JPH10232430A - 照明装置及びそれを用いた投影装置 - Google Patents
照明装置及びそれを用いた投影装置Info
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Abstract
示素子を所定の偏光状態の光束で効果的に照明すること
ができる照明装置及びそれを用いた投影装置を得るこ
と。 【構成】 光源手段からの光束を集光して1次光源像を
形成する集光手段、該1次光源像からの光束を内面反射
を利用し、複数の光束に分割して射出させて2次光源像
を形成する棒状の光束分割手段、該光束分割手段からの
光束を集光して、複数の3次光源像を形成する結像レン
ズ、該結像レンズからの光束を所定の方向に偏光面を揃
えて射出させる偏光変換素子、該3次光源像からの光束
であって該偏光変換素子を通過した該複数の光束を集光
して被照射面上で重ね合わせる集積レンズとを有してい
ること。
Description
用いた投影装置に関し、特に液晶を利用した画像表示素
子(液晶パネル)に表示する画像を投影レンズ(投影光
学系)でスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェクタ
ーに好適なものである。
し、液晶パネルを光源からの光束により照明し、液晶パ
ネルからの透過光又は反射光に基づく画像を投影レンズ
によりスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェクター
が種々と提案されている。
れるTN型の液晶パネルは液晶の持つ偏光特性を利用し
ている。このために、通常、液晶パネルの前後に偏光子
や、検光子等の偏光フィルターが設けられている。偏光
フィルターは入射する光の特定の偏光方向を透過し、そ
れと直交する偏光方向を遮断する特性を有している。こ
の為、液晶プロジェクターに利用される光はこの偏光フ
ィルターのところで少なくとも半分は遮断されることに
なり、投影した画像の明るさが低下してくる傾向があっ
た。
90584号に提案されているプロジェクターの要部概
略図である。
からの光束及びリフレクター106で反射した光束を赤
外カットフィルター108、レンズ107、絞り109
を介して偏光分離素子102に入射させている。このと
きの光の偏光成分を直交する2つの成分(P偏光,S偏
光)に分離する為の偏光分離素子102を通過した光束
のうち反射分離後の一方の光路に1/2波長板103を
設けている。
向を透過分離光と揃えて射出している。そして偏光分離
素子102からの2つの光路をプリズム104等を使っ
て液晶パネル105上で重ね、全ての光が利用できるよ
うにしている。そして液晶パネル105で表示した画像
を投影レンズ(不図示)で所定面上に投影している。
提案されているプロジェクターの要部概略図である。同
図において光源ランプ201から放射した光はリフレク
ター203により、特定の方向(画像表示素子20があ
る方向)に反射され、複数のレンズを格子状に配列した
第1レンズアレイ201に入射する。第1レンズアレイ
201の各レンズにより第1レンズアレイ201と同様
の構成の第2レンズアレイ202の近傍に集光し、第1
レンズアレイ201と第2レンズアレイ202の間隔と
同程度の焦点距離を有するレンズから成る第2レンズア
レイ202を透過した後、偏光変換素子204に入射す
る。
分離面204aにより異なる偏光状態(S成分とP成
分)の光に分離され、偏光分離面204aで反射した光
は、反射ミラー204bで反射し、2分の1位相板20
5を透過する。そして偏光分離面204aを透過した光
と同じ偏光状態に変換され、同じ偏光状態で偏光変換素
子204を射出する。
態の光束で集光レンズ206を介して集光レンズ206
の焦点位置(被照射面)近傍に設けた画像表示素子20
を照明している。そして画像表示素子20で表示した画
像を投影レンズで所定面上に投影している。
クターは光源からの光束を偏光変換手段102で2つの
光束に分割し、該分割した2つの光束を重ね合わせて被
照射面105を照明しており、オプティカルインテグレ
ータを用いていない為に照度分布にムラが生じてくると
いう問題があった。
次光源像を形成し、該複数の2次光源像からの光束を各
々被照射面上で重ね合わせている為に被照射面20を均
一に照明することができる。
程度の大きさの第1,第2レンズアレイ、そして偏光変
換素子204が必要となる為、装置全体が大型化してく
る傾向があった。
けた液晶パネル等から成る画像表示素子を照明する際
に、光源から被照射面に至る光路中に設ける各要素を適
切に設定することによって被照射面を光束の有効利用を
図りつつ、効率的に照明することができ、しかも装置全
体の小型化を図った液晶プロジェクター等に好適な照明
装置及びそれを用いた投影装置の提供を目的とする。
する集光手段、該1次光源像からの光束を内面反射を利
用し、複数の光束に分割して射出させて2次光源像を形
成する棒状の光束分割手段、該光束分割手段からの光束
を集光して、複数の3次光源像を形成する結像レンズ、
該結像レンズからの光束を所定の方向に偏光面を揃えて
射出させる偏光変換素子、該3次光源像からの光束であ
って該偏光変換素子を通過した該複数の光束を集光して
被照射面上で重ね合わせる集積レンズとを有しているこ
とを特徴としている。
数の光路に分離し、該偏光分離面により分離した複数の
光路を反射板を用いて同一方向に導光し、該複数の光路
の少なくとも1つに1/2波長板を設けていること。
リック系より成っていること。
被照射面とを光学的に共役関係となるようにしているこ
と。
画像表示素子が設けられており、該画像変調素子を照明
していること。等を特徴としている。
設けた画像表示素子に表示された画像を投影光学系で所
定面上に投影していることを特徴としている。
態1の要部概略図である。図2〜図6は図1の一部分の
説明図である。図中1は白色光源であり、楕円ミラー
(集光手段)2の一方の焦点2a近傍に配置している。
3はガラスロッド(光束分割手段)であり、断面が多角
形(4角形,6角形等)の棒状体より成り、その光入射
面3aは楕円ミラー2の他方の焦点2b近傍に位置して
いる。
射出面3bからの光束を集光して偏光変換素子7の入射
面7aに入射させている。偏光変換素子7は多数の方向
に偏光軸を有し、入射光の偏光状態を揃えて、例えば所
定一方向に偏光軸を有する直線偏光として射出面7bか
ら射出させて集積レンズ5に導光している。集積レンズ
5は偏光変換素子7からの偏光状態が揃った光束で被照
射面6に配置した液晶パネル(画像表示素子)8を照明
している。
する。楕円ミラー2の一方の焦点2a近傍に配置した白
色光源1から放射する光を楕円ミラー2で集光し、他方
の焦点2b近傍に1次光源像P2 を生成している。焦点
2bにはガラスロッド3の入射面3aが位置しており、
1次光源像P2 に基づく光束はガラスロッド3の入射面
3aから入射し、ガラスロッド3の内面反射面で反射し
て複数の2次光源像(P2',P2",‥‥)を形成してい
る。
ガラスロッド3の射出面3bから射出する。ガラスロッ
ド3の射出面3bから射出した複数の光束を結像レンズ
4により、それぞれほぼ平行(テレセントリック)な状
態で集光し、複数の3次光源像(P3 ,P3',P3",‥
‥)を生成し、偏光変換素子7に入射している。
光束を所定の方向に偏光面が揃った光束に変換し、集積
レンズ5により複数の3次光源像から放射される光束を
所定の位置に配置した液晶パネル8面上で重ね合わせて
いる。
により、光源1から発した光を一旦集光し、細い棒状の
光束分離手段3の中で光束を複数に分割し、照明光の均
一化を実現している。さらに棒状の光束分離手段3を射
出した光束を強い屈折力の結像レンズ4で集光すること
により、光束の広がりを抑えて狭い領域に複数の3次光
源像を生成している。
傍に偏光分離面を有する偏光変換素子7を設けることに
より、偏光変換素子を小型化している。このとき結像レ
ンズ4で集光される光束をテレセントリックな系に設定
することにより、偏光分離面に入射するそれぞれの光束
の角度を抑えて、偏光分離膜の入射角の特性ムラによる
照明ムラを低減している。
5で被照射面6上で重ね合わせて均一照明を行ってい
る。
明する。図2(A),(B)は実施形態1で用いている
ガラスロッド(光束分割手段)3の光束分割作用の説明
図である。
口(射出開口3b)の形状がx方向ax,y方向ayの
大きさの4角形で、入射側の開口(入射開口3a)の形
状も開口の各辺が射出開口3bの各辺と平行な形の4角
形である。入射開口3aと射出開口3bを結ぶ側面(c
1 ,c2 ,c3 ,c4 )を有し、それぞれの面が研磨面
(反射面)となっている。射出開口3bの大きさOを入
射開口に生成された2次光源像P2 からの光束の広がり
Kよりも小さく設定することにより、光束の一部がガラ
スロッド3の側面(c1 ,c2 ,c3 ,c4 )により反
射され、この反射によって2次光源像P2 の虚像
(P2',P2",‥‥)が複数生成されるようにしてい
る。
の2次光源像P2 の虚像(P2',P2",‥‥)から射出
開口3bに向けて放射する光束と考えることができ、側
面(c1 ,c2 ,c3 ,c4 )のでの反射回数に応じた
方向に不連続的に射出開口3bから射出される。
によるものであり、虚像P2" は側面c1 ,c3 による
ものであり、虚像P2''' は側面c1 ,c3 ,c1 の反
射によるものである。
面でかかれているが、これが傾いていても射出される光
束の角度が変化するだけで、上に説明した光束を分割す
る効果は同じである。
射開口3aに比べて射出開口3bが大きい形状、又はそ
の逆の形状のガラスロッドを用いても良い。
ラスロッド3の射出面3bの中心を通るようにガラスロ
ッド3の長さが決められている。
ようなガラスロッドを示したが、ガラスロッド3の側面
c1 ,c2 ,c3 ,c4 に対応する反射面を有する中空
のミラーロッドで形成しても良い。
口形状が照明光束の形になるので、4角形の画像素子を
用いる場合は、射出開口の形状も4角形とするのが望ま
しく、このとき製造上の容易性から入射開口の形状も開
口の各辺が射出開口の各辺と平行な形にするのが良い。
4の光学的作用の説明図である。図3では結像レンズ4
を薄肉レンズで表している。先に説明したようにガラス
ロッド3の射出開口3bから射出する光束は、2次光源
像P2 及び2次光源像P2 の虚像群(P2',P2" ,‥
‥)から射出開口3bを通り放射する光束である。
セントリックな状態で結像させている。具体的には焦点
距離f1 の結像レンズ4を射出開口3bから距離f1 の
位置に設けることにより射出開口3bの中心を通る光線
が平行光となるので、これによって射出開口3bから射
出する光束をテレセントリックな状態に変換して結像レ
ンズ4から距離s’の位置4aに3次光源像(P3 ,P
3',P3",‥‥)を縮小結像している。ただし距離
s’は結像レンズ4から2次光源像P2 までの距離をs
(<0)としたときに s’=s・f1 /(s+f1 ) である。
ので3次光源像の位置は位置4a近傍となる。3次光源
像群の広がりUは、一番外側の2次光源像の虚像(図で
はP"")から射出開口3bの中心を通る光線の光軸に対
する角度θと結像レンズ4の焦点距離f1 により u=2・f1 tan(θ) となる。焦点距離f1 や角度θの設定により広がりUを
楕円ミラー2の大きさよりも小さく設定することができ
るようになる。このように小さい領域に光源像を生成
し、その領域に偏光変換素子7を設けることにより、偏
光変換素子7を小型化している。
変換素子7の説明図である。本実施形態における変換変
換素子7は入射する光束をP成分とS成分の別々の光路
に分離する少なくとも1つの偏光分離面701と、分離
された何れか一方の光路と他の光路とを同じ方向に変換
する少なくとも1つの反射面702と分離された光路中
に設けられたそれぞれの光路の光束の偏光方向を揃える
為の波長板703からなっている。
に偏光変換素子7を配置することによって個々の部品の
小型化を図っている。
すように波長板703を他方の射出面に配置しても良
い。又図4(C)に示すように、双方の射出面に波長板
703,703' を偏光軸を傾けて配置し、双方の射出
面からの直線偏光の偏光軸がそろうようにしても良い。
5の光学的作用の説明図である。図5においてはおもに
偏光変換素子7を透過した光束の中心光線のみを作図
し、1つの光束についてのみ光束の広がりを表してい
る。結像レンズ4から集積レンズ5まではテレセントリ
ックな状態になっているので、偏光変換素子7で分離さ
れた光路も含めて光束の中心光線は互いに平行となって
いる。
レンズ5を設けることにより、中心光線を被照射面6上
の1点Qに合わせている。これにより、集積レンズ5の
焦点距離をf2とすると偏光変換素子7により、倍増し
た各3次光源像から発散する光束は、集積レンズ5から
距離f2 の位置5aで重ね合わされ、均一照明される領
域Mを生成する。
各中心光線は厳密に1点に合成しないが、照明光学系と
しては特に問題にはならない。また、結像レンズ4と集
積レンズ5の間隔は照明される領域Mに影響を与えるこ
とはなく、光束は常に集積レンズ5から処理f2 の位置
で重ね合わされる。
に、ガラスロッド3の射出開口3bと被照射面6とは共
役関係にあり、照明される領域Mの大きさ(面積)は、
ガラスロッド3の射出開口3bの大きさ(面積)の(f
2 /f1 )倍となる。
6上におけるx方向とy方向の照明長さをMx ,My と
すると、Mx =β・ax ,My =β・ay となる。
LをLx ×Ly とすると 1<Mx /Lx <1.5 1<My /Ly <1.5 なる条件を満足するようにしている。
照明される領域Mが液晶パネル6の有効範囲Lより小さ
くなり、影が発生してしまい、上限値より大きくなると
利用されない照明光が増大し、投影画像の光量が著しく
低下してしまうので良くない。
晶プロジェクタに適用したときの実施形態2の要部概略
図である。図7において図1と同一要素には同符号を付
している。図1において説明したように、白色光源1か
らの光束は各要素2,3,4,7,5を介して所定の方
向に偏光面が揃った光束として集積レンズ5より射出し
ている。集積レンズ5から射出した光束はミラー26で
反射してダイクロイックミラー11に入射している。
光)を透過し、緑色光束(G光)と赤色光束(R光)を
反射している。ダイクロミラー11を反射した光束は緑
色光束を反射し、赤色光束を透過するダイクロミラー1
2に入射する。ダイクロミラ12で反射した緑色光束
は、フィールドレンズ19を介して緑色用の液晶パネル
22を照明する。
ズ17,ミラー14,レンズ18,ミラー15、そして
フィールドレンズ20を経て赤色用の液晶パネル23を
照明する。又、ダイクロミラー11を透過した青色光束
は、ミラー13,フィールドレンズ18を経て、青色用
の液晶パネル21を照明する。
した光束は、各色毎の画像情報により変調され、クロス
ダイクロプリズム24に入射し、フルカラー画像として
合成される。クロスダイクロプリズム24は、緑色光束
を透過し、青色光束を反射するダイクロミラー242と
緑色光束を透過し、赤色光束を反射するダイクロミラー
241の十字状の組み合わせにより構成される。クロス
ダイクロプリズム24で合成されたフルカラー画像は、
投影レンズ25を経てスクリーン上に投影されている。
液晶等の画像表示素子を設け、該画像表示素子を透過し
た光を投射レンズで拡大投影することにより、投影装置
の小型化を実現している。
晶プロジェクタに適用したときの実施形態3の要部概略
図である。図8において図1と同一要素には同符号を付
している。56はミラーであり、偏光変換素子7と集積
レンズ5との間に配置し、光束を反射偏向している。図
1において説明したように、白色光源1からの光束は各
要素2,3,4,7,5を介して所定の方向に偏光面が
揃った光束として集積レンズ5より射出している。集積
レンズ5から射出した光束は3つのダイクロイックミラ
ー51,52,53を各々所定の角度で傾けて配置した
色分解系50に入射している。ダイクロイックミラー5
1は赤色の波長帯域の光束を反射し、緑や青の光束を透
過する分光特性を有する。
帯域の光束を反射し、青の光束を透過する分光特性を有
する。ダイクロイックミラー53は青色の波長帯域の光
束を反射する分光特性を有する。各々のミラーは互いに
傾けられて配置されるので、反射光はR光,G光,B光
の波長の光束に分離される。またダイクロイックミラー
53はダイクロミラーではなく、単なる高反射ミラーで
も代用できる。
4を所定の角度で照明している。そして投射レンズ55
によって液晶パネル54に表示した画像情報(カラー画
像)をスクリーン面上に投影している。
である。本実施形態における液晶パネル54は液晶パネ
ルの3画素(Gr ,Gg ,Gb )に対して1つのマイク
ロレンズ542が設けてある。
る液晶パネル54との間に設けたダイクロミラー(5
1,52,53)により入射光を赤,緑及び青各色の光
束を異なった角度で反射させている。そして液晶パネル
54に入射させ、液晶パネル54上のマイクロレンズ5
42により各色それぞれ異なった結像位置に配置した各
色専用画素(Gr ,Gg ,Gb )に入射させ、液晶パネ
ル54を透過したのち投射レンズ55で投射している。
これにより、カラー画像を表示する液晶プロジェクター
を構成している。
子の他の実施形態の要部概略図である。図10〜図13
において図1〜図5で示した要素と同一要素には同符号
を付している。
面701を山型に形成したもので、図1に示した偏光変
換素子に対して光軸方向の厚みを半分にすることができ
る。図11に示した偏光変換素子72は、偏光分離面7
01で反射された光路に1/4波長板703、さらに反
射ミラー704を設け、偏光分離面701で反射された
光が1/4波長板703を透過し、反射ミラー704で
反射されて戻ってくることで偏光方向を変換している。
このような構成は光路を90°曲げる必要があるときに
有効である。
説明したガラスロッドで分割された光束に対して図1で
示す偏光変換素子と同様の構成の複数の小さな偏光変換
素子を並べたもので、偏光変換素子の大きさをさらに小
さくすることができる。
90°曲げる反射手段において表面反射面に偏光分離面
701を設け、裏面反射面に反射ミラー702を設け、
反射手段の厚みにより表面反射と裏面反射の光路を平行
にずらし、表面反射の光路(又は裏面反射の光路)に波
長板を配置して偏光方向を揃えている。
部にλ/2板を設けて射出光束の偏光方向をそろえてい
る。
の光束で被照射面に設けた液晶パネル等から成る画像表
示素子を照明する際に、光源から被照射面に至る光路中
に設ける各要素を適切に設定することによって被照射面
を光束の有効利用を図りつつ、効率的に照明することが
でき、しかも装置全体の小型化を図った液晶プロジェク
ター等に好適な照明装置及びそれを用いた投影装置を達
成することができる。
クタに適用したときの実施形態2の概略図
説明図
説明図
説明図
説明図
ー 13,14,15,26 ミラー 21,22,23,54 液晶パネル 24 クロスダイクロプリズム 25 投影レンズ 50 色分解系 701 偏光反射面 702 反射面 703 λ/2板
Claims (6)
- 【請求項1】 光源手段からの光束を集光して1次光源
像を形成する集光手段、該1次光源像からの光束を内面
反射を利用し、複数の光束に分割して射出させて2次光
源像を形成する棒状の光束分割手段、該光束分割手段か
らの光束を集光して、複数の3次光源像を形成する結像
レンズ、該結像レンズからの光束を所定の方向に偏光面
を揃えて射出させる偏光変換素子、該3次光源像からの
光束であって該偏光変換素子を通過した該複数の光束を
集光して被照射面上で重ね合わせる集積レンズとを有し
ていることを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】 前記偏光変換素子は偏光分離面で入射光
束を複数の光路に分離し、該偏光分離面により分離した
複数の光路を反射板を用いて同一方向に導光し、該複数
の光路の少なくとも1つに1/2波長板を設けているこ
とを特徴とする請求項1の照明装置。 - 【請求項3】 前記結像レンズは射出テレセントリック
系より成っていることを特徴とする請求項1又は2の照
明装置。 - 【請求項4】 前記光束分割手段の射出面と前記被照射
面とを光学的に共役関係となるようにしていることを特
徴とする請求項1,2又は3の照明装置。 - 【請求項5】 前記被照射面には液晶を利用した画像表
示素子が設けられており、該画像変調素子を照明してい
ることを特徴とする請求項1,2,3又は4の照明装
置。 - 【請求項6】 請求項1から5のいずれか1項記載の照
明装置を用いて前記被照射面上に設けた画像表示素子に
表示された画像を投影光学系で所定面上に投影している
ことを特徴とする投影装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP05091597A JP3697013B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05091597A JP3697013B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | 照明装置及びそれを用いた投影装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP3697013B2 JP3697013B2 (ja) | 2005-09-21 |
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ID=12872093
Family Applications (1)
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