JP5287151B2

JP5287151B2 - リフレクタ、光源装置及びプロジェクタ

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Publication number: JP5287151B2
Application number: JP2008283111A
Authority: JP
Inventors: 進有賀
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-11-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: JP2009206078A; US20090190102A1; US8157385B2

Description

本発明は、リフレクタ、光源装置及びプロジェクタ、特に、プロジェクタの光源装置に用いられるリフレクタの技術に関する。

プロジェクタは、携帯性及び設置性の向上のために、装置全体の薄型化が求められている。従来、プロジェクタの光源として使用されるランプ、例えば超高圧水銀ランプ等の放電ランプには、発光部から射出した光を反射するリフレクタが用いられている。被照射面へ効率良く光を進行させるために、リフレクタの多くは、回転曲面、例えば、回転楕円面や回転放物面をなす形状が採用されている。リフレクタは、被照射面へ効率良く光を進行させるためには、十分な大きさを確保する必要がある。このため、プロジェクタの照明光学系の中で、特にリフレクタは、プロジェクタの薄型化の障害となる場合が多い。リフレクタを備える光源装置は、被照射面へ効率良く光を進行させることが可能であって、かつ薄型であることが求められる。従来、リフレクタを備える光源装置の薄型化を可能とするための技術は、例えば、特許文献１に提案されている。特許文献１に提案される技術は、円筒形状のリフレクタを用いることで、光源装置の薄型化を図ることとしている。筒状体の周方向に沿って形成された複数の反射面をリフレクタの内面に設けることにより、中心軸上の位置に光を集光させる。

特開２００７−９３９８９号公報

中心軸上の位置に光を集光させる反射面は、波形構造、例えばフレネルレンズが備えるフレネル形状をなす構造の表面に設けられる。フレネル形状をなす構造は、反射面同士の間に設けられた後向面を有する。後向面は、反射面と同様に、筒状体の周方向に沿って形成されている。発光部から射出した光のうちの一部は、発光部から直接、或いは反射面で反射した後、後向面へ入射する。後向面へ入射した光は、被照射面の方向とは異なる方向へ進行することになる。このため、従来の技術によると、被照射面へ効率良く光を進行させることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させるためのリフレクタ、そのリフレクタを用いる光源装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るリフレクタは、光を射出する発光部と組み合わせて用いられ、前記発光部が配置される中心軸の周囲に設けられたリフレクタであって、前記中心軸を中心とする回転曲面と略同じ形状をなし、前記発光部からの光を反射する曲面反射部と、前記回転曲面に対して前記中心軸側に位置する平面に形成され、前記発光部からの光を前側へ偏向させる平面偏向部と、を有し、前記回転曲面は、第１焦点及び第２焦点を基準として定義される楕円を、前記中心軸を中心に回転させることにより得られる回転楕円面であり、前記平面偏向部は、第１平面偏向部と、前記中心軸を介して前記第１平面偏向部に対向する位置に設けられた第２平面偏向部と、を有し、前記平面偏向部は、前記平面上に形成された複数の構造体を有し、前記複数の構造体は、前記発光部からの光を回折により偏向させる回折格子を構成し、前記発光部が前記第１焦点、又は前記第１焦点の近傍に配置される場合に、前記複数の構造体は、前記平面内において、前記第２焦点に相当する位置、又は前記第２焦点に相当する位置の近傍を中心として略同心円状に配置されることを特徴とする

「前側」とは、発光部から見て被照射面がある側であって、「光を前側へ偏向させる」とは、被照射面がある側の向きに光を偏向させることであるとする。中心軸を中心とする回転曲面とは、中心軸を中心として所定の曲線を回転させることにより得られる曲面であるとする。リフレクタは、平面偏向部を設けることにより、回転曲面のみとする場合と比較して、薄型にすることができる。平面偏向部へ入射した光を発光部へ戻さず前側へ進行させることにより、発光部へ光が戻ることによる損失、例えばランプでの吸収や散乱による損失を低減させ、被照射面へ効率良く光を進行させる。平面偏光部は、単なる平面状の反射面とせず複数の構造体を設けることで、発光部から入射した光を前側へ効率良く進行させる構成にできる。曲面反射部は、回転曲面と略同じ形状とすることにより、被照射面へ効率良く光を進行させる。これにより、薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させるためのリフレクタを得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、平面偏向部は、第１平面偏向部と、中心軸を介して第１平面偏向部に対向する位置に設けられた第２平面偏向部と、を有することが望ましい。第１平面偏向部及び第２平面偏向部を互いに対向させることにより、リフレクタをさらに薄型にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、複数の構造体は、発光部からの光を回折により偏向させる回折格子を構成することが望ましい。これにより、平面偏向部へ入射した光を被照射面の方向へ効率良く進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、回転曲面は、中心軸を中心に楕円を回転させることにより得られる回転楕円面であることが望ましい。これにより、中心軸の方向へ効率良く光を進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１焦点及び第２焦点を基準として楕円が定義され、発光部を第１焦点、又は第１焦点の近傍に配置する場合に、複数の構造体は、平面内において、第２焦点に相当する位置、又は第２焦点に相当する位置の近傍を中心として略同心円状に配置されることが望ましい。これにより、中心軸の方向へさらに効率良く光を進行させることができる。

さらに、本発明に係る光源装置は、光を射出する発光部と、上記のリフレクタと、を有することを特徴とする。上記のリフレクタを用いることにより、薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができる。これにより、薄型で、かつ効率良く光を供給可能な光源装置を得られる。

さらに、本発明に係るプロジェクタは、上記の光源装置と、光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とする。上記の光源装置を用いることにより、薄型にでき、かつ効率良く光を供給することができる。これにより、薄型で、かつ効率良く明るい画像を表示可能なプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る光源装置１０の斜視構成を示す。光源装置１０は、発光管１１及びリフレクタ１２を有する。発光管１１は、例えば、超高圧水銀ランプである。発光管１１は、光を射出する発光部１３を有する。発光部１３は、光源装置１０の中心軸ＡＸ上に配置されているとする。リフレクタ１２は、中心軸ＡＸの周囲に設けられている。リフレクタ１２は、発光管１１が設けられた側とは反対側を開口とする凹形状をなしている。

リフレクタ１２の内面は、第１平面偏向部１４、第２平面偏向部１５、及び曲面反射部１６により構成されている。第１平面偏向部１４は、リフレクタ１２の内面のうち、リフレクタ１２の開口側の一部分に設けられている。第２平面偏向部１５は、中心軸ＡＸを介して第１平面偏向部１４に対向する位置に設けられている。第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、中心軸ＡＸに略平行である。第１平面偏向部１４、第２平面偏向部１５は、略同じ大きさの平面にそれぞれ形成されている。第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、発光部１３からの光を前側へ偏向させる平面偏向部である。曲面反射部１６は、リフレクタ１２の内面のうち、第１平面偏向部１４が設けられた部分、及び第２平面偏向部１５が設けられた部分以外の部分である。曲面反射部１６は、曲面形状をなしている。曲面反射部１６は、発光部１３からの光を反射する。

図２は、中心軸ＡＸを含み、第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５に対して略垂直な平面における光源装置１０の断面構成を示す。図示する断面において、曲面反射部１６は、中心軸ＡＸを長軸とする楕円と同じ形状をなしている。曲面反射部１６は、中心軸ＡＸを中心として楕円を回転させることにより得られる回転楕円面と略同じ形状を有する。発光部１３は、かかる楕円を定義する焦点の一つである第１焦点に設けられている。第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、略平行に形成されている。

図３は、中心軸ＡＸに直交する平面におけるリフレクタ１２の正面構成を示す。ここでは、中心軸ＡＸを中心として楕円を回転させることにより得られる回転楕円面Ｓ１を想定して、リフレクタ１２の構成を説明する。図示する平面において、回転楕円面Ｓ１は、中心軸ＡＸを中心とする円をなしている。曲面反射部１６は、回転楕円面Ｓ１と略同じ形状をなしている。第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、回転楕円面Ｓ１に対して中心軸ＡＸ側に位置する平面に形成されている。リフレクタ１２は、互いに対向する第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５を設けることにより、回転楕円面Ｓ１のみとする場合と比較して、薄型にすることができる。また、例えばプロジェクタの光学系の光軸と中心軸ＡＸとを一致させると、第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、光学系の光軸に対して略平行となる。プロジェクタの筐体は、通常、光軸に略平行な上面及び下面を有する。かかる上面及び下面に対して第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５が略平行となるように光源装置１０を配置することで、プロジェクタの筐体を薄型にすることができる。

図４は、リフレクタ１２のうち第１平面偏向部１４が設けられた部分の要部断面構成を模式的に表したものである。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部１４が設けられた平面Ｓ２に直交する面であるとする。第１平面偏向部１４は、平面Ｓ２に設けられた回折格子１７を有する。回折格子１７は、発光部１３からの光を回折により偏向させる。回折格子１７は、例えば、微細バイナリ構造を備える。微細バイナリ構造は、略一定の高さで形成された複数の微小な構造体を並列させたものである。回折格子１７を構成する各構造体は、矩形の断面形状をなす。回折格子１７は、平面Ｓ２上に形成した略平坦な層を適宜パターニングして得られる。回折格子１７は、高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属膜を用いて構成されている。

図５は、第１平面偏向部１４の要部平面構成を模式的に表したものである。図示する平面は、第１平面偏向部１４が設けられた平面Ｓ２に平行な面であるとする。回折格子１７は、不図示の中心軸ＡＸに略垂直に形成された各構造体を、中心軸ＡＸに沿う方向へ並列させて構成されている。回折格子１７は、各構造体へ入射した光の位相を変化させる。回折格子１７は、光の位相を空間的に変化させることにより、回折光を生じさせる。回折格子１７を構成する構造体の間隔及び高さを含む表面条件を最適化することにより、発光部１３から第１平面偏向部１４へ入射した光を所望の方向へ進行させることができる。第２平面偏向部１５は、第１平面偏向部１４と同様に形成された回折格子１７を有する。

図６は、発光部１３から射出した光の振舞いを説明するものである。ここでは、光源装置１０から射出した光を凹レンズ１８へ入射させるものとして説明する。凹レンズ１８の光軸は、光源装置１０の中心軸ＡＸと略一致している。発光部１３から射出した光は、リフレクタ１２の内面の全体へ向けて放射する。曲面反射部１６は、入射した光を前側、即ち発光部１３から見て被照射面がある側の向きに進行させる。具体的には、楕円の第１焦点から射出し、曲面反射部１６で反射した光は、楕円の第２焦点へ向けて進行する。第１焦点に発光部１３を設けることにより、曲面反射部１６から中心軸ＡＸ上の第２焦点へ向かう方向へ効率良く光を進行させることができる。

第１平面偏光部１４及び第２平面偏光部１５に形成された回折格子１７（図４及び図５参照）は、入射した光を回折により前側、即ち発光部１３から見て被照射面がある側の向きに進行させるように形成されている。発光部１３から射出し、第１平面偏向部１４へ入射した光は、第１平面偏向部１４での偏向により前側へ進行する。発光部１３から射出し、第２平面偏向部１５へ入射した光は、第２平面偏向部１５での偏向により前側へ進行する。好ましくは、第１平面偏光部１４及び第２平面偏光部１５は、入射した光を回折格子１７での回折により、中心軸ＡＸ上の第２焦点へ向けて偏向させる。仮に、第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５に代えて、単なる平面形状の反射面を用いる場合、図中破線矢印で示すように、多くの光が凹レンズ１８に取り込まれず損失することとなる。本実施例の光源装置１０は、第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５を用いることにより、所望の方向へ効率良く光を偏向させることが可能である。また、第１平面偏向部１４、第２平面偏光部１５へ入射した光を発光部１３へ戻さず前側へ進行させることにより、発光部１３へ光が戻ることによる損失、例えば発光管１１での吸収や散乱による損失を低減させ、被照射面へ効率良く光を進行させる。

凹レンズ１８は、光源装置１０から第２焦点へ向かう方向へ進行した光を平行化させる。リフレクタ１２は、曲面反射部１６、第１平面偏向部１４、第２平面偏向部１５により第２焦点へ向かう方向へ効率良く光を進行させることにより、凹レンズ１８から不図示の被照射面へ効率良く光を進行させることができる。これにより、リフレクタ１２を薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができるという効果を奏する。

曲面反射部１６は、所望の形状に成形された基材の表面に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属部材を蒸着させることにより得られる。リフレクタ１２のうち第１平面偏向部１４及び第２平面偏向部１５は、平板状の基材の表面に回折格子１７を形成することにより得られる。曲面反射部１６、第１平面偏向部１４、第２平面偏向部１５を形成する基材としては、例えば、耐熱性ガラスを用いることができる。リフレクタ１２は、曲面反射部１６が形成された基材、第１平面偏向部１４が形成された基材、及び第２平面偏向部１５が形成された基材を組み合わせることにより製造できる。なお、第１平面偏光部１４及び第２平面偏光部１５は、楕円の第２焦点に向けて光を偏向させるものに限られず、少なくとも前側へ光を偏向させるものであれば良い。

図７は、本発明の実施例２に係るリフレクタのうち第１平面偏向部２０が設けられた部分の要部断面構成を示す。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部２０が設けられた平面Ｓ２に直交する。不図示の第２平面偏向部は、第１平面偏向部２０と同様の構成を有する。本実施例のリフレクタは、第１平面偏向部２０、第２平面偏向部以外の部分は、上記実施例１のリフレクタ１２と同様の構成を有する。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第１平面偏向部２０は、平面Ｓ２に設けられたブレーズ構造体２１を有する。ブレーズ構造体２１は、鋸歯形状の断面を備える。ブレーズ構造体２１は、三角形状の断面をなす複数の微小な構造体を並列させて構成されている。ブレーズ構造体２１を構成する微小な構造体は、第１面２２及び第２面２３を備える。上記実施例１における回折格子１７（図５参照）と同様に、ブレーズ構造体２１は、不図示の中心軸ＡＸに略垂直に形成された各構造体を、中心軸ＡＸに沿う方向へ並列させて構成されている。ブレーズ構造体２１は、平面Ｓ２上に形成した略平坦な層を適宜パターニングして得られる。

反射面２４は、ブレーズ構造体２１のうち第１面２２に形成されている。第１面２２は、平面Ｓ２に対して傾けられている。第２面２３は、第１面２２同士の間に形成されている。第１面２２及び第２面２３は、略平坦に形成された面である。反射面２４は、発光部１３（図２参照）からの光を反射により偏向させる。第１面２２を傾ける向きは、リフレクタの開口部に近い側よりも開口部から遠い側が平面Ｓ２から離れるように設定されている。これにより、反射面２４は、入射した光を反射により前側、即ち発光部１３から見て被照射面がある側の向きに進行させるように形成されている。反射面２４は、ブレーズ構造体２１の第１面２２に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属膜を蒸着させることにより形成できる。発光部１３から射出し、第１平面偏向部２０へ入射した光は、第１平面偏向部２０での偏向により前側へ進行する。好ましくは、第１平面偏向部２０及び第２平面偏向部は、入射した光を反射面２４での反射により、中心軸ＡＸ（図１参照）上の第２焦点へ向けて偏向させる。本変形例の場合も、リフレクタを薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができる。

図８は、本実施例の変形例１に係るリフレクタのうち第１平面偏向部２５が設けられた部分の要部断面構成を示す。第１平面偏向部２５を構成するブレーズ構造体２６は、凹形状の第１面２７を備える。反射面２８は、ブレーズ構造体２６のうち第１面２７に形成されている。反射面２８は、図示する断面において曲線をなす曲面である。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部２５が設けられた平面Ｓ２に直交する面である。第１面２７の形状は、前側、好ましくは中心軸ＡＸ上の第２焦点へ光を効率良く進行させるように適宜決定することができる。

図９は、本実施例の変形例２に係るリフレクタのうち第１平面偏向部３０が設けられた部分の要部断面構成を示す。第１平面偏向部３０を構成するブレーズ構造体３１は、凸形状の第１面３２を備える。反射面３３は、ブレーズ構造体３１のうち第１面３２に形成されている。反射面３３は、図示する断面において曲線をなす曲面である。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部３０が設けられた平面Ｓ２に直交する面である。第１面３２の形状は、前側、好ましくは中心軸ＡＸ上の第２焦点へ光を効率良く進行させるように適宜決定することができる。図８及び図９を用いて説明するように反射面２８、３３を適宜変形することにより、被照射面の方向へさらに効率良く光を進行させることができる。なお、変形例１における第１面２７、変形例２における第１面３２は、曲面のみにより構成される場合に限られず、例えば、複数の平面を備える構成や、曲面及び平面を備える構成であっても良い。本実施例で説明するいずれのブレーズ構造体も、各構造体を並列させるピッチや、各構造体の形状、例えば第１面の傾きや曲率は、一定である場合に限られず、被照射面へ光を進行させる効率を考慮して適宜変化させても良い。

図１０−１は、本実施例の変形例３に係るリフレクタのうち第１平面偏向部３５が設けられた部分の要部断面構成を示す。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部３５が設けられた平面Ｓ２に直交する。第１平面偏向部３５は、平面Ｓ２に設けられたフレネル構造体３６を有する。フレネル構造体３６は、凸レンズの凸面を輪状に切り出した切片の断面と略同じ形状の断面を備える複数の微小な構造体を並列させて構成されている。フレネル構造体３６は、フレネルレンズの断面と略同じ形状の断面を備える構造体である。ここで、フレネルレンズの断面とは、レンズの直径に沿う面で切断した場合の断面であって、フレネル構造体３６の断面とは、中心軸ＡＸを含み、かつ平面Ｓ２に直交する面で切断した場合の断面である。

フレネル構造体３６を構成する微小な構造体は、第１面３７及び第２面３８を備える。第１面３７は、凸形状の曲面である。反射面３９は、フレネル構造体３６のうち第１面３７に形成されている。反射面３９は、図示する断面において曲線をなす曲面である。反射面３９は、フレネル構造体３６の第１面３７に高反射性部材、例えば誘電体多層膜や金属膜を蒸着させることにより形成できる。発光部１３（図２参照）から射出し、第１平面偏向部３５へ入射した光は、第１平面偏向部３５での偏向により前側へ進行する。好ましくは、第１平面偏向部３５及び第２平面偏向部は、入射した光を反射面３９での反射により、中心軸ＡＸ上の第２焦点へ向けて偏向させる。本変形例の場合も、リフレクタを薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができる。フレネル構造体３６は、第１面３７及び第２面３８のうち、反射面３９が形成される第１面３７がフレネルレンズの断面と同様の形状であれば良い。

図１０−２は、本実施例の変形例４に係るリフレクタのうち第１平面偏向部８０が設けられた部分の要部断面構成を示す。図示する断面は、不図示の中心軸ＡＸを含み、かつ第１平面偏向部８０が設けられた平面Ｓ２に直交する。第１平面偏向部８０に形成されたフレネル構造体８１は、曲面反射部１６の回転楕円面Ｓ１（図３参照）を輪状に切り出した切片の断面と略同じ形状の断面を備える複数の微小な構造体を並列させて構成されている。曲面反射部１６の断面、フレネル構造体８１の断面とは、いずれも、中心軸ＡＸを含み、かつ平面Ｓ２に直交する面で切断した場合の断面である。

フレネル構造体８１を構成する微小な構造体は、第１面８２及び第２面８３を備える。第１面８２は、凹形状の曲面である。反射面８４は、フレネル構造体８１のうち第１面８２に形成されている。発光部１３（図２参照）から射出し、第１平面偏向部８０へ入射した光は、第１平面偏向部８０での偏向により前側へ進行する。好ましくは、第１平面偏向部８０及び第２平面偏向部は、入射した光を反射面８４での反射により、中心軸ＡＸ上の第２焦点へ向けて偏向させる。本変形例の場合も、リフレクタを薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができる。第１面８２を凹形状の曲面とする場合、反射面８４で反射した光の集光性を向上させることで、第２焦点へ向けて効率良く光を進行させることが可能となる。フレネル構造体８１は、第１面８２及び第２面８３のうち、反射面８４が形成される第１面８２が曲面反射部１６の回転楕円面Ｓ１の断面と同様の形状であれば良い。

回転楕円面Ｓ１を輪状に切り出した各切片を平面Ｓ２上に並列させるように平行移動させると、元の回転楕円面Ｓ１の焦点位置と切片ごとの焦点位置とにずれが生じることになる。フレネル構造体８１は、回転楕円面Ｓ１を輪状に切り出した形状の切片を単に並列させるのみならず、焦点位置のずれを補正するように、形状を適宜調整することが望ましい。例えば、元の回転楕円面Ｓ１に対して第１面８２の曲率を適宜調整することにより、所望の方向、具体的には第２焦点へ効率良く光を進行させる構成にできる。

フレネル構造体８１は、本変形例で説明した第１面８２の凹形状を反転させ、第１面を凸形状の曲面としても良い。第１面を凸形状の曲面とする場合、光の発散性を向上させることで、光をより遠方へ進行させることが可能となる。

図１１は、本実施例の変形例５に係るリフレクタのうち第１平面偏向部４０の要部平面構成を模式的に表したものである。図示する平面は、第１平面偏向部４０が設けられた平面Ｓ２に平行な面であるとする。不図示の第２平面偏向部は、第１平面偏向部４０と同様の構成を有する。第１平面偏向部４０を構成するブレーズ構造体４１は、図示する平面内において湾曲する形状をなす。ブレーズ構造体４１は、第２焦点に相当する所定の位置Ｆを中心として同心円状に配置されている。位置Ｆは、リフレクタのうち曲面反射部１６（図２参照）がなす楕円の第２焦点を平面Ｓ２に投影した位置であるとする。

第１平面偏向部４０は、平面Ｓ２に直交する面内のみならず、平面Ｓ２に平行な面内においても、中心軸ＡＸ上の第２焦点へ向かう方向へ光を進行させることができる。これにより、さらに効率良く被照射面へ光を進行させることができる。ブレーズ構造体４１を用いる場合のみならず、上記のフレネル構造体３６（図１０−１参照）も、位置Ｆを中心として同心円状に配置することとしても良い。

図１２は、本発明の実施例３に係る光源装置５０の断面構成を示す。図示する断面は、中心軸ＡＸを含み、第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３に対して略垂直な平面である。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。光源装置５０は、発光管１１及びリフレクタ５１を有する。リフレクタ５１は、中心軸ＡＸの周囲に設けられている。リフレクタ５１は、発光管１１が設けられた側とは反対側を開口とする凹形状をなしている。

リフレクタ５１の内面は、第１平面偏向部５２、第２平面偏向部５３、及び曲面反射部５４により構成されている。第１平面偏向部５２は、リフレクタ５１の内面のうち、リフレクタ５１の開口側の一部分に設けられている。第２平面偏向部５３は、中心軸ＡＸを介して第１平面偏向部５２に対向する位置に設けられている。第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、中心軸ＡＸに略平行である。第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、発光部１３からの光を偏向させる平面偏向部である。第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、発光部１３からの光を回折により偏向させる不図示の回折格子を有する。第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、上記実施例１における第１平面偏向部１４と同様に構成できる。

曲面反射部５４は、リフレクタ５１の内面のうち、第１平面偏向部５２が設けられた部分、及び第２平面偏向部５３が設けられた部分以外の部分である。曲面反射部５４は、曲面形状をなしている。曲面反射部５４は、発光部１３からの光を反射させる。図示する断面において、曲面反射部５４は、中心軸ＡＸを対称軸とする放物線と略同じ形状をなしている。曲面反射部５４は、中心軸ＡＸを中心として放物線を回転させることにより得られる回転放物面と略同じ形状を有する。発光部１３は、かかる放物線を定義する焦点に設けられている。

ここで、中心軸ＡＸを中心として放物線を回転させることにより得られる回転放物面を想定して、リフレクタ５１の構成を説明する。中心軸ＡＸに直交する平面において、回転放物面は、図３に示す回転楕円面Ｓ１と同様に、中心軸ＡＸを中心とする円をなしている。曲面反射部５４は、回転放物面の一部と略同じ形状をなしている。第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、回転放物面のうち曲面反射部５４が設けられた部分以外の部分に対して中心軸ＡＸ側に位置する平面に形成されている。リフレクタ５１は、互いに対向する第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３を設けることにより、回転放物面と略同じ形状のみを用いる場合と比較して、薄型にすることができる。

図１３は、発光部１３から射出した光の振舞いを説明するものである。放物線の焦点から射出し、曲面反射部５４で反射した光は、中心軸ＡＸに略平行に進行する。焦点に発光部１３を設けることにより、曲面反射部５４から不図示の被照射面へ向かう方向へ効率良く光を進行させることができる。発光部１３から射出し、第１平面偏向部５２へ入射した光は、第１平面偏向部５２での偏向により、中心軸ＡＸに略平行に進行する。発光部１３から射出し、第２平面偏向部５３へ入射した光は、第２平面偏向部５３での偏向により、中心軸ＡＸに略平行に進行する。

リフレクタ５１は、曲面反射部５４、第１平面偏向部５２、第２平面偏向部５３により被照射面へ効率良く光を進行させることができる。これにより、本実施例の場合も、リフレクタ５１を薄型にでき、かつ被照射面へ効率良く光を進行させることができる。本実施例の光源装置５０は、凹レンズを用いなくても、中心軸ＡＸに略平行な光を射出することが可能である。よって、上記実施例１に係る光源装置１０と比較して、少ない部品点数にできる利点がある。回転楕円面を有する上記実施例１のリフレクタ１２は、回転放物面を有する本実施例のリフレクタ５１と比較して、容易に薄型にできる利点がある。本実施例の場合も、第１平面偏向部５２及び第２平面偏向部５３は、回折格子を有するものに限られず、ブレーズ構造体又はフレネル構造体に設けられた反射面を有するものであっても良い。

上記各実施例で説明するリフレクタは、第１平面偏向部及び第２平面偏向部を有するものとしているが、これに限られない。リフレクタは、少なくとも一つの平面偏向部を有するものであれば良い。少なくとも一つの平面偏向部を用いることにより、回転楕円面又は回転放物面と略同じ形状のみを用いる場合と比較してリフレクタを薄型にする効果を得られる。曲面反射部は、回転楕円面の一部、又は回転放物面の一部と略同じ形状である場合に限られず、中心軸ＡＸを中心として所定の曲線を回転させることにより得られる他の回転曲面の一部と略同じ形状であっても良い。さらに、曲面反射部は、回転曲面に変形を施すことにより得られる自由曲面を有するものであっても良い。

上記各実施例の光源装置に用いる発光管１１は、超高圧水銀ランプである場合に限られず、他のランプ、例えば、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等であっても良い。光源装置は、ランプを有するものに限られず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）等の固体光源を用いる構成としても良い。

図１４は、本発明の実施例４に係るプロジェクタ６０の概略構成を示す。プロジェクタ６０は、不図示のスクリーンへ光を投写し、スクリーンで反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ６０は、上記実施例１に係る光源装置１０を有する。光源装置１０は、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を含む光を射出する。凹レンズ１８は、光源装置１０から射出した光を平行化させる。第１インテグレータレンズ６１及び第２インテグレータレンズ６２は、アレイ状に配列された複数のレンズ素子を有する。第１インテグレータレンズ６１は、凹レンズ１８からの光束を複数に分割する。第１インテグレータレンズ６１の各レンズ素子は、凹レンズ１８からの光束を第２インテグレータレンズ６２のレンズ素子近傍にて集光させる。第２インテグレータレンズ６２のレンズ素子は、第１インテグレータレンズ６１のレンズ素子の像を空間光変調装置上に形成する。

２つのインテグレータレンズ６１、６２を経た光は、偏光変換素子６３にて特定の振動方向の直線偏光に変換される。重畳レンズ６４は、第１インテグレータレンズ６１の各レンズ素子の像を空間光変調装置上で重畳させる。第１インテグレータレンズ６１、第２インテグレータレンズ６２及び重畳レンズ６４は、光源装置１０からの光の強度分布を空間光変調装置上にて均一化させる。重畳レンズ６４からの光は、第１ダイクロイックミラー６５に入射する。第１ダイクロイックミラー６５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第１ダイクロイックミラー６５へ入射したＲ光は、第１ダイクロイックミラー６５、反射ミラー６６でそれぞれ光路が折り曲げられ、Ｒ光用フィールドレンズ６７Ｒへ入射する。Ｒ光用フィールドレンズ６７Ｒは、反射ミラー６６からのＲ光を平行化し、Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒへ入射させる。

Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、光を画像信号に応じて変調するための液晶層を封入している。Ｒ光用空間光変調装置６８Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム６９へ入射する。

第１ダイクロイックミラー６５を透過したＧ光及びＢ光は、第２ダイクロイックミラー７０へ入射する。第２ダイクロイックミラー７０は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー７０へ入射したＧ光は、第２ダイクロイックミラー７０で光路が折り曲げられ、Ｇ光用フィールドレンズ６７Ｇへ入射する。Ｇ光用フィールドレンズ６７Ｇは、第２ダイクロイックミラー７０からのＧ光を平行化し、Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇへ入射させる。Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置６８Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム６９のうちＲ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

第２ダイクロイックミラー７０を透過したＢ光は、リレーレンズ７１を透過した後、反射ミラー７２での反射により光路が折り曲げられる。反射ミラー７２からのＢ光は、さらにリレーレンズ７３を透過した後、反射ミラー７４での反射により光路が折り曲げられ、Ｂ光用フィールドレンズ６７Ｂへ入射する。Ｒ光の光路及びＧ光の光路よりもＢ光の光路が長いことから、空間光変調装置における照明倍率を他の色光と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ７１、７３を用いるリレー光学系が採用されている。

Ｂ光用フィールドレンズ６７Ｂは、反射ミラー７４からのＢ光を平行化し、Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂへ入射させる。Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置６８Ｂで変調されたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム６９のうちＲ光が入射する面、Ｇ光が入射する面とは異なる面へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム６９は、互いに略直交する２つのダイクロイック膜７５、７６を有する。第１ダイクロイック膜７５は、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜７６は、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム６９は、それぞれ異なる方向から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ７７の方向へ射出する。投写レンズ７７は、クロスダイクロイックプリズム６９で合成された光をスクリーンの方向へ投写する。

プロジェクタ６０は、上記の光源装置１０を用いることにより、薄型にでき、かつ各色光用空間光変調装置６８Ｒ、６８Ｇ、６８Ｂの被照射面へ効率良く光を供給することができる。これにより、薄型で、かつ効率良く明るい画像を表示できるという効果を奏する。プロジェクタ６０は、薄型にできることにより、携帯性及び設置性に優れたものとすることができる。プロジェクタ６０は、上記実施例のいずれの光源装置を用いても良い。

本発明に係るプロジェクタ６０は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal On Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating
Light Valve）等を用いても良い。プロジェクタ６０は、色光ごとに空間光変調装置を備える構成に限られない。プロジェクタ６０は、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成としても良い。プロジェクタ６０は、空間光変調装置を用いる場合に限られない。プロジェクタ６０は、画像情報を持たせたスライドを用いるスライドプロジェクタであっても良い。プロジェクタ６０は、スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から射出される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。本発明に係る光源装置は、プロジェクタ６０に用いるものに限られない。光源装置は、例えば、懐中電灯等の照明機器や、自動車のヘッドライト等に適用しても良い。

以上のように、本発明に係るリフレクタは、プロジェクタの光源装置に用いる場合に有用である。

本発明の実施例１に係る光源装置の斜視構成を示す図。中心軸を含む平面における光源装置の断面構成を示す図。中心軸に直交する平面におけるリフレクタの正面構成を示す図。第１平面偏向部の要部断面構成を模式的に表した図。第１平面偏向部の要部平面構成を模式的に表した図。発光部から射出した光の振舞いを説明する図。本発明の実施例２に係るリフレクタの第１平面偏向部の要部断面構成の図。実施例２の変形例１に係る第１平面偏向部の要部断面構成を示す図。実施例２の変形例２に係る第１平面偏向部の要部断面構成を示す図。実施例２の変形例３に係る第１平面偏向部の要部断面構成を示す図。実施例２の変形例４に係る第１平面偏向部の要部断面構成を示す図。実施例２の変形例５に係る第１平面偏向部を模式的に表した図。本発明の実施例３に係る光源装置の断面構成を示す図。発光部から射出した光の振舞いを説明する図。本発明の実施例４に係るプロジェクタの概略構成を示す図。

符号の説明

１０光源装置、１１発光管、１２リフレクタ、１３発光部、１４第１平面偏向部、１５第２平面偏向部、１６曲面反射部、ＡＸ中心軸、Ｓ１回転楕円面、１７回折格子、Ｓ２平面、１８凹レンズ、２０第１平面偏向部、２１ブレーズ構造体、２２第１面、２３第２面、２４反射面、２５第１平面偏向部、２６ブレーズ構造体、２７第１面、２８反射面、３０第１平面偏向部、３１ブレーズ構造体、３２第１面、３３反射面、３５第１平面偏向部、３６フレネル構造体、３７第１面、３８第２面、３９反射面、４０第１平面偏向部、４１ブレーズ構造体、５０光源装置、５１リフレクタ、５２第１平面偏向部、５３第２平面偏向部、５４曲面反射部、６０プロジェクタ、６１第１インテグレータレンズ、６２第２インテグレータレンズ、６３偏光変換素子、６４重畳レンズ、６５第１ダイクロイックミラー、６６反射ミラー、６７ＲＲ光用フィールドレンズ、６７ＧＧ光用フィールドレンズ、６７ＢＢ光用フィールドレンズ、６８ＲＲ光用空間光変調装置、６８ＧＧ光用空間光変調装置、６８ＢＢ光用空間光変調装置、６９クロスダイクロイックプリズム、７０第２ダイクロイックミラー、７１、７３リレーレンズ、７２、７４反射ミラー、７５第１ダイクロイック膜、７６第２ダイクロイック膜、７７投写レンズ、８０第１平面偏向部、８１フレネル構造体、８２第１面、８３第２面、８４反射面

Claims

光を射出する発光部と組み合わせて用いられ、前記発光部が配置される中心軸の周囲に設けられたリフレクタであって、
前記中心軸を中心とする回転曲面と略同じ形状をなし、前記発光部からの光を反射する曲面反射部と、
前記回転曲面に対して前記中心軸側に位置する平面に形成され、前記発光部からの光を前側へ偏向させる平面偏向部と、を有し、
前記回転曲面は、第１焦点及び第２焦点を基準として定義される楕円を、前記中心軸を中心に回転させることにより得られる回転楕円面であり、
前記平面偏向部は、第１平面偏向部と、前記中心軸を介して前記第１平面偏向部に対向する位置に設けられた第２平面偏向部と、を有し、
前記平面偏向部は、前記平面上に形成された複数の構造体を有し、
前記複数の構造体は、前記発光部からの光を回折により偏向させる回折格子を構成し、
前記発光部が前記第１焦点、又は前記第１焦点の近傍に配置される場合に、前記複数の構造体は、前記平面内において、前記第２焦点に相当する位置、又は前記第２焦点に相当する位置の近傍を中心として略同心円状に配置されることを特徴とするリフレクタ。
光を射出する発光部と、
請求項１に記載のリフレクタと、を有することを特徴とする光源装置。
請求項２に記載の光源装置と、
前記光源装置から射出した光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタ。