WO2005036255A1 - 照明装置及びこれを備えたプロジェクタ - Google Patents

照明装置及びこれを備えたプロジェクタ Download PDF

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WO2005036255A1
WO2005036255A1 PCT/JP2004/015109 JP2004015109W WO2005036255A1 WO 2005036255 A1 WO2005036255 A1 WO 2005036255A1 JP 2004015109 W JP2004015109 W JP 2004015109W WO 2005036255 A1 WO2005036255 A1 WO 2005036255A1
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light
lens
concave
lens array
lighting device
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PCT/JP2004/015109
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Koichi Akiyama
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Seiko Epson Corporation
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2026—Gas discharge type light sources, e.g. arcs
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device and a projector including the same.
  • a projector emits illumination light, an electro-optic modulator that modulates illumination light from the illumination device according to an image signal, and projects and displays the modulated light from the electro-optic modulator as a projection image. It has a projection lens.
  • the luminance distribution of the projected and displayed image is substantially uniform. Therefore, the illumination device irradiates the illuminated area where the image is formed with a substantially uniform light intensity distribution. Lighting devices using so-called integrator optical systems are used.
  • FIG. 7 is a diagram of a conventional lighting device viewed from above.
  • FIG. 8 is a view of the first lens array viewed along the optical axis of the light source.
  • a conventional lighting device 800 includes a light source device 8100 having an arc tube 820 and an elliptical reflector 830, a collimating lens 840, and a first lens array 8 as shown in FIG. 50, a second lens array 860, and a superimposing lens 870.
  • L A is an illuminated area of a liquid crystal device or the like.
  • Each optical element is arranged with reference to the light source optical axis 810aX (the central axis of the light beam emitted from the light source device 810). That is, the first lens array 850, the second lens array 860, and the superimposing lens 870 are arranged such that their centers substantially coincide with the light source optical axis 810aX, and It is arranged to be almost perpendicular to 810 ax.
  • the arc tube 8200 has a light source (arc) having a predetermined length in the X direction of the light source optical axis 810a, and the center of the light source is the light source.
  • the focal point (first focal point) F1 on the side closer to the elliptical reflector 8330 among the two focal points of the elliptical reflector 830 on the optical axis 810aX is located near the position of F1.
  • the light emitted from the light emitting section is reflected by the reflecting surface 83 OR of the elliptical reflector 830, and the reflected light is transferred to a focal point (second focal point) F2 farther from the elliptical reflector 830.
  • it is made into an illumination light beam substantially parallel to the light source optical axis 810 ax by the collimating lens 840, and enters the first lens array 850.
  • the first lens array 850 is composed of a plurality of small lenses 852 having a rectangular outline substantially similar to the shape of the illuminated area LA. (10 rows, 6 columns), and the substantially parallel illumination light beam from the light source device 810 is split into a plurality of partial light beams by a plurality of small lenses 852.
  • the second lens array 860 has a configuration in which a plurality of small lenses 862 having a rectangular contour are arranged in a matrix.
  • the small lens 862 of the second lens array 860 is placed in correspondence with the small lens 852 of the first lens array 852, and the small lens 862 of the first lens array 85
  • Each of the plurality of emitted partial light beams is collected on the corresponding small lens 862.
  • each of the plurality of partial light beams emitted from each of the small lenses 862 of the second lens array 860 superimposes and illuminates the illuminated area LA such as a liquid crystal device by the superimposing lens 870. I have.
  • the conventional lighting device 800 if the parallelism of the light beam emitted from the light source device 8100 is not sufficient, the small lenses corresponding to each other in the first lens array 850 and the second lens array 860, respectively.
  • Lens 8 5 2 The inventor has previously disclosed a technique for increasing the parallelism of a light beam emitted from the light source device 810 because it cannot pass through the light source device 862 (for example, see Patent Document 1).
  • the light from the arc tube is not collimated by the combination of the elliptical reflector and the collimating lens, but is Some use a parabolic reflector that can be turned into parallel light when the light is reflected.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a problem in a lighting device using a parabolic reflector.
  • a lighting device using a parabolic reflector 880 as shown in FIG. 9, in the case of a reflecting surface 880 R composed of a rotating paraboloid of the parabolic reflector 880, an elliptical surface is used.
  • the swept angle for guiding the light radially emitted from the arc tube 8200 to the collimating lens 8400 ⁇ becomes smaller.
  • the lighting device using the parabolic reflector 880 has a problem that the light use efficiency is lower than the lighting device using the elliptical reflector 830. Therefore, in recent years, lighting devices employing elliptical reflectors have been actively developed.
  • a lighting device using such an elliptical reflector has the following problems since the light intensity distribution is not uniform and tends to be deviated toward the light source optical axis.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the trajectory of light in a conventional lighting device using an elliptical reflector.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an arc image on the second lens array.
  • Fig. 11 (a) is a diagram showing an arc image when ideally formed on the second lens array
  • Fig. 11 (b) is a diagram showing the arc image.
  • FIG. 4 is a diagram showing an arc image actually formed on a two-lens array.
  • the conventional lighting device 800 using the ellipsoidal reflector 830 as shown in FIG.
  • the illuminance near the light source optical axis 8100aX is high, and the light source optical axis 8100aX An illuminance distribution in which the illuminance decreases as the distance increases. For this reason, as shown in FIG. 11, an arc image 864 formed on the second lens array 860 is originally formed in each small lens 862 as shown in FIG. 11A. As shown in FIG. 11 (b), the portion that should be accommodated was deviated to the vicinity of the light source optical axis 810 aX and ran out of the cell around the small lens 862.
  • the light of the portion which has not been contained in each of the small lenses 862 of the second lens array 860 cannot be used to illuminate the illuminated area, and is wasted.
  • the part of the light that protrudes in this way is the light that cannot pass through the corresponding small lenses 852 and 862 in the first lens array 850 and the second lens array 860, respectively.
  • the first lens array 850 and the second lens array 860 correspond to each other by increasing the parallelism of the illuminating light flux emitted from the parallelizing lens 840.
  • the small lenses 852 and 862 it is possible to pass through the small lenses 852 and 862, in fact, a part of the illuminating light flux in the central portion near the light source optical axis 810aX still cannot pass through. The improvement was desired.
  • FIG. 12 is a view for explaining another conventional lighting device 900.
  • the optical path L 1 of the central portion centered at least the light source optical axis 9 1 0 a X, the light source optical axis 9 1 0 a X on a flat rows that toward the optical path slightly outward than L 2 optical path L It has been changed to 3 .
  • the arc image near the light source optical axis 9110aX is separated better than in the case of the conventional illuminating device 800, and as a result, the elliptical shape is obtained.
  • the reflected light reflected by the reflecting surface 930 R of the surface reflector 930 at least the optical path L1 on the center side around the light source optical axis 910aX is the first lens array and the second lens array. Each lens array (both not shown) can pass through the corresponding small lens.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-347292 (FIGS. 1 to 15)
  • Patent Document 2 International Publication No. 0 2Z08 8842 Pamphlet (FIG. 1)
  • the conical constant K of the hyperboloid of revolution 940A of the concave lens 940 is increased, for example, by increasing the small lens of the first lens array near the optical axis 910aX of the light source. While it became possible to separate the arc images by each other, it was found that the separation of each arc image in the peripheral portion away from the light source optical axis 9110 aX was still insufficient.
  • the conical constant K of the rotating hyperboloid 940 A must be further increased. Can be considered. However, when the conic constant K of the rotating hyperboloid 940A is further increased, the rate of change of the lens power at the center of the rotating hyperboloid 940A of the concave lens 940 becomes too large, and the light source optical axis Each arc image in the vicinity of 910 ax is distorted, and a part of the illumination light beam in the vicinity of the light source optical axis 910 ax can pass through the corresponding small lenses in the first lens array and the second lens array. Disappears. As a result, there was a problem that the light quantity loss could not be reduced and the utilization efficiency of the illumination light flux was reduced.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an illumination device and a projector having the illumination device, which can reduce the light amount loss and thereby increase the utilization efficiency of the illumination light flux.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventor has set the conic constant K of the rotating hyperboloid to be larger as a means for sufficiently separating each arc image in the peripheral portion away from the light source optical axis.
  • a means for arranging a predetermined concave surface between the light incident surface of the concave lens and the surface on which the plurality of small lenses are formed in the first lens array is used.
  • the present inventors have found that it becomes possible to effectively suppress the distortion rate of each arc image near the optical axis of the light source due to the rate of change of the lens power at the central portion of the hyperboloid becoming too large, thereby completing the present invention. Was reached.
  • a lighting device includes a light source device having an arc tube and an elliptical reflector that reflects light from the arc tube and emits it as an illumination light beam; a rotating hyperboloid that approximately parallelizes the illumination light beam from the light source device.
  • a first lens array having a concave lens having a light incident surface made up of: a first lens array having a plurality of small lenses for splitting an illumination light beam from the concave lens into a plurality of partial light beams; A second lens array having a plurality of small lenses corresponding to the plurality of small lenses of the first lens array so as to superimpose the respective partial luminous fluxes divided by the rays on the illuminated area, An illumination light flux passing through the light incident surface of the concave lens together with the light incident surface of the concave lens is provided between the light incident surface of the concave lens and the surface of the first lens array on which the plurality of small lenses are formed.
  • a concave surface having a function of traveling along an optical path going outward from an optical path parallel to the optical axis of the light source device and passing small lenses corresponding to each other in the first lens array and the second lens array. Is present.
  • a means for further increasing the conic constant K of the rotating hyperboloid is used as a means for sufficiently separating each arc image in a peripheral portion away from the light source optical axis.
  • a predetermined concave surface is provided between the light incident surface of the concave lens and the surface of the first lens array on which the plurality of small lenses are formed.
  • the arc images can be sufficiently separated.
  • it is not necessary to further increase the conic constant K of the hyperboloid of revolution so that the rate of change of the lens power at the center of the hyperboloid of revolution becomes too large and each arc image near the optical axis of the light source is distorted. Is also gone. With this, even with respect to the illumination light beam near the light source optical axis, an arc image formed by the small lenses of the first lens array can be favorably formed in each corresponding small lens of the second lens array.
  • the function of sufficiently separating each arc image in the peripheral portion distant from the light source optical axis is performed by using the hyperboloid of revolution of the concave lens, the light incident surface of the concave lens, and the plurality of the first lens array. Since it is set to a predetermined concave surface located between the small lens and the surface on which the small lens is formed, the conic constant K of the hyperboloid of revolution can be increased without further increasing the conic constant K of the light source.
  • Each arc image at the peripheral portion distant from the object can be separated by + minutes (this can achieve the object of the present invention).
  • the lighting device of the present invention is a lighting device that can reduce the light amount loss and can increase the utilization efficiency of the illumination light flux.
  • the concave surface is preferably a spherical surface.
  • the concave surface is formed on a light exit surface of the concave lens.
  • the plurality of small lenses of the first lens array may be formed on a light exit surface of the first lens array, and the concave surface may be a light incident surface of the first lens array. It is preferably formed in With such a configuration, the object of the present invention can be achieved without adding a new optical element.
  • a second concave lens is disposed between the concave lens and the first lens array, and the concave surface is one of a light incident surface and a light exit surface of the second concave lens. Preferably, it is formed on at least one surface.
  • a projector according to the present invention includes: a lighting device according to the present invention; an electro-optic modulator that modulates an illumination light beam from the lighting device according to image information; and a projection optical system that projects modulated light from the electro-optic modulator. It is characterized by having. For this reason, according to the projector of the present invention, a high-brightness projector can be provided because it is provided with an excellent illuminating device that can reduce the light amount loss and thus can increase the utilization efficiency of the illuminating light flux.
  • FIG. 1 is a diagram of the optical system of the projector according to the first embodiment as viewed from above.
  • FIG. 2 is a view for explaining the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a lighting device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a lighting device according to Comparative Example 2.
  • FIG. 5 is a view for explaining the lighting device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a lighting device according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram of a conventional lighting device viewed from above.
  • FIG. 8 is a view of the first lens array viewed along the optical axis of the light source.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a problem in a lighting device using a parabolic reflector.
  • Fig. 1 ⁇ is a diagram schematically showing the trajectory of light rays in a conventional lighting device using an elliptical reflector.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining an arc image on the second lens array.
  • FIG. 12 is a diagram shown to explain another conventional lighting device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram of the optical system of the projector according to the first embodiment as viewed from above.
  • three directions perpendicular to each other are referred to as a z direction (a direction parallel to the light source optical axis 110a X) and an X direction (a direction perpendicular to the z direction and parallel to the paper).
  • Y direction perpendicular to the paper).
  • the projector 1A includes an illumination device 100A, a color separation optical system 200, a relay optical system 300, and an electro-optical modulator 3 It has four liquid crystal devices 400 R, 400 G, 400 B, a cross dichroic prism 500, and a projection optical system 600. The components of each optical system are arranged substantially horizontally around the cross dichroic prism 500.
  • the lighting device 100 A is obtained by superimposing a light source device 110, a collimating lens 144 A, a first lens array 150, a second lens array 160, and a polarization conversion element 170.
  • Lens 180 The illumination light beam emitted from the light source device 110 is substantially collimated on the light incident surface of the concave lens 140A, is divided into a plurality of partial light beams by the first lens array 150, and each partial light beam is The image is superimposed on the image forming areas of the three liquid crystal devices 400 R, 400 G, and 400 B to be illuminated by the lens array 160 and the superimposing lens 180.
  • the color separation optical system 200 has a function of separating the illumination light beams emitted from the illumination device 100A into three color illumination light beams of different wavelength ranges.
  • the first dichroic mirror 210 reflects a substantially blue light beam (hereinafter, referred to as “B light”), a substantially green light beam (hereinafter, referred to as “G light”), and a substantially red light beam (hereinafter, referred to as “G light”). This is called “R light.” 1st dike mouth
  • the B light reflected by the reflection mirror 210 is further reflected by the reflection mirror 230, passes through the field lens 240B, and illuminates the liquid crystal device 400B for B light.
  • the field lens 240B condenses the plurality of partial light beams from the illumination device 100A so as to illuminate the liquid crystal device 400B for B light. Normally, each partial light beam is set to be a substantially parallel light beam.
  • Field lenses 240 G and 350 arranged in front of the other liquid crystal devices 400 G and 400 R have the same configuration as the field lens 240 B.
  • the G light and the R light transmitted through the first dichroic mirror 210 the G light is reflected by the second dichroic mirror 220 and transmitted through the fin lens 240G for the G light.
  • the liquid crystal device 400 G is illuminated.
  • the R light passes through the second dichroic mirror 220, passes through the relay optical system 300, and illuminates the liquid crystal device 400R for the R light.
  • the relay optical system 300 has an entrance-side lens 310, an entrance-side reflection mirror 320, a relay lens 330, an exit-side reflection mirror 340, and a field lens 350.
  • the R light emitted from the color separation optical system 2000 converges near the relay lens 330 by the entrance lens 310 and travels toward the exit-side reflection mirror 340 and the field lens 350. Diverge.
  • the size of the light beam incident on the field lens 350 is set to be substantially equal to the size of the light beam incident on the incident side lens 310.
  • the liquid crystal devices 400 R, 400 G, and 400 B for each color light convert the color light incident on each light incident surface into light corresponding to the corresponding image signal, and these conversions are performed.
  • the emitted light is emitted as transmitted light.
  • incident-side polarizers 918R, 91.8G, and 918B are disposed, respectively, and on the exit side, the exit side Polarizing plates 920 R, 920 G, and 920 B are disposed, respectively.
  • LCD device 400 R, 400 G, As 400B a transmission type liquid crystal device is used.
  • the cross dichroic prism 500 has a function as a color synthesizing optical system that synthesizes converted light of each color light emitted from the liquid crystal devices 400 R, 400 G, and 400 B for each color light. . Further, it has an R light reflecting dichroic surface 510B for reflecting the R light, and a B light reflecting dichroic surface 5110B for reflecting the B light.
  • the R light reflecting dichroic surface 510 R and the B light reflecting dichroic surface 510 B are a dielectric multilayer film that reflects R light and a dielectric multilayer film that reflects B light at the interface of four right-angle prisms. It is provided by being formed in a substantially X-shape.
  • the three reflected dichroic surfaces 510R and 510B combine the three colors of converted light to generate light for displaying a color image.
  • the combined light generated in the cross dichroic prism 500 is emitted toward the projection optical system 600.
  • the projection optical system 600 is configured to project the combined light from the cross dichroic prism 500 as a display image on a projection surface such as a screen.
  • FIG. 2 is a diagram shown to explain the lighting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a view of a part of the illumination device as viewed from above
  • FIG. 2B is a view showing an arc image on the second lens array.
  • the lighting device 10 OA according to the first embodiment includes a light source device 110, a concave lens 14 OA, a first lens array 150, and a second lens. It has an array 160, a polarization conversion element 170, and a superimposing lens 180.
  • the light source device 110 includes an arc tube 120, an auxiliary mirror 122, and an elliptical reflector 130.
  • the arc tube 120 has its emission center located near the position of the first focal point F i of the elliptical reflector 130.
  • the reflector 130 opens to the side of the illuminated area, and is arranged behind the light emitting portion of the arc tube 120.
  • the light from the arc tube 120 is reflected and emitted to the illuminated area side.
  • the auxiliary mirror 1 2 2 is formed of a reflective concave body disposed closer to the illuminated area than the light emitting section of the arc tube 1 20.
  • the auxiliary mirror 1 2 3 illuminates the light radiated from the light emitting section to the illuminated area 1 3 It is configured to reflect light to 0 and improve light use efficiency.
  • the concave lens 14OA has a lens optical axis parallel to the light source optical axis 110aX, and is arranged on the illuminated area side of the light source device 110.
  • a hyperboloid of revolution 1400As1 for substantially parallelizing the illuminating light beam from the light source device 110 is formed, and on the light exit surface, a concave surface 1 of a spherical surface is formed. 40 As2 is formed.
  • the concave surface 14 OA s 2 outputs the illuminating light beam that has passed through the rotational hyperboloid 140 A s 1 together with the rotational hyperboloid 140 A s i and the light source optical axis 1 1 0 a X
  • the optical axis of the light source device 110 The small lenses that travel along an optical path that is more outward than the optical path parallel to the light source device 110, and that correspond to each other in the first lens array 150 and the second lens array 160. It has the function of passing 152,162.
  • the first lens array 150 has a plurality of small lenses 152 arranged in a matrix, and is configured to split the illumination light beam from the light source device 110 into a plurality of partial light beams. I have.
  • Each of the small lenses 152 is formed such that the external shape when viewed along the z direction is substantially similar to the shape of the illuminated area.
  • the second lens array 160 has a plurality of small lenses 16 2 corresponding to the plurality of small lenses 15 2 in the first lens array 150, respectively.
  • Each small lens 16 2 has a first lens array 1 As in the case of each of the 50 small lenses 15 2, they are arranged in a matrix, and the arc image by the multiple small lenses 15 2 of the first lens array 150 is covered together with the superimposed lens 180. Lighting area It is configured to superimpose illumination on top.
  • the polarization conversion element 170 has a function of aligning non-polarized light into polarized light having a polarization direction usable in the three liquid crystal devices 400R, 400G, and 400B. Further, on the light incident surface of the polarization conversion element 170, a light shielding plate (not shown) for shielding undesired light from the second lens array 160 or the like is arranged.
  • the superimposing lens 180 is composed of a condenser lens, and is arranged on the illuminated area side of the polarization conversion element 140.
  • the illumination light flux emitted from the polarization conversion element 140 is condensed and superimposed on the image forming area of the liquid crystal device 40 OR, 400 G, or 400 B together with the second lens array 160. I have.
  • the concave surface 140As2 is formed as the light exit surface of the concave lens 140A.
  • a cone of the rotating hyperboloid 140As1 is used as a means for sufficiently separating each arc image in a peripheral portion away from the light source optical axis 110aX.
  • a predetermined concave surface 140 As is provided between the light incident surface of the concave lens 140 A and the surface of the first lens array 150 on which the plurality of small lenses 152 are formed. Since 2 is present, it becomes possible to sufficiently separate each arc image in a peripheral portion away from the light source optical axis 110 ax.
  • the function of sufficiently separating each arc image in the peripheral portion distant from the light source optical axis 110aX is provided by the rotating hyperboloid 140Asi of the concave lens 140A.
  • the lighting device 100A according to the first embodiment is a lighting device that can reduce the light amount loss and thereby increase the utilization efficiency of the illumination light flux.
  • concave surface 140As2 is a spherical surface. Therefore, the object of the present invention can be achieved by a relatively simple and easy method.
  • the concave surface 140As2 is formed on the light exit surface of the concave lens 14OA. Therefore, the object of the present invention can be achieved without adding a new optical element.
  • FIG. 3 is a view for explaining a lighting device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 3 (a) is a view of a part of the lighting device as viewed from above
  • FIG. 3 (b) is a view showing an arc image on the second lens array.
  • Figure 4 shows the lighting according to Comparative Example 2. It is a figure shown in order to explain an apparatus.
  • FIG. 4 (a) is a view of a part of the lighting device as viewed from above
  • FIG. 4 (b) is a view showing an arc image on the second lens array.
  • the illumination device 110A according to Comparative Example 1 has a light incident surface having a rotating hyperboloid 11 1 as in the case of the conventional illumination device 800 (see FIG. 7). 40Asi, and has a concave lens 114OA whose light emission surface is a plane 114AS2.
  • the arc image formed on the second lens array 160 originally fits within each small lens 162. It can be seen that the spot should be deviated near the optical axis of the light source 110aX and protrude into the cells around the small lens 162.
  • the lighting device 1100B according to Comparative Example 2 has a light incident surface having a conical constant K as in the case of the conventional lighting device 900 (see FIG. 12). It has a concave lens 1 140 B whose enlarged hyperboloid is 1 140 B s 1 and whose light exit surface is a plane 1 140 B s 2.
  • the lighting device 110B according to the comparative example 2 as shown in FIG. 4B, the arc images near the light source optical axis 110aX are certainly separated from each other. However, it can be seen that the separation of each arc image in the peripheral part away from the light source optical axis 110 aX is still insufficient.
  • the ratio of irradiation to the region M2 corresponding to the light shielding plate of the polarization conversion element 170 (not shown) is large, and the ratio of irradiation to the region Ml corresponding to the light incident surface of the polarization conversion element 170. Is reduced, and the light use efficiency is reduced.
  • the arc image near the light source optical axis 110aX also extends from the light source optical axis 110aX. It can be seen that the arc images at the distant peripheral part are also well separated.
  • the ratio of irradiation of the region M2 corresponding to the light shielding plate of the polarization conversion element 170 also decreases, and the ratio of irradiation to the region Ml of the polarization conversion element 170 corresponding to the light incident surface becomes smaller. It will not be reduced and light use efficiency will be reduced.
  • the lighting device 100A according to the first embodiment reduces the light amount loss, as is clear from the comparison with the lighting devices 1100A and 1100B according to Comparative Example 1 or 2 described above. Therefore, the lighting device can improve the efficiency of using the luminous flux.
  • the projector 1A includes the above-described illumination device 100A and a liquid crystal device 400R that modulates the illumination light beam from the illumination device 100A according to image information. 400 G, 400 B, and a projection optical system 600 that projects modulated light from the liquid crystal device 40 OR, 400 G, 400 B.
  • the optimal combination of the elliptical reflector 13 0 and concave lens 14 OA is such that the illuminating light beam that has passed through the light entrance surface of the concave lens 1 40 A can be converted into ideal parallel light.
  • the lighting device 100A according to the first embodiment and the lighting devices 100B and 100C according to the second or third embodiment described later will be described in this state based on the state of the combination. By making various changes, the object of the present invention can be achieved.
  • r and Z are the origin at the intersection of the light entrance surface of the concave lens 14 OA and the light source 1 10 a X R 1 0 a r Coordinate value in a cylindrical coordinate system that is axisymmetric with respect to X.
  • r is the distance from the origin in the direction perpendicular to the optical axis
  • Z is the distance from the origin in the direction of the optical axis.
  • c is the paraxial radius of curvature.
  • K is a value called the conic constant.
  • the value of the conic constant K is K-1.
  • the paraxial radius of curvature c is determined by the shape of the reflecting surface of the elliptical reflector 140, the refractive index of the concave lens 14OA, the thickness of the center of the concave lens 140A, and the installation position of the concave lens 140A. It is required in consideration of. Specifically, the shape of the reflecting surface of the elliptical reflector 130, the refractive index of the concave lens 14OA, the thickness of the center of the HA lens 140A, and the installation position of the concave lens 140A are determined in advance. Keep it.
  • the refractive index and the thickness of the central portion are the same as those of the concave lens 14 OA at a predetermined position.
  • the combination of the elliptical reflector 130 and the concave lens 14OA, that is, the elliptical reflector 13 The shape of the reflecting surface of 0, the installation position of the concave lens 140A, and the paraxial curvature radius c are determined.
  • the optical power at the center of the hyperboloid of revolution can be increased.
  • the value of the conic constant K it is possible to gradually change the optical path of the illumination light beam parallel to the light source optical axis 110aX to the outward optical path.
  • the value of the second lens array is deviated toward the light source optical axis, Arc images can be gradually separated in a radial direction.
  • the value of the cone constant K in the hyperboloid of revolution 140As1 of the concave lens 14OA is set as the initial value, and the cone constant K is gradually increased.
  • the conic constant K and the radius of curvature R when the arc image deviated to the X-side of the light source optical axis is located within the small lens 16 2, which should be originally contained, are calculated by the rotational hyperboloid 1 of the concave lens 14 OA.
  • Other configurations (such as the shape of the reflecting surface of the elliptical reflector 130 and the installation position of the concave lens 14 OA) are used when the illumination light beam passing through the light incident surface of the concave lens 14 OA can be converted into ideal parallel light.
  • each arc image by the small lens 15 of the first lens array 150 is stored in the corresponding small lens 16 of the second lens array 16 respectively. This makes it possible to reduce the light amount loss and increase the utilization efficiency of the illumination light flux.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a lighting device according to the second embodiment.
  • the same members as those in FIG. 2 (a) are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the lighting device 100B includes, as shown in FIG. 5, a light incident surface of the first lens array 150B (opposite to the surface on which the plurality of small lenses 152B are formed)
  • the illumination light flux passing through the light incident surface of the concave lens 140 along with the hyperboloid of revolution 1400 s 1 formed on the light incident surface of the concave lens 140 is applied to the light source optical axis 1 110 aX.
  • Small lenses 15 2 B and 16 2 which travel along an optical path that is more outward than the parallel optical paths and correspond to each other in the first lens array 150 B and the second lens array 160. It is characterized in that a concave surface 150 Bsi formed of a spherical surface having a function of passing light is formed. .
  • a rotating hyperboloid 140 S instead of using the means for further increasing the conic constant K of 1 , the light incidence surface of the concave lens 140 and the surface of the first lens array 150 B where the plurality of small lenses 15 2 B are formed Since the concave surface 150 B s 1 as described above was present between them, each arc image at the peripheral portion distant from the light source optical axis 110 a X was + It can be separated into minutes.
  • the lighting device 100B according to the second embodiment is a lighting device that can reduce the light amount loss and thereby increase the use efficiency of the illumination light flux.
  • the plurality of small lenses 150B of the first lens array 150B emit light from the first lens array 150B.
  • the concave surface 150Bsi is formed on the light incident surface of the first lens array 150B. Therefore, the object of the present invention can be achieved without adding a new optical element.
  • the hyperboloid of rotation 144 s of the concave lens 14 ⁇ Regarding the conic constant K of 1 and the radius of curvature R of the concave surface 150 Bs ⁇ of the spherical surface of the first lens array 150 B, the design of each optical element in the illumination device 10 OA according to the first embodiment described above. It can be determined by a design method similar to the method.
  • FIG. 6 is a view for explaining a lighting device according to the third embodiment.
  • the illumination device 100 C includes a rotation unit formed between the concave lens 140 and the first lens array 150 and formed on the light incident surface of the concave lens 140.
  • the illuminating luminous flux that has passed through the light entrance surface of the concave lens 140 travels along an optical path that is more outward than an optical path parallel to the light source optical axis 110 a X , and
  • the feature is that 2 is arranged.
  • a rotating hyperboloid 140 si instead of using a means to further increase the conic constant K of the lens, the light incident surface of the concave lens 140 and the surface of the first lens array 150 on which the plurality of small lenses 15 since it was decided to present the concave 1 4 2 s 2 as described above, it is possible to sufficiently separate the arc image in the away peripheral portion from the light source optical axis 1 1 0 a X.
  • the lighting device 100 C according to Embodiment 3 can reduce the light amount loss, and thus can increase the utilization efficiency of the illumination light flux. Be placed.
  • the second concave lens 142 is disposed between the concave lens 140 and the first lens array 150.
  • the concave surface 142 S2 is formed on the light exit surface of the second H0 lens 142. Therefore, the object of the present invention can be achieved only by adding one second lens 142 as described above to the configuration of the conventional lighting device.
  • the concave surface 144 s 2 is formed on the light exit surface of the second concave lens 144 has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and a concave surface may be formed on the light incident surface of the second concave lens, or concave surfaces may be formed on both the light incident surface and the light exit surface of the second concave lens.
  • the hyperboloid of revolution 14 of the concave lenses 140 is used.
  • a spherical surface is used as the predetermined concave surface.
  • the present invention is not limited to this, and various aspheric surfaces can be used as the predetermined concave surface.
  • transmission type means that an electro-optic modulator as a light modulating means is a type that transmits light, such as a transmission type liquid crystal device
  • reflection type means This means that an electro-optic modulator as a light modulator such as a reflection type liquid crystal device reflects light. Even when the illumination device of the present invention is applied to a reflection type projector, almost the same effects as those of a transmission type projector can be obtained.
  • the power described as an example of the projector that displays a color image is not limited thereto.
  • the present invention is also applicable to a projector that displays a monochrome image.
  • a projector using three liquid crystal devices 400R, 400G, and 400B has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is also applicable to a projector using two or four or more liquid crystal devices.
  • the liquid crystal devices 400R, 400G, and 400B are used as the electro-optical modulation devices, but the present invention is not limited to this.
  • the electro-optic modulator generally, any device that modulates incident light according to image information may be used, and a micromirror-type light modulator may be used.
  • the micromirror type optical modulator for example, DMD (Digital Micromirror Device) (trademark of Texas Instruments Company, USA) can be used.
  • the present invention can be applied to a front projection type projector that projects from the side where a projected image is observed and a rear projection type projector that projects from the side opposite to the side where a projected image is observed.

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Abstract

本発明の照明装置は、発光管及び楕円面リフレクタを有する光源装置と、光源装置からの照明光束を略平行化する回転双曲面からなる光入射面を有する凹レンズと、第１レンズアレイと、第２レンズアレイとを備えた照明装置であって、凹レンズの光入射面と第１レンズアレイにおける複数の小レンズが形成された面との間には、凹レンズの光入射面とともに、凹レンズの光入射面を通過した照明光束を光源装置の光軸に平行な光路よりも外方に向かう光路に沿って進行させ、かつ、第１レンズアレイ及び第２レンズアレイにおいてそれぞれ互いに対応する小レンズを通過させる機能を有する凹面が存在していることを特徴とする。　このため、光量損失を低減することができ、もって照明光束の利用効率を高めることができる。

Description

明 細 書 照明装置及びこれを備えたプロジェクタ 技術分野
本発明は、 照明装置及びこれを備えたプロジェクタに関する。 背景技術
一般に、 プロジェクタは、 照明光を射出する照明装置と、 照明装置か らの照明光を画像信号に応じて変調する電気光学変調装置と、 電気光学 変調装置からの変調光を投写画像として投写表示する投写レンズとを備 えている。
このようなプロジェクタにおいては、 投写表示された画像の輝度分布 は略均一であることが好ましいため、 照明装置としては、 画像が形成さ れる被照明領域を略均一な光強度分布で照射することができる、 いわゆ るインテグレータ光学系を用いた照明装置が用いられている。
図 7は、 従来の照明装置を上面から見た図である。 図 8は、 第 1 レン ズアレイを光源光軸に沿って見た図である。 従来の照明装置 8 0 0は、 図 7に示すように、 発光管 8 2 0及び楕円面リフレクタ 8 3 0を有する 光源装置 8 1 0と、平行化レンズ 8 4 0と、第 1 レンズアレイ 8 5 0と、 第 2 レンズァレイ 8 6 0と、 重畳レンズ 8 7 0とを備えている。 L Aは 液晶装置等の被照明領域である。
なお、 各光学要素は、 光源光軸 8 1 0 a X (光源装置 8 1 0から射出 される光束の中心軸） を基準として配置されている。 すなわち、 第 1 レ ンズアレイ 8 5 0、 第 2 レンズアレイ 8 6 0及び重畳レンズ 8 7 0は、 その中心が光源光軸 8 1 0 a Xとほぼ一致するように、 かつ、 光源光軸 8 1 0 a xに対してほぼ垂直となるように配置されている。
このような照明装置 8 0 0において、 発光管 8 2 0は光源光軸 8 1 0 a X方向に所定の長さをもつ発光部 （アーク） を有しており、 この発光 部の中心が光源光軸 8 1 0 a X上における楕円面リフレクタ 8 3 0の 2 つの焦点のうち楕円面リフレクタ 8 3 0に近い側の焦点 （第 1焦点） F 1の位置近傍に配置されている。 そして、 発光部から射出された光は楕 円面リフレクタ 8 3 0の反射面 8 3 O Rによって反射され、 その反射光 は楕円面リフレクタ 8 3 0に遠い側の焦点 （第 2焦点） F 2に向かう途 中で平行化レンズ 8 4 0によって光源光軸 8 1 0 a xに略平行な照明光 束とされ、 第 1 レンズアレイ 8 5 0に入射する。
第 1 レンズアレイ 8 5 0は、 図 8に示すように、 被照明領域 L Aの形 状と略相似形を成す矩形状の輪郭をもつ複数の小レンズ 8 5 2がマトリ タス状 （この場合、 1 0行 6列） に配置された構成となっており、 光 源装置 8 1 0からの略平行な照明光束を、 複数の小レンズ 8 5 2によつ て複数の部分光束に分割する。 また、 第 2 レンズアレイ 8 6 0も第 1 レ ンズアレイ 8 5 0と同様に、 矩形状の輪郭をもつ複数の小レンズ 8 6 2 がマトリ タス状に配置された構成となっている。 第 2レンズアレイ 8 6 0の小レンズ 8 6 2は第 1 レンズァレイ 8 5 0の小レンズ 8 5 2と対応 して酉己置されており、 第 1 レンズァレイ 8 5 0の小レンズ 8 5 2から射 出された複数の部分光束のそれぞれが、 対応する小レンズ 8 6 2上に集 光される。 そして、 第 2 レンズァレイ 8 6 0の各小レンズ 8 6 2から射 出された複数の部分光束のそれぞれが重畳レンズ 8 7 0によって液晶装 置等の被照明領域 L Aを重畳照明するようになつている。
ところで、 従来の照明装置 8 0 0においては、 光源装置 8 1 0から射 出される光束の平行度が十分でないと、 第 1 レンズアレイ 8 5 0及び第 2 レンズァレイ 8 6 0においてそれぞれ互いに対応する小レンズ 8 5 2 8 6 2を通過できないことから、 先に本発明者は、 光源装置 8 1 0から 射出される光束の平行度を高める技術を開示している （例えば、 特許文 献 1参照。 ） 。
一方、 この種のインテグレータ光学系を含む照明装置においては、 上 述したように、 楕円面リフレクタと平行化レンズとの組み合わせにより 発光管からの光を平行化するのではなく、 発光管からの光を反射した時 点で平行な光とすることが可能な放物面リフレクタを用いたものも存在 している。
図 9は、 放物面リフレクタを用いた照明装置における問題点を説明す るために示す図である。 放物面リフレクタ 8 8 0を用いた照明装置にお いては、 図 9に示すように、 放物面リフレクタ 8 8 0の回転放物面から なる反射面 8 8 0 Rの場合は、 楕円面リフレクタ 8 3 0の回転楕円面か らなる反射面 8 3 0 Rの場合に比べ、 発光管 8 2 0から放射状に射出さ れる光を平行化レンズ 8 4 0へと導くためののみ込み角 Θ (光源光軸 8 1 0 a X回りの角度） が小さくなつてしまう。 このため、 放物面リフレ クタ 8 8 0を用いた照.明装置は、 楕円面リフレクタ 8 3 0を用いた照明 装置に比べて、光の利用効率が低下するという問題があった。そのため、 近年では楕円面リフレクタを採用した照明装置の開発が盛んに行われて レヽる。
ところ力 このような楕円面リフレクタを用いた照明装置においては、 光強度分布が一様でなく、 光源光軸側に偏る傾向があることから、 次に 示すような問題を有している。
図 1 0は、 楕円面リ フレクタを用いた従来の照明装置における光の軌 跡を模式的に示す図である。 図 1 1は、 第 2 レンズアレイ上のアーク像 を説明するために示す図である。 図 1 1 ( a ) は第 2レンズアレイ上に 理想的に形成された場合のアーク像を示す図であり、 図 1 1 ( b ) は第 2レンズアレイ上に実際に形成されるアーク像を示す図である。 楕円面 リフレクタ 8 3 0を用いた従来の照明装置 8 0 0においては、 図 1 1に 示すように、 光源光軸 8 1 0 a X近傍の照度が高く、 光源光軸 8 1 0 a Xから離れるにしたがって照度が低くなる照度分布となる。 このため、 図 1 1に示すように、 第 2 レンズアレイ 8 6 0上に形成されるアーク像 8 6 4が、 本来、 図 1 1 ( a ) に示すように各小レンズ 8 6 2内に収ま るべきところが、 図 1 1 ( b ) に示すように光源光軸 8 1 0 a X近傍に 偏り、 小レンズ 8 6 2の周囲のセルにはみ出してしまう現象が起きてい た。
このように、 第 2 レンズァレイ 8 6 0の各小レンズ 8 6 2内に収まら ずにはみ出してしまった部分の光は、 被照明領域を照明できず無駄とな り、 光量損失となっていた。 なお、 このようにはみ出してしまった部分 の光とは、 第 1 レンズァレイ 8 5 0及び第 2 レンズァレイ 8 6 0におい て、 それぞれ互いに対応する小レンズ 8 5 2 , 8 6 2を通過できなかつ た光に相当する。
したがって、 従来の照明装置 8 0 0においては、 平行化レンズ 8 4 0 から射出される照明光束の平行度を高めることにより、 第 1 レンズァレ ィ 8 5 0及び第 2 レンズァレイ 8 6 0において互いに対応する小レンズ 8 5 2 , 8 6 2を通過できるとしながらも、 実際には光源光軸 8 1 0 a X近傍の中心部分の照明光束の一部については、 依然として通過できな いままとなつており、 その改善が望まれていた。
そこで、 本発明者は、 光源光軸付近の第 1 レンズアレイの小レンズに よる各アーク像を互いに分離させることができる従来の他の照明装置と して、 照明装置 9 0 0を開示している （例えば、 特許文献 2参照。 ） 。 図 1 2は、 従来の他の照明装置 9 0 0を説明するために示す図である。 従来の他の照明装置 9 0 0においては、 図 1 2に示すように、 光源装置 9 1 0からの照明光束を略平行化する四レンズ 940における回転双曲 面 94 OAの円錐定数 Kを大きくするなどして、 楕円面リフレクタ 9 3 0の反射面 9 30 Rで反射された反射光のうち、 少なくとも光源光軸 9 1 0 a Xを中心とする中心部側の光路 L 1を、 光源光軸 9 1 0 a Xに平 行な光路 L2よりも若干外方に向かう光路 L3に変更することとしてい る。
このため、 従来の他の照明装置 900によれば、 光源光軸 9 1 0 a X 近傍のアーク像が従来の照明装置 8 00の場合よりも良好に分離される ようになり、 その結果、 楕円面リフレクタ 9 3 0の反射面 9 30 Rで反 射された反射光のうち、 少なくとも光源光軸 9 1 0 a Xを中心とする中 心部側の光路 L 1が、 第 1 レンズァレイ及び第 2レンズァレイ (ともに 図示せず。 ） においてそれぞれ互いに対応する小レンズを通過できるよ うになる。
特許文献 1 特開 2000— 347 2 9 3号公報 （図 1〜図 1 5 ) 特許文献 2 国際公開第 0 2Z08 8 84 2号パンフレッ ト （図 1
〜図 5) 発明の開示
しかしながら、 従来の他の照明装置 90 0においては、 凹レンズ 94 0の回転双曲面 940 Aの円錐定数 Kを大きくすることなどにより、 光 源光軸 9 1 0 a X近傍の第 1レンズァレイの小レンズによる各アーク像 を互いに分離させることができるようになる一方において、 光源光軸 9 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像の分離はまだ不十分であ ることがわかった。
光源光軸 9 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を十分に分 離させる手段としては、 回転双曲面 940 Aの円錐定数 Kをさらに大き くすることが考えられる。 しかしながら、 回転双曲面 9 4 O Aの円錐定 数 Kをさらに大きく した場合には、 凹レンズ 9 4 0の回転双曲面 9 4 0 Aの中心部におけるレンズパワーの変化率が大きくなりすぎて光源光軸 9 1 0 a X近傍の各アーク像が歪んでしまい、 光源光軸 9 1 0 a x近傍 の照明光束の一部については、 第 1 レンズアレイ及び第 2レンズアレイ において互いに対応する小レンズを通過できなくなる。 その結果、 光量 損失を低減することができず、 照明光束の利用効率が低下するという問 題があった。
そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、 光量損失を低減することができ、 もって照明光束の利用効率を高めるこ とができる照明装置及びこれを備えたプロジェクタを提供することを目 的とする。
本発明者は、 上述した目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、 光源 光軸から離れた周辺部における各アーク像を十分に分離させる手段とし て、 回転双曲面の円錐定数 Kをさらに大きくする手段を用いるのに代え て、 凹レンズの光入射面と第 1レンズアレイにおける複数の小レンズが 形成された面との間に、所定の凹面を配置する手段を用いることにより、 囬レンズの回転双曲面の中心部におけるレンズパワーの変化率が大きく なりすぎて光源光軸近傍の各アーク像が歪んでしまうのを効果的に抑制 することができるようになることを見出し、 本発明を完成させるに至つ た。
本発明の照明装置は、 発光管及び前記発光管からの光を反射して照明 光束として射出する楕円面リフレクタを有する光源装置と、 前記光源装 置からの照明光束を略平行化する回転双曲面からなる光入射面を有する 凹レンズと、 前記凹レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割する ための複数の小レンズを有する第 1 レンズァレイと、 前記第 1 レンズァ レイによって分割された各部分光束を被照明領域上に重畳させるために 前記第 1 レンズァレイの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズ を有する第 2 レンズアレイとを備えた照明装置であって、 前記凹レンズ の光入射面と前記第 1 レンズァレイにおける前記複数の小レンズが形成 された面との間には、 前記凹レンズの光入射面とともに、 前記凹レンズ の光入射面を通過した照明光束を前記光源装置の光軸に平行な光路より も外方に向かう光路に沿って進行させ、 かつ、 前記第 1 レンズアレイ及 び前記第 2 レンズァレイにおいてそれぞれ互いに対応する小レンズを通 過させる機能を有する凹面が存在していることを特徴とする。
このため、 本発明の照明装置によれば、 光源光軸から離れた周辺部に おける各アーク像を十分に分離させる手段として、 回転双曲面の円錐定 数 Kをさらに大きくする手段を用いるのに代えて、 凹レンズの光入射面 と第 1レンズアレイにおける複数の小レンズが形成された面との間に所 定の凹面を存在させることとしたため、 光源光軸から離れた周辺部にお ける各アーク像を十分に分離させることができるようになる。その結果、 回転双曲面の円錐定数 Kをさらに大きく しなくともよくなるため、 回転 双曲面の中心部のレンズパワーの変化率が大きくなりすぎて光源光軸近 傍の各アーク像が歪んでしまうこともなくなる。 これにより、 光源光軸 近傍の照明光束についても、 第 1 レンズァレイの小レンズによるアーク 像をそれぞれ对応する第 2 レンズァレイの各小レンズ内に良好に形成す ることができるようになる。
すなわち、 本発明の照明装置においては、 光源光軸から離れた周辺部 における各アーク像を十分に分離させる機能を、 凹レンズの回転双曲面 と、 凹レンズの光入射面と第 1レンズアレイにおける複数の小レンズが 形成された面との間に配置された所定の凹面とに負わせることとしたた め、 回転双曲面の円錐定数 Kをさらに大きくすることなく、 光源光軸か ら離れた周辺部における各アーク像を +分 (こ分離させることができるよ うになり、 本発明の目的を達成できるのである。
このため、 本発明の照明装置は、 光量損失を低減することができ、 も つて照明光束の利用効率を高めることができる照明装置となる。
本発明の照明装置においては、 前記凹面は、 球面であることが好まし い。 このように構成することにより、 比較的簡便容易な方法で、 本発明 の目的を達成できるようになる。
また、 本発明の照明装置においては、 前記凹面は、 前記凹レンズの光 射出面に形成されていることが好ましい。 このように構成することによ り、 新たな光学要素を追加することなく、 本発明の目的を達成できるよ うになる。
本発明の照明装置においては、 前記第 1 レンズアレイの前記複数の小 レンズは、 前記第 1 レンズアレイの光射出面に形成されており、 前記凹 面は、 前記第 1 レンズアレイの光入射面に形成されていることが好まし い。 このように構成することによつても、 新たな光学要素を追加するこ となく、 本発明の目的を達成できるようになる。
本発明の照明装置においては、 前記凹レンズと前記第 1 レンズアレイ との間には第 2の凹レンズが配置され、 前記凹面は、 前記第 2の凹レン ズの光入射面及び光射出面のうち少なく とも一方の面に形成されている ことが好ましい。 このように構成することにより、 従来の照明装置の構 成に上記したような第 2の囬レンズを 1枚追加するだけで、 本発明の目 的を達成できるようになる。
本発明のプロジェクタは、 本発明の照明装置と、 前記照明装置からの 照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、 前記電気光 学変調装置からの変調光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴と する。 このため、 本発明のプロジェクタによれば、 光量損失を低減すること ができ、 もって照明光束の利用効率を高めることができる優れた照明装 置を備えているため、 高輝度のプロジェクタとなる。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施形態 1に係るプロジェクタの光学系を上面から見た図で める。
図 2は、 実施形態 1に係る照明装置を説明するために示す図である。 図 3は、 比較例 1に係る照明装置を説明するために示す図である。 図 4は、 比較例 2に係る照明装置を説明するために示す図である。 図 5は、 実施形態 2に係る照明装置を説明するために示す図である。 図 6は、 実施形態 3に係る照明装置を説明するために示す図である。 図 7は、 従来の照明装置を上面から見た図である。
図 8は、 第 1 レンズアレイを光源光軸に沿って見た図である。
図 9は、 放物面リフレクタを用いた照明装置における問題点を説明す るために示す図である。
図 1◦は、 楕円面リフレクタを用いた従来の照明装置における光線の 軌跡を模式的に示す図である。
図 1 1は、 第 2 レンズアレイ上のアーク像を説明するために示す図で ある。
図 1 2は、 従来の他の照明装置を説明するために示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の照明装置及びこれを備えたプロジェクタについて、 図 に示す実施の形態に基づいて説明する。
[実施形態 1 ] まず、 実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aについて、 図 1を用いて説 明する。
図 1は、 実施形態 1に係るプロジェクタの光学系を上面から見た図で ある。 なお、 以下の説明においては、 互いに直交する 3つの方向をそれ ぞれ z方向 （光源光軸 1 1 0 a Xと平行な方向） 、 X方向 （z方向に垂 直かつ紙面に平行な方向） 、 y方向 （紙面に垂直な方向） とする。
実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aは、 図 1に示すように、 照明装置 1 0 0 Aと、 色分離光学系 2 0 0と、 リ レー光学系 3 0 0と、 電気光学 変調装置としての 3つの液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bと、 ク ロスダイクロイツクプリズム 5 0 0と、 投写光学系 6 0 0とを備えてい る。 各光学系の構成要素は、 クロスダイクロイツクプリズム 5 0 0を中 心に略水平方向に配置されている。
照明装置 1 0 0 Aは、 光源装置 1 1 0と、 平行化レンズ 1 4 0 Aと、 第 1 レンズァレイ 1 5 0と、 第 2レンズアレイ 1 6 0と、 偏光変換素子 1 7 0と、 重畳レンズ 1 8 0とを有している。 光源装置 1 1 0から射出 された照明光束は、 凹レンズ 1 4 0 Aの光入射面で略平行化され、 第 1 レンズアレイ 1 5 0により複数の部分光束に分割され、 各部分光束は第 2レンズアレイ 1 6 0及び重畳レンズ 1 8 0によって照明対象である 3 つの液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bの画像形成領域上で重畳さ れる。
なお、 照明装置 1 0 O Aについての詳細は後述する。
色分離光学系 2 0 0は、照明装置 1 0 O Aから射出された照明光束を、 それぞれ異なる波長域の 3色の照明光束に分離する機能を有している。 第 1ダイクロイツクミラー 2 1 0は、 略青色の光束 （以下 「B光」 とい う。 ） を反射するとともに、 略緑色の光束 （以下 「G光」 という。 ） 及 び略赤色の光束 （以下 「R光」 という。 ） を透過させる。 第 1ダイク口 イツクミラー 2 1 0で反射された B光は、 反射ミラー 2 3 0でさらに反 射され、 フィールドレンズ 2 4 0 Bを透過して B光用の液晶装置 4 0 0 Bを照明する。
フィールドレンズ 2 4 0 Bは、 照明装置 1 0 O Aからの複数の部分光 束がそれぞれ B光用の液晶装置 4 0 0 Bを照明するように集光する。 通 常、各部分光束が、それぞれ略平行な光束となるように設定されている。 他の液晶装置 4 0 0 G， 4 0 0 Rの前に配設されたフィールドレンズ 2 4 0 G , 3 5 0も、フィールドレンズ 2 4 0 Bと同様に構成されている。 第 1ダイクロイツクミラー 2 1 0を透過した G光と R光のうち G光は、 第 2ダイクロイツクミラー 2 2 0によつて反射され、 フィ一ノレドレンズ 2 4 0 Gを透過して G光用の液晶装置 4 0 0 Gを照明する。 一方、 R光 は、 第 2ダイクロイツクミラー 2 2 0を透過し、 リ レ一光学系 3 0 0を 通過して R光用の液晶装置 4 0 0 Rを照明する。
リレー光学系 3 0 0は、 入射側レンズ 3 1 0、 入射側反射ミラー 3 2 0、 リ レーレンズ 3 3 0、 射出側反射ミラー 3 4 0及びフィールドレン ズ 3 5 0を有している。 色分離光学系 2 0 0から射出された R光は、 入 射側レンズ 3 1 0によってリレーレンズ 3 3 0の近傍で収束し、 射出側 反射ミラー 3 4 0及びフィールドレンズ 3 5 0に向かって発散する。 フ ィールドレンズ 3 5 0に入射する光束の大きさは、 入射側レンズ 3 1 0 に入射する光束の大きさに略等しくなるように設定されている。
各色光用の液晶装置 4 0 0 R， 4 0 0 G , 4 0 0 Bは、 それぞれの光 入射面に入射した色光を、 それぞれに対応する画像信号に応じた光に変 換し、これら変換された光を透過光として射出する。液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bの入射側には入射側偏光板 9 1 8 R , 9 1 8 G , 9 1 8 Bがそれぞれ配置され、 射出側には射出側偏光板 9 2 0 R , 9 2 0 G , 9 2 0 Bがそれぞれ配置されている。液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bとしては、 透過型の液晶装置が用いられる。
クロスダイクロイツクプリズム 5 0 0は、 各色光用の液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bから射出される各色光の変換光を合成する色合 成光学系としての機能を有する。 そして、 R光を反射する R光反射ダイ クロイツク面 5 1 0 と、 B光を反射する B光反射ダイクロイツク面 5 1 0 Bとを有している。 R光反射ダイクロイック面 5 1 0 R及び B光反 射ダイクロイック面 5 1 0 Bは、 R光を反射する誘電体多層膜と B光を 反射する誘電体多層膜とを 4つの直角プリズムの界面に略 X字状に形成 することにより設けられている。 これら両反射ダイクロイツク面 5 1 0 R , 5 1 0 Bによって 3色の変換光が合成され、 カラー画像を表示する 光が生成される。 クロスダイクロイツクプリズム 5 0 0において生成さ れた合成光は、 投写光学系 6 0 0に向かって射出される。
投写光学系 6 0 0は、 クロスダイクロイツクプリズム 5 0 0からの合 成光を表示画像としてスクリーンなどの投写面上に投写するように構成 されている。
次に、 実施形態 1に係る照明装置 1 0 O Aについて、 図 2を用いて詳 細に説明する。 図 2は、 実施形態 1に係る照明装置を説明するために示 す図である。 図 2 ( a ) は照明装置の一部を上面から見た図であり、 図 2 ( b ) は第 2 レンズアレイ上におけるアーク像を示す図である。 実施形態 1に係る照明装置 1 0 O Aは、 図 1及び図 2 ( a ) に示すよ うに、 光源装置 1 1 0と、 凹レンズ 1 4 O Aと、 第 1レンズアレイ 1 5 0と、 第 2 レンズアレイ 1 6 0と、 偏光変換素子 1 7 0と、 重畳レンズ 1 8 0とを有している。
光源装置 1 1 0は、 発光管 1 2 0、 補助ミラー 1 2 2及び楕円面リフ レクタ 1 3 0を有している。 発光管 1 2 0は、 その発光中心が楕円面リ フレクタ 1 3 0の第 1焦点 F iの位置近傍に配置されている。 楕円面リ フレクタ 1 3 0は、 被照明領域側に開口し、 発光管 1 2 0の発光部後方 に配置されている。 そして、 発光管 1 2 0からの光を反射して被照明領 域側に射出するように構成されている。 補助ミラー 1 2 2は、 発光管 1 2 0の発光部よりも被照明領域側に配置された反射凹面体からなり、 発 光部から被照明領域側に放射される光を楕円面リフレクタ 1 3 0に反射 して光利用効率を向上させるように構成されている。
凹レンズ 1 4 O Aは、光源光軸 1 1 0 a Xと平行なレンズ光軸を有し、 光源装置 1 1 0の被照明領域側に配置されている。 凹レンズ 1 4 O Aの 光入射面には、 光源装置 1 1 0からの照明光束を略平行化する回転双曲 面 1 4 0 A s 1が形成され、 光射出面には、 球面からなる凹面 1 4 0 A s 2が形成されている。 凹面 1 4 O A s 2は、 回転双曲面 1 4 0 A s iととも に、 回転双曲面 1 4 0 A s 1を通過した照明光束を光源光軸 1 1 0 a X
(光源装置 1 1 0の光軸） に平行な光路よりも外方に向かう光路に沿つ て進行させ、 かつ、 第 1 レンズァレイ 1 5 0及び第 2 レンズァレイ 1 6 0においてそれぞれ互いに対応する小レンズ 1 5 2， 1 6 2を通過させ る機能を有している。
第 1 レンズアレイ 1 5 0は、 マトリクス状に配列された複数の小レン ズ 1 5 2を有し、 光源装置 1 1 0からの照明光束を複数の部分光束に分 割するように構成されている。 各小レンズ 1 5 2は、 z方向に沿って見 たときの外形形状が被照明領域の形状と略相似形となるように形成され ている。
第 2 レンズァレイ 1 6 0は、 第 1 レンズァレイ 1 5 0における複数の 小レンズ 1 5 2にそれぞれ対応する複数の小レンズ 1 6 2を有している 各小レンズ 1 6 2は、 第 1 レンズァレイ 1 5 0の各小レンズ 1 5 2 と同 様にマ ト リ クス状に配列されており、 第 1 レンズアレイ 1 5 0の複数の 小レンズ 1 5 2によるアーク像を重畳レンズ 1 8 0とともに被照明領域 上に重畳照明するように構成されている。
偏光変換素子 1 70は、 非偏光な光を 3つの液晶装置 400 R, 40 0 G, 400 Bで利用可能な偏光方向を有する偏光光に揃える機能を有 している。 また、 偏光変換素子 1 70の光入射面上には、 第 2レンズァ レイ 1 6 0などからの望ましくない光を遮蔽するための遮光板 （図示せ ず。 ） が配置されている。
重畳レンズ 1 8 0は、 集光レンズからなり、 偏光変換素子 140の被 照明領域側に配置されている。 そして、 偏光変換素子 140から射出さ れた照明光束を集光して第 2レンズアレイ 1 6 0とともに液晶装置 40 O R, 400 G, 400 Bの画像形成領域上に重畳させるように構成さ れている。
さて、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおいては、 凹レンズ 1 4 OAの光入射面と第 1 レンズアレイ 1 5 0における複数の小レンズ 1 5 2が形成された面との間には、 上述したように、 凹面 1 40 As 2が凹レ ンズ 140 Aの光射出面として形成されている。
このため、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aによれば、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を十分に分離させる手段 として、回転双曲面 140 As 1の円錐定数 Kをさらに大きくする手段を 用いるのに代えて、 凹レンズ 1 40 Aの光入射面と第 1レンズァレイ 1 5 0における複数の小レンズ 1 52が形成された面との間に所定の凹面 140 As 2を存在させることとしたため、光源光軸 1 1 0 a xから離れ た周辺部における各アーク像を十分に分離させることができるようにな る。 その結果、 回転双曲面 140 As 1の円錐定数 Kをさらに大きく しな くともよくなるため、回転双曲面 1 4 OAsiの中心部のレンズパワーの 変化率が大きくなりすぎて光源光軸 1 1 0 a X近傍の各アーク像が歪ん でしまうこともなくなる。 これにより、 光源光軸 1 1 0 a X近傍の照明 光束についても、 第 1 レンズァレイ 1 50の小レンズ 1 52によるァー ク像をそれぞれ対応する第 2レンズアレイ 1 6 0の各小レンズ 1 6 2内 に良好に形成することができるようになる。
すなわち、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおいては、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を十分に分離させる機 能を、 凹レンズ 1 40 Aの回転双曲面 140Asiと、 凹レンズ 1 40A の光入射面と第 1 レンズアレイ 1 5 0における複数の小レンズ 1 5 2が 形成された面との間に配置された所定の凹面 1 40 As 2とに負わせる こととしたため、回転双曲面 1 40 As 1の円錐定数 Kをさらに大きくす ることなく、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像 を十分に分離させることができるようになり、 本発明の目的を達成でき るのである。
このため、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aは、 光量損失を低減す ることができ、 もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装 置となる。
実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおいては、凹面 1 40 As 2は球 面である。 このため、 比較的簡便容易な方法で、 本発明の目的を達成で きるようになる。
実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおいては、 凹面 140 As 2は、 凹レンズ 14 OAの光射出面に形成されている。 このため、 新たな光学 要素を追加することなく、 本発明の目的を達成できるようになる。
ここで、実施形態 1の比較例に係る照明装置を説明することによって、 実施形態 1に係る照明装置 1 0 OAの効果をさらに詳細に説明する。 図 3は、比較例 1に係る照明装置を説明するために示す図である。図 3 ( a ) は照明装置の一部を上面から見た図であり、 図 3 (b) は第 2レンズァ レイ上におけるアーク像を示す図である。 図 4は、 比較例 2に係る照明 装置を説明するために示す図である。 図 4 (a) は照明装置の一部を上 面から見た図であり、 図 4 (b) は第 2レンズアレイ上におけるアーク 像を示す図である。
比較例 1に係る照明装置 1 1 0 OAは、 図 3 (a) に示すように、 従 来の照明装置 800 (図 7参照。 ） の場合と同様に、 光入射面が回転双 曲面 1 1 40Asiであり、 光射出面が平面 1 1 4 0 AS 2である凹レン ズ 1 1 4 OAを有している。 比較例 1に係る照明装置 1 1 0 OAによれ ば、 図 3 (b ) に示すように、 第 2レンズアレイ 1 60上に形成される アーク像が、 本来各小レンズ 1 6 2内に収まるべきところが光源光軸 1 1 0 a X近傍に偏り、 小レンズ 1 6 2の周囲のセルにはみ出してしまつ ているのがわかる。
比較例 2に係る照明装置 1 1 00 Bは、 図 4 (a ) に示すように、 従 来の照明装置 900 (図 1 2参照。 ） の場合と同様に、 光入射面が円錐 定数 Kを大きくした回転双曲面 1 1 40 B s 1であり、光射出面が平面 1 1 40 B s 2である凹レンズ 1 1 40 Bを有している。比較例 2に係る照 明装置 1 1 0 0 Bによれば、 図 4 (b) に示すように、 確かに光源光軸 1 1 0 a X近傍のアーク像が互いに分離されている。 しかしながら、 光 源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像の分離はまだ不 十分であることがわかる。
この場合、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像 を十分に分離させる手段としては、回転双曲面 1 1 40 Bsiの円錐定数 Kをさらに大きくすることなどが考えられる。 しかしながら、 回転双曲 面 1 1 40 B s 1の円錐定数 Kをさらに大きく した場合には、回転双曲面 1 1 40 B s 1の中心部におけるレンズパワーの変化率が大きくなりす ぎて光源光軸 1 1 0 a X近傍の各アーク像が歪んでしまい、 光源光軸 1 1 0 a X近傍の照明光束の一部については、 第 1レンズアレイ 1 5 0及 び第 2レンズァレイ 1 60において互いに対応する小レンズ 1 5 2, 1 6 2を通過できなくなる。その結果、光量損失を低減することができず、 照明光束の利用効率が低下することとなる。
また、 偏光変換素子 1 70 (図示せず。 ） の遮光板に対応する領域 M 2に照射される割合も大きく、 偏光変換素子 1 70の光入射面に対応す る領域 Mlに照射される割合が減じられて、 光利用効率が低下すること となる。
これに対して、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおいては、 図 2 (b) に示すように、 光源光軸 1 1 0 a X近傍のアーク像も光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部におけるアーク像も良好に分離されているこ とがわかる。 また、 偏光変換素子 1 70 (図 1参照。 ） の遮光板に対応 する領域 M2に照射される割合も小さくなり、 偏光変換素子 1 70の光 入射面に対応する領域 Mlに照射される割合が減じられて光利用効率が 低下することもなくなる。
このため、 実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aは、 上記した比較例 1 又は 2に係る照明装置 1 1 00 A， 1 1 00 Bとの比較からも明らかな ように、 光量損失を低減することができ、 もって照明光束の利用効率を 高めることができる照明装置となる。
実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aは、 図 1に示すように、 上記した 照明装置 1 00 Aと、 照明装置 1 0 0 Aからの照明光束を画像情報に応 じて変調する液晶装置 400 R, 400 G, 400 Bと、 液晶装置 40 O R, 400 G, 400 Bからの変調光を投写する投写光学系 6 00と を備えている。
このため、 実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aによれば、 光量損失を 低減することができ、 もって照明光束の利用効率を高めることができる 優れた照明装置 1 0 OAを備えているため、 高輝度のプロジェクタとな る。
以下、 実施形態 1に係る照明装置 1 0 O Aにおける各光学要素の設計 方法を説明する。
楕円面リフレクタ 1 3 0と凹レンズ 1 4 O Aとには、 凹レンズ 1 4 0 Aの光入射面を通過した照明光束を理想的な平行光とし得る最適な組み 合わせ （楕円面リフレクタ 1 3 0の形状、 凹レンズ 1 4 0 Aの屈折率、 凹レンズ 1 4 O Aの設置位置等によって多種多様） が存在する。 本明細 書では、 その組み合わせの状態を基準として、 この状態に実施形態 1に 係る照明装置 1 0 O Aや後述する実施形態 2又は 3に係る照明装置 1 0 0 B , 1 0 0 Cにおいて説明する各種の変更をそれぞれ加えることによ り、 本発明の目的を達成できるようにしている。
なお、 理想的な平行光を得ることが可能とされる最適な組み合わせを 得るための各光学要素の設計方法については、 本発明者が特許文献 1に おいて、 凹レンズにおける光入射面の形状が以下の式 （1 ) を満足する ことにより理想的な平行光が得られることを開示している。
1 + Ϊ - (1 + 、 - r 2 ここで、 式 （1 ) 中、 r , Zは、 凹レンズ 1 4 O Aの光入射面と光源 光軸 1 1 0 a Xとの交点を原点とし、 光源光軸 1 1 0 a Xに軸対称な r θ Z円柱座標系における座標値である。 なお、 rは原点からの光軸直交 方向の距離であり、 Zは原点からの光軸方向の距離である。 また、 cは 近軸曲率半径である。
Kは、 円錐定数と呼ばれる値である。 実施形態 1に係る照明装置 1 0 O Aにおいては、凹レンズ 1 4 O Aの光入射面は回転双曲面であるため、 円錐定数 Kの値は Kく一 1である。
近軸曲率半径 cは、 楕円面リフレクタ 1 3 0の反射面の形状、 凹レン ズ 1 4 O Aの屈折率、 凹レンズ 1 4 0 Aの中心部の厚さ及び凹レンズ 1 4 0 Aの設置位置を考慮して求められるものである。 具体的には、 予め 楕円面リ フレクタ 1 3 0の反射面の形状、 凹レンズ 1 4 O Aの屈折率、 HAレンズ 1 4 0 Aの中心部の厚さ及び凹レンズ 1 4 0 Aの設置位置を決 めておく。 そして、 予め決定された楕円面リフレクタ 1 3 0の反射面の 形状と同じ形状を有する楕円面リフレクタに対し、 予め決定された位置 に、 屈折率及び中心部の厚さが凹レンズ 1 4 O Aと同じである凹レンズ を用いた場合に、 近軸領域で平行光に変換できるような曲率半径を求め ると、 これが近軸曲率半径 cとなる。 よって、 理想的な平行光を得るこ とが可能な凹レンズの回転双曲面の形状が決定されるとき、 楕円面リフ レクタ 1 3 0と凹レンズ 1 4 O Aとの組み合わせ、 すなわち楕円面リフ レクタ 1 3 0の反射面の形状や凹レンズ 1 4 0 Aの設置位置、 近軸曲率 半径 cは決定されていることになる。
また、 実施形態 1に係る照明装置 1 0 0 Aのように凹レンズ 1 4 0 A の光入射面が回転双曲面で形成される場合には、 凹レンズ 1 4 O Aの屈 折率を nとしたとき、 円錐定数 Kを K = _ n 2とし、 この円錐定数 の もとで上記式 （1 ) を満足する回転双曲面を用いることにより、 平行光 を得ることができるとしている。
ところで、 回転双曲面の円錐定数 Kは、 その値を大きくすることによ り、回転双曲面の中心部における光学的パワーを増加できる。すなわち、 円錐定数 Kの値を徐々に大きく していく ことにより、 光源光軸 1 1 0 a Xに平行となっていた照明光束の光路を徐々に外方に向かう光路に変更 することが可能となる。 したがって、 円錐定数 Kの値を徐々に大きく し ていくことにより、 第 2レンズア レイ上において光源光軸側に偏ってレ、 たアーク像を、 徐々に放射状の方向へ分離させることが可能となる。 この場合、 さらに円錐定数 Kの値を大きくすることで光源光軸から離 れた周辺部における各アーク像を十分に分離させようとすると、 回転双 曲面の中心部におけるレンズパワーの変化率が大きくなりすぎて、 光源 光軸近傍の各アーク像が歪んでしまうため、 回転双曲面の円錐定数 Kの 値を調整するだけではなく、 凹面における曲率半径 Rの値も調整する必 要がある。
このため、 実施形態 1に係る照明装匱 1 00 Aにおいては、 凹レンズ 1 4 OAの回転双曲面 140 As 1における円錐定数 Kの値を初期値と し、 この円錐定数 Kを徐々に大きく していく一方、 凹面 14 OAs 2にお ける曲率半径 Rについて R==∞を初期値とし、 この曲率半径 Rを徐々に 小さく していくシミュレーションを実行する。 そして、 光源光軸 1 1 0 a X側に偏っていたアーク像が本来収まるべき小レンズ 1 6 2内に収ま つたときの円錐定数 K及び曲率半径 Rを、 凹レンズ 14 OAの回転双曲 面 1 40 Asi及び凹面 140 As 2を決定するための最適な円錐定数 K
P及び曲率半径 RPと決定する。
実施形態 1に係る照明装置 1 00 Aにおける凹レンズ 140 Aの形状 は、 このようにして決定した円錐定数 KPのもとで上記式 （1) を満足 する回転双曲面 1 40 As 1がその光入射面に、 曲率半径 Rを R = Rpと する球面からなる凹面 140AS 2をその光射出面にそれぞれ有する形 状に決定される。 なお、 その他の構成 （楕円面リフレクタ 1 30の反射 面の形状や凹レンズ 1 4 OAの設置位置等） は、 凹レンズ 1 4 O Aの光 入射面を通過した照明光束を理想的な平行光とし得るときの構成と同じ である。 これにより、 凹レンズ 14 OAの光入射面を通過した照明光束 を光源光軸 1 1 0 a Xに平行な光路に沿って進行させずに、 光源光軸 1 1 0 a Xに平行な光路よりも外方に進行させることが可能となる。 した がって、 図 2 ( b ) に示すように、 第 1 レンズァレイ 1 5 0の小レンズ 1 5 2による各アーク像をそれぞれ対応する第 2レンズァレイ 1 6 0の 各小レンズ 1 6 2内に収めることが可能となり、 光量損失を低減するこ とができ、 照明光束の利用効率を高めることができる。
[実施形態 2 ]
次に、 実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Bついて、 図 5を用いて説明 する。 図 5は、 実施形態 2に係る照明装置を説明するために示す図であ る。 図 5において、 図 2 ( a ) と同一の部材については同一の符号を付 し、 詳細な説明は省略する。
実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Bは、 図 5に示すように、 第 1 レン ズアレイ 1 5 0 Bの光入射面 （複数の小レンズ 1 5 2 Bが形成された面 とは反対の面） に、 凹レンズ 1 4 0の光入射面に形成された回転双曲面 1 4 0 s 1とともに、凹レンズ 1 4 0の光入射面を通過した照明光束を光 源光軸 1 1 0 a Xに平行な光路よりも外方に向かう光路に沿って進行さ せ、 かつ、 第 1 レンズァレイ 1 5 0 B及び第 2 レンズァレイ 1 6 0にお いてそれぞれ互いに対応する小レンズ 1 5 2 B , 1 6 2を通過させる機 能を有する球面からなる凹面 1 5 0 B s iが形成された点を特徴として いる。 .
このため、 実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Aによれば、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を十分に分離させる手段 として、回転双曲面 1 4 0 S 1の円錐定数 Kをさらに大きくする手段を用 いるのに代えて、 凹レンズ 1 4 0の光入射面と第 1 レンズァレイ 1 5 0 Bにおける複数の小レンズ 1 5 2 Bが形成された面との間に上記したよ うな凹面 1 5 0 B s 1を存在させることとしたため、実施形態 1の場合と 同様に、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を+ 分に分離させることができるようになる。 その結果、 回転双曲面 1 4 0 s 1の円錐定数 Kをさらに大きく しなく ともよくなるため、回転双曲面 1 4 0 s 1の中心部のレンズパワーの変化率が大きくなりすぎて光源光軸 1 1 0 a X近傍の各アーク像が歪んでしまうこともなくなる。 これによ り、 光源光軸 1 1 0 a X近傍の照明光束についても、 第 1 レンズァレイ 1 5 0 Bの小レンズ 1 5 2 Bによるアーク像をそれぞれ対応する第 2 レ ンズアレイ 1 6 0の各小レンズ 1 6 2内に良好に形成することができる ようになる。
このため、 実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Bは、 光量損失を低減す ることができ、 もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装 置となる。
また、 実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Bにおいては、 上記したよう に、 第 1 レンズァレイ 1 5 0 Bの複数の小レンズ 1 5 0 Bは、 第 1 レン ズアレイ 1 5 0 Bの光射出面に形成されており、 凹面 1 5 0 B s iは、 第 1 レンズアレイ 1 5 0 Bの光入射面に形成されている。 このため、 新た な光学要素を追加することなく、本発明の目的を達成できるようになる。 なお、 実施形態 2に係る照明装置 1 0 0 Bにおける凹レンズ 1 4 0や 第 1 レンズアレイ 1 5 0 Bなどの光学要素の形状を決定するにあたり、 凹レンズ 1 4◦の回転双曲面 1 4 0 s 1の円錐定数 K及び第 1 レンズァ レイ 1 5 0 Bの球面からなる凹面 1 5 0 B s ιの曲率半径 Rについては、 上述した実施形態 1に係る照明装置 1 0 O Aにおける各光学要素の設計 方法と同様の設計方法によって決定することができる。
[実施形態 3 ]
次に、 実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cついて、 図 6を用いて説明 する。 図 6は、 実施形態 3に係る照明装置を説明するために示す図であ る。 図 6において、 図 2 ( a ) と同一の部材については同一の符号を付 し、 詳細な説明は省略する。
実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cは、 図 6に示すように、 凹レンズ 1 4 0 と第 1 レンズアレイ 1 5 0との間に、 凹レンズ 1 4 0の光入射面 に形成された回転双曲面 1 4 0 s 1とともに、凹レンズ 1 4 0の光入射面 を通過した照明光束を光源光軸 1 1 0 a Xに平行な光路よりも外方に向 かう光路に沿って進行させ、 かつ、 第 1 レンズアレイ 1 5 0及び第 2 レ ンズアレイ 1 6 0においてそれぞれ互いに対応する小レンズ 1 5 2 , 1 6 2を通過させる機能を有する凹面 1 4 2 s 2を有する第 2の凹レンズ 1 4 2が配置された点を特徴としている。
このため、 実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cによれば、 光源光軸 1 1 0 a Xから離れた周辺部における各アーク像を十分に分離させる手段 として、回転双曲面 1 4 0 s iの円錐定数 Kをさらに大きくする手段を用 いるのに代えて、 凹レンズ 1 4 0の光入射面と第 1 レンズアレイ 1 5 0 における複数の小レンズ 1 5 2が形成された面との間に上記したような 凹面 1 4 2 s 2を存在させることとしたため、光源光軸 1 1 0 a Xから離 れた周辺部における各アーク像を十分に分離させることができるように なる。 その結果、 回転双曲面 1 4 0 s 1の円錐定数 Kをさらに大きく しな く ともよくなるため、回転双曲面 1 4 0 s 1の中心部のレンズパワーの変 化率が大きくなりすぎて光源光軸 1 1 0 a X近傍の各アーク像が歪んで しまうこともなくなる。 これにより、 光源光軸 1 1 0 a X近傍の照明光 束についても、 第 1 レンズァレイ 1 5 0の小レンズ 1 5 2によるアーク 像をそれぞれ対応する第 2 レンズァレイ 1 6 0の各小レンズ 1 6 2内に 良好に形成することができるようになる。
このため、 実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cは、 光量損失を低減す ることができ、 もって照明光束の利用効率を高めることができる照明装 置となる。
また、 実施形態 3に係る照明装匱 1 0 0 Cにおいては、 上記したよう に、 凹レンズ 1 4 0と第 1 レンズァレイ 1 5 0 との間には第 2の凹レン ズ 1 4 2が配置され、 凹面 1 4 2 S 2は、第 2の H0レンズ 1 4 2の光射出 面に形成されている。 このため、 従来の照明装置の構成に上記したよう な第 2の囬レンズ 1 4 2を 1枚追加するだけで、 本発明の目的を達成で きるようになる。
なお、 実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cにおいては、 第 2の凹レン ズ 1 4 2の光射出面に凹面 1 4 2 s 2が形成された場合について説明し たが、 本発明はこれに限定されず、 第 2の凹レンズの光入射面に凹面が 形成されていてもよいし、 第 2の凹レンズの光入射面及び光射出面の両 方に凹面が形成されていてもよい。
また、 実施形態 3に係る照明装置 1 0 0 Cにおける四レンズ 1 4 0や 第 2の凹レンズ 1 4 2などの光学要素の形状を決定するにあたり、 凹レ ンズ 1 4 0の回転双曲面 1 4 0 s iの円錐定数 K及び凹レンズ 1 4 2の 球面からなる凹面 1 4 2 S 2の曲率半径 Rについては、上述した実施形態
1に係る照明装置 1 0 O Aにおける各光学要素の設計方法と同様の設計 方法によって決定することができる。 以上、 本発明の照明装置及びこれを備えたプロジェクタを上記の各実 施形態に基づいて説明したが、 本発明は上記の各実施形態に限られるも のではなく、 その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実 施することが可能であり、 例えば次のような変形も可能である。
上記各実施形態においては、 所定の凹面として球面を用いたが、 本発 明はこれに限定されず、 所定の凹面として種々の非球面を用いることも できる。 上記実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aにおいては、 透過型のプロジ ェクタに本発明の照明装置を適用した場合を例示しているが、 本発明は 反射型のプロジェクタにも適用することが可能である。 ここで、 「透過 型」 とは、 透過型の液晶装置等のように光変調手段としての電気光学変 調装置が光を透過するタイプであることを意味しており、 「反射型」 と は、 反射型の液晶装置等のように光変調手段としての電気光学変調装置 が光を反射するタイプであることを意味している。 反射型のプロジェク タに本発明の照明装置を適用した場合にも、 透過型のプロジェクタとほ ぼ同様の効果を得ることができる。
上記実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aにおいては、 カラー画像を表 示するプロジェクタを例として説明した力 、本発明はこれに限定されず、 モノクロ画像を表示するプロジェクタにも適用可能である。
上記実施形態 1に係るプロジェクタ 1 Aにおいては、 3つの液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bを用いたプロジェクタを例として説明し たが、 本発明はこれに限定されず、 2つ又は 4つ以上の液晶装置を用い たプロジェクタにも適用可能である。
上記実施形態 1に係るプロジヱクタ 1 Aにおいては、 電気光学変調装 置として液晶装置 4 0 0 R , 4 0 0 G , 4 0 0 Bを用いているが、 本発 明はこれに限られない。 電気光学変調装置としては、 一般に、 入射光を 画像情報に応じて変調するものであればよく、 マイクロミラー型光変調 装置などを利用してもよい。 マイクロミラー型光変調装置としては、 例 えば、 D M D (デジタルマイクロミラ一デバイス) (米国テキサスィン スツルメンッ社の商標） を用いることができる。
この他、 本発明は、 投写画像を観察する側から投写するフロント投写 型プロジェクタにも、 投写画像を観察する側とは反対側から投写するリ ァ投写型プロジェクタにも適用できることは言うまでもない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 発光管及び前記発光管からの光を反射して照明光束として射出する 楕円面リフレクタを有する光源装匱と、 前記光源装匱からの照明光束を 略平行化する回転双曲面からなる光入射面を有する凹レンズと、 前記凹 レンズからの照明光束を複数の部分光束に分割するための複数の小レン ズを有する第 1 レンズアレイと、 前記第 1 レンズアレイによって分割さ れた各部分光束を被照明領域上に重畳させるために前記第 1 レンズァレ ィの前記複数の小レンズに対応する複数の小レンズを有する第 2 レンズ アレイとを備えた照明装置であって、
前記凹レンズの光入射面と前記第 1 レンズァレイにおける前記複数の 小レンズが形成された面との間には、前記凹レンズの光入射面とともに、 前記凹レンズの光入射面を通過した照明光束を前記光源装置の光軸に平 行な光路よりも外方に向かう光路に沿って進行させ、 かつ、 前記第 1レ ンズァレイ及び前記第 2レンズァレイにおいてそれぞれ互いに対応する 小レンズを通過させる機能を有する凹面が存在していることを特徴とす る照明装置。
2 . 請求項 1に記載の照明装置において、
前記凹面は、 球面であることを特徴とする照明装置。
3 . 請求項 1又は 2に記載の照明装置において、
前記凹面は、 前記凹レンズの光射出面に形成されていることを特徴と する照明装置。
4 . 請求項 1又は 2に記載の照明装置において、 前記第 1 レンズアレイの前記複数の小レンズは、 前記第 1 レンズァレ ィの光射出面に形成されており、
前記凹面は、 前記第 1 レンズアレイの光入射面に形成されていること を特徴とする照明装置。
5 . 請求項 1又は 2に記載の照明装置において、
前記凹レンズと前記第 1 レンズアレイとの間には第 2の凹レンズが配 置され、
前記凹面は、 前記第 2の凹レンズの光入射面及び光射出面のうち少な くとも一方の面に形成されていることを特徴とする照明装置。
6 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載の照明装置と、 前記照明装置からの 照明光束を画像情報に応じて変調する電気光学変調装置と、 前記電気光 学変調装置からの変調光を投写する投写光学系とを備えたことを特徴と するプロジェクタ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7806530B2 (en) 2005-09-09 2010-10-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Projector device
JP2013167748A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Canon Inc 照明光学系および画像投射装置
WO2017068676A1 (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 日立マクセル株式会社 投射型映像表示装置
CN108613099A (zh) * 2016-12-16 2018-10-02 市光法雷奥（佛山）汽车照明***有限公司 用于机动车辆的多功能发光装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SG142126A1 (en) * 2003-10-28 2008-05-28 Sony Corp A waveguide system, a device for displaying an image using such a system and a method for displaying an image
JP4904741B2 (ja) * 2005-08-09 2012-03-28 株式会社日立製作所 投射型映像表示装置および遮光方法
JP4678441B2 (ja) * 2009-02-18 2011-04-27 セイコーエプソン株式会社 光源装置およびプロジェクター
KR101091236B1 (ko) * 2010-04-02 2011-12-07 엘지이노텍 주식회사 프로젝터 광학계
JP6078976B2 (ja) * 2012-04-12 2017-02-15 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
JP6284098B2 (ja) * 2013-11-05 2018-02-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 照明装置
TWI737720B (zh) * 2017-04-28 2021-09-01 揚明光學股份有限公司 透鏡
JP7087828B2 (ja) * 2018-08-27 2022-06-21 セイコーエプソン株式会社 光学素子、光射出装置および画像表示システム
CN109323168B (zh) * 2018-09-30 2023-11-10 芯龙创新光电(昆山)有限公司 一种户外型地面安装投光灯
CN110425461B (zh) * 2019-08-27 2024-04-30 佛山市华创医疗科技有限公司 一种口腔灯

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03111806A (ja) * 1989-04-28 1991-05-13 Philips Gloeilampenfab:Nv 光学照明系およびこの系を具える投写装置
JPH07174974A (ja) * 1993-12-21 1995-07-14 Seiko Epson Corp 照明装置及び投写型表示装置
JP2000298310A (ja) * 1999-04-13 2000-10-24 Victor Co Of Japan Ltd コリメータレンズ及びこれを用いた照明装置
JP2002244199A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Seiko Epson Corp 光源装置、照明光学系及びプロジェクタ

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6486997B1 (en) * 1997-10-28 2002-11-26 3M Innovative Properties Company Reflective LCD projection system using wide-angle Cartesian polarizing beam splitter
JPH11174372A (ja) 1997-12-11 1999-07-02 Victor Co Of Japan Ltd 投影装置の照明装置及び投影装置
JP3347676B2 (ja) * 1998-10-29 2002-11-20 キヤノン株式会社 照明装置およびそれを用いた投射型表示装置
JP4023066B2 (ja) 1999-04-02 2007-12-19 セイコーエプソン株式会社 光源装置、および、これを備えた照明光学系ならびにプロジェクタ
JP3823659B2 (ja) * 2000-02-04 2006-09-20 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
EP1382996B1 (en) 2001-04-27 2009-07-08 Seiko Epson Corporation Illuminating optical system and projector
JP3972680B2 (ja) * 2001-06-21 2007-09-05 ソニー株式会社 照明光学ユニット，液晶プロジェクタ
US20050041215A1 (en) * 2003-07-04 2005-02-24 Seiko Epson Corporation Lens array, manufacturing method of lens array, illumination optical device, and projector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03111806A (ja) * 1989-04-28 1991-05-13 Philips Gloeilampenfab:Nv 光学照明系およびこの系を具える投写装置
JPH07174974A (ja) * 1993-12-21 1995-07-14 Seiko Epson Corp 照明装置及び投写型表示装置
JP2000298310A (ja) * 1999-04-13 2000-10-24 Victor Co Of Japan Ltd コリメータレンズ及びこれを用いた照明装置
JP2002244199A (ja) * 2001-02-16 2002-08-28 Seiko Epson Corp 光源装置、照明光学系及びプロジェクタ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1672421A4 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7806530B2 (en) 2005-09-09 2010-10-05 Sanyo Electric Co., Ltd. Projector device
JP2013167748A (ja) * 2012-02-15 2013-08-29 Canon Inc 照明光学系および画像投射装置
WO2017068676A1 (ja) * 2015-10-22 2017-04-27 日立マクセル株式会社 投射型映像表示装置
JPWO2017068676A1 (ja) * 2015-10-22 2018-07-05 マクセル株式会社 投射型映像表示装置
US10295895B2 (en) 2015-10-22 2019-05-21 Maxell, Ltd. Projection type image display apparatus for improving illumination of a light source
CN108613099A (zh) * 2016-12-16 2018-10-02 市光法雷奥（佛山）汽车照明***有限公司 用于机动车辆的多功能发光装置
CN108613099B (zh) * 2016-12-16 2024-02-23 市光法雷奥（佛山）汽车照明***有限公司 用于机动车辆的多功能发光装置

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