JP5398299B2 - 照明光学系およびそれを用いた画像投射装置 - Google Patents
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Description
0<(Ia−Ib)/(Ea−Eb)<0.5
なる条件を満足するように、前記第1光学手段に対して前記正レンズ及び前記第2光学手段が配置され、且つ前記第2光学手段は、前記光源手段から出射した光束が前記第1光学手段と前記正レンズにより集光される集光点よりも、光軸方向において前記光源手段側に位置することを特徴とする。
図1は、本発明の照明光学系を有する画像投射装置の実施例1の中心軸O(光軸OLa)を含むXZ断面における要部概略図である。図2は図1の中心軸Oの(光軸OLa)を含み紙面に直交するYZ断面内の要部概略図である。高圧水銀ランプ等の白色光を放射する光源手段1から発せられた光は、第1の光学手段を構成する反射面が楕円面形状のリフレクター(曲面反射面)2により反射され、収束光として正の屈折力の正レンズ3に入射する。正レンズ3に入射した光は、収束され、収束光として光学素子4に入射する。光学素子4は入射側(光入射側)の面が負の屈折力の第2光学手段4aより成り、出射側(光出射側)の面が複数のレンズセルが2次元的に配列された第1のフライアイレンズ(光束分割手段)4bより成る。光学素子4に入射した光は、入射側の面の負の屈折力の第2光学手段4aにより平行化される。その後、出射側の面の複数のレンズセルより成る第1フライアイレンズ4bによって複数の光束に分割される。その後、第2のフライアイレンズ(光束分割主端)5と偏光変換素子6の近傍に複数の2次光源像を形成する。第2のフライアイレンズ5を通過した複数の集光された光束は、偏光変換素子6を透過し、所定の偏光方向に偏光が揃えられ、第1のコンデンサーレンズ7及び第2のコンデンサーレンズ8より成る集光手段で集光される。その後、偏光分離プリズム9の偏光分離面11を透過し、パネル(被照射面)10面において複数の光束は重ね合わされる。これによってパネル10を均一に照明している。パネル(画像表示素子)10に基づく画像からの光束は偏光分離面11で反射され、投射光学系Prに入射する。投射光学系Prは、パネル10に基づく画像情報をスクリーン(所定面上)Sに投射している。第2光学手段4aとパネル10面は共役又は略共役関係にある。
θ1> θ1’
である。同様に、楕円リフレクター2の発光部1aに近い側(図の B)で反射する光について、正レンズ3の入射前の広がり角度をθ2、正レンズ3の出射後の広がり角度をθ2’とする。このとき、
θ2>θ2’
である。このため、楕円リフレクター2の出射側に正レンズ3を設けることにより、第1及び第2のフライアイレンズ4b、5に入射する光線角度範囲が狭まるため、偏光変換素子6近傍での光量損失が少なくなる。
0<(Ia−Ib)/(Ea−Eb)<0.5 ・・・(1)
なる条件を満足するように距離Lを適切に設定している。条件式(1)の上限又は下限を超えるときは、輝度分布の中央部が局所的に低くなる(距離Lが小さい図7の一点鎖線の場合)、又は、局所的に高くなる(距離Lが大きい図7の点線3の場合)ため、前述した光線作用の説明から、明るさが低下してしまうので良くない。
図9及び図10は、本発明の実施例2のXZ断面とYZ断面の構成図である。実施例2は実施例1に比べて光学素子12と第2のフライアイレンズ13の構成が異なっているだけである。1は光源手段、2は光源手段1からの光を反射して集光する第1光学手段としての楕円リフレクター、3は正レンズ、12は光学素子であり、負の屈折力を有する第2光学手段12a及び光束分割手段としての第1のフライアイレンズ12bを有している。13は第2のフライアイレンズである。6は偏光変換素子、7は第1のコンデンサーレンズ、8は第2のコンデンサーレンズ、9は偏光分離プリズム、10はパネルである。光学素子12は、フライアイレンズセルの曲率中心の偏心によって負の屈折力を持たせた第2光学手段12aと光束分割手段としての第1のフライアイレンズ12bを一体化している。また、第2のフライアイレンズ13も光学素子12と同様である。第1、第2のフライアイレンズ12b、13は、それぞれにおいて複数のレンズセルが2次元的に配置されて構成されている。
図14及び図15は、本発明の実施例3のXZ断面図とYZ断面図である。本実施例は実施例1に比べて第1光学手段2を放物リフレクター(放物面鏡)20と第1の正レンズ21より構成した点が異なっているだけである。1は光源手段、20は放物リフレクターである。21は正の屈折力の正レンズ、3は正レンズ、4は光学素子であり、負の屈折力を有する第2光学手段4aと光束分割手段としての第1のフライアイレンズ4bを有している。5は第2のフライアイレンズ、6は偏光変換素子、7は第1のコンデンサーレンズ、8は第2のコンデンサーレンズである。9は偏光分離プリズム、10はパネルである。放物リフレクター20と、正レンズ21以外の構成は、実施例2と同一である。本実施例では、実施例1における楕円リフレクター2の替わりに、放物リフレクター20と正レンズ21を用いており、これにより光源手段1からの光を反射して集光し、正レンズ3に入射させている。光源手段1から発せられた光は、放物リフレクター20によって反射され、平行光となり、正レンズ21に入射する。正レンズ21に入射した光は、収束光となり、正レンズ3に入射し、屈折して光学素子4に入射する。それ以降の光学作用は実施例1と同様である。本実施例では、第1の正レンズ21と正レンズ3との距離Lに関し、条件式(1)を満足するようにしている。これにより、実施例1で述べたと同様の効果を得ている。本実施例において放物リフレクター20の代わりに楕円リフレクターを用いても良い。
図16及び図17は、本発明の実施例4のXZ断面図とYZ断面図である。本実施例は実施例1に比べて光学素子23と第2のフライアイレンズ24の構成が異なっているだけである。1は光源手段、2は光源手段1からの光を反射して集光する第1光学手段としての楕円リフレクターである。3は正レンズ、23は光学素子であり、負の屈折力を有する第2光学手段23aと光束分割手段としての第1のフライアイレンズ23bを有している。24は第2のフライアイレンズ、6は偏光変換素子、7は第1のコンデンサーレンズ、8は第2のコンデンサーレンズ、9は偏光分離プリズム、10はパネルである。第1フライアイレンズ23bと第2フライアイレンズ24以外の構成は実施例1と同一である。光学素子23は、入射面が負の屈折力を有した球面形状の第2光学手段23aと、出射面が光束を分割する複数の微小レンズから成る第1フライアイレンズ23bより成っている。第2フライアイレンズ24は、平板状のフライアイレンズより成っている。
Claims (6)
- 被照明面を照明する照明光学系であって、光源手段から出射した光束を収斂光として出射する、曲面反射面を含む第1光学手段と、該第1光学手段から出射した光束を集光する正レンズと、該正レンズから出射した光束の集光状態を変える負の屈折力の第2光学手段と、該第2光学手段から出射した光束を複数の光束に分割する光束分割手段と、該光束分割手段から出射した光束の偏光方向を揃えて出射する偏光変換素子と、該偏光変換素子から出射した光束を被照射面に導光する集光手段と、を有し、
前記光源手段から前記正レンズの光軸に対し垂直方向に出射した光線の前記曲面反射面での反射点をDとし、前記反射点Dよりも光軸から遠い前記曲面反射面の領域に入射して反射した光束による前記第2光学手段の入射面における輝度の最大値と最小値をそれぞれEa、Eb、前記反射点Dよりも光軸に近い前記曲面反射面の領域に入射して反射した光束による前記第2光学手段の入射面における輝度の最大値と最小値をそれぞれIa、Ibとするとき、
0<(Ia−Ib)/(Ea−Eb)<0.5
なる条件を満足するように、前記第1光学手段に対して前記正レンズ及び前記第2光学手段が配置され、且つ前記第2光学手段は、前記光源手段から出射した光束が前記第1光学手段と前記正レンズにより集光される集光点よりも、光軸方向において前記光源手段側に位置することを特徴とする照明光学系。 - 前記第1光学手段は、楕円リフレクターより成ることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
- 前記第1光学手段は、放物リフレクターと正の屈折力の正レンズから成ることを特徴とする請求項1に記載の照明光学系。
- 前記第2光学手段と前記光束分割手段は、一体化された光学素子より成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明光学系。
- 前記光束分割手段の光出射側に複数のレンズセルより成るフライアイレンズが配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明光学系。
- 画像表示素子と、前記画像表示素子を照明する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明光学系と、前記画像表示素子の画像を投射する投射光学系とを有することを特徴とする画像投射装置。
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