JP2004219500A

JP2004219500A - プロジェクタ装置

Info

Publication number: JP2004219500A
Application number: JP2003003850A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tanitsu; 雅彦谷津; Futoshi Yamazaki; 太志山崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】本発明の目的は、リフレクタの高効率化を達成したプロジェクタ装置を提供することにある。
【解決手段】リフレクタを光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の切片リフレクタの集合体として構成し、光軸上の所定の点光源からの光線がリフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、光軸から遠い切片リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、光軸に近い切片リフレクタで反射した光線の方が、リフレクタから離れた位置となるように、切片リフレクタを傾けて構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置に関する。この液晶プロジェクタ装置は、前面投射のいわゆる液晶プロジェクタや、投射型テレビといった分野に広く利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。
【０００３】
業務用途の液晶プロジェクタとしては、０．９インチ液晶パネルで明るさ２０００ルーメンを越える製品も商品化されてきているが、小型・低コストの観点から更に小さな液晶パネルの使用が望まれている。このとき、液晶パネルの小型化に伴い、基本的に明るさが低下するので、より高効率な照明光学系の実用化が望まれている。
【０００４】
一方、家庭用の投射型テレビとしては、業務用の液晶プロジェクタに比べて、より忠実な色再現性、高いコントラスト性能及び素早い動画表示性能が求められている。色度性能を改善する一般的な方法は、赤・緑・青の各３原色の境の波長の光をカットすることであり、明るさが大きく劣化する。従って、この場合でも、より高効率な照明光学系の実用化が望まれている。
【０００５】
従来より、光の利用効率を向上させるため、楕円リフレクタが使用されている。楕円リフレクタを用いた液晶プロジェクタにおいては、楕円リフレクタの第１焦点位置に配置された光源から出射した光線は、リフレクタで反射し、リフレクタの第２焦点位置に集光する。しかし、これが厳密に成立するのは、リフレクタの第１焦点位置に点光源を配置した場合だけである。実際には、光源は点光源とみなせない程のある広がり（大きさ）を有しており、光源から出射した光線は、リフレクタの第２焦点位置近傍に集光する。
【０００６】
尚、リフレクタ自体の改善方法ではないが、下記特許文献１においては、楕円リフレクタにおいて、光源光軸近傍を通過する光路を有する光線を光源光軸に対して略平行光に補正するための凹状の補正面を楕円リフレクタと第２焦点との間に配置する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２４４１９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、楕円リフレクタの第１焦点位置に配置した光源から出射した光線が第２焦点位置に集光するのは、光源が点光源と見なせる場合である。実際には、光源は僅かに離間した２つの輝点を有しており、広がりを持っているため、前記特許文献１の図８で示されているように、第１焦点Ｆ１の左右の２つの輝点６１０ｂ，６１０ｃから出射された光線は、そのそれぞれの集光位置Ｆｂ，Ｆｃに集光し、第２焦点Ｆ２を中心に広がりを持つ光源像６１４が形成される。
【０００９】
一対のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系を用いる場合、楕円リフレクタからの収束反射光線を光軸に略平行な光源とするため、前記特許文献１の図７で示されているような平行化レンズ６４０が使用される。しかし、光源が点光源と見なせない場合は、前記特許文献１の図１０で示されているように、例えば光軸近傍を通過する光線６１１を平行化レンズ６４０で平行化できない。そこで、前記特許文献１では、光源光軸近傍を通過する光路を有する光線を光源光軸に対して略平行光に補正するための凹状の補正面を楕円リフレクタと第２焦点との間に配置する方法が開示されている。前記特許文献１の図１において、光源の輝点２０ｂから出射し、楕円リフレクタ３０の底部で反射した反射光線１１は補正レンズ５０によって光源光軸と略平行とされている。
【００１０】
しかし、輝点２０ｂからは物理的な遮蔽がなければ３６０度方向に光線が出射するので、例えば楕円リフレクタ３０の最大開口径部近傍でも反射される。この場合、最大開口径部近傍からの反射光線は光源光軸に対して傾きが大きくなる（光線１３よりさらに大きい）ので、補正レンズ５０を通過せず、直接平行化レンズ６０に入射し、光源光軸に対して平行化できない。
【００１１】
また、前記特許文献１では、レンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系について考慮されているが、例えばロッドレンズなどの所謂カレイドスコープ（万華鏡）を用いたロッドインテグレータ照明光学系について考慮されていない。
【００１２】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、リフレクタの高効率化を達成したプロジェクタ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、白色光を照射する光源と、前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とするリフレクタと、前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の切片リフレクタの集合体として構成され、前記光軸上の所定の点光源からの光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い切片リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い切片リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記切片リフレクタを傾けて構成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図４と、図１２から図１４を用いて本発明の高効率リフレクタの実施の形態について説明する。また、図５から図１１、表１から表３を用いて具体的な高効率化の根拠について説明する。なお、各図において、共通な部分には同一符号を付し、一度説明したものについては、繰り返して説明せず、その説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明のリフレクタの作用を表している。図１において、１は光源、２はリフレクタである。一般的に、楕円リフレクタの場合は、第１焦点位置に配置した光源１から出射した光線は光源が点光源ならば楕円リフレクタ２で反射し第２焦点位置に集光する。しかし、実際には、光源１が点光源と見なせないので、詳細は後述するが、これに対応するため、本発明のリフレクタ２では、リフレクタ２の第１焦点位置から出射した光線がリフレクタ２で反射し光軸１４と交わる位置が、光軸１４から遠いリフレクタ２の部分で反射した光線２０３が光軸１４と交わる位置より、光軸１４に近いリフレクタ２の部分で反射した光線２０１の方が、リフレクタ２から離れた位置となるようにリフレクタ２の形状を規定するのを特徴としている。
【００１６】
この基本となる考え方は、以下の３つのステップから成る。
【００１７】
▲１▼先ず、リフレクタを光軸からの距離で複数の切片に分割し、リフレクタを各切片リフレクタの集合体として定義する。
【００１８】
▲２▼次に、楕円リフレクタの第１焦点位置にある大きさを持った光源モデルを配置し、楕円リフレクタの第２焦点位置近傍で受光器を光軸上移動させながら、受光器に照射される光線本数が最大となる受光器の位置（ΔＺ）を求める。
【００１９】
▲３▼最後に、受光器の位置（ΔＺ）を逆補正することによって、全ての切片リフレクタで反射する光束の集光位置を光軸上で同一の位置とする。
【００２０】
この内容について、以下説明する。
【００２１】
図２は、楕円リフレクタ２の第１焦点位置にある大きさを持った光源１に対応した光源モデルを配置した様態で、楕円リフレクタ２を複数の切片に分割し、各リフレクタ２の切片２１による光束の集光状態の模式図を表している。このとき、受光器３で受ける光線本数を受光器３の位置を光軸上で移動させて計算比較した。
【００２２】
尚、楕円リフレクタ２の切片の分割方法について、図３を用いて捕捉説明する。図３では、楕円リフレクタ２上に初期の点Ｐ１を定め、その点Ｐ１からの直線距離ΔＬが一定となる点をＰ２と定め、次に、点Ｐ２から同じ直線距離ΔＬの点を点Ｐ３と、曲線距離ΔＬが一定となる点Ｐｉを順次求めることで、楕円リフレクタ２の分割を行った。この理由は、より細かく分割することで、本発明の目的である高効率化の効果が大きいこと、しかし、リフレクタの切片の大きさが小さくなり過ぎると、小さいリフレクタの切片の加工が困難になる。そこで、リフレクタの切片の大きさをそろえるために、図３の分割方法を採用した。
【００２３】
リフレクタとしては、基準の形状を楕円として、第１焦点距離をｆ１＝１６ｍｍ、第２焦点距離をｆ２＝１３７ｍｍ、リフレクタ反射面の有効範囲を、半径表示で８．３ｍｍ（楕円リフレクタ２の底部開口部穴径）から３８．５ｍｍとした。この楕円リフレクタ２の面上で、直線距離ΔＬが１ｍｍ±０．０００５ｍｍの点Ｐｉを順次求めた。以下、点列Ｐｉを表１に示すが、座標系は、図２に示したように、光軸１４をＺ軸、光軸からの垂直方向をＲ軸とし、基準とした楕円リフレクタ２の頂点（光軸との交点）を原点としたときの、座標表示である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
次に、点Ｐ１と点Ｐ２の範囲のリフレクタの切片Ｂ１で、受光器３の位置を第２焦点位置を基準にΔＺ＝−２０ｍｍからΔＺ＝１ｍｍまで１ｍｍ刻みに移動させて光線本数を計算した。以下、同様に、点Ｐ２から点Ｐ３の範囲のリフレクタの切片Ｂ２、と順次、点Ｐ４６から点Ｐ４７の範囲のリフレクタの切片Ｂ４６まで各２２回づつの計算を行った。
【００２６】
以下、計算結果を図５から図１１と、表２から表４を用いて説明する。
【００２７】
図５において、光源１の大きさはアーク長（発光部の大きさに相当）１．４ｍｍ、受光器３の大きさは４×３ｍｍである。尚、図５の縦軸は光線本数である。例えば、第１の切片（Ｒ＝８．３００〜９．２５４）ではΔＺ＝−１９ｍｍで光線本数が最大となり、第２０の切片（Ｒ＝２４．２９２〜２４．９９５）ではΔＺ＝−８ｍｍで光線本数が最大となり、第４６の切片（Ｒ＝３８．４０４〜３８．７９１）ではΔＺ＝０ｍｍで光線本数が最大となった。
【００２８】
表２は、楕円リフレクタ２の各切片での光線本数の最大値を、第２焦点位置に受光器３を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【００２９】
【表２】

【００３０】
例えば、第１の切片（Ｒ＝８．３００〜９．２５４）では１．３６倍、第２０の切片（Ｒ＝２４．２９２〜２４．９９５）では１．１５倍、そして、第４６の切片（Ｒ＝３８．４０４〜３８．７９１）では１．００倍となった。各切片ごとの光線本数の最大値の和を、分割していないリフレクタの場合での光線本数で割った値は、１．１０倍となった。即ち、各切片毎の最大となる光線本数を同じ受光面３上に集光させることができれば、この場合で約１０％の効率改善が期待できる。
【００３１】
尚、分割していない楕円リフレクタの場合も同様に、受光器３を光軸上で移動させて、光線本数の最大値を求めたところ、ΔＺ＝−１ｍｍで最大値が得られた。改めて、この値を分母にとった場合でも、１．０９倍の値となった。この場合でも、約９％の改善効果が期待できる。
【００３２】
受光器３の大きさの違いによる期待される改善効果の関係を把握するために、受光器３の大きさを更に、２種類追加し、同様の計算を行った。図６は受光器３の大きさを５×３．７５ｍｍと大きくし同様の計算をした結果であり、対応する受光器サイズの表２の非分割の場合から約６％（ΔＺ＝−１ｍｍで約５％）の改善効果が期待できる。図７は受光器３の大きさを６×４．５ｍｍと大きくし同様の計算をした結果であり、対応する受光器サイズの表２の非分割の場合から約４％（ΔＺ＝−１ｍｍで約３％）の改善効果が期待できる。受光器３が大きくなると、第２焦点位置でも大部分の光線が受光器３に入射するようになってくるので、本発明による改善効果は小さくなってくる。しかし、実際の照明光学系において、受光器３は例えば、ロッドレンズのようなインレグレータに相当するので、受光器３が大きいとは、ロッドレンズが大きいことであり、照明光学系の大型化が必要となる。仮に、照明光学系を大型化できたとしても、ロッドレンズの出射面の光量分布を、液晶パネルに代表されるライトバルブ面上に写像させる必要があり、ロッドレンズが大きいとその写像倍率が小さくなるので、ライトバルブに入射する光束のＦ値が小さくなり、後続の投射レンズで捕捉することが困難になってくる。
【００３３】
次に、図５の設計パラメータを基準パラメータとして、今度はリフレクタの大きさを更に、２種類追加し、同様の計算を行った。図８はリフレクタ２の大きさを０．７５倍し同様の計算をした結果であり、表３は、この場合に対応する、楕円リフレクタ２の各切片での光線本数の最大値を、第２焦点位置に受光器３を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【００３４】
【表３】

【００３５】
表３から明らかなように、約１２％（ΔＺ＝−２ｍｍで約１１％）の改善効果が期待できる。図９はリフレクタ２の大きさを０．５倍し同様の計算をした結果であり、表３から約１７％（ΔＺ＝−２ｍｍで約１３％）の改善効果が期待できる。分割の基準となる点Ｐ列には、図５での値を０．７５倍した値を使用した。
本来、リフレクタ底部の穴径は、光源が入っている管球を通すためのもので、あり、比例では小さくできないのだが、リフレクタ２の大きさによる全体傾向を把握することと、おおよその改善効果を知るために、比例処理を行った。
【００３６】
更に、図５の設計パラメータを基準パラメータとして、今度は光源１の大きさを更に、２種類追加し、同様の計算を行った。図１０は光源１の大きさを１．１倍し同様の計算をした結果であり、表４は、この場合に対応する、楕円リフレクタ２の各切片での光線本数の最大値を、第２焦点位置に受光器３を配置したときの光線本数で割った値を示した表である。
【００３７】
【表４】

【００３８】
表４から明らかなように、約１３％（ΔＺ＝−２ｍｍで約１１％）の改善効果が期待できる。図１１は光源１の大きさを０．９倍し同様の計算をした結果であり、表４から約７％（ΔＺ＝−２ｍｍで約７％）の改善効果が期待できる。やはり、光源１についても、交流方式か直流方式か、或いは、高圧方式かそうでないか等々で、ある一定のアーク長でも実際の光源１の輝度分布は異なってくるが、光源１の大きさによる全体傾向を把握することと、おおよその改善効果を知るために、比例処理を行った。
【００３９】
次に、表２から表４で求めた改善効果を実現するための手法について、図４を用いて説明する。
【００４０】
図４は、リフレクタ２の切片２１修正前と修正後を、光軸を挟んで図の上下に表した図である。図４の光軸１４から上側がリフレクタ２の切片２１の修正前であり、リフレクタ２の第１焦点位置から出射しリフレクタ２で反射した光線は、リフレクタ２の近軸像位置である第２焦点位置Ｆ２の受光器３に集光する。これに対して、光源１は点光源ではないので、図５から図１１と表２から表４で説明したように、リフレクタ２で光軸に近い部分で反射した場合は、第２焦点位置Ｆ２よりリフレクタ２に近い側に寄った集光位置ＦＡの受光器３に集光する。そこで、第１焦点位置から出射しリフレクタで反射した光線が第２焦点位置Ｆ２よりも、予め、リフレクタ２から遠い側にずれた位置ＦＢに集光（近軸像が結像）するよう設定することによって、点光源でない光源１から出射した光束が、第２焦点位置Ｆ２で受光器３に一番良く集光させることができる。
【００４１】
リフレクタ２のこの修正方法は、大きく分けて２種類の方法がある。先ず、第１の方法の実施形態について述べる。
【００４２】
図１２は、第１の方法の説明図である。各切片を代表する座標としては、例えば、点Ｐｉと点Ｐｉ＋１で定義できる線分の中点を点Ｑｉとして定義する。
【００４３】
第１焦点位置（Ｆ１）から出射した光線がリフレクタ２上の点Ｑｉで反射し、第２焦点位置（Ｆ２）で集光する場合、その光線の傾きは、点ＱｉのＲ座標を、ｆ２から点ＱｉのＺ座標を引いた値で割り、逆正接を取ることで求まる。同様に、ΔＺデフォーカスへの光線の傾きは、分母からΔＺ引いた値で同様の計算をして求まる。従って、図１２のΔθは、求めた２つの角度の差を計算することで求まる。
【００４４】
ここで、リフレクタ２の切片では、反射なので、半分の値Δθ／２分、切片を傾ければ良いことが分かる。
【００４５】
また、点Ｑｉの元々の傾き自体は、楕円の式を微分すれば求まるので、求めた角度をΔθ／２分、逆補正すればよい。点Ｑｉでの傾き（正接と角度）とΔＺとΔθ／２と、逆補正後の正接を表５に示す。
【００４６】
【表５】

【００４７】
もとの基準とした楕円リフレクタの各切片を所定量、それぞれ傾けても良いが、リフレクタ２を十分均等に小さく分割していれば、各切片はＲＺ断面図で直線に近似できるので、その近似した直線を所定量、傾ければ良い。尚、立体的には、光軸に対して回転対称な形状なので、補正後の各切片は、それぞれ円推面の一部となる。
【００４８】
補正後の各円錐面を連続して繋ぐために、隣り合った円錐面どうしの交点（点Ｓ）を求めた。点Ｓ列を表６に示す。尚、Ｓ１は直線Ｒ＝８．３との交点で、Ｓ４７は直線Ｒ＝３８．５との交点で求めた。
【００４９】
【表６】

【００５０】
次に、図１３を用いて、本発明の高効率リフレクタを、ロッドインテグレータを用いた照明光学系に適用した構成について説明する。図１３で、１は光源、２はリフレクタ、４はロッドイングレータとしてロッドレンズを用いた光導波路、１５は１／４波長板、５は平板状のＰ偏光光もしくはＳ偏光光のどちらか一方を透過し他方を反射させる機能を有する反射型偏光板、６は写像レンズ、７はダイクロミラー、８は全反射のミラー、９はフィールドレンズ、１０はリレーレンズ、１１はライトバルブとしてのパネル、１２はクロスプリズム、１３は投射レンズである。光源１から出射した光束は、本発明の光高率なリフレクタ２によりロッドインテグレータ４の入射面に集光し、ロッドインテグレータ４によって一様性を改善される。そして、ロッドインテグレータ４の出射面からの出射光は、後述する１／４波長板１５と反射型偏光板５の作用により所定の偏光方向に揃えられる。一様性が改善されたインテグレータ４の出射側の光量分布は、写像レンズ６によってパネル１１上に写像される。また、パネル直前のフィールドレンズ９は、パネル１１へ入射する光線をテレセントリックとするためのものである。さらに、パネル１１の途中の光路に配置したダイクロミラー７によって白色光は赤色と緑色と青色に分離される。ミラー８によって光路を折り曲げ、光路の長い１色の光路に関しては、リレーレンズ１０を介して、全体として、赤色と緑色と青色の光束は、それぞれ赤用のパネル１１と緑用のパネル１１と青用のパネル１１に照射される。
【００５１】
１／４波長板１５と反射型偏向板５の偏光変換作用について、図１５を用いて以下説明する。図１５は１／４波長板１５と反射型偏向板５の偏光変換作用を説明する図で、（ａ）図は構成を、（ｂ）図はロッドインテグレータ４の一入出射面形状を示す。図１５において、ロッドインテグレータ４は入射面３１に入射面より小さい面積の入射開口部３２が設けられており、該入射開口部３２以外の入射面に反射鏡３３が設けられている。かつ、出射面３４に出射面より小さい面積の出射開口部３５と該出射開口部３５以外の出射面に反射鏡３６が設けられている。また、ロッドインテグレータ４の出射面３４に１／４波長板１５と反射型偏光板５が順に設けられている。本構成においては、入射開口部３２に入射した光束のうち、出射開口部３５以外の反射鏡３６に入射した光束は反射されて入射開口部３２側に戻る。入射開口部３２側に戻ってきた光束のうち、入射開口部３２から漏れていかない光束は反射鏡３３で捕捉されて、出射開口部３５側に折り返される。このような作用が繰り返されて、結局、出射開口部３５を通過する。出射開口部３５を通過した光束は特定の偏向方向の光束のみ反射型偏向板５を透過し、偏向方向が異なる光束は反射される。この反射光のうち入射開口部３２から漏れていかない光束は入射面３１の反射鏡３３で折り返され、再び戻り、反射型偏光板５に入射する。この時、戻ってきた光束は往復で１／４波長板１５を２回通過していることになるので、位相が１／２波長ずれ、偏向方向が所定偏光方向となり、今度は、反射型偏向板５の部分を通過する。このようにして、所定偏光方向に揃えられる。
【００５２】
尚、１／４波長板１５としてはフィルム波長板，水晶板，蒸着膜による波長板などが利用可能であるが、耐熱性の観点から水晶や蒸着膜の方が信頼性や性能が高い。反射型偏光板５としては、金属，無機物もしくはガラス材のワイヤーグリッド型偏光板が適切である。これらを用いれば、反射効率も高くなり、光効率向上が望める。また、偏向方向が問題とならない、ミラー反射のライトバルブ素子との組み合わせにおいては、偏向変換素子（１／４波長板１５と反射型偏光板５）は不要となる。
【００５３】
本発明によれば、リフレクタ２で反射された広がりを有する光源１からの光束は、特開２００２−２４４１９９号公報や特開２００１−１１０２１７号公報で指摘されているような光源像の広がりがなく、インテグレータ４の入射開口面に集光するので、インテグレータ４への入射効率が従来に比べ向上し、高効率なリフレクタを実現することが可能となる。
【００５４】
図１３では、本発明の高効率リフレクタを、ロッドインテグレータを用いた照明光学系に適用したが、一対のレンズアレイを用いたレンズアレイ方式のインテグレータ照明光学系に適用してもよいことは明らかである。特開２００２−２４４１９９号公報の図１０において、リフレクタ６２０を本発明によるリフレクタ２に置き換えれば、広がりを有する光源からの反射光線は、光線６１１のような光線を生じることなく、第２焦点位置Ｆ２に集光するように向かうので、平行化レンズ６４０により光源光軸６００ａＸに略平行とすることができる。
【００５５】
次に、図１４を用いて、本発明の第２の方法の実施の形態について説明する。
【００５６】
図１４は本発明の第２の方法の実施の形態による高効率リフレクタを示す説明図である。図１４において、第２の実施形態のリフレクタ１０２は、第１焦点距離ｆ１＝１６ｍｍ、第２焦点距離ｆ２＝１３７ｍｍ、リフレクタ反射面の有効範囲８．３ｍｍから３８．５ｍｍ（半径表示）の楕円リフレクタを、反射面がφ４０ｍｍからφ７７ｍｍである光軸から離れた側の楕円リフレクタ１０２Ｂはそのままの形状とし、反射面がφ１６．６ｍｍからφ４０ｍｍである光軸に近い側の楕円リフレクタを第１焦点距離ｆ１＝１６ｍｍ、第２焦点距離ｆ２＝１５３ｍｍの楕円リフレクタ１０２Ａで構成したものである。第１焦点距離から出射した光線のうち、光軸から離れた楕円リフレクタ１０２Ｂで反射した光線はリフレクタ頂点（光軸との交点）から１３７ｍｍの第２焦点位置Ｆ２Ｂで集光し、光軸から近い楕円リフレクタ１０２Ａで反射した光線はリフレクタ頂点から１５３ｍｍの第２焦点位置Ｆ２Ａで集光している。このとき、図４で示したように、点光源とは異なるある大きさをもった光源モデルの場合では、光軸に近い楕円リフレクタ１０２Ａの光量最大となる位置が第２焦点位置Ｆ２Ａからリフレクタ側に寄るので、楕円リフレクタ１０２Ａの光量最大となる位置を光軸から離れた楕円リフレクタ１０２Ｂの第２焦点位置Ｆ２Ｂの近傍に一致させることができる。
【００５７】
また、以上のように、本発明によれば、リフレクタの径が大きい部分の修正を実施していないので、楕円リフレクタからロッドレンズへ入射する最大角度が一定のままである。この意味について以下、説明する。
【００５８】
楕円リフレクタの第２焦点距離と第１焦点距離の比で定義できる楕円リフレクタの倍率を小さくすれば、光源の楕円リフレクタによる像の大きさを小さくできるので、ロッドレンズへの入射効率は向上する。しかしながら、このとき、ロッドレンズへ入射する光束の最大角度が大きくなる。即ち、ロッドレンズへ入射する光束のＦ値が小さくなる。この結果、後続の投射レンズでの光束の補足率が劣化する。
【００５９】
従って、本発明では照明光学系のＦ値を変更することなく、高効率なリフレクタを実現しており、照明光学系全体としての光線通過率の改善を実現している。また、本文中で説明したロッドレンズタイプのインテグレータとしては、ロッドレンズに限らず内側に鏡面を有する四角柱、或いは、四角錐の一部でも本発明が成立することは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、リフレクタを光軸からの距離で分割し、点光源とは異なる大きさを持った光源による集光位置を、リフレクタの各切片で一致させた高効率リフレクタおよび、及び、それを用いた投射方プロジェクタ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における高効率リフレクタの光線図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるリフレクタの各切片での反射光量が最大となる光軸上の位置の求める方を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるリフレクタの分割の方法を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１のリフレクタの各切片の補正の考え方の説明図である。
【図５】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図６】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図７】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図８】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図９】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図１０】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図１１】リフレクタの各切片による反射光量の受光器の位置による変化を示す説明図である。
【図１２】リフレクタの各切片による反射角度の補正の方法の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による高効率リフレクタを用いた照明光学系の構成を示す説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による高効率リフレクタを示す説明図である。
【図１５】１／４波長板１４と反射型偏向板５の偏光変換作用を説明する図である。
【符号の説明】
１…光源、２…リフレクタ、３…受光器、４…ロッドインテグレータ、５…反射型偏光板、６…写像レンズ、７…ダイクロミラー、８…ミラー、９…フィールドレンズ、１０…リレーレンズ、１１…パネル、１２…クロスプリズムル、１３…投射レンズ、１４…光軸、１５…１／４波長板、３１…入射面、３２…入射開口部、３３…反射鏡、３４…出射面、３５…出射開口部、３６…反射鏡、１０２…リフレクタ。

Claims

白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とするリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の切片リフレクタの集合体として構成され、
前記光軸上の所定の点光源からの光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い切片リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い切片リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記切片リフレクタを傾けて構成することを特徴とするプロジェクタ装置。
白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とする楕円面を基本形状としたリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の円錐リフレクタの集合体として構成され、
前記楕円面の第１焦点位置から出射した光線が前記リフレクタで反射し前記光軸と交わる位置が、前記光軸から遠い円錐リフレクタで反射した光線が前記光軸と交わる位置より、前記光軸に近い円錐リフレクタで反射した光線の方が、前記リフレクタから離れた位置となるように、前記円錐リフレクタの傾きを定めて構成するプロジェクタ装置。
白色光を照射する光源と、
前記光源から出射した光束を反射し、光軸方向に向かう収束光束とする楕円面を基本形状としたリフレクタと、
前記リフレクタで集光された光束を入射し、光束を均一化する光導波路と、
前記光導波路により均一化された光束を入射するライトバルブと、
前記ライトバルブ上に形成された光学像を投射する投射レンズとを有し、
前記リフレクタは、前記光軸からの距離に基づいて複数の切片に分割した複数の楕円リフレクタの集合体として構成され、
前記光軸に近い側の楕円リフレクタの第２焦点距離が、前記光軸から遠い側の楕円リフレクタの第２焦点距離よりも大きいことを特徴とするプロジェクタ装置。
前記光導波路は、入射面に該入射面より小さい面積の入射開口部と、該入射開口部以外の該入射面に反射鏡を設け、出射面に該出射面より小さい面積の出射開口部と該出射開口部以外の該出射面に反射鏡を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のプロジェクタ装置。
前記光導波路は、前記出射面に１／４波長板と偏光板とをこの順に設けたことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ装置。