JP5381348B2 - 光源装置、照明系、プロジェクター - Google Patents
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Description
放電型の光源は、以下のような発光原理により光を発することが知られている。発光管(放電管)内に封入された放電ガスは、アーク放電に起因する電子と衝突する。これにより、放電ガスの一部が励起状態となり、また放電ガスの一部がイオン化してプラズマになる。励起状態の放電ガスは、基底状態又は準安定状態に戻り、励起状態とのエネルギー差に応じた光を放射する。プラズマとなった放電ガスは、電子と再結合して結合エネルギーに応じた光を放射する。
前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて前記第1リフレクターに向けて射出する第2リフレクターと、を備え、前記第1リフレクターの焦点位置が前記光源の発光点と略一致しているとともに、前記光軸方向に直交する面方向において、前記第2リフレクターの焦点位置が前記第1リフレクターの焦点位置からずれており、前記光源から射出されて第2リフレクターで反射した光の集光スポットの位置が、少なくとも前記光軸方向に直交する面方向において、前記光源における発光スポットの位置からずれていることを特徴とする。
本発明の第2態様の光源装置は、光を射出する光源と、前記光源の一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて光軸方向に射出する第1リフレクターと、前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて前記第1リフレクターに向けて射出する第2リフレクターと、を備え、前記第2リフレクターの焦点位置が前記第1リフレクターの焦点位置と略一致しているとともに、前記第1リフレクターの焦点位置が前記光源の発光点からずれており、前記光源から射出されて第2リフレクターで反射した光の集光スポットの位置が、少なくとも前記光軸方向に直交する面方向において、前記光源における発光スポットの位置からずれていることを特徴とする。
以上のように本発明の光源装置は、小型化が可能であり光の損失を低減可能なものになっている。
発光スポットの極大輝度部は、プラズマ密度が極大となる領域とほぼ一致すると考えられる。集光スポットの極大輝度部が発光スポットの極大輝度部からずれるようになっているので、プラズマに吸収される光量が低減され、光の損失が低減される。
このようにすれば、発光スポットの輝度変化率が急勾配である方向において、発光スポットの輝度極大位置からの集光スポットの輝度極大位置のずれ量を大きくしているので、発光スポットと対応する部分の集光スポットの輝度が集光スポットの最大輝度よりも低下する量が、ずれ量に比して効果的に大きくなる。したがって、プラズマ密度が相対的に高い領域を通る光量を効果的に減らすことができ、プラズマに吸収される光量をずれ量に比して効果的に低減することができる。よって、集光スポットの発光スポットからのずれ量を最小限度にすることができ、光源装置から射出される光全体における配光特性を良好にすることができる。
集光スポットの輝度分布の半値幅に対応する領域が、発光スポットの輝度分布の半値幅に対応する領域と重ならないようになっていれば、第2リフレクターで反射した光においてプラズマを通る光の割合が格段に低くなり、プラズマに吸収される光量が格段に低減される。
このようにすれば、第1リフレクター、第2リフレクターのいずれにおいても光源から光が入射する部分の形状が、発光点を含んだ対称面に対して略面対称になっているので、光源装置から取り出される光の輝度分布が対称面に対して対称になる。
このようにすれば、第2リフレクターの焦点位置が発光点と異なる位置になるので、集光スポットを発光スポットからずらすことができる。
このようにすれば、第2リフレクターの焦点位置が発光点と異なる位置になるので、集光スポットを発光スポットからずらすことができる。第2リフレクターの焦点位置が第1リフレクターの焦点位置と略一致しているので、光源装置から取り出される光の輝度分布の対称性を改善することが可能になる。
このようにすれば、第2リフレクターの焦点位置が発光点と異なる位置になるので、集光スポットを発光スポットからずらすことができる。また、第2リフレクターで反射して間接的に第1リフレクターに入射する間接光の輝度分布を、光源から第1リフレクターに直接的に入射する直接光の輝度分布と独立して設計することができる。光源装置から取り出される光の輝度分布は、直接光に由来する輝度分布と、間接光に由来する輝度分布とを重ね合わせたパターンになるので、取り出される光の輝度分布の設計自由度が高くなる。
本発明に係る光源装置を含んで構成された照明系又は本発明に係る照明系は、小型化が可能であり低消費電力で高輝度な光が得られるので、本発明のプロジェクターを小型にすることができ、また低消費電力で高輝度の画像が得られるものにすることができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光源装置1の概略構成を示す斜視図である。
図1に示すように光源装置1は、光源10、リフレクター11を含んでいる。リフレクター11は、第1リフレクター12、第2リフレクター13を含んでいる。第1リフレクター12、第2リフレクター13は、それぞれが凹面状の反射面を含んでおり、互いの反射面が向かい合うように配置されている。光源10は、第1リフレクター12と第2リフレクター13とに囲まれる領域に配置されている。光源10は、概ね光源軸(以下、ランプ軸と称する)10Aの軸方向に延在しており、ランプ軸10A周りで略軸対称な形状になっている。光源装置1の光軸は、ランプ軸10Aと略平行になっている。
次に、本発明の第2実施形態に係る光源装置について説明する。
図5(a)は、第2実施形態の光源装置2について、ランプ軸10Aに直交する面内における光源装置2の構成要素の位置関係を示す平面図である。図5(b)は、図5(a)に示した平面図に対応させて、発光点から射出される光を模式的に示す概念図である。
次に、本発明の第3実施形態に係る光源装置について説明する。
図6(a)は、第3実施形態の光源装置3について、ランプ軸10Aに直交する面内における光源装置3の構成要素の位置関係を示す平面図である。図6(b)は、図6(a)に示した平面図に対応させて、発光点から射出される光を模式的に示す概念図である。
次に、本発明の第4実施形態に係る光源装置について説明する。
図7(a)は、第4実施形態の光源装置4について、ランプ軸10Aに直交する面内における光源装置4の構成要素の位置関係を示す平面図である。図7(b)は、図7(a)に示した平面図に対応させて、発光点から射出される光を模式的に示す概念図である。
第2リフレクターの反射面の形状としては、第1リフレクター12に向かって凹となる自由曲面、あるいは非球面であってもよい。自由曲面としては、ゼルニケ多項式面、xy多項式面、拡張スプライン面等の曲面や、スプライン曲線やベジェ曲線等の自由曲線を、発光点17と異なる位置を通りランプ軸10Aと平行な回転軸周りに回転させて得られる曲面等が挙げられる。非球面としては、非球面レンズ等の形状表現に用いられる非球面の式により表される曲面が挙げられる。非球面の形状は、非球面の式における形状係数(非球面係数)により定義される。第1リフレクターの反射面の形状や第2リフレクターの反射面の形状を調整することにより、光源装置から射出される光の輝度分布を調整することができ、例えば輝度分布の対称性を改善することが可能である。
次に、本発明の第5実施形態に係る照明系について説明する。
図8は、第5実施形態の照明系5の概略構成を示す断面模式図であり、図9は偏光変換素子を拡大して示す断面模式図である。図8に示すように、照明系5は、光源装置1及び照明光学系50を含んでいる。照明光学系50の構成要素は、照明系5の光軸5Aに沿って配列されている。光軸5Aは、光源装置1の光軸と略一致している。照明光学系50は、光源装置1から光軸5Aの下流に向かって、平行化レンズ51、レンズアレイ52、53、偏光変換素子54、重畳レンズ55がこの順に配置された構成になっている。
レンズアレイ52、53は、平行化レンズ51から射出された光の輝度分布を均一化するものである。レンズアレイ52は、複数のレンズ部521を含んでおり、レンズアレイ53は複数のレンズ部531を含んでいる。レンズ部521は、レンズ部531と1対1で対応している。平行化レンズ51から射出された光は、複数のレンズ部521に空間的に分かれて入射する。レンズ部521は、入射した光を対応するレンズ部531に結像させる。これにより、複数のレンズ部531の各々に、二次光源像が形成される。
次に、本発明の第6実施形態に係るプロジェクターについて説明する。
図10は、第6実施形態のプロジェクター6の概略構成を示す模式図である。
図10に示すようにプロジェクター6は、照明系60、色分離光学系61、画像形成装置62a〜62c、色合成素子63、投射光学系64を含んでいる。本実施形態の照明系60は、本発明に係る照明系により構成されている。
光Lのうちの緑色光Lbと青色光Lcとは、ダイクロイックミラー611で反射して、ダイクロイックミラー612に入射する。緑色光Lbは、ダイクロイックミラー612で反射してフィールドレンズ616bに入射する。緑色光Lbは、フィールドレンズ616bにより平行化された後に、画像形成装置62bに入射する。
ダイクロイックミラー612を通った青色光Lcは、リレーレンズ617を通りミラー614で反射した後、リレーレンズ618を通りミラー615で反射してフィールドレンズ616cに入射する。青色光Lcは、フィールドレンズ616cにより平行化された後に、画像形成装置62cに入射する。
次に、本発明の第7実施形態に係るプロジェクターを説明する。第7実施形態が第6実施形態と異なる点は、光源装置から射出される光の輝度分布が照度均一化素子により均一化される点、画像形成装置がデジタルミラーデバイス(DMD)により構成されている点である。
Claims (8)
- 光を射出する光源と、
前記光源の一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて光軸方向に射出する第1リフレクターと、
前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて前記第1リフレクターに向けて射出する第2リフレクターと、を備え、
前記第1リフレクターの焦点位置が前記光源の発光点と略一致しているとともに、前記光軸方向に直交する面方向において、前記第2リフレクターの焦点位置が前記第1リフレクターの焦点位置からずれており、
前記光源から射出されて第2リフレクターで反射した光の集光スポットの位置が、少なくとも前記光軸方向に直交する面方向において、前記光源における発光スポットの位置からずれていることを特徴とする光源装置。 - 光を射出する光源と、
前記光源の一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて光軸方向に射出する第1リフレクターと、
前記光源の前記一部と異なる部分の少なくとも一部を囲んで設けられ、前記光源から射出された光を反射させて前記第1リフレクターに向けて射出する第2リフレクターと、を備え、
前記第2リフレクターの焦点位置が前記第1リフレクターの焦点位置と略一致しているとともに、前記第1リフレクターの焦点位置が前記光源の発光点からずれており、
前記光源から射出されて第2リフレクターで反射した光の集光スポットの位置が、少なくとも前記光軸方向に直交する面方向において、前記光源における発光スポットの位置からずれていることを特徴とする光源装置。 - 前記光源は、所定の光源軸に沿って互いに離れて配置された一対の電極を含み、前記一対の電極の間に前記発光スポットが形成されるようになっており、
前記集光スポットにおける輝度の重心位置と前記光源軸とを含む検査面において、前記集光スポットの輝度極大部が、前記発光スポットの輝度極大部からずれるようになっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光源装置。 - 前記検査面において互いに独立した2方向について前記集光スポットの輝度極大位置が前記発光スポットの輝度極大位置からずれる量を比較すると、前記2方向のうちで前記発光スポットの輝度変化率が相対的に大きい第1方向では、前記発光スポットの輝度変化率が相対的に小さい第2方向よりも前記ずれる量が大きくなっていることを特徴とする請求項3に記載の光源装置。
- 前記光源軸に直交する面が前記検査面と交差する交差線上において、前記集光スポットの輝度分布の半値幅に対応する領域が前記発光スポットの輝度分布の半値幅に対応する領域と重なり合わないようになっていることを特徴とする請求項3又は4に記載の光源装置。
- 前記集光スポットの輝度の重心位置が、前記発光点からずれ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光源装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の光源装置と、
複数のレンズ部を含んで構成され、前記光源装置から射出された光の輝度分布を均一化する輝度均一化素子と、
前記輝度均一化素子から射出された光の偏光状態を揃える複数の偏光変換セルを含んで構成された偏光変換素子と、を備え、
前記レンズ部は、前記偏光変換セルと1対1で対応しているとともに該レンズ部を通る光を該偏光変換セルの光入射領域に集光するようになっており、
前記光源装置において前記第2リフレクターを経由した光と前記光源から第1リフレクターに直接的に入射した光とが前記偏光変換セルの光入射領域に収まるように、前記集光スポットの前記発光スポットからのずれ量が設定されていることを特徴とする照明系。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の光源装置を含んで構成された照明系又は請求項7に記載の照明系と、
前記照明系から射出された光により画像を形成する画像形成装置と、
前記画像形成装置により形成された画像を投射する投射光学系と、を備えていることを特徴とするプロジェクター。
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