JP2006106582A - レンズ及びその設計方法、照明装置、並びに画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光束の断面が円形の入射光を、照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された射出光に変換するレンズ80R,80G,80Bを備える。
【選択図】 図1
Description
また、ロッドレンズは、入射面から入射した射出光を内部において重畳反射することによって、射出光の強度分布を均一化するものである。このようなロッドレンズは、短い場合には、その内部において十分に入射光を重畳反射できず射出光の強度分布を十分に均一化することができないため、十分に長く形成される。
近年は、小型で軽量化されたプロジェクタ等の画像表示装置が求められているが、フライアイレンズやロッドレンズがプロジェクタ等の画像表示装置の小型軽量化を妨げているとう現状がある。
このため、このようなレンズをプロジェクタ等の画像表示装置に搭載した場合には、光束の断面が円形の入射光が、照明領域における光束の断面が矩形の射出光に変換されるため、光の利用効率の低下を防止することができる。また、このようなレンズをプロジェクタ等の画像表示装置に搭載した場合には、射出光の強度分布が均一化されるため、光変調素子に強度分布が均一な光が入射され、表示特性を向上させることができる。
そして、このようなレンズをプロジェクタ等の画像表示装置に搭載することによって、プロジェクタ等の画像表示装置に、複数枚のフライアイレンズや長いロッドレンズを搭載する必要がなくなるため、プロジェクタ等の画像表示装置を小型軽量化することが可能となる。
このように、入射光が平行光である場合には、レンズの所定箇所に対して複数の角度から光が入射しないため、レンズの設計が容易となる。
本発明のレンズによれば、光束の断面が円形の入射光が、照明領域において光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された射出光に変換される。このため、照明装置の光学素子として複数のフライアイレンズや長いロッドレンズを設置する必要がなくなり、小型軽量化された照明装置とすることができる。
本発明の照明装置は、本発明のレンズを備えている。このため、このような照明装置を備える本発明の画像表示装置によれば、上述のように、小型軽量化された画像表示装置とすることができる。
図1は、本実施形態のプロジェクタ(画像表示装置)の全体構成を示す概略図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタは3板式の液晶プロジェクタであり、色合成手段としてのダイクロイッククロスプリズム40の3つの光入射面40R,40G,40Bには、それぞれ光変調装置としての矩形状の液晶ライトバルブ30R,30G,30Bが対向して配置され、各液晶ライトバルブ30R,30G,30Bの背面側(クロスダイクロイックプリズム40と反対側)には、電流を供給されることによってそれぞれR(赤),G(緑),B(青)の色光を発光する発光チップを備える光源装置10R,10G,10Bが配置されている。
上述の光源装置10R,10G,10B及びコリメータレンズ70R,70G,70Bは、一般的に回転対称形であるため、光源装置10R,10G,10Bからの光源光の照明領域は、図2(a)に示すように、円形となる。このため、光源装置10R,10G,10Bからの光源光は、矩形変換レンズ80R,80G,80Bによって、図2(b)に示すように、照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された射出光に変換される。
なお、本実施形態において、本発明の照明装置は、光源装置10R,10G,10B及び矩形変換レンズ80R,80G,80B(光学素子)を備えて構成されている。そして、以下の説明においては、矩形変換レンズ80R,80G,80Bによって照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された光源光、すなわち、矩形変換レンズ80R,80G,80Bから射出される射出光を照明光と称する。また、この照明光が照明するものは、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bであるため、照明光の照明領域は、液晶ライトバルブ30R,30G,30B上となる。このため、本第1実施形態のプロジェクタにおいては、矩形変換レンズ80R,80G,80Bは、照明光の照明領域における光束の断面形状が、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bの形状と同形状の矩形となるように光源光を照明光に変換する。
ダイクロイッククロスプリズム40は、4つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面40a,40bには誘電体多層膜からなる光反射膜(図示略)が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面40aには、液晶ライトバルブ30Rで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ30G,30Bで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられ、貼り合わせ面40bには、液晶ライトバルブ30Bで形成された青色の画像光を反射し、それぞれ液晶ライトバルブ30R,30Gで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。そして、ダイクロイッククロスプリズム40の光出射面40Eに導光された各色の画像光は投射レンズ50によってスクリーン60上に投射されるようになっている。
ここで、上述のように、矩形変換レンズ80R,80G,80Bは、光束の断面が円形の入射光を、照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された照明光(射出光)に変換するものであるため、各光源光は、矩形変換レンズ80R,80G,80Bによって、照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された照明光に変換される。
また、上述のように、照明光の照明領域における光束の断面形状は、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bの形状と同形状の矩形とされている。したがって、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bの全面に強度が均一化された照明光が入射する。
このため、光の利用効率の低下を防止することができる。また、照明光の強度分布が均一化されるため、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bに強度分布が均一な光が入射され、表示特性を向上させることができる。
そして、このような矩形変換レンズ80R,80G,80Bをプロジェクタに搭載することによって、プロジェクタに、複数枚のフライアイレンズや長いロッドレンズを搭載する必要がなく簡素な構成となり、プロジェクタを小型軽量化することが可能となる。
具体的には、図4に示すように、光源光の円形照射領域の中央からrだけ離れた位置における強度分布Iinの近似式を下式(2)を用いて算出する。
レンズ80R,80G,80Bは、上述のように照明光の強度分布を均一化するものであるため、ここでは、Ioutは一定であると仮定する。
このことから、式(6)及び式(7)を用いることによって、下式(8)が得られる。
次に本発明の第2実施形態について図6を参照して説明する。なお、本第2実施形態の説明において上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
上記第1実施形態のプロジェクタは、光源装置10R,10G,10Bとして電流を供給されることによって発光する発光チップを備えるLED(Light Emitting Diode)光源装置を3つ用いた。これに対して、本第2実施形態のプロジェクタは、図6に示すように、単一の光源装置10のみを備えている。そして、本第2実施形態のプロジェクタにおいて、光源装置10は、高圧水銀ランプ等のランプ7とランプ7の光を反射するリフレクタ8とから構成されており、ランプ7から射出された白色光(光源光)をリフレクタ8で反射することによって平行光化して射出するものである。
したがって、本第2実施形態のプロジェクタにおいても、光の利用効率の低下を防止することができる。また、照明光の強度分布が均一化されるため、液晶ライトバルブ30R,30G,30Bに強度分布が均一な光が入射され、表示特性を向上させることができる。
そして、このような矩形変換レンズ80をプロジェクタに搭載することによって、プロジェクタに、複数枚のフライアイレンズや長いロッドレンズを搭載する必要がなく簡素な構成となり、プロジェクタを小型軽量化することが可能となる。
Claims (6)
- 光束の断面が円形の入射光を、照明領域における光束の断面が矩形でかつ照明領域における強度分布が均一化された射出光に変換することを特徴とするレンズ。
- 前記入射光は、平行光であることを特徴とする請求項1記載のレンズ。
- 光源装置からの入射光を光学変換して射出光として射出する光学素子を備える照明装置であって、
前記光学素子として、請求項1〜3いずれかに記載のレンズを用いることを特徴とする照明装置。 - 請求項4記載の照明装置を備えることを特徴とする画像表示装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10067314B2 (en) | 2016-01-21 | 2018-09-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Lens system and camera system including the lens system |
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2004
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