JP2010140888A - 照明装置、プロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の照明装置は、光源軸の周囲に光を射出する光源10と、光源10から射出された光を反射させる複数の反射面111〜114を有するリフレクタ11と、複数の反射面111〜114の各々に対応して設けられ、対応する反射面111〜114から射出された光が入射する複数の集光部121〜124と、複数の集光部121〜124を通った光を被照明領域に重畳する重畳光学系と、を備える。複数の反射面111〜114の各々は、対応する集光部121〜124と光源10とを焦点とする回転楕円体の一部により構成されている。複数の集光部121〜124において、集光部121〜124の配置位置が光源軸1Aから離れるにつれて集光部121〜124の焦点距離が長くなる。
【選択図】図3
Description
特許文献1のリフレクタ付き光源において、フライアイレンズアレイの各レンズと光源との間の距離は、複数のレンズごとに異なっている。したがって、レンズを経た光の焦点が複数のレンズで異なることにより、被照明領域における照明範囲の広さがレンズによって異なってしまう。
複数の集光部が一体に形成されたレンズアレイを備えていれば、複数の集光部を独立して配置する場合に比べて、複数の集光部の位置精度を高めることができる。例えば、回転楕円体の楕円長軸を複数の反射面で一致させるためには、光源軸に沿う方向における複数の集光部の位置が異なってしまうため、レンズアレイの主面がレンズアレイの周縁部において光源側に向かって湾曲した形状になる。前記のように、複数の反射面の各々に対応する回転楕円体の楕円長軸が複数の反射面で異なる構成にすれば、周縁部が湾曲した形状のレンズアレイに比べて容易に形成可能なレンズアレイになる。前記のように本発明によれば、複数の集光部で光源軸からの距離が異なることによる影響を複数の集光部の焦点距離を調整することにより緩和できるので、楕円長軸が複数の反射面で異なる構成を採用しつつ、被照明領域の照度分布を均一にすることができる。
一般に、照明系において被照明領域が射出瞳と共役になっていれば、被照明領域に光源像を結ばないので、被照明領域の照度が均一になる。また、複数の反射面の各々の射出瞳が被照明領域と共役になるように、この反射面に対応する集光部の焦点距離が調整されていれば、複数の分割光で結像位置を高精度に一致させることができる。したがって、光の利用効率を格段に良好にすることができるとともに、被照明領域での照度を格段に均一にすることができる。
複数の反射面の各々は、対応する集光部に対して絞りとして機能し、反射面の面積が大きくなるほど絞り径が大きくなる。集光部の配置位置が光源軸から離れるほどこの集光部に対応する反射面の面積が大きくなっているので、被照明領域から離れて配置された集光部ほど絞り径が大きくなり、複数の分割光で照明範囲の面積を高精度に一致させることができる。
このようにすれば、複数の分割光の照明範囲の形状を被照明領域の形状に揃えることができ、複数の分割光の照明範囲を過不足無く重ね合わせることができる。
このようにすれば、光源から射出された光が、分離部以外の部分に入射することによる光の損失を防止することができ、光の利用効率を高めることができる。
得られる光量がほぼ同程度であるので、照明装置を小型にすることが容易になる。また、リフレクタが光源の一部を囲んでいるので、光源軸周りの全周を覆うリフレクタを用いる場合と比較して、リフレクタから射出される光のスポットサイズが小さくなる。これにより、リフレクタと被照明領域との間に配置されるレンズやミラー等の光学部品を小型にすることが可能になる。
前記のように本発明の照明装置は、小型化が可能であるとともに被照明領域を均一な照度で効率よく照明することができるので、これを備えた本発明のプロジェクタは、小型でありながら低消費電力で高品質な映像を得られるプロジェクタになる。
図1は、第1実施形態の照明装置1の概略構成を示す模式図である。
図1に示すように、照明装置1は、発光ランプ(光源)10、リフレクタ11、レンズアレイ12、及びコンデンサレンズ(重畳光学系)13を備えている。発光ランプ10から射出された光Lは、リフレクタ11で反射して主光軸1Aに概略沿う方向に進行し、レンズアレイ12及びコンデンサレンズ13を経て被照明領域17Aを照明する。主光軸1Aは、発光ランプ10から射出されリフレクタ11で反射した光束の中心軸である。この光束の主光軸1Aに直交する断面における強度分布の重心は、この断面と主光軸1Aとの交点と略一致する。詳しくは後述するが、本実施形態の発光ランプ10、リフレクタ11は、いずれも軸対称な形状になっており、この対称軸(光源軸)が主光軸1Aと一致している。
反射面113は、第1焦点F0が発光点104、第2焦点がレンズ部123の中心F3である楕円E13を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
反射面114は、第1焦点F0が発光点104、第2焦点がレンズ部124の中心F4である楕円E14を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
本実施形態では、反射面111〜114がほぼ連続しており、リフレクタ11の内面を構成している。
図5(a)に示すように、変形例1のリフレクタ11Bは、反射面111B〜114Bの各々の中心位置が、Y方向において揃っていない点で第1実施形態と異なる。
次に、本発明の照明装置に係る第2実施形態を説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、複数の反射面が隣接せずに配置されており、複数の反射面の間に接続面が設けられている点と、レンズアレイと光源軸とが交わる部分がレンズ部の中心と一致しないようにレンズ部が配置されている点とである。
反射面212は、第1焦点が発光点204、第2焦点がレンズ部222の中心である楕円E22を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
反射面213は、第1焦点が発光点204、第2焦点がレンズ部223の中心である楕円E23を、その楕円長軸周りに回転させた回転楕円体の一部である。
したがって、楕円E22、E23は、発光ランプの位置と対応するレンズ部の位置とを焦点とする楕円である。
次に、本発明の照明装置に係る第3実施形態を説明する。第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、レンズアレイとコンデンサレンズとの間に偏光変換素子が配置されている点である。偏光変換素子は、入射光の偏光状態を揃えて射出するものである。
図7に示すように照明装置3は、発光ランプ30、リフレクタ31、レンズアレイ32、偏光変換素子35、及びコンデンサレンズ33を備えている。リフレクタ31とレンズアレイ32との間には、フィルタ34が配置されている。照明装置3は、液晶ライトバルブ37の被照明領域37Aを照明するものである。被照明領域37Aとコンデンサレンズ33との間にはフィールドレンズ36が配置されている。被照明領域37Aに入射した光は、液晶ライトバルブ37により画像を示す画像光になり、画像光は投射レンズ38によりスクリーン等に拡大投射される。
なお、第3実施形態において偏光変換素子35以外の構成要素は、第1実施形態と同様のものであり、その詳細な説明を省略する場合がある。
1/2位相板356は、入射光の偏光方向を略90°回転させて射出するものである。
次に、本発明の照明装置に係る第4実施形態を説明する。第4実施形態が第1実施形態と異なる点は、リフレクタが光源の一部を囲んで設けられており、少なくとも光源の前記一部と異なる部分の一部を囲んで設けられた第2のリフレクタを含んでいる点である。
レンズアレイ43に入射した光は、第3実施形態で説明したように、偏光変換素子45により偏光状態が揃えられた後、コンデンサレンズ46により被照明領域37Aに重畳される。
次に、図9を参照しつつ本発明に係るプロジェクタの一実施形態を説明する。図9に示すように、プロジェクタ5は、照明装置50、液晶ライトバルブ(画像形成装置)51a、51b、51c、クロスダイクロイックプリズム52、及び投射レンズ(投射装置)53を備えている。照明装置50は、本発明の照明装置を適用したものであり、ランプ光源501、リフレクタ502、フィルタ503、レンズアレイ504、偏光変換素子505、及びコンデンサレンズ506を備えている。照明装置50から射出された光は、ダイクロイックミラー507、508、リレー光学系509等を経て、液晶ライトバルブ51a〜51cに入射する。
Claims (8)
- 光源軸の周囲に光を射出する光源と、
前記光源から射出された光を反射させる複数の反射面を有するリフレクタと、
前記複数の反射面の各々に対応して設けられ、対応する前記反射面から射出された光が入射する複数の集光部と、
前記複数の集光部を通った光を被照明領域に重畳する重畳光学系と、を備え、
前記複数の反射面の各々は、対応する前記集光部の位置と前記光源の位置とを焦点とする回転楕円体の一部により構成されており、
前記複数の集光部において、前記集光部の配置位置が前記光源軸から離れるにつれて、該集光部の焦点距離が長くなっていることを特徴とする照明装置。 - 前記複数の集光部が一体に形成されたレンズアレイを備え、
前記複数の反射面の各々に対応する回転楕円体の楕円長軸の長さが、複数の反射面で異なっていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 - 前記複数の反射面の各々の射出瞳が前記被照明領域と共役になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
- 前記複数の反射面において、前記反射面と対応する前記集光部の配置位置が前記光源軸から離れるにつれて該反射面の面積が大きくなっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記光源軸に直交する面に射影された前記複数の反射面の形状が、前記被照明領域の形状と略相似になっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明装置。
- 前記リフレクタと前記被照明領域との間の光路に、入射光の偏光状態を揃える偏光変換素子が配置されており、
前記偏光変換素子は、入射光を互いに直交する方向に振動する第1偏光と第2偏光とに分離する分離部と、前記分離部により分離された第2偏光を前記第1偏光に変換する変換部と、が交互に周期的に配列されてなり、
前記複数の反射面の配列方向は、前記分離部と前記変換部とが並ぶ周期方向と略一致していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の照明装置。 - 前記リフレクタは、前記光源の一部を囲んで設けられており、
少なくとも前記光源の前記一部と異なる部分の一部を囲んで設けられ、前記光源から発せられた光を前記リフレクタに向けて反射させる第2のリフレクタを含んでいることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の照明装置と、
前記照明装置から射出された光により画像を示す画像光を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置によって形成された画像光を投射する投射装置と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
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