対応する透過型の色フ
ィルタが形成されており、ロッドインテグレータ１３０
の光入射面の近傍位置に配置される。カラーホイール１
２０に入射する光は、カラーホイール１２０の回転に応
じて赤、緑、青の色フィルタ領域を一定間隔で循環的に
照射する。この結果、カラーホイール１２０を通過する
光は、カラーホイール１２０の回転に応じて、赤色光
（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）と循環的に変化す
る。これにより、ＤＭＤ２００によって循環的に形成さ
れるＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの画像光によって、カラー画像
を表示させることが可能となる。なお、カラーホイール
１２０は省略することも可能であり、この場合に投写さ
れる画像はモノクロ画像となる。

【００４８】ロッドインテグレータ１３０に入射した光
は、ロッドインテグレータ１３０の内面で反射を繰り返
しながらロッドインテグレータ１３０内を通過する。こ
の結果、ロッドインテグレータ１３０は、光源装置１１
０Ａから射出された光の照度分布が一様でない場合にお
いても、照度分布が一様な光を光射出面から射出する機
能を有している。

【００４９】リレーレンズ１４０は、ロッドインテグレ
ータ１３０の光射出面の像をＤＭＤ２００の光照射面上
で結像させるリレー光学系としての機能を有している。
リレーレンズ１４０は、１枚のレンズ、または複数のレ
ンズを組み合わせた複合レンズにより構成される。リレ
ーレンズ１４０によって結像される像の領域が、照明光
学系１００Ａによって照明されるＤＭＤ２００の光照射
面上の照明領域となる。なお、ＤＭＤ２００が従来例に
おける照明対象ＬＡに相当する。

【００５０】ロッドインテグレータ１３０と、リレーレ
ンズ１４０と、ＤＭＤ２００とは、従来例の照明光学系
１００で示し構成（図６参照）と同じ構成を有してい
る。リレーレンズ１４０は、ロッドインテグレータ１３
０の光射出面からリレーレンズ１４０までの距離がｄ
１、リレーレンズ１４０から照明領域までの距離がｄ２
の位置に配置されている。従って、ＤＭＤ２００の光照
射面上の照明領域の大きさＤＰは、ロッドインテグレー
タ１３０の光射出面の大きさＤ１に対して、上記（２）
式と同様に以下の式で表される。

【００５１】ＤＰ＝Ｄ１・ｄ２／ｄ１ …（４）

【００５２】なお、ロッドインテグレータ１３０の光射
出面の形状は、照明領域の輪郭形状が光照射面の輪郭に
相似となるような形状とすることが好ましい。例えば、
光照射面の輪郭形状が略矩形状であれば、ロッドインテ
グレータ１３０の光射出面の形状がこれに相似な形状を
有する柱状ロッドとすることが好ましい。ただし、照明
光学系１００Ａの中心軸１００ＡａｘはＤＭＤ２００の
中心軸２００ａｘに対して傾斜してい配置されているの
で、光照射面を照明する実際の照明領域は、この傾斜に
応じて歪んだ形状を有することになる。従って、このよ
うな場合においては、インテグレーロッドの光射出面の
形状としては、照明領域の輪郭の歪みを補正するような
形状とすることがより好ましい。

【００５３】上述したように、照明光学系１００Ａから
射出されてＤＭＤ２００の光照射面に照射された光は、
画像を表す画像光に変換されて、投写レンズ３００を介
して投写される。これにより、画像光の表す画像が投写
表示される。

【００５４】Ａ２．光源装置の構成：ところで、本実施
例の光源装置１１０Ａは、従来例の光源装置１１０’
（図７参照）に相当する光源部４１０に加えて反射光学
系４２０を備えている点に特徴を有している。

【００５５】図２は、光源装置１１０Ａの機能について
示す説明図である。光源部４１０は、従来例の光源装置
１１０’（図７参照）と同様に、光源装置１１０におけ
る楕円リフレクタ１１４（図６参照）よりも短い第２焦
点距離ｆ２’を有する楕円リフレクタ１１４’と、光源
ランプ１１２により構成されている。光源ランプ１１２
としては、高圧水銀放電灯や、メタルハライドランプ、
ハロゲンランプ等の放電灯が利用される。光源ランプ１
１２は、楕円リフレクタ１１４’の第１焦点Ｆ１近傍に
配置されている。光源部４１０は、楕円リフレクタ１１
４’の第２焦点Ｆ２で集束する集光光を射出する。この
第２焦点Ｆ２は、ロッドインテグレータ１３０の光入射
面近傍、理想的には、光入射面上となるように設定され
る。

【００５６】図３は、反射光学系４２０について示す説
明図である。図３（Ｂ）は光源部４１０側から見た反射
光学系４２０の概略正面図を示し、図３（Ｃ）は概略平
面図を示している。また、図３（Ａ）は、図３（Ｂ）の
Ａ−Ａ線断面の概略端面図を示している。

【００５７】反射光学系４２０は、光源部４１０側の光
入射面が凹面で、光射出面側が平面を有する平行化レン
ズ４２２と、平行化レンズ４２２の光射出面側に配置さ
れた反射ミラー４２４とで構成されている。平行化レン
ズ４２２は、反射光学系４２０の中心軸４２０ａｘ（照
明光学系１００Ａの中心軸１００Ａａｘ）を中心とする
所定の範囲に円形の輪郭形状を有するレンズ開口部４２
２ａが形成されている。従って、平行化レンズ４２２の
凹面は、レンズ開口部４２２ａよりも外周側の領域に形
成されている。なお、レンズ開口部４２２ａを、単なる
開口された空間ではなく、凹面を形成している材料と同
じ材料で形成された透光性の平面部とするようにしても
よい。

【００５８】また、反射ミラー４２４には、平行化レン
ズ４２２のレンズ開口部４２２ａに対応する位置にミラ
ー開口部４２４ａが形成されている。反射ミラー４２４
は、平行化レンズ４２２のレンズ開口部４２２ａを除く
光射出面上にアルミニウム膜、銀膜等を形成することに
より形成される。また、誘電体多層膜（コールドミラー
等）を蒸着することによっても形成可能である。また、
ＥＳＲフィルム（３Ｍ社製）を貼り付けることによって
も形成可能である。なお、平板状の透明体（例えばガラ
ス板）にアルミニウム膜、銀膜、誘電体多層膜、ＥＳＲ
フィルム等を選択的に形成したものを、平行化レンズ４
２２の射出面の近傍に配置したり、貼り合わせたりする
ことも可能である。

【００５９】図２に示す平行化レンズ４２２は、楕円リ
フレクタ１１４’の第２焦点Ｆ２で集束する光が中心軸
１００Ａａｘにほぼ平行な光（略平行光）に変換される
ように、凹面の形状に応じた所定の焦点が楕円リフレク
タ１１４’の第２焦点Ｆ２に一致するように配置され
る。これにより、平行化レンズ４２２は、光源部４１０
から射出された集光光のうち、レンズ開口部４２２ａの
外周部の凹面に入射する集光光を略平行光に変換するこ
とができる。平行化レンズ４２２の凹面の形状は、入射
する集光光を略平行化できる凹面形状であればどのよう
な形状であってもよい。ただし、凹面の形状は、回転双
曲面形状であることがより好ましい。凹面の形状を回転
双曲面とすれば、平行度の高い光を得ることが可能であ
る。また、レンズの収差等をより高精度に抑制すること
が可能である。

【００６０】なお、平行化レンズ４２２の光入射面に
は、反射防止膜を形成するようにしてもよい。これによ
り、ランプ１１２から射出された光が、これらの面にお
いて反射して、損失することを抑制することが可能とな
る。また、ＵＶ反射膜を形成するようにしてもよい。Ｕ
Ｖ反射膜は、ランプ１１２から射出された光から、紫外
線を除去するためのフィルタである。これにより、有機
材料を用いた光学部品（例えば、液晶ライトバルブに備
えられた偏光板）の紫外線による劣化を低減させること
が可能となる。なお、ガラス板上に形成されたＵＶ反射
膜が形成されたガラス板を、平行化レンズ４２２の光入
射面側あるいは光射出面側に別途設けるようにしてもよ
い。

【００６１】光源部４１０から射出された集光光のうち
周辺部の光、例えば、図中太い実線で示す光は、平行化
レンズ４２２で略平行光に変換されて反射ミラー４２４
にほぼ垂直に入射する。反射ミラー４２４に入射した光
は、ほぼ逆方向に反射されて、平行化レンズ４２２の凹
面、楕円リフレクタ１１４’の順に逆方向に戻り、ラン
プ１１２のほぼ中心を通過する。なお、図中の太い実線
は、光の経路をわかりやすくするために、反射ミラー４
２４に入射する光と反射した光とで少しずらして示して
いる。このランプ１１２の中心を通過した光は、反射ミ
ラー４２４で反射される前におけるリフレクタ１１４’
の反射位置に比べて、中心軸１００Ａａｘに近い中心付
近の反射位置で反射されて、再び、第２焦点Ｆ２に向け
て射出され、平行化レンズ４２２に入射する。

【００６２】再び平行化レンズ４２２に入射した光は、
上述のように反射ミラー４２４で反射される前に平行化
レンズ４２２を通過したときに比べて、中心軸１００Ａ
ａｘに近い中心部を通過する。このとき、この光がレン
ズ開口部４２２ａに対応する位置を通過する光であれ
ば、そのままレンズ開口部４２２ａおよびミラー開口部
４２４ａを通過する。一方、まだレンズ開口部４２２ａ
の外周側、すなわち、平行化レンズ４２２の凹面に対応
する光であるならば、もう一度反射ミラー４２４で反射
されて、平行化レンズ４２２の凹面部、リフレクタ１１
４’の順に逆方向に戻り、反射ミラー４２４とリフレク
タ１１４’での反射が繰り返される。そして、反射ミラ
ー４２４で反射される光は、最終的にレンズ開口部４２
２ａおよびミラー開口部４２４ａを通過して、第２焦点
Ｆ２で集束する集光光となる。

【００６３】従って、反射光学系４２０に入射する光
は、ほとんど（反射等による損失分を除いて）レンズ開
口部４２２ａおよびミラー開口部４２４ａを通過して射
出される。

【００６４】ここで、光源部４１０は、従来例の光源装
置１１０（図６参照）の第２焦点距離ｆ２に比べて短い
第２焦点距離ｆ２’を有するリフレクタ１１４’を用い
ているため、光源部４１０から射出された集光光の中心
軸１００Ａａｘに対する最大角度θ１’は、従来の光源
装置１１０から射出された集光光の中心軸１００ａｘに
対する最大角度θ１に比べて大きくなっている（図７参
照）。

【００６５】一方、レンズ開口部４２２ａを通過してロ
ッドインテグレータ１３０に入射する集光光の中心軸１
００Ａａｘに対する最大角度θｉは、中心軸１００Ａａ
ｘに対するレンズ開口部４２２ａの外縁端点Ｅｐまでの
長さをｈｏとし、この外縁端点Ｅｐから第２焦点Ｆ２ま
での距離のうち、中心軸１００Ａａｘに沿った長さをｒ
ｏとすると、下記式で表される。

【００６６】 θｉ＝ｔａｎ^-1（ｈｏ／ｒｏ） …（５）

【００６７】上記（５）式からわかるように、角度θｉ
は、レンズ開口部４２２ａの大きさ（中心軸１００Ａａ
ｘに対するレンズ開口部４２２ａの外縁端点Ｅｐまでの
長さをｈｏ）を調整することにより調整することがで
き、従来の光源装置１１０から射出された集光光の最大
角度θ１に等しくすることが可能となる。この結果、図
１に示すロッドインテグレータ１３０の光射出面におけ
る中心軸１００Ａａｘ上の点から射出される光の最大角
度θｏを、従来のロッドインテグレータ１３０の光射出
面における中心軸１００Ａａｘ上の点から射出される光
の最大角度θ２（図６参照）に等しくすることができ
る。従って、この光源装置１１０Ａによれば、図７を用
いて説明した照明光学系の効率向上手法における問題点
のように、従来例の照明光学系１００におけるリレーレ
ンズ１４０よりもレンズ口径が大きくＦ値の小さなレン
ズをリレーレンズとして用いる必要がない。

【００６８】また、光源装置１１０Ａは、従来例の光源
装置１１０のリフレクタ１１４の第２焦点距離ｆ２より
も短い第２焦点距離ｆ２’を有するリフレクタ１１４’
を用いて構成されているので、ロッドインテグレータ１
３０の光入射面近傍で結像される２次光源像の大きさＤ
Ｉは、アーク像の大きさをＤＳとすると、上記（２）式
と同様に、以下の式で表される。

【００６９】ＤＩ＝ＤＳ・ｆ２’／ｆ１ …（６）

【００７０】上記（１）式および（６）式を比較すれば
わかるように、ｆ２’＜ｆ２によりＤＩ＜Ｄ０となるの
で、従来の光源装置１１０に比べて２次光源像の大きさ
を小さくすることが可能である。これにより、ロッドイ
ンテグレータ１３０の光入射面に入射する光の効率を向
上させることが可能である。

【００７１】従って、本実施例の光源装置１１０Ａを備
える照明光学系１００Ａは、従来例の照明光学系１００
に対して、光源装置１１０Ａを除く他の光学要素をその
ままにした構成とすることができるので、課題で説明し
た効率向上手法の問題を解決して、光の利用効率を容易
に向上させることが可能となる。また、この照明光学系
１００Ａを適用したプロジェクタにより、均一でより明
るい画像の投写表示を容易に実現することが可能とな
る。

【００７２】Ｂ．第２実施例：図４は、第２実施例に係
る光源装置について示す説明図である。図２に示す光源
装置１１０Ａにおける反射光学系４２０では、光入射面
側に凹面を有する平行化レンズ４２２を備える場合を示
しているが、図４に示すように、光射出面側に凹面を有
する平行化レンズ４２２Ｂを備える反射光学系４２０Ｂ
を備えることも可能である。この場合、反射ミラー４２
４Ｂは、平行化レンズ４２２Ｂから射出される周辺部の
略平行光を逆方向に反射するように、反射面が中心軸１
００Ｂａｘに対して垂直となるように近接配置される。

【００７３】平行化レンズ４２２Ｂも、第１実施例の平
行化レンズ４２２と同様に、楕円リフレクタ１１４’の
第２焦点Ｆ２で集束する光が中心軸１００Ｂａｘに対し
て略平行光に変換されるように、凹面の形状に応じた所
定の焦点が楕円リフレクタ１１４’の第２焦点Ｆ２にほ
ぼ一致するように配置される。ただし、本実施例の場
合、平行化レンズ４２２Ｂの中心軸１００ａｘに垂直な
光入射面に対して、光源部４１０からの集光光が斜めに
入射することにより、光入射面においても光が屈折す
る。従って、平行化レンズ４２２Ｂの実際の配置位置
は、この光入射面における光の屈折による変化分を考慮
して、凹面の形状に応じた所定の焦点が楕円リフレクタ
１１４’の第２焦点Ｆ２から少しずれた位置となるよう
に設定される。

【００７４】このように配置された平行化レンズ４２２
Ｂは、光源部４１０から射出された集光光のうち、レン
ズ開口部４２２Ｂａの外周部の凹面を通過する光、例え
ば、図中太い実線で示す光を略平行光に変換することが
できる。

【００７５】なお、平行化レンズ４２２Ｂの凹面の形状
は、通過する集光光を略平行化できる凹面形状であれば
どのような形状であってもよい。ただし、凹面の形状
は、回転楕円面形状であることがより好ましい。凹面の
形状を回転楕円面とすれば、平行度の高い光を得ること
が可能である。また、レンズの収差等をより高精度に抑
制することが可能である。なお、図中の太い実線は、光
の経路をわかりやすくするために、反射ミラー４２４に
入射する光と反射した光とで少しずらして示している。

【００７６】本実施例の光源装置１１０Ｂも第１実施例
の光源装置１１０Ａと同様に、集光光の最大角度を大き
くすることなく、２次光源像の大きさを小さくすること
が可能である。本実施例の光源装置１１０Ｂを適用した
照明光学系およびプロジェクタも、第１実施例と同様
に、従来例で説明した効率向上手法による問題を解決し
て、容易に光の利用効率を向上させることが可能であ
る。

【００７７】Ｃ．第３実施例：図５は、第３実施例に係
る光源装置について示す説明図である。この光源装置１
１０Ｃは、反射光学系４２０Ｃとして、光源部４１０の
楕円面リフレクタ１１４’の第２焦点Ｆ２に焦点を有す
る球面鏡を備えている。この反射光学系（球面鏡）４２
０Ｃの中心軸１００Ｃａｘを中心とする所定の範囲に
は、第１，第２実施例の反射光学系４２０，４２０Ｂと
同様に、ミラー開口部４２０Ｃａが形成されている。

【００７８】光源部４１０から射出された集光光のうち
周辺部の光、例えば、図中太い実線で示す光は、反射光
学系４２０Ｃの反射面でほぼ逆方向に反射されて逆方向
に戻り、ランプ１１２のほぼ中心を通過する。なお、図
中の太い実線は、光の経路をわかりやすくするために、
反射光学系４２０Ｃの反射面に入射する光と反射した光
とで少しずらして示している。このランプ１１２の中心
を通過した光は、反射光学系４２０で反射される前にお
けるリフレクタ１１４’の反射位置に比べて、中心軸１
００Ｃａｘに近い中心付近の反射位置で反射されて、再
び、第２焦点Ｆ２に向けて射出され、反射光学系４２０
Ｃに入射する。

【００７９】再び反射光学系４２０Ｃに入射した光は、
上述のように反射光学系４２０Ｃで反射される前に比べ
て、中心軸１００Ｃａｘに近い中心部を通過する。この
とき、この光がミラー開口部４２０Ｃａに対応する位置
を通過する光であれば、そのままミラー開口部４２０Ｃ
ａを通過する。一方、まだミラー開口部４２０Ｃａの外
周側、すなわち、反射光学系４２０Ｃの反射面に対応す
る光であるならば、もう一度反射光学系４２０Ｃの反射
面で反射されて逆方向に戻り、反射光学系４２０Ｃとリ
フレクタ１１４’での反射が繰り返される。そして、反
射光学系４２０Ｃで反射される光は、最終的にミラー開
口部４２０Ｃａを通過して、第２焦点Ｆ２で集束する集
光光となる。

【００８０】以上のように、反射光学系４２０Ｃに入射
する光は、ほとんど（反射等による損失分を除いて）ミ
ラー開口部４２０Ｃａを通過して射出される。

【００８１】従って、本実施例の光源装置１１０Ｃも第
１および第２実施例の光源装置１１０Ａ，１１０Ｂと同
様に、集光光の最大角度を大きくすることなく、２次光
源像の大きさを小さくすることが可能である。このた
め、本実施例の光源装置１１０Ｃを適用した照明光学系
およびプロジェクタも、第１実施例および第２実施例と
同様に、解決課題で説明した効率向上手法による問題を
解決して、容易に光の利用効率を向上させることが可能
である。

【００８２】Ｄ．変形例：なお、本発明は上記の実施例
や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々の態様において実施することが可
能であり、例えば次のような変形も可能である。

【００８３】（１）上記実施例では、集光光を射出する
光源部４１０として、楕円リフレクタを用いた構成を例
に示しているが、回転放物面を反射面とするパラボラリ
フレクタを用いることも可能である。ただし、パラボラ
リフレクタを用いる場合には、パラボラリフレクタで反
射される光は略平行光となるので、略平行光を集光光と
するレンズを反射光学系４２０の前に配置する必要があ
る。

【００８４】（２）上記実施例では、１つのＤＭＤを備
えるプロジェクタを例に説明しているが、カラーホイー
ルを省略するとともに、複数のＤＭＤを備えてカラー画
像を表示するタイプのプロジェクタに本発明を適用する
ことも可能である。

【００８５】（３）上記実施例では、電気光学装置とし
てＤＭＤを備えているプロジェクタを例に説明している
が、例えば、１つの液晶パネルまたは複数の液晶パネル
を備えるプロジェクタにも本発明を適用することが可能
である。すなわち、電気光学装置としては、一般に、入
射光を画像情報に応じて変調するものであれば、どのよ
うな電気光学装置を用いたプロジェクタにおいても本発
明を適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るプロジェクタを示す
概略平面図である。

【図２】光源装置１１０Ａの機能について示す説明図で
ある。

【図３】反射光学系４２０について示す説明図である。

【図４】第２実施例に係る光源装置について示す説明図
である。

【図５】第３実施例に係る光源装置について示す説明図
である。

【図６】プロジェクタに適用される従来の照明光学系の
要部を示す概略平面図である。

【図７】従来の効率向上手法における問題点について示
す説明図である。

【符号の説明】

１０００…プロジェクタ １００…照明光学系 １００’…照明光学系 １００Ａ…照明光学系 １００ａｘ，１００Ａａｘ，１００Ｂａｘ，１００Ｃａ
ｘ…中心軸 ４１０…光源部 ４２０…反射光学系 １００ａｘ…中心軸 １１０…光源装置 １１２…光源ランプ １１４…楕円リフレクタ １１０’…光源装置 １１４’…楕円リフレクタ １１０Ａ…光源装置 ４１０…光源部 ４２０…反射光学系 ４２０ａｘ…中心軸 ４２２…平行化レンズ ４２２ａ…レンズ開口部 ４２４…反射ミラー ４２４ａ…ミラー開口部 １１０Ｂ…光源装置 ４２０Ｂ…反射光学系 ４２２Ｂ…平行化レンズ ４２２Ｂａ…レンズ開口部 ４２４Ｂ…反射ミラー ４２４Ｂａ…ミラー開口部 ４２０Ｃ…反射光学系（球面鏡） ４２０Ｃａ…ミラー開口部 １２０…カラーホイール １２０ａｘ…回転軸 １３０…ロッドインテグレータ １４０…リレーレンズ（リレー光学系） １４０’…リレーレンズ（リレー光学系） ＤＭＤ…２００ ２００ａｘ…中心軸 ３００…投写レンズ（投写光学系） ３００ａｘ…中心軸

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸上の所定の位置で集束する集光光
   を射出する光源装置であって、 ランプと、該ランプから射出された光を反射するリフレ
   クタとを有し、前記所定の位置で集束する集光光を射出
   する光源部と、 前記光源部から射出された前記集光光のうち、中心部の
   光を通過させるとともに、周辺部の光を反射させること
   により、該周辺部の光をその入射方向に対して逆方向に
   戻す反射光学系と、を備える、 光源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光源装置であって、 前記反射光学系は、 前記光源部から射出された前記集光光のうち、前記周辺
   部の光を平行化するための平行化レンズと、 前記平行化レンズによって平行化された光を逆方向に反
   射する反射ミラーと、を備える、 光源装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光源装置であって、 前記平行化レンズは、前記周辺部の光に対応する入射面
   が凹面形状に形成され、射出面が平面形状に形成されて
   おり、 前記反射ミラーは、前記周辺部の光に対応する射出面の
   近傍に、該反射ミラーの反射面が前記中心軸に垂直とな
   るように配置されている、 光源装置。
4. 【請求項４】 前記平行化レンズの凹面は回転双曲面形
   状を有している請求項３記載の光源装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の光源装置であって、 前記平行化レンズは、前記周辺部の光に対応する射出面
   が凹面形状に形成され、 入射面が平面形状に形成されており、 前記反射ミラーは、前記周辺部の光に対応する射出面の
   近傍に、該反射ミラーの反射面が前記中心軸に垂直とな
   るように配置されている、 光源装置。
6. 【請求項６】 前記平行化レンズの凹面は回転楕円面形
   状を有している請求項５記載の光源装置。
7. 【請求項７】 前記リフレクタは、回転楕円面形状の反
   射面を有する楕円リフレクタである請求項１ないし請求
   項６のいずれかに記載の光源装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
   載の光源装置であって、 前記リフレクタは、回転放物面形状の反射面を有するパ
   ラボラリフレクタであり、 前記光源部は、さらに、前記リフレクタで反射された略
   平行な光を前記所定の位置で集束させるレンズを備え
   る、 光源装置。
9. 【請求項９】 所定の照明領域を照明する照明光学系で
   あって、 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の光源装置
   と、 前記所定の位置近傍に入射面を有し、前記光源装置から
   射出された光を均一化するためのロッドインテグレータ
   と、 前記ロッドインテグレータの射出面の像を前記所定の照
   明領域上で結像するためのリレー光学系と、を備える、 照明光学系。
10. 【請求項１０】 プロジェクタであって、 請求項９記載の照明光学系と、 前記所定の照明領域を有し、前記照明光学系からの光を
    画像情報に応じて変調し、画像を表す画像光を射出する
    電気光学装置と、 前記電気光学装置から射出される画像光の表す画像を投
    写する投写光学系と、を備える、 プロジェクタ。