JP2007200643A - 照明装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能な構造を有する照明装置を提供する。
【解決手段】照明光束を射出する光源装置110Aと、光源装置110Aからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122Aが形成された第1レンズアレイ120Aと、第1レンズアレイ120Aの複数の第1小レンズ122Aに対応して配置され、それぞれが偏心した第2小レンズ132Aが形成された第2レンズアレイ130Aと、第2レンズアレイ130Aからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ150とを有する照明装置100。第2レンズアレイ130Aの光入射面及び光射出面のうち第2小レンズ132Aが形成されていない面には凸面134Aが形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】照明光束を射出する光源装置110Aと、光源装置110Aからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122Aが形成された第1レンズアレイ120Aと、第1レンズアレイ120Aの複数の第1小レンズ122Aに対応して配置され、それぞれが偏心した第2小レンズ132Aが形成された第2レンズアレイ130Aと、第2レンズアレイ130Aからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ150とを有する照明装置100。第2レンズアレイ130Aの光入射面及び光射出面のうち第2小レンズ132Aが形成されていない面には凸面134Aが形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、照明装置及びプロジェクタに関する。
従来、光均一化光学系としての第1レンズアレイ、第2レンズアレイ及び重畳レンズを有し、第1レンズアレイにおける第1小レンズ及び第2レンズアレイにおける第2小レンズがともに偏心している(第1レンズアレイにおける少なくとも1つの第1小レンズは照明光軸に対して外方に向けて偏心し、第2レンズアレイにおける第2小レンズは照明光軸に対して略平行又は内方に向けて偏心している。)プロジェクタが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
従来のプロジェクタによれば、光源装置から射出される面内光強度分布の比較的不均一な光は、光均一化光学系としての第1レンズアレイ、第2レンズアレイ及び重畳レンズの働きによって面内光強度分布の比較的均一な光に変換されることとなるため、そのような面内光強度分布が比較的均一な光によって、照明対象である電気光学変調装置における画像形成領域を照射することができる。
また、従来のプロジェクタによれば、第1レンズアレイにおける少なくとも1つの第1小レンズは照明光軸に対して外方に向けて偏心しているため、第2レンズアレイにおける各第2小レンズの大きさを大きくすることが可能となり、第1レンズアレイを通過した光のうち各第2小レンズに入射する光の割合を増加することが可能となる。その結果、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。
しかしながら、従来のプロジェクタにおいては、偏心している各第2小レンズ間の境界部において比較的大きな段差が存在するため、例えばプレス法によって第2レンズアレイを製造する場合には、型離れが悪くなり、その結果、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまい、高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが困難となるという問題がある。このようになると、電気光学変調装置の画像形成領域に正しく照明光束を重畳することが困難となる。
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能な構造を有する照明装置及びこのような照明装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。
本発明の照明装置は、照明光束を射出する光源装置と、前記光源装置からの前記照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズが形成された第1レンズアレイと、前記第1レンズアレイの前記複数の第1小レンズに対応して配置され、それぞれが偏心した第2小レンズが形成された第2レンズアレイと、前記第2レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置において、前記第2レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち前記第2小レンズが形成されていない面は凸面からなることを特徴とする。
このため、本発明の照明装置によれば、第2レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち第2小レンズが形成されていない面は凸面からなるため、各第2小レンズの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、第2小レンズの曲率が小さいので、偏心レンズである各第2小レンズ間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第2レンズアレイを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能になる。
なお、本発明の照明装置は、第2小レンズが第2レンズアレイの光射出面に形成され、凸面が第2レンズアレイの光入射面に形成されている照明装置であってもよいし、第2小レンズが第2レンズアレイの光入射面に形成され、凸面が第2レンズアレイの光射出面に形成されている照明装置であってもよい。いずれの場合であっても、第2レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能になる。
本発明の照明装置においては、前記第2小レンズの光軸は、当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上にあることが好ましい。
このように構成することにより、各第2小レンズ間の段差を小さなレベルに維持することが可能になるため、所定の型離れ性を得ることが可能になる。
この場合、所定の型離れ性を得ることが可能になれば本発明の目的が達成できるため、凸面の曲率をそれほど大きくする必要もなくなる。
この場合、所定の型離れ性を得ることが可能になれば本発明の目的が達成できるため、凸面の曲率をそれほど大きくする必要もなくなる。
また、上記のように構成することにより、各第2小レンズ内に必ずレンズ頂点(光軸)が存在するようになるため、例えば触針式レンズ検査器によって第2レンズアレイの検査を行う場合に、各第2小レンズの中心と第2小レンズの光軸とのずれ量(偏心量)の高精度な測定を容易に行うことが可能になる。
本発明の照明装置においては、前記凸面は、球面、シリンドリカル面及びトーリック面のいずれかであることが好ましい。
凸面を球面とした場合には、高精度の凸面を容易に形成することが可能になる。
凸面をシリンドリカル面とした場合には、凸面における曲率を設けない方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズの光軸の位置を当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上に設定することが可能となる。
凸面をトーリック面とした場合には、凸面における曲率が小さい方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズの光軸の位置を当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上に設定することが容易となる。
凸面をシリンドリカル面とした場合には、凸面における曲率を設けない方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズの光軸の位置を当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上に設定することが可能となる。
凸面をトーリック面とした場合には、凸面における曲率が小さい方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズの光軸の位置を当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上に設定することが容易となる。
本発明の照明装置においては、前記第2レンズアレイは、前記第2小レンズ及び前記凸面が形成された1つの光学部材からなることが好ましい。
このように構成することにより、部品点数及び接続部分を少なくして信頼性の高い照明装置を構成することが可能になる。
本発明の照明装置においては、前記第2レンズアレイは、前記第2小レンズが形成された光学部材と前記凸面が形成された他の光学部材とが接着により一体化された構造を有することも好ましい。
このように構成することにより、製造工程を単純化して低コストの照明装置を構成することが可能になる。
本発明の照明装置においては、前記光源装置は、照明光軸に対して略平行な光を射出する光源装置であり、前記複数の第1小レンズは、前記光源装置からの光を照明光軸を中心軸とする発散光とするように偏心しており、前記複数の第2小レンズは、前記凸面とともに前記第1レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることが好ましい。
このように構成することにより、第2レンズアレイにおける各第2小レンズの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第1レンズアレイを通過した光のうち各第2小レンズに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。
本発明の照明装置においては、前記光源装置は、照明光軸を中心軸とする発散光を射出する光源装置であり、前記複数の第2小レンズは、前記凸面とともに前記第1レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることも好ましい。
このように構成することによっても、第2レンズアレイにおける各第2小レンズの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第1レンズアレイを通過した光のうち各第2小レンズに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。
本発明の照明装置においては、前記第2レンズアレイにおける各第2小レンズは、各第2小レンズ毎に偏心量が独立に調整されていてもよいし、各第2小レンズ毎に焦点距離が独立に調整されていてもよい。いずれの場合であっても、第2レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能になる。
本発明の照明装置においては、前記第2レンズアレイは、各第2小レンズ間の境界部における段差を軽減するように各第2小レンズの厚みが調整されていることが好ましい。
このように構成することにより、プレス法によって第2レンズアレイを製造する場合において、型離れ性がより一層改善されるため、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまうということをさらに抑制することが可能になり、第2レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが容易になる。
なお、この明細書において「第2小レンズの厚み」とは、第2小レンズの光入射面と光射出面との最大距離を意味している。
本発明のプロジェクタは、本発明の照明装置と、前記照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、前記電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えることを特徴とする。
このため、本発明のプロジェクタによれば、上記のように第2レンズアレイとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが容易な構造を有する照明装置を備える優れたプロジェクタとなる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点は、前記第1レンズアレイの各第1小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置することが好ましい。
このように構成することにより、画像形成領域と第1小レンズにおけるレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第1小レンズのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、投写面に投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。
本発明のプロジェクタにおいては、前記共役点は、空気中に位置することが好ましい。
このように構成することにより、画像形成領域の共役点は、空気中に位置する、すなわち第1レンズアレイ内(第1レンズアレイの光学媒体内)に存在しないため、第1レンズアレイ内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域上に結像されるのを抑制することができる。その結果、投写面に投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。
以下、本発明の照明装置及びプロジェクタについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000を説明するために示す図である。図1(a)はプロジェクタ1000の光学系を示す図であり、図1(b)は照明装置100の要部を上から見た図であり、図1(c)は照明装置100の要部を横から見た図である。図2は、第2レンズアレイ130の正面図である。なお、図2において、符号pは、各第2小レンズ132Aの光軸の位置を示している。図3は、実施形態1に係るプロジェクタ1000を説明するために示す図である。
図1は、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000を説明するために示す図である。図1(a)はプロジェクタ1000の光学系を示す図であり、図1(b)は照明装置100の要部を上から見た図であり、図1(c)は照明装置100の要部を横から見た図である。図2は、第2レンズアレイ130の正面図である。なお、図2において、符号pは、各第2小レンズ132Aの光軸の位置を示している。図3は、実施形態1に係るプロジェクタ1000を説明するために示す図である。
なお、以下の説明においては、互いに直交する3つの方向をそれぞれz軸方向(図1(a)における照明光軸100ax方向)、x軸方向(図1(a)における紙面に平行かつz軸に直交する方向)及びy軸方向(図1(a)における紙面に垂直かつz軸に直交する方向)とする。
実施形態1に係るプロジェクタ1000は、図1(a)に示すように、照明光束を射出する照明装置100と、照明装置100からの光を3つの色光に分離して被照明領域に導光する色分離導光光学系200と、色分離導光光学系200で分離された3つの色光のそれぞれを画像情報に応じて変調する電気光学変調装置としての3つの液晶装置400R,400G,400Bと、液晶装置400R,400G,400Bによって変調された色光を合成する色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム500と、クロスダイクロイックプリズム500によって合成された光をスクリーンSCR等の投写面に投写する投写光学系600とを備えている。
実施形態1に係る照明装置100は、被照明領域側に照明光束を射出する光源装置110Aと、光源装置110Aから射出される照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズ122Aを有する第1レンズアレイ120Aと、複数の第1小レンズ122Aに対応する複数の第2小レンズ132Aを有する第2レンズアレイ130Aと、第1レンズアレイ120Aにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子140と、偏光変換素子140から射出される各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズ150とを有している。
光源装置110Aは、楕円面リフレクタ114Aと、楕円面リフレクタ114Aの第1焦点近傍に発光中心を有する発光管112Aと、発光管112Aに設けられ、発光管112Aから被照明領域側に射出される光を発光管112Aに向けて反射する反射手段としての補助ミラー116Aと、楕円面リフレクタ114Aで反射された集束光を略平行光に変換して第1レンズアレイ120Aに向けて射出する凹レンズ118Aとを有している。光源装置110Aは、照明光軸100axを中心軸とする光束を射出する。
発光管112Aは、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
楕円面リフレクタ114Aは、発光管112Aの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112Aから放射された光を第2焦点位置に向けて反射する反射凹面とを有している。
楕円面リフレクタ114Aは、発光管112Aの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112Aから放射された光を第2焦点位置に向けて反射する反射凹面とを有している。
補助ミラー116Aは、発光管112Aを挟んで楕円面リフレクタ114Aと対向して設けられ、発光管112Aから放射された光のうち楕円面リフレクタ114Aに向かわない光を発光管112Aに戻し楕円面リフレクタ114Aに入射させる。
凹レンズ118Aは、楕円面リフレクタ114Aの被照明領域側に配置されている。そして、楕円面リフレクタ114Aからの光を第1レンズアレイ120Aに向けて射出するように構成されている。
第1レンズアレイ120Aは、凹レンズ118Aからの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸100axと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第1小レンズ122Aを備えた構成を有している。図示による説明は省略するが、第1小レンズ122Aの外形形状は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。
第2レンズアレイ130Aは、第1レンズアレイ120Aにより分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレイ120Aと同様に照明光軸100axに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第2小レンズ132Aを備えた構成を有している。
なお、第1レンズアレイ120A及び第2レンズアレイ130Aについては、詳細に後述する。
偏光変換素子140は、第1レンズアレイ120Aにより分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略1種類の直線偏光光として射出する偏光変換素子である。
偏光変換素子140は、第2レンズアレイ130Aからの各部分光束に含まれる偏光方向のうち一方の直線偏光成分に係る照明光束を透過し他方の直線偏光成分に係る照明光束を反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分に係る照明光束を照明光軸に略平行な方向に向けて反射する反射層と、偏光分離層を透過した一方の直線偏光成分に係る照明光束が通過する部分に配置される位相差板とを有している。
偏光変換素子140は、第2レンズアレイ130Aからの各部分光束に含まれる偏光方向のうち一方の直線偏光成分に係る照明光束を透過し他方の直線偏光成分に係る照明光束を反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分に係る照明光束を照明光軸に略平行な方向に向けて反射する反射層と、偏光分離層を透過した一方の直線偏光成分に係る照明光束が通過する部分に配置される位相差板とを有している。
重畳レンズ150は、第1レンズアレイ120A、第2レンズアレイ130A及び偏光変換素子140を経た複数の部分光束を集光して、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。なお、図1(a)に示す重畳レンズ150は1枚のレンズで構成されているが、複数のレンズを組み合わせた複合レンズで構成されていてもよい。
色分離導光光学系200は、第1のダイクロイックミラー210及び第2のダイクロイックミラー220と、反射ミラー230,240,250と、入射側レンズ260と、リレーレンズ270とを有している。色分離導光光学系200は、重畳レンズ150から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の3つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる3つの液晶装置400R,400G,400Bに導く機能を有している。
第1のダイクロイックミラー210及び第2のダイクロイックミラー220は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。第1のダイクロイックミラー210は、赤色光成分を反射し、その他の色光成分を透過するミラーである。第2のダイクロイックミラー220は、緑色光成分を反射し、青色光成分を透過するミラーである。
第1のダイクロイックミラー210で反射された赤色光成分は、反射ミラー230により曲折され、集光レンズ300Rを介して赤色光用の液晶装置400Rの画像形成領域Sに入射する。
集光レンズ300Rは、重畳レンズ150からの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。他の液晶装置400G,400Bの光路前段に配設される集光レンズ300G,300Bも、集光レンズ300Rと同様に構成されている。
第1のダイクロイックミラー210を通過した緑色光成分及び青色光成分のうち緑色光成分は、第2のダイクロイックミラー220によって反射され、集光レンズ300Gを通過して緑色光用の液晶装置400Gの画像形成領域Sを照明する。一方、青色光成分は、第2のダイクロイックミラー220を透過し、入射側レンズ260、入射側の反射ミラー240、リレーレンズ270、射出側の反射ミラー250及び集光レンズ300Bを通過して青色光用の液晶装置400Bの画像形成領域Sを照明する。入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250は、第2のダイクロイックミラー220を透過した青色光成分を液晶装置400Bまで導く機能を有している。
なお、青色光の光路にこのような入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250が設けられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。実施形態1に係るプロジェクタ1000においては、青色光の光路の長さが長いのでこのような構成とされているが、赤色光の光路の長さを長くして、入射側レンズ260、リレーレンズ270及び反射ミラー240,250を赤色光の光路に用いる構成も考えられる。
液晶装置400R,400G,400Bは、照明光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光源装置110Aの照明対象となる。なお、図示を省略したが、集光レンズ300R,300G,300Bと各液晶装置400R,400G,400Bとの間には、それぞれ入射側偏光板が介在配置され、各液晶装置400R,400G,400Bとクロスダイクロイックプリズム500との間には、それぞれ射出側偏光板が介在配置されている。これら入射側偏光板、液晶装置400R,400G,400B及び射出側偏光板によって、入射する各色光の光変調が行われる。
液晶装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものである。例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
液晶装置400R,400G,400Bは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものである。例えば、ポリシリコンTFTをスイッチング素子として、与えられた画像情報に応じて、入射側偏光板から射出された1種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム500は、射出側偏光板から射出された各色光毎に変調された光学像を合成して、カラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム500は、4つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略X字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。略X字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものであり、これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、3つの色光が合成される。
クロスダイクロイックプリズム500から射出されたカラー画像は、投写光学系600によって拡大投写され、スクリーンSCR上で大画面画像を形成する。
次に、第1レンズアレイ120Aと第2レンズアレイ130Aについてより詳細に説明する。
第1レンズアレイ120Aにおける複数の第1小レンズ122Aは、図1(b)及び図1(c)に示すように、光源装置110Aからの光を照明光軸100axを中心軸とする発散光とするように偏心しており、第2レンズアレイ130Aにおける複数の第2小レンズ132Aは、凸面134Aとともに第1レンズアレイ120Aからの各部分光束の主光線を照明光軸100axに対して略平行な光とするように偏心している。このため、第2小レンズ132Aの光入射面積をより広くすることが可能となる。その結果、第1レンズアレイ120Aを通過した光のうち各第2小レンズ132Aに入射する光の割合を増加させることが可能となり、プロジェクタにおける光利用効率を向上することができる。
図3に示すように、液晶装置400R,400G,400Bにおける画像形成領域Sの共役点Cは、第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置110A側に位置している。このため、画像形成領域Sと第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点とは共役の関係とならず、たとえ第1小レンズ122Aのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりしたとしても、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域S上に結像されるのが抑制されるようになる。その結果、スクリーンSCRに投写される画像内にゴミやキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのを抑制することが可能となる。
画像形成領域Sの共役点Cと第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が、1.5mmとなるように設定している。
画像形成領域Sの共役点Cと第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が0.5mm未満であると、第1小レンズ122Aのレンズ曲面にゴミが付着していたりレンズ曲面にキズ等が存在していたりした場合において、そのようなゴミやキズ等の像が画像形成領域S上に結像されてしまう可能性がある。一方、画像形成領域Sの共役点Cと第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離が5.0mmを超えると、画像形成領域Sから比較的大きく離れた位置に第1レンズアレイ120Aにおける各第1小レンズ122Aの像が結像されてしまうため、画像形成領域Sよりも外側の領域に照射される照明光束の光量がさらに増加してしまう。そして、このように画像形成領域Sから比較的大きく離れた位置に第1レンズアレイ120Aにおける各第1小レンズ122Aの像が結像されてしまう場合、第1レンズアレイ120Aにおける各第1小レンズ122Aを通過する各主光線が画像形成領域S上で画像形成領域Sの略中心部を通過するように、第2レンズアレイ130Aにおける各第2小レンズ132Aの偏心量を調整するのが容易ではなくなる。
以上の観点から、画像形成領域Sの共役点Cと第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、0.5mm〜5.0mmの範囲内であることが好ましく、1.0mm〜3.0mmの範囲内であることがさらに好ましい。
以上の観点から、画像形成領域Sの共役点Cと第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点との間の距離は、0.5mm〜5.0mmの範囲内であることが好ましく、1.0mm〜3.0mmの範囲内であることがさらに好ましい。
実施形態1に係るプロジェクタ1000においては、図3に示すように、画像形成領域Sの共役点Cは、空気中に位置する、すなわち第1レンズアレイ120A内(第1レンズアレイ120Aの光学媒体内)に存在しないため、第1レンズアレイ120A内部に気泡やキズ等が存在していたとしても、そのような気泡やキズ等の像が画像形成領域S上に結像されるのを抑制することができる。その結果、スクリーンSCRに投写される画像内に気泡やキズ等の像が投写されるのを抑制することができ、投写画像の画像品質が低下するのをさらに抑制することが可能となる。
第2レンズアレイ130Aは、上述したように、第1レンズアレイ120Aによって発散光となった各部分光束の主光線を照明光軸100axに略平行な光に戻す機能を有する。
実施形態1に係る照明装置100においては、図1に示すように、第2レンズアレイ130Aの光入射面には凸面134Aが形成され、光射出面には複数の第2小レンズ132Aが形成されている。すなわち、第1レンズアレイ120Aからの各部分光束の主光線を照明光軸100axに略平行とさせる屈折力を、凸面134Aと第2小レンズ132Aとに分散させている。
第2レンズアレイ130Aの光入射面には凸面134Aが形成されているため、各第2小レンズ132Aの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、各第2小レンズ132Aの曲率が小さいので、偏心レンズである各第2小レンズ132A間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第2レンズアレイ130Aを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイ130Aを製造することが可能になる。
実施形態1に係る照明装置100においては、上述のように第2小レンズ132Aの屈折力を小さくできるので、図2に示すように、第2小レンズ132Aの光軸pは、第2小レンズ132Aの領域内に設定することができる。すなわち、第2小レンズ132Aの偏心量を小さくすることが可能となる。このため、各第2小レンズ132A間の段差を小さなレベルに維持することが可能になり、所定の型離れ性を得ることが可能になる。
また、実施形態1に係る照明装置100においては、各第2小レンズ132A内に必ずレンズ頂点(光軸)が存在するようになるため、例えば触針式レンズ検査器によって第2レンズアレイの検査を行う場合に、各第2小レンズ132Aの中心と第2小レンズ132Aの光軸とのずれ量(偏心量)の高精度な測定を容易に行うことが可能になる。
実施形態1に係る照明装置100においては、凸面134Aは、球面であるため、高精度の凸面を容易に形成することが可能になる。
凸面134Aの曲率は、第2レンズアレイ130Aの全ての第2小レンズ132Aの光軸が、その第2小レンズ132A自体の領域内であって端部付近(隣接する第2小レンズとの境界部分)に存在させられる程度になるべく小さく設定する。
凸面134Aの曲率は、第2レンズアレイ130Aの全ての第2小レンズ132Aの光軸が、その第2小レンズ132A自体の領域内であって端部付近(隣接する第2小レンズとの境界部分)に存在させられる程度になるべく小さく設定する。
実施形態1に係る照明装置100においては、第2レンズアレイ130Aにおける各第2小レンズ132Aは、球面で形成された凸面134Aの収差を補正するように、各第2小レンズ132A毎に偏心量及び焦点距離が独立に調整されている。このため、第2レンズアレイ130Aとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが可能になる。また、上記のように構成することにより、第2レンズアレイ130Aにおいて所定の型離れ性を得ることが可能となるとともに、凸面134Aによる収差等の発生を抑制することが可能になるという効果もある。
なお、凸面134Aは、球面に限られず、シリンドリカル面も適宜採用することができる。この場合、第2小レンズの光軸のx座標及びy座標のうち一方の座標が当該第2小レンズの幅内に存在する場合において、当該第2小レンズの幅内に存在しない他方の座標が当該第2小レンズの幅内に存在するように他方方向においてのみ曲率を有するシリンドリカル面を好ましく採用することができる。凸面134Aにこのようなシリンドリカル面を採用した場合には、凸面134Aにおける曲率を設けない方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズ132Aの光軸の位置を当該第2小レンズ132Aの領域内又は当該第2小レンズ132Aの境界上に設定することが可能となる。
また、凸面134Aは、球面に限られず、トーリック面も適宜採用することができる。この場合、第2小レンズの光軸のx座標及びy座標がともに当該第2小レンズの幅内に存在せず、かつ、第2小レンズの光軸のx座標及びy座標のうち一方の座標が当該第2小レンズの幅内から大きくはずれている場合において、当該第2小レンズの幅内からより離れている一方方向の曲率が他方方向よりも大きいトーリック面を好ましく採用することができる。凸面134Aにこのようなトーリック面を採用した場合には、凸面134Aにおける曲率の小さい方向で収差等の発生を抑制しつつ、第2小レンズ132Aの光軸の位置を当該第2小レンズ132Aの領域内又は当該第2小レンズ132Aの境界上に設定することが容易となる。
実施形態1に係る照明装置100においては、第2レンズアレイ130Aは、各第2小レンズ132A間の境界部における段差を軽減するように各第2小レンズ132Aの厚みが調整されている。このため、プレス法によって第2レンズアレイ130Aを製造する場合において、型離れ性がより一層改善されるため、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまうということをさらに抑制することが可能になり、第2レンズアレイ130Aとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが容易になる。
実施形態1に係る照明装置100においては、第2レンズアレイ130Aは、第2小レンズ132A及び凸面134Aが形成された1つの光学部材からなるため、部品点数及び接続部分を少なくして信頼性の高い照明装置を構成することが可能になる。
実施形態1に係るプロジェクタ1000は、上記した実施形態1に係る照明装置100と、照明装置100からの照明光束を画像情報に応じて変調する液晶装置400R,400G,400Bと、液晶装置400R,400G,400Bによって変調された照明光束を投写する投写光学系600とを備えている。
このため、実施形態1に係るプロジェクタ1000によれば、上記のように第2レンズアレイ130Aとして高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイを製造することが容易な構造を有する照明装置100を備える優れたプロジェクタ1000となる。
なお、実施形態1に係る照明装置100においては、第2レンズアレイとして、第2小レンズ132A及び凸面134Aが形成された1つの光学部材からなる第2レンズアレイ130Aを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形も可能である。
[変形例]
図4は、実施形態1の変形例に係る照明装置100aにおける第2レンズアレイ130aを上から見た図である。
図4は、実施形態1の変形例に係る照明装置100aにおける第2レンズアレイ130aを上から見た図である。
実施形態1の変形例に係る照明装置100aにおいては、上記した第2レンズアレイ130Aに代えて、図4に示すように、第2レンズアレイ130aを用いている。
第2レンズアレイ130aは、図4に示すように、第2小レンズ132aが形成された光学部材136aと凸面134aとが形成された他の光学部材138aが接着剤Qにより一体化された構造を有している。接着剤Qは、光学部材136a及び他の光学部材138aとほぼ等しい屈折率を有している。
このため、実施形態1の変形例に係る照明装置100aによれば、製造工程を単純化して低コストの照明装置を構成することが可能になる。
[実施形態2]
図5は、実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002を説明するために示す図である。図5(a)はプロジェクタ1002の光学系を示す図であり、図5(b)は照明装置102の要部を上から見た図であり、図5(c)は照明装置102の要部を横から見た図である。なお、図5において、図1と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図5は、実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002を説明するために示す図である。図5(a)はプロジェクタ1002の光学系を示す図であり、図5(b)は照明装置102の要部を上から見た図であり、図5(c)は照明装置102の要部を横から見た図である。なお、図5において、図1と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002は、基本的には実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000とよく似た構成を有しているが、図5に示すように、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000とは、光源装置、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイの構成が異なっている。
すなわち、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000においては、図1に示したように、光源装置、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイとして、照明光軸100axに対して略平行な光を射出する光源装置110Aと、光源装置110Aからの光を照明光軸100axを中心軸とする発散光とするように偏心した複数の第1小レンズ122Aが形成された第1レンズアレイ120Aと、第1レンズアレイ120Aからの各部分光束の主光線を照明光軸100axに対して略平行な光とするように偏心した複数の第2小レンズ132Aが形成された第2レンズアレイ130Aとを用いている。
これに対し、実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002においては、図5に示すように、光源装置、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイとして、照明光軸102axを中心軸とする発散光を射出する光源装置110Bと、偏心していない複数の第1小レンズ122Bが形成された第1レンズアレイ120Bと、第1レンズアレイ120Bからの各部分光束の主光線を照明光軸102axに対して略平行な光とするように偏心した複数の第2小レンズ132Bが形成された第2レンズアレイ130Bとを用いている。
光源装置110Bは、放物面リフレクタ114Bと、放物面リフレクタ114Bの焦点近傍に発光中心を有する発光管112Bと、発光管112Bに設けられ、発光管112Bから被照明領域側に射出される光を発光管112Bに向けて反射する反射手段としての補助ミラー116Bと、放物面リフレクタ114Bで反射された光を照明光軸102axを中心軸とする発散光に変換する凹レンズ118Bとを有している。光源装置110Bは、照明光軸102axを中心軸とする光束を射出する。
発光管112Bは、管球部と、管球部の両側に延びる一対の封止部とを有している。
放物面リフレクタ114Bは、発光管112Bの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112Bから放射された光を被照明領域側に向けて反射する反射凹面とを有している。
放物面リフレクタ114Bは、発光管112Bの一方の封止部に挿通・固着される筒状の首状部と、発光管112Bから放射された光を被照明領域側に向けて反射する反射凹面とを有している。
補助ミラー116Bは、発光管112Bを挟んで放物面リフレクタ114Bと対向して設けられ、発光管112Bから放射された光のうち放物面リフレクタ114Bに向かわない光を発光管112Bに戻し放物面リフレクタ114Bに入射させる。
凹レンズ118Bは、放物面リフレクタ114Bの被照明領域側に配置されている。そして、放物面リフレクタ114Bからの光を照明光軸102axを中心軸とする発散光に変換して第1レンズアレイ120Bに向けて射出するように構成されている。
第1レンズアレイ120Bは、凹レンズ118Bからの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸102axと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第1小レンズ122Bを備えた構成を有している。図示による説明を省略するが、第1小レンズ122Bの外形形状は、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域の外形形状に関して相似形である。第1レンズアレイ120Bの複数の第1小レンズ122Bは偏心していない。
第2レンズアレイ130Bは、第1レンズアレイ120Bにより分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第1レンズアレイ120Bと同様に照明光軸102axに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の第2小レンズ132Bを備えた構成を有している。第2レンズアレイ130Bの光入射面には凸面134Bが形成され、光射出面には複数の第2小レンズ132Bが形成されている。
このように、実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002は、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000とは、光源装置、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイの構成が異なっているが、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000の場合と同様に、第2レンズアレイ130Bの光入射面には凸面134Bが形成されているため、各第2小レンズ132Bの曲率を小さなものにすることが可能となる。また、各第2小レンズ132Bの曲率が小さいので、偏心レンズである各第2小レンズ132B間の段差をより小さなものにすることが可能になる。その結果、例えばプレス法によって第2レンズアレイ130Bを製造する場合には、型離れ性が改善されるため、段差の部分に面ダレ(レンズ周縁の角部が規定の角度に形成されずに丸みを帯びてしまうこと)や欠けを起こし易くなってしまうということを抑制することが可能になり、高精度に偏心量が設定された第2レンズアレイ130Bを製造することが可能になる。
実施形態2に係る照明装置102及びプロジェクタ1002は、光源装置、第1レンズアレイ及び第2レンズアレイの構成以外の点では、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000と同様の構成を有するため、実施形態1に係る照明装置100及びプロジェクタ1000の場合と同様の効果を有する。
以上、本発明の照明装置及びプロジェクタを上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、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。
(1)上記各実施形態の照明装置100,102においては、第2レンズアレイとして、光入射面に凸面134A,134Bが形成され、光射出面に複数の第2小レンズ132A,132Bが形成された第2レンズアレイ130A,130Bを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、光入射面に複数の第2小レンズが形成され、光射出面に凸面が形成された第2レンズアレイを用いてもよい。
(2)上記実施形態1に係るプロジェクタ1000においては、液晶装置400R,400G,400Bの画像形成領域Sの共役点Cが、第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点よりも光源装置110A側に位置している場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1レンズアレイ120Aの各第1小レンズ122Aにおけるレンズ曲面の頂点よりも投写光学系600側に位置する構成であってもよい。
(3)上記各実施形態のプロジェクタ1000,1002は透過型のプロジェクタであるが、これに限定されるものではない。本発明は反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶装置等のように光変調手段としての液晶装置が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、反射型の液晶装置のように光変調手段としての液晶装置が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタと同様の効果を得ることができる。
(4)上記各実施形態のプロジェクタ1000,1002は、電気光学変調装置として、3つの液晶装置を備えるいわゆる3板式のプロジェクタであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、1つ、2つ又は4つ以上の液晶装置を備えるプロジェクタに本発明を適用することも可能である。
(5)上記各実施形態のプロジェクタ1000,1002は、電気光学変調装置として液晶装置を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。電気光学変調装置としては、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よく、マイクロミラー型光変調装置などを利用してもよい。マイクロミラー型光変調装置としては、例えば、DMD(デジタルマイクロミラーデバイス)(TI社の商標)を用いることができる。
(6)本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクタに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクタに適用する場合にも可能である。
100,102…照明装置、100ax,102ax…照明光軸、110A,110B…光源装置、112A,112B…発光管、114A…楕円面リフレクタ、114B…放物面リフレクタ、116A,116B…補助ミラー、118A,118B…凹レンズ、120A,120B…第1レンズアレイ、122A,122B…第1小レンズ、130A,130B,130a…第2レンズアレイ、132A,132B,132a…第2小レンズ、134A,134B,134a…凸面、136a…光学部材、138a…他の光学部材、140…偏光変換素子、150…重畳レンズ、200…色分離導光光学系、210,220…ダイクロイックミラー、230,240,250…反射ミラー、260…入射側レンズ、270…リレーレンズ、300R,300G,300B…集光レンズ、400R,400G,400B…液晶装置、500…クロスダイクロイックプリズム、600…投写光学系、1000,1002…プロジェクタ、C…画像形成領域の共役点、p…第2小レンズの光軸、Q…接着剤、S…画像形成領域、SCR…スクリーン
Claims (12)
- 照明光束を射出する光源装置と、
前記光源装置からの前記照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の第1小レンズが形成された第1レンズアレイと、
前記第1レンズアレイの前記複数の第1小レンズに対応して配置され、それぞれが偏心した第2小レンズが形成された第2レンズアレイと、
前記第2レンズアレイからの各部分光束を被照明領域で重畳させるための重畳レンズとを有する照明装置において、
前記第2レンズアレイの光入射面及び光射出面のうち前記第2小レンズが形成されていない面は凸面からなることを特徴とする照明装置。 - 請求項1に記載の照明装置において、
前記第2小レンズの光軸は、当該第2小レンズの領域内又は当該第2小レンズの境界上にあることを特徴とする照明装置。 - 請求項1又は2に記載の照明装置において、
前記凸面は、球面、シリンドリカル面及びトーリック面のいずれかであることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の照明装置において、
前記第2レンズアレイは、前記第2小レンズ及び前記凸面が形成された1つの光学部材からなることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の照明装置において、
前記第2レンズアレイは、前記第2小レンズが形成された光学部材と前記凸面が形成された他の光学部材とが接着により一体化された構造を有することを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の照明装置において、
前記光源装置は、照明光軸に対して略平行な光を射出する光源装置であり、
前記複数の第1小レンズは、前記光源装置からの光を照明光軸を中心軸とする発散光とするように偏心しており、
前記複数の第2小レンズは、前記凸面とともに前記第1レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の照明装置において、
前記光源装置は、照明光軸を中心軸とする発散光を射出する光源装置であり、
前記複数の第2小レンズは、前記凸面とともに前記第1レンズアレイからの各部分光束の主光線を照明光軸に対して略平行な光とするように偏心していることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の照明装置において、
前記第2レンズアレイにおける各第2小レンズは、各第2小レンズ毎に偏心量が独立に調整されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の照明装置において、
前記第2レンズアレイにおける各第2小レンズは、各第2小レンズ毎に焦点距離が独立に調整されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の照明装置において、
前記第2レンズアレイは、各第2小レンズ間の境界部における段差を軽減するように各第2小レンズの厚みが調整されていることを特徴とする照明装置。 - 請求項1〜10のいずれかに記載の照明装置と、
前記照明装置からの照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、
前記電気光学変調装置によって変調された照明光束を投写する投写光学系とを備えることを特徴とするプロジェクタ。 - 請求項11に記載のプロジェクタにおいて、
前記電気光学変調装置における画像形成領域の共役点は、前記第1レンズアレイの各第1小レンズにおけるレンズ曲面の頂点よりも前記光源装置側又は前記投写光学系側に位置することを特徴とするプロジェクタ。
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Cited By (1)
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WO2010130313A3 (en) * | 2009-05-15 | 2011-01-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for projecting images |
-
2006
- 2006-01-25 JP JP2006016064A patent/JP2007200643A/ja not_active Withdrawn
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WO2010130313A3 (en) * | 2009-05-15 | 2011-01-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device for projecting images |
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